柔性基板結構及柔性電子器件的制作方法

柔性基板結構及柔性電子器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種柔性基板結構及一種柔性電子器件，其中，所述柔性基板結構包括：柔性襯底；位于所述柔性襯底上的平坦化層，所述平坦化層遠離所述柔性襯底一側的表面平坦；位于所述平坦化層上的阻擋層，所述阻擋層用于阻擋氧氣和水氣的滲透。本實用新型的柔性基板結構可以有效阻擋氧氣和水氣的滲透，提高形成于其上的電子器件的可靠性和壽命。
【專利說明】
柔性基板結構及柔性電子器件
技術領域
[0001]本實用新型涉及電子器件制造技術領域，尤其涉及一種柔性基板結構及一種柔性電子器件。
【背景技術】
[0002]柔性電子和柔性顯示技術是近年來電子器件制造領域較為活躍的研究方向之一，同時也是電子信息產業發展的重要方向之一。具有輕質、可彎曲、可折疊甚至可卷曲特性的柔性電子產品已經被廣泛研究甚至生產制造，例如，柔性電子電路、柔性電致變色薄膜、柔性光伏器件、柔性智能標簽或識別標簽、柔性電池、柔性智能卡、柔性發光二極管以及有機發光二極管顯示面板等。
[0003]但是，現有技術的柔性電子產品的壽命較短、可靠性較低。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型解決的問題是現有技術的柔性電子產品的壽命較短、可靠性較低。
[0005]為解決上述問題，本實用新型實施例提供了一種柔性基板結構，所述柔性基板結構包括:柔性襯底;位于所述柔性襯底上的平坦化層，所述平坦化層遠離所述柔性襯底一側的表面平坦;位于所述平坦化層上的阻擋層，所述阻擋層用于阻擋氧氣和水氣的滲透。
[0006]可選地，所述阻擋層包括無機阻擋層和聚合物阻擋層。
[0007]可選地，所述聚合物阻擋層位于所述無機阻擋層上。
[0008]可選地，所述無機阻擋層位于所述聚合物阻擋層上。
[0009]可選地，所述無機阻擋層和所述聚合物阻擋層的數量為多個，所述多個無機阻擋層和所述多個聚合物阻擋層交替堆疊于所述平坦化層上。
[0010]可選地，所述平坦化層的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、環己烷二甲醇二丙烯酸酯聚合物、環狀二丙烯酸酯聚合物、異冰片基甲基丙烯酸酯聚合物、三異氰脲酸酯聚合物、三丙烯酸酯聚合物、環氧樹脂聚合物、硅樹脂聚合物和聚氨酯聚合物中的一種或多種。
[0011 ]可選地，所述無機阻擋層的材料包括氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、二氧化釩、二氧化鉻、二氧化錳、氮化硅和碳化硅中的一種或多種。
[0012]可選地，所述聚合物阻擋層的材料包括聚對二甲苯、聚氨酯和環氧樹脂中的一種或多種。
[0013]可選地，所述柔性襯底的材料包括乙烯-四氟乙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚烯烴、聚丙烯、聚醚砜、聚萘、聚酰亞胺、聚酯等聚酯薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯、不銹鋼和鋁中的一種或多種。
[0014]可選地，所述柔性襯底中分散有用于吸收氧氣和水氣的納米顆粒。
[0015]可選地，所述納米顆粒的材料包括氧化鈣、一氧化鋇、氧化硼、氧化鎂、烷基鋁和烷氧基鋁中的一種或多種。
[0016]進一步地，本實用新型實施例還提供了一種柔性電子器件，所述柔性電子器件包括上述的柔性基板結構，以及位于所述柔性基板結構上的器件層。
[0017]與現有技術相比，本實用新型實施例的技術方案具有以下優點:
[0018]本實用新型實施例的柔性基板結構包括了平坦化層和位于所述平坦化層上的阻擋層，所述平坦化層能夠填充所述柔性襯底表面的孔洞及裂痕，從而表面平整，不會將柔性襯底表面的尖端形貌傳遞至形成于其上的阻擋層;所述阻擋層結構致密，用于阻擋來自于柔性襯底或者外界的氧氣和水氣滲透，從而保護了后續形成于其上的器件層，提高了電子器件的可靠性和壽命。
