CN103827179A - 用于处理柔性基板的方法 - Google Patents

Abstract

一种处理柔性基板的方法包括以下步骤：提供具有聚合表面的柔性基板；发射电子束；将所述聚合表面暴露于所述电子束；经由将所述聚合表面暴露于所述电子束而修改所述聚合表面；以及将阻挡层沉积在经修改的表面上。

Description

用于处理柔性基板的方法

技术领域

本公开的实施例涉及用于处理柔性基板的方法。具体地，各实施例涉及用于在涂敷之前预处理柔性基板，从而提高涂敷基板的阻挡性能的方法。

背景技术

在包装产业、半导体产业和其他产业中对柔性基板（诸如，塑料薄膜或箔片）的处理有很高的需要。处理步骤常常包含用所需的材料涂敷柔性基板。

执行这个任务的系统通常包括处理滚筒（例如，圆柱辊），所述处理滚筒耦合到用于输送基板的处理系统，并且在所述处理滚筒上至少一部分基板被处理。例如，当基板正在被输送时，可以在所述处理滚筒上涂敷柔性基板的一部分。

可以用金属或含硅层涂敷用于食物包装的塑料薄膜，以保护所述包装内的食物，以免氧气和水蒸汽渗透入塑料材料，否则所述氧气和水蒸汽可能会导致已包装食物的腐败。因此，所述已涂敷的塑料基板的阻挡性能取决于各种因素，例如所述塑料材料本身、涂层的厚度和属性，以及在涂覆工艺期间的各种工艺参数。虽然一些参数可以提高对水蒸汽或氧气的阻挡性能，但是这些参数可能对关于整个基板品质的其他方面有不利影响。

因此，需要一种大略地提高塑料基板上的涂层的阻挡性能的方法。

发明内容

在一个方面，提供了一种处理柔性基板的方法。所述方法包括以下步骤：提供具有聚合表面的柔性基板；发射电子束；将所述聚合表面暴露于所述电子束；经由将所述聚合表面暴露于电子束而改变所述聚合表面；以及将阻挡层沉积在经改变的表面上。

附图说明

因此，可获得并详细地理解本发明的上述特征的方式，即上文简要概述的本发明的更具体描述可参照实施例进行，这些实施例图示在附图中。

图1是根据各实施例用于处理柔性基板的示例性系统的示意图。

图2是图1所示的实施例的处理滚筒的示意性透视图。

图3是根据其他实施例用于处理柔性基板的系统的示意图。

图4是图示根据各实施例用于处理柔性基板的示例性方法的流程图。

具体实施方式

现将详细提及各种实施例，这些实施例的一个或多个实例图示于诸图中。每一实例作为说明提供，以及并不意欲作为限制。例如，图示或者描述为一个实施例的部分的特征可用于更进一步的实施例，或者与其他实施例结合以用于产生更进一步的实施例。本公开意欲包括这样的修改和变更。

本文公开的实施例涉及一种用于在用硅、氧化硅、金属、金属氧化物或金属氮化物层（举例来说，铝、氧化铝或氮化铝）涂敷薄膜之前，用电子束处理塑料基板的方法。本发明人已经发现，与具有相同的涂层但在涂敷之前没有经电子处理的相同薄膜相比，用电子预处理出乎意料地提高了涂敷后薄膜的阻挡性能。因此，用电子处理的薄膜侧面通常是（但并不限于）从后续的处理辊引导离开的侧面，随后用涂层覆盖所述侧面。

假设所觉察的效果是电子处理的各种局部效果的组合。经由将电子束引导到聚合物基板上，所述基板的表面粗糙度会减少。此外，经由碰撞电子（例如，激发电子）改变薄膜表面的电子结构，以使得所述塑料薄膜表面和随后施加的涂层之间的粘着性改变，结果使阻止水蒸汽和氧气的阻挡性能提高。此外，所述聚合物膜表面中的键合被分裂，以使得在后续涂层和薄膜之间的键合的属性被改变、相应地提高。

