制造軟性元件的方法
【專利摘要】本發明提供一種制造軟性元件的方法，其特征為包含：提供硬性載板；形成具有預定圖案的密著層于該硬性載板上；形成軟性基材層于該硬性載板上，其中該軟性基材層的一部分接觸于該硬性載板，形成第一接觸界面，剩余部分接觸于該密著層，形成第二接觸界面；形成至少一個元件于該軟性基材層的與該第一接觸界面相反的表面上；及自第一接觸界面將軟性基材與硬性載板分離。
【專利說明】制造軟性元件的方法
[0001]本申請是申請日為2011年05月20日、發明名稱為“制造軟性元件的方法”的第201110136418.1號中國專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明涉及制造軟性元件的方法，特別涉及容易將具有軟性基材的元件從硬性載板分離的方法。
【背景技術】
[0003]目前平面顯示器(Flat Panel Display ；FPD)已取代傳統陰極射線管(CRT)成為市場的主流。已知的平面顯示器包括:液晶顯示器(LCD)、等離子顯示面板(rop)及有機發光顯示器(OLED)等。大多數的平面顯示器是在硬性基板(例如玻璃)上加工后制得。這種硬性顯示器由于缺乏可撓性，使其用途受到限制。因此，以軟性基材取代傳統玻璃基板的軟性顯示器成為目前的研究重點之一。
[0004]軟性基材可分為三大類，分別為薄玻璃基板、金屬箔基板及塑料基板。上述各種軟性基材各有其優、缺點。使用薄玻璃基板的軟性顯示器制造工藝與目前已量產的硬性平面顯示器近似；然而，為使基板可彎曲，其厚度必須相當薄且易碎，安全性不佳，此外，其可撓度無法與其它軟性基材競爭。金屬箔基板的優點為耐高溫、高阻水阻氣特性及耐化學性，缺點為其本身不透明，因此僅能搭配特定顯示元件，例如反射式顯示器。塑料基板適合各種顯示元件且可使用卷對卷(roll-to-roll)方式生產。但是大多數塑料基板不耐高溫，使得制造工藝的溫度受到限制，此外，其熱膨脹系數大，易使基板產生形變。
[0005]再者，由于軟性基材過于輕、薄，易有平整性問題，元件無法直接于軟性基材上制作，因此，如何成功地在軟性基材上配置元件為目前主要的技術重點之一。目前業界的作法之一是先將軟性基材附著在一硬性載板上，待元件制作完成后，再將軟性基材自硬性載板上剝離。因此，如何在不影響元件質量的情況下，成功地將軟性基材自硬性載板上剝離為此類技術的瓶頸。
[0006]圖1為在軟性基材上制造元件的常規方法的示意圖。如圖1(a)所示，軟性基材104經由粘著層102附著在硬性載板100上，接著在該軟性基材上形成一元件結構，例如有機薄膜晶體管。其制造工藝例如包括形成柵極108、介電層106、漏/源極110及112、及通道114。如圖1(b)所示，在制備目標元件之后，將軟性基材與硬性載板分離；然而，由于粘著層102之粘著力，使得軟性基材不易被分離，且分離后易留有殘膠，影響元件質量。此外，粘著層通常不耐高溫，因此，此方法無法用于需在高溫下的元件制造工藝。
[0007]美國專利第7，466，390號另揭示一種制造軟性顯示器裝置的方法，其包含提供一基板裝置，該基板裝置包括一硬性玻璃基板及位于其上的塑料基板；在該塑料基板上形成元件；在元件形成后，使用激光將自該塑料基板上釋放該硬性玻璃基板。然而，此一技術不但制造工藝較為繁瑣、費時，且設備昂貴，費用太高，還有激光必須精準，硬性玻璃基板無法再回收利用等缺點。[0008]另一種制備軟性電子元件的方法為日商精工愛普生公司(Seiko Epson)及索尼公司(Sony)所開發的間接轉貼技術，其為先在硬性載板上制造元件，再將其轉貼至軟性基材上。然而，精工愛普生公司的SUFTLA技術必需精準控制激光，將薄膜晶體管陣列與玻璃基板完整剝離。索尼公司使用氫氟酸去除玻璃基板，并使用對氫氟酸具有高蝕刻選擇比的材料作為蝕刻阻擋層，當玻璃基板被氫氟酸蝕刻至蝕刻阻擋層時，便不會再繼續蝕刻，隨后再去除蝕刻阻擋層并將元件轉貼至塑料基板上；此技術必須使用高毒性的氫氟酸，且必須在蝕刻時保護元件不受蝕刻液侵蝕。上述轉貼技術雖可適用于高溫制造工藝，但是除上述缺點外，尚有制造工藝繁瑣不利于大量生產等缺失。
[0009]為解決上述問題，美國專利第7，575，983號揭示一種在軟性基材上制作元件的方法。該方法使用聚合物材料作出無粘著力的『離型層』，作為軟性基材層與硬性載板間的界面層，然后將其泡入水中，利用此界面層將軟性基材取下。但是一般元件都怕水，因此需要另外制作保護層。另外，臺灣專利申請案第98126043揭示一種應用在軟性元件的基板結構的制造方法，該基板結構包含一軟性基板、一離型層、一粘合劑與一支撐載體，其利用離型材料與軟性基板密著度不佳，而粘合劑與軟性基板密著度甚佳的特性，使轉貼于支撐載體上的軟性基板在制造工藝中不致脫落，并在完成所有制造工藝后，可輕易分離。但是使用離型層和粘合劑，制造工藝較復雜，也增加制造成本，而且所使用的離型層或粘合劑耐熱性不佳，一般元件制造工藝往往需要在超過200°C的高溫操作，因此容易造成質量不穩定。
