專利名稱：在基板上形成圖案化薄膜導電結構的方法
本申請主張美國臨時專利申請第60/375,902號的優先權，該申請的名稱為“在基板上制備圖案化薄膜導電結構的工藝(Process forForming a Patterned Thin Film Conductive Structure on a Substrate)”，2002年4月24日提交，結合于此作為參考。
本申請涉及共同提出的未決美國專利申請第＿＿＿＿＿號(律師卷號No.26822-0049)，名稱是“具有多層底板的矩陣驅動的電泳顯示器”(Matrix Driven Electrophoretic Display With Multi-LayerBack Plane)，與本申請同時提交，結合于此作為參考。
一種典型的用于制備這類塑料顯示器的圖案化電極層的現有技術方法通常涉及光刻技術和化學蝕刻的使用。可用于塑料顯示器應用的導電膜可通過下述方法來制備，如層壓、電鍍、噴鍍、真空蒸鍍、或一種以上工藝的結合等，從而在塑料基板上形成導電膜。有用的薄膜導體包括金屬導體，如鋁、銅、鋅、錫、鉬、鎳、鉻、銀、金、鐵、銦、鉈、鈦、鉭、鎢、銠、鈀、鉑、和/或鈷等；金屬氧化物導體，如氧化銦錫(ITO)和氧化銦鋅(IZO)等；以及從上述金屬和/或金屬氧化物衍生的合金或多層復合膜。此外，本文中描述的薄膜結構可包括單層薄膜或多層薄膜。ITO膜在許多應用中都是特別有價值的，原因在于它們在可見光范圍內具有高的透射度。有用的塑料基板包括環氧樹脂、聚酰亞胺、聚砜、聚芳醚、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對萘二甲酸乙二醇酯(PEN)(polyethylene terenaphthalate)、聚(環烯)(poly(cyclicolefin))、以及它們的合成物。塑料薄膜上的導體通常是通過光刻法進行圖案化，該光刻法包括幾個費時的和高成本的步驟，包括(1)用光致抗蝕劑涂覆導電膜；(2)通過光掩模將其成影象地曝光于例如紫外光，使光致抗蝕劑圖案化；(3)通過從曝光區域或未曝光區域除去光致抗蝕劑，“顯影”該圖案化的圖案，其取決于所用光致抗蝕劑的類型，以便在其被除去的區域內顯露導電膜(即，在沒有設置任何電極或其他導電結構的區域)；(4)利用化學蝕刻法從光致抗蝕劑已被除去的區域除去導電膜；(5)除去剩余的光致抗蝕劑以顯露電極和/或其他圖案化的導電結構。
對于大量制備諸如電泳顯示器等的塑料顯示器來說，使用連續的卷帶式(roll-to-roll)工藝可能是有利的。然而，上述的光刻法不是非常適合于這種卷帶式工藝，因為某些工藝步驟，如成影象的曝光等，是費時的且需要將掩模和移動目標區域小心配準和調整。此外，除了潛在地造成環境危害外，光致抗蝕劑的顯影和除去以及對來自化學蝕刻工藝的廢物的處理可能是費時和昂貴的。
因此，需要一種在塑料基板上形成圖案化導電結構的工藝，以用于諸如電泳顯示器等的塑料顯示器，該工藝不需要使用光刻法或化學蝕刻法，并且適于在連續的卷帶式方法中使用。
圖2A至圖2D示出用于在基板上形成四列電極的一系列加工步驟的平面示意圖。
通過提供圖2A至圖2D所示工藝步驟的正剖面示意圖，圖3A至圖3D進一步示出圖2A至圖2D所示的示例。
圖4A和圖4B示出一個示例的平面示意圖，在此示例中七段顯示器的分段電極是使用本文所述工藝的實施例制成的。
圖5A-1至5D-2示出在一個實施例中使用的以在基板上形成圖案化薄膜導體的可供選擇的工藝。
圖6A-1至6F-2示出
圖1-圖4中所示工藝的另一種可供選擇的工藝。
本發明披露了在基板上形成圖案化導電結構的工藝。在基板上用諸如遮蔽涂料(masking coating)或油墨等的材料印刷圖案，該圖案是這樣的，以致于在一個實施例中，所想要的導電結構將在印刷材料不存在的區域中形成，即印刷待形成的導電結構的負像。在另一個實施例中，圖案是用難以從基板上剝離的材料印刷，并且所想要的導電結構將在印刷材料存在的區域中形成，即印刷導電結構的正像。該導電材料沉積在圖案化基板上，并且除去不想要的區域，留下圖案化電極結構。
圖1示出在一個具體實施例中使用的以在基板上形成圖案化薄膜導體的工藝的流程圖。該方法開始于步驟102并繼續到步驟104，其中利用遮蔽涂料或油墨將待形成的導電薄膜結構的負像印刷在基板表面上。在一個實施例中，可使用水溶液和/或另一種普通溶劑將遮蔽涂料或油墨除掉。在步驟104中，在下述意義下印刷待形成的導電結構的負像遮蔽涂料或油墨將覆蓋工藝完成后導電材料不存在的基板區域，并且將不覆蓋導電材料存在的基板區域。本質上，油墨圖案用作隨后沉積導電材料的掩模，下面將結合步驟106更充分地描述。
任何適當的印刷技術，如苯胺印刷、無水平版膠印、電子照相印刷、光刻印刷等，可用來在基板上印刷油墨圖案。在某些應用中，可應用其他印刷技術，如絲網印刷、照相凹版印刷、噴墨印刷、和熱印刷，其取決于所需要的分辨率。此外，遮蔽涂料或油墨不需要與基板在光學上形成對比，并且可以是無色的。
在步驟106中，導電材料的薄膜沉積在基板的圖案化表面上。在一個實施例中，在步驟106中，汽相淀積用來在基板的圖案化一側沉積導電材料的薄膜。在這樣的實施例中，鋁、銅、或適于通過汽相淀積或噴射而沉積為薄膜的任何導電材料可用作導電材料。在一個可供選擇的實施例中，通過用導電材料濺涂(sputter coating)基板的圖案化一側來沉積該導電材料。在這樣的實施例中，可使用氧化銦錫(ITO)、或任何其它導電材料如金、銀、銅、鐵、鎳、鋅、銦、鉻、摻鋁的氧化鋅、氧化釓銦、氧化錫、或摻氟的氧化銦、或適合于通過濺涂沉積為薄膜的任何其它導電材料。
