高温TFT的复合基板及制备方法和柔性显示器件的制备方法
技术领域
本发明属于柔性显示器技术领域,具体涉及一种高温TFT的复合基板及制备方法和柔性显示器件的制备方法。
背景技术
全柔性化显示的曲屏手机和曲面电视等设备,其需要基于以柔性衬底材料为器件的承载基板,并要求电极层、TFT矩阵、显示器件以及封装层均有一定的弯曲半径才能实现全柔性化,包括电子纸、柔性液晶显示器和柔性有机电致发光显示器件。而在大量工业生产中,在柔性基板上制备显示器件的主要包括两类:R2R(roll to roll,卷到卷)生产工艺以及S2S(sheet to sheet,张到张)生产工艺。
其中,R2R工艺中先将软板从圆筒状的料卷卷出后,在软板上加入特定用途的功能或在软板表面加工,最后再把软板卷成圆筒状或直接成品裁切;该方法软板上主要是采用印刷的方式在柔性基板上制备显示器件,但由于受到印刷技术和显示墨水材料的限制,达不到高精度显示的要求,良品率较低。
基于R2R工艺在精确制造上的不足,所以现有制造中最多采用S2S生产工艺进行;S2S生产工艺是结合柔性基板贴附后剥离的方法,实施中先将柔性基板贴附在硬质载体基板上制备显示器件,制备完显示器件之后再剥离硬质基板,取出柔性显示器件。这种方法由于有硬质基板的支撑,可以利于提升显示器件的制作精度,且制作设备和工艺与制作传统的TFT(Thin Film Transistor,无辐射薄膜晶体管有源矩阵)-LCD相仿,不必做太大的调整,因此短期内更接近于量产应用。TFT包括低温TFT工艺和高温TFT工艺两种,而相比低温TFT工艺,高温工艺才能得到更高分辨率显示要求的基板。
而S2S工艺中,采用粘接剂将柔性衬底贴附在载体基板上,限制于柔性基板和粘接剂的耐温性能,工艺过程中既要保证柔性衬底与载体的粘接性,不受TFT工程中清洗,曝光、显影、刻蚀等过程的影响,又需要再器件制备完成后,方便柔性显示器件与载体基板的分离。受限制于柔性基板如PET、PEN等材料受限于热处理温度仅适用于低温柔性显示,并不符合高分辨率柔性显示发展的要求;因此这种做法更多用于低温TFT工艺,无法满足高温TFT工艺要求。同时,现有S2S工艺中也没有能适于高温TFT工艺的柔性显示基板。
发明内容
本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种适用于S2S制程工艺中高温TFT制备高精度的柔性显示器件的复合基板及制备方法和柔性显示器件的制备方法。
为了实现上述发明目的,本发明实施例的技术方案如下:
一种用于高温TFT的复合基板,包括硬质基板,所述硬质基板上依次设置有中介层、柔性基板层和高温TFT功能修饰层。
本发明的复合基板,相比现有的单一的PET、PEN等柔性材料基板,在TFT工艺中柔性基板层不直接与玻璃、硅片等硬质基板载体结合,而在柔性基板层与硬质基板载体之间存在超薄的中介层;柔性基板层通过该中介层10的中间层间接地与玻璃、硅片等硬质基板载体结合,那么便能避免直接与硬质基板接触,避免在后续高温工艺过程中硬质基板表面上存在缺陷和微小颗粒的部位与柔性基板层紧密粘接,导致在柔性基板层剥离过程中在缺陷、颗粒污染处薄膜撕裂,损坏TFT器件的问题。同时,在柔性基板层的表面上进一步设置有能增强柔性基板层某些功能特性的功能修饰层,该功能修饰层可以根据所需要实现调节柔性基板各种性能进行采用,使其更加适于高温TFT工艺的要求以及特定显示器件的制备。
本发明进一步还提出一种用于高温TFT的复合基板的制备方法,包括如下步骤:
获取硬质基板;
在所述硬质基板上通过气相沉积生成中介层;
在所述中介层上制备柔性基板层;
在柔性基板层上制备高温TFT功能修饰层。
本发明的制备方法,采用气相沉积的方式生成的中介层,在气相沉积的过程中,材料分子可以在硬质基板尖锐的边缘甚至针尖的尖端成膜,也可以在复杂的结构上均匀地覆盖;最终能将基板上的缺陷和颗粒污染完全包裹住,最大化地避免后续柔性基板层直接和颗粒污染直接接触产生剥离损伤的缺陷。
