TWI520215B - 元件基板及其製造方法 - Google Patents

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Description

元件基板及其製造方法
本發明是有關於一種基板及其製造方法，且特別是有關於一種元件基板及其製造方法。
為了具備可撓性的特質，現今軟性顯示元件多以塑膠基板或高分子基板等軟性基板取代玻璃基板。由於軟性基板耐化性不佳，容易在蝕刻過程中被損害，因此通常需要額外置入介電保護層(protection layer)以避免元件損害，其中介電保護層可以是氧化矽、氧化鋁或氮化矽等無機材料介電層。
除了保護軟性基板的功能外，這些無機材料介電層也具有可阻擋水氣以及氧氣的功能。舉例而言，當後續應用的元件為光伏打太陽能電池(photovoltaic cell)或是有機發光二極體(organic light-emitting diode,OLED)時，由於這些元件需要較高的阻水阻氣效果，因此目前是以多層介電保護層的堆疊結構來實現。
若以片對片(sheet to sheet)的方式在軟性基板上以薄膜製程製作元件，通常會存在殘留應力的現象。一般而言，生長在軟性基板上的介電保護層的殘留應力可以分為本質應力(intrinsic stress)與熱應力(thermal stress)兩部分，其中本質應力又分成壓應力(compressive stress)以及拉伸應力(tensile stress)。無論是壓應力或拉伸應力，當軟性基板從 玻璃載片取下後皆可能導致軟性基板彎曲變形，而增加了後續元件斷線或是黃光製程錯位(misalignment)的風險。
本發明提供一種元件基板，其可以減緩應力的影響並提供良好的阻水阻氧特性。
本發明提供一種元件基板的製造方法，其可以製造出具有良好阻水阻氧特性的元件基板。
本發明提出一種元件基板的製造方法，其包括以下步驟。首先，提供基板並於基板上形成圖案化結構，其中圖案化結構包括多個開口。之後，於圖案化結構上形成保護層，其中保護層不會填滿圖案化結構之這些開口，以使保護層與圖案化結構之間具有未填滿的間隙。隨後，於保護層上形成元件層。
本發明提出一種元件基板，其包括基板、圖案化結構、保護層以及元件層。圖案化結構位於基板上，其中圖案化結構具有多個開口。保護層位於圖案化結構上，其中保護層不會填滿圖案化結構之這些開口，以使保護層與圖案化結構之間具有未填滿的間隙。元件層位於保護層上。
基於上述，本發明之元件基板的保護層與圖案化結構的開口之間具有間隙，這些間隙有助於減緩元件基板上的應力。再者，這些間隙有助於增加元件基板的彎曲特性，並且提供元件基板具有良好的阻水阻氧特性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1E為本發明一實施例之元件基板的製造流程示意圖。請參考圖1A，首先，於玻璃基板2上形成基板4，其中玻璃基板2也可以是其他適當的剛性基板。在本實施例中，基板4例如是塑膠基板。基板4的塗佈方法例如是透過狹縫式塗佈(slot die coating)、旋轉塗佈(spin coating)、噴塗塗佈(spray coating)、熱蒸發法(thermal evaporation)所形成。此外，在其他實施例中，基板4也可以是高分子基板或其他適當的軟性基板。
接著，請參考圖1B以及圖1C，對基板4進行圖案化製程以於基板4上形成圖案化結構6。如圖1B所示，上述圖案化製程例如是壓印法，透過模板5對基板4施壓，以使基板4之表面4a具有圖案化結構6，且圖案化結構6包括多個開口6s。當然，本實施例所使用的壓印法僅是為例說明，本發明不限於此。在其他實施例中，也可以使用其他適當的圖案化製程以形成多個開口6s。
在本實施例中，這些開口6s的深寬比大於1。換言之，這些開口6s的深度大於寬度。此外，本發明並不限定開口6s的形狀，開口6s可以具有任意形狀。舉例而言，圖案化結構6的開口6s可以是溝渠式開口，如圖2A所示。圖案化結構6的開口6s可以是蜂巢狀開口，如圖2B所示。圖案化結構6的開口6s也可以是孔洞開口，如圖2C所示。
再來，請參考圖1D，於圖案化結構6上形成保護層8，其中保護層8不會填滿圖案化結構6之開口6s，以使保護層8與圖案化結構6之間具有未填滿的間隙10。具體而言，形成保護層8的方法例如是電漿輔助化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)，透過適當地設定電漿輔助化學氣相沉積法的製程參數即可實現使保護層8不會填滿圖案化結構6之開口6s的目的。
