CN104512075B - 离型层、基板结构、与柔性电子元件工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的基板结构，应用于柔性电子元件工艺，包括：支撑载体；离型层，以第一面积覆盖支撑载体，其中离型层为芳香性聚亚酰胺；以及柔性(flexible)基板，以第二面积覆盖离型层与支撑载体，其中第二面积大于第一面积，且柔性基板与支撑载体之间的密着度大于离型层与支撑载体之间的密着度。
Description
技术领域
本发明涉及一种离型层(release layer)，特别涉及包括此离型层的基板结构与其制作方法。
背景技术
由于2011年行动通讯快速兴起与内容服务相结合的发展趋势，柔性显示器已成为新世代新颖显示器的发展趋势。世界各大研发公司均由现行厚重且易破碎的玻璃基板跨入非玻璃系(如重量更轻的柔性塑料基板材料)，并朝向主动式全彩TFT显示面板迈进。随着平面显示器在智能手机(Smart Phone)与平板计算机(Tablet)的新应用需求，产品设计朝向薄化与重量更轻的趋势迈进。另一个备受瞩目的发展重点为可挠式/柔性显示技术，未来可能开启显示器设计变革新纪元。随着中小尺寸面板量产技术成熟，在轻薄、争取电池空间的价值要求下，有机会量产可挠式柔性显示器。
柔性基板的制造方式可分成批次式(batch type)及卷对卷(roll to roll)两种方式。若选择批次式制作TFT元件，可利用现有TFT设备进行制作，具有相当优势。但批次式必须发展所谓基板转移或离膜技术，将柔性显示器从玻璃上转移到其它柔性基板上，或由玻璃基板上取下柔性基板。而卷对卷式则必须利用全新设备来进行，并必须克服转动及接触所引发的相关问题。
以批次式式制作TFT元件如LTPS，因工艺温度高于400℃，所以需要耐高温材料。由于批次式可使用现有玻璃基板的相关工艺设备，可节省设备的成本支出。但如何在玻璃上的柔性基板上进行工艺时不会产生离型状况，且在完成元件后又可轻易将柔性基板取下而不粘附于玻璃上，将是一大关键。
综上所述，目前亟需新的基板结构用于柔性电子元件工艺。
发明内容
本发明提供可耐高温材料(例如400℃以上)，以应用于TFT工艺，可使玻璃上的柔性(flexible)基板上进行工艺时不会产生离型状况，且在完成元件后又可轻易将柔性基板取下而不粘附于玻璃。
本发明一实施例提供的离型层(release layer)，应用于柔性电子元件工艺，且该离型层为芳香性聚亚酰胺。
本发明一实施例提供的基板结构，应用于柔性电子元件工艺，包括：支撑载体；离型层，以第一面积覆盖支撑载体，其中离型层为芳香性聚亚酰胺；以及柔性基板，以第二面积覆盖离型层与支撑载体，其中第二面积大于第一面积，且柔性基板与支撑载体之间的密着度(adhesion force)大于离型层与支撑载体之间的密着度。
本发明一实施例提供的柔性电子元件工艺，包括：提供支撑载体；形成第一面积的离型层覆盖支撑载体，且离型层为芳香性聚亚酰胺；形成第二面积的柔性基板覆盖离型层与支撑载体，其中第二面积大于第一面积，且柔性基板与支撑载体之间的密着度大于离型层与支撑载体之间的密着度；形成元件于柔性基板上；以及分离支撑载体与离型层，且自支撑载体分离的离型层与柔性基板的面积实质上等于第一面积。
附图说明
图1A示出了本发明一实施例中的基板结构的剖视图。
图1B与图1C示出了本发明一实施例中的基板结构的上视图。
图2A至图2E示出了本发明一实施例中的柔性电子元件的工艺剖视图。
具体实施方式
本发明提供的基板结构具有耐高温的特性。在支撑载体与柔性基板中间，导入耐高温涂布型的离型层材料。藉由离型层，可分隔柔性基板与支撑载体，避免柔性基板在后段高温工艺后，柔性基板与玻璃粘死而无法分离，造成无法取下柔性基板的问题。上述基板结构可提升工艺良率。
请参阅图1A，本发明一实施例提供的基板结构10可用于柔性电子元件工艺。基板结构10包括支撑载体12、离型层14、以及柔性基板16。支撑载体12可包括玻璃或硅晶圆。离型层14覆盖支撑载体12的面积为A1，且离型层14的图案可为一或多个区块(如图1B或图1C所示)。值得注意的是，上述离型层14的图案仅用以举例，本技术领域中具有通常知识者自可依需求选择适当的离型层14的图案的形状、大小、与密度。离型层14为芳香性聚亚酰胺，由二胺与二酸酐共聚而成。二胺为4,4'-二胺基二苯醚、3,4'-二胺基二苯醚、对苯二胺、2,2'-二(三氟甲基)二胺基联苯、或上述的组合，且二酸酐为均苯四甲酸二酐、联苯四羧酸二酐、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐、或上述的组合。二胺与二酸酐先聚合形成聚酰胺酸(Polyamic acid，PAA)后，再脱水形成聚亚酰胺(Polyimide，PI)，如式1所示。
