在柔性襯底上圖案化導(dǎo)電膜的方法
【專(zhuān)利摘要】一種圖案化導(dǎo)電膜的方法通過(guò)提供在其上承載所述導(dǎo)電膜的柔性襯底以形成組合層來(lái)執(zhí)行。然后，使所述組合層圍繞曲率半徑彎曲，以便沿彎曲表面的曲率軸在所述脆性導(dǎo)電膜上施加應(yīng)力。向所述導(dǎo)電膜施加所述應(yīng)力導(dǎo)致大體垂直于所述襯底和所述導(dǎo)電膜彎曲方向的裂縫線的形成。裂縫線用于在其之間限定導(dǎo)電部分并且使所述導(dǎo)電部分電絕緣，所述導(dǎo)電部分可在電子器件中用作電極和地址線。
【專(zhuān)利說(shuō)明】在柔性襯底上圖案化導(dǎo)電膜的方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求在2012年1月20日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/632, 236的權(quán)益，此申 請(qǐng)的內(nèi)容以引用的方式并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 總體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及形成導(dǎo)電電極的方法。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及在柔性襯底上 形成導(dǎo)電電極的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)控制設(shè)置在柔性襯底上的導(dǎo)電膜（如 銦-錫-氧化物（ITO))層的破裂來(lái)形成圖案化電極的方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 典型平板顯示器，如LC(液晶）顯示器和等離子顯示器，利用真空沉積在剛性玻璃 襯底上的導(dǎo)電的銦-錫-氧化物（ITO)薄膜來(lái)控制顯示器的多種操作功能。也就是說(shuō)，在 所述平板顯示器的生產(chǎn)期間，使用常規(guī)光微影技術(shù)將ITO膜圖案化為光學(xué)透明的電極。另 夕卜，利用光微影技術(shù)生產(chǎn)平板顯示器需要電極至顯示器的驅(qū)動(dòng)電路的精確并準(zhǔn)確的接合， 這可能是昂貴的。然而，近來(lái)平板顯示器工業(yè)已試圖用柔性襯底（如由柔性塑料形成的那 些）代替剛性玻璃襯底的使用，同時(shí)仍然保持使用ITO或其它導(dǎo)電聚合物，使用改進(jìn)的印刷 和光微影技術(shù)來(lái)形成透明電極。
[0005] 另外，雖然ITO具有許多電子應(yīng)用（包括例如平板顯示器和光伏器件）所需要的 期望光學(xué)特性和電特性，但是ITO是脆性的，并且當(dāng)其上承載ITO膜的襯底彎曲或撓曲時(shí)， ITO容易破裂。因此，使用ITO的電子器件傾向于易碎并且需要小心處理，并且在一些情況 下，可導(dǎo)致所述電子器件的降低的生產(chǎn)率。相反，為ITO的替代物的導(dǎo)電聚合物具有比ITO 更具柔性并且能夠在利用印刷和光微影技術(shù)的電子器件制造工藝中使用的優(yōu)點(diǎn)。然而，與 ITO相比，導(dǎo)電聚合物具有多種缺點(diǎn)，包括減小的導(dǎo)電性和減小的透光性。
[0006] 因此，存在對(duì)于一種低成本的將導(dǎo)電膜（如銦-錫-氧化物（ITO))在柔性襯底上 圖案化為導(dǎo)電電極的方法的需要。另外，存在對(duì)于一種與連續(xù)的卷裝進(jìn)出（roll-to-roll) 制造工藝相容的將導(dǎo)電膜（如銦-錫-氧化物（ITO))在柔性襯底上圖案化為導(dǎo)電電極的 方法的需要。另外，還存在對(duì)于一種將導(dǎo)電膜（如銦-錫-氧化物（ITO))圖案化為精確限 定的導(dǎo)電電極的方法的需要。另外，存在對(duì)于一種易于執(zhí)行并且消除了對(duì)于昂貴的以及對(duì) 環(huán)境有害的材料和溶劑的需要的在柔性襯底上圖案化導(dǎo)電膜（如銦-錫-氧化物（ITO)) 的方法的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)上文，本發(fā)明的第一方面提供一種圖案化導(dǎo)電膜的方法，所述方法包括：提供 具有設(shè)置在其上的導(dǎo)電膜的柔性襯底以形成組合層、使所述柔性襯底圍繞曲率半徑彎曲， 以及使所述曲率半徑沿所述組合層移動(dòng)以在所述導(dǎo)電膜中形成多個(gè)裂縫線，其中所述多個(gè) 裂縫線中的每一對(duì)在其之間限定導(dǎo)電部分并且使所述導(dǎo)電部分電絕緣。