[0019]進一步地，本實用新型實施例的阻擋層還可以為雙層結構和多層結構，包括無機阻擋層和聚合物阻擋層。所述無機阻擋層結構致密，為氧氣和水氣的主要阻擋層;所述聚合物阻擋層可以堵住所述無機阻擋層中可能存在的針孔缺陷，并進一步阻擋氧氣和水氣的滲透。
[0020]對應地，本實用新型實施例的柔性電子器件也可以阻擋水氣和氧氣的滲透，提高電子器件的可靠性和壽命。
【附圖說明】
[0021 ]圖1示出了本實用新型一實施例的柔性基板結構的示意圖；
[0022]圖2示出了本實用新型另一實施例的柔性基板結構的示意圖；
[0023]圖3示出了本實用新型另一實施例的柔性基板結構的示意圖；
[0024]圖4示出了本實用新型另一實施例的柔性基板結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]在柔性電子產品中，柔性基板作為柔性電子產品的物理支撐和保護組件，對柔性電子產品的壽命和可靠性都有重要影響。但是柔性基板通常由聚合物材料制成，其表面不夠平整，且內部存在氣泡或者微孔洞;后續在所述柔性基板上形成器件層后，柔性基板的不平整表面容易在器件層引入各種尖端結構，造成尖端放電，影響器件壽命;進一步地，柔性基板內的氣泡會釋放氧氣或者水氣，外界的氧氣和水氣也可能通過柔性基板內的孔洞到達柔性基板上的器件層，氧氣和水氣容易造成器件層材料的變異，從而影響器件的可靠性和壽命。因此，如果對柔性基板進行改進，使其表面平整，且能夠阻擋氧氣和水氣的滲透進入器件層，則可以提高形成于其上的電子產品的可靠性和壽命。
[0026]為此，本實用新型實施例提供了一種柔性基板結構，所述柔性基板結構平面平坦化，且能夠阻擋來自于柔性襯底或者外界的氧氣和水氣滲透，從而保護了后續形成于其上的器件層，提高了電子器件的可靠性和壽命。
[0027]為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的具體實施例做詳細的說明。
[0028]需要說明的是，提供這些附圖的目的是有助于理解本實用新型的實施例，而不應解釋為對本實用新型的不當的限制。為了更清楚起見，圖中所示尺寸并未按比例繪制，可能會做放大、縮小或其他改變。
[0029]參考圖1，圖1示出了本實用新型一實施例的柔性基板結構的示意圖，所述柔性基板結構包括柔性襯底100、位于所述柔性襯底100上的平坦化層110和位于所述平坦化層110上的阻擋層120。
[0030]所述柔性襯底100為后續形成于其上的薄膜材料的物理支撐，由于其具有可彎曲或者可折疊的特征，特別適用于低成本的卷對卷(R2R)制造工藝。在一些實施例中，所述柔性襯底100可以由聚合物材料制成，例如，所述柔性襯底100的材料包括乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚對苯二甲酸乙酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯、聚烯烴、聚丙烯、聚醚砜(PES)、聚萘(PEN)、聚酰亞胺、聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或多種。在一些實施例中，所述柔性襯底100還可以為金屬箔，例如，不銹鋼或者鋁。當然，在另外一些實施例中，所述柔性襯底100還可以同時包括金屬箔和聚合物材料。
[0031 ]無論是聚合物材料還是金屬箔，其表面可能都不夠平整，具有各種尖端結構，如果在其上直接形成電子器件層，該尖端就會影響器件性能；另外，對于聚合物材料，由于其分子量較大，結構復雜，難免在其內部和表面形成氣泡或者孔洞。當所述氣泡釋放出氧氣或者水氣滲透至器件層，或者外界的氧氣或水氣通過所述孔洞滲透至器件層，都會影響器件的性能。因此，如圖1所示，本實用新型實施例的柔性基板結構在柔性襯底100上還形成了平坦化層110用于使所述柔性襯底100的表面平坦化，從而解決上述問題，所述平坦化層110可以填充所述柔性襯底100表面的孔洞，且所述平坦化層110遠離所述柔性襯底100—側的表面，也就是在其上形成有阻擋層120的表面平坦光滑，不會將柔性襯底100表面的尖端結構傳遞到上層的阻擋層或器件層。