舉例而言，電漿輔助化學氣相沉積法的氣體流量例如是200sccm至1000sccm。射頻功率(radiofrequency power)例如是2000瓦特至4000瓦。沉積溫度例如是介於攝氏170度至400度。保護層8的厚度大於或等於開口6的寬度的4/3倍，而且保護層8的厚度約為10奈米至2微米。
在本實施例中，保護層8的材質為無機材料，如氮化矽(SiN)，因此所使用的製程氣體為氨氣(NH3)以及矽甲烷(SiH4)，其中氨氣與矽甲烷的流量比(flow ratio)大於或等於1。另外，氨氣或矽甲烷的氣體流量為200sccm至1000sccm。
透過上述的製程參數以及適當的開口6s的深寬比，可以使保護層8在沉積的過程中不會填滿開口6s，並且適於使保護層8往二維方向延伸並形成連續性的薄膜。之後，由於開口6s不會被填滿，因此可以使保護層8與圖案化結構6之間存在未填滿的間隙10。須說明的是，保護層8的材質為氮化矽僅是為例說明，本發明不限於此，保護層8的材質也可以其他氮化物、氧化物或適當的無機材料。
接著，於保護層8上形成元件層12，以製作出元件基板100，其中元件層12例如是透過沉積製程所形成。由於本實施例元件基板100中具有未填滿的間隙10，因此當於保護層8上沉積屬於元件層12的薄膜時，未填滿的間隙10有助於減緩成長元件層12之薄膜時所造成的應力。如此一來，可以減少元件層12之薄膜因為殘留應力而發生表面裂紋的情形發生。
之後，可以進一步地從玻璃基板2上取下元件基板100(未繪示)，以完成元件基板100的製作。在本實施例中，元件層12例如是薄膜電晶體層、有機發光二極體層、光伏打太陽電池層或主動陣列有機發光二極體層。藉由形成不同種類的元件層12，元件基板100可形成相對應的軟性電子元件。當然，本發明不限於此。在其他實施例中，元件層12也可以是其他軟性電子元件的電子元件層。
就結構而言，請再參考圖1E，元件基板100包括基板4、圖案化結構6、保護層8以及元件層12。圖案化結構6位於基板4上且具有多個開口6s。保護層8位於圖案化結構6上且不會填滿這些開口6s，據此，保護層8與圖案化結構6之間具有多個未填滿的間隙10。另外，元件層12則設置於保護層8上。
具體而言，由於本實施例之元件基板100具有未填滿的間隙10，而未填滿的間隙10可以增加元件基板100的彈性，因此有助於提升元件基板100的彎曲特性。據此，本實施例之元件基板100的結構適合各種軟性電子元件的 製作。
此外，由於本實施例之元件基板100具有未填滿的間隙10，因此當外界的水氣、空氣從基板4往元件層12的方向滲入元件基板100時，上述的多個未填滿的間隙10將會捕捉(trap)水氣、空氣，進一步改變水氧、空氣的傳輸路徑，進而減少外界水氣、空氣影響元件層12的機率，並減少元件損害的機率。據此，元件基板100的阻水阻氧特性可以進一步的提升。
以另一觀點來看，圖案化結構6與保護層8可視為是疊層結構14，因此本實施例在形成元件層12之前，先進行了一次疊層結構製造程序，以形成一個疊層結構14。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，也可以在形成元件層12之前，進行多次疊層結構製造程序，以形成多個疊層結構14，如圖3所示。據此，圖3所示的元件基板100a例如是包括多個疊層結構14，且每一個疊層結構14之間都存在多個未填滿的間隙10，因此，元件基板100a的阻水阻氧特性可以進一步被提升。
值得一提的是，圖1E以及圖3所示的元件基板100以及元件基板100a中，圖案化結構6是透過對基板4進行圖案化製程所形成，因此圖案化結構6與基板4的材質相同。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，圖案化結構6與基板4的材質也可以是不相同的。
以下將列舉其他實施例以作為說明。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容， 其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複描述。
圖4A至圖4D為本發明一實施例之元件基板的製造流程示意圖。須說明的是，本實施例之元件基板100b與前述實施例之元件基板100的製造流程相似，以下將針對其相異之處作說明。
首先，請參考圖4A，於玻璃基板2上形成基板4。接著，請參考圖4B，於基板4上形成材料層16，並且對材料層16進行圖案化製程，以使材料層16具有圖案化結構6。在本實施例中，圖案化結構6與基板4的材質不相同。具體而言，材料層16為有機材料，其例如是光阻材料層。圖案化製程例如是黃光顯影製程。光阻材料層可透過黃光顯影製程於光阻材料層之表面上形成多個開口6s，以完成圖案化結構6的製作。開口6s的深寬比例如是大於1，且開口6s可以具有任意形狀，如溝渠式開口、蜂巢狀開口、孔洞開口或其他形狀的開口。另外，本發明不限定圖案化製程的種類。只要能夠於材料層16上形成圖案化結構6的圖案化製程皆可應用於此，本發明並不加以限制。
