TWI521760B - A flexible substrate - Google Patents

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Description

一種柔性襯底
本發明屬於有機光電領域，特別是關於一種具有水氧阻隔功能的用於製造OLED、OPV、OTFT等有機光電器件的柔性襯底。
有機電致發光二極體(Organic Light-Emitting Diodes，簡稱為OLED)、有機太陽能電池(Organic Photovoltaic，簡稱為OPV)、有機薄膜場效應電晶體(Organic Thin Film Transistor，簡稱為OTFT)、有機光泵浦雷射器(Organic Semiconductor Lasers，簡稱為OSL)等有機光電器件最具魅力的所在就是可以實現柔性化，具體是將有機光電器件製作在柔性聚合物襯底上，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚礬醚(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醯亞胺(PI)等，這些聚合物襯底可以使得有機光電器件彎曲，並且可以卷成任意形狀。
有機光電器件對水氧的侵蝕非常敏感，微量的水氧就會造成器件中有機材料的氧化、結晶或者電極的劣化，影響器件的壽命或者直接導致器件的損壞。而與玻璃襯底相比，大部分聚合物襯底的水、氧透過率比較高，不足以保證器件的長期可靠運行，常見聚合物襯底的水汽、氧氣滲透速率如下表所示。
現有技術中，通常會在聚合物基板上交替設置平坦化層和水氧阻隔層，以增加聚合物基板的水氧阻隔能力。如圖1所示，在聚合物基片101上，設置水氧阻隔層103，並以平坦化層102隔開；水氧阻隔層103用於隔絕水汽和氧氣，而為了保證其成膜的緻密性和平整性，以及膜內缺陷的生長，在相鄰的水氧阻隔層103之間設置平坦化層102。通常，聚合物襯底上需要設置3~5層以上的水氧阻隔層103才能達到合適生產有機光電器件的水氧阻隔能力。然而平坦化層102一般為聚合物材料層，其水氧阻隔能力不佳，當聚合物襯底需要切割時，切割後的側面就會暴露於外界的空氣中，水汽和氧氣便會從箭頭所述路徑滲入器件內部，使得只有一層水氧阻隔層103起到阻隔作用，嚴重影響器件的性能。
為了解決這一問題，現有的柔性襯底只能先定義尺寸，再根據其尺寸定義水氧阻隔層和平坦化層的覆蓋範圍，使得平坦化層的覆蓋範圍小於水氧阻隔層的範圍，從而使得多層水氧阻隔層能在柔性襯底的邊緣彼此相連，防止水汽和氧氣在側方滲入。而這種解決方案帶來的問題是，所製備的柔性襯底不能切割以適應不同尺寸產品的需求，不同尺寸的產品需要適合該產品尺寸的一套掩膜來定義平坦化層和水氧阻隔層的尺寸，無 疑增加了生產成本。
另外，卷對卷鍍膜被認為是提升具有水氧阻隔膜系柔性襯底產能，降低生產成本的有效手段，但是該工藝必然包含切割的過程，而在上述水氧阻隔膜系的製備方法中不適用卷對卷工藝，不能有效降低生產成本。
基於此，有必要針對現有技術中具有水氧阻隔層的柔性襯底不能切割、生產成本高的問題，提供一種新型可切割且生產成本低的柔性襯底。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下：一種柔性襯底，包括聚合物基片以及設置在基片上的多個水氧阻隔層，相鄰的該水氧阻隔層之間設置有平坦化層，該平坦化層包括多個在第一方向和第二方向均相互分離的平坦化單元，該平坦化層中該平坦化單元在該基片上的投影，覆蓋相鄰該平坦化層中相鄰該平坦化單元在該基片上的投影的間隙，且該投影區域部分重疊。
