CN113540314A - 光电装置、曲面装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光电装置、曲面装置及其制备方法。光电装置包括：第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料并且包括互连的第一线路元件，第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料并且包括互连的第二线路元件，以及与所述线路元件结合的多个发光元件，其中所述发光元件被所述第一线路元件和第二线路元件独立控制，以及其中所述第一柔性基材和所述第二柔性基材根据图案形成为包含多个分割重复单元的三维结构并且所述发光元件位于所述重复单元中。本发明的光电装置能够顺应并且贴合各种弯曲表面，而不损害性能。

Description

光电装置、曲面装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电领域，尤其涉及适用于弯曲表面的光电装置、包括光电装置的曲面装置、光电装置的制备方法、曲面装置的制备方法及其应用。
背景技术
常规光电设备已被工业和消费者应用广泛使用，这些光电设备的例子包括显示装置、电视、计算机监视器、智能手机和智能手表。然而，由于与常规光电装置中使用的基板材料的刚性结构相关联的限制，常规光电装置的可接受的应用受到显著限制。例如，常规的显示装置不能容易地顺应弯曲表面，并且不能被折叠或拉伸。
目前，在某些智能手机设计中利用了可折叠显示器。可以折叠显示设备，以节省空间和存储时的便利，并且在展开时，显示器提供大屏幕尺寸，以提供更好的用户体验。典型的可折叠显示技术利用有机发光二极管(OLED)技术。材料的有机特性具有在柔性基板上制造OLED组件的能力。三星Galaxy S系列是覆盖手机边缘的OLED显示屏的一个示例。已经开发了可折叠电话，该可折叠电话得益于柔性薄膜晶体管(TFT)和柔性封装技术的进步。
作为新颖的概念，可拉伸或弯曲的光电装置或设备被认为是用于特殊应用的有希望的候选者，例如三维物体的展览和灯光秀。由于可拉伸或弯曲光电装置或设备与可折叠显示器之间的本质区别，开发的材料，制造技术和设备设计可能会有所不同。在一个示例中，通过将具有蛇形石墨烯互连的发光二极管(LED)芯片(例如，适合于透明电极的二维纳米材料)封装在PDMS(聚二甲基硅氧烷)衬底上，来实现柔性和可拉伸的显示器。蛇形设计允许在大约100％的施加应变下具有可逆的线性弹性行为。
通常，利用新型材料可能需要新的制造技术。据报道，一种独特的直接印刷方法可将40μm的银纳米线(AgNW)图案化为PDMS上的电极，以实现可拉伸的显示。该技术说明了显示设备在超过1000个循环中可以承受高达20％的拉伸应变。与使用新材料和新工艺相比，结构设计是用于实现可拉伸或弯曲设备的另一种有前途的方法。微小的刚性岛状结构(如蛇形)是开发可拉伸显示器的一种设计方法。已经制造出6x 6的可拉伸LED阵列，其中将LED转移到双轴预应变弹性体基板上的金属蛇形微带上。释放预应变后，蛇形微带偏离基板并形成非共面弹出桥，因此显示设备可实现约48％的可拉伸性。在另一个实施例中，还已经开发了具有马蹄形金属互连的32x 32AMLED可拉伸显示器。该显示设备说明以这种方式设计的设备在安装到形状复杂的表面上时可以承受较大的变形。在另一个示例中，已经实现了封装在LTPS(低温多晶硅)TFT背板上的全色AMOLED显示器，该显示器可以拉伸成凹形和凸形，而在5％拉伸下不会降低图像质量。在另一个示例中，据报道已经开发了由交流(AC)电场驱动的8×8电容器型显示器。当向由弹性体基质(例如，PAM–聚丙烯酰胺)制成的两个电极施加交流电场时，嵌入在Eco-flex 00-30中的ZnS磷光体发光，其中嵌入了LiCl作为离子导体。这样的设备在弯曲，折叠或卷起时表现出良好的性能，并且能够适合弯曲的表面。
即使给出这些示例，高端光电设备或装置仍然遭受必须克服的一系列问题。例如，OLED装置的亮度对水分和氧气极为敏感。传统制造技术使用玻璃基板来隔离OLED器件。然而，当与传统的玻璃基板相比时，当前的柔性塑料基板可能表现出降低的水和氧气阻隔性能。为OLED配备壁障结构或其他薄膜封装技术以实现密封和/或防水性能可能增加制造困难以及生产成本。LCD折叠技术尚不成熟，并且一些仍然在开发之中。
仍然需要开发新的光电装置，以适应各种弯曲表面，或者至少在一些方面具有改进的性能。
发明内容
本发明公开了一种光电装置、曲面装置和用于制造这种装置的技术。光电装置包括根据剪纸或折纸折叠技术折叠的柔性基材。这些类型的三维结构可以适应或者顺应复杂的表面，这与传统的柔性装置不同，传统的柔性装置不容易对简单半径之外置以外的任何物体(诸如屏幕边缘或弯曲点)上进行拉伸(在折叠屏的情况下)。
因此，本发明提供了：
1.一种光电装置，包括：
第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料并且包括互连的第一线路元件，
第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料并且包括互连的第二线路元件，以及
与所述线路元件结合的多个发光元件，其中所述发光元件被所述第一线路元件和第二线路元件独立控制，以及
其中所述第一柔性基材和所述第二柔性基材根据图案形成为包含多个分割重复单元的三维结构并且所述发光元件位于所述重复单元中。
其中所述图案选自剪纸图案、折纸图案、霍夫曼网格图案、Barreto之星图案、Yoshimura图案以及四边形网格图案中的至少一者，优选日本剪纸图案，日本折纸图案、中国剪纸图案中的至少一者，更优选Origami或Kirigami结构。
其中所述图案包含多个分割的平行四边形，并且每个重复单元中包含至少一个发光元件。
其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料包含聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯以及有机硅树脂中的至少一者，优选A型聚对二甲苯、B型聚对二甲苯、C型聚对二甲苯、HT型聚对二甲苯、dix A型聚对二甲苯、diX AM型聚对二甲苯、D型聚对二甲苯和F型聚对二甲苯中的至少一者，更优选C型聚对二甲苯。
其中所述第一线路元件包括至少一个行电极，并且所述第二线路元件包括至少一个列电极。
其中所述发光元件包括发光二极管(优选有机发光二极管)、亚毫米发光二极管、微型发光二极管以及量子点中的至少一者。
其中所述发光元件为位于各个重复单元中的封装芯片并且每个封装芯片被保护层独立封装。
其中，所述光电装置选自显示器、照明装置、传感器装置、通讯装置、计算装置和衰减装置中的至少一者。
还包括位于所述第二柔性基材之上的保护层，其中所述线路元件被封装在保护层中并且所述保护层包含第一聚合物材料或者第二聚合物材料。
2.一种曲面装置，包括权利要求1到9中的任意一者所述的光电装置以及与所述光电装置贴合的弯曲表面。
其中所述三维结构被构造为顺应所述弯曲表面并且通过粘合剂或者机械进口件中的至少一者固定在该弯曲表面上。
其中，所述弯曲表面选自球形表面、鞍形表面、双曲面以及椭球形表面中的至少一者。
其中，所述弯曲表面沿着位于该表面上的至少一个路径具有改变的曲率。
3.一种制备光电装置的方法，包括下列步骤：
(1)提供第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料，
