CN111128023B - 一种韧性可调的柔性基板结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于柔性显示的技术领域，公开了一种韧性可调的柔性基板结构及其制备方法。所述柔性基板结构由下至上依次包括第二柔性基板、第二导电薄膜、第二绝缘层、电流变液填充体、第一绝缘层、第一导电薄膜、第一柔性基板。本发明还公开了柔性基板结构的制备方法。本发明采用的绝缘层结构，有效减小漏电流，防止通电情况下第一导电层和第二导电层因接触而短路，同时避免电流对电流变液的损伤，有效阻断电流变液对导电层的侵蚀；经过等离子体表面处理，绝缘层的表面浸润特性进行了改善，有利于电流变液填充体粘附于绝缘层。

Description

一种韧性可调的柔性基板结构及其制备方法
技术领域
本发明属于柔性显示技术领域，具体涉及一种韧性可调的柔性基板结构及其制备方法。
背景技术
随着市场对高品质显示需求的日益增长，柔性显示作为高科技显示技术逐渐走进人们了日常生活。虽然柔性屏幕已经开始商业应用，但用户反映柔性屏幕存在折痕、开裂等问题。这些问题轻则严重影响了产品的美观；重则导致整个屏幕失去显示功能。
目前一些厂家采用的方法是利用铰链结构严格控制屏幕弯折曲率。虽然这种方法能有效减缓了基板开裂，但铰链结构固有的物理体积违背了柔性屏幕所追求的“极致轻薄”和“自由弯曲”的目标，并且本质上没有解决柔性基板因高强度弯折而开裂的问题。有人提出采用电流变液填充柔性基板，通过通电实现基板的柔性、韧性切换，以消除应力。但这种韧性可调的基板目前仍存在使用寿命短，弯曲曲率小等问题。比如专利US20150055308A1中提及的柔性基板结构中采用了导电层/电流变液/导电层的结构，存在电流变液侵蚀导电层、容易发生短路的问题。再比如专利JP6444509B2中提及的柔性基板，该结构在基板内侧制作了锥台结构，这种结构虽可以避免导电层接触而短路，但牺牲了柔性基板的弯曲曲率。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种韧性可调的柔性基板结构及其制备方法。
本发明的目的通过如下技术手段实现：
一种韧性可调的柔性基板结构，包括作为封装层的第一柔性基板、第二柔性基板，作为导电层的第一导电薄膜、第二导电薄膜，作为绝缘层的第一绝缘层、第二绝缘层，电流变液填充体；所述柔性基板结构由下至上依次包括第二柔性基板、第二导电薄膜、第二绝缘层、电流变液填充体、第一绝缘层、第一导电薄膜、第一柔性基板。
所述绝缘层经过等离子体表面处理。
所述第一绝缘层和第二绝缘层为氧化锆(ZrO2)。
第一绝缘层，第二绝缘层的厚度独自为100～200nm。
所述第一导电层和第二导电层的厚度独自为100～300nm。所述第一导电层和第二导电层的材质为Ag。
所述电流变液填充体通过丝网印刷的方式涂覆电流变液，丝网网眼大小为200～300目。
所述韧性可调的柔性基板结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)在第一柔性基板和第二柔性基板上分别制备第一导电层和第二导电层；
(2)在第一导电层和第二导电层上分别沉积一层绝缘薄膜，退火处理，获得第一绝缘层和第二绝缘层；
(3)对退火后的绝缘层进行等离子体表面处理(plasma处理)；
(4)在第一绝缘层上涂覆一层电流变液填充体；
(5)在电流变液填充体上覆盖步骤(2)中第二绝缘层，并将柔性基板边缘熔合密封。
优选的，步骤(1)具体为：分别在第一柔性基板和第二柔性基板上，采用直流磁控溅射的方法，沉积一层100～300nm的Ag作为第一导电层和第二导电层。
步骤(2)中绝缘薄膜具体制备步骤：采用氯氧化锆、丙三醇和乙醇混合配制前驱体溶液，氯氧化锆在前驱体溶液中的质量分数为10％～20％，丙三醇质量分数为2％～5％，其余为乙醇；采用喷墨打印法将前驱体溶液分别沉淀在第一导电层和第二导电层上，沉积的厚度为100～200nm，分别作为第一绝缘薄膜和第二绝缘薄膜。喷墨打印基板温度为50～70℃，喷头温度20～30℃。
步骤(2)中所述退火的条件：退火温度为150～250℃，退火时间为30～60min，退火后薄膜的主要成分为氧化锆(ZrO2)。
步骤(3)中所述等离子体表面处理的条件：处理功率为20～40W，处理时间为10～40s。
