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結構化疊層轉印膜和方法

文檔序號:2451910閱讀:176來源:國知局
結構化疊層轉印膜和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了將結構化層轉印到受體基板的疊層轉印膜以及方法。所述轉印膜包括具有可剝離表面的載體基板、被施加到所述載體基板的可剝離表面、并且具有非平面結構化表面的犧牲模板層以及被施加到所述犧牲模板層的非平面結構化表面的熱穩(wěn)定的回填層。所述犧牲模板層能夠從所述回填層去除(諸如,經(jīng)由熱解),同時基本上完整地保留所述回填層的結構化表面。
【專利說明】結構化疊層轉印膜和方法

【背景技術】
[0001] 玻璃基板上的納米結構和微觀結構用于顯示、照明和太陽能裝置中的多種應用。 在顯示裝置中,所述結構可用于光提取或光分布。在照明裝置中,所述結構可用于光提取、 光分布和裝飾效果。在光伏器件中,所述結構可用于太陽能聚集和減反射。在大的玻璃基 板上圖案化或換句話講形成納米結構和微觀結構可能困難且成本效益不高。因此,需要以 成本效益高的方式在連續(xù)載體膜上制造納米結構和微觀結構,然后使用該膜將所述結構轉 印或換句話講賦予到玻璃基板或其它永久受體基板上。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 符合本發(fā)明的第一疊層轉印膜可用于轉印開放面結構化層。該轉印膜包括具有可 剝離表面的載體基板、被施加到所述載體基板的可剝離表面、并且具有非平面結構化表面 的犧牲模板層以及被施加到所述犧牲模板層的非平面結構化表面的熱穩(wěn)定的回填層。所述 犧牲模板層能夠從所述回填層去除,同時基本上完整地保留所述回填層的結構化表面。
[0003] 符合本發(fā)明的第二疊層轉印膜可用于轉印嵌入式結構化層。該轉印膜包括具有可 剝離表面的載體基板、被施加到所述載體基板的可剝離表面的犧牲可剝離層、被施加到所 述犧牲可剝離層的頂層以及被施加到所述頂層的回填層,在所述頂層與回填層之間形成結 構化界面。所述犧牲可剝離層能夠從所述頂層去除,同時基本上完整地保留所述回填層和 所述頂層。
[0004] 符合本發(fā)明的第三疊層轉印膜可用于在不使用載體基板的情況下轉印結構化層。 該轉印膜包括具有非平面結構化表面的犧牲聚合物層以及被施加到所述犧牲聚合物層的 非平面結構化表面的熱穩(wěn)定的回填層。所述回填層具有與所述犧牲聚合物層的非平面結構 化表面對應的結構化表面。所述犧牲聚合物層能夠被干凈地烘除,同時基本上完整地保留 所述回填層的結構化表面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005] 附圖包含在本說明書中并構成本說明書的一部分,并且它們結合【具體實施方式】闡 明本發(fā)明的優(yōu)點和原理。在這些附圖中,
[0006] 圖1是將開放面納米結構轉印到受體的轉印膜和方法的示意圖;
[0007] 圖2是在不使用襯片或載體基板的情況下將納米結構轉印到受體的轉印膜和方 法的示意圖;
[0008] 圖3是將嵌入式納米結構轉印到受體的轉印膜和方法的示意圖;
[0009] 圖4是在玻璃基板上帶有納米結構的底發(fā)射AMOLED的示意圖;
[0010] 圖5是在平整化層上帶有納米結構的底發(fā)射AMOLED的示意圖;
[0011] 圖6是在平整化層上帶有納米結構的頂發(fā)射AMOLED的示意圖;
[0012] 圖7是將納米結構化抗蝕劑層轉印到受體基板,然后蝕刻基板的轉印膜和方法的 示意圖;
[0013] 圖8是經(jīng)由擠出復制制備結構化疊層轉印膜的方法的示意圖;
[0014] 圖9A是帶有納米結構的底發(fā)射OLED固態(tài)照明裝置的示意圖;
[0015] 圖9B是帶有納米結構的底發(fā)射OLED固態(tài)照明裝置的示意圖;