本发明进一步还提出一种采用上述高温TFT的复合基板制备柔性显示器件的方法,包括如下步骤:
采用高温TFT工艺在所述复合基板的功能修饰层表面制备Oxide-TFT驱动阵列层;
在所述Oxide-TFT驱动阵列层上形成OLED层;
在所述OLED层上贴覆封装膜后,将所述复合基板的柔性基板层与中介层进行剥离。
采用本发明的上述高温TFT的复合基板进行柔性显示器件的制备,其首先第一在制备的过程中可以进一步满足高温TFT工艺的性能,使制备的AMOLED等柔性显示器件的显示精度、品质上能进一步提升;且由于其复合基板的结构,在最终柔性显示制备封装之后,通过中介层与柔性基板层之间的结合界面进行剥离,避免现有柔性基板层与硬质基板界面剥离方式产生的剥离损伤的问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1为本发明实例用于高温TFT的复合基板的结构示意图;
图2为本发明实例中介层包覆硬质基板表面缺陷示意图;
图3为本发明实例复合基板高温TFT工艺之后剥离的示意图;
图4为本发明实例复合基板制备中硬质基板上气相沉积中介层的示意图;
图5为本发明实例复合基板制备中涂布生成柔性基板层的示意图;
图6为本发明实例复合基板制备中柔性基板层固化过程的示意图;
图7为本发明实例复合基板制备中涂布制备功能修饰层的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种适于高温TFT工艺的复合基板,参见图1,其包括依次叠置在硬质基板1上的中介层10、柔性基板层20和功能修饰层30;
其中,本发明的复合基板,相比现有的单一的PET、PEN等柔性材料基板,在TFT工艺中柔性基板层20不直接与玻璃、硅片等硬质基板1载体结合,而在柔性基板层20与硬质基板1载体之间存在中间的中介层10;柔性基板层20通过该中介层10的中间层间接地与玻璃、硅片等硬质基板1载体结合,那么便能避免直接与硬质基板1接触,避免在后续高温工艺过程中硬质基板1表面上存在缺陷和微小颗粒的部位与柔性基板层20紧密粘接,导致在柔性基板层20剥离过程中在缺陷、颗粒污染处薄膜撕裂,损坏TFT器件的问题。
同时,在柔性基板层20的表面上进一步设置有能增强柔性基板层20某些功能特性的功能修饰层30,该功能修饰层30可以根据所需要实现调节柔性基板各种性能进行采用,使其更加适于高温TFT工艺的要求以及特定显示器件的制备。
具体地,上述功能修饰层30可以为掺杂无机纳米粒子的修饰层,用于增强柔性基板层20的水氧阻隔性能;掺杂玻璃纤维、碳纤维的修饰层可以增强柔性基板层20的韧性,调节柔性基板层20热膨胀系数和弹性模量等参数;以ITO(氧化铟锡)、AZO(掺铝氧化锌)和石墨烯等透明导电膜制作的修饰层,之后复合基板可以直接作为TFT、AMOLED等器件的电极层。因此,具有上述功能修饰层30之后,柔性基板层20能更加适于高温TFT工艺的性能要求。当然,上述功能修饰层30也可以包含有多个功能亚层,基于不同的性能要求,从上述阻隔层、增韧层、导电膜层及其他本领域技术人员所知的其它结构层中进行选择。当热,其中需要注意的是,如果功能修饰层30中需要具备上述ITO(氧化铟锡)、AZO(掺铝氧化锌)和石墨烯等透明导电膜的TFT、AMOLED等器件的电极层;那么该透明导电膜需要设置于功能修饰层30的最表层,如果不位于表层,那么由于其被覆盖便无法实现作为与TFT、AMOLED等器件导通,实现电极层的功能。
进一步在本发明上述基础上,为了使其更加利于复合基板在高温TFT工艺中的性能要求,柔性基板层20采用PI树脂材质,因为PI(聚酰亚胺)树脂材质自身具有较高的玻璃化温度,且热膨胀系数小、耐温性好,非常适于高温TFT工艺的要求;同时,PI(聚酰亚胺)树脂在形成柔性基板层20后,其材质的界面粘性能具有非常良好的粘接力,在高温TFT工艺中避免脱落的情形;且由于其本身的分子应力以及固化后的界面张力,可以使其在制备完成后采用简单的机械方式即可与中介层10实现剥离。基于上述柔性基板层20的选择,中介层10的材质也采用PI树脂,这样中介层10与柔性基板层20为相似或者相同的材质,则中介层10与柔性基板层20之间耐溶剂性好,不会形成溶解渗透,进一步可以实现复合基板的层与层之间形成膜内应力释放梯度,减小柔性器件后续制作工艺中基板翘曲的问题。当然,除了上述仔细的考量分子应力和材料粘性、耐高温性的等方面中和验证之后选定的PI树脂和聚环氧树脂等之外,本领域技术人员也可以采用具有相似性质和要求的材料进行试验,如以PI树脂为基础的改性材料或者其他也能达到本发明中材料的优异效果的,那么也可以进行替换。