較佳地，該水氧阻隔層覆蓋該平坦化單元之間的間隙。
較佳地，該平坦化層中奇數層或偶數層的厚度分別在遠離該基片的方向上依次遞減。
較佳地，該第一方向和該第二方向的夾角大於0°且小於180°。
較佳地，該平坦化層中的該平坦化單元在該第一方向和該第 二方向均呈週期性排布。
較佳地，相鄰該平坦化層中該平坦化單元在該基片上的投影相差半個週期。
較佳地，該平坦化層的厚度為100-5000nm。
較佳地，該平坦化單元在該基片上的投影在任意方向上的寬度為10-2000μm。
較佳地，同一該平坦化層中相鄰該平坦化單元在該基片上的投影的間距為10-2000μm。
較佳地，同一該平坦化層中該平坦化單元在該基片上投影的形狀相同，但也可以不同。
此外，不同該平坦化層中該平坦化單元在該基片上投影的形狀優選相同，但也可以不同。
較佳地，該平坦化層由噴墨列印-紫外固化、閃蒸發-紫外固化、化學氣相沉積、氣相聚合或等離子體聚合製得。
較佳地，該平坦化層的材料為聚合物。不同該平坦化層所用的該聚合物可以相同或不同。該聚合物選自聚丙烯酸酯、聚對二甲苯、聚脲、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯中的至少一種。
較佳地，該水氧阻隔層的厚度為20-200nm。不同該水氧阻隔層的厚度可以相同或不同。
較佳地，該水氧阻隔層由選自直流濺射、射頻濺射、反應濺射、等離子體增強化學氣相沉積或原子層沉積製得。
較佳地，該水氧阻隔層的材料選自氧化鋁、氧化矽、氮化矽、氧化鈦、氧化鋯、氮氧化鋁、氮氧化矽、非晶碳中的至少一種。不同該水氧阻隔層的材料可以相同或者不同。
本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：
1.本發明提供的柔性襯底，該平坦化層由多個在第一方向和第二方向上均相互分離的平坦化單元組成；該平坦化層中該平坦化單元在該基片上的投影覆蓋在相鄰該平坦化層中該平坦化單元在該基片上的投影間的間隙上，且該投影區域部分重疊。因此，相鄰平坦化層能相互覆蓋組成單元之間的縫隙位置，以阻擋水氧的橫向穿透，確保該柔性襯底能在大於該平坦化單元的尺度範圍內任意尺寸裁切，可以實現柔性襯底的大規模生產，簡化了工藝步驟，從而降低了生產成本。
2.該平坦化層的奇數層或偶數層的厚度沿遠離該基片的方向依次遞減，降低該柔性襯底的最頂面粗糙度，適合器件的製備。
3.該平坦化層中的該平坦化單元在該第一方向和該第二方向均呈週期性排布，相鄰該平坦化層中平坦化單元在該基片上的投影相差半個週期，該平坦化單元排布規則，工藝上容易實現，並且可以確保相鄰平坦化層能相互覆蓋組成單元之間的縫隙位置，有效阻擋水氧的橫向穿透。
4.該平坦化層和該平坦化單元的尺寸較大，製備精度要求低，在工藝上容易實現。
5.本發明提供的柔性襯底中該平坦化層和該水氧阻隔層的厚度均較低，能有效降低使用該柔性襯底的器件的厚度。
101‧‧‧聚合物基片
102‧‧‧平坦化層
103‧‧‧水氧阻隔層
201‧‧‧聚醯亞胺基片
202‧‧‧第一水氧阻隔層
203‧‧‧第一平坦化層
204‧‧‧第二水氧阻隔層
205‧‧‧第二平坦化層
206‧‧‧第三水氧阻隔層
207‧‧‧第三平坦化層
208‧‧‧第四水氧阻隔層
209‧‧‧第四平坦化層
210‧‧‧第五水氧阻隔層
301‧‧‧奇數層平坦化層
302‧‧‧偶數層平坦化層
