TWM558252U - 應用於軟性電子元件之複合基板結構、可撓性基材 - Google Patents

Abstract

一種應用於軟性電子元件之複合基板結構，其包括一支撐載板、一離型層、一軟性基板以及一保護層，支撐載板具有一承載面；離型層以一第一面積成型於該支撐載板的該承載面上；軟性基板以一第二面積成型於該支撐載板的該承載面上且該離型層配置於該軟性基板該下表面；保護層為一矽性無機材料層且以一第三面積成型於該支撐載板的該承載面上，該保護層覆蓋於該軟性基板的上表面；其中該第三面積大於該第二面積且該第二面積大於該第一面積，而保護層對支撐載板的密著度係分別大於或等於軟性基板對支撐載板的密著度以及離型層對支撐載板的密著度。藉此，可為軟性電子元件帶來阻氣、阻水的功能。

Description

應用於軟性電子元件之複合基板結構、可撓性基材

本創作是關於可撓性電子裝置技術領域，特別指一種應用於軟性電子元件複合基板結構以及取自該基板結構的可撓性基材，可為軟性電子元件帶來阻氣、阻水的功能。

由於2011年行動通訊快速興起與內容服務相結合之發展趨勢，軟性顯示器已成為新世代新穎顯示器的發展趨勢。世界各大研發公司均由現行厚重且易破碎的玻璃基板跨入非玻璃系(如重量更輕的軟性塑膠基板材料)，並朝向主動式全彩TFT顯示面板邁進。隨著平面顯示器在智慧手機(Smart Phone)與平板電腦(Tablet)的新應用需求，產品設計朝向薄化與重量更輕的趨勢邁進。另一個備受矚目的發展重點為可撓式/軟性顯示技術，未來可能開啟顯示器設計變革新紀元。隨著中小尺寸面板量產技術成熟，在輕薄、爭取電池空間之價值訴求下，有機會量產可撓式軟性電子裝置。

可撓式軟性電子裝置的軟性基板的製造方式可分成批次式(batch type)及捲對捲(roll to roll)兩種方式。若選擇批次式製作TFT元件，可利用現有TFT設備進行製作，具有相當優勢。但批次式必須發展所謂基板轉移或離膜技術，將軟性顯示器從玻璃上轉移到其它軟性基板上，或由玻璃基板上取下軟性基板。 而捲對捲式則必須利用全新設備來進行，並必須克服轉動及接觸所引發的相關問題。以批次式式製作TFT元件如LTPS，因製程溫度高於400℃，所以需要耐高溫材料。由於批次式可使用現有玻璃基板的相關製程設備，可節省設備的成本支出。但如何在玻璃上的軟性基板上進行製程時不會產生離型狀況，且在完成元件後又可輕易將軟性基板取下而不黏附於玻璃上，將是一大關鍵。

再者，因應可撓式軟性電子裝置或有機發光二極體顯示器的薄型化所使用的軟性基材，一般而言容易使水氣或氧氣穿透於電子元件內部，導致內部電氣元件失效的風險。

有鑑於此，職是之故，創作人有鑑於習知技術中所產生之缺失，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本創作以克服上述問題。

有鑑於此，本創作之目的在於提出一種應用於軟性電子元件之複合基板結構以及可撓性基材，透過在軟性基板上所成型的保護層所構成之阻氣性薄膜，於高溫、高濕的環境下，可提供各種軟性電子元件在耐高溫、耐濕要求條件下帶來阻氣、阻水，甚至具有抗污的功效。

根據本創作之一目的，本創作提供一種應用於軟性電子元件之複合基板結構，其包括一支撐載板、一離型層、一軟性基板以及一保護層，支撐載板具有一承載面；離型層以一第一面積成型於該支撐載板的該承載面上；軟性基板以一第二面積成型於該支撐載板的該承載面上且該離型層配置於該軟性基板該下表面；保護層為一矽性無機材料層且以一第三面積成型於該支撐載板的該承載面上，該保護層覆蓋於該軟性基板的該上表面；其中該第三面積大於該 第二面積且該第二面積大於該第一面積，而保護層對支撐載板的密著度係分別大於或等於軟性基板對支撐載板的密著度以及離型層對支撐載板的密著度。根據本創作之另一目的，本創作提供應用於軟性電子元件之可撓性基材，其包括一軟性基板、一離型層以及一保護層，軟性基板具有一上表面及一下表面；離型層配置於該軟性基板該下表面；保護層為一矽性無機材料層且覆蓋於該軟性基板的該上表面。

