CN109037460A - 一种柔性衬底及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柔性衬底，包括依次层叠的第一膜层、第二膜层和第三膜层，其中，所述第一膜层和第三膜层为有机聚合物薄膜，所述有机聚合物薄膜中掺杂有纳米粒子，所述纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质；所述第二膜层为无机薄膜。本发明还提供一种上述柔性衬底的制备方法及包括上述柔性衬底的柔性显示装置。通过在柔性衬底的第一膜层和第三膜层中掺杂纳米粒子，能够有效吸收或反射激光剥离时的紫外线，从而防止激光对柔性衬底另外一侧的薄膜晶体管和OLED模块造成损伤。

Description

一种柔性衬底及其制备方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体地说，涉及一种柔性衬底及该柔性衬底的制备方法。
背景技术
有机电致发光器件(OLED)具有功耗低、轻便、亮度高、视野宽和反应快等特点，并且能够实现柔性显示，已应用于智能手机、平板电脑等智能终端中，逐渐成为新一代显示产品。
由于柔性显示装置具有可卷曲、耐冲击、抗震能力强、重量轻、体积小、携带更方便等优点，随着技术的发展，得到了越来越广泛的应用，应用前景十分可观。显然，柔性显示装置所采用的衬底必须是柔性衬底，如聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。由于柔性衬底容易发生变形，因此在制备过程中，柔性衬底的搬送、定位等都有一定的困难。
因此，通常的柔性显示装置制备方法包括以下步骤，首先把柔性衬底贴合在玻璃衬底上进行后续薄膜晶体管和OLED模块的制备，制备完成之后，通过一定的方式将柔性显示装置从玻璃基板上剥离下来。激光离型剥离是常见的一种剥离方式，采用激光照射柔性衬底和玻璃的界面处，从而可以打断直接的连接，实现玻璃基板和柔性衬底的分离。
由于所选用的激光波长一般在308-360nm，这样的激光会穿过柔性衬底照射到柔性衬底另一侧的薄膜晶体管和OLED模块，不仅会造成晶体管的阈值电压的漂移甚至晶体管器件特性失效，而且也会对OLED模块中的有机材料造成一定的损害，降低OLED器件的发光效率和寿命，从而导致柔性显示装置的显示品质的下降。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的柔性衬底，其能够防止激光剥离时激光对柔性衬底另一侧的薄膜晶体管和OLED模块造成损伤。
为达到上述目的，本发明提供一种柔性衬底，包括依次层叠的第一膜层、第二膜层和第三膜层，其中，
所述第一膜层和第三膜层为有机聚合物薄膜，所述有机聚合物薄膜中掺杂有纳米粒子，所述纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质；
所述第二膜层为无机薄膜。
优选地，所述有机聚合物薄膜的主体材料选自聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚硅氮烷或环氧类树脂。
优选地，所述有机聚合物薄膜的材料为聚酰亚胺。
优选地，所述第一膜层和第三膜层中，所述纳米粒子的质量百分数为0.3wt％-2wt％。
优选地，所述无机薄膜的材料选自氧化物、氮化物、氮氧化物或氟化物中至少一种物质。
优选地，所述无机薄膜的材料选自氧化硅和/或氮化硅。
优选地，所述第一膜层和第三膜层的厚度为10-100μm，所述第二膜层的厚度为0.03-5μm。
本发明还提供一种柔性衬底的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备有机聚合物前驱体，向所述有机聚合物前驱体中加入纳米粒子，所述纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质，在一硬质衬底上涂布掺杂有纳米粒子的有机聚合物前驱体，加热固化该有机聚合物前驱体，得到第一膜层；
(2)在所述第一膜层上制备第二膜层，所述第二膜层为无机薄膜；
(3)制备有机聚合物前驱体，向所述有机聚合物前驱体中加入纳米粒子，所述纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质，在所述第二膜层上涂布掺杂有纳米粒子的有机聚合物前驱体，加热固化该有机聚合物前驱体，得到第三膜层。
