CN1822958A - 薄膜构图装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种薄膜构图装置(6)，其包括基板(1)和设置成将基板(1)的表面分割成子区域(5)的阻挡栅(3)。所述表面由聚合物材料构成，并且用至少部分为无机的涂层(2)来涂敷。优选将薄膜材料(4)淀积在所述薄膜构图装置(6)上。

Description

薄膜构图装置
本发明涉及一种薄膜构图装置，其包括基板和设置成将基板表面分割成子区域的阻挡栅(barrier)。本发明还涉及用于制造这种薄膜构图装置的方法以及包括这种薄膜构图装置的器件。
近几年已经开始发展用于通过在相同的基板上形成具有不同特性的薄膜的预定图案来获得功能器件的技术。在这这些功能器件中有滤色器和诸如显示器件和导体/半导体图案的薄膜电子器件。
一种用于形成这种图案的有前景的方法采用含有薄膜材料的液体的喷墨印刷。归功于其使用材料少、精确度高和相对较低的成本，喷墨印刷为优选的方法。然而，喷墨印刷图案的一个问题是不同的薄膜材料会在基板表面上混合。例如，当利用喷墨印刷来形成诸如用于LCD器件的滤色器的薄膜图案时，流出的液晶材料会流进相邻的像素中，产生具有混合色的像素。
为了防止这一问题，基板表面通常设置有被称之为阻挡栅的凸起分割部件。阻挡栅将表面分割成限定薄膜图案的子区域。然后将包含薄膜材料的液体淀积在不同的子区域上。例如对于LCD滤色器来说，将基板表面分割成像素，依次将每一个像素分割成用于不同颜色(通常为红色、绿色和蓝色)的子像素。然后用其有色薄膜材料填充每一个子像素，而没有任何色彩混合。分隔阻挡栅通常为有机材料的光刻胶，一般通过光刻来限定其图案。
通常，对功能器件的要求是它们要薄。这限制了凸起阻挡栅的高度，并且因此也限制了所淀积的用于每一分割区的液晶材料的体积。如果淀积的液体体积太大，则其将很容易地溢出到相邻的分割区。相反，如果淀积的液体体积太小，则其将不能覆盖分割区的整个表面，导致不规则的构图和不好的或者甚至没有功能的器件。
一般地，对于采用设置有有机阻挡栅的无机基板例如玻璃的情况，执行表面处理以在基板的表面(其上附着来自喷墨印刷的液滴)与阻挡栅之间建立表面能差。这是为了保持基板表面上相对较高的液体润湿性，即，低表面液体前进接触角(advancing contact angle)，并且在分割阻挡栅上获得相对较低的液体润湿性，即，高表面液体前进接触角。在表面处理之后，液体会润湿基板表面而不润湿阻挡栅，因此防止液体溢出到相邻的分割区。
在EP0989788中详细描述了这种表面处理，并且这种表面处理通常如下：首先通过例如氧等离子体或UV臭氧处理来清洗基板。然后，施加像CF4、CHF3或SF6的氟等离子体。氟组分附着到有机阻挡栅材料，由此使得阻挡栅排斥印刷的液体，而使无机基板材料的润湿性基本上不受影响。因此，建立阻挡栅与基板表面之间的表面能差异，并且可以将相对较大体积的包含薄膜材料的液体淀积在分割区上而不溢出阻挡栅。
在EP0989788中，描述了用于构图薄膜的无机基板。然而，需要基于聚合物基板而非诸如玻璃的无机基板的功能器件，例如电子、光学和光电器件。这是例如薄、轻和/或柔性功能器件的情况。容易利用具有良好再现性和公差的光刻将诸如光刻胶的有机分割阻挡栅设置在塑料表面上。
然而，由于在基板与阻挡栅之间不存在明显的材料特性差异，所以，当执行如上所述的表面处理时，阻挡栅和基板都会以相同的方式受到影响，并且不会在阻挡栅与基板之间建立液体亲和力之差。在先前所述的两步表面处理之后，由于氟等离子体，有机表面基板上的接触角也会相对较高，导致液体覆盖分割区的问题。另一方面，仅在例如氧等离子体或UV-臭氧第一清洗处理之后，有机涂层以及阻挡栅与印刷液体会具有相对较低的接触角，该印刷液体使得喷墨印刷液滴难以覆盖分割区而不溢出阻挡栅，并且会与淀积在相邻分割区中的薄膜材料混合。