根據本創作一實施例，其中該保護層之材料係選自氧化矽(SiO_x)、氮化矽(SiN_x)、氮氧化矽(SiO_xN_y)。

根據本創作一實施例，其中該保護層係由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽之前述任一者的單層結構。

根據本創作一實施例，其中該保護層的厚度至少為0.05μm以上的氧化矽、厚度至少為0.05μm以上的氮化矽、或者厚度至少為0.05μm以上的氮氧化矽的單層結構。

根據本創作一實施例，其中該保護層係由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽之前述任二者或其以上所組成的多層結構。

根據本創作一實施例，其中該保護層的厚度至少為0.05μm以上的氧化矽、厚度至少為0.05μm以上的氮化矽、或者厚度至少為0.05μm以上的氮氧化矽之前述任二者或其以上所組成的多層結構。

根據本創作一實施例，其中該離型層包含一鍵合材料，該鍵合材料至少包含一醯胺(amide)官能基或一矽烷官能基與該軟性基板鍵合。

根據本創作一實施例，其中該軟性基板包含芳香族或脂肪族之聚醯亞胺(Polyimide)、透明聚醯亞胺(Colorless Polyimide)或聚醯胺酸(poly(amic)acid)。

根據本創作一實施例，其中該支撐載板為玻璃、金屬板或矽晶圓。

10‧‧‧支撐載板

11‧‧‧承載面

20‧‧‧離型層

30‧‧‧軟性基板

31‧‧‧上表面

32‧‧‧下表面

40‧‧‧保護層

100‧‧‧複合基板結構

200‧‧‧可撓性基材

300‧‧‧可撓性基材

A1‧‧‧第一面積

A2‧‧‧第二面積

A3‧‧‧第三面積

C1,C2‧‧‧切分點

圖1係繪製本創作之複合基板結構的側剖視圖。

圖2係繪製本創作之複合基板結構一實施例的頂面示意圖。

圖3係繪製本創作複合基板結構另一實施例的頂面示意圖。

圖4A-4D係繪製本創作之應用於軟性電子元件的可撓性基材的製作過程。

有關本創作之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。本創作係揭露一種。於下述內文中之圖式，亦並未依據實際之相關尺寸完整繪製，其作用僅在表達與本創作特徵有關之示意圖。

請分別參閱圖1至圖3所示，其分別繪製本創作所述之複合基板結構一實施例的側剖面視圖、頂面示意圖以及另一實施例的頂面示意圖。本創作提供一種應用於軟性電子元件之複合基板結構，該基板結構具有耐高溫的特性，在支撐載板與軟性基板中間，導入一離型層材料；藉由離型層，可分隔軟性基板與支撐載板，避免軟性基板在後段高溫製程後，軟性基板與支撐載板黏死而無法分離，造成無法取下軟性基板的問題；同時保護層能避免軟性基板吸附環境水氣而造成軟性基板與支撐載板之密著度下降。上述基板結構有助於提升製程良率。

本創作一實施例提供之基板結構可用於軟性電子元件製程。該複合 基板結構100包括支撐載板10、離型層20、軟性基板30以及保護層40。其中支撐載板10具有一承載面11；離型層20以一第一面積A1成型於該支撐載板的該承載面11；軟性基板30以一第二面積A2成型於該支撐載板10的該承載面11，且該離型層20配置於該軟性基板30的該下表面32；保護層40為一矽性無機材料層且以一第三面積A3成型於該支撐載板的該承載面11，且該保護層40配置於該軟性基板30的該上表面31，其中保護層40對支撐載板10的密著度係分別大於或等於軟性基板30對支撐載板10的密著度以及離型層20對支撐載板10的密著度。