[0032]在一些實施例中，所述平坦化層110的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、環己烷二甲醇二丙烯酸酯聚合物、環狀二丙烯酸酯聚合物、異冰片基甲基丙烯酸酯聚合物、三(2-羥基乙基)異氰脲酸酯聚合物、三丙烯酸酯聚合物、環氧樹脂聚合物、硅樹脂聚合物和聚氨酯聚合物中的一種或多種。但本實用新型的平坦化層110并不限于上述材料，能夠填充所述柔性襯底100表面的孔洞且成形后表面平坦的其他材料也可用于形成所述平坦化層110。
[0033]在一些實施例中，可以采用流體蒸鍍、真空熱蒸發、噴涂或者旋涂的方法形成所述平坦化層。具體地，在一實施例中，形成所述平坦化層110的方法包括:首先，采用真空熱蒸發的方式將平坦化層單體材料涂布至所述柔性襯底100的上表面，由于單體材料的分子量較小，可以很容易地填充所述柔性襯底100表面的孔洞及裂痕，且在加熱條件下，單體材料的流動性好，容易形成無缺陷的光滑表面;接著，對所述平坦化層單體材料進行紫外光交聯或者熱固化處理，形成與所述單體材料對應的所述平坦化層110，從而所述平坦化層110也表面光滑無缺陷。具體地，在一實施例中，采用甲基丙烯酸甲酯單體材料，它在所述柔性襯底100表面具有較好的流動性，可以很容易地填充柔性襯底100表面的孔洞及裂痕，通過加熱或紫外光的照射形成聚甲基丙烯酸甲酯(有機玻璃，PMMA)的平坦化層110，從而修補了柔性襯底100表面的缺陷，使得平坦化層110表面光滑無缺陷。
[0034]在一些實施例中，所述平坦化層110里還可以分散有納米顆粒材料，所述納米顆粒材料能夠吸收氧氣和水氣，使得所述平坦化層110不僅具有平坦化和填充功能，還同時能夠吸收氧氣和水氣。具體地，在一些實施例中，所述納米顆粒的材料為金屬氧化物，例如，所述納米顆粒可以為氧化鈣(CaO)、一氧化鋇(BaO)、氧化硼(B0)、氧化鎂(MgO)納米顆粒中的一種或多種;在一些實施例中，所述納米顆粒的材料為有機金屬化合物，例如，所述納米可以為燒基招(811^1-3111111；[1111111)和燒氧基招(311^(?7-3111111；[1111111)納米顆粒中的一種或多種;在另一些實施例中，所述納米顆粒還可以同時包括金屬氧化物納米顆粒和有機金屬氧化物納米顆粒。具體地，在一實施例中，所述平坦化層110里包含氧化鎂(MgO)納米顆粒，氧化鎂吸收水后可以形成固態物質Mg(OH)2,可以起到阻礙水穿透平坦化層110的作用。
[0035]繼續參考圖1，本實用新型實施例的平坦化層110上還具有阻擋層120，所述阻擋層120的材料結構致密、性質穩定，用于阻擋氧氣、水氣以及其他有害氣體滲透至形成于其上的器件層。具體地，在一些實施例中，采用原子層沉積工藝形成致密的無機材料的阻擋層120，比如采用原子層沉積氧化鋁薄膜，原子層沉積工藝的覆蓋性能好，厚度可以精確控制，而氧化鋁材料結構是非常致密的，氧氣和水氣都不能輕易穿過。在另外一實施例中，也可以采用有機聚合物形成致密的聚合物材料的阻擋層120，比如采用對二甲苯二分子聚合物，通過真空熱蒸發(90?170°C)、再經過高溫熱裂解(600?720 °C)形成對二甲苯單體結構、最終在低溫平坦化層110表面聚合成聚對二甲苯(Poly-p-xylene)，商品名為帕里給(Parylene)，它可以致密覆蓋平坦化層110表面，這種真空狀態下室溫沉積制備的0.1-100微米聚對二甲苯薄膜涂層，其厚度均勻、致密無針孔、透明無應力、有優異的防水防潮功能，它還有極其優良的電絕緣性能、耐熱性、耐候性和化學穩定性。
[0036]所述阻擋層120可以為單層結構或者多層結構。在一些實施例中，如圖1所示，所述阻擋層120為單層結構，所述阻擋層可以為結構致密的聚合物材料形成的聚合物阻擋層，或者為結構致密的無機材料形成的無機阻擋層。
[0037]在一些實施例中，如圖2和圖3所示，所述阻擋層120為雙層結構，所述阻擋層120包括無機阻擋層1201和聚合物阻擋層1202，所述無機阻擋層1201為氧氣和水氣的主要阻擋層，所述聚合物阻擋層1202可以堵住所述無機阻擋層1201中可能存在的針孔缺陷，并進一步阻止氧氣和水氣的滲透。在一些實施例中，如圖2所示，所述無機阻擋層1201位于所述平坦化層110上，所述有機阻擋層1202位于所述無機阻擋層1201上。在另一些實施例中，所述無機阻擋層1201與所述聚合物阻擋層1202的相對位置可以改變，如圖3所示，也可以為所述聚合物阻擋層1202位于所述平坦化層110上，所述無機阻擋層1201位于所述聚合物阻擋層1202 上。