在圖1所示工藝的步驟108中，遮蔽涂料或油墨從基板的圖案化表面除去，在步驟106中，導電材料已沉積在其上。在步驟108中除去涂層/油墨的作用是除掉在步驟104形成的印刷圖案以及在步驟106中沉積的部分導電材料，其沉積在存在涂層/油墨的基板區域。其結果是，剝離溶劑能夠除掉涂層/油墨圖案和在涂層/油墨圖案的頂面形成的導電材料，即使該除去步驟是在步驟106導電薄膜沉積之后進行的。接著，圖1所示的工藝結束于步驟110。沒有限制本披露物的普遍性，應當相信，在某些具體實施例中，在步驟104印刷的至少部分遮蔽涂料/油墨暴露于、或幾乎暴露于剝離溶劑中，盡管作為步驟106的沉積過程的結果，掩模圖案已被金屬薄膜覆蓋。在一個實施例中，在遮蔽涂料/油墨中的諸如增塑劑、表面活性劑、和殘余的單體或溶劑的低分子量添加劑可在涂覆于油墨上的金屬中導致缺陷或微孔，加速遮蔽涂料暴露于溶劑。本披露物設想可以采用涂層/油墨、金屬薄膜、和除去工藝的任何適當組合，而沒有以任何方式限制本披露物的可應用性，并且沒有把本披露物限制于任何特定的除去機構或理論。根據圖1所示的工藝，唯一的要求是，采用的組合是這樣的以致于除去后在基板上形成的導電膜區域仍然存在，并且在可除去遮蔽涂料/油墨上形成的導電薄膜區域被除掉，或基本上如此，從而涂層/油墨圖案存在的區域不導電，或足夠接近這樣，以便顯示器可適當操作。
以上描述的工藝并不需要使用光刻法和選擇蝕刻導電層以在基板上限定圖案化導電結構。而是，在導電材料沉積前，使用油墨圖案來限定要形成的導電結構的形狀。因為簡單溶劑，諸如水、水溶液、醇、酮、酯、二甲基亞砜(DMSO)、或許多其它普通有機溶劑或溶劑混合物，可用來除掉油墨和在油墨圖案的頂部形成的導電材料，因而圖案化導電結構可通過卷帶式工藝來制備，與現有光刻工藝中所采用的光刻和化學蝕刻技術相比，該工藝費時少、不昂貴、且不產生許多有毒的化學廢液。
如上所述，與上述方法有關的一類顯示器是無源矩陣顯示器，諸如無源矩陣電泳顯示器。例如，無源矩陣顯示器可包括圖案化電極層，該圖案化電極層包括多個列電極和行電極。圖2A至圖2D示出了在基板上形成四列電極的一系列工藝步驟的示意平面圖。圖2A示出了塑料基板202。在圖2B中由線路(lines)204組成的油墨圖案已印刷到基板202上。在圖2B示出的實施例中，線路204在基板202上限定區域，在其上將在未被線條204覆蓋的基板202區域形成四列電極，如下對其更充分地進行描述。
在圖2C中，導電薄膜層206已形成于基板的圖案化表面上，覆蓋未被油墨線條204(在圖2C中用虛線表示)覆蓋的基板202部分和被油墨線條204覆蓋的部分。在圖2D中，油墨圖案和沉積在油墨線條204上的導電薄膜206部分一起被除去，從而暴露列電極208。各個列電極208被通過除去油墨線條204而暴露的基板202區域彼此隔開。
通過提供圖2A至圖2D所示工藝步驟的正剖面示意圖，圖3A至圖3D進一步示出圖2A至圖2D所示的實施例。圖3A示出基板202的正剖面圖。圖3B示出在基板202上形成的油墨線條204。如在圖3C中所示，在未被線條204覆蓋的基板部分上以及在聚合物油墨線條204的頂面和側表面上形成導電層206。最后，圖3D示出列電極208，在除去線條204之后，其仍然形成在基板202上，其作用是除去油墨線條204和在油墨線條204的頂部上形成的任何導電材料206。
雖然圖2A至圖2D和圖3A至圖3D示出在塑料基板上形成四列電極的示例，但涂料/油墨可印刷成任何圖案進行以在基板上定義任何想要的形狀或尺寸的導電結構。圖4A和圖4B示出示例的平面示意圖，其中七段顯示器的分段電極是利用本文所述工藝的實施例而制成。圖4A示出顯示電極層400，包括聚合物油墨圖案402，其在塑料基板上限定七段電極區域404a-404g，其中油墨圖案402不存在以致下面的基板被暴露。圖4B示出在沉積導電薄膜和除去油墨圖案步驟之后的相同的顯示電極層400。如圖4B所示，除去油墨暴露了基板的背景區域406，在其上不存在任何導電結構。此外，分段電極408a-408g已形成，并且保留在如上述結合圖4A所定義的分段電極區域404a至404g內。
從上面的討論可以明顯看到，簡單地通過在在其上將形成導電結構的基板上定義區域使用印刷圖案，就可以形成任何形狀或尺寸的導電結構。該結構可包括諸如上述的電極結構等的電極結構和/或導電跡線(conductive traces)、或任何其它想要的導電結構。
本文中所述的工藝可被使用在一個實施例中以形成頂部或底部電極層，從而靠近電泳顯示介質層配置。在一個實施例中，電泳顯示介質包括密封微型杯層，每個微型杯包括一些電泳分散體。在一個實施例中，保護涂層(如包括粒狀填料的防眩保護涂層等)可涂覆到密封的微型杯或頂部(從側面觀看)電極層，以進一步改善成品面板的光學或物理機械性能。
在一個實施例中，首先采用本文所述的工藝在基板的一側上形成導電結構，然后采用與上述相同的用于在基板的一側上形成導電結構的一系列步驟在基板的相對側上形成導電結構，從而在基板的頂面和底面上均形成導電結構。在一個實施例中，通過形成導通孔(via holes)并通過導通孔完成從基板的頂面上的導電結構到基板的底面上的導電結構的電連接，從而可將基板的頂面上的導電結構電連接至在基板的底面上形成的導電表面，如在美國專利申請序列號NO.＿＿＿＿＿(律師卷號No.26822-0049)中所描述的，其先前結合于此作為參考。