(2)提供第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料，
(3)分别在所述第一柔性基材和第二柔性基材上提供第一线路元件和第二线路元件，并且将多个发光元件与所述第一和第二线路元件结合；以及
(4)提供三维结构的光电装置，该三维结构包含多个分割重复单元，使得所述发光元件位于所述重复单元中。
其中所述方法包括下列步骤：
制备二维的第一柔性基材，并且在该二维的第一柔性基材上沉积互连的第一线路元件；
制备二维的第二柔性基材，并且在该二维的第二柔性基材上沉积互连的第二线路元件；
在所述第一线路元件和第二线路元件上结合多个发光元件；以及
根据图案将所述第一柔性基材和第二柔性基材折叠成所述三维结构。
其中所述方法包括下列步骤：
接收具有所述三维结构的第一柔性基材和第二柔性基材，
在具有所述三维结构的第一柔性基材和第二柔性基材上分别制备图案化的第一线路元件和第二线路元件；以及
在所述第一线路元件和第二线路元件上结合多个发光元件。
其中制备二维的第一柔性基材包括：
在硅晶片上形成基材层，以及
在基材层上形成第一线路元件。
其中制备提供二维的第二柔性基材包括：
在所述第一线路元件上沉积第二柔性基材，
在第二柔性基材上形成与所述第一线路元件走向不同的第二线路元件；
用第一聚合物材料或者第二聚合物材料封装所述第一和第二线路元件；以及
将多个发光元件与所述第一线路元件和第二线路元件粘结，以形成多个芯片。
其中所述发光元件包括发光二极管(优选有机发光二极管)、亚毫米发光二极管、微型发光二极管、量子点中的至少一者，
任选地，所述聚合物材料包含聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯以及有机硅树脂中的至少一者，优选A型聚对二甲苯、型聚对二甲苯B、C型聚对二甲苯、HT型聚对二甲苯、dix A型聚对二甲苯、diX AM型聚对二甲苯、D型聚对二甲苯和F型聚对二甲苯中的至少一者，更优选C型聚对二甲苯。
其中所述三维结构为Origami或Kirigami结构。
其中根据图案将所述柔性基材折叠成所述三维结构包括基于多个形成平行四边形的折线折叠所述柔性基材，以形成包含多个分割平行四边形重复单元的三维结构，其中每个平行四边形重复单元都包含至少一个发光元件。
4.一种制备曲面装置的方法，包括下列步骤：
(1)提供第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料，
(2)提供第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料，
(3)分别在所述第一柔性基材和第二柔性基材上提供第一线路元件和第二线路元件，并且将多个发光元件与所述第一和第二线路元件结合；以及
(4)提供三维结构的光电装置，该三维结构包含多个分割重复单元，使得所述发光元件位于所述重复单元中，以及
(5)将所述光电装置贴合到弯曲表面。
其中，所述弯曲表面选自球形表面、鞍形表面、双曲面以及椭球形表面中的至少一者。
其中，所述弯曲表面沿着位于该表面上的至少一个路径具有改变的曲率。
有益效果
该装置利用三浦折叠结构的可拉伸性，实现对非零高斯曲率曲面的适配，例如球面(正高斯曲率)、马鞍面(负高斯曲率)等。该装置结合了商用发光器件(LED芯片)、双层阵列电路、标准化的制作和封装工艺，实现对单一像素的完全以及独立控制和良好的曲面显示效果。
附图简要说明
图1A-1C示出了根据一些实施例的符合复杂曲面的光电装置的立体图。
图2示出根据一些实施例的用于制造光电装置的方法的流程图。
图3示出根据一个实施例的用于制造光电装置的方法的流程图。
图4A-4D示出了根据一些实施例的制造光电装置的过程图。
图5A-5B示出了根据一些实施例的用于制造光电装置100的方法的流程图。
图6示出根据另一实施例的用于制造光电装置的方法的流程图。
图7A-7E示出了根据另一些实施例的制造光电装置的过程图。
图8示出了根据一些实施例的光电装置的示例性控制器。
图9示出根据本公开的一些实施例的光电装置的立体分解图。
图10a、b、c、d和e分别示出用于Miura-Ori结构折叠的一对带有正负3D Miura-Ori图案的模板的照片、Miura-Ori图案的单位平行四边形的几何结构、将二维基材夹在两个模板之间的状态图、所制备的显示装置的照片以及显示装置的局部放大照片；图10f、g和h分别示出所制备的曲面显示装置的照片；以及图10i、j和k示出了所制备的曲面显示装置的显示效果照片.
图11(a)和(b)示出了显示装置的显示效果。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方案。下面描述的实施方案是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施方案中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
定义和一般术语
现在详细描述本发明的某些实施方案，其实例由随附的结构式和化学式说明。本发明意图涵盖所有的替代、修改和等同技术方案，它们均包括在如权利要求定义的本发明范围内。本领域技术人员应认识到，许多与本文所述类似或等同的方法和材料能够用于实践本发明。本发明绝不限于本文所述的方法和材料。在所结合的文献、专利和类似材料的一篇或多篇与本申请不同或相矛盾的情况下(包括但不限于所定义的术语、术语应用、所描述的技术，等等)，以本申请为准。
应进一步认识到，本发明的某些特征，为清楚可见，在多个独立的实施方案中进行了描述，但也可以在单个实施方案中以组合形式提供。反之，本发明的各种特征，为简洁起见，在单个实施方案中进行了描述，但也可以单独或以任意适合的子组合提供。
除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。
除非另有说明或者上下文中有明显的冲突，本文所使用的冠词“一”、“一种”和“所述”旨在包括“至少一个”或“一个或多个”。因此，本文所使用的这些冠词是指一个或多于一个(即至少一个)宾语的冠词。例如，“一种组分”指一个或多个组分，即可能有多于一个的组分被考虑在所述实施方案的实施方式中采用或使用。
术语“包含”或者“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。
“光电装置”是指利用和/或输出电信号或光信号的装置，例如，能够在不影响装置的性能或者性质的条件下能够变形而贴合到各种复杂形状或者表面上的可弯曲和/或可拉伸的光电装置，比如可弯曲/可拉伸显示器、可弯曲/可拉伸照明装置、传感器装置、通讯装置、计算装置和衰减装置等。
“柔性基材”是指在外部负荷或应力下能够弯曲和/或拉伸而不显著损害性能的材料，包括旋涂/喷涂的柔性聚合物膜(如聚酰胺、聚醚醚酮、有机硅树脂、聚氨酯等)以及真空沉积膜(如C型聚对二甲基苯、D型聚对二甲基苯或N型聚对二甲基苯)
“耐受超过200℃的温度的聚合物材料”是指该聚合物材料即使在超过200℃的高温下，功能和/或性能也不显著劣化。
“线路元件”是指将装置中的功能元件互连，从而传输电子的元件，包括导电的线路和/或电子元件。
“发光元件”是指在电或光激发下能够发光的元件，例如LED、微型LED、亚毫米LED、OLED、量子点等。