[0008] 本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種圖案化導(dǎo)電膜的方法，所述方法包括：提供具 有設(shè)置在其上的導(dǎo)電膜的柔性襯底，以便形成細(xì)長(zhǎng)的組合層；提供第一和第二大體平行的 板，所述板通過(guò)間隙間隔開(kāi)；將所述襯底的一部分附接至第一板和第二板中的每一個(gè)，以使 所述組合層以曲率半徑橫跨所述間隙彎曲；以及使所述第一板和所述第二板中的一個(gè)相 對(duì)于另一個(gè)滑動(dòng)，以便使所述組合層以所述曲率半徑彎曲，以便在所述導(dǎo)電膜中形成多個(gè) 裂縫線，從而所述多個(gè)裂縫線中的每一對(duì)在其之間限定導(dǎo)電部分并且使所述導(dǎo)電部分電絕 緣。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 參考以下描述、附加權(quán)利要求和附圖將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu) 點(diǎn)，其中：
[0010] 圖IA為示出根據(jù)本發(fā)明的概念，由PET襯底和設(shè)置在其上的銦-錫-氧化物（ITO) 膜形成的組合層的正視圖；
[0011] 圖IB為示出根據(jù)本發(fā)明的概念，組合的PET/ITO層圍繞曲率半徑彎曲以在ITO膜 中形成裂縫線的正視圖；
[0012] 圖IC為示出根據(jù)本發(fā)明的概念，組合的ΡΕΤ/ΙΤ0層已彎曲之后在ITO膜中形成的 裂縫線的正視圖；
[0013] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的概念，組合的ΡΕΤ/ΙΤ0層的透射光學(xué)顯微鏡圖像的示意性表 示，其示出在ITO膜中形成的裂縫線；
[0014] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的概念，示出組合的ΡΕΤ/ΙΤ0層在分開(kāi)預(yù)定距離的兩個(gè)平玻璃 板之間滾動(dòng)以在ITO膜中形成裂縫線的正視圖；并且
[0015] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的概念，組合的ΡΕΤ/ΙΤ0層的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像的示 意性表示，其示出在ITO膜中形成的裂縫線。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 提出一種將設(shè)置在柔性襯底上的導(dǎo)電膜圖案化以形成導(dǎo)電電極的方法。具體來(lái) 說(shuō)，將可包含銦-錫-氧化物（ITO)或其它合適材料的薄導(dǎo)電膜10涂覆在柔性襯底20上， 以形成組合層30,如圖IA中所示。一方面，柔性襯底20可包含聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET) 以及任何其它合適的柔性材料，例如像塑料?？墒褂萌魏魏线m的工藝，例如像濺射或真空沉 積，將ITO膜10涂覆或以其它方式設(shè)置在柔性襯底20上。一旦將ITO膜10設(shè)置在柔性襯 底20上，就向組合層30施加應(yīng)力，以使ITO膜10破裂成為電絕緣的導(dǎo)電部分。確切地說(shuō)， 使ITO膜10破裂的能力是其脆性（即，不能維持尺寸變化而不斷裂）以及襯底20被撓曲 的能力導(dǎo)致的。
[0017] 為了使導(dǎo)電ITO膜10破裂或以其它方式將其圖案化，通過(guò)機(jī)械撓曲或通過(guò)熱應(yīng)力 的施加向ITO膜10施加應(yīng)力。通過(guò)使組合層30以待討論的方式彎曲來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械撓曲，彎 曲的曲率半徑從而相反地控制施加至襯底20和ITO膜10的機(jī)械應(yīng)力的量值。也就是說(shuō)， 用于形成彎曲的曲率半徑越小，施加到襯底20和ITO膜10上的機(jī)械應(yīng)力的量越大?；蛘撸?在對(duì)組合層30熱處理的情況下，襯底20和導(dǎo)電ITO膜10具有不同的熱膨脹系數(shù)，以使溫 度的改變將產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變，所述機(jī)械應(yīng)變用于在導(dǎo)電ITO膜10中產(chǎn)生裂縫線