在圖1至圖4中所示的工藝的一個實施例中，用于使基板形成圖案的涂料/油墨包括Sun Chemical Aquabond AP藍色油墨和/或Sunester紅色油墨(Sun Chemical公司，Northlake，伊利諾伊州)，而基板包括5密耳厚的Melinex 453聚酯(DuPont Teijin公司，Hopewell，弗吉尼亞州)。可使用帶有360號網紋傳墨輥(aniloxroller)的人工校樣器(hand proofer)透過鏤花模板涂覆油墨。該油墨可用空氣加熱槍進行干燥。通過將圖案化的基板裝入直流磁控管(DC-magnetron)濺射系統來沉積金屬薄膜，從而沉積達到約100nm厚的ITO膜。在沉積金屬薄膜之前，可對圖案化的基板進行等離子體處理。在室溫下通過用丙酮(組織級，Fisher Scientfic公司)噴涂已形成金屬薄膜的圖案化的基板1至2分鐘，則可剝離油墨圖案和在其上形成的金屬薄膜。上面的工藝步驟導致在油墨圖案中形成的金屬薄膜(即ITO)連同油墨一起被除去，從而在基板上留下不存在任何ITO涂層的區域，以致在這種ITO已被除去的區域不存在任何可測量的電導率。
在圖1至圖4中所說明的方法的一個實施例中，利用人工校樣器來涂覆膜III暖紅色油墨(Environmental Inks and Coatings公司，Los Angeles，加利福尼亞)，以在基板上限定圖案或掩模，其中基板包括5密耳厚的Melinex ST505聚酯(DuPont Teijin公司，Hopewell，弗吉尼亞州)。通過將圖案化的基板載入直流磁控管(DC-magnetron)噴鍍系統來沉積金屬薄膜，從而沉積ITO膜達到約100nm厚。通過用丙酮(組織級，Fisher Scientfic公司)噴涂30至60秒，以從ITO涂層的圖案化基板上洗去油墨。在油墨上形成的ITO連同油墨一起被除去，留下沒有任何ITO涂層的區域，而該區域以前印刷了油墨圖案。
在圖1至圖4所示工藝的一個實施例中，利用在膠印機上的GP-217Process Magenta油墨(Ink Systems公司，Commerce，加利福尼亞)將油墨圖案印刷在5密耳厚的4507聚酯薄膜(Transilwrap公司，Franklin Park，伊利諾伊州)上。膜厚度在120nm時將該涂有油墨的聚酯薄膜載入用于鋁蒸發的真空系統中，將涂覆有鋁的聚酯薄膜浸泡在熱(T＝約80℃)丁酮(檢定級，Fisher Scientific公司)中15秒，然后用浸泡在丁酮中的棉拭輕輕地擦凈。該工藝從聚酯薄膜剝離涂有油墨的區域以及油墨之上的鋁。該剝離工藝由油墨產生負像，即印刷油墨圖案的區域沒有鋁涂層，而剩余區域(即，不存在油墨圖案的區域)則被鋁涂覆。
在圖1至圖4中所示工藝的一個具體實施例中，利用在MarkAndy 4200苯胺印刷機上的膜III暖紅色油墨(Environmental Inksand Coatings公司，Los Angeles，加利福尼亞)，在5密耳厚(milthick)、12″寬的Melinex 453聚酯薄膜卷(Plastics Suppliers公司，Fullerton，加利福尼亞)上制作油墨圖案。將圖案化的聚酯薄膜載入直流磁控管噴鍍系統中，以沉積約為100nm的ITO膜。在沉積之前，可對油墨涂層的片材進行等離子體處理。然后將涂覆有ITO的聚酯薄膜浸泡在熱(T＝約80℃)丁酮的容器中并利用FisherScientific FS220H超聲清洗器超聲清洗2分鐘。作為該超聲清洗步驟的結果，可從聚酯薄膜中剝離油墨以及在油墨之上形成的ITO。
在一個具體實施例中，其中導電結構形成在基板的頂面和底面，在圖1至圖4中所示的工藝可包括使用在Mark Andy 4200苯胺印刷機上的膜III暖紅色油墨(Environmental Inks and Coatings公司，Morganton，北卡羅來納州)在Melinex 561聚酯薄膜卷(10″寬、4密耳厚、DuPont Teijin Films公司，Wilmington，DL)的兩側進行印刷。在一個具體實施例中，第一側在一個印刷臺印刷有第一圖案A，網穿過翻動該網的旋轉棒，而基板的另一側被對準，并在下一個電鍍臺(plate station)在同樣的印刷過程中用第二圖案B進行印刷。在一個具體實施例中，第一圖案A包括負像，該負像限定無油墨區域，在此將形成分段電極，而第二圖案B包括負像，該負像限定無油墨區域，在此將形成導線。對該圖案進行調整，以致圖案A中的每個無油墨分段電極區域對準圖案B中的一個無油墨導線的未端，從而可允許在A側的分段電極和B側的導線之間，通過穿過基板的導電導通結構進行電連接。在一個具體實施例中，用2500埃的鋁將印刷在兩側約40′的聚酯薄膜噴鍍在兩側上。對一片5″×5″的涂覆有鋁的聚酯薄膜進行顯影，方法如下將其浸泡在含有丁酮的結晶皿中，然后將該結晶皿放入Fisher#FS220H超聲破碎器(FisherScientific公司，Pittsburg，賓夕法尼亞州)中2分鐘，其中超聲破碎器裝有1英寸深的水。該過程產生聚酯電極，其一側僅在A的無油墨區域的分段圖案中含有鋁，而其相對側在B中含有無油墨線條的電極圖案。