本发明还提供一种柔性显示装置，其特征在于，包括OLED器件和上述的柔性衬底，其中，所述OLED器件包括薄膜晶体管和OLED模块，所述薄膜晶体管设置于所述柔性衬底的第一膜层或第三膜层上，所述OLED模块设置于所述薄膜晶体管上。
与现有技术相比，本发明提供的柔性衬底及其制备方法至少具有以下有益效果：
1、通过在柔性衬底的第一膜层和第三膜层中掺杂纳米粒子，能够有效吸收或反射激光剥离时的紫外线，从而防止激光对柔性衬底另外一侧的薄膜晶体管和OLED模块造成损伤。
2、柔性衬底中第二膜层能够进一步阻挡激光对薄膜晶体管和OLED模块造成损伤，并有效防止第一膜层和第三膜层可能产生的裂纹贯穿整个柔性衬底，阻隔周围环境中的水氧对OLED器件进行侵蚀，从而延长柔性显示装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例的柔性衬底的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
10：第一膜层
20：第二膜层
30：第三膜层
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
术语第一、第二、第三仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
请参照图1，本发明的柔性衬底，包括依次层叠的第一膜层10、第二膜层20和第三膜层30。其中，第一膜层10和第三膜层30为有机聚合物薄膜，该有机聚合物薄膜中掺杂有纳米粒子，该纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质；第二膜层20为无机薄膜。
第一膜层10和第三膜层30中，有机聚合物薄膜的主体材料通常选择玻璃化转变温度(Tg)较高的材料，如Tg高于350℃的材料。作为示例，该主体材料选自聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚硅氮烷或环氧类树脂，优选聚酰亚胺。为达到柔性显示装置的衬底使用要求，第一膜层10和第三膜层30的厚度优选为10-100μm。
柔性显示装置制备完成后，采用激光照射柔性衬底和硬质衬底(如玻璃基板)的界面处进行剥离时，激光位于硬质衬底一侧，通常选用波长在308-360nm范围内的紫外线激光(准分子激光)。本发明第一膜层10和第三膜层30的有机聚合物薄膜中除上述主体材料外，还掺杂有纳米粒子，该纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅。其中，第一膜层优选反射型，第三膜层优选吸收型，纳米氧化钛和纳米氧化锌对波长为400nm以下的紫外线有极强的吸收能力，掺杂于有机聚合物薄膜中可有效降低紫外线的透过率；纳米氧化硅对波长为400nm以下的紫外线反射率高达95％，掺杂于有机聚合物薄膜中可将紫外线反射回去，避免紫外线照射至柔性衬底另外一侧的薄膜晶体管和OLED模块。
本发明利用掺杂上述纳米粒子的方法，有效地改善激光剥离时有机聚合物薄膜对紫外线的阻抗特性，在完成器件制作后进行激光剥离过程中，可以很好地防止激光对薄膜晶体管和OLED模块造成损伤。
需要说明的是，可选择氧化钛、氧化锌、氧化硅其中之一作为掺杂纳米粒子，也可以任选其中两种或三种物质作为掺杂纳米粒子。
此外，发明人意外发现，第一膜层10和第三膜层30中纳米粒子掺杂的质量百分数在0.3wt％-2wt％范围内时，具有较好的防护效果，因此，本发明优选掺杂纳米粒子的质量百分数为0.3wt％-2wt％。
需要说明的是，第一膜层10和第三膜层30的主体材料、厚度、纳米粒子的种类和掺杂质量百分数可以相同或不同。
第二膜层20为无机薄膜，该无机薄膜可以作为阻光层，在激光剥离时阻挡激光对柔性衬底另外一侧的薄膜晶体管和OLED模块造成损伤。此外，器件制备完毕后，该无机薄膜还可作为阻挡层，防止第一膜层10和第三膜层30可能产生的裂纹贯穿整个柔性衬底，阻挡周围环境中水氧对OLED器件进行侵蚀，有效改善柔性衬底的水氧阻隔特性，进而延长柔性显示装置的使用寿命。
第二膜层20的无机薄膜可以是由相同或不同材料形成的一层薄膜，也可以是多层薄膜，多层薄膜的各层薄膜的材料不同。为达到良好的水氧阻隔特性，第二膜层20的厚度优选为0.03-5μm。