圖1是現有技術中具有水氧阻隔膜系柔性襯底的橫截面示意圖；圖2是本發明實施例中該柔性襯底的橫截面示意圖；圖3是本發明實施例1中該柔性襯底中相鄰平坦化層中平坦化單元在基片上投影的位置關係圖；圖4是本發明實施例2中該柔性襯底中相鄰平坦化層中平坦化單元在基片上投影的位置關係圖；圖5是本發明實施例3中該柔性襯底中相鄰平坦化層中平坦化單元在基片上投影的位置關係圖。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
實施例1
如圖2所示，本實施例所提供的一種柔性襯底，包括聚醯亞胺基片201(以下簡稱PI基片)、依次層疊設置在PI基片201上的第一水氧阻隔層202、第一平坦化層203、第二水氧阻隔層204、第二平坦化層205、第三水氧阻隔層206、第三平坦化層207、第四水氧阻隔層208、第四平坦化層209、以及第五水氧阻隔層210。
本實施例中，第一平坦化層203、第二平坦化層205、第三 平坦化層207、第四平坦化層209均由相互分離且在第一方向和第二方向均呈週期性排布的平坦化單元組成。水氧阻隔層覆蓋平坦化單元之間的間隙，阻擋水氧的橫向穿透。
如圖3所示，第一方向由點劃線箭頭方向表示，第二方向由虛線箭頭方向表示。在本實施例中，第一方向和該第二方向夾角為90°。此外，奇數層平坦化層301和偶數層平坦化層302中，各個平坦化單元在PI基片201上的投影的形狀相同。該投影均為大小相同的矩形，長度為500μm，寬度為400μm。相鄰矩形在第一方向和第二方向上的間距相等，均為100μm。相鄰平坦化層中平坦化單元在PI基片201上的投影排布相差半個週期。
在本實施例中，第一平坦化層的厚度d1為3000nm，第二平坦化層205的厚度d2為3000nm，第三平坦化層207的厚度d3為1500nm，第四平坦化層209的厚度d4為400nm。第三平坦化層207小於該第一平坦化層203的厚度d1。第四平坦化層209的厚度d4小於第二平坦化層的厚度d2。
作為選擇，若柔性襯底有更多平坦化層，均滿足如下條件：第n層平坦化層的厚度小於第n-2層平坦化層的厚度(n為自然數，且n>2)。
第二平坦化層205與第一平坦化層203、第三平坦化層207與第二平坦化層205、第四平坦化層209與第三平坦化層207中平坦化單元排列各相差半個週期，從而相鄰兩層平坦化層中，其中一層平坦化層中平坦化單元的中心設置在另一層平坦化層中平坦化單元的間隙上，以阻擋水氧的橫向穿透。此外，平坦化單元在第一方向和第二方向上均彼此完全分 離，從而柔性襯底能在大於平坦化單元的尺度範圍內任意尺寸裁切，可以實現柔性襯底的大規模生產，如使用卷對卷工藝。由於平坦化單元的尺寸較大，製備精度要求低，因此在工藝上容易實現。
作為選擇，PI基片201，可選自其他聚合物柔性基片，如PET、PEN、PES、PE、PP、PS等。
平坦化層的材料為聚合物，如聚丙烯酸酯、聚對二甲苯、聚脲、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯等。本實施例中，第一平坦化層203、第二平坦化層205、第三平坦化層207與第四平坦化層209所用材料相同，均優選聚丙烯酸酯，並通過噴墨列印-紫外固化工藝製備。
作為選擇，平坦化層的製備方法還可以為閃蒸發-紫外固化、化學氣相沉積、氣相聚合、等離子體聚合等。第一平坦化層203、第二平坦化層205、第三平坦化層207與第四平坦化層209所用材料也可以不相同，各自選自聚丙烯酸酯、聚對二甲苯、聚脲、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯等。
本實施例中，第一水氧阻隔層202、第二水氧阻隔層204、第三水氧阻隔層206、第四水氧阻隔層208、以及第五水氧阻隔層209的厚度相同，為50nm。所用材料也相同，為氮化矽，並通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝製備。