在本創作一實施例中，支撐載板10可包括玻璃、金屬板或矽晶圓。離型層20的圖案可為一或多個區塊(如圖2或圖3所示)。在此說明，該離型層20的圖案僅用以舉例，本技術領域中具有通常知識者自可依需求選擇適當的離型層20之圖案的形狀、大小、與密度；其中離型層20包含一鍵合材料，該鍵合材料至少包含一醯胺(amide)官能基或一矽烷(Silanes)官能基與該支撐載板10及軟性基板30進行有附著力差異的鍵合。補充說明，當選用離型層20對支撐載板10的附著力大於離型層20對軟性基板30的附著力時，經切割以及施力就能使軟性基板30自離型層20與軟性基板30之間界面分離，離型層20則會留在支撐載板10；當選用離型層20對軟性基板30的附著力大於離型層20對支撐載板10的附著力時，經切割與施力就會使離型層20自支撐載板10與離型層20之間界面分離，離型層20則會留在軟性基板30以作為該軟性基板30的保護膜之用。

本創作一實施例中，其中該離型層20係芳香性聚亞醯胺，係由二胺與二酸酐共聚而成。二胺係4,4'-二胺基二苯醚、3,4'-二胺基二苯醚、對苯二胺、2,2'-二(三氟甲基)二胺基聯苯、或上述之組合，且二酸酐係均苯四甲酸二酐、聯苯四羧酸二酐、4,4'-(六氟異丙烯)二酞酸酐、或上述之組合。二胺與二酸酐先聚合形成聚醯胺酸(Polyamic acid，PAA)後，再脫水形成聚亞醯胺(Polyimide，PI)，如下式1：

在式1中，Ar 1與Ar 2各自為芳香基，而n為重複數目。在實際操作上，可先初步聚合二胺與二酸酐形成聚醯胺酸後，以極性非質子溶劑如二甲基乙醯胺(DMAc)調整聚醯胺酸溶液中的固含量。接著將聚醯胺酸溶液塗佈於支撐載板10的承載面11上，加熱塗層使聚醯胺酸反應形成聚亞醯胺的該離型層20；其中加熱成膜溫度約略介於攝氏250~380℃之間，而加熱時間係根據不同溫度而調整。

在本創作一實施例中，其中聚醯胺酸溶液係透過狹縫式塗佈技術(Slot die coating technology)將其塗佈於該支撐載板之承載面11上而形成該離型層20；其厚度均勻度可在90%以上。

在本創作一實施例中，其中離型層20的厚度介於0.5μm至1.5μm之間。若離型層20的厚度過厚，則會增加成本且烘烤後膜面易不佳。若離型層20的厚度過薄，塗佈時則易產生不均勻導致部份離型失效。

在本創作一實施例中，上述離型層20除了聚亞醯胺類，亦可選用矽基化合物作為本創作的離型層材料，如矽烷化合物；如下式2：

在其基礎高分子化合物之聚二甲基矽氧甲烷(Polydimethyl siloxane)的部份甲基由乙烯基(vinyl)置換，並採用Polymethyl-hydrodienesiloxane作為架橋劑製成；並將其塗佈於支撐載板10的承載面11上，加熱塗層使其反應形成聚二甲基矽氧甲烷的該離型層20；其中加熱成膜溫度約略介於攝氏200~280℃之間，而加熱時間係根據不同溫度而調整。

具有該離型層20的支撐載板10的承載面11上再將軟性基板30以第二面積A2成型於支撐載板10上；其中第二面積A2大於第一面積A1。在一實施例中，軟性基板30與支撐載板10之間的密著度可介於3B至5B之間(百格刀密著度測試)。在實際操作上，可將軟性基板30之材料的溶液塗佈於支撐載板10及離型層20上以形成塗層。軟性基板30可為聚亞醯胺、透明聚亞醯胺、聚碳酸酯、聚醚碸、聚丙烯酸酯、聚原冰烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、或聚醚亞醯胺。

在本創作一實施例中，可進一步添加粉末如二氧化矽、有機黏土、或上述之組合至軟性基板30之材料的溶液中，以進一步增加軟性基板30與支撐載板10之間的密著度。舉例來說，採用某芳香性聚亞醯胺作為離型層20，再取相同芳香性聚亞醯胺與粉末的混合物作為軟性基板30。