【發明內容】
[0010]為解決上述問題，本發明主要目的在于提供一種制造軟性元件的方法，其包含:提供硬性載板；形成具有預定圖案的密著層于該硬性載板上；形成軟性基材層于該硬性載板上；其中該軟性基材層的一部分接觸于該硬性載板，形成第一接觸界面，剩余部分接觸于該密著層，形成第二接觸界面；形成一個或多個元件于該軟性基材層的與該第一接觸界面相反的表面上；及自第一接觸界面將軟性基材與硬性載板分離。
[0011]本發明另提供一種軟性基材分離方法，特別是一種將軟性基材自硬性載板上分離的方法，其包含:提供硬性載板；形成具有預定圖案的密著層于該硬性載板上；形成軟性基材層于該硬性載板上，其中該軟性基材層的一部分接觸于該硬性載板，形成第一接觸界面，剩余部分接觸于該密著層，形成第二接觸界面；及自第一接觸界面將軟性基材與硬性載板分離。
[0012]本發明的有益效果是:本發明的方法可使用目前制造商的現有設備進行操作，降低其成本；在元件制造過程中，可將軟性基材有效固定于硬性載板上，減少元件制作過程中因軟性基材移動而產生的對準(registration)偏差；且在元件制造完成后，可輕易將軟性基材自硬性載板上分離，不會在元件下方留下殘膠；同時具有耐高溫、對準精準和軟性基材容易取下的三種優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為在軟性基材上制造元件的常規方法的示意圖。
[0014]圖2至4為本發明的具有預定圖案的密著層的示意圖。
[0015]圖5為本發明制備具有預定圖案的密著層的方法的一個實施方式示意圖。[0016]圖6為本發明制造軟性元件的方法的一個實施方式示意圖。
[0017]圖7為密著促進劑與硬性載板產生化學鍵合的示意圖。
[0018]圖8為密著促進劑與軟性基材產生化學鍵合的示意圖。
[0019]【主要元件符號說明】
[0020]21、31 及 41密著層
[0021]50玻璃載板
[0022]51光刻膠組合物
[0023]51’突起物
[0024]52具有預定圖案的密著層
[0025]58涂層
[0026]60硬性載板
[0027]62密著層
[0028]63軟性基材層
[0029]64元件
[0030]65軟性元件
[0031]100硬性載板
[0032]102粘著層104軟性基材
[0033]106介電層
[0034]108柵極
[0035]110 及 112漏 / 源極
[0036]114通道
[0037]201、202、203 及 204 離型區域
[0038]301、302、303 及 304 離型區域
[0039]401、402、403 及 404 離型區域
[0040]610第一接觸界面
[0041]620第二接觸界面
[0042]A密著區域
[0043]R離型區域
具體實施方 式
[0044]本文中所用「離型區域」一詞是指在本發明方法中欲將軟性基材與硬性載板分離的區域。
[0045]本文中所用「密著區域」一詞是指在本發明方法中欲將軟性基材與硬性載板透過密著促進層接觸的區域。
[0046]在本文中所用「軟性基材層的一部分」一詞是指約50%至約99.9%的軟性基材層，優選約80%至約99.5%的軟性基材層。
[0047]本發明所用的硬性載板可為任何本領域普通技術人員所已知的硬性載板，其包括但不限于:玻璃、石英、晶圓、陶瓷、金屬或金屬氧化物。
[0048]本發明方法的重點在于:在形成軟性基材層之前，先在硬性載板上形成具有預定圖案的密著層，使得軟性基材層的一部分接觸于該硬性載板，形成第一接觸界面，剩余部分接觸于該密著層，形成第二接觸界面。由于密著層包含密著促進劑，可分別與軟性基材和硬性載板產生化學鍵合，因此，即使不使用粘合劑(binder)，仍可將軟性基材層與該硬性載板有效固定。再者，第二接觸界面因存在密著促進劑，具有強的密著性(adherence);第一接觸界面的軟性基材及硬性載板之間并無密著促進劑，不會產生化學鍵，密著性不佳，所以第一接觸界面的密著性小于第二接觸界面的密著性，在元件制造完成后，只要沿著元件邊緣或在其外圍進行簡單裁切的步驟，即可輕易將第一接觸界面的軟性基板與硬性載板剝離，使在硬性載板上的制造工藝技術輕易轉移至軟性基材上。此外，由于第一接觸界面的軟性基材及硬性載板之間并無不耐高溫的離型層或粘合劑存在，因此本發明的方法可用于需在高溫操作的元件制造工藝。
