一種在疏水表面制備親水涂膜的方法
【專利摘要】本發明公開了一種在疏水表面制備親水涂膜的方法，包括：在干凈的基材上制備疏水薄膜；在疏水薄膜表面直接噴涂低粘度的親水涂料得到噴涂親水涂膜；前烘；還可以在噴涂得到親水涂膜表面上再旋涂一層親水涂料，然后再進行前烘。本發明采用噴涂法利用噴嘴將低粘度涂料溶液分散成液滴，沉積到疏水薄膜表面上，解決了低粘度涂料涂布（絲網或者旋涂）過程中出現收縮的問題，同時在已噴涂的親水涂膜表面再均勻旋涂親水涂料，得到的親水涂膜完整、均勻且厚度可控；而且還可以通過旋涂不同的親水涂料，得到由不同親水材料復合的親水膜，增加親水膜的功能。本發明可用于電潤濕顯示、微流控芯片、不同結構的疏水表面保護層制備等領域。
【專利說明】一種在疏水表面制備親水涂膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種在疏水表面制備親水涂膜的方法。
【背景技術】
[0002]涂膜是涂料經過一定的工藝所形成的薄膜，廣泛應用于加工制造等領域。比如說光刻膠涂膜廣泛應用于光電子器件的制備，如顯示器件、微流控芯片、IC集成電路等。在器件的微納米加工工藝過程中，涂料的成膜是整個工藝尤為關鍵的一步，膜質量的好壞直接影響到后序工藝的進行，也影響器件的性能與壽命。
[0003]涂料成膜有很多種方法，目前常用的是絲網印刷和旋涂法；絲網印刷和旋涂法可以在不同的基材上獲得均勻的薄膜；但這一般用于對可浸潤的固體表面涂布，如果在難浸潤的固體表面涂布，則很難獲得完整的薄膜，尤其是旋涂法，由于旋轉離心力的作用，更難在不浸潤的低表面能的固體表面上直接進行旋涂，離心力的作用使涂料無法停留，最終無法得到完整的涂膜。
[0004]目前在疏水表面旋涂親水性涂膜材料的主要解決方法有:(I)利用等離子體或紫外臭氧處理等方法對不浸潤疏水材料表面進行改性使其表面變親水可浸潤，再進行涂料旋涂，但這種方法需要增加工藝，成本提高，同時疏水材料表面無法保證100%恢復，影響器件的性能；(2)通過熱風或光輻射等快速加熱方式來提高旋涂過程中的涂料的粘度，從而達到在不浸潤疏水材料表面直接旋涂涂料形成涂膜的目的，但這種方法獲得的涂膜均勻性和重復性較差，可制備的器件尺寸也非常有限。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明提供一種在疏水表面直接噴涂低粘度親水涂料，或進一步地，在噴涂得到的涂膜表面再旋涂一層親水涂料，從而形成親水涂膜的方法。
[0006]本發明解決其技術問題的解決方案是:一種在疏水表面制備親水涂膜的方法，包括以下步驟:
在干凈的基材上制備疏水薄膜；
在疏水薄膜表面直接噴涂低粘度的親水涂料形成親水涂膜，得到具有親水涂膜的樣片；
對樣片進行前烘。
[0007]優選地，所述基材為硅片、玻璃片、PMMA片、OCO片、PDMS片、PET片或PI片；所述基材的表面涂覆或未涂覆有電極，所述電極為11'0、了?1\41138、？丨31、(:11或？6電極。
[0008]優選地，所述疏水薄膜是先通過旋涂或印刷涂布，然后烘烤的工藝制備得到的。
[0009]優選地，所述疏水薄膜表面的接觸角為90-150°，厚度為200-1200 nm。
[0010]噴涂的低粘度親水涂料，可以是任何可用于制備親水涂膜的涂料，優選地，親水涂料的粘度為0-1500 cSt，可以為光刻膠、導電膠、顏料、壓敏膠或熱固膠等。
[0011]優選地，采用所述噴涂涂料進行噴涂時，噴涂速率為0-50 μ 1/s，噴涂距離為5-40cm ο
[0012]為避免前烘過程中薄膜出現收縮、變形等，進一步保證親水涂膜的粘附性及完整性；優選地，所述前烘是將樣片放到真空度< 0.5bar的環境中，從室溫逐步升溫至50-100°C，升溫速度為1-10°C /min，然后保溫5-20 min，進行烘烤。
[0013]作為上述方案的進一步改進，為了增加膜厚或者薄膜的均勻性和降低薄膜表面粗糙度，可以在在噴涂得到的親水涂膜表面再旋涂一層親水涂料，然后再對得到的樣片進行前烘。
[0014]旋涂用的親水涂料同樣也可以包括光刻膠、導電膠、顏料、壓敏膠、熱固膠等，但是粘度要根據旋涂工藝進行相應調整，旋涂用的涂料的類型可以和噴涂用的涂料是同一類或者不同類，根據需要設置。