[0038]在另一些實施例中，為了更進一步提高阻擋層120對氧氣和水氣的阻擋效果，所述阻擋層120還可以為多于兩層的多層結構。參考圖4，其示出了一種多層結構的阻擋層120的結構示意圖，所述阻擋層120包括了多個無機阻擋層1201和多個聚合物阻擋層1202。所述多個無機阻擋層1201和所述多個聚合物阻擋層1202交替堆疊于所述平坦化層110上。所述多個無機阻擋層1201和多個聚合物阻擋層1202的數量基于其自身材料特性和厚度、以及需要達到的阻擋性能要求所確定。在圖4中，所述阻擋層120的最底層和最頂層分別為所述無機阻擋層1201和所述聚合物阻擋層1202，在其他一些實施例中，所述阻擋層120的最底層和最頂層也可以分別為所述聚合物阻擋層1202和所述無機阻擋層1201，或者均為所述無機阻擋層1201，或者均為所述聚合物阻擋層1202。
[0039]上述各實施例中，所述無機阻擋層1201的材料包括氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、二氧化釩、二氧化鉻、二氧化錳、氮化硅和碳化硅中的一種或多種，形成所述無機阻擋層1201的工藝可以為原子層沉積、物理氣相沉積或者化學氣相沉積。例如，在一具體的實施例中，采用原子層沉積工藝形成氧化鋁層作為所述無機阻擋層1201，原子層沉積工藝的覆蓋性能好，厚度控制精確，而氧化鋁材料結構致密，氧氣和水氣都不能穿過。
[0040]所述聚合物阻擋層1202的材料包括聚對二甲苯((:小，0，4?-4，3?，!11')、聚氨酯和環氧樹脂中的一種或多種。形成所述聚合物阻擋層1202的工藝可以為流體蒸鍍、真空熱蒸發、噴涂或者旋涂。例如，在一實施例中，形成所述聚合物阻擋層1202包括:采用真空熱蒸發的工藝涂布阻擋層單體材料;使所述阻擋層單體材料產生熱致或光致聚合反應，形成聚合物阻擋層。其中所述阻擋層單體材料可以為對二甲苯二分子聚合物、對二甲苯、多官能(甲基)丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸苯氧基乙酯、氰乙基(單)丙烯酸酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸異癸酯、丙烯酸、月桂酯、丙烯酸β-羧乙基酯、丙烯酸四氫糠基酯、二腈丙烯酸酯、五氟苯基丙烯酸酯、硝基苯基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、2，2，2_甲基丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、新戊乙二醇二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、雙酚A環氧二丙烯酸酯、I，6_己二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰脲酸酯三丙烯酸酯酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯酸酯，丙烯酸酯、環狀二丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、乙烯基醚、乙烯基萘和丙烯腈中的一種或多種。在一具體實施例中，可以采用對二甲苯二分子聚合物單體材料經過聚合反應后形成聚對二甲苯的聚合物阻擋層1202，具體工藝及優點在上文中已有描述，此處不再贅述。需要說明的是，其他經過聚合反應后可以形成結構致密的聚合物的單體材料也可以用來形成所述聚合物阻擋層1202。