本发明的一个目的是缓解上述关于使用聚合物基板的问题，并提供基于聚合物基板的功能薄膜器件。
通过本发明来获得这些和其它目的。
本发明涉及薄膜构图装置，该装置包括基板和设置成将基板表面分割成子区域的阻挡栅。所述表面由聚合物材料构成，并且至少部分地涂敷有至少部分为无机的涂层。该涂层可以完全或部分为无机的，并且在一些实施例中可以包括一种以上的涂层原料，即非同质涂层。
至少部分为无机的涂层优选具有这种特性，即在对薄膜构图装置进行表面处理之后，建立液体亲和力之差从而液体对阻挡栅的亲和力小于液体对基板的亲和力。
由此，能够提供沿着其表面具有不同润湿特性的有机薄膜构图装置。
本发明还涉及用于制造薄膜构图装置的方法，该方法包括提供具有有机材料表面的基板，采用至少部分为无机的涂层来涂敷至少部分的所述基板的表面，并且淀积阻挡栅以将所述涂敷的表面分割成子区域。该方法优选还包括表面处理，由此在涂敷的表面与阻挡栅之间建立液体亲和力之差。
另外，本发明涉及包括薄膜构图装置的器件，薄膜图案淀积在所述基板上。它还涉及用于制造所述器件的方法，该方法包括将薄膜材料淀积在所述薄膜构图装置上。
从下文中所述的实施例，本发明的这些和其它方案将显而易见，并通过参考下文中所述的实施例来对其进行阐述。
图1示出薄膜构图装置的透视图；
图2示出图1的装置的剖面图。
图1和2示出包括涂敷有至少部分为无机的涂层2且设置有分割阻挡栅3的聚合物基板1的薄膜构图装置6。将薄膜材料4淀积在分割子区域5上。
聚合物基板1或至少所述基板(1)的表面可以由任何适用于作为基板的聚合物材料构成，例如，聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚降冰片烯(polynorbonene，PNB)、多芳基化合物(PAR)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyehtylentheraftalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethernafthalate，PEN)、环氧化物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨基甲酸酯(PUR)，但不受限于此。不同材料适用于不同的应用并且对本领域技术人员是公知的。基板可以由有机化合物构成，或者是设置有有机表面的至少部分为无机的化合物。
至少部分为无机的涂层2可以包括任何无机材料，其包括适用于利用溅射或汽相淀积来淀积的非导电材料，例如氮化硅、氮化铝、氧化硅、氮氧化硅、氟氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化铝或其混合物。至少部分为无机的涂层2还可以包括像ITO(掺杂有氧化锡的氧化铟)一样的导电材料。可以结合无机材料作为部分无机涂层树脂内侧的(毫微)颗粒，或者为涂层原料本身(例如ORMOCER)的部分化学结构。同样，可以使用适合于诸如旋涂的湿法化学淀积的无机材料，例如TEOS(四乙氧基硅烷)。