[0049]上述具有預定圖案(pattern)的密著層的圖案形狀并無特定圖形化形式，其分布于離型區域的外圍，例如，以類似框架的形式存在。上述離型區域的形狀并無特殊限制，例如可為正方形、長方形、菱形(rhombus)、圓形、橢圓形(elliptical)等,考慮裁切,優選正方形或長方形。圖2、圖3及圖4分別為該密著層的實施方式之一。在圖2中，離型區域形狀為矩形(201、202、203、及204)，密著層21分布于離型區域的外圍，以包含這些矩形的框架形式存在。在圖3中，離型區域形狀為橢圓形(301、302、303、及304)，密著層31分布于離型區域的外圍，以包含這些橢圓形的框架形式存在。在圖4中，離型區域形狀為矩形(401、402,403及404)，密著層41以多個點狀分布在矩形401、402、403及404的對角線位置。
[0050]該密著層上的預定圖案根據目標離型區域的需求而設計。舉例說明，最終產品為呈矩形的軟性元件時，此時欲限定的離型區域形狀也為矩形，硬性載板上的密著層的圖案可呈包含一個或多個矩形的框架形式。圖案的寬度并無特殊限制，依其裁切的刀具而調整，只要能便于操作并能有效將軟性基材層固定在硬性載板上即可，一般介于約5至約1000微米之間，根據本發明的一個實施方式，例如可為約5、約10、約30、約50、約100、約300、約500或約700微米。
[0051]本發明的密著層以包含溶劑及密著促進劑的組合物所制得。上述溶劑的種類，包括但不限于:丙二醇單甲醚(propylene glycol monomethyl ether, PGME)、二丙二醇甲醚(dipropylene glycol methyl ether, DPM)、丙二醇單甲醚醋酸酯(propylene glycolmonomethyl ether acetate, PGMEA)或其組合,優選為丙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚醋酸酯或其組合。上述密著促進劑可為本領域普通技術人員所熟知的任何密著促進劑，包括但不限于:硅烷偶聯劑；芳香環或雜環化合物；磷酸酯類化合物；多價金屬鹽或酯類，例如鈦酸酯或鋯酸酯；有機聚合物樹脂，例如環氧樹酯或聚酯樹酯；或氯化聚烯烴等。
[0052]本發明所用的密著促進劑可分別與軟性基材和硬性載板產生化學鍵合，優選考慮硬性載板及軟性基材的種類而確定，選擇與該硬性載板及該軟性基材的附著力好的密著促進劑。舉例言之，當硬性載板為金屬基板，例如金、銀或銅，且軟性基材為聚酰亞胺時，可選用具有氨基的芳香環或雜環化合物，例如氨基苯硫酚、氨基四唑或2_( 二苯基膦基)乙胺(2-(Diphenylphosphino) ethylamine)。當軟性基材為聚酰亞胺且硬性載板為玻璃時，可選用同時具有氨基及低級烷氧基的單體或聚合物，例如具有氨基的硅氧烷單體、具有氨基的聚硅氧烷或其組合，優選具有氨基的硅氧烷單體，如3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-Aminopropyl triethoxy silane, APrTEOS)、3_氨基丙基三甲氧基娃燒(3-Aminopropyltrimethoxy si lane, APrTMOS)或其組合。
[0053]可用于本發明的市售具有氨基的娃氧燒單體例子包括:VM-651及VM_652(日立杜邦微系統公司(Hitachi DuPont Microsystem)) ;AP_3000 (陶氏化學公司(DowChemical)) ;KBM_903 及 KBE-903 (信越化學公司(Shin Etsu));與 AP-8000 (長興公司(Eternal Chemical))。
[0054]可通過本領域普通技術人員所熟知的任何方法，將包含溶劑及密著促進劑的組合物施加至該硬性載板上以制備本發明的具有預定圖案的密著層。上述方法包括但不限于:絲網印刷(Screen Printing)法、涂布(Coating)法、點膠(Dispensing)法、光刻(PhotoI ithography)法或上述方法的組合。
[0055]根據本發明的一個實施方式，該具有預定圖案的密著層通過光刻法形成于該硬性載板上，例如負性光刻膠工藝或正性光刻膠工藝。圖5為使用光刻制造工藝制備本發明具有預定圖案的密著層的一個實施方式的示意圖。如圖5(a)所示，先將至少一層光刻膠組合物51涂布于玻璃載板50上并進行軟烤(soft baking)。適用于本發明的光刻膠組合物并無特殊限制，例如，可包含:a)至少一種可光固化的單體或低聚物或其混合物；b)聚合物粘合劑；c)光引發劑；及d)可選的熱固化劑。已有多個文獻揭露各種光刻膠組合物及其制備方式，例如美國專利申請案第11/341,878號、第11/477，984號、第11/728，500 號、第 10/391，051 號、第 09/040，973 號、第 09/376，539 號、第 09/364，495 號及第08/936305號，上述文獻系全文并入本文中作為參考。