金属掩膜板的设计方法、金属掩膜板的制备方法与流程

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种金属掩膜板的设计方法、金属掩膜板的制备方法。

背景技术：

随着技术发展，oled(organiclightemittingdiode，简称有机发光二极管)显示装置日益深入人们的生活。在oled显示装置的制备工艺中，广泛应用精细金属掩膜板(finemetalmask，简称fmm)的小分子蒸镀技术，应用多层金属掩膜板，通过金属掩膜板中的开口将有机发光材料蒸镀到薄膜晶体管背板的特定位置，从而实现彩色显示。

金属掩膜板的精度为微米级，与薄膜晶体管背板的匹配对位的精度要求非常高。通常情况下，薄膜晶体管的开口相对背板特定位置的偏移超过5微米，上一层金属掩膜板和下一层金属掩膜板蒸镀的有机发光材料在发光时就会发生颜色的互相干扰，导致显示器件在显示时发生“混色”不良，例如，在显示白色画面时，画面发青或发粉。导致显示器件“混色”不良的原因包括：金属掩膜板设计、制造商制作精度、使用时的对位精度、金属掩膜板多次使用的“疲劳”和“松弛”以及和薄膜晶体管背板贴合情况等多种因素。上述各因素除设计因素之外，均可通过调整改进工艺来提高精度，因此对金属掩膜板的设计提出了较高的要求。

设计并制造好的金属掩膜板经拉伸焊接在框架上，厚约数十微米、长约百微米、宽约几十到几百微米的金属掩膜板在两端施加的拉力下会产生较大形变，如图1所示，比较设计好的金属掩膜板1与拉伸焊接后的金属掩膜板2可见，拉伸焊接后的金属掩膜板2在拉伸方向发生伸长形变、在垂直于拉伸方向发生缩短形变，导致金属掩膜板上的开口因此发生移动和形变，从而与薄膜晶体管背板失配。有鉴于此，在设计金属掩膜板时，通过在拉伸方向和收缩方向分别设计补偿量，让其在拉伸或收缩发生形变后达到预期位置。目前，补偿量来源于成型样品金属掩膜板中，拉伸/收缩前对位标识与拉伸/收缩后对位标识的测量和计算，这种方式虽然能提供金属掩膜板的补偿量，但是效率低下，而且增加了金属掩膜板的工艺成本。

如何在金属掩膜板的设计初期就考虑金属掩膜板的形变量，一次性设计出包含了补偿量的金属掩膜板成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中上述不足，提供一种金属掩膜板的设计方法、金属掩膜板的制备方法，通过计算预估出金属掩膜板拉伸受力后的形变量，在设计或制作金属掩膜板时对该形变量进行负补偿，准确的抵消因拉伸后产生的形变，确保金属掩膜板的精度。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该金属掩膜板的设计方法，包括步骤：

根据所述金属掩膜板在使用时的拉伸力、以及所述金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性，分别计算所述金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变量；

根据所述金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变量，以与形变量相同、但形变趋势相反的方式补偿所述金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变。

优选的是，获取所述金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性包括：

确定所述金属掩膜板的设计尺寸；

获取用于制备所述金属掩膜板的材料属性；

根据所述金属掩膜板的设计尺寸、以及用于制备所述金属掩膜板的材料属性，计算所述金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性。

优选的是，所述金属掩膜板的设计尺寸包括长度、宽度和厚度，以及所述金属掩膜板中的开口尺寸、横向开口间距和纵向开口间距；用于制备所述金属掩膜板的材料属性包括杨氏模量和泊松比。

优选的是，计算所述金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性为：

所述金属掩膜板的拉伸方向杨氏模量ex为：

ex＝e×e/(a+e)

所述金属掩膜板的垂直于拉伸方向的方向杨氏模量ey为：

ey＝e×b/(c+b)

所述金属掩膜板的泊松比ν为：

ν＝ν0×l/w×((a+e)*(b+c)/(a·b))^1/2

其中：所述金属掩膜板的宽度为w，长度为l，所述金属掩膜板中的开口大小为a·b，横向开口间距为e，纵向开口间距为c，用于制备所述金属掩膜板的材料的杨氏模量为e，泊松比为ν0。

一种实施方式为，所述金属掩膜板的拉伸力为f，则有：

所述金属掩膜板在拉伸方向上的截面正应力σx为：

σx＝f/(w×t)

所述金属掩膜板在拉伸方向上的截面伸长量δl为：

δl＝±f×l/(ex×w×t)