大多数可拉伸或弯曲的装置依靠诸如PDMS、Eco-flex橡胶和聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)之类的柔性基板来实现可拉伸效果，但是这些材料在循环载荷下遭受长期疲劳和有限的刚度，导致循环工作时强度低，可靠性降低。更重要的是，使用这些材料可能会阻止装置在高温环境下制造或部署。依赖于蛇形或马蹄形结构的其他装置可能具有有限的变形能力，或者只能单轴拉伸。另外，由于每个像素的大尺寸和间隔，装置的主观质量可能是不期望的，特别是目前的显示装置的各个像素是依赖于单一的电路控制，而不能独立地进行控制。开发新的光电装置需要解决这些问题。
在一个方面中，本发明提供了一种光电装置，包括第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料并且包括互连的第一线路元件，第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料并且包括互连的第二线路元件，以及与所述线路元件结合的多个发光元件，其中所述发光元件被所述第一线路元件和第二线路元件独立控制。至少第一柔性基材和第二柔性基材根据图案形成为包含多个分割重复单元的三维结构并且发光元件位于所述重复单元中。
图案可以是选自剪纸图案、折纸图案、霍夫曼网格图案、Barreto之星图案、Yoshimura图案以及四边形网格图案中的至少一者，优选日本剪纸图案，日本折纸图案、中国剪纸图案中的至少一者，更优选Origami或Kirigami结构。
优选地，图案包含多个分割的平行四边形，并且每个重复单元中包含至少一个发光元件。
第一柔性基材和第三柔性基材可以包含耐热性聚合物材料。聚合物材料的例子包含聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯以及有机硅树脂中的至少一者，优选A型聚对二甲苯、型聚对二甲苯B、C型聚对二甲苯、HT型聚对二甲苯、dix A型聚对二甲苯、diX AM型聚对二甲苯、D型聚对二甲苯和F型聚对二甲苯中的至少一者，更优选C型聚对二甲苯。聚对二甲苯(特别是C型聚对二甲苯)具有优异的防水性和阻隔气体性能，因此能够保护装置中的发光元件免受水分或气体的侵蚀，而无需加入额外的封装膜。
线路元件可以包含在第一柔性基材和第二柔性基材上。在一个例子中，第一线路元件包括至少一个行电极，并且第二线路元件包括至少一个列电极。
可以将发光元件与线路元件结合，优先通过焊料粘结。焊料的例子包括无铅焊接浆料，如SRA低温无铅焊料T5(组成：42Sn/57Bi/1Ag)。因此，本发明的光电装置还可以包括在发光元件与线路元件之间的焊接点。
发光元件可以包括发光二极管LED(优选有机发光二极管OLED)、亚毫米发光二极管(Mini LED)、微型发光二极管(Micro LED)和量子点中的至少一者。发光元件还可以为位于各个重复单元中的封装芯片并且每个封装芯片被第一保护层独立封装。第一保护层包含环氧树脂、聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯以及有机硅树脂等。
在一个例子上，发光元件结合到二维的柔性基材(例如第一和第二柔性基材)上，该二维的柔性基材在折叠成三浦折纸(Miura-oriorigami)三维结构时，由于折纸结构的几何特性，使得光电装置能够适应复杂的曲面。基材可以是至少两个柔性膜，其可以包括但不限于由C型聚对二甲苯形成的膜，并且基材可以形成在硅晶片上。
在一个实施方案中，光电装置还包括位于所述第二柔性基材之上的第二保护层，其中第一线路元件和第二线路元件被封装在第二保护层中。第二保护层可以包含第一聚合物材料或者第二聚合物材料。优选地，第二保护层包含与第一柔性基材和第二柔性基材相同的聚合物材料，例如C型聚对二甲苯。
本发明的光电装置可以选自显示器、照明装置、传感器装置、通讯装置、计算装置和衰减装置中的至少一者。
线路元件可以包括金属互连并且形成在基材上，并使用焊料结合到发光元件。一旦在硅晶片上制造得到装置，就可以将其与晶片分离并折叠成Miura-ori结构，然后再放置在曲面上。
因此，本发明还提供一种曲面装置，包括上述的光电装置以及与所述光电装置贴合的弯曲表面。
在一个实施方案中，三维结构被构造为顺应所述弯曲表面并且通过粘合剂或者机械进口件中的至少一者固定在该弯曲表面上。
弯曲表面可以选自弯曲表面选自球形表面、鞍形表面、双曲面以及椭球形表面中的至少一者。
或者，弯曲表面沿着位于该表面上的至少一个路径具有改变的曲率。
作为一个可供选的实施方案，可以形成柔性基材和电路，然后将其从晶片上移除。然后可以将基材与晶片分离并折叠成Miura-ori结构。然后在折叠状态下将发光元件粘结到电路元件上。在一些实施例中，光电装置可以包括C型聚对二甲苯或PDMS层作为第二保护层，其中所述光电装置被封装在C型聚对二甲苯或聚二甲基硅氧烷(PDMS)的保护层中。
本领域的技术人员将会意识到，任何类型的小型电子器件都可以结合到Miura-ori结构的表面，并且光电装置的应用不限于柔性显示器。例如，紫外线LED可以结合到三维结构上以提供灭菌和/或医学治疗。此外，尽管下面的描述主要参考由Koryo Miura于1993年发明的Miura-ori折叠图案来描述实施例，但是折叠时具有更高空间利用率的其他类型的折纸结构也在本公开的范围内。所选择的折叠图案的类型可以适合于该应用。例如，使用亚毫米LED或微型LED元件的手表的小型可穿戴显示装置可能会使用与使用更大的LED元件的大型户外屏幕不同的折叠样式。
图1A-1C示出了根据一些实施例的符合复杂曲面的光电装置100。如图1A所示，光电装置100包括布置在三维结构上的发光元件的阵列。该结构包括沿多个折痕线折叠的基板。在一些实施例中，折痕线在基板的二维表面上形成分割的平行四边形，当折叠时，折痕线形成一系列峰和谷，其在日语中可称为三浦折叠或三浦折。这种类型的图案已在太空应用中用于折叠大型扁平结构，以使该结构在火箭有效载荷中的占地面积最小化。例如，已经根据该图案设计了大型太阳能电池板，以使该太阳能电池板能被存放在火箭的整流罩内，但是一旦在太空中部署，就可以将太阳能电池板扩展到火箭尺寸的许多倍。
由于折叠时任何两个平行四边形之间的夹角可以适应表面的曲率，因此，三浦折叠折痕图案允许三维结构与复杂的曲面相符。因此，如图1A所示，光电装置100可以顺应鞍形表面。或者如图1B所示，光电装置100可以顺应球形表面。在一些实施例中，弯曲表面沿着位于该表面上的至少一条路径具有变化的曲率。
图1C示出了根据一些实施例的处于平坦配置的光电装置100。通过在柔性基材120的平坦表面上的折痕线(以虚线示出)形成分割的平行四边形。光电装置100包括以图案布置的多个发光元件110，其中至少一个发光元件包含在分割的每个平行四边形中。在一个实施例中，发光元件110是发光二极管(LED)。在其他实施例中，发光元件110是有机发光二极管(OLED)。发光元件110可以包括微型LED或亚毫米LED，这是指与常规LED相比发光元件110的尺寸更小。在一些实施例中，发光元件110可以包括量子点(QD)。将理解的是，发光元件110可以是能够被制造在基板120上或被远程地制造然后结合到其上的任何发光元件。
互连件130(例如，通过焊接点，图中未示出)结合或粘结到发光元件110。在一些实施例中，每个发光元件110可以由行电极和列电极寻址。特定行中的所有发光元件110都连接到公共行电极。类似地，特定列中的所有发光元件110都连接到公共列电极。激活单行电极和单列电极在发光元件阵列中选择特定的发光元件110，使得能够将信号发送到该特定的发光元件110以激活发光元件。换言之，每个发光元件110都能被行电极和列电极独立地控制，从而根据输入信号发射不同的光或者不发光。尽管在图1中仅示出了行电极和列电极，但是，参照图1C，可以理解，可以经由形成在基板中的附加互连件130将附加信号输送到每个发光元件110。