在式1中，Ar1与Ar2各自为芳香基，而n为重复数目。在实际操作上，可先初步聚合二胺与二酸酐形成聚酰胺酸后，以极性非质子溶剂如二甲基乙酰胺(DMAc)调整聚酰胺酸溶液中的固含量。接着将聚酰胺酸溶液涂布于支撑载体12上，加热涂层使聚酰胺酸反应形成聚亚酰胺的离型层14。在本发明一实施例中，离型层14的厚度介于0.1μm至4μm之间。若离型层14的厚度过厚，则会增加成本且烘烤后膜面易不佳。若离型层14的厚度过薄，涂布时则易产生不均匀导致部份离型失效。
接着形成柔性基板16覆盖离型层14与支撑载体12，且柔性基板16具有面积A2。值得注意的是，面积A2大于面积A1。在一实施例中，柔性基板16与支撑载体12之间的密着度可介于2B至5B之间(百格刀密着度测试)，且柔性基板16与支撑载体12之间的密着度，大于离型层14与支撑载体12之间的密着度。在实际操作上，可将柔性基板16的材料的溶液涂布于支撑载体12及离型层14上以形成涂层。柔性基板16的组成不同于离型层14的组成。柔性基板16可为聚亚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚丙烯酸酯、聚原冰烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、或聚醚亚酰胺。在本发明一实施例中，可进一步添加粉末如二氧化硅、有机粘土、或上述的组合至柔性基板16的材料的溶液中，以进一步增加柔性基板16与支撑载体12之间的密着度。举例来说，可采用某芳香性聚亚酰胺作为离型层14，再取相同芳香性聚亚酰胺与粉末的混合物作为柔性基板16。在此实施例中，柔性基板16中的芳香性聚亚酰胺与粉末的重量比介于1:0.11至1:0.43之间，且粉末的大小需小于200nm。若粉末的比例过高，则柔性基板16的可挠性下降甚至碎裂。若粉末的比例过低，则柔性基板16与支撑载体12之间的密着度不足，在高温工艺中可能产生剥离等问题。若粉末的粒径过大，则会造成薄膜不透明或高雾度。在本发明其他实施例中，离型层14的芳香性聚亚酰胺不同于柔性基板的组成。柔性基板16的厚度介于5μm至40μm之间。若柔性基板16的厚度过厚，则会增加成本。若柔性基板16的厚度过薄，则可能无法提供成品足够的机械强度。
图2A至图2E说明了本发明的一实施例，一种柔性电子元件的工艺。首先提供图1A所示的基板结构10，再形成元件(未图标)于基板结构10的柔性基板16上。上述元件可为薄膜晶体管(TFT)、微机电(MEM)元件、光电转换元件、电致发光元件如有机发光二极管(OLED)、其他元件、或上述的组合。在本发明一实施例中，上述元件的工艺温度介于250℃至450℃之间。值得注意的是，若以其他组成作为离型层14，在上述元件的工艺温度中可能产生形变或碎裂等问题。
在完成元件后，分离支撑载体12与离型层14。在理想情况下，上述切割步骤如图2A所示，以离型层14的两端点作为切除点(A’)。但在实际情况下，上述分离步骤以垂直支撑载体12表面的方向，切割离型层14与柔性基板16重叠的边缘部份(切除点B’，见图2B)，以避免切割后的柔性基板16与支撑载体12之间残留任何柔性基板16(见第2C图)。自支撑载体12分离的柔性基板16与离型层14的面积，实质上等于面积A1。值得注意的是，虽然图示中的切割步骤切穿支撑载体12，但实际操作时可切割至支撑载体12的表面，而不需完全穿过支撑载体12。
经上述切割步骤后，柔性基板16与支撑载体12之间只具有离型层14，且没有任何柔性基板16与支撑载体12相连。如此一来，可轻易分离离型层14与支撑载体12，如图2D所示。在本发明一实施例中，可在上述步骤后分离离型层14与柔性基板16，如图2E所示。
上述离型层14可作为产品的保护膜，不需在分离支撑载体12与离型层14的步骤后立刻移除。举例来说，可在产品运送给用户后，再由使用者自行分离离型层14与柔性基板16，且分离方式可为简单撕除。另一方面，若上述具有元件于其上的柔性基板16为半成品，则可在运送至下个加工处后再移除离型层14。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举实施例配合所附图式，作详细说明如下:
