CN105489784B - 柔性导电电极的制备方法及该方法制备的电极及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性导电电极的制备方法及该方法制备的电极及其应用，制备方法包括以下步骤：(1)光掩膜版制备：将导电线栅光刻到光掩膜上；(2)电沉积模具制备：然后将线栅型光掩膜版进行紫外曝光，形成图形化线栅沟槽；(3)电沉积工艺：将金属基板放置于电铸沉积槽中，生成电沉积层；(4)生成柔性导电电极：将金属基板上涂布一层固化胶，柔性衬底覆盖于固化胶上，经过紫外固化后脱模，获得柔性导电电极。本发明制备的柔性导电电极的表面平整度只取决于所用金属基板材料的表面平整度，具有较高平整表面，制备的OLED装置不会因透明电极的表面起伏较大，引起背电极与基底相接触，造成短路而损毁，大大提升了使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于柔性电子制造技术领域，具体涉及一种柔性导电电极的制备方法及该方法制备的电极及其应用。
背景技术
OLED(有机电致发光器件)在新型平板显示、固态照明、柔性显示、绿色能源等领域显示了极为广阔应用潜力，由于OLED具有低能耗、全固态、发光颜色丰富、可实现柔性显示等诸多优点，被认为是最具发展前景的平板显示和照明技术之一。尤其是柔性OLED器件，可任意弯曲折叠、轻便超薄，可广泛应用于智能穿戴设备，装饰性照明及柔性显示设备。
然而，传统的柔性OLED器件仅将基底材料由刚性玻璃替换为柔性聚合物材料(如PET等)，而关键组件阳极依然采用铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)薄膜作为透明电极。在薄膜上制造ITO电路涉及溅射(或蒸镀)、刻蚀等工序，不但工艺链长、环境友好性差，且附着于PET表面的ITO易于剥裂，机械性能很差，经不住折绕，无法满足柔性光电子系统的工作要求。业界纷纷开始研究ITO的替代品，包括纳米银线、金属线栅、纳米碳管以及石墨烯等材料。
中国专利201310439839.0使用石墨烯代替ITO作为能够在OLED器件中使用的透明导电电极。石墨烯电极的方阻达260欧/方，并且需要高温800℃到1080℃下沉积。
目前碳纳米管及石墨烯材料制备的透明导电电极，受制于材料的稳定性及生产工艺限制，仍停留在实验阶段。而金属纳米线制成的透明导电膜，纳米线之间的接触电阻较高，击穿电压较低，耐氧化性差。并且金属纳米线与柔性衬底的黏附性较差，易剥落，且纳米线之间易发生团聚，在器件应用中难以形成均匀稳定的电流。
金属线栅电极一般采用纳米转印技术、纳米压印和填充技术制备，由于可同时兼顾高导电性和高透光率，成为柔性OLED器件透明电极的首选材料之一。中国发明专利ZL201010533228.9描述了一种基于纳米压印和纳米涂布的方法实现的透明导电膜，通过纳米压印形成沟槽，在沟槽中填充纳米导电材料，再烧结形成高性能导电膜，卷对卷制程实现了透明导电膜的低成本制造。但是，在纳米导电材料烧结过程中，有机溶剂挥发，造成沟槽内导电材料凹陷，电极表面极不平整。且受制于纳米导电材料的填充特性，该方法制备透明导电膜导电沟槽的线宽很难进一步降低到纳米量级。
综上所述，对金属线栅型柔性透明电极而言，无论是纳米转印技术、喷墨打印技术、还是丝网印刷技术都不能从根本上解决电极凸起与有限发光层厚度之间的固有矛盾。
在OLED制备过程中，柔性电极的表面粗糙度对器件性能至关重要。对OLED而言，发光层厚度仅100nm左右，如果线栅电极表面粗糙度过大，可能导致背电极与基底相接触，造成器件短路而损毁。目前，基于纳米压印及填充技术的金属线栅柔性电极在制备过程中需要高温烧结导电材料，那么随着导电材料中有机溶剂的挥发，会造成填充沟槽部分凹陷。并且凹陷深度远大于OLED的器件厚度，因此该方案制备的OLED器件在工作过程中极易损毁，严重影响器件的使用寿命。而基于纳米转印技术制备金属线栅电极的过程中需要昂贵的真空镀膜工艺，工艺复杂，使生产成本大幅提高，不利于规模生产对低成本、高效率的要求。
鉴于此，本发明所要解决的是现有技术中OLED柔性透明电极制备工艺复杂、成本高、表面平整度低(影响器件的发光效率及使用寿命)的问题，旨在提出一种实现表面高平整性、嵌入式线栅型柔性导电电极的制备，并由该透明电极制备出工艺简单、发光效率高、使用寿命长的柔性OLED器件。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性导电电极的制备方法及该方法制备的电极及其应用。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种柔性导电电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)光掩膜版制备：根据尺寸、形状、发光波长的要求，设计导电线栅，然后将导电线栅光刻到光掩膜上，经过显影、去铬后，获得线栅型光掩膜版；