[0018] 因此，在將ITO膜10設(shè)置在柔性襯底20上之后，通過(guò)使襯底20彎曲來(lái)向組合層 30施加機(jī)械應(yīng)力，以便具有指定為"R"的曲率半徑。一方面，曲率半徑R可通過(guò)簡(jiǎn)單地使 組合層30在其自身彎曲來(lái)產(chǎn)生，或通過(guò)使組合部分圍繞大體圓柱部分32 (如桿）彎曲來(lái)產(chǎn) 生，以使組合層圍繞曲率半徑R延伸設(shè)定量，例如像約180度，如圖IB中所示。施加至導(dǎo)電 ITO膜10的彎曲應(yīng)力在ITO膜10中形成多個(gè)均勻間隔的裂縫線40,如圖IC和圖2中所示。 裂縫線40在ITO膜10中形成為以與組合層30正在彎曲的方向大體垂直的方向延伸的線。 另外，間隔的裂縫線40在其之間在ITO膜10中限定大體均勻的導(dǎo)電帶或?qū)щ姴糠?0。另 夕卜，應(yīng)了解，裂縫線40使相鄰導(dǎo)電帶或?qū)щ姴糠?0彼此電絕緣，從而允許導(dǎo)電部分50充當(dāng) 導(dǎo)電電極。
[0019] 繼續(xù)參考圖IA至圖1B，先前討論的通過(guò)組合層30的機(jī)械彎曲施加的應(yīng)力可根據(jù) 以下方法進(jìn)行計(jì)算。應(yīng)了解，出于以下討論的目的，導(dǎo)電膜10的厚度通常比襯底20薄幾個(gè) 數(shù)量級(jí)。因此，當(dāng)計(jì)算施加至組合層30的應(yīng)力時(shí)，導(dǎo)電膜10的厚度忽略不計(jì)，如以下所呈 現(xiàn)。確切地說(shuō)，參考圖1B，在其中襯底20由PET形成并且圍繞具有曲率半徑"R"的彎曲部 分32彎曲180度的情況下，鄰近彎曲部分32的曲率半徑R的襯底20內(nèi)表面的長(zhǎng)度等于 πR。襯底20的外表面具有比其內(nèi)表面更長(zhǎng)的長(zhǎng)度，這允許襯底20適應(yīng)指定為"?\"的襯 底膜20的厚度。另外，襯底20的長(zhǎng)度等于JiT1，并且襯底20圍繞其彎曲的曲率半徑增加 至R+!\，得到膜的總長(zhǎng)π(IHT1)。因此，應(yīng)力可表示為襯底20適應(yīng)彎曲所需要的長(zhǎng)度的相 對(duì)增加，并且由以下方程式定義：- ，其簡(jiǎn)化為T(mén)1A。因此，襯底厚度20與用于 πκ 使組合層30彎曲的彎曲部分32的曲率半徑R的比限定了施加至組合層30的應(yīng)力，其最終 導(dǎo)致在導(dǎo)電ITO膜10中形成裂縫線40。
[0020] 換句話(huà)說(shuō)，由于柔性襯底20圍繞由彎曲部分32提供的曲率半徑R彎曲，如圖IB中所示，所以襯底20的外表面伸長(zhǎng)和/或襯底的內(nèi)表面收縮由曲率半徑R和襯底的厚度T1 限定的量，以便適應(yīng)彎曲。襯底20外表面的長(zhǎng)度將比圍繞彎曲的襯底20的內(nèi)表面的長(zhǎng)度 長(zhǎng)襯底20厚度1\的π倍，如圖IB中所示。因此，由彎曲誘導(dǎo)的應(yīng)力的相對(duì)量等于襯底20 的厚度1\相對(duì)于正用于使組合層30彎曲的彎曲部分32的曲率半徑R的比。例如，在其中 襯底20包括由具有約7密耳或約0. 17mm的厚度1\的PET形成的襯底并且圍繞具有Imm的 曲率半徑R的彎曲部分32緊密彎曲的情況下，襯底20長(zhǎng)度的改變％將為17%，這足以在 ITO膜10中產(chǎn)生裂縫線40。
[0021] 或者，還可通過(guò)向組合層30應(yīng)用熱變化，以便相對(duì)于導(dǎo)電ITO膜10的尺寸改變襯 底20的尺寸來(lái)在導(dǎo)電ITO膜中形成裂縫線40。也就是說(shuō)，如果柔性襯底20的熱膨脹系數(shù) 顯著不同于導(dǎo)電膜10,那么可通過(guò)加熱或冷卻組合層30來(lái)在導(dǎo)電膜10中產(chǎn)生裂縫線40。 另外，如果熱膨脹系數(shù)對(duì)于柔性襯底20是各向同性的，那么組合層30的溫度變化將在導(dǎo)電 膜10中產(chǎn)生隨機(jī)對(duì)準(zhǔn)的裂縫線?；蛘?，可能使用以一個(gè)方向均勻拉伸的柔性襯底20。將組 合層30加熱至玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上將產(chǎn)生襯底20的在一個(gè)方向上的大的均勻收縮，所述收 縮可用于在導(dǎo)電膜10中產(chǎn)生均勻的裂縫線，類(lèi)似于由先前討論的彎曲技術(shù)產(chǎn)生的那些。