如上所述的效果的至少一部分的属性是使得所述塑料薄膜的表面在结构上修改，相应地不可逆的修改。此外，所述表面上的游离水或水分子的数量会减少，因此所述表面经由电子束净化。应当注意本文所描述的基板通常已经完全地聚合，也就是说，电子束无法帮助促进所述表面上的聚合反应，和/或所述基板通常在经由电子束处理之前已经固化。

在各实施例中，用电子束进行预处理的步骤可以与将气体施加到塑料薄膜上方的空间的步骤结合，其中气体分子分别由电子束离子化，从而被激发。已经证明的合适气体是氩，或更具体地是氦或者诸如N₂、O₂的活性气体，或者是前述各者的任意混合物。

在以下附图的描述中，相同元件符号代表相同组件。一般而言，仅描述关于个别实施例的差异。

图1图示用于处理柔性塑料基板110（诸如，但并不限于腹板(web)、薄膜，或箔片）的示例性系统100。所述示例性实施例包括真空腔室180。根据各实施例，在真空腔室180内执行对所述柔性基板的处理。特别地，处理滚筒105设置在示例性系统100的真空腔室180中。因此，处理可以在真空状态下执行。真空腔室180通常具有入口185和出口190，所述入口185经调适用于促进将基板110引入到所述腔室中，同时在所述腔室中维持真空状态，所述出口190用于已处理的基板150。或者，整个辊对辊式（roll-to-roll）系统可以包含在真空腔室180中，所述辊对辊式系统包括退绕辊和绕线辊（在图1中未图示）。

根据本文的各实施例，系统100包括第一辊125，所述第一辊125经调适用于输送和/或横向地伸展柔性基板110。特别地，根据本文的各实施例，第一辊125是以使得柔性基板110横向伸展（即，沿着基板宽度伸展）的方式配置的，例如，设置成与处理滚筒105相对。从而促进将柔性基板110适当输送到处理滚筒105上。

根据各实施例，第一辊125是设置成相邻于处理滚筒105，即在第一辊125和处理滚筒105之间延伸的基板输送路径中没有任何其他辊。根据各实施例，第一辊125是导辊。根据某些实施例，例如在示例性系统100中，第一辊125是设置在真空腔室180内。或者，第一辊125可以是设置在真空腔室180外。第一辊125可以具有（例如但并不限于）圆柱形状。

根据本文的各实施例，处理滚筒105相对于处理滚筒105的纵轴可旋转。因此，可以经由使柔性基板110在旋转的处理滚筒105上移动来输送和处理柔性基板110。根据各实施例，所述纵轴106对应于处理滚筒105的中心轴。根据各实施例，处理滚筒105具有沿着纵轴106的处理滚筒长度107，诸如图2所示。

根据本文的各实施例，在将柔性基板提供到辊125之前，使所述柔性基板从一个辊（未图示）退绕下来。已涂敷的基板150通常在辊130上经引导到出口而离开真空腔室180，以及柔性基板在所述真空腔室180中经处理之后或者在相同或另一真空腔室中的进一步处理步骤之后，通常缠绕到辊（未图示）上。

根据各实施例，处理滚筒的长度107是基板110的宽度的至少105%。根据各实施例，柔性基板110的涂敷是在处理滚筒105上作用的，例如但并不限于经由在处理滚筒105上执行对柔性基板110的一部分的涂敷。

根据各实施例，在涂敷所述基板之前将电子束120引导到基板110的表面112上。通常将电子束120引导到辊125和处理滚筒105之间的表面112上，更具体来说引导到滚筒上的区域114，在所述区域114处基板与处理滚筒105进行接触。应注意，第一区域114是被视为与真空腔室180有关的区域，即在柔性基板110的处理期间典型静止的元件。也就是说，如在本文所使用的，第一区域114不是随着处理滚筒105一起旋转的区域。用于发射电子束120的电子束装置115经调适以使得电子束跨基板的整个宽度作用于基板，从而使得由于基板110的纵向运动，用电子束120处理穿过真空腔室180的基板的整个表面（在基板的一侧）。电子束装置115可以例如是电子源，诸如淹没式电子枪、线性电子枪、电子束等等。在所述电子源中使用的气体可以是氩气、O₂、N₂、CO₂，或者He，更具体地O₂、N₂、CO₂，或He。

