使用辊形状母基板的柔性电子器件的制造方法、柔性电子器件及柔性基板

摘要

本发明的目的在于，解决由现有柔性基板的低的工艺合适温度、高表面粗糙度、高热膨胀系数、不良操作特性的问题而引起的柔性电子器件的性能和收益率低下的问题。本发明的柔性电子器件的制造方法包括：在辊形状母基板上形成柔性基板的步骤；从辊形状母基板分离上述柔性基板的步骤；以及在与上述母基板相接触过的上述柔性基板的分离面上形成电子器件的步骤。

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性电子器件（Flexible electronic device）的制 造方法和通过该方法制造的柔性电子器件以及用于柔性电子器件的 柔性基板，更详细地，涉及一种包括可承受玻璃基板级别的高工艺温 度，并具有低表面粗糙度、低热膨胀系数以及优异操作特性的新结构 的柔性基板的柔性电子器件及其制造方法。

背景技术

近年来，伴随着多媒体的发展，柔性（flexible）电子器件的重要 性也在增加。因此，需要在具有挠性的基板上制造有机发光二极管 （organic light emitting display:OLED）、液晶显示装置（liquid  crystal display:LCD）、电泳显示装置（Electrophoretic display: EPD）、等离子体显示板（plasma display panel:PDP）、薄膜晶体 管（thin-film transistor:TFT）、微处理器（microprocessor）、随 机存取存储器（Random access memory:RAM）等。

其中，目前兴起如下技术的研发：将柔性显现性最高且特性最好 的有源矩阵有机发光二极管（Active matrix OLED:AMOLED）直接 使用于现有的多晶硅TFT工艺（polysilicon TFT process），由此能 够以高收益率制造。

一方面，关于使用柔性基板的电子器件的制造方法，大致分为三 个如下不同的方案：直接在塑料基板上制造的方案、采用转移 （trasfer）工艺的方案、以及直接在金属基板上制造的方案。

首先，就直接在塑料基板上制造电子器件的方案而言，大韩民国 专利公开号第2009-0114195公开了如下方法：在玻璃基板上粘结由 高分子物质而形成的挠性基板之后制造电子器件，然后从玻璃基板分 离；大韩民国公开专利号第2006-0134934公开了如下方法：在玻璃 基板上用旋涂法（spin-on method）涂布塑料之后制造电子器件，然 后从玻璃基板分离的柔性电子器件的制造方法。

但是，在上述专利文献公开的技术中，由于基板由塑料形成，因 此可进行工艺的温度为100-350℃，但在上述AMOLED、RAM、微 处理器等的制造中，需要进行硅的结晶温度为450℃以上的热处理的 工艺，因此存在用塑料基板不可能制造上述器件的问题。另外，在制 造过程中，由如Si或SiO₂、SiN的无机半导体和绝缘体与作为基板 的塑料的热膨胀系数之差产生裂纹、剥离等的缺陷，由此存在降低收 益率的问题。

此外，就采用转移工艺的方法而言，大韩民国专利公开号第 2004-0097228公开了如下方法：在玻璃基板上依次形成分离层、薄膜 器件、粘合层、临时基板，然后向分离层照射如激光的光线，由此分 离玻璃基板和被转移层的方法。

但是，当此采用转移工艺时，由于薄膜器件的厚度薄，因此在其 上部粘贴临时基板而制造器件，并在最后再移除临时基板，从而需要 双（double）转移工艺。该方法具有如下缺点：由于将临时基板在薄 膜器件上粘贴再移除，因此界面的粘合力弱，并且不能适用于如 OLED对水分或溶剂耐受性差的有机电子器件。而且，在玻璃基板和 临时基板的粘结、移除过程中，薄厚度的薄膜器件存在产生裂纹、杂 质混入等缺陷，由此存在降低收益率的问题。

