[发明专利]柔性基宏电子制造中微结构的大面积逆辊压印方法

说明书

                        技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，特别涉及一种柔性基宏电子(基于薄膜晶体管(TFT)的电子器件)制造中三维功能性微结构的大面积逆压印方法。该方法主要用于可展卷大幅面显示器、电子纸、OLED、薄膜RFID、柔性太阳能帆、便携式x射线成像仪、便携式雷达、柔性太阳能供电系统和天线装置、附着于任意三维结构表面的机电智能蒙皮等宏电子系统的制造。

                        背景技术

基于薄膜晶体管(TFT：Thin-Film-Transitor)的玻璃平板基或柔性薄膜基的电子系统不断趋向大面积集成(例如单边跨度超过1米)，形成所谓的宏电子系统(Macro electronics)，典型的宏电子系统产品包括目前正广泛应用的玻璃基PDP和LCD大面积平板显示器。大面积柔性薄膜基材上构造有机或无机光电子器件被视为宏电子系统未来发展的动力，这种大面积的柔性基光电子系统目前最为突出的应用为OLED柔性显示器、应用于电子书(e-book)等的电子纸、柔性基聚合物太阳能电池等。大面积柔性基宏电子系统的突出特点为：成本低、重量轻、形状薄、有良好的柔韧性和便携性、可任意弯曲折叠。

柔性基宏电子制造的主要工艺节点包括薄膜基材(塑料薄膜或无机材料箔)制备、无机或有机电子材料制备和涂铺、微结构图型化(Micro-patterning)、联机、封装等。未来主流的宏电子系统制造工艺必须体现低温、常气压、连续制作的特征，以达到大幅面、低成本、高产能的要求。

大面积基材上的微结构图型化被认为是宏电子制造中最为关键的工艺环节。目前国际上受到较大关注的大面积图型化技术可以归成四大范畴：喷射打印技术、掩膜式光去除技术、微纳结构化无机材料转移技术和微压印成形技术。其中微压印成型技术被认为是一种高效率、低成本的微结构制作技术。为了提高微压印生产的效率和适应大幅面要求，模具制作成圆柱辊状，以实现连续辊压印成型。韩国KAIST大学与Samsung公司合作，研制了光固化电子聚合物材料，发展了光固化的连续辊压工艺，可实现常温下的大面积柔性基宏电子的制作。

但是上述微压印方法存在如下不足：

第一，该压印方法实质为机械强迫成型，需要较大的压印力，容易造成柔性基和微结构中的应力集中；

第二，该压印方法不可避免地在成形后的电子材料上形成一定厚度的“留膜”，为实现宏电子系统的功能，必须通过附加的工艺手段将“留膜”去除，例如刻蚀、化学腐蚀、离子铣削等，去除“留膜”的工艺极为复杂，尤其对于大面积的柔性基宏电子系统而言，存在设备的适用性问题，既要适于大面积的去除“留膜”，又不能损伤柔性基底和功能性三维微结构。

                        发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种柔性基宏电子制造中微结构的大面积逆辊压印方法。该方法可以消除常规压印产生的留膜，从而免除了留膜处理所需要的附加工艺，缩短了工艺流程。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术解决方案：

一种柔性基宏电子制造中微结构的大面积逆辊压印方法，该方法采用逆压印技术，采用电子材料从辊压模具表面向柔性基底的图型化转移。其主要特征在于，首先将电子材料涂布于表面雕刻有微结构的圆柱辊压模具上，在辊压模具表面上完成电子材料的图型化；然后通过连续辊压方式将模具表面已经图型化的电子材料转移到柔性基材上；该转移过程通过控制电子材料在模具表面和基材表面的流变及粘附特性来实现。

上述柔性基宏电子制造中微结构的大面积逆辊压印方法，具体包括以下步骤：

(1)柔性基底材料的制备。柔性基底选择具有一定的抗拉强度且有透光性能的柔性塑料薄膜，在柔性塑料薄膜上蒸镀一层ITO薄膜，使塑料薄膜具有导电性，以作为宏电子器件的电极，在柔性基底的ITO薄膜上进行O₂刻蚀以增强其表面能，使电子浆料对柔性基则呈现强润湿性；

(2)辊压模具制备。辊压模具为辊筒式结构，采用金属材料制作；用激光烧结方式在辊压模具表面加工出功能性微结构，并在辊压模具上制作出相应的对准标记；加工形成微结构之后，在辊压模具表面上蒸镀一层特富龙材料，用以降低辊压模具的表面能，使得电子浆料对辊压模具表面呈现出不润湿或弱润湿性；