所述金属掩膜板在拉伸方向上的截面正应变εx为：

εx＝δl/l＝σx/ex

所述金属掩膜板在拉伸方向上的正应变εx与垂直于拉伸方向的方向上的正应变εy的关系为：

εx＝-ν×εy。

另一种实施方式为，进一步包括：根据所述金属掩膜板的厚度以及开口倾斜度设置修正参数c1，有：

所述金属掩膜板在拉伸方向上的截面正应力σx为：

σx＝f/(w×c1×t)；

所述金属掩膜板在拉伸方向上的伸长量δl为：

δl＝±f×l/[ex×(w×c1×t)]；

所述金属掩膜板在拉伸方向上的截面正应变εx为：

εx＝δl/l＝σx/ex；

所述金属掩膜板在拉伸方向上的正应变εx与垂直于拉伸方向的方向上的正应变εy的关系为：

σx＝-ν×εy。

优选的是，修正系数c1的范围为1/2～1/4。

优选的是，所述金属掩膜板在拉伸方向上的形变补偿量为：

t.r.x＝δl/l％＝σx/ex％；

所述金属掩膜板在与垂直于拉伸方向的方向上的形变补偿量为：

t.r.y＝δw/w％＝εy％＝-t.r.x/ν％。

优选的是，所述金属掩膜板中的开口为矩形，所述开口的长边与所述金属掩膜板的长边方向相同；

所述金属掩膜板的拉伸方向为长边方向，垂直于拉伸方向的方向为短边方向。

一种金属掩膜板的制备方法，根据上述的设计方法对所述金属掩膜板进行互相垂直的两个方向上的形变补偿。

本发明的有益效果是：通过该金属掩膜板的设计方法、金属掩膜板的制备方法，根据具体的金属掩膜板尺寸、材料属性及开口尺寸等计算出在金属掩膜板拉伸方向和垂直于拉伸方向的方向上的形变量，以便在实际设计或制作金属掩膜板时对该计算得到的形变量进行负补偿，确保金属掩膜板在拉伸后各个开口的位置精度。

附图说明

图1为金属掩膜板的形变趋势示意图；

图2为金属掩膜板的开口示意图；

图3为本发明实施例1中金属掩膜板的设计方法的流程图；

图4为金属掩膜板中开口刻蚀的断面示意图；

图5为本发明实施例2中金属掩膜板形变补偿的示意图；

附图标识中：

1－设计好的金属掩膜板；2-拉伸焊接后的金属掩膜板；3-金属掩膜板；4-开口。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明金属掩膜板的设计方法、金属掩膜板的制备方法作进一步详细描述。

本发明的技术构思在于：究其原因，金属掩膜板即很薄的金属片，在拉伸方向和在垂直于拉伸方向上的形变最根本的原因在于，金属掩膜板因密集的开口导致形变属性发生变化，导致金属掩膜板上密集的开口因此会发生移动和形变，从而与薄膜晶体管背板失配。根据金属掩膜板在拉伸焊接时发生形变的根本因素，在设计金属掩膜板时就考虑该形变，从而在设计时加入补偿量以抵消拉伸焊接金属掩膜板产生的形变。

实施例1：

针对金属掩膜板因存在张网收缩率，需要在金属长宽方向上的补偿的问题，本实施例提供一种金属掩膜板的设计方法及其相应的金属掩膜板的制备方法，采用该金属掩膜板的设计方法及其相应的金属掩膜板的制备方法无需提前制备样品掩膜板，直接通过计算获得形变补偿量，从而使得一次性设计出包含了补偿量的金属掩膜板得以实现。

通常情况下，已知金属掩膜板的拉伸力为f，厚度为t，宽度为w，长度为l,杨氏模量为e，泊松比为ν0，则：

金属掩膜板在拉伸方向的截面正应力σx为：

σx＝f/w×t公式(1-1)

金属掩膜板在拉伸方向的截面伸长量δl为：

δl＝±f×l/e×a公式(1-2)

金属掩膜板在拉伸方向的截面正应变εx为：

εx＝δl/l＝σx/e公式(1-3)

金属掩膜板在拉伸方向上的正应变εx与垂直于拉伸方向的方向上的正应变εy的关系为：

εx＝-ν0×εy。公式(1-4)

然而，由于金属掩膜板上开了很多较小的开口，其杨氏模量e和泊松比ν与原材料相比，会发生变化，原先各向同性的材料会变为各向异性，具体的变化量与开口的大小、密度有关，以如图2所示的矩形开口为例，开口的长、宽分别以a、b示意，密度与纵向开口间距c、横向开口间距e有关。开口后，导致金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性发生变化。针对金属掩膜板中的开口，拉伸方向即轴向方向，垂直于拉伸方向的方向即横向。

本实施例的金属掩膜板的设计方法及其相应的金属掩膜板的制备方法旨在解决上述的问题，如图3所示，该金属掩膜板的设计方法，包括步骤：

步骤s1)：根据金属掩膜板在使用时的拉伸力、以及金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性，分别计算金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变量。