无机薄膜优选采用具有优良阻隔水氧性能的材料，作为示例可选自氧化物、氮化物、氮氧化物或氟化物中至少一种物质。氧化物包括但不限于氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化钛、氧化镁、氧化硅、碳氧化硅。氮化物包括但不限于氮化硅、氮化铝、氮化钛。氮氧化物包括但不限于氮氧化硅、氮氧化铝、氮氧化钛。氟化物包括但不限于氟化镁、氟化钠。在一个实施例中，无机薄膜的材料为氧化硅和/或氮化硅。
在柔性衬底上制备OLED器件的薄膜晶体管和OLED模块形成柔性显示装置，其中，薄膜晶体管设置于柔性衬底的第一膜层10或第三膜层30上，OLED模块设置于薄膜晶体管上。
薄膜晶体管的结构包括有源层、栅极、栅极绝缘层、源极、漏极、钝化层、平坦化层等结构，可按照现有技术中的结构及制备工艺(沉积、光刻等工艺)形成。
在薄膜晶体管上制备OLED模块，OLED模块包括阳极、有机功能层和阴极。有机功能层至少包括一有机发光层，还可以进一步包括空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层中的一层或多层。OLED模块可采用已知结构和材料制备形成。
本发明柔性衬底的制备方法包括以下步骤：
(1)制备有机聚合物前驱体，向有机聚合物前驱体中加入纳米粒子，该纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质，在一硬质衬底上涂布掺杂有纳米粒子的有机聚合物前驱体，加热固化该有机聚合物前驱体，得到第一膜层10。
硬质衬底作为载板支撑后续形成的柔性衬底、薄膜晶体管和OLED模块，完成柔性显示装置制备后，经激光剥离后，与柔性显示装置分离。作为示例，硬质衬底可采用玻璃基板。
有机聚合物前驱体即形成该有机聚合物薄膜前，该有机聚合物存在的形态，可以是由该有机聚合物的原料组成的溶液，也可以是形成该有机聚合物的中间体。
有机聚合物前驱体可以采用现有方法制备，制备完毕后，向该前驱体中加入纳米粒子，通过搅拌或超声分散等方法使纳米粒子均匀分散在有机聚合物前驱体中，然后涂布在硬质衬底上，通过加热固化方法形成第一膜层10。加热固化方法可通过将涂布有机聚合物前驱体的硬质衬底置于热烤炉或IR炉中固化，根据有机聚合物前驱体的不同，加热温度不同，通常加热固化的温度为150℃～300℃。
以制备掺杂纳米粒子的聚酰亚胺(PI)的前驱体为例，其制备方法包括：将单体二胺溶解在N,N-二甲基乙酰胺中，机械搅拌至单体二胺完全溶解，得到混合液；然后向上述混合液中加入二酐，机械搅拌至二酐完全溶解后继续搅拌2h～4h，得到聚酰胺酸(PAA)溶液。然后向聚酰胺酸(PAA)溶液中加入纳米粒子，经搅拌或超声分散后使纳米粒子均匀分散在聚酰胺酸(PAA)溶液中，得到掺杂纳米粒子的聚酰亚胺(PI)的前驱体。
作为缩聚单体示例的单体二胺和单体二酐可以是含柔性官能团的4,4’-二氨基二苯醚和3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐。
(2)在第一膜层10上制备第二膜层20，该第二膜层20为无机薄膜。
该无机薄膜可通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或磁控溅射等现有方法进行制备。
(3)制备有机聚合物前驱体，向有机聚合物前驱体中加入纳米粒子，该纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质，在第二膜层20上涂布掺杂有纳米粒子的有机聚合物前驱体，加热固化该有机聚合物前驱体，得到第三膜层30。
第三膜层30可采用与第一膜层10相同的方法制得。
实施例：
(1)于硬质衬底上制备第一膜层10。
将4,4’-二氨基二苯醚溶解在N,N-二甲基乙酰胺中，机械搅拌至4,4’-二氨基二苯醚完全溶解，得到混合液；然后向上述混合液中加入等摩尔量的3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐，机械搅拌至3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐完全溶解后继续搅拌2h～4h，得到聚酰胺酸(PAA)溶液。然后向聚酰胺酸(PAA)溶液中加入纳米SiO2，经搅拌或超声分散后使纳米SiO2均匀分散在聚酰胺酸(PAA)溶液中，得到掺杂纳米粒子的聚酰亚胺(PI)的前驱体。