[0016] 圖10是帶有納米結構的頂發(fā)射OLED固態(tài)照明裝置的示意圖;
[0017] 圖11是在兩個主表面上均帶有疊層轉印膜的底發(fā)射OLED固態(tài)照明基板的示意 圖;
[0018] 圖12是在兩個主表面上均帶有結構的底發(fā)射OLED固態(tài)照明基板的不意圖;
[0019] 圖13是卷筒形式的柔性玻璃疊層基板組件的示意圖;
[0020] 圖14是在兩個主表面上均帶有結構的柔性玻璃基板的示意圖;
[0021] 圖15A是在玻璃基板上帶有納米結構的頂發(fā)射AMOLED的示意圖;
[0022] 圖15B是在玻璃基板上帶有納米結構的頂發(fā)射OLED固態(tài)照明裝置的示意圖;
[0023] 圖16是來自實例2的納米結構化玻璃表面的側截面圖像;
[0024] 圖17是來自實例4的納米結構化玻璃表面的側截面圖像;以及
[0025] 圖18是來自實例5的納米結構化玻璃表面的側截面圖像。

【具體實施方式】
[0026] 描述了結構化疊層轉印膜和方法,其能夠利用疊層和烘除步驟制造結構化固體表 面。所述方法涉及熱塑性復制(熱壓印)犧牲膜、層或涂層以便形成結構化犧牲層,利用熱 穩(wěn)定材料將犧牲層基本上平面化,將涂布的膜疊層到熱穩(wěn)定受體基板,以及熱解或燃燒犧 牲層。
[0027] 圖1是將開放面納米結構轉印到受體的轉印膜和方法的示意圖。該轉印膜包括具 有可剝離表面的襯片(載體基板)10,在該可剝離表面上帶有犧牲模板層12。對該膜進行 壓印以在犧牲模板層12上生成結構化表面14 (步驟13)。利用回填層16將犧牲模板層基 本上平面化(步驟15)。將該膜疊層到受體基板18并去除襯片10 (步驟17)。作為步驟17 的一部分,可將任選的粘合增進層11施加到回填層16或受體基板18。將犧牲模板層12干 凈地烘除或換句話講能夠被去除,保留在回填層16上基本上完整的并且與結構化表面14 對應的結構化表面20 (步驟19)。然后可利用平面化層22將結構化層平面化(步驟21)。
[0028] 圖2是在不使用襯片或載體基板的情況下將納米結構轉印到受體的轉印膜和方 法的示意圖。該轉印膜包括犧牲聚合物層30,該犧牲聚合物層被復制以形成結構化表面 34 (步驟31)。利用回填層36將結構化表面34基本上平面化(步驟35)。將該膜疊層到受 體基板38。作為步驟37的一部分,可將任選的粘合增進層39施加到回填層36或受體基板 38。將犧牲聚合物層30干凈地烘除,保留在回填層36上基本上完整的結構化表面34 (步 驟 37)。
[0029] 圖3是將嵌入式納米結構轉印到受體的轉印膜和方法的示意圖。該轉印膜包括具 有可剝離表面的襯片(載體基板)40,在該可剝離表面上帶有犧牲可剝離層42。利用具有 結構化表面46的頂層44復制該膜(步驟43)。利用回填層48將層44基本上平面化(步 驟47)。作為步驟47的一部分,可將任選的粘合增進層50施加到回填層48或受體基板52。 將該膜疊層到受體基板52并去除襯片40,導致犧牲可剝離層42的內(nèi)聚或界面失效(步驟 51)。將頂層44上的犧牲可剝離層42的剩余部分干凈地烘除或換句話講能夠被去除,保留 在頂層44和回填層48之間基本上完整的結構化表面46 (步驟53)。
[0030] 圖1_圖3中所示的轉印膜可用于將納米結構轉印到有源矩陣OLED (AMOLED)背板 或OLED固態(tài)照明元件基板上。這些納米結構可增強從OLED裝置的光提取,改變裝置的光 分布圖案,或兩者。