在金屬薄膜沉積后，利用簡單的剝離工藝(該工藝不會破壞在涂層/油墨圖案不存在的區域形成的金屬薄膜，例如但不限于上述的溶劑和物理剝離工藝)除去遮蔽涂料/油墨線條的能力有利于連續的制備工藝，如卷帶式制備工藝，因為不需要任何費時的分批工藝(如光致抗蝕劑的圖案曝光和顯影等)、蝕刻掉未被光致抗蝕劑覆蓋的部分導電層、或使用需要特殊處理或特殊條件以在蝕刻后除去光致抗蝕劑層。通過節約時間和采用便宜的材料，本文中描述的工藝比其他通常用來在聚合物基板上形成本文所述的各種結構的工藝要便宜得多。
圖5A-1至5D-2示出在一個實施例中使用的在基板上形成圖案化薄膜導體的可供選擇的工藝。圖5A-1至5D-2所示的工藝在下述意義上使用“正”印刷圖案涂層/油墨被印刷成待形成導電薄膜結構的圖案，而不是上面結合圖1-4描述的用來定義不形成導電薄膜結構的區域。圖5A-1至圖5D-2所示的工藝與圖1-4所示的工藝的類似之處在于圖5A-1至5D-2所示的工藝使用印刷技術來定義待形成的導電薄膜結構。然而，圖5A-1至圖5D-2所示的工藝與圖1-4所示的工藝的不同之處在于不從基板剝離印刷圖案，如下將更充分地描述的。
如圖5A-1和圖5A-2所示，導電薄膜結構形成在基板502上。基板502可以是上述用于圖1-4所示工藝的任何基板材料。在一個實施例中，基板包括5密耳厚的4507聚酯(可獲自Transilwrap公司，Franklin Park，伊利諾伊州)。圖5B-1和圖5B-2示出印刷在基板502上的圖案線條504和506。在一個實施例中，使用在膠印機上的GP20011 UV Process Magenta油墨(Ink Systems公司，Commerce，加利福尼亞)將圖案線條504和506印刷在基板502上。可采用任何油墨或其它具有下述特性的可印刷材料隨后沉積的金屬薄膜比其粘附于基板來說，更牢固地粘附于印刷材料，如下面將更充分地說明的。
圖5C-1和5C-2示出在基板的圖案化表面上形成的金屬薄膜層508，覆蓋印刷圖案(線條504和506)和未被印刷圖案覆蓋的基板502區域。在一個實施例中，通過在膜厚度為120nm時將圖案化基板載入用于鋁蒸發的真空系統中形成導電薄膜508。
圖5D-1和5D-2示出在形成在基板502上的部分導電薄膜508已通過剝離工藝除去后的剩余結構。導電薄膜結構510和512仍然分別形成在印刷線條504和506上。在一個實施例中，使用溶劑來除去直接在基板上形成的部分導電薄膜，但不除去在印刷材料上形成的部分導電薄膜，留下與印刷材料有相同圖案的導電薄膜結構。在一個實施例中，在圖5D-1和5D-2中未示出，在剝離工藝后，在印刷材料的側表面上形成的一些或全部導電薄膜仍然粘附于印刷材料的側表面。在一個實施例中，通過剝離工藝并不除去直接在基板上形成的全部導電薄膜，但被除去的直接在基板上形成的導電薄膜足以使未印刷印刷材料的基板區域內沒有可測量的電導率。
圖5A-1至5D-2所示的可供選擇的工藝要求導電薄膜層與基板的粘合力低、導電層與印刷材料的粘合力高、印刷材料與基板的粘合力高、以及溶劑是這樣的以致其除去直接在基板上形成的部分導電層，但不除去在印刷材料上形成的部分導電層。
在另一個可供選擇的工藝中，可采用與金屬薄膜具有低親合力的基板。在一個這樣的實施例中，使用表面處理或涂底劑(如可用UV固化的聚合物層，其與基板和金屬薄膜均具有良好的粘合力)以代替在圖1所示工藝的步驟104和106中的遮蔽涂料/油墨。在這種情況下，未涂覆區域上的金屬薄膜將在剝離工藝中除去，從而在表面處理或涂底劑之上顯露電極圖案或跡線。該可供選擇的工藝類似于圖5A-1至圖5D-2所示的工藝，其中涂底劑包括印刷材料，如圖案線條504和506。
圖6A-1至圖6F-2示出圖1-4中所示工藝的另一種可供選擇的工藝。圖6A-1和圖6A-2示出基板602。在圖6B-1和圖6B-2中，利用具有低表面張力的疏水的(即防水)和溶劑可溶的可印刷的第一材料，圖案線條604和606已被印刷于基板602上。如圖6C-1和圖6C-2所示，印刷基板接著用被第一材料所排斥的第二水基(water-based)材料進行外涂覆，以致外涂層僅粘附于未被第一材料覆蓋的部分基板，形成包括第二(水基)材料的區域608、610、和612。其次，利用也不除去第二(水基)材料的適當溶劑除去防水第一材料，留下圖6D-1和圖6D-2所示的結構，其中包括第一(防水)材料的結構604和606已被除去，在基板602上留下包括第二(水基)材料的結構608、610、和612。然后，如圖6E-1和圖6E-2所示，利用上述導電薄膜材料之一，通過噴鍍、汽相淀積、噴涂、或其他適當技術，在結構608、610、和612上和在未被第二(水基)材料覆蓋的部分基板602上形成導電薄膜614。最后，圖6F-1和圖6F-2示出，在用適當的溶劑、或另一種適當的化學或機械剝離工藝除去水基材料后剩余的導電薄膜結構616和618。
在圖6A-1至圖6F-2所示工藝中，第一(防水)材料的印刷圖案包括待形成的導電薄膜結構的正像。一旦除去第一(防水)材料，如上所述，剩余的第二(水基)材料則包括待形成的導電薄膜結構的負像。在某種意義上，第一(防水)材料可看作是掩模，其可用來限定尺寸非常小的區域，如非常精細的線條，其中將不存在導電薄膜結構。雖然用諸如苯胺印刷技術等的實際上有用的印刷技術來首先印刷這類窄線條可能是困難的，例如由于物理限制、印刷后油墨擴散等，但這類技術可容易地用來印刷僅用較小的間隙來分隔線條或區域的較粗的線條或較小的區域。然后，如上所述，可使用諸如水基油墨等的第二(水基)材料，來填充由第一(防水)材料覆蓋的區域之間的狹窄空隙，接著利用適當的溶劑可除去第一材料，留下包括第二材料的非常精細的線條或其他形狀，而首先印刷非常精細的線條或形狀可能并不是切實可行的。如上所述，然后這些線條可用作形成相鄰導電薄膜結構的負像，這些結構是用例如非常窄的間隙分隔開的。
