TW200522810A - Flexible devices - Google Patents

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200522810 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於撓性裝置，特定言之係關於藉由處理—承 載於載體平板上之撓性基板以製造撓性裝置。 【先前技術】 形成於撓性基板上之顯示器與電子組件允許製造薄型且 可整合（可捲起來）之裝置，該等裝置可為顯示器與電子元件 部分提供新的應用。但是，處理撓性基板（其可能係基於聚 合物或玻璃薄片（200 μηι))時確實會出現多種困難，該等困 難主要出現於對該等基板的處理中，例如基板之微影蝕刻 曝光、對齊、耦合、印刷、旋轉塗佈、乾燥與運輸期間。 目前，已為由玻璃平板與與矽晶圓製成之剛性基板設計出 且最佳化可供處理顯示器與電子元件應用之基板的裝備與 設備。 已為製造撓性基板提出多種解決方案。 種解决方案係處理獨立撓性基板。然而，由於消耗較 多4間，該方法很不方便，並且該方法需要對現有裝備與 設備做很多特別修改。 或者，可能將撓性基板黏附（膠合）至剛性載體平板，該 剛性載體平板通常係玻璃、炼融石夕石或石夕。然後，可能使 用標準程序處理撓性基板。但是使用膠水有許多缺點。膠 水必須與載體平板形成足夠強的黏結，以承受對撓性基板 之處理（處理撓性基板過程中會使用溶劑並會升高溫度），然 而同時要允許撓性基板可從載體平板之表面脫落。通常該 97482.doc 200522810 等兩要求係矛盾的，此係由於與載體平板的牢固黏附通常 會導致難以移除製成的撓性裝置。如果撓性裝置係顯示器 以上情況尤其會引起麻煩，此係由於走理後顯示器必須保 持透明與色中性。已提出該等問題之解決方案，其使用紫 外線與熱曝露以釋放撓性基板。但是，以上方法限制了撓 性裝置的處理參數，該等參數通常涉及紫外線曝光與升高 的溫度。將撓性基板黏附至載體平板之另一嚴重缺點係玻 璃（線性CTE 1至10><10-6/1〇與以聚合物為主之撓性基板（線 f生CTE 40至95x10 6/K)在其（線性）熱膨脹係數（CTE)方面之 錯配，此缺點可能導致載體平板或撓性基板破裂，或導致 處理期間撓性基板與載體平板脫離。 美國專利第5,232,860號提供另一解決方案，其中說明用 於製造撓性光伏打裝置之方法，在該方法中，使用無機層， 例如鉛、錫、銦、辞、銀、矽或氧化錫，以較弱之黏附力 將該裝置黏附至支撐基板，以允許從該基板上移除該裝置。 但是’該無機層不能很好地黏附至撓性基板，並將處理步 驟限制為不影響該無機層之處理步驟。 【發明内容】 因此，本發明提供一種用於處理撓性基板之裝置處理載 體平板’該載體平板包括一剛性平板與附著至該剛性平板 之一表面的一黏性彈性體，使用時該黏性彈性體最接近該 繞性基板’其中該黏性彈性體具有足以使該撓性基板以可 釋放方式黏附至該黏性彈性體之表面能量，並具有在處理 ’月間足以保持該撓性基板與該黏性彈性體之間之接觸之彈 97482.doc 200522810 性模數。 以上方法提供一撓性基板載體，其具有一聚合物層，在 處理期間’該聚合物層使撓性基板保持適當位置，並能夠 與撓性基板一同彎曲，並能夠釋放製成之裝置。 本發明也提供用於處理撓性基板之設備，該設備包括如 以上所定義之載體平板、載體平板支撐物、處理台，以及 用於處理撓性基板之方法，該方法包括在該剛性平板上承 載撓性基板之步驟，其中最接近該撓性基板之該剛性平板 的一表面具有附著至該表面之黏性彈性體，該黏性彈性體 具有足以使该撓性基板以可釋放方式黏附至該黏性彈性體 之表面能量，並具有在處理期間足以保持該撓性基板與該 黏性彈性體之間之接觸之彈性模數。 