[0015]優選地，所述旋涂轉速為1000-3500 r/min，旋涂厚度為2-30 μπι。
[0016]本發明的有益效果是:本發明首先采用噴涂法利用噴嘴將低粘度涂料溶液分散成液滴形式，然后沉積到疏水薄膜表面上，解決了低粘度涂料涂布(絲網或者旋涂)過程中出現收縮的問題，進一步地，在已噴涂的親水涂膜表面再均勻旋涂親水涂料，得到的親水涂膜完整、均勻且厚度可控；而且還可以通過旋涂不同的的親水涂料，可以得到不同疏水材料復合的親水膜，增加親水膜的功能。
[0017]進一步，還利用低真空度下加熱的方法進行前烘，提高薄膜的粘附性，使得到的薄膜完整、均勻性高、膜厚可控、粘附性好，并在常規的光刻工藝中，無薄膜收縮、起皮、脫離等現象，具有非常好的后期加工性能。
[0018]同時，該方法工藝簡單、成本低，無需復雜和高成本的等離子體或紫外臭氧處理等工藝，避免了對疏水材料表面的影響；同時克服了通過熱風或光輻射等提高旋涂過程中涂料粘度的方法所帶來的薄膜不均勻、可控性和重復性差等問題。
[0019]而且噴涂法節省材料，可控性好，可涂布面積大，可涂布在不同結構的疏水表面，薄膜均勻性高。
[0020]本發明可用于各種疏水材料表面的親水涂膜制備，如電潤濕顯示、微流控芯片、不同結構的疏水表面保護層制備等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單說明。顯然，所描述的附圖只是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他設計方案和附圖。
[0022]圖1是本發明實施例提供的在疏水表面制備親水涂膜的工藝流程圖；
圖2是本發明實施例提供的疏水表面上直接噴涂低粘度親水涂料的過程示意圖；
圖3是本發明實施例1提供的親水涂料噴涂后(圖3Α)，低真空度下前烘后(圖3Β)，和經過光刻工藝后的顯示陣列的效果圖(圖3C);
圖4是本發明實施例2提供的在已噴涂有親水涂膜的樣片上旋涂后(圖4Α)，低真空度下前烘后(圖4Β)和經過光刻工藝后的顯示陣列的效果圖(圖4C)。
【具體實施方式】
[0023]以下將結合實施例和附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果進行清楚、完整的描述，以充分地理解本發明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實施例只是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本發明的實施例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬于本發明保護的范圍。本發明創造中的各個技術特征，在不互相矛盾沖突的前提下可以交互組合。
[0024]圖1是本發明實施例提供的疏水表面親水性涂料涂布工藝流程圖。
[0025]步驟A，在干凈的基材I上制備疏水薄膜2。
[0026]所述的干凈基材I為經過用清洗劑超聲清洗過的基材，如硅片、玻璃片、PMMA片、OCO片、PDMS片、PET片、PI片等，這些基材的表面涂覆或未涂覆有電極，電極可以為ΙΤ0、TFT、Au、Ag、Pt、Al、Cu或Fe電極等。優選地，基材I為涂覆有ITO電極的玻璃片，簡稱ITO玻璃。
[0027]疏水薄膜2可以是由光刻膠AF1600、AF1600X、Cytop, Hyflon,或疏水性的PI材料形成的單一材料的薄膜；或者是由絕緣材料和疏水涂膜結合組成的復合結構的薄膜，如氧化硅/氮化硅/聚酰亞胺等作為絕緣層，表面再涂覆由接枝的全氟化硅氧烷、AF1600、AF1600X、Cytop或Hyflon等形成的疏水層。
[0028]優選地，疏水薄膜2經過薄膜沉積、絲網印刷或旋涂等方法進行涂覆，結合后序的烘烤工藝獲得的。
[0029]優選地，所得到的疏水薄膜2的厚度為200-1200 nm ;表面的接觸角為90-150°。
[0030]步驟B，在疏水薄膜2表面直接噴涂低粘度親水涂料形成親水涂膜3。
[0031]噴涂法的工藝如圖2所示，將低粘度的涂料溶液添加到噴涂設備5的液缸中，調整好噴涂速率和噴涂距離，然后在疏水表面正上方進行噴涂形成親水涂膜3。