隨后使用光掩模限定出離型區域的形狀，并進行包含曝光及顯影的光刻制造工藝，在硬性載板留下具有離型區域的形狀的突起物51’(圖5 (b))，相關制造工藝參數為本領域普通技術人員可輕易得知的工藝參數。再使用如旋轉涂布(Spin Coating)、狹縫涂布(Slot Coating)或氣相蒸鍍法(Vapor Prime)等方式，將包含溶劑及密著促進劑的組合物涂布于玻璃載板50上形成涂層58(圖5(c))，隨后進行加熱(包括但不限于:在約120°C至約150°C的溫度下進行軟烤，歷時約5分鐘至約30分鐘)，使得密著促進劑與硬性載板產生化學鍵合并由此去除溶劑，根據需要，可再進行加熱步驟以除去剩余溶劑。再使用極性有機溶劑，例如N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-pyrrolidone, NMP)、二 甲亞諷(dimethyl sulfoxide, DMS0)、丙二醇單甲醚(propylene glycol monomethyl ether, PGME)、丙烯臆(acrylonitrile, AN)、丙酮或丙二醇單甲醚醋酸酯(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA),除去該突起物51’及其外圍的密著促進劑，留下具有預定圖案的密著層52(圖5(d))。
[0056]根據本發明的另一實施方式，該具有預定圖案的密著層的形成方法，為通過涂布法例如棍涂(roller coating)法形成于該硬性載板上。根據本發明的一個【具體實施方式】，為將包含溶劑及密著促進劑的組合物，以輥涂(roller coating)法涂布于玻璃載板上，產生具有該預定圖案的涂層，隨后進行加熱(包括但不限于:在約120°C至約150°C的溫度下進行軟烤，歷時約5分鐘至約30分鐘)，使得密著促進劑與硬性載板產生化學鍵合并除去溶齊U，即可制得該具有預定圖案的密著層。
[0057]本發明的密著層在去除溶劑后所得厚度介于約0.5納米至約5微米之間，優選介于約0.7納米至約5納米之間。密著層的厚度并無特殊限制，只要能發揮其效用即可。然而為了節省材料或其它考慮熱膨脹系數(coefficient of thermal expansion),應越薄越好。根據本發明的一個實施方式，在軟烤后，可制得厚度小于I納米的密著層。[0058] 本發明的軟性基材層可使用本領域普通技術人員所知的任何方法形成于已配置密著層的硬性載板上，例如將軟性基材層壓(lamination)于硬性載板上，或者利用涂布法形成于硬性載板上，或者利用蒸鍍(Vapor Deposition)法形成于硬性載板上。
[0059]根據本發明的一個實施方式，使用涂布方法形成該軟性基材層。上述涂布方法為本領域普通技術人員所熟知的，例如狹縫式涂布法(slot die coating)、微凹版印刷涂布法(micro gravure coating)、棍涂法(roller coating)、浸涂法(dip coating)、噴涂法(spray coating)、方定涂法(spin coating)或簾涂法(curtain coating)或上述方法的組合。若為了獲得較薄軟性基材的目的，優選使用狹縫式涂布法、微凹版印刷涂布法或輥涂法。
[0060]上述軟性基材層的厚度并無特殊限制。一般而言，軟性基材層介于約5至約50微米之間，較佳為優選介于約10至約25微米之間，根據本發明的一個實施方式，例如可為約
10、約15、約20或約25微米。
[0061]適用于本發明的軟性基材并無特殊限制，例如為薄玻璃基材、金屬薄基材或塑料基材。上述金屬薄基材的種類，包括但不限于不銹鋼薄金屬基材。根據本發明的一個實施方式，該軟性基材選用塑料基材，其種類可為本領域普通技術人員所熟知的任何聚合物材料，例如:聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate, PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚苯醚諷(polyethersulfone ;PES)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚丙烯酸酯(polyacrylate, PA)、聚硅氧烷(polysiloxane)、聚降冰片烯(polynorbornene, PNB)、聚醚醚酮(polyetheretherketone, PEEK)、聚醚酸亞胺(polyetherimide, PEI)、聚酰亞胺(polyimide ；PI)或其組合。根據本發明的一個優選實施方式，該聚合物材料為聚酰亞胺，可適用于耐350°C以上的高溫制造工藝。