至少部分为无机的涂层2优选包括至少5％(w/w)、更为优选地至少25％、甚至更为优选地至少45％的无机材料。甚至其可以包括100％的无机材料。例如，可以使用包括20％的C原子、38％的O原子和42％的Si原子的涂层。采用部分为无机的涂层的一个优点是通常这种涂层比100％的无机涂层更适合于湿法涂敷方法，例如喷墨印刷和旋涂。100％的无机涂层通常更有必要采用如真空淀积的这种方法来将其淀积在基板上。可以利用包括溅射、汽相淀积、旋涂、丝网印刷、真空淀积和喷射涂敷的任何适当的淀积方法将至少部分为无机的涂层2淀积在基板1上。用于这些的最适合的淀积方法和条件随着所选择的涂层和基板材料而改变，并且对于本领域技术人员是公知的。对于一些应用，例如显示器件和滤色器，至少部分为无机的涂层2优选是透明的，而对于其它应用，这不是必要的。至少部分为无机的涂层2的厚度可以从小于0.01μm至大于100μm。至少部分为无机的涂层2可以是非同质的，即包括一种以上的涂层原料。这种非同质涂层的非限制性例子用于其中针对不同的子区域使用不同涂层、在彼此顶部上淀积两种涂层等的装置中。
阻挡栅3可以是任何常规的有机光刻胶，例如AZ5218-e(AZHoechst)、标准SU-8光刻胶(MicroChem Corp)或光可构图有机聚酰亚胺。可以通过包括光刻技术、凹版胶印、喷墨印刷、丝网印刷、微接触印刷、毛细管微模制(Micro Moulding In Capillary，MIMIC)或无水胶印的不同适合方法将阻挡栅3施加在被涂敷的基板上。用于这些的最适合的应用方法和条件随着所选择的阻挡栅材料而改变，并且对本领域人员是公知的。
在本发明中，希望对分割子区域中的至少部分为无机的涂层2的表面和阻挡栅3的表面进行表面处理，以便与其中将要淀积薄膜材料4的子区域相比，阻挡栅3针对包括将要淀积到薄膜构图装置上的薄膜材料4的液体展现出较高程度的非亲合力。通过执行该处理，以便对于阻挡栅的液体接触角足够大(例如＞40°)(低润湿性)而对于子区域的液体接触角足够小(例如＜25°)(高润湿性)，而使液体即使在液体体积相对较大的情况下也不会越过和溢出阻挡栅，因此薄膜将仅淀积在预定的子区域。优选选择用于阻挡栅和涂层的材料的组合以便可以建立这种液体亲和力之差。
可以利用采用含氟或氟基化合物的气体作为诱导气体的等离子体处理来进行表面处理。这种氟基气体的例子优选包括CF4、SF6、CHF3或其组合。作为该表面处理的结果，氟化合物会粘着到有机阻挡栅上，而很大程度上不粘着到基板涂层上，由此在阻挡栅与基板涂层之间建立想要的液体亲和力之差。已经发现至少部分为无机的涂层不必完全完好无损而正常工作。例如可能出现在装置的淀积后处理中的小裂缝或孔不会在任何实质程度上对润湿特性造成不利影响。还可以使用在阻挡栅与涂层之间产生相似的液体亲和力差的其它表面处理方法。
本发明还涉及包括如上所述的薄膜构图装置的器件，在其上淀积构图薄膜。所淀积的薄膜材料，除了别的以外，还可以为彩色材料、非导电材料、导电材料、半导体材料或其组合，并且因此该器件，除了别的以外，还可以是用于包括诸如LCD的显示器件的各种应用的滤色器、诸如用于显示器件的有源矩阵阵列的不同类型的薄膜电子器件、智能标签和智能卡。
可以利用包括按需型(droplet-on-demand)压电喷墨印刷、泡沫喷印(bubblejet printing)、连续喷墨印刷、柔性版印刷、丝网印刷等的不同方法将薄膜材料淀积到薄膜构图表面上。淀积步骤之后通常为蒸发步骤，其中蒸发淀积液体中的溶剂，将固体薄膜材料留在涂层的表面上。
不应该认为本发明局限于上述实施例和下述试验。它包括由附属权利要求所限定的范围覆盖的所有可能的变化。
试验
部分为无机的涂层
用包含20％的C原子、38％的O原子和42％的Si原子的涂层涂敷聚碳酸酯片。将常规的HPR光刻胶阻挡栅施加在被涂敷的塑料片上以形成用作根据本发明的滤色器的薄膜构图装置。设置阻挡栅(50μm宽)以形成800×800μm的像素，每一个被划分成三个尺寸为800×217μm(内部尺寸)的子像素。采用氧等离子体清洗基板，并且随后采用CF4等离子体对其进行表面处理。在处理之后，利用喷嘴直径为50微米的MicroDrop GmbH单喷嘴喷墨头将粘度为12cP的红、绿和蓝色油墨淀积在子像素中。每65μm印刷一滴油墨(直径～55μm)以便用彩色油墨填充子像素。测量油墨的前进接触角并发现在部分为无机的涂层上为10-20°，而在有机阻挡栅上＞50°。