作為選擇，水氧阻隔層的厚度範圍為20-200nm。水氧阻隔層的製備方法還可以選自磁控濺射、射頻濺射、反應濺射、等離子體增強化學氣相沉積、和原子層沉積等。不同該水氧阻隔層的材料可以不同，可 選自氧化鋁、氧化矽、氮化矽、氧化鈦、氧化鋯、氮氧化鋁、氮氧化矽、和非晶碳等。
實施例2
參見圖2，本實施例中所提供的一種柔性襯底結構，其製備方法同實施例1，不同點在於，第一平坦化層203、第二平坦化層205、第三平坦化層207、第四平坦化層209中平坦化單元在PI基片201上投影的形狀與實施例1不相同。
本實施例中，如圖4所示，第一平坦化層203和第三層207中平坦化單元在PI基片201上的投影為半徑相等的圓形，且投影重合。該圓形的半徑為800μm。如圖4所示，第一方向由點劃線箭頭方向表示，第二方向由虛線箭頭方向表示。相鄰圓形在第一方向和第二方向上的間距相等，均為200μm。第二平坦化層205和第四平坦化層209中平坦化單元在PI基片201上投影為圓形，半徑為500μm，且在PI基片201上的投影重合。
在本實施例中，第一平坦化層的厚度d1為2000nm，第二平坦化層的厚度d2為1800nm，第三平坦化層厚度d3為500nm，第四平坦化層d4的厚度為600nm。
相鄰兩層平坦化層中，其中一層平坦化層中平坦化單元的中心位於在另一層平坦化層中平坦化單元的間隙上，以阻擋水氧的橫向穿透，確保該柔性襯底能在大於該平坦化單元的尺度範圍內任意尺寸裁切，可以實現柔性襯底的大規模生產，簡化了工藝步驟，從而降低了生產成本。平坦化層中奇數層或偶數層的厚度沿遠離該基片的方向依次遞減，降低該柔性襯底的最頂面粗糙度，以適合器件的製備。
實施例3
參見圖2，本實施例的一種柔性襯底結構，其製備方法同實施例2，不同點在於，第一平坦化層203、第二平坦化層205、第三平坦化層207、第四平坦化層209中該平坦化單元的排布方式與實施例1和2不相同。在實施例1與2中，平坦化層單元在第一方向和第二方向呈週期性排布，兩個方向的夾角為90°。而在本實施例中，如圖5所示，第一方向由點劃線箭頭方向表示，第二方向由虛線箭頭方向表示，平坦化單元在第一方向和第二方向呈週期性排布，兩個方向的夾角為60°。
第一平坦化層203和第三平坦化層207中平坦化單元在PI基片201上投影為等半徑圓形。第一平坦化層203和第三平坦化層207在PI基片201上的投影重合，且該投影圓形的半徑為800μm。相鄰圓形在第一方向和第二方向上的間距均相等，為200μm。第二平坦化層205和第四平坦化層209中平坦化單元在PI基片201上投影也為等半徑圓形，圓形的半徑為500μm。第二平坦化層205和第四平坦化層209在PI基片201上的投影重合。
在本實施例中，第一平坦化層的厚度為d1為2000nm，第二平坦化層205的厚度d2為1800nm，第三平坦化層的厚度d3為500nm，第四平坦化層的厚度d4為600nm。
相鄰平坦化層中，平坦化單元在PI基片201上的投影相差半個週期，從而相鄰兩層平坦化層中，其中一層平坦化層中平坦化單元的中心設置在另一層平坦化層中平坦化單元的間隙上，以阻擋水氧的橫向穿透，確保柔性襯底能在大於該平坦化單元的尺度範圍內任意尺寸裁切，以 實現柔性襯底的大規模生產，簡化了工藝步驟，從而降低了生產成本。平坦化層中奇數層或偶數層的平坦化層厚度沿遠離該基片的方向依次遞減，保證該柔性襯底的最頂面粗糙度低，適合器件的製備。
本發明實施例中，不限定水氧阻隔層和平坦化層的層數，可根據柔性基板的具體用途與需要增加或者減少層數。