实施例
实施例1(聚酰胺酸高分子溶液的合成)
取16.53g(0.153mol)的对苯二胺(p-Phenylenediamine，PPD)溶于246.13g的二甲基乙酰胺(DMAc)中。将45g(0.153mol)的联苯四羧酸二酐(3,3',4,4'-Biphenyltetracarboxylic dianhydride，BPDA)分三批次加入对苯二胺溶液中，每次间隔30分钟。待BPDA全部加入后，于室温下搅拌，此时反应会放热且可得粘稠液体，持续搅拌至少8小时，之后再加入102.54g DMAc稀释并持续搅拌均匀，使得整体固含量为15％，溶液粘度介于5,000cps～100,000cps。上述反应如式2所示。
实施例2(形成离型)
取100g的实施例1的聚酰胺酸溶液，加入275g DMAc稀释并持续搅拌均匀，可得整体固含量为4％聚酰胺酸溶液。将上述溶液涂布于玻璃载体上，形成厚度为60μm的湿膜。经过50℃、150℃、210℃、400℃各半小时烘烤后，使聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺(P1)，即得离型层于玻璃载体上。上述反应如式3所示：
以热重分析仪(Thermogravimetric Analysis,TGA)分析离型层(P1)，于大气下以10℃/min的升温速度量测离型层(P1)的热裂解温度(Td)为614.19℃。
实施例3(基板结构)
取30g实施例1的固含量15％的聚酰胺酸溶液，与5.63g 20％二氧化硅溶胶(NCTDMAC sol)溶液混合，利用机械搅拌使其均匀分散，待其反应完全后，即得二氧化硅/聚酰胺酸混合溶液，其用以形成柔性基板。
接着将二氧化硅/聚酰胺酸混合溶液涂布于实施例2的离型层与玻璃载体上，湿膜厚度为400μm，经过50℃、150℃、210℃、300℃各半小时，及400℃1小时烘烤后，使湿膜中的聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺(见式3)，形成二氧化硅/聚亚酰胺(P1+SiO2)的柔性基板。至此完成柔性基板(P1+SiO2)覆盖离型层(P1)与玻璃载体的耐高温基板结构。接着以刀片割开柔性基板与离型层重叠的边缘部份(2公分宽)，量测其离型力(g)如表1与表2所示。
实施例4(聚酰胺酸高分子溶液的合成)
取30.63g(0.153mol)的4,4'-二胺基二苯醚(4,4'-Oxydianiline,ODA)溶于302.52g的二甲基乙酰胺(DMAc)中。将45g(0.153mol)的联苯四羧酸二酐(3,3',4,4'-Biphenyltetracarboxylic dianhydride，BPDA)分三批次加入4,4'-二胺基二苯醚溶液中，每次间隔30分钟。待BPDA全部加入后，于室温下搅拌，此时反应会放热且可得粘稠液体，持续搅拌至少8小时，之后再加入126.05g DMAc稀释并持续搅拌均匀，使得整体固含量为15％，溶液粘度介于5,000cps～100,000cps。上述反应如式4所示。
实施例5(形成离型层)
取100g的实施例4的聚酰胺酸溶液，加入275g DMAc稀释并持续搅拌均匀，可得整体固含量为4％聚酰胺酸溶液。将上述溶液涂布于玻璃载体上，形成厚度为60μm的湿膜。经过50℃、150℃、210℃、400℃各半小时烘烤后，使聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺，即得离型层(P2)于玻璃载体上。上述反应如式5所示：
以热重分析仪(Thermogravimetric Analysis,TGA)分析离型层(P2)，于大气下以10℃/min的升温速度量测离型层(P2)的热裂解温度(Td)为576.67℃。
实施例6(基板结构)
将实施例3制备的二氧化硅/聚酰胺酸混合溶液涂布于实施例5的离型层与玻璃载体上，湿膜厚度为400μm，经过50℃、150℃、210℃、300℃各半小时，及400℃1小时烘烤后，使湿膜中的聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺(见式3)，形成二氧化硅/聚亚酰胺(P1+SiO2)的柔性基板。至此完成柔性基板(P1+SiO2)覆盖离型层(P2)与玻璃载体的耐高温基板结构。接着以刀片割开柔性基板与离型层重叠的边缘部份(2公分宽)，量测其离型力(g)如表1所示。