因此，应强调的是用发射电子处理的聚合表面112物理地改变、相应地在结构上改变，以实现随后已涂敷的基板的阻挡性能的提高。可以经由提供能量为1keV到6keV，更典型地从1keV到4keV，例如2keV、3keV，或4keV的电子来实现期望的效果。典型的电子流是20mA到1500mA，例如500mA。

根据各实施例，在进一步地处理柔性基板110之前，电子束装置115作用于所述柔性基板110。因此，对基板110的基板表面112的修改还可以提供在柔性基板110和处理滚筒105之间的电位差。特别地，电子束装置115可以经由在柔性基板110上提供电子而使柔性基板110充电。从而，可以将负电荷施加到所述柔性基板。如果处理滚筒105是接地的，如处理滚筒105到地面118的接地连接线108所示范性指示的（如图1和图3所示），那么柔性基板110上的电荷提供对于接地的处理滚筒105的电位差。然而，所述充电效果仅应视为本文公开的方法的副产物。所述充电效果通常无法帮助如上所述的基板表面112的物理/结构变化，以及因此也不能帮助根据各实施例的阻挡性能的改善。

根据各实施例，电子束装置115是配置成同时地沿着跨柔性基板的宽度的相当大的部分延伸的线路而作用于所述柔性基板110。特别地，电子束装置115可以是线性源，即沿着伸长的区域同时发射带电粒子的源，诸如线性的电子源。例如，电子束装置115可以在大约矩形的区域上同时地发射电子，所述大约矩形的区域具有较长的长度和较短的长度，所述较长的长度大约等于基板的宽度，或者更具体地是所述基板的宽度的至少95%，所述较短的长度是基板的宽度的0.5%到10%。所述电子束装置115的开口离所述基板表面的距离可以是从5mm到120mm，更典型地从20mm到100mm。

带电粒子的线性源可以促进对柔性基板的快速处理，以便所述基板的输送速率可以最佳化。根据替代性的实施例，电子束装置115是电子的扫描源，即沿着某线路或区域（诸如，图1所示的区域114），典型地沿着整个基板的宽度发射电子和扫描所述发射方向的源。因此，应理解的是如本文所使用的术语“电子束”不限于聚焦在一个点上的电子束，而是还包括在某线路或区域上的范围内分别扫描的电子束，以及从较大的区域朝基板上的靶区域方向发射的多个电子，因此是电子的体积流。在2007年12月21日提交的，标题为“Linear electron source,evaporator using linear electron source,andapplications of electron sources（线性的电子源、使用线性的电子源的蒸发器，以及电子源的应用）”的欧洲专利申请第EP2073243A1号中描述了线性的电子源的实例，所述申请以引用方式并入本文，并入的程度是所述应用没有与本公开内容不一致的地方。在所述申请中，提及了一种线性的等离子体电子源，所述线性的等离子体电子源包括：外壳，所述外壳作为第一电极且具有侧壁；所述外壳中的狭缝开口，所述狭缝开口用于让电子束通过，所述狭缝开口界定所述源的长度方向；第二电极，所述第二电极设置在所述外壳内并且具有面向所述狭缝开口的第一侧面，所述第一侧面与所述狭缝开口相距第一距离，其中在所述长度方向中所述电子源的长度是所述第一距离的至少5倍，以及是至少70cm；以及至少一个气源，所述气源用于提供气体进入所述外壳内，其中所述第一电极是阳极并且所述第二电极是阴极。

根据各实施例，柔性基板包括但不限于含聚丙烯的基板、聚酯基板、尼龙基板、OPP(oriented polypropylene)基板（即，定向聚丙烯薄膜），以及CPP(casting polypropylene)基板（即，流延聚丙烯薄膜）。根据各实施例，所述柔性基板具有50μm以下的厚度，或者更具体来说5μm，或更特别地2μm的厚度。例如，所述柔性基板可以是OPP基板，例如具有50μm或50μm以下的厚度，诸如20μm。本文描述的实施例还设想所述柔性基板是超薄的薄膜，所述薄膜具有2μm或2μm以下的厚度，例如0.7μm。