5亥方法使用薄膜載體，該薄膜載體在處理期間使撓性基 板保持適當位置，並允許方便地釋放圍繞該撓性基板製造 之撓性電子裝置。 【實施方式】 圖1顯示附著至載體平板2之撓性基板1，其中該載體平板 2包括剛性平板3、黏性彈性體4與協助處理之區域5。剛性 平板3與黏性彈性體4允許部分或完全處理撓性基板1，然後 從載體平板2移除已處理之撓性基板1，且不在該已處理之 撓性基板1上留下殘餘物。 本發明中使用之撓性基板1係用於製造供顯示器或電子 應用之撓性裝置，且該等撓性基板與撓性裝置在本技術中 係習用的。通常，該等撓性裝置係基於核心層，即撓性基 97482.doc 200522810 板1，之多層（夾心）結構。撓性基板1係由微小的有機聚合物、 無機聚合物、金屬或玻璃薄片製成。然後，在該核心層上 或圍繞該核心層纟且裝其他層，例如抗溶劑層、擴散阻障、 電極層、薄膜電子電路等。製造該等附加層包括使用苛刻 條件與試劑（例如高溫、紫外線曝光、钱刻與溶劑處理等） 的一些處理步驟。 適用於核心層之有機聚合物包括聚醯亞胺、聚碳酸脂、 PET、PEN及PES。抗溶劑層可能係高度交聯之丙稀酸鹽或 鹽凝膠。擴散阻障可能係Si〇2、氧化鋁*SiN。電極層可能 係，例如銅或ιτο。 撓性基板1較佳具有不大於400 μηι之厚度，如厚度不大於 200 μηι則更佳，不大於5〇 μηι最佳。然而，較佳厚度特別依 賴於撓性基板1之材料。聚合物基板之厚度較佳不大於 μηι，不大於1〇〇 μιη則更佳，較佳不大於2〇 ^瓜。金屬基板 較佳具有不大於1〇〇 μηι之厚度。玻璃基板較佳具有不大於 200 μιη之厚度，較佳不大於15〇 ，不大於％ 最佳。 撓性基板1之彈性模數通常不大於7〇 GPa。 —但是’雖然不需要剛性平板3即可處理顯著較厚與挽性顯 耆較小之基板’但目前尚不知為何無法在本發明中使用具 有較大厚度或較大彈性模數之基板。 平板3係處理撓性基板1時使 ★ ----- ^ '丨丁你平衮價。 ，、’反 <剛性足以允許藉由處理撓性基板i時使用之傳 :備=理。通常，剛性平板3由玻璃、金屬或塑膝(例 t石反酸脂）製成。對於特定處 亏疋慝理步驟，例如使用背面照明（ 97482.doc 200522810 能係用紫外光）之微影蝕刻，剛性平板3應係透明的。對於 如此之應用，剛性平板3較佳係玻璃、石英或塑膠（例如聚 降冰片烯之類之環狀聚烯烴）。載體平板2係經過調整，方 便處理，並通常會在其一個邊緣或多個邊緣處如圖2所示具 有協助處理之區域5。協助處理之區域5允許在處理設備中 正確對齊載體平板2，並允許將載體平板2從一個處理區域 移至另一處理區域，其中通常使用機械手移動載體平板2。 為承受製造撓性基板1時使用之處理步驟，例如蝕刻、溶劑 處理、紫外線曝光與加熱等，剛性平板3係必需的。如果剛 性平板3係由塑膠材料製成，可能需要使用抗化學藥品或抗 溶劑塗層塗佈塑膠材料。該等塗層包括矽石、SiN與鹽凝膠 (例如Fraunhofer製造之ORMOCER®)。較佳使用實質上具有 與撓性基板1同樣之熱化學性質（尤其係線性c T E)之材料製 造剛性平板3，如使用與撓性基板丨相同之材料更佳。由於 撓性基板1與載體平板2有必要承受同樣的處理條件，所以 採用上述材料係有益的。顯著不同之熱化學性質（例如cte) 可能導致撓性基板1或剛性平板3破裂，或可能導致處理期 間撓性基板1從載體平板2上脫落。 使黏性彈性體4附著至剛性平板3，黏性彈性體4提供與撓 性基板1之可釋放之黏附。