实施例7(聚酰胺酸高分子溶液的合成)
取16.53g(0.153mol)的对苯二胺(p-Phenylenediamine,PPD)溶于236.72g的二甲基乙酰胺(DMAc)中。将35.98g(0.122mol)的联苯四羧酸二酐(3,3',4,4'-Biphenyltetracarboxylic dianhydride,BPDA)及6.67g(0.03mol)均苯四甲酸二酐(Pyromellitic dianhydride,PMDA)分三批次加入对苯二胺溶液中，每次间隔30分钟。待BPDA与PMDA全部加入后，于室温下搅拌，此时反应会放热且可得粘稠液体，持续搅拌至少8小时，之后再加入98.63g DMAc稀释并持续搅拌均匀，使得整体固含量为15％，溶液粘度介于5,000cps～100,000cps。上述反应如式6所示。
实施例8(形成离型层)
取100g的实施例7的聚酰胺酸溶液，加入275g DMAc稀释并持续搅拌均匀，可得整体固含量为4％聚酰胺酸溶液。将上述溶液涂布于玻璃载体上，形成厚度为60μm的湿膜。经过50℃、150℃、210℃、400℃各半小时烘烤后，使聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺，即得离型层(P3)于玻璃载体上。上述反应如式7所示：
以热重分析仪(Thermogravimetric Analysis,TGA)分析离型层(P3)，于大气下以10℃/min的升温速度量测离型层(P3)的热裂解温度(Td)为601.59℃。
实施例9(基板结构)
将实施例3制备的二氧化硅/聚酰胺酸混合溶液涂布于实施例8的离型层与玻璃载体上，湿膜厚度为400μm，经过50℃、150℃、210℃、300℃各半小时，及400℃1小时烘烤后，使湿膜中的聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺(见式3)，形成二氧化硅/聚亚酰胺(P1+SiO2)的柔性基板。至此完成柔性基板(P1+SiO2)覆盖离型层(P3)与玻璃载体的耐高温基板结构。接着以刀片割开柔性基板与离型层重叠的边缘部份(2公分宽)，量测其离型力(g)如表1所示。
实施例10(聚酰胺酸高分子溶液的合成)
取10.81g(0.1mol)的对苯二胺(p-Phenylenediamine，PPD)及5g(0.025mol)的4,4'-二氨基二苯醚(4,4'-Oxydianiline，ODA)溶于236.72g的二甲基乙酰胺(DMAc)中。将29.42g的(0.1mol)联苯四羧酸二酐(3,3',4,4'-Biphenyltetracarboxylic dianhydride,BPDA)及5.45g(0.025mol)均苯四甲酸二酐(Pyromellitic dianhydride,PMDA)分三批次加入对苯二胺与4,4'-二氨基二苯醚的溶液中，每次间隔30分钟。待BPDA与PMDA全部加入后，于室温下搅拌，此时反应会放热且可得粘稠液体，持续搅拌至少8小时，之后再加入1013.6gDMAc稀释并持续搅拌均匀，使得整体固含量为4％，溶液粘度介于500cps～50cps。上述反应如式8所示。
实施例11(基板结构)
将实施例10制备而成的聚酰胺酸高分子溶液(固含量4％)涂布于玻璃载体上，形成厚度为60μm的湿膜。经过50℃、150℃、210℃、400℃各半小时烘烤后，使聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺，即得离型层(P4)于玻璃载体上。上述反应如式9所示：
以热重分析仪(Thermogravimetric Analysis,TGA)分析离型层(P4)，于大气下以10℃/min的升温速度量测离型层(P4)的热裂解温度(Td)为603.62℃。
接着将实施例3制备的二氧化硅/聚酰胺酸混合溶液涂布于上述离型层与玻璃载体上，形成湿膜(厚度为400μm)。经过50℃、150℃、210℃、300℃各半小时，及400℃1小时烘烤后，使湿膜中的聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺(见式3)，形成二氧化硅/聚亚酰胺(P1+SiO2)的柔性基板。至此完成柔性基板(P1+SiO2)覆盖离型层(P4)与玻璃载体的耐高温基板结构。接着以刀片割开柔性基板与离型层重叠的边缘部份(2公分宽)，量测其离型力(g)如表1所示。
