[发明专利]自限定边界的薄膜图形制备方法

说明书

技术领域

本发明属薄膜制备技术领域，具体涉及一种可图形化、表面均匀的薄膜制备方法，特别涉及一种自限定边界的薄膜图形制备方法。

背景技术

目前，传统的薄膜制备技术，在行业中得到广泛应用的一般有真空镀膜、光刻、离子束刻蚀、丝网印刷、化学气相沉积(CVD)等方法。但是除了精度不高的丝网印刷等以外，为了制备超精细的薄膜，现有的如光刻、离子束刻蚀技术方法，都存在成本高、步骤复杂、灵活性差等缺点。因此，许多企业和研究机构都在尝试寻求用于制备高性能和超精细的薄膜器件的新技术，以适应于有机发光二极管(OLED)、有机场效应管(OTFT)、彩色滤光片(Color Filter)、微传感器(Microsensor)等领域的应用。

传统的光刻方式步骤复杂、成本较大、模板(mask)制作成本较高、缺乏灵活性，且在制备的过程中需要使用大量化学药剂，造成环境污染。熟知的导电图形薄膜的光刻法制备过程如图1所示，其过程必须经过沉积成膜、涂布光刻胶、曝光、显影、刻蚀、清洗和烘干等许多步骤。

近来有一类新的技术被称为直接列印(Direct Printing)，有希望代替现有技术成为新的低成本和超精细的薄膜制备技术。直接列印(Direct Printing)是指不通过刻蚀、掩模等复杂过程将所用的薄膜材料直接沉积到表面，其代表是喷墨打印技术(Ink-jet Printing)。利用喷墨打印技术制备薄膜的特点有成本低、步骤简单、对环境和设备要求不高、适合大规模生产、高精度以及图形化灵活等。

日本精工一爱普生公司与荷兰飞利浦公司合作利用喷墨打印技术制备聚合物发光二极管(PLED)，其发光效率和性能已经达到商业应用要求。日本的Harima公司开发的纳米颗粒金属材料(Nanopaste)，将金或银的纳米颗粒材料形成可打印墨水，利用喷墨打印技术制备金属导线线宽达到极高(线宽10μm)的精度。

但是，喷墨打印技术目前存在的主要缺点之一在于所形成的薄膜在制备过程中容易遇到咖啡环(coffee ring)效应，即由于液体的挥发形成边缘厚中间薄的表面形貌，造成膜厚的不均匀和缺陷。这一缺点在很大程度上影响了喷墨打印形成薄膜的均匀性和平整性，进一步引起所制备的薄膜器件存在性能下降或产生缺陷的可能。目前，许多研究正在致力于解决这一问题的方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可以克服在制备图形化薄膜过程中所产生的咖啡环效应，因而能改善薄膜平整性和均匀性的薄膜图形的制备方法。

本发明提出的薄膜图形制备方法，是以利喷墨打印方式或其他直接列印(Direct Printing)为基础的自限定边界的薄膜图形制备方法，具体步骤如下：

(1)提供一基板；

(2)在该基板上方形成一阻隔层；

(3)将成膜材料溶解或分散于溶剂中，配制形成溶液或悬浮液；

(4)根据事先设计的图形，将成膜材料的溶液或悬浮液沉积于阻隔层上方，形成一层图案化的薄膜，且成膜区域在边缘自发形成边界；

(5)根据需要进行退火，去除阻隔层。

其中：

所使用的基板是玻璃、塑料或有机材料。

所使用的阻隔层材料是具有可溶性的材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚酰亚胺(PI)。

所使用的成膜材料是具有可溶性或可分散性的材料，例如金纳米颗粒和银纳米颗粒材料。

所使用的溶剂对所述阻隔层材料和所述成膜材料同时具有溶解性或分散性。

在形成薄膜的步骤前，先以阻隔层形成于基板上方，形成阻隔层的方法是旋涂法或非旋涂法。

形成图形化薄膜的方法是喷墨打印方法、转印法或丝网印刷法，或其他湿法成膜方法。在成膜时，成膜材料在阻隔层的作用下，形成自限定的边界。

可通过控制成膜温度(从0度至100度)、成膜材料微滴的体积和成膜次数，控制薄膜边界的形貌、尺寸和成膜厚度。

在成膜时，可采用印刷方式实现图形化。

所述的退火过程的温度是介于200度至1000度之间，退火时间是介于10分钟至90分钟。

由本发明方法制备的薄膜图形可以克服现有方法中的咖啡杯效应，因而薄膜的平整性和均匀性都非常好，可用于制备高性能和超精细的薄膜器件，如应用于印刷线路板(PCB)、有机发光二极管(OLED)、有机场效应管(OTFT)、彩色滤光片(CF)、微透镜等中。

附图说明

图1(a)-(g)为一熟知的导电图形薄膜的光刻法制作流程剖面图。