另外，就使用金属基板的工艺而言，大韩民国专利公开号第 2008-0024037公开了通过在金属基板上形成的包括玻璃成分的缓冲 层，降低表面粗糙度，由此提供一种具有高生产收益率的柔性电子器 件的方法，大韩民国专利公开号第2009-0123164公开了通过研磨去 除金属基板上的加浮雕图案，由此提高收益率的方法，大韩民国专利 公开号第2008-0065210公开了在玻璃基板上形成剥离层和金属膜的 方法。

但是，用于柔性电子器件的15-150μm厚度的厚膜金属基板，由 于其制造方法具有数百nm以上的表面粗糙度。例如，对通过压延制 造的金属厚膜而言，存在压延痕，并且在玻璃基板上通过蒸镀形成的 金属厚膜情况下，随着厚度增加使表面粗糙度按比例增加，因此根据 蒸镀方法和条件而变化，从而在制造具有低表面粗糙度的柔性金属基 板上存在问题。由此，当使用现有金属基板时，为降低金属基板上的 表面粗糙度，将高分子系列平坦层涂布在金属基板上或进行研磨工 艺。但是，当使用高分子系列而降低表面粗糙度时，存在不能使用与 上述塑料基板工艺相同的高温工艺的问题，在采用研磨工艺时，虽然 适合于制造使用单晶Si基板的高额的微处理器或RAM的情况，但使 用于相对要求低价格、大面积的柔性电子器件上，存在大幅度降低经 济性的问题。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是为解决上述现有技术存在的问题而提出的，本发明的主 要课题在于，提供一种能得到与现有玻璃基板工艺相同水准的器件特 性的、具有低表面粗糙度的柔性基板的制造方法。

本发明其他课题在于，提供一种能够适用与使用现有玻璃基板的 工艺相同或更高温度的工艺的高性能柔性电子器件的制造方法。

另外其他课题在于，提供一种具有低热膨胀系数的柔性电子器件 用金属基板的制造方法，使得不产生因基板和在基板上制造的器件之 间的热膨胀系数之差而产生的裂纹或剥离等缺陷。

另一个其他课题在于，提供一种将柔性基板的特性适用于辊到辊 （roll to roll）工艺，由此可以实现高生产速度和量产化的柔性电子器件 用金属基板的制造方法。

解决课题的方法

为解决上述课题的本发明一个形式的柔性电子器件的制造方法， 其包括：在辊形状母基板上形成柔性基板的步骤；从上述辊形状母基 板分离上述柔性基板的步骤；以及在与上述辊形状母基板相接触过的 上述柔性基板的分离面上形成电子器件的步骤。

根据本发明的柔性电子器件的制造方法，在具有非常低的表面粗 糙度并能够重复使用的辊形状母基板表面上形成基板之后，从辊形状 母基板分离柔性基板，则柔性基板的分离面能够得到与辊形状母基板 的表面状态几乎相似的表面状态，因此无需如现有技术那样用于降低 表面粗糙度的高分子物质的涂布，从而能够实现经由高温工艺的高性 能电子器件，同时也能够解决有高额的研磨工艺或由高缺陷密度引起 的低收益率的问题，因此有利于提高经济性。

本发明的柔性电子器件的制造方法利用使用了辊形状母基板的 辊到辊（Roll To Roll）工艺，因此可以将柔性基板以缠绕于辊的状 态运输，并且根据需要，可以连续进行如基板的生产、输送、形成电 子器件的工艺，因此有利于实现提高生产速度和经济性。

根据本发明的柔性电子器件的制造方法，由于使用的是金属基 板，因此在不存在基板的弯曲、搬运、排列等问题的情况下，能够直 接应用于使用450℃以上高温工艺的现有的玻璃基板工艺条件和设 备。

本发明另一方面的柔性电子器件的制造方法，其包括：在辊形状 母基板上形成柔性基板的步骤；将在一面形成有粘合层的临时基板利 用所述粘合层附着在所述柔性基板上的步骤；从所述辊形状母基板分 离所述柔性基板的步骤；以及在与所述辊形状母基板相接触过的所述 柔性基板的分离面上形成电子器件的步骤。