在该步骤中，获取金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性包括：

步骤s11)：确定金属掩膜板的设计尺寸。

金属掩膜板的设计尺寸包括长度、宽度和厚度，以及金属掩膜板中的开口尺寸、横向开口间距和纵向开口间距。

步骤s12)：获取用于制备金属掩膜板的材料属性。

用于制备金属掩膜板的材料属性包括杨氏模量和泊松比。

步骤s11)和步骤s12)通过提供与形变属性相关的技术参数，进而获得金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性，为形变补偿量提供计算依据。

步骤s13)：根据金属掩膜板的设计尺寸、以及用于制备金属掩膜板的材料属性，计算金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性。

由于开口使得金属掩膜板的杨氏模量e和泊松比ν与原材料相比会发生变化，以如图2所示的矩形开口为例，开口后计算金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变属性为：

金属掩膜板的拉伸方向杨氏模量ex为：

ex＝e×e/(a+e)公式(1-5)

金属掩膜板的垂直于拉伸方向的方向杨氏模量ey为：

ey＝e×b/(c+b)公式(1-6)

金属掩膜板的泊松比ν为：

ν＝ν0×l/w×((a+e)*(b+c)/(a·b))^1/2公式(1-7)

其中：金属掩膜板的宽度为w，长度为l，金属掩膜板中的开口大小为a·b，横向开口间距为e，纵向开口间距为c，用于制备金属掩膜板的材料的杨氏模量为e，泊松比为ν0。在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值为泊松比，采用泊松比进行计算无需引入剪切模量，因此能简化设计。

步骤s13)进一步获得了与形变属性相关的杨氏模量和泊松比，为掩膜板形变补偿量提供计算依据。

步骤s2)：根据金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变量，以与形变量相同、但形变趋势相反的方式补偿金属掩膜板在互相垂直的两个方向上的形变，即进行负补偿。

在该步骤中，金属掩膜板的拉伸力为f，则有：

金属掩膜板在拉伸方向上的截面正应力σx为：

σx＝f/(w×t)公式(1-8)

金属掩膜板在拉伸方向上的截面伸长量δl为：

δl＝±f×l/(ex×w×t)公式(1-9)

金属掩膜板在拉伸方向上的截面正应变εx为：

εx＝δl/l＝σx/ex公式(1-10)

金属掩膜板在拉伸方向上的正应变εx与垂直于拉伸方向的方向上的正应变εy的关系为：

εx＝-ν×εy。公式(1-11)

通过以上步骤，获得与形变相关的应变参数，为形变补偿量提供计算依据。

在此基础上，金属掩膜板在拉伸方向上的形变补偿量为：

t.r.x＝δl/l％＝σx/ex％；公式(1-12)

金属掩膜板在与垂直于拉伸方向的方向上的形变补偿量为：

t.r.y＝δw/w％＝εy％＝-t.r.x/ν％。公式(1-13)

根据上述计算所得的互相垂直的两方向上的形变量，即可在掩膜板设计过程中提供形变补偿量。

通常情况下，金属掩膜板为矩形，金属掩膜板中的开口如图2所示的为矩形，开口的长边与金属掩膜板的长边方向相同。此时，金属掩膜板的拉伸方向为长边方向，垂直于拉伸方向的方向为短边方向。通过设定蒸镀开口与金属掩膜板的关系，保证恰当的补偿关系。

可以理解的是，随着掩膜制备技术的进步以及蒸镀图形的多样化设计，金属掩膜板中的开口也可以为其他形状，此时可根据金属掩膜板在拉伸焊接工艺中的位置，同样能采用本实施例中的金属掩膜板的设计方法对互相垂直的两个方向上进行形变补偿量进行，这里不做限定。

相应的，本实施例还提供一种金属掩膜板的制备方法，其根据上述的设计方法对金属掩膜板进行互相垂直的两个方向上的形变补偿。从而，无需提前制备样品掩膜板，直接通过计算获得形变补偿量的金属掩膜板。

本实施例中的金属掩膜板的设计方法，在设计的过程中通过已知的金属掩膜板材料属性、金属掩膜板尺寸；再结合特定的张网力，计算出金属掩膜板在长边方向和短边方向的形变量，进而计算出金属掩膜板制作时需要的补偿量。运用该方法，可以在设计和制作时考虑金属掩膜板的长短边形变，计算出长短边方向需要设计的补偿值，并在设计或制作时加以补偿，使得金属掩膜板在收到拉伸并发生形变后，金属掩膜板上的开口还能正确的对应到薄膜晶体管背板的对应位置，保证金属掩膜板的状态达到最好。