互连件130有时可以被称为电路，其由形成在基材120中的金属或其他导电材料组成。在一些实施例中，电路还可以包括其他部件，例如电容器、电阻器或其他公共电子或半导体元件。
在一些实施例中，基材120是C型聚对二甲苯材(Parylene-C)片，其是聚合物的通用名称，该聚合物包括通过乙二基桥(CH2)连接的苯二基环(C6H4)。致密柔性的Parylene-C薄膜可以通过化学气相沉积(CVD)制成，并且可以承受超过200摄氏度的高温。此外，Parylene-C材料在形成对湿气和氧气的阻挡层方面是有效的。
Miura-ori结构具有负泊松比的独特特征，并且在拉伸(双轴)时提供显著程度的变形。三维结构的这些几何特性允许该结构匹配各种曲面。此外，折纸单元的大小可以在整个结构上调整，以允许不均匀变形以匹配不规则曲面。
应当理解，结构的每个单元中包括的发光元件110的数量不受限制，并且分割的每个单元中可以包括一个以上的发光元件110。例如，在一些实施例中，红色，绿色和蓝色LED可被包括在每个单元中，使得每个单元形成三个原色的像素。在其他实施例中，每个单元可以包括特定图案的LED。例如，每个单元可以包括一个形成拜耳图案分割的一个红色LED，一个蓝色LED和两个绿色LED。在其他实施例中，每个单元可以包括符合CYGM模式(青色，黄色，绿色，洋红色)或RGBE模式(红色，绿色，蓝色，翡翠)的LED。在其他实施例中，每个单元中包括的发光元件110的数量基于单元的尺寸和/或与单元相对应的表面的曲率。例如，如果表面的曲率在特定区域中较小，则当三维结构与表面匹配时，三维结构的峰可能会靠近在一起。在这种情况下，由于峰之间的面积较小，因此单元中可包含的发光元件更少，因此可以减少从相应谷部发出的光量。相反，如果表面的曲率大，则峰之间的距离可能更大，并且发光元件的数量可以增加。
图9示出本发明一个优选实施例的光电装置的立体分解图。该实施例可以形成为曲面显示器。具体来说，光电装置包括第一柔性聚合物基材11，该第一柔性基材11包含C型聚对二甲苯膜。第一电路元件12(例如Cu行电极)包括在第一柔性基材上并且互连。光电装置11还包括第二柔性基材13，该第一柔性基材13也包含C型聚对二甲苯膜并且包括互连第二线路元件14(例如Cu列电极)。在第二柔性基材13上还可以包括作为第二保护层的第三柔性基材15。第三柔性基材15也可以包含C型聚对二甲苯膜，并且保护下方的电路元件。
多个发光元件17可以通过焊接点或者焊料16粘结到第一和第二线路元件。发光元件可以被第一保护层18封装保护，以便防止其在制备过程中脱落。第一保护层18包含环氧树脂等材料。
在图9中，还示出了用于根据图案将柔性基材形成为三维结构的模具。在形成三维结构后，将模具除去，由此形成可弯曲和/或可拉伸的显示器装置。
在另一个方面中，本发明还提供一种制备光电装置的方法，包括下列步骤：(1)提供第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料，(2)提供第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料，(3)分别在所述第一柔性基材和第二柔性基材上提供第一线路元件和第二线路元件，并且将多个发光元件与所述第一和第二线路元件结合；以及(4)提供三维结构的光电装置，该三维结构包含多个分割重复单元，使得所述发光元件位于所述重复单元中。
在一个实施方案中，制备光电装置的方法包括：制备二维的第一柔性基材，并且在该二维的第一柔性基材上沉积互连的第一线路元件；制备二维的第二柔性基材，并且在该二维的第二柔性基材上沉积互连的第二线路元件；在所述第一线路元件和第二线路元件上结合多个发光元件；以及根据图案将所述第一柔性基材和第二柔性基材折叠成所述三维结构。。
在另一个实施方案中，制备光电装置的方法包括接收具有所述三维结构的第一柔性基材和第二柔性基材，在具有所述三维结构的第一柔性基材和第二柔性基材上分别制备图案化的第一线路元件和第二线路元件；以及在所述第一线路元件和第二线路元件上结合多个发光元件。
优选地，制备二维的第一柔性基材包括：在硅晶片上形成基材层，以及在基材层上形成第一线路元件。
优选地制备提供二维的第二柔性基材包括：在所述第一线路元件上沉积第二柔性基材，在第二柔性基材上形成与所述第一线路元件走向不同的第二线路元件；用第一聚合物材料或者第二聚合物材料封装所述第一和第二线路元件；以及将多个发光元件与所述第一线路元件和第二线路元件粘结，以形成多个芯片。。
发光元件可以包括发光二极管(优选有机发光二极管)、亚毫米发光二极管、微型发光二极管、量子点中的至少一者。
第一或第二聚合物材料包含聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯以及有机硅树脂中的至少一者，优选A型聚对二甲苯、型聚对二甲苯B、C型聚对二甲苯、HT型聚对二甲苯、dix A型聚对二甲苯、diX AM型聚对二甲苯、D型聚对二甲苯和F型聚对二甲苯中的至少一者，更优选C型聚对二甲苯。
三维结构为日本剪纸立体结构，日本折纸立体结构、中国剪纸立体结构中的至可以少一者，优选Origami或Kirigami结构。
在一些实施例中，根据图案将所述第一和第二柔性基材折叠成三维结构包括基于多个形成平行四边形的折线折叠所述柔性基材，以形成包含多个分割平行四边形重复单元的三维结构，其中每个平行四边形重复单元都包含至少一个发光元件。
本发明还提供一种制备曲面装置的方法，包括下列步骤：(1)提供第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料，(2)提供第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料，(3)分别在所述第一柔性基材和第二柔性基材上提供第一线路元件和第二线路元件，并且将多个发光元件与所述第一和第二线路元件结合；以及(4)提供三维结构的光电装置，该三维结构包含多个分割重复单元，使得所述发光元件位于所述重复单元中，以及(5)将所述光电装置贴合到弯曲表面。
弯曲表面选自球形表面、鞍形表面、双曲面以及椭球形表面中的至少一者。弯曲表面可以沿着位于该表面上的至少一个路径具有改变的曲率。
图2是根据本发明的一些实施例的用于制造光电装置100的方法200的流程图。方法200可以由用于制造设备的任何数量的自动化工具来执行。例如，方法200至少部分地可以由构造为执行CVD以便在晶片上形成柔性基材的机器执行。可以使用任何数量的不同设备以形成光电装置100的任何数量的步骤来执行方法200。
在步骤202，在第一和第二柔性基材上形成二维装置100。在一个实施例中，第一和第二柔性基材是C型聚对二甲苯(或称为聚对二甲苯-C或)-膜。在第一基材和第二基材中分别形成至少包括行电极和列电极的互连件。LED或其他发光元件结合到连接到电极的焊接点。互连件可以耦合到控制器，该控制器激励电极以使LED以不同的亮度值发光，以便在光电装置100上形成图像。在其他实施例中，第一和第二柔性基材可以是聚酰亚胺或者聚对二甲苯-D、或符合特定应用程序要求的任何其他材料。