作為選擇，平坦化單元可以是任意形狀，同一該平坦化層中平坦化單元的形狀可以相同或不同，不同平坦化層中平坦化單元的形狀亦可以相同或者不同，平坦化層中平坦化單元在基片上的投影覆蓋相鄰平坦化層中平坦化單元在基片上的投影間的間隙，且投影區域部分重疊，能夠保證相鄰平坦化層能相互覆蓋組成單元之間的縫隙位置，以阻擋水氧的橫向穿透。如圖3所示，相鄰奇數層平坦化層與該偶數層平坦化層的在該基片上投影的相對位置，奇數層或偶數層中該平坦化單元各自在該基片上的投影重疊。平坦化層厚度範圍為100-5000nm，且平坦化單元在基片上的投影在任意方向上的寬度為10-2000μm。同一平坦化層中相鄰平坦化單元的沿第一方向或第二方向的間距為10-2000μm，平坦化層奇數層或偶數層的厚度均沿遠離基片的方向依次遞減，最終使得表面平整。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附講請求項為準。
201‧‧‧聚醯亞胺基片
203‧‧‧第一平坦化層
205‧‧‧第二平坦化層
207‧‧‧第三平坦化層
209‧‧‧第四平坦化層

Claims (14)

  1. 一種柔性襯底，包括聚合物基片以及設置在該基片上的多個水氧阻隔層，相鄰的該水氧阻隔層之間設置有平坦化層，其特徵在於，該平坦化層包括多個在第一方向和第二方向均相互分離的平坦化單元，該平坦化層中該平坦化單元在該基片上的投影，覆蓋相鄰該平坦化層中相鄰該平坦化單元在該基片上的投影的間隙，且投影區域部分重疊；該平坦化層中奇數層或偶數層的厚度分別在遠離該基片的方向上依次遞減。
  2. 如請求項1所述的柔性襯底，其中，該水氧阻隔層覆蓋該平坦化單元之間的間隙。
  3. 如請求項1所述的柔性襯底，其中，該平坦化層中的該平坦化單元在該第一方向和該第二方向均呈週期性排布。
  4. 如請求項1或3所述的柔性襯底，其中，相鄰該平坦化層中該平坦化單元在該基片上的投影排布相差半個週期。
  5. 如請求項1所述的柔性襯底，其中，該平坦化層的厚度為100-5000nm。
  6. 如請求項1或5所述的柔性襯底，其中，該平坦化單元在該基片上的投影在任意方向上的寬度為10-2000μm。
  7. 如請求項1或5所述的柔性襯底，其中，同一該平坦化層中相鄰該平坦化單元在該基片上的投影的間距為10-2000μm。
  8. 如請求項1所述的柔性襯底，其中，同一該平坦化層中該平坦化單元在該基片上的投影的形狀相同。
  9. 如請求項1或8所述的柔性襯底，其中，不同該平坦化層中該平坦化單元在該基片上的投影的形狀相同。
  10. 如請求項1所述的柔性襯底，其中，該平坦化層由噴墨列印-紫外固化、閃蒸發-紫外固化、化學氣相沉積、氣相聚合、或等離子體聚合製得。
  11. 如請求項1或10所述的柔性襯底，其中，該平坦化層的材料為聚合物，該聚合物選自聚丙烯酸酯、聚對二甲苯、聚脲、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯中的至少一種。
  12. 如請求項1所述的柔性襯底，其中，該水氧阻隔層的厚度為20-200nm。
  13. 如請求項1所述的柔性襯底，其中，該水氧阻隔層由磁控濺射、直流濺射、射頻濺射、反應濺射、等離子體增強化學氣相沉積或原子層沉積製得。
  14. 如請求項1或13所述的柔性襯底，其中，該水氧阻隔層的材料選自氧化鋁、氧化矽、氮化矽、氧化鈦、氧化鋯、氮氧化鋁、氮氧化矽、非晶碳中的至少一種。
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