而进一步在该种PI树脂材质的中介层10的选择下,中介层10采用气相沉积的方法形成;在这一情形下PI树脂可以采用两种单体即二胺和二酐单体同时先气相沉积后亚胺化处理形成;因为中介层10本身是用于作为柔性基板层20的中介结合于硬质基板上,而采用气相沉积的方式生成的中介层10,在气相沉积的过程中,单体分子可以在硬质基板尖锐的边缘甚至针尖的尖端成膜,也可以在复杂的结构上均匀地覆盖;其效果可以参考图2所示,最终能将基板上的缺陷和颗粒污染的一些缺陷部位B完全包裹住,避免后续PI的柔性基板层20直接和颗粒污染直接接触产生剥离损伤的缺陷。如果,采用通常的溶液涂布成膜之后再固化的方式生成中介层10,则其表面张力的因素无法实现全面均匀地覆盖,且还会有气孔等的生成,影响中介层的分子结构的均一性和致密性。
进一步,在上述基础上,功能修饰层30其基体材料基于相同的粘接力适中的特性也可以采用PI树脂材料,而其中基于所需的功能要求,无机纳米粒子可以的掺杂可以采用SiN、SiO2或SiOxNy纳米粒子。相比本发明的上述增强柔性基板20的方式,现有方式中多采用将无机纳米粒子掺杂在柔性基板层20内,然后在玻璃、硅片等硬质基板上成膜,成膜的方式采用在高温或辐射进行,掺杂的SiN、SiO2或SiOxNy等无机纳米粒子会聚集在玻璃、硅片等硬质基板的表面,并与载体基板表面的元素发生反应形成一定的键合,这会直接导致后续柔性基板与硬质基板剥离损伤的问题。而相比本申请中采用的上述复合膜结构,避免了功能修饰层30中无机纳米粒子直接与硬质基板接触,消除了纳米粒子在柔性基板层20界面和硬质基板的聚集。
基于掺杂的功能成分的不同,或者本身功能修饰层30材质需求的不同,通过对材质和功能修饰成分的变化,从而进一步实现所需要的不同性能。
采用本发明的上述适于高温S2S工艺的复合基板,其在高温工艺制备之后,在后续的剥离的过程可以参见图3所示,沿图3中A箭头所示的切割方向,沿切割线从功能修饰层30的表面直接切割至柔性基板层20与中介层10的分界面处,然后沿着柔性基板层20和中介层10分界面将柔性基板层20与中介层10剥离下来。由于柔性基板层20与中介层10优选采用了同种PI材料,根据同种PI材料粘接力适中的特性,只需要简单的机械切割打破中介层10和柔性基板层20间的受力平衡,便能很容易将复合膜结构PI柔性基板层20从硬质基板上分离,中介层10仍然粘附于硬质基板之上,再经过化学方法回收后硬质基板还可以重复使用。
进一步,上述实施方式的基础上,其中中介层10控制为0.2μm-0.5μm厚度;进一步柔性基板层20控制厚度为10μm-20μm。中介层10的厚度如果进一步降低,则会影响对硬质基板表面缺陷和颗粒污染包覆不足的问题,而厚度进一步过高会影响柔性基本层20粘接的力度和TFT工艺加工的精度。因此在本发明中采用控制厚度在上述条件下进行,以保证在复合基板的材质结构与参数性能上能最大化地适合于高温TFT工艺的要求。
在上述基础上,本发明进一步提出一种制备上述用于高温S2S工艺的复合基板的方法,包括如下步骤:
S10,获取一硬质基板1;
S20,通过气相沉淀在硬质基板1上形成中介层10;
S30,在中介层10上生成柔性基板层20;
S40,在柔性基板层20上制备功能修饰层30。
在本发明的制备过程中,首先硬质基板1可以选用硅片、金属、玻璃等,这些类型的硬质基板1在S2S工艺中可以方便循环利用,避免污染和浪费。当然,进一步为了使硬质基板1能更加利于与复合基板结合,可以将硬质基板1进行表面处理,提高硬质基板1的表面能;处理的方式在本发明中包括:
S11,将硬质基板1表面进行清洗;
S12,将硬质基板1清洗后的表面上用氮气、氩气等惰性气体进行等离子处理。
通过上述处理可以提高基板表面能,增加中介层与玻璃载体之间的粘接力,避免在后续工艺过程中,中介层与载体基板剥离、脱落。
进一步,步骤S20采用气相沉淀的方式生成中介层10,将中介层10材料在一定温度下形成蒸汽压之后沉积于硬质基板的活化表面;同时在本发明中为了进一步使中介层10对于硬质基板1表面包覆完全、均匀,同时进一步保证沉积的品质和粘接力;优选将沉积过程中的压力控制在10-5Pa~10-6Pa,沉积的速率根据需要可以在0.15nm/s~0.75nm/s范围内调节。当压力和速度过低,形成中介层10的的粘附力和包覆品质无法满足之后TFT工艺的要求;而如果压力过高、沉积速度过快,则其本身均一性品质上降低;因此在本发明中采用上述条件控制使得中介层10的形态品质以及粘接力和包覆性上能最大化地满足材质和高温工艺的需求标准。同时,在沉积的过程中,材料蒸发温度可以根据材料本身理化性质进行选择;在本发明中基于采用的PI树脂材料的两种单体混合沉淀之后固化交联的品质,采用将二酐单体的蒸发温度控制在150℃~180℃,二胺的蒸发温度控制在60℃~160℃;通过蒸发温度选择更加利于其沉淀的单体均一效果,之后在固化交联的过程中,最终生成的中介层10本身的品质和分子内应力、界面张力性能均更加利于高温工艺的进行和之后的机械剥离的需求。
进一步本发明在步骤S20的芳香族四羧酸二酐与二胺单体材料气相沉积结束之后,将沉积有中介层10的硬质基板1转移至红外辐射烘箱内进行材料亚胺化处理;处理的过程采用在氮气的保护下以0.5~3℃/min的速率从室温加热至320~385℃后,保持1h;然后自然冷却至室温,得到0.2μm-0.5μm厚的PI中介层10。
进一步在步骤S30中,在中介层10上制备生成柔性基板层20,其制备的方式根据所需要的厚度、精度需求和品质,优选采用如下步骤进行制备:
S31,采用狭缝涂布(slot die coating)的方式,将柔性基板层20(比如本发明中采用的PI溶液)涂布于中介层10之上;在涂布的过程中,通过狭缝的精度来控制柔性基板层20的厚度和均匀性;同时由于硬质基板1在上述中介层10沉积包覆之后,其表面上的缺陷和颗粒污染被中介层10完全包裹,那么涂布的PI溶液不会与缺陷和颗粒直接接触,并利用液体的流动性和覆盖性可以形成平坦的表面。
S32,溶液涂覆完成后,迅速转移至真空洁净烘箱,在低真空条件下(-1.0MPa~-0.8MPa)静置30min~60min,除去溶液中残留的气泡,避免成膜后影响薄膜表面平坦度;同时低压条件下溶剂沸点降低,可以起到干燥的作用。
S33,然后采用辐射法成膜工艺,将涂布形成柔性基板层20的PI溶液用红外辐射管进行辐射固化成膜;即可得到10μm-20μm的柔性基板层20。
当然,为了保证材料层表面的性质,整个过程在百级洁净室完成,有利于减少大气环境中颗粒污染。同时,采用的PI溶液本身膜耐溶剂性好,因此采用涂布的方式也不会与中介层10之间形成溶解渗透;最终在制备得到中介层10与柔性基板层20之间粘接力适中,不影响柔性器件剥离。
在步骤S30之后,步骤S40最后在生成的柔性基板层20的表面上进一步制备功能修饰层30;基于本发明中上述采用同质材料的做法,那么功能修饰层30本身掺杂纳米粒子、碳纳米管等的层级结构,其制备的方法也可以采用类似于柔性基板层20的涂布、真空静置、辐射固化的方式实现;当然在涂布的胶液中需要添加有所需的纳米粒子、碳纳米管等功能粒子。
或者,如果本发明中功能修饰层30其是作为用于柔性TFT和AMOLED等器件的制作的电极层功能时,其材质为ITO和石墨烯等透明导电膜;那么制备的过程中在无法涂布的清洗过下,可以采用其它沉积的方式制备ITO或者石墨烯等透明导电膜的功能修饰层30。