根据各实施例，系统100包括涂敷单元140，所述涂敷单元140设置成面向处理滚筒105，用于涂敷在处理滚筒105上的柔性基板110的至少一部分。根据各实施例，涂敷单元140设置用于涂敷柔性基板110的一部分，所述柔性基板110的待涂敷部分在第一区域114的下游以及第二区域116的上游，其中已涂敷的基板150以辊130引导而从处理滚筒105离开。

涂敷单元140是设置用于以涂敷材料层135涂敷柔性基板110，以便制造柔性的已涂敷基板150。根据不同的实施例（所述实施例可以与本文描述的实施例中的任何实施例结合），可以经由热蒸发、电子束蒸发、溅射工艺、CVD工艺、等离子体增强工艺、或这些工艺的组合来实现涂敷。涂敷单元140可例如包含梯形蒸发舟（staggered boatevaporator），用于促进所述涂敷层的均匀性改善。

根据各实施例，涂敷单元140配置用于用金属、金属氧化物或金属氮化物层来涂敷柔性基板110。例如，涂敷单元140可以配置用于用铝层涂敷柔性基板110。所述金属涂敷层典型地具有小于500nm的厚度，或者更具体来说小于450nm的厚度，或者更特别地小于100nm的厚度。此外，根据各实施例，所述金属涂敷层具有至少5nm的厚度，或者更具体来说至少8nm的厚度，或更特别地至少10nm的厚度。例如但并不受限地，可以用具有在约10nm到100nm范围内的厚度的铝层或者用具有在约8nm到450nm范围内的厚度的氧化铝(AlO_x)层或氮化铝层涂敷柔性基板110。在一些情形中，诸如用AlO_x的情形中，所述涂层可以是光学上透明的。在各实施例中，基板110是用硅层或氧化硅层涂敷的。

根据各实施例，经由在电子束作用于基板表面112之前用发射的电子束另外激发处理气体，所述已涂敷的基板150对水蒸汽和/或氧气的阻挡性能被进一步地改善。为这个目的，在处理气体可以与基板表面112附近的电子束120相互作用的位置或者区域处，将处理气体引入到真空腔室180中。进气口160示意性地图示在图3中，其中将气体165引导到靠近基板110的表面112的区域中。在所述气体分子与电子束120相互作用之后，所述气体分子和电子束120与所述基板表面相互作用。从而使所述表面暴露于被激发的处理气体。已经证明的合适的处理气体是氩气、氦气、活性气体的混合物（诸如氮气和氧气的混合物）；以及前述各者的任意混合物，更具体地是氮气和氧气、氦气，及氮气和氧气、氦气的混合物。如果利用被激发的处理气体，那么能量从约1keV到6keV，更具体地1keV到4keV的电子适合用于产生对所述气体的充分激发。

图4示意性地图示根据各实施例处理柔性基板的方法200。所述方法包括以下步骤：在步骤202中提供具有聚合表面的柔性基板，在步骤204中发射电子束，在步骤206中将所述聚合表面暴露到所述电子束，在步骤208中经由将所述聚合表面暴露于所述电子束而修改所述聚合表面；以及在步骤210中将阻挡层沉积在经修改表面上。

在各实施例中，在用电子束修改的基板表面112上，在用金属、金属氧化物、硅或者氧化硅涂敷阻挡层之前，将另一层施加到所述基板110。所述另一层可包括AlO_x，或者有机层（诸如三嗪(Triacine)或丙烯酸脂(Acrylate)）。另外或替代地，另一层可以施加到所述阻挡层的顶部上，即在阻挡层背离所述基板表面的一侧上。这个另一层可包括AlO_x，或者有机层（诸如三嗪(Triacine)或丙烯酸脂(Acrylate)）。

