柔性基板结构及其形成方法，柔性电子器件与流程

本发明涉及电子器件制造技术领域，尤其涉及一种柔性基板结构及其形成方法，和一种柔性电子器件。

背景技术：

柔性电子和柔性显示技术是近年来电子器件制造领域较为活跃的研究方向之一，同时也是电子信息产业发展的重要方向之一。具有轻质、可弯曲、可折叠甚至可卷曲特性的柔性电子产品已经被广泛研究甚至生产制造，例如，柔性电子电路、柔性电致变色薄膜、柔性光伏器件、柔性智能标签或识别标签、柔性电池、柔性智能卡、柔性发光二极管以及有机发光二极管显示面板等。

但是，现有技术的柔性电子产品的寿命较短、可靠性较低。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有技术的柔性电子产品的寿命较短、可靠性较低。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种柔性基板结构，所述柔性基板结构包括：柔性衬底；位于所述柔性衬底上的平坦化层，所述平坦化层远离所述柔性衬底一侧的表面平坦；位于所述平坦化层上的阻挡层，所述阻挡层用于阻挡氧气和水气的渗透。

可选地，所述阻挡层包括无机阻挡层和聚合物阻挡层。

可选地，所述聚合物阻挡层位于所述无机阻挡层上。

可选地，所述无机阻挡层位于所述聚合物阻挡层上。

可选地，所述无机阻挡层和所述聚合物阻挡层的数量为多个，所述多个无机阻挡层和所述多个聚合物阻挡层交替堆叠于所述平坦化层上。

可选地，所述平坦化层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、环己烷二甲醇二丙烯酸酯聚合物、环状二丙烯酸酯聚合物、异冰片基甲基丙烯酸酯聚合物、三异氰脲酸酯聚合物、三丙烯酸酯聚合物、环氧树脂聚合物、硅树脂聚合物和聚氨酯聚合物中的一种或多种。

可选地，所述无机阻挡层的材料包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、二氧化钒、二氧化铬、二氧化锰、氮化硅和碳化硅中的一种或多种。

可选地，所述聚合物阻挡层的材料包括聚对二甲苯、聚氨酯和环氧树脂中的一种或多种。

可选地，所述柔性衬底的材料包括乙烯-四氟乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚烯烃、聚丙烯、聚醚砜、聚萘、聚酰亚胺、聚酯等聚酯薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯、不锈钢和铝中的一种或多种。

可选地，所述柔性衬底中分散有用于吸收氧气和水气的纳米颗粒。

可选地，所述纳米颗粒的材料包括氧化钙、一氧化钡、氧化硼、氧化镁、烷基铝和烷氧基铝中的一种或多种。

对应地，本发明实施例还提供了一种柔性基板结构的形成方法，所述方法包括：提供柔性衬底；在所述柔性衬底上形成平坦化层，所述平坦化层远离所述柔性衬底一侧的表面平坦；在所述平坦化层上形成阻挡层，所述阻挡层用于阻挡氧气和水气的渗透。

可选地，所述平坦化层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、环己烷二甲醇二丙烯酸酯聚合物、环状二丙烯酸酯聚合物、异冰片基甲基丙烯酸酯聚合物、三异氰脲酸酯聚合物、三丙烯酸酯聚合物、环氧树脂聚合物、硅树脂聚合物 和聚氨酯聚合物中的一种或多种，形成所述平坦化层包括：在所述柔性衬底上涂布平坦化层单体材料；对所述平坦化层单体材料进行紫外光交联或者热固化处理，形成与所述单体材料对应的聚合物平坦化层。

可选地，形成所述阻挡层包括形成无机阻挡层和形成聚合物阻挡层。

可选地，所述无机阻挡层的材料包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、二氧化钒、二氧化铬、二氧化锰、氮化硅和碳化硅中的一种或多种，形成所述无机阻挡层的工艺为原子层沉积、物理气相沉积或者化学气相沉积。

可选地，所述聚合物阻挡层的材料包括聚对二甲苯、聚氨酯和环氧树脂中的一种或多种，形成所述聚合物阻挡层包括：涂布阻挡层单体材料；使所述阻挡层单体材料产生热致或光致聚合反应，形成聚合物阻挡层。

进一步地，本发明实施例还提供了一种柔性电子器件，所述柔性电子器件包括上述的柔性基板结构，以及位于所述柔性基板结构上的器件层。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

