具有母线的叉合电极的膜构造及其制备方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]许多常见的电子器件可在柔性基板上以连续方式制成。基于膜的连续方法已被证实可以完整或部分制造电容器、电阻、薄膜电池、有机光伏器件(OPV)、有机发光二极管(OLED)及其他组件。然而，只有很少的连续技术可用于生产完全集成的多层电子膜，特别是具有许多层(例如，超过100多层)和电极的多层电子膜。另外，许多薄膜电子器件通过多个气相沉积和图案化步骤制备。因此，存在对于复杂电极及其制备方法的需求。
【发明内容】
[0002]符合本发明的多层叉合电极膜具有第一主表面、与第一主表面相背对的第二主表面、沿第一主表面和第二主表面延伸的面内方向以及在第一主表面和第二主表面之间延伸的z方向。沿面内方向的第一多个电极层位于第一主表面和第二主表面之间，沿z方向的第一母线电连接第一多个电极层并与第一多个电极层集成在一起。沿面内方向的第二多个电极层位于第一主表面和第二主表面之间，沿z方向的第二母线电连接第二多个电极层并与第二多个电极层集成在一起。第一多个电极层与第二多个电极层相互叉合，绝缘层使第一母线和第一多个电极层与第二母线和第二多个电极层电隔离。
[0003]符合本发明的多通道叉合电极膜具有第一主表面、与第一主表面相背对的第二主表面、沿第一主表面和第二主表面延伸的面内方向以及在第一主表面和第二主表面之间延伸的z方向。沿z方向的第一多个电极层位于第一主表面和第二主表面之间，沿面内方向的第一母线电连接第一多个电极层并与第一多个电极层集成在一起。沿z方向的第二多个电极层位于第一主表面和第二主表面之间，沿面内方向的第二母线电连接第二多个电极层并与第二多个电极层集成在一起。第一多个电极层与第二多个电极层相互叉合，绝缘层使第一母线和第一多个电极层与第二母线和第二多个电极层电隔离。
[0004]符合本发明的方法包括共挤出材料以形成多层叉合电极膜和多通道叉合电极膜。
【附图说明】
[0005]附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，并且它们结合【具体实施方式】阐明本发明的优点和原理。在这些附图中，
[0006]图1为具有内埋电极和竖直母线的多层叉合电极膜的剖视图；
[0007]图2为图1的膜的透视图；
[0008]图3为具有裸露电极和竖直母线的多层叉合电极膜的剖视图；
[0009]图4为具有水平母线的多通道叉合电极膜的剖视图；
[0010]图5为图4的膜的透视图；
[0011]图6为具有竖直母线的多层叉合电极膜在分离为独立电极膜之前的剖视图；
[0012]图7为用于制备具有母线的叉合电极膜的送料区块的前视图；
[0013]图8为图7的送料区块的前分解透视图；
[0014]图9为用于制备具有母线的叉合电极膜的系统的顶视框图；并且
[0015]图10为图9的系统的透视图。
【具体实施方式】
[0016]本发明的实施例包括多层(和多通道)可熔融加工的聚合物膜构造及其制备方法。熔融加工在薄膜电子器件领域中的优势包括两方面:显著减小单个电有源层的厚度并显著增大电极的表面积。多层形式的熔融加工可经由单个加工法提供，例如完全集成的电子膜。可用于薄膜电子器件的多层熔融加工的附加有益效果包括精确的界面控制、界面粘附力的控制、精确的厚度控制以及较高的横维均匀度和顺维均匀度。
[0017]这些技术及其组合可用于制备一系列具有交替电极层的结构。这些多层器件的共同特点是存在竖直电极片段和水平电极片段两者，其中，竖直片段与尺寸最短的膜轴线对齐，并且水平片段沿挤出膜的面内方向对齐，但相反的排列方式也可用于多通道电极膜。诸如多层挤出和多通道挤出的连续制造方法可以实现这些构造。