步骤(4)具体为：在室温下采用丝网印刷法将电流变液填充体均匀涂覆在plasma处理后的绝缘层上，丝网网眼大小为200～300目。
所述柔性基板结构用于制备柔性显示产品。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明采用了ZrO2绝缘层结构，有效减小漏电流，防止通电情况下第一导电层和第二导电层因接触而短路，同时避免电流对电流变液的损伤。ZrO2绝缘层还可以有效阻断电流变液对导电层的侵蚀。
(2)本发明对绝缘层进行plasma处理，对绝缘层表面浸润特性进行了改善，有利于电流变液填充体粘附于绝缘层；
(3)本发明的结构简单，由于柔性基板内侧不需要采用凸起结构，因而具有更小的弯曲曲率。
附图说明
图1为本发明的基板结构示意图；其中11为第一柔性基板、12为第二柔性基板、21为第一导电薄膜、22为第二导电薄膜，31为第一绝缘层、32为第二绝缘层、4为巨电流变效应液态填充体、5为电流变效应微粒；
图2为本发明的基板柔性状态工作原理示意图；其中11为第一柔性基板、12为第二柔性基板、21为第一导电薄膜、22为第二导电薄膜，31为第一绝缘层、32为第二绝缘层、4为巨电流变效应液态填充体、5为电流变效应微粒；
图3为本发明的基板韧性状态工作原理示意图；其中11为第一柔性基板、12为第二柔性基板、21为第一导电薄膜、22为第二导电薄膜，31为第一绝缘层、32为第二绝缘层、4为巨电流变效应液态填充体、5为电流变效应微粒；
图4为实施例1绝缘层的漏电流密度曲线；
图5为实施例1中绝缘层palsma处理前(a)和palsma处理后(b)的接触角测试照片。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的一种韧性可调的柔性基板结构，包括作为封装层的第一柔性基板11、第二柔性基板12，作为导电层的第一导电薄膜21、第二导电薄膜22，作为绝缘层的第一绝缘层31、第二绝缘层32，电流变液填充体4(即巨电流变效应液态填充体)；所述柔性基板结构由下至上依次包括第二柔性基板12、第二导电薄膜22、第二绝缘层32、电流变液填充体4、第一绝缘层31、第一导电薄膜21、第一柔性基板11。
所述电流变液填充体4中有电流变效应微粒5。
所述绝缘层经过等离子体表面处理。所述第一绝缘层和第二绝缘层为氧化锆(ZrO2)。第一绝缘层，第二绝缘层的厚度独自为100～200nm。所述第一导电层和第二导电层的厚度独自为100～300nm。所述第一导电层和第二导电层的材质为Ag。所述电流变液填充体通过丝网印刷的方式涂覆电流变液，丝网网眼大小为200～300目。
图1为本发明的基板结构示意图；其中11为第一柔性基板、12为第二柔性基板、21为第一导电薄膜、22为第二导电薄膜，31为第一绝缘层、32为第二绝缘层、4为巨电流变效应液态填充体、5为电流变效应微粒；
图2为本发明的基板柔性状态工作原理示意图；其中11为第一柔性基板、12为第二柔性基板、21为第一导电薄膜、22为第二导电薄膜，31为第一绝缘层、32为第二绝缘层、4为巨电流变效应液态填充体、5为电流变效应微粒。从图2中可知，在未通电压的情况下，电流变液填充体表现出流体属性，可以随柔性基板弯折扭曲，极大消除了基板所受应力。
图3为本发明的基板韧性状态工作原理示意图；其中11为第一柔性基板、12为第二柔性基板、21为第一导电薄膜、22为第二导电薄膜，31为第一绝缘层、32为第二绝缘层、4为巨电流变效应液态填充体、5为电流变效应微粒。从图3中可知，当向基板导电层施加电压，电流变液填充体内的微粒取向发生转变，沿电场方向紧密排列，填充体失去流动性，表现出固体属性。此时基板从柔性状态切换至韧性状态。当撤去电场，电流变液填充体重新恢复流动性，基板又可以弯折扭曲。
实施例1
一种韧性可调的柔性基板结构及其制备方法，包括以下步骤：
(1)采用PI作为柔性基板材质，分别在第一柔性基板和第二柔性基板上，采用直流磁控溅射的方法，沉积一层300nm的Ag作为第一导电层和第二导电层；
(2)采用氯氧化锆、丙三醇和乙醇按照一定比例混合配制前驱体溶液，氯氧化锆在前驱体溶液中的质量分数为10％，丙三醇质量分数为3％，乙醇质量分数为87％；基于该前驱体溶液，采用喷墨打印法分别在第一导电层和第二导电层上沉积一层110nm的薄膜，作为第一绝缘层和第二绝缘层；喷墨打印基板温度为70℃，喷头温度20℃；