[0062]下文以聚酰亞胺為例，舉例說明本發明的軟性基材層的制備方式。將聚酰亞胺前驅物，即，聚酰胺酸(polyamic acid)涂布在已配置密著層的硬性載板上，隨后將其聚合及環化成聚酰亞胺。例如，可以下列流程制備聚酰亞胺:
[0063]
【權利要求】
1.一種制造軟性元件的方法，其特征在于包含: 提供硬性載板； 形成具有預定圖案的密著層于該硬性載板上； 形成軟性基材層于該硬性載板上，其中該軟性基材層的一部分接觸于該硬性載板，形成第一接觸界面，剩余部分接觸于該密著層，形成第二接觸界面； 形成至少一個元件于該軟性基材層的與該第一接觸界面相反的表面上；及 自第一接觸界面將軟性基材與硬性載板分離。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于其中該硬性載板包含玻璃、石英、晶圓、陶瓷、金屬或金屬氧化物。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于其中該具有預定圖案的密著層由包含溶劑及密著促進劑的組合物制得。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于其中該密著促進劑為選自由硅烷偶聯劑、芳香環或雜環化合物、磷酸酯類化合物、多價金屬鹽或酯類、有機聚合物樹脂、氯化聚烯烴及其混合物所組成的組。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于其中該溶劑選自由丙二醇單甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇單甲醚醋酸酯及其混合物所組成的組。
6.如權利要求3所述的方法，其特征在于其中該具有預定圖案的密著層通過絲網印刷法、涂布法、點膠法、光刻法或上述方法的組合形成于該硬性載板上。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于其中該軟性基材為薄玻璃基材、金屬薄基材或塑料基材。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于其中該軟性基材為塑料基材，其選自由聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚砜、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚降冰片烯、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺及聚酰亞胺及其混合物所組成的組。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于其中軟性基材為聚酰亞胺，硬性載板為金屬基板，且密著層包含具有氨基的芳香環或雜環化合物作為密著促進劑。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于其中該密著促進劑選自氨基苯硫酚、氨基四唑、2-( 二苯基膦基)乙胺及其組合。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于其中軟性基材為聚酰亞胺，硬性載板為玻璃，且密著層包含選自具有氨基的硅氧烷單體、具有氨基的聚硅氧烷及其組合的密著促進劑。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于其中該密著促進劑選自3-氨基丙基三乙氧基硅烷單體、3-氨基丙基三甲氧基硅烷單體及其組合。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于其中該元件為半導體元件、電子元件、顯示元件或太陽能元件。
14.一種將軟性基材自硬性載板上分離的方法，其特征在于包含: 提供硬性載板； 形成具有預定圖案的密著層于該硬性載板上； 形成軟性基材層于該硬性載板上，其中該軟性基材層的一部分接觸于該硬性載板，形成第一接觸界面，剩余部分接觸于該密著層，形成第二接觸界面；及自第一接觸界面將軟性基材與硬性載板分離 。
【文檔編號】H01L51/00GK103943544SQ201410078305
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2011年5月20日 優先權日:2011年3月18日
【發明者】吳仲仁, 李傳宗, 安治民, 石一中, 何長鴻 申請人:長興化學工業股份有限公司