雖然不希望受限於理論，但是咸 信，黏性彈性體4藉由非共價凡得瓦（vanderWaals)相互 作用附著至撓性基板1。黏性彈性體4要求充足的表面能量， 以附著至撓性基板1 ,同時允許處理後可從載體平板2移除 铫性基板1 ,並且不在撓性基板丨上遺留任何明顯殘餘物。 97482.doc 200522810 在20°C下測得之表面能量⑺較佳不大於％ mj/m2，不大於 25 mJ/m2更佳。較低之表面能量提供較佳之附著，但較佳 使在20°C下測得之表面能量不大於1〇 mj/m2，不大於$ mJ/m2則更佳。 黏性彈性體4也要求足夠之彈性模數，以允許黏性彈性體 4之變形’以最大化黏性彈性體4與撓性基板i之間之接觸區 域。由於處理期間撓性基板阿能彎曲，所以需要黏性彈性 體4之變形能力，且黏性彈性體4隨撓性基板丨一同彎曲（即 變形）係有益的。變形能力也使得可以吸收任何點缺陷，例 如灰塵微粒，否則點缺陷會損壞撓性基板丨。亦即，即使撓 性基板1.考曲以及存在灰塵微粒，足夠的彈性模數仍可在處 理期間保持黏性彈性體4與撓性基板丨之間之接觸區域。彈 性杈數較佳不大於2500 Mpa，不大於1〇00 Mpa更佳，不大 於50Mpa更佳，不大於5Mpa最佳。彈性模數較佳不小於〇ι Mpa，不小於〇·3 Mpa更佳。應針對大塊材料測量彈性模數， 此係由於與大多數材料一樣，黏性彈性體4之表面會與空氣 反應並了此具有表面氧化物層，該表面氧化物層具有與 該大塊材料不同之彈性模數。 表面能量與彈性模數係熟悉技術人士應瞭解並能容易地 測量之參數。例如，見「聚合物實體性質手冊」，jEMark 編寫，AIP出版社，紐約，1996，以及「表面與介面處之聚 合物」，R.A.L. J0nes與r.w· Richards編寫，劍橋大學出版 社，1999，第36頁與第313頁。 依據本發明之黏性彈性體4可能係任意有機聚合物，包括 97482.doc -10 - 200522810 有機矽氧烷，只要該等有機聚合物具有必要之表面能量與 彈性模數即可。範例包括聚矽氧或氟矽氧烷聚合物、壤或 說化聚合物。 一種較佳之聚合物係聚二有機矽氧烷，其中有機基係煙 基、壤烧基、芳基、方烧基及/或稀基，可以根據實際情況 使用氟取代該等基。範例包括聚（二甲基矽氧烷）與聚[甲基 (九氟己基）石夕氧烧]’聚二甲基石夕氧烧尤其較佳。其他合適 之聚合物包括聚（十七氟基癸氧基甲基苯乙烯）、聚（十五氣 基辛基丙烯酸脂）、聚（十五氟基辛基甲基丙烯酸鹽酯）、聚 (十七氟基辛基伸磺醯胺基（丙基）乙基丙烯酸脂）、聚（六氟 丙稀）、聚（四氟乙稀）、聚[甲基（三氟）石夕氧烧]、聚（三氟乙 烯）、聚（偏二氟乙烯）、聚（氟化乙晞）、聚（1，2_ 丁二烯）、 聚（異丁烯）、聚（乙烯基丁縮醛）與固體石臘，其中固體石臘 較佳。關於固體石臘之更詳細資訊請參閱材料手冊，第14 版，G.S· Brady等編著，McGraw-Hill 1997，第 635 頁及其後 面0 可以僅使用合物，或存在交聯劑。如果使用交聯劑， 則聚矽氧或氟矽氧烷聚合物要求端或側功能（即可交聯）基， 不良矛埽系-、羥基-、環氧基_端或側功能基。黏性彈 性體何能也包括高分子量之較低功能性之聚合成分(膠質 )〇度刀支之成分（樹脂），例如矽酸鹽樹脂；及/或無機 真充物f列如石夕石或經表面處理之石夕石，以最佳化黏性彈 性體4之實體性質。 合適之點性彈性體3可在市場上賭得，例如可從Dow 97482.doc -11 - 200522810 =_ing購買STLGARD(g) i 82與i 84。可購得之此類組合物通 ¥ I括力&化之聚石夕氧烧預聚物’例如以乙稀基取代之聚 甲基夕氧烷與父聯劑（例如聚甲基矽烷）以及固化促進劑 (例如鉑錯合物）與矽石。 