实施例2：

本实施例提供一种金属掩膜板的设计方法及其相应的金属掩膜板的制备方法，无需提前制备样品掩膜板，直接通过计算获得形变补偿量，从而使得一次性设计出包含了补偿量的金属掩膜板得以实现。本实施例与实施例1的区别在于，在该金属掩膜板的设计方法及其相应的金属掩膜板的制备方法中，还设置了与金属掩膜板的厚度以及开口倾斜度相关的修正参数，并根据金属掩膜板的厚度以及开口倾斜度设置修正参数c1。

在实施例1的金属掩膜板的设计方法的基础上，

金属掩膜板的轴向杨氏模量ex为：

ex＝e×e/(a+e)公式(2-1)

金属掩膜板的横向杨氏模量ey为：

ey＝e×b/(c+b)公式(2-2)

金属掩膜板的泊松比ν为：

v＝v0×l/w×((a+e)*(b+c)/(a·b))^1/2公式(2-3)

由于金属掩膜板通常是通过刻蚀工艺制造的，其对应图2中a-a断面剖线的刻蚀断面如图4所示。在这种工艺下，金属掩膜板厚度会发生变化，而且由于采用刻蚀工艺形成的开口4并非规则形状，开口4与金属掩膜板3平面存在倾斜角θ，因此设置了与金属掩膜板3的厚度以及开口4的倾斜度相关的修正参数c1倍，从而提供更为准确的应变参数，优选修正系数c1的范围为1/2～1/4。

综合上述考虑，宽度为w，长度为l的金属掩膜板在拉伸力为f，开口大小为ab，横向开口间距为e，纵向开口间距为c时，有：

金属掩膜板在拉伸方向上的截面正应力σx为：

σx＝f/(w×c1×t)公式(2-4)

金属掩膜板在拉伸方向上的伸长量δl为：

δl＝±f×l/[ex×(w×c1×t)]公式(2-5)

金属掩膜板在拉伸方向上的截面正应变εx为：

εx＝δl/l＝σx/ex公式(2-6)

金属掩膜板在在拉伸方向(轴向)上的正应变εx与垂直于拉伸方向的方向(横向)上的正应变εy的关系：

σx＝-ν×εy公式(2-7)

因此，金属掩膜板在拉伸方向上(轴向)形变补偿量(即张网收缩率tensionratio)为：

t.r.x＝δl/l％＝σx/ex％公式(2-8)

金属掩膜板在横向形变补偿量为：

t.r.y＝δw/w％＝εy％＝-t.r.x/ν％公式(2-9)

例如，设计金属掩膜板的拉伸力f为24n，金属掩膜板的长度l为850mm，宽度w为83mm,厚度t为0.03mm，材料杨氏模量e为141000n/mm²，泊松比ν0为0.29，开口大小为a＝0.041、b＝0.037，横向开口间距e为0.037，纵向开口间距c为0.041mm，则根据本实施例中的金属掩膜板的设计方法计算得到：

轴向形变补偿量为t.r.x＝0.0255％；

横向形变补偿量为t.r.y＝-0.0042％。

根据现有技术的掩膜板设计方法，在相同的设计参数金属掩膜板的条件下，采用样品金属掩膜板方式获得的同等参数下金属掩膜板的形变测量值约为t.r.x＝0.02％，t.r.y＝-0.003％，可见，本实施例中的金属掩膜板的设计方法得到的形变补偿量与样本金属掩膜板的形变测量结果吻合度相当高，因此在设计时加入补偿量以抵消拉伸焊接金属掩膜板产生的形变。

相应的，本实施例还提供一种金属掩膜板的制备方法，如图5所示，其根据上述的设计方法对金属掩膜板进行互相垂直的两个方向上的形变补偿。从而，无需提前制备样品掩膜板，直接通过计算获得形变补偿量的金属掩膜板。

本实施例中的金属掩膜板的设计方法，在设计的过程中通过已知的金属掩膜板材料属性、金属掩膜板尺寸、以及与金属掩膜板的厚度以及开口倾斜度相关的修正参数；再结合特定的张网力，计算出金属掩膜板在长边方向和短边方向的形变量，进而计算出金属掩膜板制作时需要的补偿量。运用该方法，可以在设计和制作时考虑金属掩膜板的长短边形变，计算出长短边方向需要设计的补偿值，并在设计或制作时加以补偿，使得金属掩膜板在收到拉伸并发生形变后，金属掩膜板上的开口还能正确的对应到薄膜晶体管背板的对应位置，保证金属掩膜板的状态达到最好。

综上，实施例1、2提供的金属掩膜板的设计方法及其金属掩膜板的制备方法，通过计算金属掩膜板的张网收缩率(tensionratio)，从而获得金属掩膜板制作时需要的补偿量，进而在金属掩膜板设计时进行补偿，在金属掩膜板的设计初期就考虑金属掩膜板的形变量，一次性设计出包含了补偿量的金属掩膜板，降低了金属掩膜板的工艺成本。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。