薄膜構圖裝置的制作方法

專利名稱：薄膜構圖裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜構圖裝置，其包括基板和設置成將基板表面分割成子區域的阻擋柵(barrier)。本發明還涉及用于制造這種薄膜構圖裝置的方法以及包括這種薄膜構圖裝置的器件。
近幾年已經開始發展用于通過在相同的基板上形成具有不同特性的薄膜的預定圖案來獲得功能器件的技術。在這這些功能器件中有濾色器和諸如顯示器件和導體/半導體圖案的薄膜電子器件。
一種用于形成這種圖案的有前景的方法采用含有薄膜材料的液體的噴墨印刷。歸功于其使用材料少、精確度高和相對較低的成本，噴墨印刷為優選的方法。然而，噴墨印刷圖案的一個問題是不同的薄膜材料會在基板表面上混合。例如，當利用噴墨印刷來形成諸如用于LCD器件的濾色器的薄膜圖案時，流出的液晶材料會流進相鄰的像素中，產生具有混合色的像素。
為了防止這一問題，基板表面通常設置有被稱之為阻擋柵的凸起分割部件。阻擋柵將表面分割成限定薄膜圖案的子區域。然后將包含薄膜材料的液體淀積在不同的子區域上。例如對于LCD濾色器來說，將基板表面分割成像素，依次將每一個像素分割成用于不同顏色(通常為紅色、綠色和藍色)的子像素。然后用其有色薄膜材料填充每一個子像素，而沒有任何色彩混合。分隔阻擋柵通常為有機材料的光刻膠，一般通過光刻來限定其圖案。
通常，對功能器件的要求是它們要薄。這限制了凸起阻擋柵的高度，并且因此也限制了所淀積的用于每一分割區的液晶材料的體積。如果淀積的液體體積太大，則其將很容易地溢出到相鄰的分割區。相反，如果淀積的液體體積太小，則其將不能覆蓋分割區的整個表面，導致不規則的構圖和不好的或者甚至沒有功能的器件。
一般地，對于采用設置有有機阻擋柵的無機基板例如玻璃的情況，執行表面處理以在基板的表面(其上附著來自噴墨印刷的液滴)與阻擋柵之間建立表面能差。這是為了保持基板表面上相對較高的液體潤濕性，即，低表面液體前進接觸角(advancing contact angle)，并且在分割阻擋柵上獲得相對較低的液體潤濕性，即，高表面液體前進接觸角。在表面處理之后，液體會潤濕基板表面而不潤濕阻擋柵，因此防止液體溢出到相鄰的分割區。
在EP0989788中詳細描述了這種表面處理，并且這種表面處理通常如下首先通過例如氧等離子體或UV臭氧處理來清洗基板。然后，施加像CF4、CHF3或SF6的氟等離子體。氟組分附著到有機阻擋柵材料，由此使得阻擋柵排斥印刷的液體，而使無機基板材料的潤濕性基本上不受影響。因此，建立阻擋柵與基板表面之間的表面能差異，并且可以將相對較大體積的包含薄膜材料的液體淀積在分割區上而不溢出阻擋柵。
在EP0989788中，描述了用于構圖薄膜的無機基板。然而，需要基于聚合物基板而非諸如玻璃的無機基板的功能器件，例如電子、光學和光電器件。這是例如薄、輕和/或柔性功能器件的情況。容易利用具有良好再現性和公差的光刻將諸如光刻膠的有機分割阻擋柵設置在塑料表面上。
然而，由于在基板與阻擋柵之間不存在明顯的材料特性差異，所以，當執行如上所述的表面處理時，阻擋柵和基板都會以相同的方式受到影響，并且不會在阻擋柵與基板之間建立液體親和力之差。在先前所述的兩步表面處理之后，由于氟等離子體，有機表面基板上的接觸角也會相對較高，導致液體覆蓋分割區的問題。另一方面，僅在例如氧等離子體或UV-臭氧第一清洗處理之后，有機涂層以及阻擋柵與印刷液體會具有相對較低的接觸角，該印刷液體使得噴墨印刷液滴難以覆蓋分割區而不溢出阻擋柵，并且會與淀積在相鄰分割區中的薄膜材料混合。
本發明的一個目的是緩解上述關于使用聚合物基板的問題，并提供基于聚合物基板的功能薄膜器件。
通過本發明來獲得這些和其它目的。