在本发明的柔性电子器件的制造方法中，可以在上述柔性基板和 上述辊形状母基板之间进一步形成有剥离层。即使在柔性基板和辊形 状母基板之间追加形成薄的剥离层，剥离层也显示出与辊形状母基板 类似水准的表面粗糙度，因此能够维持与辊形状母基板类似的水准。 这样地，在追加形成剥离层的情况下，当使用了不容易从辊形状母基 板分离柔性基板的材料时，能够防止在分离过程中损坏柔性基板或辊 形状母基板的现象。并且，根据需要，剥离层可以形成为由各种物质 以多层层叠的复合层。

在本发明的柔性电子器件的制造方法中，可以在上述柔性基板和 上述辊形状母基板之间进一步形成平坦层，也可以在上述剥离层的一 面或两面进一步形成平坦层。

尽管这种平坦层是高分子化合物，但由于其可以适用于非柔性基 板的辊形状母基板，因此不会影响电子器件的制造温度，并有利于维 持柔性基板的更低的表面粗糙度。作为平坦层，只要是可以维持低表 面粗糙度的材料，就可以无限制地使用，并且其优选包含选自聚酰亚 胺（Polyimide:PI）或含聚酰亚胺的共聚物、聚丙烯酸（polyacrylic  acid）或含聚丙烯酸的共聚物、聚苯乙烯（polystyrene）或含聚苯乙 烯的共聚物、戊聚糖钠（polysulfate）或含戊聚糖钠的共聚物、聚酰 胺酸（polyamic acid）或含聚酰胺酸的共聚物、聚胺（polyamine） 或含聚胺的共聚物、聚乙烯醇（Polyvinylalcohol；PVA），聚丙烯胺 （Polyallyamine）以及聚丙烯酸（polyacrylic acid）中的一个以上的 高分子化合物。

在本发明的柔性电子器件的制造方法中，为更容易进行上述临时 基板的分离，可以在上述临时基板和上述粘合层之间形成由一个以上 薄膜而成的分离层。

在本发明的柔性电子器件的制造方法中，当使用AFM（Atomic  Force Microscope：原子力显微镜）或测定其他表面粗糙度的3D断 面仪（profiler）等设备以10μm×10μm的扫描范围观测将要形成上述 柔性基板的辊形状母基板面的表面粗糙度时，该表面粗糙度优选为 0<R_ms<100nm、0<R_p-v<1000nm。当超出上述表面粗糙度范围时，柔 性基板的分离面的表面粗糙度变高，当不做后续研磨处理而形成电子 器件时，难以实现高品质的电子器件。

在本发明的柔性电子器件的制造方法中，上述辊形状母基板可以 由选自玻璃、金属以及高分子材料的至少一种而形成。

其中，在上述玻璃的情况下，可以包括至少一种选自硅酸盐玻璃、 硼硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、熔融石英玻璃、石英、蓝宝石、E2K、 Vycor的玻璃材料。

在上述金属的情况下，可以包括至少一种选自Fe、Ag、Au、Cu、 Cr，W、Al，W、Mo、Zn、Ni、Pt、Pd、Co、In、Mn、Si、Ta、 Ti、Sn、Zn、Pb、V、Ru、Ir、Zr、Rh、Mg、INVAR（殷钢）以及 SUS（Steel Use Stainless）的金属或其合金。

在上述高分子材料的情况下，可以包含至少一种选自聚酰亚胺 （Polyimide:PI）或含聚酰亚胺的共聚物、聚丙烯酸（polyacrylic acid） 或含聚丙烯酸的共聚物、聚苯乙烯（polystyrene）或含聚苯乙烯的共 聚物、戊聚糖钠（polysulfate）或含戊聚糖钠的共聚物、聚酰胺酸 （polyamic acid）或含聚酰胺酸的共聚物、聚胺（polyamine）或含 聚胺的共聚物、聚乙烯醇（Polyvinylalcohol；PVA）、 聚丙烯胺（Polyallyamine）以及聚丙烯酸（polyacrylic acid）中的一 个以上的高分子化合物。