本发明实施例的柔性基板结构包括了平坦化层和位于所述平坦化层上的阻挡层，所述平坦化层能够填充所述柔性衬底表面的孔洞及裂痕，从而表面平整，不会将柔性衬底表面的尖端形貌传递至形成于其上的阻挡层；所述阻挡层结构致密，用于阻挡来自于柔性衬底或者外界的氧气和水气渗透，从而保护了后续形成于其上的器件层，提高了电子器件的可靠性和寿命。

进一步地，本发明实施例的阻挡层还可以为双层结构和多层结构，包括无机阻挡层和聚合物阻挡层。所述无机阻挡层结构致密，为氧气和水气的主要阻挡层；所述聚合物阻挡层可以堵住所述无机阻挡层中可能存在的针孔缺陷，并进一步阻挡氧气和水气的渗透。

对应地，本发明实施例的柔性基板结构的形成方法和柔性电子器件也可 以阻挡水气和氧气的渗透，提高电子器件的可靠性和寿命。

附图说明

图1示出了本发明一实施例的柔性基板结构的示意图；

图2示出了本发明另一实施例的柔性基板结构的示意图；

图3示出了本发明另一实施例的柔性基板结构的示意图；

图4示出了本发明另一实施例的柔性基板结构的示意图。

具体实施方式

在柔性电子产品中，柔性基板作为柔性电子产品的物理支撑和保护组件，对柔性电子产品的寿命和可靠性都有重要影响。但是柔性基板通常由聚合物材料制成，其表面不够平整，且内部存在气泡或者微孔洞；后续在所述柔性基板上形成器件层后，柔性基板的不平整表面容易在器件层引入各种尖端结构，造成尖端放电，影响器件寿命；进一步地，柔性基板内的气泡会释放氧气或者水气，外界的氧气和水气也可能通过柔性基板内的孔洞到达柔性基板上的器件层，氧气和水气容易造成器件层材料的变异，从而影响器件的可靠性和寿命。因此，如果对柔性基板进行改进，使其表面平整，且能够阻挡氧气和水气的渗透进入器件层，则可以提高形成于其上的电子产品的可靠性和寿命。

为此，本发明实施例提供了一种柔性基板结构，所述柔性基板结构平面平坦化，且能够阻挡来自于柔性衬底或者外界的氧气和水气渗透，从而保护了后续形成于其上的器件层，提高了电子器件的可靠性和寿命。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，提供这些附图的目的是有助于理解本发明的实施例，而 不应解释为对本发明的不当的限制。为了更清楚起见，图中所示尺寸并未按比例绘制，可能会做放大、缩小或其他改变。

参考图1，图1示出了本发明一实施例的柔性基板结构的示意图，所述柔性基板结构包括柔性衬底100、位于所述柔性衬底100上的平坦化层110和位于所述平坦化层110上的阻挡层120。

所述柔性衬底100为后续形成于其上的薄膜材料的物理支撑，由于其具有可弯曲或者可折叠的特征，特别适用于低成本的卷对卷(r2r)制造工艺。在一些实施例中，所述柔性衬底100可以由聚合物材料制成，例如，所述柔性衬底100的材料包括乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)、聚对苯二甲酸乙酯(pet)、聚乙烯(pe)、聚碳酸酯、聚烯烃、聚丙烯、聚醚砜(pes)、聚萘(pen)、聚酰亚胺、聚酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。在一些实施例中，所述柔性衬底100还可以为金属箔，例如，不锈钢或者铝。当然，在另外一些实施例中，所述柔性衬底100还可以同时包括金属箔和聚合物材料。

无论是聚合物材料还是金属箔，其表面可能都不够平整，具有各种尖端结构，如果在其上直接形成电子器件层，该尖端就会影响器件性能；另外，对于聚合物材料，由于其分子量较大，结构复杂，难免在其内部和表面形成气泡或者孔洞。当所述气泡释放出氧气或者水气渗透至器件层，或者外界的氧气或水气通过所述孔洞渗透至器件层，都会影响器件的性能。因此，如图1所示，本发明实施例的柔性基板结构在柔性衬底100上还形成了平坦化层110用于使所述柔性衬底100的表面平坦化，从而解决上述问题，所述平坦化层110可以填充所述柔性衬底100表面的孔洞，且所述平坦化层110远离所述柔性衬底100一侧的表面，也就是在其上形成有阻挡层120的表面平坦光滑，不会将柔性衬底100表面的尖端结构传递到上层的阻挡层或器件层。

在一些实施例中，所述平坦化层110的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、环 己烷二甲醇二丙烯酸酯聚合物、环状二丙烯酸酯聚合物、异冰片基甲基丙烯酸酯聚合物、三(2-羟基乙基)异氰脲酸酯聚合物、三丙烯酸酯聚合物、环氧树脂聚合物、硅树脂聚合物和聚氨酯聚合物中的一种或多种。但本发明的平坦化层110并不限于上述材料，能够填充所述柔性衬底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层110。