在本发明所提出的上述高温TFT复合柔性基板,本发明还进一步提出一种用该高温TFT复合柔性基板制备AMOLED等柔性显示器件的方法,具体可以包括如下步骤:
S100,在复合基板的功能修饰层30表面采用高温TFT工艺制作Oxide-TFT驱动阵列;
S200,在Oxide-TFT驱动阵列上形成包括金属电极层和有机功能层的OLED层;
S300,在OLED层上贴覆封装膜后,按照图3所示的切割剥离的方法,从OLED层的表面切至中介层10与柔性基板层20的界面处,然后用机械剥离的方式即能将具有OEL显示器件的柔性基板层20整体与硬质基板1分离,得到完整的柔性显示器。
采用本发明的上述高温TFT的复合基板进行柔性显示器件的制备,其首先第一在制备的过程中可以进一步满足高温TFT工艺的性能,使制备的AMOLED等柔性显示器件的显示精度、品质上能进一步提升;且由于其复合基板的结构,在最终柔性显示制备封装之后,通过中介层与柔性基板层之间的结合界面进行剥离,避免现有柔性基板层与硬质基板界面剥离方式产生的剥离损伤的问题。
为使本发明上述的技术手段细节实施以及进步性效果的产生更加易于理解,以下通过实施例进行举例说明如下:
实施例1
在该实施例1中以高亮玻璃作为硬质基板1,然后在其上制备PI材质的各复合层的功能。
S11,首先将玻璃的硬质基板1的表面进行清洗后用氮气吹干;
S12,将玻璃基板1的表面用氮气进行等离子活化处理;
S21,将上述处理后的玻璃基板1置于CVD腔室中,参见图4所示,保持腔内压力为10-5Pa~10-6Pa;并在腔室内的蒸发舟上蒸发二酐单体和二胺单体形成混合气体(蒸发的过程中二酐单体蒸发温度160℃,二胺单体蒸发温度100℃),蒸发形成的混合气体会慢慢沉积于玻璃基板1上形成中介层10;并控制沉积的速度0.3nm/s左右,直接达到0.2μm-0.5μm的厚度,即停止沉积的过程。
S22,然后将具有中介层10的硬质基板1置于充满氮气氛围的辐射烘箱中,对中介层10进行红外辐射加热,以1℃/min的速率的阶梯升温从室温到350℃,然后缓慢降至室温,即可得到亚胺化之后的PI树脂材质的中介层10。
S31,之后将具有PI中介层10的玻璃基板1,转移至百级洁净室;
然后采用狭缝涂布(slot die coating)的方式,参见图5所示,在中介层10的表面上涂布上一层厚度为10μm-20μm PI溶胶;
S32,将涂布有PI溶胶的玻璃基板1迅速转移至真空洁净烘箱,在低真空条件下(0.96MPa)静置30min,除去溶胶中残留的气泡;
S33,将脱泡之后的玻璃基板1置于充满氮气氛围的辐射烘箱中进行辐射固化处理,参见图6所示,使PI树脂溶胶层固化形成柔性基板层20;
S40,在该实施例中同样采用与步骤S31-S33中相似的步骤,参见图7所示,将掺杂SiN和SiO2纳米颗粒的PI溶胶,在柔性基板层20上形成掺杂有SiN和SiO2纳米颗粒的PI层,即为用于增强基板水汽、氧气的阻隔作用的功能层30。当然,出于其他的功能修饰效果,该功能层30的材质和掺杂的功能成分可以根据所需进行更换。
同时,在上述步骤全部完成之后,将所制备得到的复合基板进行剥离和模拟高温TFT工艺测试,首先通过用切刀从功能层表面切至柔性基板层20与中介层10的分界处时,转为用机械撕开的方式可以分离,且分离之后分离的界面上均完整和良好无损伤。且,在分离的之后的中介层10和柔性基板层20的界面的两侧表面上均没有无机纳米粒子聚集。
并且在剥离的过程中,没有出现在用力较小时沿着剥离界线处中介层10和柔性基板层20能滑开的现象,需要在保持施加力度稳定的同时才能产生缓慢的分离;说明粘接力度较为强。为了验证该复合基板在在高温TFT工艺的使用效果,模拟高温TFT工艺进行柔性器件制作处理,在20次重复之中,均未有脱离的情况,且复合基板在高温下依然能保持良好的稳定形态。所以,本发明的上述制备获得的复合基板,其性能稳定性上相比现有常用的柔性基板,能更加适于高温TFT工艺的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包括在本发明的保护范围之内。