在一個實施例中，使用諸如剝離等的物理剝離工藝來顯露電極圖案。例如，將具有對ITO具有適當內聚強度(cohesion strength)和粘合強度的粘性帶疊壓于預印刷有遮蔽涂料/油墨的ITO/PET膜上。隨后的剝離將除去在印刷有遮蔽涂料的區域或在沒有油墨的區域上的ITO，其取決于油墨的內聚強度以及在油墨-PET界面和ITO-PET界面處的粘合強度。該剝離技術可與上述的任何工藝一起使用。
在一個實施例中，圖6A-1至圖6F-2所示的工藝包括利用在Mark Andy 4200苯胺印刷機上的膜III暖紅色油墨(EnvironmentalInks and Coatings公司，Morganton，北卡羅來納州)，在Melinex 582聚酯薄膜卷(4密耳厚、14″寬、DuPont Teijin Films公司，Wilmington，DL)上印刷所需要的導電結構的正像。聚酯卷的印刷部分然后利用6號邁耶棒(Meyer bar)用溶液涂覆，該溶液包括16份含水的10％聚乙烯吡咯烷酮(PVP-90，ISP Technologies公司，Wayne，新澤西州)、0.40份Sunsperse Violet(Sun Chemical公司，Cincinnati，俄亥俄州)、和16份水，接著在80℃的烘箱中干燥1.5分鐘。然后將薄膜放置在盛有乙酸乙酯的結晶皿中。在10″×10″×12.5″的超聲破碎池(BLACKSTONE-NEY，PROT-0512H EP超聲浴，由12TMultiSonikTM發電機所驅動)中注滿約4″的水，并且含有薄膜的結晶皿浮在水中，然后在104KHz下超聲破碎5分鐘。接著從結晶皿中取出薄膜并在80℃的烘箱中干燥1.5分鐘。完成干燥步驟后，該薄膜具有PVP涂層的線條，其限定最初印刷的正像的負像。接著，利用CHA Mark 50覆料機，用ITO噴鍍涂覆圖案化聚酯薄膜，從而沉積1250埃厚的ITO膜。接著，該涂覆有ITO的圖案化聚酯薄膜在盛有水的燒杯中超聲破碎3分鐘，其中燒杯是放置在Fisher#FS220H超聲破碎器(Fisher Scientific公司，Pittsburg，賓夕法尼亞州)中。接著，用去離子水沖洗該膜并吹風干燥。所得到的膜具有ITO結構，其形狀是最初印刷的正像。
在一個具體實施例中，圖6A-1至6F-2所示的方法包括在PET基板上噴鍍沉積(sputter deposition)ITO膜，其中PET基板具有親水涂層，例如Melnix 582，并用暖紅色油墨(Environmental Ink公司)進行印刷。在一個具體實施例中，材料的這種結合允許利用水基剝離劑從不需要的區域用超聲法剝離ITO。
在一個具體實施例中，用于ITO剝離的水基剝離劑可以是表面活性劑溶液如JEM-126(三磷酸鈉、硅酸鈉、壬基苯酚乙氧基化物、乙二醇單丁醚、和氫氧化鈉)、洗滌劑配方409、過氧化氫物、和顯影劑Shipley453等。
在一個具體實施例中，ITO剝離速度取決于溶劑濃度、溶劑溫度、以及基板膜相對于超聲變換器的位置。
在一個具體實施例中，在ITO噴鍍沉積之前，油墨印刷的PET表面用適當的等離子體進行預處理。在一個具體實施例中，這種等離子體預處理可使ITO剝離過程中在圖案化ITO結構上的微裂紋的產生最小化。此外，在一個具體實施例中，這種等離子體預處理可防止在印刷的油墨區域產生ITO殘余物，這是由于高能等離子體而除去部分印刷的油墨圖案的結果，在剝離工藝中其可在印刷的油墨區域產生ITO殘余物。
為了消除出現在已剝離的ITO表面的較少油墨殘余物的光學影響，在一個具體實施例中，優選印刷于PET表面上的無色油墨。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求范圍之內。
權利要求
1.一種在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，包括在所述基板上印刷由可印刷可剝離材料組成的圖案，所述印刷的可剝離材料在所述基板上限定區域，其中所述導電薄膜結構通過包括其負像而制成，從而所述印刷的可剝離材料存在于所述基板上的未形成所述導電薄膜結構的區域中，且所述印刷的可剝離材料基本上不存在于所述基板上的待形成所述導電薄膜結構的區域中；在所述圖案化基板上沉積導電材料的薄膜；以及從所述基板剝離所述可剝離材料；由此通過所述剝離步驟除去所述可剝離材料和在其上形成的任何導電材料，留下所述導電薄膜結構。
2.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述可剝離材料包括可剝離油墨。
3.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述可剝離材料包括可剝離遮蔽涂料。
4.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述可剝離材料是聚合物型的。