[0032]噴涂所用的低粘度親水涂料為可用噴涂法進行噴涂的粘度范圍在0-1500 cSt的所有親水涂料，優選為，光刻膠、導電膠、顏料、壓敏膠或熱固膠。
[0033]選擇適合的噴涂速率和噴涂距離尤為重要:(1)噴涂速率，不同粘度的涂料的噴涂速率有所不同，噴涂速率過大，所形成的噴霧4液滴會比較大，容易出現薄膜收縮，甚至無法形成薄膜；噴涂速率過小，對應的噴霧4液滴較小，有利于成膜，但需要噴涂的時間過長。(2)噴涂距離，由于涂料從噴嘴噴出后形成的噴霧4具有一定的速率，距離越近則對疏水薄膜2表面的沖擊力也大，因而容易出現涂膜收縮，甚至無法形成涂膜；噴涂距離過遠時，所形成的噴霧4的面積范圍較大，比較適合大面積噴涂，也有利于形成薄膜，但對于小面積樣片則由于部分噴霧4噴到疏水材料外面而造成浪費。
[0034]優選噴涂速率為0-50 μ 1/s,噴涂距離為5_40 cm。
[0035]步驟C，在上述噴涂形成的親水涂膜3表面上再旋涂一層親水涂料。
[0036]此旋涂步驟，為可選步驟，采用的涂料與上述步驟B中噴涂的材料可以一致，也可以不同。
[0037]通過旋涂可以進一步提高親水涂膜3的厚度和均勻性，同時還可以通過選擇旋涂不同的親水涂料，豐富得到的親水涂膜3的構成，得到不同親水材料復合的親水涂膜3，改善其性能。
[0038]優選地，同樣采用光刻膠、導電膠、顏料、壓敏膠或熱固膠進行旋涂，粘度根據旋涂工藝需要進行調整；進一步優選地，旋涂轉速為1000-3500r/min，旋涂厚度約為2_30 ym。
[0039]步驟D，對前述的步驟B或C所得樣片進行前烘。
[0040]樣片的前烘尤為關鍵，由于是對疏水薄膜2表面上的親水涂膜3進行烘烤，樣片如果直接放到加熱板上進行前烘，親水涂膜3在50°C左右已經開始出現收縮，因而需要特殊的前烘方式才能保證親水涂膜3不會出現收縮。優選地，所述前烘的條件是:將樣片置于真空度彡0.5 bar的環境中，從室溫逐步升溫至50-100 °C，升溫速度為1_10 °C/min，然后保溫5-20 min，進行烘烤。
[0041]步驟E，進一步，還可以對前烘后的樣片表面進行后序涂覆工藝。
[0042]此步驟并不是必須的，可以根據需要進行。由于疏水表面已經形成一層親水涂膜，表面具有浸潤性，對后序涂覆的涂料具有良好的兼容性，可以涂覆各種性能和粘度的涂料(包括光刻膠、導電膠、顏料、壓敏膠、熱固膠等)。涂覆方法可以是旋涂、絲網涂覆或者線棒涂覆等方式。涂覆成膜后的均勻性好，而且厚度可以控制在2-200 μπι，適用范圍廣。
[0043]步驟F，最后，針對不同的薄膜材料還可以進行后續加工。
[0044]比如:對光刻膠可以通過光刻工藝進行曝光、后烘、顯影等步驟處理，得到微結構陣列。例如，本發明一實施例，利用紫外光刻機將前烘后的光刻膠薄膜樣片進行曝光，然后放到50-100 °C的熱板上烘烤2-10 min，接著進行顯影，顯影時間為2-6 min，獲得光刻膠顯示陣列。樣片在光刻工藝過程中并未發生親水光刻膠涂膜起皮、脫離等粘附性差的現象，具有良好的光刻工藝性能。
[0045]本發明的方案綜合考慮固體表面能和涂料的受力，從改變薄膜涂料受力入手，利用噴涂法將低粘度的親水涂料分散成液滴形式直接沉積在疏水薄膜表面上形成親水涂膜；進而再通過旋涂，在噴涂的親水涂膜上再旋涂一層親水涂料，提高了親水涂膜的多樣性、均勻性、厚度可控性。
[0046]進一步的，利用低真空度前烘和逐步升溫方式，保證獲得完整、均勻性高、不起皺起皮、粘附性好的親水涂膜，并在后續工藝中具有很好的加工工藝質量。
[0047]現以優選的具體的在疏水表面制備親水性涂膜的方法為例，對本發明進一步詳細說明。
[0048]實施例1
I)制備疏水薄膜2。
[0049]先用清洗機超聲清洗ITO玻璃基材1，然后在轉速為1500 r/min條件下，在基材I上旋涂AF 1600疏水涂料得到疏水薄膜2，然后將樣片放到溫度為95°C的熱板上烘烤5min，再放到烘箱中從室溫升到180°C保持30min，烘干后得到的疏水薄膜2厚度約為800 nm，表面接觸角約為110°。
[0050]2 )噴涂形成親水涂膜3
配制粘度為65 cSt的光刻膠SU-8 3005溶液，將其添加到噴涂設備5的液缸中，調整噴涂速度約為4 μ 1/s,噴涂高度約為20cm，進行噴涂獲得親水涂膜3，噴涂后的親水涂膜3厚度約為4 μ m，噴涂后的效果如圖3A所示，所得親水涂膜3涂膜完整無收縮。