[0041]需要說明的是，上述各層材料的厚度較薄，不對所述柔性襯底100的可彎曲或可折疊性能造成較大影響，具體厚度可以根據實際應用條件進行設定。例如，在一些實施例中，所述平坦化層110的厚度為0.1至100微米，所述無機阻擋層1201的厚度為I至200納米，所述聚合物阻擋層1202的厚度為0.1至100微米。另外，還需要說明的是，由于所述柔性基板結構后續用于在其上形成電子器件，因此，所述平坦化層110、所述無機阻擋層1201和所述聚合物阻擋層1202還應當為絕緣材料，并具有適當的熱導率以利于其上電子器件的散熱。
[0042]對應地，本實用新型實施例還提供了一種形成上述柔性基板結構的方法，所述方法包括:提供柔性襯底;在所述柔性襯底上形成平坦化層，所述平坦化層遠離所述柔性襯底一側的表面平坦;在所述平坦化層上形成阻擋層，所述阻擋層用于阻擋氧氣和水氣的滲透。關于所述柔性基板結構的形成方法在上述實施例里中已經進行了描述，具體可參考上述的實施例，在此不再贅述。
[0043]進一步地，本實用新型實施例還提供了一種柔性電子器件，所述柔性電子器件包括上述實施例中的柔性基板結構，以及位于所述柔性基板結構上的器件層。所述柔性電子器件可以為柔性電子電路、柔性電致變色薄膜、柔性光伏器件、智能標簽或識別標簽、柔性電池、智能卡、柔性發光二極管、有機發光二極管顯示面板、或者其他對氧氣和水氣敏感的電子器件等。本實用新型實施例的柔性電子器件由于采用上述的柔性基板結構，阻擋了氧氣和水氣進入所述器件層，提高了所述柔性電子器件的可靠性和壽命。
[0044]雖然本實用新型披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
【主權項】
1.一種柔性基板結構，其特征在于，包括: 柔性襯底； 位于所述柔性襯底上的平坦化層，所述平坦化層遠離所述柔性襯底一側的表面平坦； 位于所述平坦化層上的阻擋層，所述阻擋層用于阻擋氧氣和水氣的滲透。2.如權利要求1所述的柔性基板結構，其特征在于，所述阻擋層包括無機阻擋層和聚合物阻擋層。3.如權利要求2所述的柔性基板結構，其特征在于，所述聚合物阻擋層位于所述無機阻擋層上。4.如權利要求2所述的柔性基板結構，其特征在于，所述無機阻擋層位于所述聚合物阻擋層上。5.如權利要求2所述的柔性基板結構，其特征在于，所述無機阻擋層和所述聚合物阻擋層的數量為多個，所述多個無機阻擋層和所述多個聚合物阻擋層交替堆疊于所述平坦化層上。6.如權利要求1所述的柔性基板結構，其特征在于，所述平坦化層的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、環己烷二甲醇二丙烯酸酯聚合物、環狀二丙烯酸酯聚合物、異冰片基甲基丙烯酸酯聚合物、三異氰脲酸酯聚合物、三丙烯酸酯聚合物、環氧樹脂聚合物、硅樹脂聚合物和聚氨酯聚合物中的一種或多種。7.如權利要求2所述的柔性基板結構，其特征在于，所述無機阻擋層的材料包括氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、二氧化釩、二氧化鉻、二氧化錳、氮化硅和碳化硅中的一種或多種。8.如權利要求2所述的柔性基板結構，其特征在于，所述聚合物阻擋層的材料包括聚對二甲苯、聚氨酯和環氧樹脂中的一種或多種。9.如權利要求1所述的柔性基板結構，其特征在于，所述柔性襯底的材料包括乙烯-四氟乙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚烯烴、聚丙烯、聚醚砜、聚萘、聚酰亞胺、聚酯等聚酯薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯、不銹鋼和鋁中的一種或多種。10.如權利要求1所述的柔性基板結構，其特征在于，所述柔性襯底中分散有用于吸收氧氣和水氣的納米顆粒。11.如權利要求10所述的柔性基板結構，其特征在于，所述納米顆粒的材料包括氧化I丐、一氧化鋇、氧化硼、氧化鎂、燒基鋁和燒氧基鋁中的一種或多種。12.一種柔性電子器件，其特征在于，包括: 如權利要求1-11中任一項所述的柔性基板結構； 位于所述柔性基板結構上的器件層。
【文檔編號】H01L27/02GK205564745SQ201620118799
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月6日
【發明人】劉鈞, 裴世鈾
【申請人】無錫威迪變色玻璃有限公司