5.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述可剝離材料是石蠟型的。
6.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述可剝離材料包括添加劑，所述添加劑選自由表面活性劑、填料、顏料、染料、固化劑、和增塑劑組成的組；從而在所述導電薄膜的所述沉積之后，所述添加劑的存在促進所述可剝離材料的剝離。
7.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述剝離步驟包括使用溶劑以除去所述可剝離材料。
8.根據權利要求7所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述溶劑選自由水、水溶液、醇、酮、酯、醚、酰胺、烴、烷基苯、吡咯烷酮、砜、二甲基亞砜(DMSO)、及其混合物和衍生物組成的組。
9.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述導電材料選自由金屬、金屬氧化物、及其合金和多層復合物組成的組。
10.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述導電材料是金屬，所述金屬選自由鋁、銅、鋅、錫、鉬、鎳、鉻、銀、金、鐵、銦、鉈、鈦、鉭、鎢、銠、鈀、鉑、和鈷組成的組。
11.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述導電材料是金屬氧化物，所述金屬氧化物選自由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅、氧化釓銦、氧化錫、和摻氟氧化銦組成的組。
12.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述沉積導電材料薄膜的步驟包括噴鍍。
13.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述沉積導電材料薄膜的步驟包括汽相淀積。
14.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述沉積導電材料薄膜的步驟包括真空淀積。
15.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述沉積導電材料薄膜的步驟包括電鍍。
16.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述沉積導電材料薄膜的步驟包括無電鍍。
17.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述沉積導電材料薄膜的步驟包括電鑄。
18.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述印刷步驟包括苯胺印刷。
19.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述印刷步驟包括無水膠印。
20.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述印刷步驟包括電子照相印刷。
21.根據權利要求1所述的在基板上制備圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述印刷步驟包括平版印刷。
22.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述印刷步驟包括凹版印刷。
23.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述印刷步驟包括熱印刷。
24.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述印刷步驟包括噴墨印刷。
25.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述印刷步驟包括絲網印刷。
26.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述基板包括塑料基板。
27.根據權利要求26所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述圖案化導電薄膜結構包括柔性印刷電路板或部分柔性印刷電路板。
28.根據權利要求26所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述塑料基板包括塑料基板卷中的一部分。
29.根據權利要求28所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法是制作顯示器的卷帶式工藝的組成部分。
30.根據權利要求29所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述顯示器是電泳顯示器。
31.根據權利要求29所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述顯示器是無源矩陣電泳顯示器。