本发明的柔性电子器件的制造方法特征在于，上述柔性基板由金 属形成。

形成上述柔性基板的金属可以是至少一种选自Fe、Ag、Au、Cu、 Cr、W、Al、W、Mo、Zn、Ni、Pt、Pd、Co、In、Mn、Si、Ta、 Ti、Sn、Zn、Pb、V、Ru、Ir、Zr、Rh、Mg、INVAR以及SUS（Steel  Use Stainless）的金属或这些合金，特别是对殷钢（INVAR）合金而 言，可以将其热膨胀系数调整为与如Si或SiO₂，SiN等无机半导体、 绝缘体相近的水准，因此不存在温度的上升率和下降率等工艺条件的 变化，从而有利于由热膨胀系数之差引起的裂纹的产生。

在本发明的柔性电子器件的制造方法中，上述柔性基板可以用铸 造法、电子束蒸镀法、热蒸镀法、溅射蒸镀法、化学气相蒸镀法或电 镀法而形成。

在本发明的柔性电子器件的制造方法中，上述电子器件可以是至 少一种选自有机发光二极管（organic light emitting display:OLED）、 液晶显示装置（liquid crystal display:LCD）、电泳显示装置 （Electrophoretic display:EPD）、等离子体显示板（plasma display  panel:PDP）、薄膜晶体管（thin-film transistor:TFT）、微处理器 （microprocessor）以及随机存取存储器（Random access memory: RAM）的器件。

本发明的柔性电子器件的制造方法中，上述粘合层优选包含至少 一种选自SiO₂、MgO、ZrO₂、Al₂O₃、Ni、Al以及云母的物质，并且 使用温度优选为450℃以上。并且，上述粘合层包含至少一种选自环 氧化物类、硅树脂类和丙烯酸类的高分子粘合剂。

另外，本发明提供一种通过上述柔性电子器件的制造方法制造的 柔性电子器件。

此外，本发明提供一种柔性基板，其特征在于：在辊形状母基板 上形成柔性基板之后，将从上述母基板分离的上述柔性基板的分离面 用作电子器件形成面。

本发明的柔性基板的特征在于，当在不进行研磨加工的情况下使 用AFM（Atomic Force Microscope：原子力显微镜）以10μm×10μm 的扫描范围观测上述分离面的表面粗糙度时，该表面粗糙度为 0<R_ms<100nm、0<R_p-v<1000nm。

本发明的柔性基板的特征在于，其由金属形成，并且其可以包含 至少一种选自Fe、Ag、Au、Cu、Cr、W、Al、W、Mo、Zn、Ni、 Pt、Pd、Co、In、Mn、Si、Ta、Ti、Sn、Zn、Pb、V、Ru、Ir、Zr、 Rh、Mg、INVAR以及SUS（Steel Use Stainless）的金属或这些合金。 其中，由于殷钢（INVAR）合金可以将热膨胀系数调整至非常小， 因此最优选。

本发明的柔性基板的特征在于，其以1μm至500μm的厚度形成。

本发明的柔性基板的特征在于，上述电子器件为至少一种选自有机 发光二极管（organic light emitting display:OLED）、液晶显示装置 （liquid crystal display:LCD）、电泳显示装置（Electrophoretic display: EPD）、等离子体显示板（plasma display panel:PDP）、薄膜晶体管 （thin-film transistor:TFT）、微处理器（microprocessor）以及机存取存 储器（Random access memory:RAM）的器件。

发明的效果

由于本发明的柔性电子器件的制造方法、柔性电子器件以及柔性 基板可以得到以下的效果，因此能够期待以低成本制造高性能柔性电 子器件。

首先，在具有与辊形状母基板几乎相同的表面粗糙度的分离面上 形成电子器件，由此容易解决现有柔性电子器件的制造方法未解决的 柔性基板、特别是金属制柔性基板的表面粗糙度的问题。