[0031] 圖4是在玻璃基板上帶有納米結構的底發(fā)射AMOLED的示意圖。圖4中的AMOLED 包括如所示布置的以下部件:頂電極58 ;OLED層59 ;像素限定層60 ;底電極62 ;通路64 ;高 折射率像素電路平面化層66 ;高折射率結構化平整化層68 ;低折射率結構化層70 ;像素電 路72 ;以及支撐體74(諸如,玻璃)??稍诶蒙鲜鲛D印膜中的一個制造 AMOLED背板期間 對結構化層70 (以及任選地,68)進行轉印。層66可利用填充有納米顆粒的材料來實現(xiàn), 其中納米顆粒用于增加層66的折射率。填充有高折射率無機材料(例如,尺寸介于4nm至 20nm之間的非散射納米顆粒)的聚合物的示例在美國專利No. 6, 329, 058中有所描述。利 用這種填充有納米顆粒的材料,層66可具有例如大于1. 7的折射率或者在本文所述的示例 性范圍內(nèi)的折射率。
[0032] 圖5是在平整化層上帶有納米結構的底發(fā)射AMOLED的一部分的示意圖。圖5中 的AMOLED包括如所示布置的以下部件:頂電極78 ;OLED層79 ;像素限定層80 ;底電極82 ; 高折射率納米結構化平整化層84 ;低折射率納米結構化層86 ;通路88 ;像素電路平面化層 90 ;像素電路92 ;以及支撐體94(諸如,玻璃)??稍诶蒙鲜鲛D印膜中的一個制造 AMOLED 背板期間對納米結構化層86(以及任選地,84)進行轉印。平面化層84是任選的,因為用于 電極82的材料可用于將納米結構化層86平面化。
[0033] 圖6是在平整化層上帶有納米結構的頂發(fā)射AMOLED的一部分的示意圖。圖6中 的AMOLED包括如所示布置的以下部件:透明頂電極98 ;0LED層99 ;像素限定層100 ;反射 底電極102 ;納米結構化層104 ;通路106 ;平面化層108 ;像素電路110 ;以及支撐體112 (諸 如,玻璃)。可在利用上述轉印膜中的一個制造 AMOLED背板期間對納米結構化層104進行 轉印。
[0034] 圖7是將納米結構化抗蝕劑層轉印到受體基板,然后蝕刻基板的轉印膜和方法的 示意圖。該轉印膜包括具有可剝離表面的襯片(載體基板)114,在該可剝離表面上帶有犧 牲模板層116。對該膜進行壓印以在犧牲模板層116上生成結構化表面118 (步驟115)。利 用回填層120將犧牲模板層平面化(步驟117)。將該膜疊層到受體基板124并去除襯片 114 (步驟119)。作為步驟119的一部分,可將任選的粘合增進層122施加到回填層120或 受體基板124。將犧牲模板層116干凈地烘除或換句話講能夠被去除,保留在回填層120上 基本上完整的并且與結構化表面118對應的結構化表面(步驟121)。執(zhí)行穿透蝕刻工藝以 去除在結構之間的區(qū)域126中的那部分回填層120 (步驟123)。然后執(zhí)行受體基板蝕刻工 藝,得到受體基板124上的結構化表面128 (步驟125)。去除結構化受體基板上的殘余抗蝕 劑的任選剝除步驟未示出。
[0035] 圖8是經(jīng)由擠出復制制備結構化疊層轉印膜的方法的示意圖。在該方法中擠出模 頭130通過進料管132接收載體基板(襯片)材料,通過進料管134接收犧牲模板材料。 擠出的材料包括載體基板層142和犧牲模板層144。擠出的層被送入壓料輥136與模具輥 138之間,該模具輥將結構賦予到犧牲模板層144上。剝?nèi)ポ?40用于將轉印膜從模具輥 138取下。共擠出的方法在美國專利No. 7, 604, 381中有所描述。
[0036] 圖9A是帶有納米結構的底發(fā)射OLED固態(tài)照明裝置的示意圖。圖9中的OLED裝 置包括如所示布置的以下部件:頂部反射電極143 ;0LED層145 ;像素限定層146 ;透明底電 極148 ;平面化層150 ;結構化回填層152 ;以及基板154 (諸如,玻璃)??稍诶蒙鲜鲛D印 膜中的一個制造 OLED裝置期間對結構化回填層152進行轉印。透明電極148可利用例如 ITO來實現(xiàn)。平面化層150是任選的,因為如圖9B所示,ITO材料可用于將回填層152平面 化。