(2)电沉积模具制备：在金属基板上涂布一层光刻胶，然后将步骤(1)的线栅型光掩膜版进行紫外曝光，显影后在金属基板上形成图形化线栅沟槽，并使得图形化线栅沟槽部分显露出金属基板；
(3)电沉积工艺：将步骤(2)光刻后的金属基板放置于电铸沉积槽中，使其位于电铸沉积槽的阴极，并在电铸沉积槽的阳极或电解液中放置沉积材料，通电后在图形化线栅沟槽中沉积生成电沉积层；
(4)生成柔性导电电极：去除步骤(3)电沉积后的金属基板上的光刻胶，然后将金属基板上涂布一层固化胶，再将柔性衬底覆盖于固化胶上，经过紫外固化后脱模，获得柔性导电电极。
相较于现有技术，本发明制备的柔性导电电极的表面平整度只取决于所用金属基板材料的表面平整度，其表面均方根粗糙度RMS为1-10nm，具有较高平整表面，利用其制备的OLED装置就不会因透明电极的表面起伏较大，引起背电极与基底相接触，造成OLED装置短路而损毁，大大提升了OLED装置的使用寿命。
本发明上述的光刻胶的厚度为50nm-10μm；沉积材料为金属材料、半导体材料、石墨烯或碳纳米材料；柔性衬底为PET薄膜、PI薄膜或PEN薄膜，具体可以根据实际情况选择。
在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
作为优选的方案，上述的图形化线栅沟槽的线宽为40nm-10μm，槽深为50nm-10μm，电沉积层的面积与导电电极整体面积之比小于5％，电沉积层的厚度不大于图形化线栅沟槽的槽深。其中，电沉积通电的电流强度为1A-50A，沉积时间为10s-600s，电铸沉积槽的阳极和阴极的距离为20mm-300mm。
采用上述优选的方案，通过调控电沉积的参数，控制电沉积层的厚度，从而使得柔性导电电极的表面方阻值小于1Ω/方，电导率较高。而导电电极的透过率由电沉积层的面积与导电电极整体面积的比例决定，二者之比小于5％，使得导电电极的透过率大于88％，尤其当线栅线宽选50-300nm时，透明电极同时具有增强可见光透射的作用，可有效增强OLED发光的外量子效率，大大提高发光效率。
作为优选的方案，上述的步骤(4)中将电沉积后的金属基板放置于NaOH溶液中，去除金属基板上的光刻胶，然后利用纳米压印技术将金属基板上涂布一层固化胶。
采用上述优选的方案，利用纳米印压技术把线栅型电沉积层内嵌于固化胶中，而不只是粘附在固化胶表面，使得其与柔性衬底粘附力较强，不容易被污染刮伤。
作为优选的方案，本发明还提供一种柔性导电电极，应用了上述的柔性导电电极的制备方法制备而成。
作为优选的方案，本发明还提供一种OLED装置，应用了上述的柔性导电电极。其中，OLED装置为OLED照明灯或OLED显示屏。
附图说明
图1为本发明一种实施方式激光光刻后金属基板的结构示意图。
图2为本发明一种实施方式电沉积后金属基板的结构示意图。
图3为本发明一种实施方式纳米压印的示意图。
图4为本发明一种实施方式柔性导电电极的结构示意图。
图5为本发明一种实施方式OLED装置的结构示意图。
其中，1.金属基板，2.光刻胶，3.图形化线栅沟槽，4.电沉积层，5.固化胶，6.柔性衬底，7.导电线栅，8.第一照明图案，9.第二照明图案，10.第三照明图案，11.引线。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，如图1至图4所示，在本发明的其中一种实施方式中提供一种柔性导电电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)光掩膜版制备：根据尺寸、形状要求，设计导电线栅7，然后将导电线栅7利用激光光刻到光掩膜上，经过显影、去铬后，获得线栅型光掩膜版；
(2)电沉积模具制备：在金属基板1上涂布一层光刻胶2，然后利用步骤(1)的线栅型光掩膜版进行紫外曝光，显影后在金属基板1上形成图形化线栅沟槽3，并使得图形化线栅沟槽3部分显露出金属基板1；
(3)电沉积工艺：将步骤(2)光刻后的金属基板1放置于电铸沉积槽中，使其位于电铸沉积槽的阴极，并在电铸沉积槽的阳极或电解液中放置沉积材料，通电后在图形化线栅沟槽3中沉积生成电沉积层4；
(4)生成柔性导电电极：去除步骤(3)电沉积后的金属基板1上的光刻胶2，然后将金属基板1上涂布一层固化胶5，再将柔性衬底6覆盖于固化胶5上，经过紫外固化后脱模，获得柔性导电电极。
相较于现有技术，本实施方式制备的柔性导电电极的表面平整度只取决于所用金属基板1的表面平整度，其表面均方根粗糙度RMS为1-10nm，具有较高平整表面，利用其生产的OLED装置就不会因透明电极的表面起伏较大，引起背电极与基底相接触，造成OLED装置短路而损毁，大大提升了OLED装置的使用寿命。