第二，由于可以维持柔性基板的非常低的表面粗糙度，因此存在 如下优点：无需将工艺温度降至350℃以下的高分子类的平坦层，从 而节约工艺时间、资金，而且可以通过450℃以上的高温工艺，制造 如多晶硅TFT的高性能的电子器件。

第三，在柔性基板的制造中，无需高额的研磨工艺，并且可以解 决由高缺陷密度引起的低收益率的问题，由此改善经济性。

第四，当本发明的柔性基板的材料为殷钢合金时，由于将热膨胀 系数调整为与如Si或SiO₂、SiN等无机半导体、绝缘体相近的水准， 因此不存在温度的上升率和下降率等工艺条件的变化，从而有利于由 热膨胀系数之差引起的裂纹的发生。

第五，在本发明的一方面，根据利用支撑柔性基板的临时基板的 电子器件的制造方法，在不存在柔性基板的弯曲、搬运、排列等问题 的请款下，能够直接使用现有玻璃基板的工艺条件和设备，从而可以 容易进行操作。

第六，由于母基板呈辊形状，因此可以用辊到辊（Roll To Roll） 工艺进行柔性基板的蒸镀和剥离。并且，将柔性基板可以以缠绕于轧 辊的状态运输，并且根据需要，可以连续进行基板的生产、输送、形 成电子器件的工艺，因此有利于实现高生产速度和经济性。

附图说明

图1至图5表示本发明第一实施例的柔性电子器件的制造方法。

图6至图8表示本发明第二实施例的柔性电子器件的制造方法、 和在柔性基板和辊形状母基板之间形成剥离层时的剥离状态。

图9至图14表示本发明第三实施例的柔性电子器件的制造方法。

具体实施方式

以下，参考附图详细说明本发明的优选实施例。

在本说明书和权利要求范围使用的用语或单词不应解释为通常 的、词典上的意义，发明人立足于为了以最佳的方法说明该发明而可 以确切地定义用语概念的原则，因此只能解释为符合本发明的技术性 构思的意义和概念。

由此，本说明书记载的实施例和附图所示的结构，仅仅是本发明 的一个优选实施例，并不是都代表本发明的技术思想，因此以提出本 申请为始点，可以存在能代替这些的各种各样均等物和变形例，并不 限定于以下所述的实施例。

另外，本发明的实施例是向具有通常知识的本领域技术人员更详 细更完整地说明本发明而提出的，并且为了使说明书清楚，说明书附 图中的膜或区域的大小或厚度是夸张的。

（第一实施例）

图1至图5概略性地表示本发明第一实施例的柔性电子器件的制 造方法。

如图1至图5所示，本发明第一实施例的柔性电子器件的制造方 法大体包括：在辊形状母基板100形成柔性基板200（图1的A1和 图2），并从辊形状母基板100分离柔性基板200而制造柔性基板的 步骤（图1的B1和图3、图1的C1和图4）；在分离的柔性基板200 的分离面形成电子器件300和密封层400的步骤（图5）。

在本发明的第一实施例中，辊形状母基板100使用了经过镜面处 理的表面粗糙度为R_ms<100nm、R_p-v<1000nm的不锈钢棒，通过使用 Cu的电镀方法形成厚度为15μm的柔性基板200，然后缠绕于导辊 110。

接着，在从辊形状母基板100分离的柔性基板200的分离面上形 成了OLED器件。OLED器件可以通过如下方法形成柔性OLED： 在使用光致抗蚀剂来形成图案之后，在Cu柔性基板上用Ag形成 100nm的反射电极，并且用CuO形成了1nm厚度的空穴注入层，在 上述空穴注入层上用a-NPD形成了70nm厚度的空穴传输层，在上述 空穴传输层上用Alq₃形成了40nm厚度的发光层，在上述发光层上用 BCP形成了5nm厚度的空穴阻挡层，在上述空穴阻挡层上用Alq₃形 成了20nm厚度的电子传输层，在上述电子传输层上用Al形成了 10nm厚度的透明电极。