在步骤204，将第一和第二柔性基材折叠成三维结构。在一些实施例中，光电装置100沿着多条折痕线折叠，这些折痕线形成被称为Miura-ori结构的平行四边形的分割。在一些实施例中，二维装置100被放置在模版上，并且每一行平行四边形被依次形成到模版上，以便在折痕线上对光电装置100进行折叠。将理解的是，用于折叠二维发光元件片110的任何技术都在本公开的范围内。在其他实施例中，光电装置100被折叠成其他类型的折纸或剪纸结构，并且不限于三浦折(Miura-ori)型结构。
在步骤206，将光电装置100贴合于曲面。一旦将光电装置100折叠成Miura-ori的三维结构，就可以将光电装置形成为曲面，例如鞍形、球形、圆柱形或任何其他不规则或复杂的表面。在一些实施例中，光电装置的与发光元件110相对的背面例如使用环氧树脂或其他类型的粘合剂被粘结到表面。将理解的是，光电装置100的背面可以仅接触在Miura-ori结构中形成的谷的尖端处的弯曲表面。只要基材是柔性的，接触面积就可以足够大以提供足够的拉伸强度以将光电装置100保持在表面上。如果基板更刚性，则可以使用膨胀以填充单元的相邻面之间的间隙的粘合剂将光电装置100粘合到弯曲表面。在其他实施例中，光电装置100可以例如通过使用机械紧固件而机械地固定到表面。
图3是根据本发明的另一个实施例的用于制造光电装置100的方法300的流程图。方法300可以由用于制造设备的任何数量的自动化工具来执行。例如，可以至少部分地使用常规的半导体工艺和技术来执行方法300。
在步骤302，在晶片上构图电路。在一个实施例中，第一柔性基材120沉积在硅晶片的表面上。第一柔性基材120可以是聚对二甲苯-C或其他类型的柔性聚合物，其表现出适合于在其中形成电路的特性。可以通过在第一基材上形成金属层并且并蚀刻金属层以去除金属的一部分以露出基材120上的一组互连件130来创建电路。可以将电路封装在Parylene-C的顶层中，通过去除一部分区域以露出顶层下面的电极，在顶层中形成焊盘。在顶层和第一柔性基材之间可以形成第二柔性基材，第二柔性基材包括由金属形成的第二互连件。
在步骤304，将有源活性元件粘结到线路。在一个实施例中，有源元件是发光元件110，诸如LED，OLED等。可以使用在发光元件110的底部上的焊料将发光元件110结合到电极。可以将发光元件110放置在焊料上并加热直到焊料流动，从而将发光元件110连接到嵌入基材中的发光元件110中连接到电极上。在一个实施例中，可以使用拾放机将发光元件110放置在晶片上形成的第一和第二基材上。
应当理解，本公开的上述例子描述了使用三浦结构(Miura-oristructure)实现的弯曲光电装置100。然而，在其他实施例中，连接到每个单元的有源元件可以是其他类型的设备或传感器。例如，有源元件可以包括图像传感器(CMOS或CCD类型)、电容传感器，温度传感器等。这可以允许制造符合复杂弯曲表面而不是传统平坦表面的传感器。本发明的范围不仅限于发光装置。
在步骤306，将装置封装。在一个实施例中，可以将有源元件封装在环氧树脂或其他材料中以保护元件免受氧气、湿气或其他类型的液体或气体的影响。在一个实施例中，晶片被覆盖在可见光谱中透明的C型聚对二甲苯的顶层中，以完全封装发光元件110。
在步骤308，将装置折叠成Miura-ori三维结构。步骤308可以如上面阐述的步骤206中所描述的那样完成。
图4A-4D示出了根据一些实施例的制造光电装置100的过程。如图4A所示，处理晶片(例如，硅晶片)以沉积第一或第二基材层420。在其中形成第一电路430和第二电路440，并且将电路封装在另外的基材层中。可以在基材层420中形成垫层以暴露包括在第一电路430和第二电路440中的电极。
如图4B所示，发光元件410经由焊料412连接到电路。在一些实施例中，发光元件410被诸如传感器的其他类型的有源元件代替。应当理解，尽管对于每个发光元件仅示出了两个触点，但是可以根据特定的有源元件的需要来增加触点的数量。例如，用于集成电路组件的任何标准封装都可以结合到电路上。
如图4C所示，装置400可以被封装在保护层440中，例如聚对二甲苯-C或其他类型的柔性聚合物。在一些实施例中，保护层是透明的，使得发光元件410的颜色可以透射过保护层440。在其他实施例中，保护层可以表现出其他特征，例如吸收某些频率的光。在一些实施例中，例如其中有源元件是不基于光透射而工作的传感器的应用，则保护层440可以是不透明的。
如图4D所示，将装置400折叠成Miura-ori结构。尽管在图4D中未示出，但是，将理解，在一些实施例中，可在折痕线附近去除第一或第二基材层420和/或保护层440的部分，以减小装置400在折痕线处的刚性。通过使装置400在这些位置更薄，可以减小由折叠引起的基板中的应变。
图5A-5B示出了根据一些实施例的用于制备光电装置100的方法500的流程图。方法500仅是一种用于在晶片上形成的二维膜中制造显示装置100的技术。在形成器件之后，将二维膜从晶片上去除并折叠成三维结构，该三维结构使器件能够顺应曲面。
在步骤502，用粘合促进剂(例如，A-174硅烷)和异丙醇溶液浸泡硅晶片以处理制备晶片的表面。在步骤504，将第一柔性聚合物(例如，聚对二甲苯-C)沉积在晶片上作为第一柔性基材。在步骤506，在基层上图案化行电极。在一个实施例中，在第一柔性基材上形成金属层，在金属层上沉积光致抗蚀剂膜，并且通过将光致抗蚀剂层的部分暴露于行电极的图像来对光致抗蚀剂膜进行图案化。蚀刻光致抗蚀剂层和金属层以在金属层中形成行电极，然后从器件表面去除剩余的光致抗蚀剂。
在步骤508，将第二柔性聚合物的阻挡层(即第二柔性基材，聚对二甲苯-C)沉积在行电极的顶部上。在步骤510，在阻挡层上图案化列电极。如上所述，可以以与行电极类似的方式形成列电极。在步骤512，将第三柔性聚合物(例如，聚对二甲苯-C)的顶层沉积在列电极上。在步骤514，通过使顶层的行电极和列电极的一部分露出来形成接触垫。可以通过等离子体蚀刻形成接触垫。
在步骤516中，可以通过对硅晶片的背面进行构图来形成加强件。加强件可在棋盘形图案的每个单元中提供额外的刚度。加强件为不可变形的装置提供刚性支撑，并吸收在基材中产生的应力或应变，以避免在柔性基材的折叠过程中发生剥离/分离。同时，带有折纸分隔结构的加劲件会产生柔性折痕，从而使折叠过程更加方便且规则。在步骤518，通过DRIE(深反应离子刻蚀)去除材料。通过从背蚀刻晶片来去除至少一部分晶片，以形成加强板垫。在一些实施例中，蚀刻硅晶片以从晶片的背面暴露第一柔性基材和/或第二柔性基材(例如，聚对二甲苯-C层)。在其他实施例中，可以省略加强板垫，并且可以通过任何技术上可行的手段将基材与晶片分离，所述手段包括但不限于蚀刻，分层或机械磨蚀。
在步骤520，将发光元件与行电极和列电极结合。在一个实施例中，发光元件可以使用焊料结合到电极。在其他实施例中，可以通过任何技术上可行的手段将有源元件结合到裸露的焊盘，包括引线结合，超声焊接等。在步骤522，使用环氧树脂分别封装每个芯片。如本文所用，芯片可指沉积在衬底中形成的棋盘形图案的特定单元上的一个或多个有源元件。
在步骤524，使用模具折叠装置以形成Miura-ori折纸结构。在一些实施例中，显示装置可以被手动折叠，而在其他实施例中，显示装置可以被机器自动折叠。
在步骤526，将光电装置形成为弯曲表面。将光电装置形成为弯曲表面可以包括将装置以折叠构造放置在表面上，并操纵三维结构中的峰之间的距离。在一些实施例中，粘合剂用于将光电装置结合到弯曲表面。在其他实施例中，机械紧固件用于将光电装置固定到弯曲表面。