接著，請參考圖4C，於圖案化結構6上形成保護層8，與前述實施例類似地，保護層8不會填滿圖案化結構6之開口6s，以使保護層8與圖案化結構6之間具有未填滿的間隙10。有關圖4C的詳細製造過程可參考與圖1D相關的製造過程，於此不再重複敘述。
之後，請參考圖4D，於保護層8上形成元件層12，以製作出元件基板100b。有關圖4D的詳細製造過程可參考與圖1E相關的製造過程，於此不再重複敘述。
就結構而言，請再參考圖4D，本實施例之元件基板100b的結構與前述實施例之元件基板100的結構大似相似，惟其不同之處在於：元件基板100的圖案化結構6位於基板4中，而元件基板100b的圖案化結構6位於材料層16中。
在本實施例中，圖案化結構6的材質例如是有機材料，而保護層8的材質例如是無機材料。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，圖案化結構6的材質也可以是無機材料，且保護層8的材質也可以是有機材料。
本發明有機材料例如是選自熱膨脹係數(CTE)值介於3ppm/℃至40ppm/℃的有機材料，過高的熱膨脹係數值會造成較高的殘留熱應力，使得基板應力及變形量過大。此外，保護層8的厚度需大於圖案化結構6中的開口6s的深度，以獲取平坦表面。
以另一觀點來看，元件基板100b例如是進行一次疊層結構製造程序，以形成一個疊層結構14，其中疊層結構14例如是由圖案化結構6與保護層8所構成。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，也可以在形成元件層12之前，進行多次疊層結構製造程序，以形成多個疊層結構14，如圖5所示。
此外，在圖5所示的實施例中，各疊層結構14中的 圖案化結構6的開口6s例如是對應設置。然而，本發明不限於此。在其他實施例的元件基板100d中，位於不同疊層結構14的圖案化結構6的開口6s也可以是以錯位排列(misalignment)的方式堆疊，如圖6所示。
據此，圖5所示的元件基板100c例如是包括多個疊層結構14，且每一個疊層結構14之間都存在多個間隙10，因此，元件基板100c的阻水阻氧特性可以進一步被提升。
綜於上述，本發明之元件基板的保護層與圖案化結構的開口之間具有多個間隙，且這些間隙有助於減緩元件層形成於保護層上時所造成的應力，以減少元件層之薄膜發生表面裂痕的情形。另外，這些間隙有助於提升元件基板本身的彎曲特性，因此元件基板適用作為軟性電子用的元件基板。此外，這些間隙更有助於改變並延長水氣以及氧氣進入元件層之前的傳輸路徑，因此元件基板可以具有良好的阻水阻氧特性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
2‧‧‧玻璃基板
4‧‧‧基板
4a‧‧‧表面
5‧‧‧模板
6‧‧‧圖案化結構
6s‧‧‧開口
8‧‧‧保護層
10‧‧‧未填滿的間隙
12‧‧‧元件層
14‧‧‧疊層結構
16‧‧‧材料層
100、100a、100b、100c、100d‧‧‧元件基板
圖1A至圖1E為本發明一實施例之元件基板的製造流程示意圖。
圖2A至圖2C為本實施例之開口的形狀示意圖。
圖3為本發明一實施例之元件基板的結構示意圖。
圖4A至圖4D為本發明一實施例之元件基板的製造流程示意圖。
圖5為本發明一實施例之元件基板的結構示意圖。
圖6為本發明另一實施例之元件基板的結構示意圖。
2‧‧‧玻璃基板
4‧‧‧基板
6‧‧‧圖案化結構
6s‧‧‧開口
8‧‧‧保護層
10‧‧‧間隙
12‧‧‧元件層
14‧‧‧疊層結構
100‧‧‧元件基板

Claims (21)

  1. 一種元件基板的製造方法，包括：提供一基板；於該基板上形成一圖案化結構，該圖案化結構包括多個開口；於該圖案化結構上形成一保護層，其中該保護層不會填滿該圖案化結構之該些開口，以使該保護層與該圖案化結構之間具有未填滿的間隙；以及於該保護層上形成一元件層，其中形成該保護層的方法包括電漿輔助化學氣相沉積法，且該電漿輔助化學氣相沉積法的製程參數包括氣體流量為200sccm至1000sccm、射頻功率為2000瓦特至4000瓦特以及沉積溫度介於攝氏170度至400度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之元件基板的製造方法，其中該圖案化結構之該些開口的深寬比大於1。