上文详细地描述了用于处理基板的系统和方法的示例性实施例。所述系统和方法不限于本文描述的特定实施例，而是所述系统的部件和/或所述方法的步骤可以与本文描述的其他部件和/或步骤分开且独立地使用。例如，在涂敷步骤之前用电子束修改基板表面的步骤可以在与所描述的系统不同的系统中进行，例如在没有专用处理滚筒的系统中，且并不限于本文描述的组合。

虽然可能在一些附图中图示本发明的各种实施例的具体特征而不在其他附图中图示，但这仅是为方便起见。根据本发明的原理，附图的任何特征可以与任何其他附图的任何特征相结合地提及和/或请求。

本书面描述使用实例，包括最佳模式，来公开本发明，且还能使本领域技术人员实践本发明，包括制造及使用任何装置或系统并执行任何所并入的方法。虽然上文中已经公开了各种具体实施例，但是本领域技术人员将认识到权利要求书的精神和范围允许同等有效的修改。特别地，如上所述的实施例的共同的、非排他性的特征可以彼此结合。本发明的专利保护范围是由权利要求书界定的，且可包括本领域技术人员思及的其他实例。如果这些其他实例的结构元素与权利要求书的语言文字没有区别，或如果这些其他实例包括与权利要求书的语言文字没有实质差异的等效结构元素，那么这些其他实例意欲包含在权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种处理柔性基板的方法，所述方法包括：

提供具有聚合表面的柔性基板；

发射电子束；

将所述聚合表面暴露于所述电子束；

经由将所述聚合表面暴露于所述电子束而修改所述聚合表面；以及

将阻挡层沉积在经修改的表面上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述柔性基板选自包括以下物质的群组：含聚丙烯的基板、聚酯基板、尼龙基板、OPP基板，和CPP基板。

3.如权利要求1到2中任意一项所述的方法，其特征在于所述修改步骤包括净化所述表面，特别地从所述表面去除水蒸汽。

4.如权利要求1到3中任意一项所述的方法，其特征在于所述修改步骤包括减少所述表面的表面粗糙度。

5.如权利要求1到4中任意一项所述的方法，其特征在于所述修改步骤包括使所述基板的所述聚合表面的化学键分裂。

6.如权利要求1到5所述的方法，其特征在于所述电子束具有从1到6keV的电子能量。

7.如权利要求1到6中任意一项所述的方法，其特征在于所述电子束是用从20到1500mA的电子束电流发射的。

8.如权利要求1到7中任意一项所述的方法，所述方法进一步包括：

引入处理气体；

用所述发射的电子束激发所述处理气体；以及

使所述基板表面暴露到所述被激发的处理气体。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述处理气体选自包括以下物质的群组：氩气，更具体地氮气或氧气，氮气和氧气的混合物，以及前述各种气体的组合。

10.如权利要求1到9中任意一项所述的方法，所述方法进一步包括：

使所述柔性基板从辊上退绕下来；以及

使所述柔性基板缠绕到辊上。

11.如权利要求1到10中任意一项所述的方法，其特征在于所述阻挡层包括来自由以下元素组成的群组的至少一种元素：铝、氧化铝、氮化铝、硅、氧化硅。

12.如权利要求1到11中任意一项所述的方法，其特征在于所述阻挡层是光学上透明的阻挡层，用于阻挡氧气和/或水蒸汽，特别地用于阻挡氧气和水蒸汽。

13.如权利要求1到12中任意一项所述的方法，所述方法进一步包括：

将AlO_x层或有机层（诸如三嗪或丙烯酸脂层）沉积在所述柔性基板和所述阻挡层之间；和/或

将AlO_x层或有机层（诸如三嗪或丙烯酸脂层）沉积到所述阻挡层上。

14.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于所述聚合的基板表面是用所述电子束不可逆地修改的。

15.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于所述柔性基板包括聚对苯二甲酸乙二酯，所述已沉积的阻挡层包括Al，所述电子能量是5keV，以及所述电子流是500mA。

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