在步骤528，光电装置连接到控制器。在一个实施例中，控制器连接到行电极和列电极，以便分别控制每个单独的发光元件的激活。当然，通过同时激活多个行或列电极，控制器还可以共同控制任何单行或任何单列以及两行或更多行以及两行或更多列。用于控制光电装置的有源元件的任何技术上可行的方式都被认为在本公开的范围内。在一些实施例中，控制器可以包括连接到一个或多个行驱动器和一个或多个列驱动器的时序控制器。控制器也可以连接到用于从主机处理，、频接口，包括高清多媒体接口(HDMI)接口，显示端口(DP)接口等。该接口也可以是专有的，并且不限于符合广泛使用的标准。
图6是根据另一个实施例的用于制造光电装置100的方法600的流程图。方法600可以由用于制造设备的任何数量的自动化工具来执行。方法600与方法300的不同之处在于，在其中形成电路之前，以折叠(即，三维)构造接收柔性基板。
在步骤602，在包括第一柔性和第二柔性基材的基板上图案化电路。在一个实施例中，可以将基板操纵为展开的(即，二维的)构造，以便在基板的顶表面上对电路进行图案化。在这样的实施例中，可以在衬底中形成电路的过程中将衬底粘结到诸如晶片的刚性支撑结构上，或者以其他方式固定(例如，通过真空)到刚性支撑结构上。应当理解，因为已经将基板折叠成三维三浦(Miura-ori)图案，所以折痕线的位置是已知的，并且在基板中形成的电路的位置应该相对于基板的位置进行配准，其中形成了棋盘形图案。
在其他实施例中，电路元件可以以折叠构造(或至少部分折叠)在基板上图案化。在此过程中，玻璃掩模或荫罩可用于图形化电路元件，并且可以采用上述的在波形/折叠结构上进行金属图案化的制造方法。对于封装过程，可以使用具有更高自由度的贴片机(可旋转的真空针)以折叠结构将LED封装。
在步骤604，将发光元件结合到电路。在一些实施例中，发光元件以折叠构造结合到电路。在其他实施例中，发光元件以展开构造结合到电路。在步骤606将装置封装。每个芯片可以单独包装。可替代地，装置可以贴合于弯曲的表面，并且装置可以被封装在聚对二甲苯-C或PDMS的保护层中。
图7A-7E示出了根据一些实施例的制造光电装置700的过程。如图7A所示，将已经以展开构造形成在基板上的第一和第二柔性基材720以及第一和第二线路元件730折叠并且以折叠构造附接到刚性支撑结构702。可以通过高粘性和可固化的环氧树脂或弹性体(例如PDMS、Eco-flex等)将折叠后的结构粘合到晶片或其他支撑结构上。操作过程是本领域是已知的，例如将折叠后的结构嵌入环氧树脂中。在晶片表面上旋涂并等待固化。在一些实施例中，刚性支撑结构702是弯曲表面，其被设计成模拟将要安装显示装置700的表面。
如图7B所示，发光元件710结合到第一和第二电路元件730。在一个实施例中，发光元件是LED，其使用焊料712结合到行电极和列电极730。
如图7C所示，然后将装置700从刚性支撑结构移除。如图7D所示，通过将芯片封装在聚对二甲苯-C的保护层740中来封装每个芯片。在图7E所示的其他实施例中，通过将整个光电装置700封装在PDMS的保护层750中来封装装置700。
图8示出了根据一些实施例的示例性控制器800，其用于控制光电装置的工作。控制器800包括时序控制器(TCON)802，行驱动器822、列驱动器824和视频接口820。TCON802接收视频信号并处理视频信号以生成用于一个或多个行驱动器822和一个或更多个列驱动器824的控制信号。行驱动器822和列驱动器824包括驱动连接到电路元件130的信号的元件，例如耦合到发光元件110的行电极和列电极。行驱动器822和列驱动器824可以包括放大器和/或锁存电路。尽管未明确示出，但是TCON 802还可以生成指示光电装置的刷新频率的时钟信号，其中每个发光元件在每个刷新周期被更新一次。
接口820可以是任何普通的视频接口，包括但不限于HDMI，DP，eDP，VGA等。在一些实施例中，接口820将视频信号转换成用于更新显示设备100的原始图像数据。
尽管未明确示出，但是控制器800可以包括能够处理用于执行各种功能的指令的附加处理单元(例如，微控制器，处理器，数字信号处理器(DSP)等)，例如将滤波器应用于视频信号或使用可变刷新频率更新显示设备。在一些实施例中，控制器800还可以包括用于存储例如可以用于更新发光元件110的图像信息的存储器。例如，显示设备可以存储可以用于更新由发光二极管110显示的图像的图像数据。即使在接口820处没有接收到新的图像数据时，显示设备100也可以。
本领域的技术人员将会理解，控制器800仅仅是一个示例性架构，并且控制器800可以包括各种变型，例如代替或附加于图8中所示的组件的其他组件。
尽管在图中未明确示出，但是，如图8所示，视频信号可以由外部主机计算机产生。在一些实施例中，主机计算机通过CPU产生视频信号。在其他实施例中，主机计算机通过CPU和一个或多个GPU产生视频信号。主机可以通过解码视频比特流来生成视频信号。或者，视频信号可以由主机使用渲染算法来生成。产生用于传输到显示设备的视频信号的任何技术上可行的方式都被认为在本公开的范围内。
注意，本文描述的方法可以体现在存储在计算机可读介质中的可执行指令中，以供基于处理器的指令执行机器、系统，装置或设备使用或与其结合使用。本领域技术人员将理解，对于一些实施例，可以包括各种类型的计算机可读介质来存储数据。如本文所使用的，“计算机可读介质”包括用于存储计算机程序的可执行指令的任何合适的介质中的一个或多个，使得指令执行机器，系统，装置或设备可以从中读取(或获取)指令。计算机可读介质并执行用于执行所描述的实施例的指令。合适的存储格式包括电子，磁性，光学和电磁格式中的一种或多种。常规示例性计算机可读介质的非详尽列表包括：便携式计算机软盘；以及便携式计算机软盘。随机存取存储器(RAM)；只读存储器(ROM)；可擦可编程只读存储器(EPROM)；闪存设备；光学存储设备包括便携式光盘(CD)，便携式数字视频光盘(DVD)等。
应该理解，附图中示出的组件的布置是出于说明的目的，并且其他布置也是可能的。例如，本文描述的一个或多个元件可以全部或部分地实现为电子硬件组件。可以以软件，硬件或软件和硬件的组合来实现其他元件。而且，可以组合这些其他元件中的一些或全部，可以完全省略一些其他元件，并且可以添加附加组件，同时仍然实现本文所述的功能。因此，本文描述的主题可以体现为许多不同的变型，并且所有这样的变型都被认为在权利要求的范围内。
为了促进对本文所述主题的理解，根据动作序列描述了许多方面。本领域技术人员将认识到，各种动作可以通过专用电路或电路，通过由一个或多个处理器执行的程序指令，或通过两者的组合来执行。本文对任何动作序列的描述并不旨在暗示必须遵循为执行该序列而描述的特定顺序。除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。
下面将结合例子，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。以下例子仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下述例子中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施方案中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。
实施例1