黏！·生彈性體4係作為-離散層附著至剛性平板3，且不應 攸nm平板3之表面流走’ gp ,在任何給定頻率(例如工 γ，彈性模數G，應大於損耗模數G"，且彈性模數G,較佳比 損耗模數G"大十倍，大刚倍則更佳。通常藉由聚合物之交 聯程度提供該等流動性質，且該交聯程度不大於觸，較 佳不大於3%，不大於0.1 %最佳。 可能藉由任何傳統技術將黏性彈性體4應用於剛性平板 3。例如，可能以預聚物之形式應用黏性彈性體4，並在剛 性平板3之表面固化黏性彈性體4。或者，可能將聚合物旋 轉塗佈至剛性平板3之表面。為減小預聚物材料之黏性，可 能添加一種具有較低蒸汽壓力之低分子量聚石夕氧油。該聚 石夕氧油不會妨礙聚合，其簡單地從剛性平板3之表面蒸發 掉。合適之聚石夕氧油包括D〇wC〇rning製造之〇s_i〇、〇s_2〇 與OS-30流體。 如果黏性彈性體4中存在之小分子（例如未反應之低聚物） 可從大塊材料中擴散出來，故該等小分子可能對一些處理 步驟有害，例如真空沈積步驟期間之步驟。可能藉由加熱 樣品並在真空中對樣品進行脫氣處理來分離出料潛在之 污染物。 黏性彈性體4可能係連續層，或者如圖3所示，該層可能 97482.doc -12- 200522810 係不連續層，並在其中具有通道6之圖案。通道6協助從黏 性彈性體4中移除空氣。移除空氣可減少黏性彈性體4中之 氣穴之數目，如此可改善黏性彈性體4與撓性基板1之間之 附著。黏性彈性體4之圖案化之表面也可在處理後協助移除 撓性基板’此係由於不連續之黏性彈性體4，即黏性彈性體 4之島狀物’可減小移除撓性基板所需之剝離力。 由於可能從載體平板2移除撓性基板1，而不會有大量剩 餘的黏性彈性體4附著至撓性基板丨（與傳統膠水相比），所以 可能重複使用載體平板2。此可提供顯著之成本節省。 可能在任何合適之設備中實施撓性裝置之處理。圖4顯示 用於將撓性基板處理成為撓性裝置之設備。通常，該設備 具有載體平板支撐物7，以在處理台8上固定載體平板2之位 置。 熟悉技術人士應很清楚本發明之其他修改。 範例 將聚二甲基矽氧烷（PDMS)液體混合物（D〇w 邛製 造之SYLGARD⑧）傾倒至置於樣品支架上之乾淨的經紫外 線臭氧處理之6”χ 6”玻璃平板上。然後在烤爐中在6〇(^下使 PDMS固化4小時。為達成較佳之接觸與移除氣穴，使該玻 璃平板與固化之塗層在真空（1(r3T()IT)中保持i小肖。然後， 將4’’χ6”之箱簡單地置於該玻璃平板上。然後使具有固化之 塗層與fi之玻璃平板經受以下測試： 200°C之溫度2小時 在具有1 kw汞燈之Kad Suss校準器MA8中進行紫外線曝 97482.doc -13- 200522810 光。 在40°C下，使用1:1之HCI/H20與6%(重量百分比）之FeCl3 溶液進行ITO蝕刻，最多5分鐘。 UOt：之熱平板30分鐘 剝離光阻 旋轉塗佈6πχ 6”之正方形撓性基板，旋轉速度最高可達 3000 rpm，例如塗佈光阻JSR1400G。 光阻顯影劑（例如使用PD523處理2分鐘） 進行光阻剝離（例如微帶2001 601：與40°C )，最多可進行 20分鐘，使用丙酮。 在撓性基板之頂部真空沈積反應性金屬（例如鈣與鋇） 未發現損失箔之附著 【圖式簡單說明】 以上已參考附圖說明本發明，其中： 圖1顯示依據本發明之載體平板，其承載一撓性基板； 圖2顯不依據本發明之載體平板，其具有一協助處理之區 域； 圖3顯示承載一撓性基板之載體平板，在該載體平板中圖 案化黏性彈性體；及 圖4顯不整合依據本發明之載體平板之設備。 【主要元件符號說明】 1 撓性基板 2 載體平板 3 剛性平板 97482.doc 200522810 4 黏性彈性體 5 協助處理之區域 6 通道 7 載體平板支撐物 8 處理台 97482.doc -15-