[0037] 圖10是帶有納米結構的頂發(fā)射OLED固態(tài)照明裝置的示意圖。圖10中的OLED裝 置包括如所示布置的以下部件:透明頂電極155 ;0LED層157 ;電極限定層156 ;底部反射電 極159 ;納米結構化層158 ;以及基板160 (諸如,玻璃)??稍诶蒙鲜鲛D印膜中的一個制 造 OLED裝置期間對納米結構化層158進行轉印。
[0038] 圖11是在兩個主表面上均帶有疊層轉印膜的底發(fā)射OLED固態(tài)照明基板的示意 圖。圖11中的帶有轉印膜的OLED裝置包括基板172 (諸如,玻璃),該基板在一側具有第一 層合體162,在相對側具有任選的第二層合體164。第一層合體162包括如所示布置的以下 部件:載體膜166 ;犧牲模板層168 ;以及回填層170。第二層合體164包括如所示布置的以 下部件:載體膜178 ;犧牲模板層176 ;以及回填層174。
[0039] 圖12是在去除載體膜166和178以及犧牲模板層168和176之后,圖11的在兩 個主表面上均帶有結構的底發(fā)射OLED固態(tài)照明基板的示意圖。這些層可利用上述方法來 去除。在去除犧牲模板層168之后,可在回填層170上施加平面化層180。
[0040] 圖13是卷筒形式的柔性玻璃疊層基板組件182的示意圖。組件182包括柔性基板 194 (諸如,柔性玻璃),該柔性基板在一側具有第一層合體184,在相對側具有任選的第二 層合體186。第一層合體184包括如所示布置的以下部件:載體膜188 ;犧牲模板層190 ;以 及回填層192。第二層合體186包括如所示布置的以下部件:載體膜200 ;犧牲模板層198 ; 以及回填層196。
[0041] 圖14是在兩個主表面上均帶有結構的柔性玻璃基板組件202的示意圖。組件202 包括如所示布置的以下部件:平面化層204 ;回填層206 ;柔性基板208 (諸如,柔性玻璃); 以及回填層210。組件202可通過(例如)利用上述方法去除圖13的疊層組件182的載體 膜和犧牲模板層,之后施加平面化層204,然后使組件返回成卷筒形式來產(chǎn)生。
[0042] 圖11-圖14所示的基板和組件可僅包括內(nèi)部結構,僅包括外部結構,或者包括內(nèi) 部結構和外部結構二者。
[0043] 圖15A是在玻璃基板上帶有納米結構的頂發(fā)射AMOLED的示意圖。在經(jīng)由具有 高折射率的耦合粘合劑完成背板、OLED制造和陰極沉積工藝之后,將玻璃上的此類納米結 構施加到頂發(fā)射AMOLED上。圖15A中的OLED裝置包括如所示布置的以下部件:阻隔基 板210 (諸如,玻璃);回填層212 ;任選的平面化層214 ;光學耦合層216 ;透明頂電極218 ; OLED層220 ;像素限定層222 ;反射底電極224 ;通路226 ;平面化層228 ;像素電路230 ;以 及支撐基板232 (諸如,玻璃)。
[0044] 圖15B是在玻璃基板上帶有納米結構的頂發(fā)射OLED固態(tài)照明裝置的示意圖。圖 15B中的OLED裝置包括如所示布置的以下部件:阻隔基板234 (諸如,玻璃);回填層236 ; 任選的平面化層238 ;光學耦合層240 ;透明頂電極242 ;0LED層244 ;電極限定層246 ;反射 底電極248 ;以及支撐基板250 (諸如,玻璃)。
[0045] 在AMOLED和OLED照明顯示器和元件中,調節(jié)每個光學透明層的位置和折射率以 便優(yōu)化裝置的性能。內(nèi)部提取結構被定位在裝置疊堆內(nèi),使得結構下面的一個或多個層的 折射率與結構化回填層的折射率匹配,結構上面的一個或多個層的折射率與結構化平面化 層的折射率匹配。
[0046] 圖4和圖5示出AMOLED背板內(nèi)的內(nèi)部提取結構的兩個可能位置。在圖4中,回填 層70被定位在玻璃基板74的頂部?;靥顚拥恼凵渎逝c玻璃基板的折射率匹配。平面化層 68被定位在像素電路平面化層66和底電極62下面。平面化層68、像素電路平面化層66 和底電極62的折射率全部相似。在圖5中,回填層被定位在像素電路平面化層90的頂部。 回填層86的折射率與像素電路平面化層90的折射率匹配。平面化層84被定位在底電極 82下面。平面化層84的折射率小于或等于底電極82的折射率。