根据实际情况，可以选择，上述的光刻胶2的厚度为50nm-10μm，本实施方式可选50nm、100nm、500nm、1μm、5μm、10μm；沉积材料为金属材料、半导体材料、石墨烯或碳纳米材料，本实施方式优选金属铜；柔性衬底为PET薄膜、PI薄膜或PEN薄膜，本实施方式优选PET薄膜。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的电沉积层4的面积与导电电极整体面积之比小于5％，图形化线栅沟槽3的线宽为50nm-10μm，本实施方式可选50nm、500nm、1μm、5μm、10μm，槽深为50nm-10μm，本实施方式可选50nm、100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，电沉积层4的厚度不大于图形化线栅沟槽3的槽深。其中，电沉积通电的电流强度为1A-50A，沉积时间为10s-600s，电铸沉积槽的阳极和阴极的距离为20mm-300mm。
采用上述优选的方案，通过调控电沉积的参数，控制电沉积层4的厚度，从而使得柔性导电电极的表面方阻值小于1Ω/方，电导率较高。而导电电极的透过率由电沉积层的面积与导电电极整体面积的比例决定，二者之比小于5％，使得导电电极的透过率大于88％，尤其当线栅线宽选50-300nm时，透明电极同时具有增强可见光透射的作用，可有效增强OLED发光的外量子效率，大大提高发光效率。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的步骤(4)中将电沉积后的金属基板1放置于NaOH溶液中，去除金属基板1上的光刻胶2，然后利用纳米压印技术将金属基板1上涂布一层固化胶5。
采用上述优选的方案，利用纳米印压技术把电沉积层4内嵌于固化胶5中，而不只是粘附在固化胶5表面，使得其与柔性衬底6粘附力较强，不容易被污染刮伤。
如图4所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，本实施方式还提供一种柔性导电电极，应用了上一实施方式的柔性导电电极的制备方法制备而成。
如图5所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，本实施方式还提供一种OLED装置，应用了上一实施方式的柔性导电电极。其中，OLED装置为OLED照明灯，OLED照明灯包括第一照明图案8、第二照明图案9和第三照明图案10，且三者之间通过引线11电连接。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种柔性导电电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)光掩膜版制备:根据尺寸、形状、发光波长的要求，设计导电线栅，然后将导电线栅光刻到光掩膜上，经过显影、去铬后，获得线栅型光掩膜版；
(2)电沉积模具制备：在金属基板上涂布一层光刻胶，然后将步骤(1)的线栅型光掩膜版进行紫外曝光，显影后在金属基板上形成图形化线栅沟槽，并使得图形化线栅沟槽部分显露出金属基板；
(3)电沉积工艺：将步骤(2)光刻后的金属基板放置于电铸沉积槽中，使其位于电铸沉积槽的阴极，并在电铸沉积槽的阳极或电解液中放置沉积材料，通电后在图形化线栅沟槽中沉积生成电沉积层；
(4)生成柔性导电电极：去除步骤(3)电沉积后的金属基板上的光刻胶，然后将金属基板上涂布一层固化胶，再将柔性衬底覆盖于固化胶上，经过紫外固化后脱模，获得柔性导电电极。
2.根据权利要求1所述的柔性导电电极的制备方法，其特征在于，所述图形化线栅沟槽的线宽为40nm-10μm，槽深为50nm-10μm，所述电沉积层的面积与导电电极整体面积之比小于5％，所述电沉积层的厚度不大于所述图形化线栅沟槽的槽深。
3.根据权利要求1所述的柔性导电电极的制备方法，其特征在于，所述光刻胶的厚度为50nm-10μm。
4.根据权利要求1所述的柔性导电电极的制备方法，其特征在于，所述沉积材料为金属材料、半导体材料、石墨烯或碳纳米材料。
5.根据权利要求1所述的柔性导电电极的制备方法，其特征在于，所述通电的电流强度为1A-50A，沉积时间为10s-600s,电铸沉积槽的阳极和阴极的距离为20mm-300mm。
6.根据权利要求1所述的柔性导电电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中将电沉积后的金属基板放置于NaOH溶液中，去除金属基板上的光刻胶，然后利用纳米压印技术将金属基板上涂布一层固化胶。
7.根据权利要求1所述的柔性导电电极的制备方法，其特征在于，所述柔性衬底为PET薄膜、PI薄膜或PEN薄膜。
8.一种柔性导电电极，其特征在于，应用了如权利要求1-7任一所述的柔性导电电极的制备方法制备而成。
9.一种OLED装置，其特征在于，应用了如权利要求8所述的柔性导电电极。
10.根据权利要求9所述的OLED装置，其特征在于，所述OLED装置为OLED照明灯或OLED显示屏。
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