第一步是聚对二甲苯-C膜的化学气相沉积(CVD)。对于此工艺，准备了Parylene-C颗粒和SCS Labcoter 2(PDS 2010)真空沉积系统。该过程无需使用硅烷A-174粘合促进剂，以便在完成所有步骤之后容易剥离。通过添加不同重量的材料，可以沉积不同厚度的膜，但是处理时间将相应地增加。通常，在沉积过程中，每克Parylene-C颗粒对应1um厚的膜，这与硅晶片的数量无关。在加工过程中，将硅晶片以一定距离放置在石英舟上，以获得厚度均匀的聚对二甲苯-C膜，并防止其表面被划伤。
完成Parylene-C膜沉积后，将样品转移到HKUST的纳米系统制造设施(NFF)进行金属电极(TiW和Cu)溅射和进一步处理。在高溅射速率下(TiW为
Figure BDA0003011940010000231
Cu为
Figure BDA0003011940010000232
)，选择CVC-601溅射器(SPT-CVC)进行铜电极溅射。钛钨(TiW)作为一种附着力增强剂，可以增强铜电极与聚对二甲苯-C膜之间的附着力，否则铜电极在湿法蚀刻过程中会掉落。在Parylene-C膜上依次溅射约
Figure BDA0003011940010000241
厚的TiW和
Figure BDA0003011940010000242
厚的Cu。在金属溅射过程中，腔室内的温度相当高。为防止金属表面起皱和氧化，应在将反应室冷却至室温后取出样品。
接下来涂覆光致抗蚀剂(PR)。在进行光致抗蚀剂(PR)涂覆之前，在负压箱中沉积作为PR和金属层之间的粘合促进剂的六甲基二硅氮烷(HMDS)。考虑到铜电极的厚度，选择AZ 504配合旋涂机SUSS Coater(PHT-SC1)。当旋转涂布机在500rpm的转速下旋转5s和在4000rpm的转速下旋转30s时，AZ 504达到约1.1-1.2um。随后进行软烘烤过程(将样品在110℃的热板上放置60秒)以去除溶剂并固化膜。随后进行曝光和显影过程以图案化PR。在光刻AB-MAligner#2(UV，功率22mw/cm2)下曝光5-5.5s，并通过正性抗蚀剂显影剂FHD-5(氢氧化四甲基铵(TMAH)的浓度为2.3％)显影60-70s。用去离子水洗净残留的显影剂后，用氮气枪干燥样品表面。为了确保在随后的湿法蚀刻过程中能够完全去除溶剂并提高附着力，需要在120℃下进行30分钟的硬烤。
PR图案化和显影后需要光刻胶除渣剂，以去除残留的PR渣滓，该残留的PR渣滓可防止在随后的湿法刻蚀工艺中掩膜与Cu之间出现严重的咬边现象。选择Dry Asher(IPC3000，PR的蚀刻速率为
Figure BDA0003011940010000243
Figure BDA0003011940010000244
)进行氧等离子体蚀刻。处理一分钟后，从反应室中取出样品，然后将其浸入稀硫酸和过氧化氢的混合溶液中，以在湿式工作站上进行电极构图。经过数十秒的铜电极构图过程后，将其置于纯过氧化氢中，加热至约60-70℃的水加热几秒钟，以蚀刻TiW。
之后，接着进行聚对二甲苯-C的阻挡层(第二柔性聚合物基材)和顶层(第三柔性聚合物基材)的沉积以及在其间进行的第二Cu电极构图。选择厚AZ 9260以开孔接触垫，并且除去每四个相邻的平行四边形的中心周围的顶点区域。将旋涂机的旋转速度设置为500rpm 5s和1000rpm 30s，AZ 9260的厚度达到16-17um，在110℃下软烘烤时间延长到250s。然后用紫外线曝光约70秒，然后用FHD-5显影约5分钟。在120℃下硬烘烤15分钟后，可以将样品放入Dry Asher室中以进行Parylene-C提取。将Dry Asher的RF功率设置为13.56MHz和400W，AZ 9260的蚀刻速率约为0.1um/min，与Parylene-C几乎相同。为防止损坏Parylene-C的顶层，蚀刻150分钟后，重新涂覆AZ 9260并将其图案化为新的遮罩层。每蚀刻20分钟，冷却10分钟，进行循环处理，直到去除所有图案化的Parylene-C。要去除残留的AZ9260，将样品在70-℃的正性光刻胶剥离剂MS-2001中浸泡5分钟，然后用去离子水清洗。
接下来旋涂SU-8 2075。首先，将SU-8 2075加热到室温以增加其流动性。选择台式涂布机(PHT-SC2)，并将参数设置为500rpm持续10秒和2000rpm持续30秒。65℃下的软烘烤时间应为5分钟，而95℃下的软烘烤时间应为10-20分钟。SU-8的厚度约为80um，将UV暴露时间设置为13s，然后在65℃下曝光2-5min和95℃下曝光8-10min后再进行额外的暴露后烘烤(PEB)步骤，以获得SU-8中光敏组分连续反应所需的能量。SU-8显影剂的显影时间为7-10分钟，与厚度相对应。可以添加在150-250℃下进行5-30分钟的硬烘烤步骤，以确保SU-8性能在实际使用中稳定。
到目前为止，第一个方面已完成。对于LED芯片封装的第二个方面，在佛山的香港科技大学LED-FPD技术研发中心进行。芯片粘接机(ASM AD860)和回流焊炉(Sun eastIPC780E)是此过程必不可少的设备。考虑到Parylene-C的热性能，选择了SRA低温无铅焊锡膏T5进行粘结，并选择了Bridgelux蓝光功率管芯(指定管芯尺寸1500万×30密耳)进行辐照。此后，为防止LED芯片与基板分离，采用HKUST(香港科技大学)电子封装实验室(EPACKLab)中的自动分配器(Camalot 1414)和环氧树脂来封装芯片。环氧树脂固化后，将器件从硅晶片上剥离下来。
最后，使用折叠模具将上述制造的二维装置折叠成Miura-Ori结构，该模具上带有正负3D Miura-Ori图案，并使用3D打印方法生产。具体来说，准备用于Miura-Ori结构折叠的一对带有正负3DMiura-Ori图案的模板(图10a)。如图10b所示，模板上的单位平行四边形的几何结构包括几何参数a，b，α，β，ζ和θ。将平行四边形a和b的两侧长度设置为等于1.8mm，ξ＝35°(折线与x轴之间的角度)，θ＝30°(小平面与XY平面之间的二面角)，以及α＝60°，β＝120°(平行四边形的两个内角)。将上述制备的二维装置夹在两个模板之间，并向模板施加压力(图10c)，以使柔性基材上的分割平行四边形与模板上的3D Miura-Ori图案匹配，其中二维基材上的平行四边形是通过在柔性基材上图案化SU-8 2075加强板(平行四边形形状)实现的，图案化的平行四边形加强板比三维模板上的单位四边形略小，为柔性折痕留出空间(图9)。由此得到具有三维Miura-Ori结构的显示装置。图10d示出了所制备的显示装置的照片，并且图10e示出了显示装置的局部放大照片。
实施例2
将实施例1制备的装置构造为具有马鞍形或者半球形的曲面显示装置。图10f-g分别示出了所制备的曲面显示装置的照片。从图中可以看出，所制备的显示装置能够贴合各种复杂的形状，而不发生破裂或者性能降低。
测试例
使用约3V的恒定电压DC电源驱动实施例2所制备的显示装置。如图i、j和k所示，该显示装置显示出与曲面(鞍形表面)相互匹配的出色性能，并且通过直流电源驱动后显示效果良好。
图11(a)示出了该显示装置与高斯曲率为-0.04的马鞍面贴合并且显示指定图案的照片，并且图11(b)示出了放大照片。装置的显示效果良好，“UST”图案清晰可见(像素间距约1.5mm)。
可以理解的是，以上实施方案仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方案，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (24)

1.一种光电装置，包括：