32.根據權利要求29所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述顯示器是板內切換電泳顯示器。
33.根據權利要求29所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述顯示器是雙重方式切換電泳顯示器，其包括許多填充以帶電荷微粒和著色溶劑的電泳盒，其中所述顯示器被配置以使在第一模式，所述微粒可在所述電泳盒的頂部和底部之間被驅動，而在第二模式，所述微粒可被水平(板內)驅動。
34.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，還包括將在其上形成有所述導電薄膜結構的所述基板層壓于顯示介質層。
35.根據權利要求34所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述顯示介質層包括電泳盒層。
36.根據權利要求35所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述電泳盒通過模壓制成。
37.根據權利要求35所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中通過聚合物密封層對所述電泳盒進行封閉和密封。
38.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述導電薄膜結構包括電極。
39.根據權利要求38所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述電極是分段電極。
40.根據權利要求38所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述電極是列電極。
41.根據權利要求38所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述電極是行電極。
42.根據權利要求38所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述電極是像素電極。
43.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述導電薄膜結構包括導電跡線。
44.一種在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，包括在所述基板的頂部表面用可印刷材料印刷圖案，所述圖案通過包括其正像來限定所述導電薄膜結構將形成的區域，從而所述可印刷材料被印刷在所述導電薄膜結構將形成的區域中；在所述基板的所述圖案化頂部表面沉積導電薄膜層，其中對所述導電薄膜、所述可印刷材料、以及所述基板進行選擇，以致所述導電薄膜比粘結于所述基板更牢固地粘結于所述可印刷材料；以及利用剝離工藝從所述基板剝離直接形成在所述基板上的部分所述導電薄膜，其中所述剝離工藝并不從所述可印刷材料剝離所述導電薄膜，以便所述導電薄膜結構仍然形成在所述可印刷材料上，以用來限定所述導電薄膜結構形成的區域。
45.根據權利要求44所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述可印刷材料包括涂底劑、粘合劑、或增附材料。
46.根據權利要求44所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述可印刷材料包括油墨。
47.根據權利要求44所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述可印刷材料是可輻射固化的。
48.根據權利要求44所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述可印刷材料是可熱固化的。
49.一種在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，包括在所述基板的頂部表面用可印刷第一材料印刷圖案，所述圖案通過包括其正像來限定所述導電薄膜結構將形成的區域，從而所述可印刷第一材料被印刷在所述導電薄膜結構將形成的區域，所述可印刷第一材料是防水的并利用除水以外的溶劑可剝離；用水基第二材料外涂覆所述基板的印刷的頂部表面，以便所述第二材料被所述第一材料排斥并填充在所述第一材料已被印刷的區域之間的所述基板的區域，而不涂覆所述第一材料存在的區域；利用方法除去所述第一材料，所述方法剝離所述第一材料而不剝離所述第二材料，以便所述第二材料仍然涂覆在部分所述基板上，其中所述第一材料不存在，由此通過包括其負像來限定所述導電薄膜結構的邊界，以便所述第二材料不存在于所述導電薄膜結構將形成的區域，且所述第一材料已從所述區域剝離；在所述基板的所述圖案化頂部表面沉積導電薄膜層；以及剝離所述第二材料以形成所述導電薄膜結構。