在一些实施例中，可以采用流体蒸镀、真空热蒸发、喷涂或者旋涂的方法形成所述平坦化层。具体地，在一实施例中，形成所述平坦化层110的方法包括：首先，采用真空热蒸发的方式将平坦化层单体材料涂布至所述柔性衬底100的上表面，由于单体材料的分子量较小，可以很容易地填充所述柔性衬底100表面的孔洞及裂痕，且在加热条件下，单体材料的流动性好，容易形成无缺陷的光滑表面；接着，对所述平坦化层单体材料进行紫外光交联或者热固化处理，形成与所述单体材料对应的所述平坦化层110，从而所述平坦化层110也表面光滑无缺陷。具体地，在一实施例中，采用甲基丙烯酸甲酯单体材料，它在所述柔性衬底100表面具有较好的流动性，可以很容易地填充柔性衬底100表面的孔洞及裂痕，通过加热或紫外光的照射形成聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃，pmma)的平坦化层110，从而修补了柔性衬底100表面的缺陷，使得平坦化层110表面光滑无缺陷。

在一些实施例中，所述平坦化层110里还可以分散有纳米颗粒材料，所述纳米颗粒材料能够吸收氧气和水气，使得所述平坦化层110不仅具有平坦化和填充功能，还同时能够吸收氧气和水气。具体地，在一些实施例中，所述纳米颗粒的材料为金属氧化物，例如，所述纳米颗粒可以为氧化钙(cao)、一氧化钡(bao)、氧化硼(bo)、氧化镁(mgo)纳米颗粒中的一种或多种；在一些实施例中，所述纳米颗粒的材料为有机金属化合物，例如，所述纳米可以为烷基铝(alkyl-aluminum)和烷氧基铝(alkoxy-aluminum)纳米颗粒中的一种或多种；在另一些实施例中，所述纳米颗粒还可以同时包括金属氧化 物纳米颗粒和有机金属氧化物纳米颗粒。具体地，在一实施例中，所述平坦化层110里包含氧化镁(mgo)纳米颗粒，氧化镁吸收水后可以形成固态物质mg(oh)2，可以起到阻碍水穿透平坦化层110的作用。

继续参考图1，本发明实施例的平坦化层110上还具有阻挡层120，所述阻挡层120的材料结构致密、性质稳定，用于阻挡氧气、水气以及其他有害气体渗透至形成于其上的器件层。具体地，在一些实施例中，采用原子层沉积工艺形成致密的无机材料的阻挡层120，比如采用原子层沉积氧化铝薄膜，原子层沉积工艺的覆盖性能好，厚度可以精确控制，而氧化铝材料结构是非常致密的，氧气和水气都不能轻易穿过。在另外一实施例中，也可以采用有机聚合物形成致密的聚合物材料的阻挡层120，比如采用对二甲苯二分子聚合物，通过真空热蒸发(90～170℃)、再经过高温热裂解(600～720℃)形成对二甲苯单体结构、最终在低温平坦化层110表面聚合成聚对二甲苯(poly-p-xylene)，商品名为帕里纶(parylene)，它可以致密覆盖平坦化层110表面，这种真空状态下室温沉积制备的0.1-100微米聚对二甲苯薄膜涂层，其厚度均匀、致密无针孔、透明无应力、有优异的防水防潮功能，它还有极其优良的电绝缘性能、耐热性、耐候性和化学稳定性。

所述阻挡层120可以为单层结构或者多层结构。在一些实施例中，如图1所示，所述阻挡层120为单层结构，所述阻挡层可以为结构致密的聚合物材料形成的聚合物阻挡层，或者为结构致密的无机材料形成的无机阻挡层。

在一些实施例中，如图2和图3所示，所述阻挡层120为双层结构，所述阻挡层120包括无机阻挡层1201和聚合物阻挡层1202，所述无机阻挡层1201为氧气和水气的主要阻挡层，所述聚合物阻挡层1202可以堵住所述无机阻挡层1201中可能存在的针孔缺陷，并进一步阻止氧气和水气的渗透。在一些实施例中，如图2所示，所述无机阻挡层1201位于所述平坦化层110上，所述有机阻挡层1202位于所述无机阻挡层1201上。在另一些实施例中，所 述无机阻挡层1201与所述聚合物阻挡层1202的相对位置可以改变，如图3所示，也可以为所述聚合物阻挡层1202位于所述平坦化层110上，所述无机阻挡层1201位于所述聚合物阻挡层1202上。