[0022] 因此，導(dǎo)電膜10中形成的裂縫線40用于破壞或至少大大減小導(dǎo)電膜10的導(dǎo)電 性，并且因此用于使導(dǎo)電膜10的相鄰的導(dǎo)電部分或?qū)щ妿?0電絕緣。因此，導(dǎo)電ITO膜10 的受控破裂允許形成規(guī)則間隔的裂縫線40,這允許所述工藝用于在具有精確形狀和尺寸的 導(dǎo)電膜10中形成電極圖案。例如，可通過(guò)均勻地滾動(dòng)涂有銦-錫-氧化物（ITO)薄膜10 的聚酯PET襯底20來(lái)產(chǎn)生分開(kāi)5-10微米的均勻的裂縫線40。ITO膜10中的裂縫形成為 垂直于彎曲方向的線。
[0023] 在實(shí)驗(yàn)評(píng)估期間，通過(guò)將組合層30定位在通過(guò)具有預(yù)定距離的間隙112間隔開(kāi)的 兩個(gè)厚的、相對(duì)的平玻璃板100與110之間來(lái)在導(dǎo)電ITO膜10中形成裂縫40,如圖3中所 示。應(yīng)了解，板1〇〇、11〇可由任何合適的材料（例如像鋁）形成。一方面，板100和110可 通過(guò)滾動(dòng)間隔件114分開(kāi)，所述滾動(dòng)間隔件114如圓柱形桿或其它可滾動(dòng)物品或輥，如球軸 承或珠粒，以維持板1〇〇、11〇處于大體平行布置，以限定待向組合層30賦予的曲率半徑并 且促進(jìn)板100、110相對(duì)于彼此的移動(dòng)。確切地說(shuō)，組合層30被定位，以使柔性襯底20的一 個(gè)端部附接到玻璃板100的內(nèi)表面120,而柔性襯底20的另一個(gè)端部附接到另一個(gè)玻璃板 110的內(nèi)表面130,如圖3中所示。接下來(lái)，組合層30在兩個(gè)板100、110之間滾動(dòng)，ITO膜 10和襯底20從而被彎曲由曲率半徑R限定的量，所述曲率半徑R由間隙112的大小確定。 一方面，在此構(gòu)型中，柔性襯底20彎曲約180度。因此，裂縫線40在ITO膜10中沿彎曲或 沿曲率軸R形成，以便適應(yīng)由通過(guò)間隙112限定的曲率半徑r施加的應(yīng)力。例如，圖4示出 通過(guò)使組合層30彎曲產(chǎn)生的裂縫線40的SEM(掃描電子顯微鏡）圖像，其中板100、110被 間隔，以使間隙112向組合層30賦予Imm的曲率半徑。
[0024] 因此，一方面，預(yù)期的是，限定導(dǎo)電部分50的寬度的將裂縫線40分開(kāi)的距離隨著 用于使組合層30彎曲的曲率半徑R的增加而增加，從而所述分開(kāi)的量取決于多種其它指 標(biāo)，包括但不限于：ΙΤ0膜10的厚度，以及ITO膜10和襯底20的柔性和脆性。例如，對(duì)于 1毫米或更小的曲率半徑，裂縫線分開(kāi)約2-8微米，如圖2和圖3中所示。在另一個(gè)實(shí)施例 中，約2mm的曲率半徑可產(chǎn)生分開(kāi)約10-20微米的裂縫線。
[0025] 接著，在ITO膜10已彎曲以在其中形成裂縫線40之后，當(dāng)沿裂縫線40測(cè)量時(shí)，ITO 膜10的導(dǎo)電性基本上保持不變，而與用于完成彎曲過(guò)程的曲率半徑R無(wú)關(guān)。對(duì)于利用近似 Imm或更小的緊密或小曲率半徑R的彎曲，垂直于所形成的裂縫線40所測(cè)量的電導(dǎo)率降低 超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)。以下表1示出作為彎曲曲率半徑R的函數(shù)的ITO膜10的并聯(lián)電阻和垂 直電阻（電導(dǎo)率的倒數(shù)），其中示出雖然垂直電導(dǎo)率（即，垂直于裂縫線40的方向上的電導(dǎo) 率）隨著減少的曲率半徑R而減少，但其并不消除。
[0026]

【權(quán)利要求】