本發明涉及薄膜構圖裝置，該裝置包括基板和設置成將基板表面分割成子區域的阻擋柵。所述表面由聚合物材料構成，并且至少部分地涂敷有至少部分為無機的涂層。該涂層可以完全或部分為無機的，并且在一些實施例中可以包括一種以上的涂層原料，即非同質涂層。
至少部分為無機的涂層優選具有這種特性，即在對薄膜構圖裝置進行表面處理之后，建立液體親和力之差從而液體對阻擋柵的親和力小于液體對基板的親和力。
由此，能夠提供沿著其表面具有不同潤濕特性的有機薄膜構圖裝置。
本發明還涉及用于制造薄膜構圖裝置的方法，該方法包括提供具有有機材料表面的基板，采用至少部分為無機的涂層來涂敷至少部分的所述基板的表面，并且淀積阻擋柵以將所述涂敷的表面分割成子區域。該方法優選還包括表面處理，由此在涂敷的表面與阻擋柵之間建立液體親和力之差。
另外，本發明涉及包括薄膜構圖裝置的器件，薄膜圖案淀積在所述基板上。它還涉及用于制造所述器件的方法，該方法包括將薄膜材料淀積在所述薄膜構圖裝置上。
從下文中所述的實施例，本發明的這些和其它方案將顯而易見，并通過參考下文中所述的實施例來對其進行闡述。


圖1示出薄膜構圖裝置的透視圖；圖2示出圖1的裝置的剖面圖。
圖1和2示出包括涂敷有至少部分為無機的涂層2且設置有分割阻擋柵3的聚合物基板1的薄膜構圖裝置6。將薄膜材料4淀積在分割子區域5上。
聚合物基板1或至少所述基板(1)的表面可以由任何適用于作為基板的聚合物材料構成，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)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyehtylentheraftalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethernafthalate，PEN)、環氧化物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨基甲酸酯(PUR)，但不受限于此。不同材料適用于不同的應用并且對本領域技術人員是公知的。基板可以由有機化合物構成，或者是設置有有機表面的至少部分為無機的化合物。
至少部分為無機的涂層2可以包括任何無機材料，其包括適用于利用濺射或汽相淀積來淀積的非導電材料，例如氮化硅、氮化鋁、氧化硅、氮氧化硅、氟氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、氧化鋁或其混合物。至少部分為無機的涂層2還可以包括像ITO(摻雜有氧化錫的氧化銦)一樣的導電材料。可以結合無機材料作為部分無機涂層樹脂內側的(毫微)顆粒，或者為涂層原料本身(例如ORMOCER)的部分化學結構。同樣，可以使用適合于諸如旋涂的濕法化學淀積的無機材料，例如TEOS(四乙氧基硅烷)。
至少部分為無機的涂層2優選包括至少5％(w/w)、更為優選地至少25％、甚至更為優選地至少45％的無機材料。甚至其可以包括100％的無機材料。例如，可以使用包括20％的C原子、38％的O原子和42％的Si原子的涂層。采用部分為無機的涂層的一個優點是通常這種涂層比100％的無機涂層更適合于濕法涂敷方法，例如噴墨印刷和旋涂。100％的無機涂層通常更有必要采用如真空淀積的這種方法來將其淀積在基板上。可以利用包括濺射、汽相淀積、旋涂、絲網印刷、真空淀積和噴射涂敷的任何適當的淀積方法將至少部分為無機的涂層2淀積在基板1上。用于這些的最適合的淀積方法和條件隨著所選擇的涂層和基板材料而改變，并且對于本領域技術人員是公知的。對于一些應用，例如顯示器件和濾色器，至少部分為無機的涂層2優選是透明的，而對于其它應用，這不是必要的。至少部分為無機的涂層2的厚度可以從小于0.01μm至大于100μm。至少部分為無機的涂層2可以是非同質的，即包括一種以上的涂層原料。這種非同質涂層的非限制性例子用于其中針對不同的子區域使用不同涂層、在彼此頂部上淀積兩種涂層等的裝置中。