实施例12(基板结构)
取30g实施例4的15％聚酰胺酸溶液，与0.18g的四乙氧基硅烷(TEOS)溶液混合，利用机械搅拌使其均匀分散，待其反应完全后，即得四乙氧基硅烷/聚酰胺酸混合溶液，其用以形成柔性基板。
将四乙氧基硅烷/聚酰胺酸混合溶液涂布于实施例2的离型层(P1)与玻璃载体上，形成湿膜(厚度为400μm)。经过50℃、150℃、210℃、300℃各半小时，及400℃1小时烘烤后，使湿膜中的聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺(见式5)，形成二氧化硅/聚亚酰胺(P2+TEOSSiO2)的柔性基板。至此完成柔性基板(P2+TEOS SiO2)覆盖离型层(P1)与玻璃载体的耐高温基板结构。接着以刀片割开柔性基板与离型层重叠的边缘部份(2公分宽)，量测其离型力(g)如表2所示。
实施例13(基板结构)
取30g实施例7的15％聚酰胺酸溶液，与0.18g的γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷(Z-6040)溶液混合，利用机械搅拌使其均匀分散，待其反应完全后，即得γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷/聚酰胺酸混合溶液，其用以形成柔性基板。
将γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷/聚酰胺酸混合溶液涂布于实施例2的离型层(P1)与玻璃载体上，形成湿膜(厚度为400μm)。经过50℃、150℃、210℃、300℃各半小时，及400℃1小时烘烤后，使湿膜中的聚酰胺酸脱水环化成聚亚酰胺(见式7)，形成二氧化硅/聚亚酰胺(P3+Z-6040SiO2)的柔性基板。至此完成柔性基板(P3+Z-6040SiO2)覆盖离型层(P1)与玻璃载体的耐高温基板结构。接着以刀片割开柔性基板与离型层重叠的边缘部份(2公分宽)，量测其离型力(g)如第2表所示。
表1
表2
由表1与表2可知，于离型层区块进行取下测试，皆可顺利取下，且取下力道皆<15g(2cm宽)，显示离型层P1、P2、P3、P4皆有其功效，且不同基板材料对于离型层P1亦具备离型效用，不会因不同基板材料而有所不同结果。
符号说明
A1、A2 面积；
A’、B’ 切除点；
10 基板结构；
12 支撑载体；
14 离型层；
16 柔性基板。
Claims (9)
1.一种基板结构，包括：
支撑载体；
离型层，以第一面积覆盖该支撑载体；以及
柔性基板，以第二面积覆盖所述离型层与所述支撑载体，其中所述第二面积大于所述第一面积，且所述柔性基板与所述支撑载体之间的密着度大于所述离型层与所述支撑载体之间的密着度，
其中所述离型层为联苯四羧酸二酐与对苯二胺的共聚物，所述柔性基板为联苯四羧酸二酐与对苯二胺的共聚物与粉末的混合物。
2.权利要求1所述的基板结构，其中所述支撑载体包括玻璃或硅晶圆。
3.权利要求1所述的基板结构，更包括元件形成于所述柔性基板上。
4.权利要求1所述的基板结构，其中所述离型层的厚度介于0.1μm至4μm之间。
5.一种柔性电子元件工艺，包括：
提供支撑载体；
形成第一面积的离型层覆盖所述支撑载体；
形成第二面积的柔性基板覆盖所述离型层与所述支撑载体，其中所述第二面积大于所述第一面积，且所述柔性基板与所述支撑载体之间的密着度大于所述离型层与所述支撑载体之间的密着度；
形成元件于所述柔性基板上；以及
分离所述支撑载体与所述离型层，且自所述支撑载体分离的离型层与所述柔性基板的面积实质上等于所述第一面积，
其中所述离型层为联苯四羧酸二酐与对苯二胺的共聚物，所述柔性基板为联苯四羧酸二酐与对苯二胺的共聚物与粉末的混合物。
6.权利要求5所述的柔性电子元件工艺，其中形成所述元件于所述柔性基板上的步骤的温度介于250℃至450℃之间。
7.权利要求5所述的柔性电子元件工艺，其中分离所述支撑载体与所述离型层的步骤包括：以垂直所述支撑载体表面的方向，切割所述离型层与所述柔性基板重叠的边缘部份。
8.权利要求5所述的柔性电子元件工艺，更包括在分离所述支撑载体与所述离型层的步骤后，分离所述柔性基板与所述离型层。
9.权利要求5所述的柔性电子元件工艺，其中所述离型层的厚度介于0.1μm至4μm之间。
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