在另一些实施例中，为了更进一步提高阻挡层120对氧气和水气的阻挡效果，所述阻挡层120还可以为多于两层的多层结构。参考图4，其示出了一种多层结构的阻挡层120的结构示意图，所述阻挡层120包括了多个无机阻挡层1201和多个聚合物阻挡层1202。所述多个无机阻挡层1201和所述多个聚合物阻挡层1202交替堆叠于所述平坦化层110上。所述多个无机阻挡层1201和多个聚合物阻挡层1202的数量基于其自身材料特性和厚度、以及需要达到的阻挡性能要求所确定。在图4中，所述阻挡层120的最底层和最顶层分别为所述无机阻挡层1201和所述聚合物阻挡层1202，在其他一些实施例中，所述阻挡层120的最底层和最顶层也可以分别为所述聚合物阻挡层1202和所述无机阻挡层1201，或者均为所述无机阻挡层1201，或者均为所述聚合物阻挡层1202。

上述各实施例中，所述无机阻挡层1201的材料包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、二氧化钒、二氧化铬、二氧化锰、氮化硅和碳化硅中的一种或多种，形成所述无机阻挡层1201的工艺可以为原子层沉积、物理气相沉积或者化学气相沉积。例如，在一具体的实施例中，采用原子层沉积工艺形成氧化铝层作为所述无机阻挡层1201，原子层沉积工艺的覆盖性能好，厚度控制精确，而氧化铝材料结构致密，氧气和水气都不能穿过。

所述聚合物阻挡层1202的材料包括聚对二甲苯(c，n，d，af-4，sf，ht)、聚氨酯和环氧树脂中的一种或多种。形成所述聚合物阻挡层1202的工艺可以为流体蒸镀、真空热蒸发、喷涂或者旋涂。例如，在一实施例中，形成所述聚合物阻挡层1202包括：采用真空热蒸发的工艺涂布阻挡层单体材料；使所述阻挡层单体材料产生热致或光致聚合反应，形成聚合物阻挡层。其中 所述阻挡层单体材料可以为对二甲苯二分子聚合物、对二甲苯、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(单)丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸、月桂酯、丙烯酸β-羧乙基酯、丙烯酸四氢糠基酯、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、双酚a环氧二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异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、环状二丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、乙烯基醚、乙烯基萘和丙烯腈中的一种或多种。在一具体实施例中，可以采用对二甲苯二分子聚合物单体材料经过聚合反应后形成聚对二甲苯的聚合物阻挡层1202，具体工艺及优点在上文中已有描述，此处不再赘述。需要说明的是，其他经过聚合反应后可以形成结构致密的聚合物的单体材料也可以用来形成所述聚合物阻挡层1202。

需要说明的是，上述各层材料的厚度较薄，不对所述柔性衬底100的可弯曲或可折叠性能造成较大影响，具体厚度可以根据实际应用条件进行设定。例如，在一些实施例中，所述平坦化层110的厚度为0.1至100微米，所述无机阻挡层1201的厚度为1至200纳米，所述聚合物阻挡层1202的厚度为0.1至100微米。另外，还需要说明的是，由于所述柔性基板结构后续用于在其上形成电子器件，因此，所述平坦化层110、所述无机阻挡层1201和所述聚合物阻挡层1202还应当为绝缘材料，并具有适当的热导率以利于其上电子器件的散热。

对应地，本发明实施例还提供了一种形成上述柔性基板结构的方法，所述方法包括：提供柔性衬底；在所述柔性衬底上形成平坦化层，所述平坦化层远离所述柔性衬底一侧的表面平坦；在所述平坦化层上形成阻挡层，所述阻挡层用于阻挡氧气和水气的渗透。关于所述柔性基板结构的形成方法在上述实施例里中已经进行了描述，具体可参考上述的实施例，在此不再赘述。

进一步地，本发明实施例还提供了一种柔性电子器件，所述柔性电子器件包括上述实施例中的柔性基板结构，以及位于所述柔性基板结构上的器件层。所述柔性电子器件可以为柔性电子电路、柔性电致变色薄膜、柔性光伏器件、智能标签或识别标签、柔性电池、智能卡、柔性发光二极管、有机发光二极管显示面板、或者其他对氧气和水气敏感的电子器件等。本发明实施例的柔性电子器件由于采用上述的柔性基板结构，阻挡了氧气和水气进入所述器件层，提高了所述柔性电子器件的可靠性和寿命。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。