阻擋柵3可以是任何常規的有機光刻膠，例如AZ5218-e(AZHoechst)、標準SU-8光刻膠(MicroChem Corp)或光可構圖有機聚酰亞胺。可以通過包括光刻技術、凹版膠印、噴墨印刷、絲網印刷、微接觸印刷、毛細管微模制(Micro Moulding In Capillary，MIMIC)或無水膠印的不同適合方法將阻擋柵3施加在被涂敷的基板上。用于這些的最適合的應用方法和條件隨著所選擇的阻擋柵材料而改變，并且對本領域人員是公知的。
在本發明中，希望對分割子區域中的至少部分為無機的涂層2的表面和阻擋柵3的表面進行表面處理，以便與其中將要淀積薄膜材料4的子區域相比，阻擋柵3針對包括將要淀積到薄膜構圖裝置上的薄膜材料4的液體展現出較高程度的非親合力。通過執行該處理，以便對于阻擋柵的液體接觸角足夠大(例如＞40°)(低潤濕性)而對于子區域的液體接觸角足夠小(例如＜25°)(高潤濕性)，而使液體即使在液體體積相對較大的情況下也不會越過和溢出阻擋柵，因此薄膜將僅淀積在預定的子區域。優選選擇用于阻擋柵和涂層的材料的組合以便可以建立這種液體親和力之差。
可以利用采用含氟或氟基化合物的氣體作為誘導氣體的等離子體處理來進行表面處理。這種氟基氣體的例子優選包括CF4、SF6、CHF3或其組合。作為該表面處理的結果，氟化合物會粘著到有機阻擋柵上，而很大程度上不粘著到基板涂層上，由此在阻擋柵與基板涂層之間建立想要的液體親和力之差。已經發現至少部分為無機的涂層不必完全完好無損而正常工作。例如可能出現在裝置的淀積后處理中的小裂縫或孔不會在任何實質程度上對潤濕特性造成不利影響。還可以使用在阻擋柵與涂層之間產生相似的液體親和力差的其它表面處理方法。
本發明還涉及包括如上所述的薄膜構圖裝置的器件，在其上淀積構圖薄膜。所淀積的薄膜材料，除了別的以外，還可以為彩色材料、非導電材料、導電材料、半導體材料或其組合，并且因此該器件，除了別的以外，還可以是用于包括諸如LCD的顯示器件的各種應用的濾色器、諸如用于顯示器件的有源矩陣陣列的不同類型的薄膜電子器件、智能標簽和智能卡。
可以利用包括按需型(droplet-on-demand)壓電噴墨印刷、泡沫噴印(bubblejet printing)、連續噴墨印刷、柔性版印刷、絲網印刷等的不同方法將薄膜材料淀積到薄膜構圖表面上。淀積步驟之后通常為蒸發步驟，其中蒸發淀積液體中的溶劑，將固體薄膜材料留在涂層的表面上。
不應該認為本發明局限于上述實施例和下述試驗。它包括由附屬權利要求所限定的范圍覆蓋的所有可能的變化。
試驗部分為無機的涂層用包含20％的C原子、38％的O原子和42％的Si原子的涂層涂敷聚碳酸酯片。將常規的HPR光刻膠阻擋柵施加在被涂敷的塑料片上以形成用作根據本發明的濾色器的薄膜構圖裝置。設置阻擋柵(50μm寬)以形成800×800μm的像素，每一個被劃分成三個尺寸為800×217μm(內部尺寸)的子像素。采用氧等離子體清洗基板，并且隨后采用CF4等離子體對其進行表面處理。在處理之后，利用噴嘴直徑為50微米的MicroDrop GmbH單噴嘴噴墨頭將粘度為12cP的紅、綠和藍色油墨淀積在子像素中。每65μm印刷一滴油墨(直徑～55μm)以便用彩色油墨填充子像素。測量油墨的前進接觸角并發現在部分為無機的涂層上為10-20°，而在有機阻擋柵上＞50°。
因此，發現能夠在阻擋柵與涂敷有部分為無機的涂層的聚合物基板之間建立想要的液體親和力之差。
無機涂層利用真空淀積技術在聚碳酸酯片的頂部上淀積ITO(氧化銦錫)涂層。在該基板上設置與前述試驗類型相同的阻擋柵并且印刷與前述試驗類型相同的油墨滴。結果也基本上與前述試驗相同。