在本創作一實施例中，離型層20之芳香性聚亞醯胺不同於軟性基板之組成。軟性基板30的厚度介於3μm至30μm之間。若軟性基板30的厚度過厚， 則會增加成本。若軟性基板30的厚度過薄，則可能無法提供成品足夠的機械強度。

具有該離型層20與該軟性基板30的支撐載板10上再將保護層40以第三面積A3成型於支撐載板10的承載面11上；其中第三面積A3大於第二面積A2。在一實施例中，保護層40之材料係為選自氧化矽(SiO_x)、氮化矽(SiN_x)、氮氧化矽(SiO_xN_y)之前述任一者之單層結構；關於保護層40的成形方法，可舉例如：蒸鍍法、離子熱CVD法、電漿CVD法等等，在此不限制。透過該些設備以形成厚度至少為0.05μm以上的氧化矽、厚度至少為0.05μm以上的氮化矽、或者厚度至少為0.05μm以上的氮氧化矽之保護層40。

在本創作一實施例中，保護層40之材料係可為選自氧化矽(SiO_x)、氮化矽(SiN_x)、氮氧化矽(SiO_xN_y)之前述任二者或其以上之多層結構；其中該保護層40的厚度至少為0.05μm以上的氧化矽、厚度至少為0.05μm以上的氮化矽、或者厚度至少為0.05μm以上的氮氧化矽之前述任二者或其以上所組成的多層結構。

成型於具有該離型層20與該軟性基板30的支撐載板10上之保護層40主要作為阻氣性薄膜；在此說明，所謂「阻氣性」汐止抑制氧氣或水蒸氣等氣體穿透的薄膜特性，以提供軟性電子元件之阻氣、阻水及/或抗污的效果。作為阻氣性薄膜之該保護層40，於攝氏40℃，相對溼度90%的環境氣氛下的水蒸氣穿透率，通常為0.5g/m²/day以下；較佳地，水蒸氣穿透率在0.005g/m²/day以下；關於水蒸氣穿透率可以習知方法測定，於此不另行贅述。

請參閱本創作圖4A至4D，其分別繪製本創作之應用於軟性電子元件的可撓性基材二種實施態樣的製作過程。首先提供圖1所示之複合基板結構100，並可選擇性於其上再形成電子元件(未圖示)；上述元件可為薄膜電晶體(TFT)、微機電(MEM)元件、光電轉換元件、電致發光元件如有機發光二極體 (OLED)、其他元件、或上述之組合，亦可不形成該電子元件於其上，根據實際應用考量作設計。

接著分離支撐載板10與離型層20；本創作的分離方式並非採用習知雷射剝離技術(Laser Lift-off,LLO)，故並非於支撐載板10背面(承載面11的相對另一表面)進行雷射光波的照射進行切除。本創作的分離方式係採用於表面進行機械切割方式進行軟性基板30的剝離(Lift-off)。在理想情況下，上述切割步驟如圖4A所示，以離型層20的兩端點作為切除點(C1)。但在實際情況下，上述分離步驟以垂直支撐載板10的該承載面11的方向，切割離型層20軟性基板30重疊的邊緣部份(切除點C2，如圖4B)，以避免切割後的軟性基板30與支撐載板10之間殘留任何軟性基板30。在此說明，雖然圖示中的切割步驟切穿支撐載板10，但實際操作時可切割至支撐載板10的表面，而不需完全穿過支撐載板10。

經上述切割步驟後，軟性基板30上具有該保護層40且與支撐載板10之間只具有離型層20，沒有任何軟性基板30與支撐載板10相連。如此一來，根據離型層20與軟性基板30，以及離型層20與支撐載板10之界面密著度大小關係作考量設計，就可輕易的選擇分離離型層20與軟性基板30、或者分離離型層20與支撐載板10。

根據本創作一實施例，其中以分離離型層20與軟性基板30作說明，該軟性基板30的一上表面31配置有保護層40且離型層20已自該軟性基板30的一下表面32分離所形成的結構，即構成本創作之可撓性基材200，如第4C圖所示。