使用低速旋转涂膜机涂布于玻璃基板的一个表面上，置于热烤炉或IR炉中加热固化，加热温度为150℃～300℃，得到10μm的第一膜层10，纳米粒子的质量百分数为0.8％。
(2)制备第二膜层20。
通过聚酰胺酸(PAA)溶液涂布并且固化的方式沉积10μm的聚酰亚胺薄膜，制得第二膜层20。
(3)制备第三膜层30。
采用与第一膜层10相同的方法在第二膜层20上制备第三膜层30，第三膜层30的主体材料为聚酰亚胺，掺杂纳米粒子为氧化钛和纳米氧化锌，质量百分数为1％，第三膜层30厚度为10μm，
经检测，上述实施例的柔性衬底对波长为400nm以下的紫外线的透过率只有0.8％。使用水蒸汽透过率测试仪(兰光科技，W3/0120型)和氧气透过率测试仪(美国MOCON，Ox-tran2/21型)，测定现有的厚度为30μm的聚酰亚胺薄膜的水汽透过速率为1-10g/(m2·Day)，本实施例的柔性衬底的水汽透过速率为10-2g/(m2·Day)。可以看出本实施例的柔性衬底具有良好的水氧阻隔性能，能够达到柔性显示装置对水氧渗透率的要求，从而延长使用寿命。
本发明实施例的柔性衬底通过在第一膜层10和第三膜层30中掺杂能够吸收紫外线和/或反射紫外线的纳米粒子，并设置能够阻挡激光和水氧渗透的第二膜层20，有效降低了激光剥离时激光对柔性衬底另外一侧器件的损伤，并提高了柔性衬底的水氧阻隔特性。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种柔性衬底，其特征在于，包括依次层叠的第一膜层、第二膜层和第三膜层，其中，
所述第一膜层和第三膜层为有机聚合物薄膜，所述有机聚合物薄膜中掺杂有纳米粒子，所述纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质；
所述第二膜层为无机薄膜。
2.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述有机聚合物薄膜的主体材料选自聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚硅氮烷或环氧类树脂。
3.根据权利要求2所述的柔性衬底，其特征在于，所述有机聚合物薄膜的材料为聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述第一膜层和第三膜层中，所述纳米粒子的质量百分数为0.3wt％-2wt％。
5.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述无机薄膜的材料选自氧化物、氮化物、氮氧化物或氟化物中至少一种物质。
6.根据权利要求5所述的柔性衬底，其特征在于，所述无机薄膜的材料选自氧化硅和/或氮化硅。
7.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述第一膜层和第三膜层的厚度为10-100μm，所述第二膜层的厚度为0.03-5μm。
8.一种柔性衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备有机聚合物前驱体，向所述有机聚合物前驱体中加入纳米粒子，所述纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质，在一硬质衬底上涂布掺杂有纳米粒子的有机聚合物前驱体，加热固化该有机聚合物前驱体，得到第一膜层；
(2)在所述第一膜层上制备第二膜层，所述第二膜层为无机薄膜；
(3)制备有机聚合物前驱体，向所述有机聚合物前驱体中加入纳米粒子，所述纳米粒子选自氧化钛、氧化锌或氧化硅中的至少一种物质，在所述第二膜层上涂布掺杂有纳米粒子的有机聚合物前驱体，加热固化该有机聚合物前驱体，得到第三膜层。
9.一种柔性显示装置，其特征在于，包括OLED器件和权利要求1～7任意一项所述的柔性衬底，其中，所述OLED器件包括薄膜晶体管和OLED模块，所述薄膜晶体管设置于所述柔性衬底的第一膜层或第三膜层上，所述OLED模块设置于所述薄膜晶体管上。
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