（第二实施例）

如图6至图8所示，本发明的第二实施例与第一实施例不同地， 通过在辊形状母基板100和柔性基板200之间形成剥离层500的方法 来制造了柔性基板200。当这样形成剥离层500时，柔性基板200的 分离状态可以是：如图6所示，从柔性基板200界面分离；或如图7 所示，在辊形状母基板100和剥离层500的界面分离；或如图8所示， 在剥离层500的内面分离。此时，在图6的情况下，可以不需要后续 工艺，但在图7和图8的情况下，需追加移除剥离层500的工艺。

与本发明的第一实施例相同地，作为本发明的第二实施例的辊形 状母基板100和柔性基板200之间的分离方法，使用了利用剥离层 500和柔性基板200的低界面粘合力而进行物理性剥离的方法，但可 以使用如下各种各样的公知方法：使用酸、碱性溶剂等选择性地化学 性移除剥离层500的方法；或向与照射的激光波长相比具有相对较小 带隙的剥离层物质照射激光而进行分解剥离的方法等。其中最优选的 方法为：无需另行投入化学物质和高额的激光照射设备的、利用辊形 状母基板100和柔性基板200的低界面粘合力而进行物理性剥离的方 法。

在本发明的第二实施例中，在辊形状的玻璃基板100上作为剥离 层形成120nm厚度的ITO层之后，分别形成作为用于形成INVAR 层的基层的50nm厚度的Ti层和作为种层的100nm厚度的Au层， 然后形成由40μm厚度的INVAR层而形成的Ti/Au/INVAR柔性基 板，而后以物理性剥离的方式将柔性基板Ti/Au/INVAR层从玻璃基 板/ITO层分离。

（第三实施例）

图9至图14概略性表示本发明第三实施例的柔性电子器件的制 造方法。

如图9至图14所示，本发明第三实施例的柔性电子器件的制造 方法包括如下步骤，在辊形状母基板100以蒸镀的方式形成柔性基板 200（图9的A2和图10）之后，在其上夹入粘合层700而将临时基 板600附着于柔性基板200（图9的B2和图11、图9的C2和图12）， 而后分离形成在柔性基板200上的辊形状母基板100（图9的D2和 图13），然后在柔性基板200的分离面上形成电子器件300和密封 层400，由此制造柔性电子器件的步骤（图9的E2和图14）。

即，第三实施例在使用了用于操作柔性基板200的临时基板600 这一点上与第一实施例不同。一方面，根据附着的临时基板600的使 用用途，可以以附着的状态使用或进行分离。当需要分离临时基板 600时，优选在粘合层700和临时基板600的之间追加形成分离层。

具体地，在作为辊形状母基板100的玻璃基板上用热蒸镀法形成 了5μm厚度的Ag柔性基板。在其上涂布环氧粘合剂，然后粘结了作 为临时基板600的PET基板。而后在80℃下硬化一个小时环氧粘合 剂，最后将Ag柔性基板从玻璃基板物理性剥离而分离。

并且，在从玻璃基板分离的柔性基板200的分离面上形成了 OLED器件。OLED器件可以通过如下方法形成：在使用PR （PhotoResist：光致抗蚀剂）形成图案之后，将作为柔性基板的Ag 作为反射电极用CuO形成了1nm厚度的空穴注入层，在上述空穴注 入层上用a-NPD形成了70nm厚度的空穴传输层，在上述空穴传输层 上用Alq₃形成了40nm厚度的发光层，在上述发光层上用BCP形成 了5nm厚度的空穴阻挡层，在上述空穴阻挡层上用Alq₃形成了20nm 厚度的电子传输层，在上述电子传输层上用Al形成了10nm厚度的 透明电极。