第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料并且包括互连的第一线路元件，
第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料并且包括互连的第二线路元件，以及
与所述线路元件结合的多个发光元件，其中所述发光元件被所述第一线路元件和第二线路元件独立控制，以及
其中所述第一柔性基材和所述第二柔性基材根据图案形成为包含多个分割重复单元的三维结构并且所述发光元件位于所述重复单元中。
2.根据权利要求1所述的光电装置，其中所述图案选自剪纸图案、折纸图案、霍夫曼网格图案、Barreto之星图案、Yoshimura图案以及四边形网格图案中的至少一者，优选日本剪纸图案，日本折纸图案、中国剪纸图案中的至少一者，更优选Origami或Kirigami结构。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的光电装置，其中所述图案包含多个分割的平行四边形，并且每个重复单元中包含至少一个发光元件。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的光电装置，其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料包含聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯以及有机硅树脂中的至少一者，优选A型聚对二甲苯、型聚对二甲苯B、C型聚对二甲苯、HT型聚对二甲苯、dix A型聚对二甲苯、diX AM型聚对二甲苯、D型聚对二甲苯和F型聚对二甲苯中的至少一者，更优选C型聚对二甲苯。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的光电装置，其中所述第一线路元件包括至少一个行电极，并且所述第二线路元件包括至少一个列电极。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的光电装置，其中所述发光元件包括发光二极管(优选有机发光二极管)、亚毫米发光二极管、微型发光二极管以及量子点中的至少一者。
7.根据权利要求2所述的光电装置，其中所述发光元件为位于各个重复单元中的封装芯片并且每个封装芯片被保护层独立封装。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的光电装置，其中，所述光电装置选自显示器、照明装置、传感器装置、通讯装置、计算装置和衰减装置中的至少一者。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的光电装置，还包括位于所述第二柔性基材之上的保护层，其中所述线路元件被封装在保护层中并且所述保护层包含第一聚合物材料或者第二聚合物材料。
10.一种曲面装置，包括权利要求1到9中的任意一者所述的光电装置以及与所述光电装置贴合的弯曲表面。
11.权利要求10所述的曲面装置，其中所述三维结构被构造为顺应所述弯曲表面并且通过粘合剂或者机械进口件中的至少一者固定在该弯曲表面上。
12.根据权利要求10或11所述的曲面装置，其中，所述弯曲表面选自球形表面、鞍形表面、双曲面以及椭球形表面中的至少一者。
13.根据权利要求10-12中任意一项所述的曲面装置，其中，所述弯曲表面沿着位于该表面上的至少一个路径具有改变的曲率。
14.一种制备光电装置的方法，包括下列步骤：
(1)提供第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料，
(2)提供第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料，
(3)分别在所述第一柔性基材和第二柔性基材上提供第一线路元件和第二线路元件，并且将多个发光元件与所述第一和第二线路元件结合；以及
(4)提供三维结构的光电装置，该三维结构包含多个分割重复单元，使得所述发光元件位于所述重复单元中。
15.根据权利要求14所述的方法，包括下列步骤：
制备二维的第一柔性基材，并且在该二维的第一柔性基材上沉积互连的第一线路元件；
制备二维的第二柔性基材，并且在该二维的第二柔性基材上沉积互连的第二线路元件；
在所述第一线路元件和第二线路元件上结合多个发光元件；以及
根据图案将所述第一柔性基材和第二柔性基材折叠成所述三维结构。
16.根据权利要求14所述的方法，包括下列步骤：
接收具有所述三维结构的第一柔性基材和第二柔性基材，
在具有所述三维结构的第一柔性基材和第二柔性基材上分别制备图案化的第一线路元件和第二线路元件；以及
在所述第一线路元件和第二线路元件上结合多个发光元件。
17.根据权利要求15所述的方法，其中制备二维的第一柔性基材包括：
在硅晶片上形成基材层，以及
在基材层上形成第一线路元件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中制备提供二维的第二柔性基材包括：
在所述第一线路元件上沉积第二柔性基材，
在第二柔性基材上形成与所述第一线路元件走向不同的第二线路元件；
用第一聚合物材料或者第二聚合物材料封装所述第一和第二线路元件；以及
将多个发光元件与所述第一线路元件和第二线路元件粘结，以形成多个芯片。
19.根据权利要求14-18中任意一项所述的方法，其中所述发光元件包括发光二极管(优选有机发光二极管)、亚毫米发光二极管、微型发光二极管、量子点中的至少一者，
任选地，所述聚合物材料包含聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯以及有机硅树脂中的至少一者，优选A型聚对二甲苯、型聚对二甲苯B、C型聚对二甲苯、HT型聚对二甲苯、dix A型聚对二甲苯、diX AM型聚对二甲苯、D型聚对二甲苯和F型聚对二甲苯中的至少一者，更优选C型聚对二甲苯。
20.根据权利要求14-19中任意一项所述的方法，其中所述三维结构为Origami或Kirigami结构。
21.根据权利要求15所述的方法，其中根据图案将所述柔性基材折叠成所述三维结构包括基于多个形成平行四边形的折线折叠所述柔性基材，以形成包含多个分割平行四边形重复单元的三维结构，其中每个平行四边形重复单元都包含至少一个发光元件。
22.一种制备曲面装置的方法，包括下列步骤：
(1)提供第一柔性基材，该第一柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第一聚合物材料，
(2)提供第二柔性基材，该第二柔性基材包含耐受超过200℃的温度的第二聚合物材料，
(3)分别在所述第一柔性基材和第二柔性基材上提供第一线路元件和第二线路元件，并且将多个发光元件与所述第一和第二线路元件结合；以及
(4)提供三维结构的光电装置，该三维结构包含多个分割重复单元，使得所述发光元件位于所述重复单元中，以及
(5)将所述光电装置贴合到弯曲表面。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述弯曲表面选自球形表面、鞍形表面、双曲面以及椭球形表面中的至少一者。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述弯曲表面沿着位于该表面上的至少一个路径具有改变的曲率。
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