[0018]这些膜的另一个优势在于集成的面内电极与沿膜z方向的竖直连接电极之间形成连接。竖直母线使叉合电极结构稳定从而保持其电稳定性而不发生短路，并能够与面内电极实现稳健的连接，并提供了将器件结构的重复单元分割为单个电极膜的方法。用竖直母线稳定叉合电极也有助于防止边缘的电极间距发生变化并防止电路短路。这些膜的另一个优势在于它们可通过无需3D图案化、印刷或多个平版印刷步骤的工艺进行制备。这些电极膜的应用包括致动器、传感器和电容器等。
[0019]腊构诰
[0020]图1-图6示出了多层叉合电极膜和多通道叉合电极膜的示例性构造。如图所示，这些膜具有第一主表面、与第一主表面相背对的第二主表面以及通常沿第一主表面和第二主表面方向的面内方向。对膜的描述以X方向、y方向和z方向为基准。X方向沿膜长度方向(或制备膜时沿顺维方向)，y方向沿膜宽度方向，z方向沿第一主表面和第二主表面之间的距离方向。
[0021]图1和图2分别为具有内埋电极和竖直母线的多层叉合电极膜10的剖视图和透视图。膜10包括与处在主表面之间沿膜的面内方向的电极层14相互叉合的电极层12。绝缘层16将电极层12与电极层14分隔开。沿z方向(例如膜10的边缘)的母线18在膜10的主表面之间的一个位置处电连接电极层12并与电极层12集成在一起。沿z方向(例如膜10的另一边缘)的母线20在膜10的主表面之间的另一个位置处电连接电极层14并与电极层14集成在一起。膜的主表面上可设置可选的表层15和17作为最外层。膜10具有内埋电极，在膜10中除了可选的表层15和17，绝缘层16还覆盖位于膜10主表面最外层上的电极层12和电极层14。表层是用于保护膜的层，并且其可以移除且不损坏膜的功能，例如，其作为电极的特性。表层15和17可由相同或不同的材料形成。如果使用电极膜之前不移除表层，则表层应当不导电。
[0022]图3为具有裸露电极和竖直母线多层叉合电极膜22的剖视图。膜22包括与处在主表面之间沿面内方向的电极层26相互叉合的电极层24。绝缘层28将电极层24与电极层26分隔开。沿z方向(例如膜22的边缘)的母线30在膜22的主表面之间的一个位置处电连接电极层24并与电极层24集成在一起。沿z方向(例如膜22的另一边缘)的母线32在膜22的主表面之间的另一个位置处电连接电极层26并与电极层26集成在一起。膜22具有裸露电极，其中绝缘层28并未包覆位于膜22主表面最外层上的电极层24和电极层26。
[0023]图4和图5分别为具有水平母线的多通道叉合电极膜34的剖视图和透视图。膜34包括与处在主表面之间沿z方向的电极层38相互叉合的电极层36。绝缘层40将电极层36与电极层38分隔开。沿面内方向的母线44电连接膜34的一个主表面上的电极层36并与电极层36集成在一起，沿面内方向的母线42电连接膜34的另一主表面上的电极层38并与电极层38集成在一起。
[0024]图6为具有竖直母线的多层叉合电极膜46在膜分离之前的剖视图。在该实例中，膜46包括三个部分。第一部分包括与在主表面之间沿面内方向的电极层50相互叉合的电极层48。绝缘层52将电极层48与电极层50分隔开。沿z方向的母线54电连接处在主表面之间的电极层48并与电极层48集成在一起，沿z方向的母线56电连接处在主表面之间的电极层50并与电极层50集成在一起。
[0025]第二部分包括与主表面之间沿面内方向的电极层60相互叉合的电极层58。绝缘层62将电极层58与电极层60分隔开。沿z方向的母线56电连接处在主表面之间的电极层58并与电极层58集成在一起，沿z方向的母线64电连接处在主表面之间的电极层60并与电极层60集成在一起。
[0026]第三部分包括与主表面之间沿面内方向的电极层68相互叉合的电极层66。绝缘层70将电极层66与电极层68分隔开。沿z方向的母线64电连接处在主表面之间的电极层66并与电极层66集成在一起，沿z方向的母线72电连接处在主表面之间的电极层68并与电极层68集成在一起。
[0027]膜46可沿共同母线56和64中的划线74和76切开而分离以由这三个部分制备三个独立的多层叉合电极膜。可使用例如更多或更少的部分在单个工艺中以制备所需多个未分离的电极膜。
[0028]在图1-图6所示的示例性膜中，电极层在一对一的