因此，发现能够在阻挡栅与涂敷有部分为无机的涂层的聚合物基板之间建立想要的液体亲和力之差。
无机涂层
利用真空淀积技术在聚碳酸酯片的顶部上淀积ITO(氧化铟锡)涂层。在该基板上设置与前述试验类型相同的阻挡栅并且印刷与前述试验类型相同的油墨滴。结果也基本上与前述试验相同。
因此，发现能够在阻挡栅与涂敷有无机涂层的聚合物基板之间建立想要的液体亲和力之差。
公开一种薄膜构图装置(6)，其包括基板(1)和设置成将基板(1)的表面分割成子区域(5)的阻挡栅(3)。所述表面由聚合物材料构成，并且用至少部分为无机的涂层(2)来涂敷。优选将薄膜材料(4)淀积在所述薄膜构图装置(6)上。

Claims (15)

1、一种薄膜构图装置(6)，包括基板(1)和设置成将所述基板(1)的表面分割成子区域(5)的阻挡栅(3)，其特征在于至少所述表面由聚合物材料构成，并且所述表面至少部分涂敷有至少部分为无机的涂层(2)。
2、根据权利要求1所述的装置(6)，其中所述至少部分为无机的涂层(2)包括100％的无机材料。
3、根据权利要求1所述的装置(6)，其中所述至少部分为无机的涂层(2)包括至少5％的无机材料。
4、根据前述权利要求中任何一项所述的装置(6)，其中所述至少部分为无机的涂层(2)包括至少两种单独的涂层原料。
5、根据前述权利要求中任何一项所述的装置(6)，其中在表面处理之后，在所述至少部分为无机的涂层(2)的表面和所述阻挡栅(3)的表面之间建立至少10度的前进接触角之差。
6、根据前述权利要求中任何一项所述的装置(6)，其中所述至少部分为无机的涂层(2)70％以上为透明的。
7、一种用于制造薄膜构图装置(6)的方法，包括：
提供表面至少为聚合物材料的基板(1)，
用至少部分为无机的涂层(2)来涂敷所述基板(1)的所述表面的至少一部分，以及
在所述至少一个涂敷的表面上淀积阻挡栅(3)。
8、根据权利要求7所述的方法，还包括：
对所述至少部分为无机的涂层(2)和所述阻挡栅(3)进行表面处理。
9、根据权利要求8所述的方法，其中所述表面处理包括等离子体处理。
10、一种包括根据权利要求1-6中任何一项所述的薄膜构图装置(6)、或者通过根据权利要求7至9中任何一项所述的方法可获得的薄膜构图装置的薄膜器件，还包括淀积在所述子区域(5)的至少一部分上的薄膜材料(4)。
11、根据权利要求10所述的薄膜器件，其中所述薄膜材料(4)形成选自包括光学图案、导体图案、绝缘体图案、半导体图案及其组合的组中的至少一种薄膜图案。
12、根据权利要求11所述的薄膜器件，其中所述薄膜图案为光学图案并且所述器件为滤色器。
13、一种用于制造薄膜器件的方法，包括：
提供根据权利要求1至6中任何一项所述的薄膜构图装置(6)、或者通过根据权利要求7至9中任何一项所述的方法可获得的薄膜构图装置(6)，以及
在所述子区域(5)的至少一部分上淀积至少一种薄膜材料(4)。
14、根据权利要求12所述的方法，其中所述薄膜材料(4)的淀积包括：
包括所述薄膜材料(4)的液体的喷墨印刷。
15、一种包括根据权利要求1-6中任何一项所述的薄膜构图装置(6)、通过根据权利要求7至9中任何一项所述的方法可获得的薄膜构图装置(6)、根据权利要求10至12中任何一项所述的薄膜器件、或者通过根据权利要求13至14中任何一项所述的方法可获得的薄膜器件的显示器件。
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