根據本創作另一實施例，其中以分離該離型層20與支撐載板10作說明，該軟性基板30的一上表面31與一下表面32分別配置有保護層40以及離型層20，即構成本創作之可撓性基材300，如第4D圖所示。在此說明，該離型層20可作為產品的保護膜，不需在分離支撐載板10與離型層20之步驟後立刻移除。舉例來說，可在產品運送給使用者後，再由使用者自行分離離型層20與軟性基 板30，且分離方式可為簡單撕除。另一方面，若上述具有元件於其上之軟性基板30為半成品，則可在運送至下個加工處後再移除離型層20。

綜上所述，本創作所揭露之應用於軟性電子元件之複合基板結構、可撓性基材，其於軟性基板30上所成型的保護層40所構成之阻氣性薄膜，於高溫、高濕的環境下，不易發生與軟性基板30之密著性不良的問題，可作為於各種軟性電子元件的阻氣性膜層的應用，特別是要求可撓性之軟性電子顯示器、觸控面板、太陽能電子部件等電子軟性電子元件等的耐熱、耐濕要求條件下的電子元件的阻氣效果，可提供軟性電子元件帶來阻氣、阻水，甚至具有抗污的功效。

雖然本創作以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習相像技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本創作之特點及功效，而非用於限定本創作之可實施範疇，於未脫離本創作上揭之精神與技術範疇下，任何運用本創作所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (10)

1. 一種應用於軟性電子元件之複合基板結構，其包括：一支撐載板，其具有一承載面；一離型層，其以一第一面積成型於該支撐載板的該承載面上；一軟性基板，其具有一上表面與一下表面，該軟性基板以一第二面積成型於該支撐載板的該承載面上且該離型層配置於該軟性基板該下表面；以及一保護層，其為一矽基無機材料層且以一第三面積成型於該支撐載板的該承載面上，該保護層覆蓋於該軟性基板的該上表面；其中該第三面積大於該第二面積且該第二面積大於該第一面積，而該保護層對該支撐載板的密著度係分別大於或等於該軟性基板對該支撐載板的密著度以及該離型層對該支撐載板的密著度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之應用於軟性電子元件之複合基板結構，其中該保護層之材料係選自氧化矽(SiO_x)、氮化矽(SiN_x)、氮氧化矽(SiO_xN_y)。
3. 如申請專利範圍第2項所述之應用於軟性電子元件之複合基板結構，其中該保護層係由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽之前述任一者的單層結構。
4. 如申請專利範圍第3項所述之應用於軟性電子元件之複合基板結構，其中該保護層的厚度至少為0.05μm以上的氧化矽、厚度至少為0.05μm以上的氮化矽、或者厚度至少為0.05μm以上的氮氧化矽的單層結構。
5. 如申請專利範圍第2項所述之應用於軟性電子元件之複合基板結構，其中該保護層係由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽之前述任二者或其以上所組成的多層結構。
6. 如申請專利範圍第5項所述之應用於軟性電子元件之複合基板結構， 其中該保護層的厚度至少為0.05μm以上的氧化矽、厚度至少為0.05μm以上的氮化矽、或者厚度至少為0.05μm以上的氮氧化矽之前述任二者或其以上所組成的多層結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之應用於軟性電子元件之複合基板結構，其中該離型層包含一鍵合材料，該鍵合材料至少包含一醯胺(amide)官能基或一矽烷官能基。
8. 如申請專利範圍第1項所述之應用於軟性電子元件之複合基板結構，其中該軟性基板包含芳香族或脂肪族之聚醯亞胺(Polyimide)、透明聚醯亞胺(Colorless Polyimide)或聚醯胺酸(poly(amic)acid)。
9. 如申請專利範圍第1項所述之應用於軟性電子元件之複合基板結構，其中該支撐載板為玻璃、金屬板或矽晶圓。
10. 一種取自如申請專利範圍第1至9項中任一項所述之應用於軟性電子元件的可撓性基材，其包括：一軟性基板，其具有一上表面及一下表面；一離型層，其配置於該軟性基板該下表面；一保護層，其為一矽性無機材料層且覆蓋於該軟性基板的該上表面。