(3)对绝缘层进行退火，退火温度为200℃，退火时间为60min；
(4)对退火后的绝缘层进行plasma处理，处理功率40W，处理时间为20s；
(5)采用400目的丝网在第一绝缘层上涂覆电流变液填充体；
(6)在电流变液填充体上覆盖第二柔性基板，并将柔性基板边缘熔合密封。
图4为本实施例制备的ZrO2漏电流密度曲线，图中数据表明本发明的绝缘层漏电流密度在10-9A/cm2数量级，具有良好的绝缘特性。
图5为本发明具体实施例1绝缘层palsma处理前(a)和plasma处理后(b)对电流变液的接触角测试照片。未进行plasma处理的绝缘层表面平均接触角为54.62°，palsma处理后的绝缘层表面平均接触角为5.2°，说明plasma处理可以显著提升电流变液的浸润特性，有利于印刷电流变液。
实施例2
采用实施例1所述相同的一种韧性可调的柔性基板结构，不同之处在于：第一、第二柔性基板材料为PET。其它步骤与具体实施例1相同。
实施例3
采用实施例1所述相同的一种韧性可调的柔性基板结构，不同之处在于：采用氯氧化锆、丙三醇和乙醇按照一定比例混合配制前驱体溶液，氯氧化锆在前驱体溶液中的质量分数为15％，丙三醇质量分数为5％，乙醇质量分数为80％。基于该前驱体溶液，采用喷墨打印法分别在第一导电层和第二导电层上沉积一层200nm的薄膜，作为第一绝缘层和第二绝缘层。喷墨打印基板温度为50℃，喷头温度30℃。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种韧性可调的柔性基板结构，其特征在于：包括作为封装层的第一柔性基板、第二柔性基板，作为导电层的第一导电薄膜、第二导电薄膜，作为绝缘层的第一绝缘层、第二绝缘层，电流变液填充体；所述柔性基板结构由下至上依次包括第二柔性基板、第二导电薄膜、第二绝缘层、电流变液填充体、第一绝缘层、第一导电薄膜、第一柔性基板；
所述绝缘层经过等离子体表面处理；
所述第一绝缘层和第二绝缘层为氧化锆；
所述韧性可调的柔性基板结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)在第一柔性基板和第二柔性基板上分别制备第一导电层和第二导电层；
(2)在第一导电层和第二导电层上分别沉积一层绝缘薄膜，退火处理，获得第一绝缘层和第二绝缘层；
(3)对退火后的绝缘层进行等离子体表面处理；
(4)在第一绝缘层上涂覆一层电流变液填充体；
(5)在电流变液填充体上覆盖步骤(2)中第二绝缘层，并将柔性基板边缘熔合密封；
步骤(2)中所述退火的条件：退火温度为150～250℃，退火时间为30～60min；
步骤(3)中所述等离子体表面处理的条件：处理功率为20～40W，处理时间为10～40s；
第一绝缘层，第二绝缘层的厚度独自为100～200nm；
所述第一导电层和第二导电层的厚度独自为100～300nm；
所述电流变液填充体通过丝网印刷的方式涂覆电流变液，丝网网眼大小为200～300目；
步骤(2)中绝缘薄膜具体制备步骤：采用氯氧化锆、丙三醇和乙醇混合配制前驱体溶液，氯氧化锆在前驱体溶液中的质量分数为10％～20％，丙三醇质量分数为2％～5％，其余为乙醇；采用喷墨打印法将前驱体溶液分别沉淀在第一导电层和第二导电层上，沉积的厚度为100～200nm，分别作为第一绝缘薄膜和第二绝缘薄膜。
2.根据权利要求1所述韧性可调的柔性基板结构，其特征在于：所述第一导电层和第二导电层的材质为Ag。
3.根据权利要求1所述韧性可调的柔性基板结构，其特征在于：
步骤(1)具体为：分别在第一柔性基板和第二柔性基板上，采用直流磁控溅射的方法，沉积一层100～300nm的Ag作为第一导电层和第二导电层；
步骤(4)具体为：在室温下采用丝网印刷法将电流变液填充体均匀涂覆在等离子体表面处理后的绝缘层上，丝网网眼大小为200～300目。
4.根据权利要求1所述韧性可调的柔性基板结构的制备方法，其特征在于：喷墨打印基板温度为50～70℃，喷头温度20～30℃。
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