Claims (1)

1. 200522810 十、申請專利範圍： 1· 一種用於處理一撓性基板（1)之裝置處理載體平板，其 包括一剛性平板（3)與一被附著至該剛性平板（3)之一表面 的黏性彈性體（4)，使用時，該黏性彈性體（4)最接近該撓 性基板（1) ’其中該黏性彈性體（4)具有一足以使該撓性基 板（1)以可釋放方式被黏附至該黏性彈性體（句的表面能 里，亚具有一在處理期間足以保持該撓性基板與該黏 性彈性體（4)間之接觸的彈性模數。 2·如睛求項1之載體平板（2)，其中該黏性彈性體（4)具有一在 2〇°C下所測量且不大於30 mJ/m2的表面能量。 3·如請求項1或2之載體平板（2)，其中該黏性彈性體（4)具有 一 〇·1至2500 Mpa之彈性模數。 4·如請求項1之載體平板（2)，其中該黏性彈性體（句包括一聚 矽氧或氟矽氧烷聚合物、一蠟或一氟化聚合物。 5·如請求項4之載體平板（2)，其中該黏性彈性體（4)包括聚矽 氧聚合物，且該聚矽氧聚合物係聚二甲基矽氧烷。 6·如請求項4或5之載體平板（2)，其中該黏性彈性體（4)進一 步包括一膠質物、一樹脂及/或一無機填充物。 7·如請求項1之載體平板（2)，其進一步包括一協助處理之區 域（5) 〇 8·如味求項1之載體平板（2)，其中在使用時接觸該撓性基板 (1)之該黏性彈性體（4)之該表面包括一或多個通道（6)。 9. 一種裝置處理載體平板（2)，其包括一剛性平板（3)與一黏 性彈性體（4)，其中該黏性彈性體（4)包括聚二甲基矽氧烷。 97482.doc 200522810 ι〇·-種用於處理撓性基板⑴之設備，其包括_如請求項_ 之載體平板（2)、一載體平板支撐物（7)與一處理台（8)。 11·一種用於處理一撓性基板（1)之方法，其包括在一剛性平板 (3)上承載該撓性基板（1)之步驟，其中該剛性平板（3)之最 接近該撓性基板⑴的—表面具有—被附著至該表面的黏 性彈性體（4) ’該黏性彈性體⑷具有—足以使該撓性基板 (1)以可釋放方式被黏附至該黏性彈性體（4)的表面能量 並具有一在處理期間足以保持該撓性基板（1)與該黏性彈 性體（4)間之接觸的彈性模數。 12·如請求項11之用於處理一撓性基板（1)之方法，其中該黏性 彈性體（4)具有在2〇°C下所測量且不大於3〇 mJ/m2的表面 能量。 13·如請求項11或12之用於處理一撓性基板（1)之方法，其中該 黏性彈性體（4)具有一 0」至25〇〇 Mpa的彈性模數。 14·如請求項11之用於處理一撓性基板（1)之方法，其中該黏性 彈性體（4)包括一聚矽氧或氟矽氧烷聚合物、一蠟或一氟 化聚合物。 15·如請求項14之用於處理一撓性基板（1)之方法，其中該黏性 彈性體（4)包括一聚矽氧聚合物，且該聚矽氧聚合物係聚 二甲基矽氧烷。 16.如請求項14或15之用於處理一撓性基板（1)之方法，其中該 黏性彈性體（4)進一步包括一膠質物、一樹脂及/或一無機 填充物。 17 ·如睛求項11之用於處理一撓性基板（1)之方法，其中接觸該 97482.doc -2 - 200522810 抗性基板（1)之該黏性彈性體（4)之該表面包括一或多個通 道（6) 〇 18·如請求項11之用於處理一撓性基板（1)之方法，其中該剛性 平板（3)與邊撓性基板（1)實質上具有相同之線性熱膨脹係 數。 19·如請求項18之用於處理一撓性基板（1)之方法，其中該剛性 平板（3)與該撓性基板（1)由相同材料製成。 97482.doc