L 一種圖案化導(dǎo)電膜的方法，所述方法包括： 提供具有設(shè)置在其上的導(dǎo)電膜的柔性襯底以形成組合層； 使所述柔性襯底圍繞曲率半徑彎曲；以及 使所述曲率半徑沿所述組合層移動(dòng)以在所述導(dǎo)電膜中形成多個(gè)裂縫線，其中所述多個(gè) 裂縫線中的每一對(duì)在其之間限定導(dǎo)電部分并且使所述導(dǎo)電部分電絕緣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)電膜的厚度小于所述襯底的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述彎曲步驟通過(guò)使所述組合層圍繞所述曲率半 徑彎曲約180度來(lái)執(zhí)行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述曲率半徑為約1mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述曲率半徑小于約1mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述曲率半徑在約1mm至2. 5mm之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)電膜包含銦-錫-氧化物（ITO)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述襯底包含聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述移動(dòng)步驟持續(xù)執(zhí)行。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述曲率半徑由彎曲表面限定，所述彎曲步驟通 過(guò)使所述柔性襯底抵靠所述彎曲表面彎曲來(lái)執(zhí)行。
11. 一種圖案化導(dǎo)電膜的方法，所述方法包括： 提供具有設(shè)置在其上的導(dǎo)電膜的柔性襯底，以便形成細(xì)長(zhǎng)的組合層； 提供由間隙間隔開(kāi)的第一和第二大體平行的板； 將所述襯底的一部分附接至所述第一板和所述第二板中的每一個(gè)，以使所述組合層以 曲率半徑橫跨所述間隙彎曲；以及 使所述第一板和所述第二板中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)滑動(dòng)，以便使所述組合層彎曲所述 曲率半徑，以便在所述導(dǎo)電膜中形成多個(gè)裂縫線，從而所述多個(gè)裂縫線中的每一對(duì)在其之 間限定導(dǎo)電部分并且使所述導(dǎo)電部分電絕緣。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述導(dǎo)電膜的厚度小于所述襯底的厚度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中執(zhí)行所述滑動(dòng)步驟，以使所述組合層圍繞所述 曲率半徑彎曲約180度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述曲率半徑為約1mm。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述曲率半徑小于約1mm。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述曲率半徑在約1mm至2. 5mm之間。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述導(dǎo)電膜包含銦-錫-氧化物（ITO)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述襯底包含聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一板和所述第二板通過(guò)至少一個(gè)輥間隔 開(kāi)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中執(zhí)行所述滑動(dòng)步驟以使所述組合層持續(xù)彎曲。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK104487813SQ201280071311
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月20日
【發(fā)明者】J·L·西, 李達(dá)為 申請(qǐng)人:肯特州立大學(xué)