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之元件基板的製造方法，其中形成該圖案化結構的方法包括：對該基板進行一圖案化製程，以使該基板之一表面具有該圖案化結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之元件基板的製造方法，其中形成該圖案化結構的方法包括：於該基板上形成一材料層；以及對該材料層進行一圖案化製程，以使該材料層具有該圖案化結構。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之元件基板的製造方法，其中該圖案化結構包括一有機材料，且該保護層包括一無機材料。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之元件基板的製造方法，其中該有機材料的熱膨脹係數值係介於3ppm/℃至40ppm/℃。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之元件基板的製造方法，其中該圖案化結構包括一無機材料，且該保護層包括一有機材料。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之元件基板的製造方法，其中該有機材料的熱膨脹係數值係介於3ppm/℃至40ppm/℃。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之元件基板的製造方法，其中該圖案化結構以及該保護層構成一疊層結構，且於形成該元件層之前更包括進行至少一疊層結構製造程序，以於該基板與該元件層之間形成多個疊層結構。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之元件基板的製造方法，其中該元件層包括薄膜電晶體層、有機發光二極體層、光伏打太陽電池層或主動陣列有機發光二極體層。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之元件基板的製造方法，其中該圖案化結構之該些開口包括溝渠式開口、蜂巢狀開口或孔洞開口。
  12. 一種元件基板，包括：一軟性基板； 一圖案化結構，位於該軟性基板上，其中該圖案化結構具有多個開口；一保護層，位於該圖案化結構上，其中該保護層不會填滿該圖案化結構之該些開口，以使該保護層與該圖案化結構之間具有未填滿的間隙；以及一元件層，位於該保護層上，其中該圖案化結構與該基板的材質不相同，且該圖案化結構包括一有機材料，該保護層包括一無機材料。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之元件基板，其中該圖案化結構的該些開口的深寬比大於1。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之元件基板，其中該圖案化結構以及該保護層構成一疊層結構，且該基板與該元件層之間具有多個疊層結構。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之元件基板，其中該元件層包括薄膜電晶體層、有機發光二極體層、光伏打太陽電池層或主動陣列有機發光二極體層。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之元件基板，其中該圖案化結構之該些開口包括溝渠式開口、蜂巢狀開口或孔洞開口。
  17. 一種如申請專利範圍第1項所述之元件基板的製造方法所製作之元件基板，包括：一軟性基板；一圖案化結構，位於該軟性基板上，其中該圖案化結構具有多個開口； 一保護層，位於該圖案化結構上，其中該保護層不會填滿該圖案化結構之該些開口，以使該保護層與該圖案化結構之間具有未填滿的間隙；以及一元件層，位於該保護層上，其中該圖案化結構包括一有機材料，該保護層包括一無機材料。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之元件基板，其中該圖案化結構與該基板的材質相同。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之元件基板，其中該有機材料的熱膨脹係數值係介於3ppm/℃至40ppm/℃。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之元件基板，其中該圖案化結構以及該保護層構成一疊層結構，且該基板與該元件層之間具有多個疊層結構。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之元件基板，其中該元件層包括薄膜電晶體層、有機發光二極體層、光伏打太陽電池層或主動陣列有機發光二極體層。
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