因此，發現能夠在阻擋柵與涂敷有無機涂層的聚合物基板之間建立想要的液體親和力之差。
公開一種薄膜構圖裝置(6)，其包括基板(1)和設置成將基板(1)的表面分割成子區域(5)的阻擋柵(3)。所述表面由聚合物材料構成，并且用至少部分為無機的涂層(2)來涂敷。優選將薄膜材料(4)淀積在所述薄膜構圖裝置(6)上。
權利要求
1.一種薄膜構圖裝置(6)，包括基板(1)和設置成將所述基板(1)的表面分割成子區域(5)的阻擋柵(3)，其特征在于至少所述表面由聚合物材料構成，并且所述表面至少部分涂敷有至少部分為無機的涂層(2)。
2.根據權利要求1所述的裝置(6)，其中所述至少部分為無機的涂層(2)包括100％的無機材料。
3.根據權利要求1所述的裝置(6)，其中所述至少部分為無機的涂層(2)包括至少5％的無機材料。
4.根據前述權利要求中任何一項所述的裝置(6)，其中所述至少部分為無機的涂層(2)包括至少兩種單獨的涂層原料。
5.根據前述權利要求中任何一項所述的裝置(6)，其中在表面處理之后，在所述至少部分為無機的涂層(2)的表面和所述阻擋柵(3)的表面之間建立至少10度的前進接觸角之差。
6.根據前述權利要求中任何一項所述的裝置(6)，其中所述至少部分為無機的涂層(2)70％以上為透明的。
7.一種用于制造薄膜構圖裝置(6)的方法，包括提供表面至少為聚合物材料的基板(1)，用至少部分為無機的涂層(2)來涂敷所述基板(1)的所述表面的至少一部分，以及在所述至少一個涂敷的表面上淀積阻擋柵(3)。
8.根據權利要求7所述的方法，還包括對所述至少部分為無機的涂層(2)和所述阻擋柵(3)進行表面處理。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述表面處理包括等離子體處理。
10.一種包括根據權利要求1-6中任何一項所述的薄膜構圖裝置(6)、或者通過根據權利要求7至9中任何一項所述的方法可獲得的薄膜構圖裝置的薄膜器件，還包括淀積在所述子區域(5)的至少一部分上的薄膜材料(4)。
11.根據權利要求10所述的薄膜器件，其中所述薄膜材料(4)形成選自包括光學圖案、導體圖案、絕緣體圖案、半導體圖案及其組合的組中的至少一種薄膜圖案。
12.根據權利要求11所述的薄膜器件，其中所述薄膜圖案為光學圖案并且所述器件為濾色器。
13.一種用于制造薄膜器件的方法，包括提供根據權利要求1至6中任何一項所述的薄膜構圖裝置(6)、或者通過根據權利要求7至9中任何一項所述的方法可獲得的薄膜構圖裝置(6)，以及在所述子區域(5)的至少一部分上淀積至少一種薄膜材料(4)。
14.根據權利要求12所述的方法，其中所述薄膜材料(4)的淀積包括包括所述薄膜材料(4)的液體的噴墨印刷。
15.一種包括根據權利要求1-6中任何一項所述的薄膜構圖裝置(6)、通過根據權利要求7至9中任何一項所述的方法可獲得的薄膜構圖裝置(6)、根據權利要求10至12中任何一項所述的薄膜器件、或者通過根據權利要求13至14中任何一項所述的方法可獲得的薄膜器件的顯示器件。
全文摘要
公開一種薄膜構圖裝置(6)，其包括基板(1)和設置成將基板(1)的表面分割成子區域(5)的阻擋柵(3)。所述表面由聚合物材料構成，并且用至少部分為無機的涂層(2)來涂敷。優選將薄膜材料(4)淀積在所述薄膜構圖裝置(6)上。
文檔編號G02B5/20GK1822958SQ200480020570
公開日2006年8月23日 申請日期2004年7月8日 優先權日2003年7月18日
發明者保盧斯·C·迪納費爾德, 彼得·J·斯利克維爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司