50.一種在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，包括在所述基板的第一表面印刷由可剝離材料組成的第一圖案，所述可剝離材料的第一圖案在所述基板的第一表面限定將形成第一導電薄膜結構的區域；在所述基板的所述圖案化的第一表面沉積導電材料的薄膜；從所述基板剝離所述可剝離材料的第一圖案；在所述基板的第二表面印刷有可剝離材料組成的第二圖案，所述可剝離材料的第二圖案在所述基板的所述第二表面限定將形成第二導電薄膜結構的區域；在所述基板的所述圖案化的第二表面沉積導電材料的薄膜；以及從所述基板剝離所述可剝離材料的第二圖案；從而除去所述可剝離材料的第一圖案、所述可剝離材料的第二圖案、以及在可剝離材料的所述第一或所述第二圖案上形成的任何導電材料，在所述基板的所述第一表面留下所述第一導電薄膜結構并在所述基板的所述第二表面留下所述第二導電薄膜結構。
51.一種在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，包括在所述基板的第一表面印刷由可剝離材料組成的第一圖案，所述可剝離材料的第一圖案在所述基板的所述第一表面限定將形成第一導電薄膜結構的區域；在所述基板的第二表面印刷由可剝離材料組成的第二圖案，所述可剝離材料的第二圖案在所述基板的所述第二表面限定將形成第二導電薄膜結構的區域；在所述基板的所述圖案化的第一表面和所述圖案化的第二表面沉積導電材料的薄膜；以及從所述基板剝離可剝離材料的所述第一圖案和所述第二圖案；從而除去所述可剝離材料的第一圖案、所述可剝離材料的第二圖案、以及在可剝離材料的所述第一或所述第二圖案上形成的任何導電材料，在所述基板的所述第一表面留下所述第一導電薄膜結構并在所述基板的所述第二表面留下所述第二導電薄膜結構。
52.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述剝離步驟包括使用溶劑以除去所述可剝離材料。
53.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述剝離步驟包括使用機械力以除去所述可剝離材料。
54.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中使用機械力包括刷洗。
55.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中使用機械力包括使用噴嘴。
56.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述剝離步驟包括涂覆粘合劑層，所述粘合劑層相對于所述金屬薄膜和/或可剝離材料具有高于所述基板的所述可剝離材料的粘合強度；以及通過剝離所述粘合劑層除去所述可剝離材料和形成在其上的任何金屬薄膜。
57.根據權利要求44所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述剝離步驟包括使用溶劑以除去所述可剝離材料。
58.根據權利要求44所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述剝離步驟包括使用機械力以除去所述可剝離材料。
59.根據權利要求44所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中使用機械力包括刷洗。
60.根據權利要求44所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中使用機械力包括使用噴嘴。
61.根據權利要求44所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述剝離步驟包括在所述導體沉積步驟后，將第二粘合劑層涂覆至所述基板；以及通過剝離所述第二粘合劑層以在沒有所述第一印刷粘合劑或增附材料的區域除去所述導電薄膜。
62.根據權利要求61所述的方法，其中當與所述第二粘合劑層的內聚強度、所述第一粘合劑或所述增粘材料的內聚強度、所述金屬薄膜的內聚強度、所述金屬薄膜和所述第二粘合劑層之間的粘合強度、以及所述金屬薄膜和所述第一粘合劑或所述增附材料之間的粘合強度進行比較時，導電薄膜和所述基板之間的粘合強度是最弱的。
63.根據權利要求1所述的在基板上形成圖案化導電薄膜結構的方法，其中所述剝離步驟包括在所述導體沉積步驟后，將粘合劑層涂覆至所述基板；以及通過剝離所述粘合劑層在有所述第一印刷粘合劑或增粘材料的區域除去所述導電薄膜。
64.根據權利要求63所述的方法，其中所述導電薄膜的內聚強度以及導電薄膜和所述基板之間的粘合強度大于下述三種力的任何一種所述可剝離材料的內聚強度、所述導電薄膜和所述可剝離材料之間的粘合強度、以及所述可剝離材料和所述基板之間的粘合強度。
全文摘要
本發明披露了一種在基板上形成圖案化導電結構的方法。在基板上用材料(如遮蔽涂料或油墨)印刷圖案，該圖案是這樣的以致于，在一個具體實施例中，所需要的導電結構將在印刷材料不存在的區域形成，即印刷待形成的導電結構的負像。在另一個具體實施例中，用難以從基板上剝離的材料印刷圖案，并且所需要的導電結構將在印刷材料存在的區域形成，即印刷導電結構的正像。該導電材料沉積在圖案化基板上，并且剝離不想要的區域，留下圖案化電極結構。
文檔編號H05K3/18GK1453624SQ0312226
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月24日 優先權日2002年4月24日
發明者珍·E·赫博曲, 趙一雄, 吳讓二, 阿巴斯·哈希尼, 保羅·根德勒, 梁榮昌 申請人:希畢克斯影像有限公司