[0051]3)樣片前烘
將步驟2)得到的樣片放置真空干燥箱中，在真空度約為0.2 bar的環境下進行前烘，烘箱溫度為從室溫逐步升溫至95°C保持lOmin，干燥后的親水涂膜3無收縮(前烘后的效果圖參見圖3B)。
[0052]4)樣片光刻
將前烘后的樣片首先用光刻機進行曝光，曝光劑量約300 mj/cm2，然后放到溫度為95°C的熱板上進行后烘4 min，冷卻至室溫，再用PGMEA進行顯影3min，最后用N2吹干，所得的顯示陣列效果如圖3C，具有良好的光刻工藝質量。
[0053]實施例2
在實施例1步驟2)中制備好的噴涂得到的親水涂膜3的表面上，再旋涂一層SU-83005光刻膠涂膜，旋涂轉速為3000 r/min,旋涂膜厚度約為2 μ m，故旋涂后得到的親水涂膜3的厚度約為7 μ m，涂膜完整、均勻，旋涂后的效果參見圖4A。
[0054]然后進行樣片的前烘，過程同實施例1，前烘后的效果圖參見圖4B。
[0055]最后將樣片進行光刻工藝，實驗步驟包括曝光、后烘、顯影、吹干，同樣先用光刻膠進行曝光，曝光劑量約400 mJ/cm2，然后放到溫度為95°C的熱板上進行烘烤6 min，冷卻至室溫，再用PGMEA進行顯影3 min，最后用N2吹干，所得的顯示陣列效果如圖4C，同樣具有良好的光刻工藝質量。
[0056]以上對本發明的較佳實施方式進行了具體說明，但本發明創造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可作出種種的等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【權利要求】
1.一種在疏水表面制備親水涂膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: 在干凈的基材上制備疏水薄膜； 在疏水薄膜表面直接噴涂低粘度的親水涂料形成親水涂膜，得到具有親水涂膜的樣片； 對樣片進行前烘。
2.根據權利要求1所述的在疏水表面制備親水涂膜的方法，其特征在于:所述基材為硅片、玻璃片、PMMA片、OCO片、PDMS片、PET片或PI片；基材的表面涂覆或未涂覆有電極，所述電極為11'0、1卩1\六11、六8、？1六1、01或卩6電極。
3.根據權利要求1所述的在疏水表面制備親水涂膜的方法，其特征在于:所述疏水薄膜是先通過旋涂或印刷涂布，然后烘烤的工藝制備得到的。
4.根據權利要求1所述的在疏水表面制備親水涂膜的方法，其特征在于:所述疏水薄膜表面的接觸角為90-150°，厚度為200-1200nm。
5.根據權利要求1所述的在疏水表面制備親水涂膜的方法，其特征在于:所述噴涂的親水涂料粘度為0-1500 cSt，所述噴涂的親水涂料為光刻膠、導電膠、顏料、壓敏膠或熱固膠。
6.根據權利要求5所述的在疏水表面制備親水涂膜的方法，其特征在于:所述噴涂的噴涂速率為0-50 μ 1/s,噴涂距離為5-40 cm。
7.根據權利要求1所述的在疏水表面制備親水性薄膜的方法，其特征在于:所述前烘是將樣片放到真空度< 0.5bar的環境中，從室溫逐步升溫至50-100°C，升溫速度為1-1O0C /min，然后保溫5-20 min，進行烘烤。
8.根據權利要求1-7任一項所述的在疏水表面制備親水涂膜的方法，其特征在于:在噴涂得到的親水涂膜表面再旋涂一層親水涂料，然后再對得到的樣片進行前烘。
9.根據權利要求8所述的在疏水表面制備親水涂膜的方法，其特征在于:所述旋涂的親水涂料為光刻膠、導電膠、顏料、壓敏膠或熱固膠。
10.根據權利要求9所述的在疏水表面制備親水涂膜的方法，其特征在于:所述旋涂轉速為 1000-3500 r/min，旋涂厚度為 2-30 μπι。
【文檔編號】B05D5/10GK104438021SQ201410830049
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月25日 優先權日:2014年12月25日
【發明者】水玲玲, 韋必明, 金名亮, 周國富 申請人:華南師范大學, 深圳市國華光電科技有限公司, 深圳市國華光電研究所