[0047] 頂發(fā)射配置中的AMOLED具有歸因于裝置底部的金屬電極中的表面等離子體的附 加損耗機制。所述損耗可通過金屬電極的波紋來減輕(S. -Y. Nien等人,Appl. Phys. Lett. (應用物理學快報)93, 2009, 103304)。圖6示出了被設計成利用具有平滑的正弦輪廓的 納米波紋形陰極來提高效率的頂發(fā)射AMOLED背板。利用本文所述的疊層轉印工藝來創(chuàng)建 納米結構。開放面納米結構104被定位在像素電路平面化層108的頂部。薄金屬電極102 適形地(例如,經(jīng)由真空蒸發(fā))沉積在開放面納米結構104上。該方法還可應用于頂發(fā)射 OLED固態(tài)照明元件。圖6示出了在底電極下方具有波紋形結構的此類元件。對于完全頂發(fā) 射OLED或AM0LED,波紋形納米結構可為不透明的。對于部分頂發(fā)射OLED或AM0LED,納米 結構應該在發(fā)射波長為基本上透明的。
[0048] OLED內(nèi)部提取結構的另一用途是控制或改變裝置的光分布圖案。在OLED光學疊 堆中缺少微腔的OLED可以是光分布圖案平滑且均勻地分布于半球上的朗伯發(fā)射器。市售 AMOLED顯示器的光分布圖案通常表現(xiàn)出光學疊堆中的微腔的特性。這些特性包括較窄且較 不均勻的角光分布和顯著的角顏色變化。對于OLED顯示器,可能可取的是使用本文所述的 方法利用納米結構來調節(jié)光分布。納米結構可用于改善光提取,使發(fā)射的光重新分布,或兩 者。
[0049] 結構還可用在OLED基板的外表面上,以將光提取到捕獲在基板全內(nèi)反射模中的 空氣中。外部提取結構可以是微透鏡陣列、微菲涅爾陣列或者其它折射、衍射或混合光學元 件。
[0050] 在AMOLED應用中,轉印的納米結構化層的光學特性以及與納米結構交界并且提 供納米結構與AMOLED光導模的光學耦合的層的光學特性是關鍵性的。需要選擇材料以使 得它們在感興趣的光譜范圍上的相應折射率(I^n 2)、透射光譜和光散射特性提供期望的光 學效果。例如,可能可取的是納米結構以及與納米結構和AMOLED交界的所有層為光學透明 的(%T>90)。還可能可取的是折射率化和!^顯著不同以便生成期望的光學效果。例如, 折射率失配〇 11與1!2之差,稱作八11)優(yōu)選大于或等于〇.3、0.4、0.5或1.0。當使用折射 率失配來增強光提取時,越大的失配往往會提供越大的光提取,因此是優(yōu)選的,如美國專利 No. 8, 179, 034 中所述。
[0051] 在一個示例中,轉印的納米結構的折射率!^可與納米結構所施加至的基板的折射 率匹配Oi 1S 1. 5),而與納米結構交界并將它耦合到OLED疊堆的層的折射率在OLED疊堆 材料通常所顯示的折射率值的范圍內(nèi)(n2~ 1.7-2. 0)。
[0052] 在其它示例中,可針對特定應用考慮并設計Δη的值,使得Λ η優(yōu)選在0. 1至I. 5 的范圍內(nèi)。
[0053] 在其它示例中,可針對特定應用考慮并設計化與η 2之比(Ii1Ai2)的值,使得Ii1Ai 2 優(yōu)選在1.05至1.9的范圍內(nèi)。
[0054] 術語"折射率匹配"表示Δη優(yōu)選小于0. 1,或者小于0. 01或0. 001,這取決于期 望的應用。
[0055] 另外,轉印的層可提供光學、機械或物理功能。例如,轉印的層可在直接蝕刻玻璃 或晶片受體基板的工藝中充當物理抗蝕劑或者反應性離子蝕刻掩模。在這種情況下,疊層 轉印工藝之后是去除殘余層(也稱為"基體")的穿透蝕刻以及玻璃的濕化學或干法蝕刻 (如下所述)。
[0056] 在典型的濕化學蝕刻工藝中,帶有圖案化光致抗蝕劑的基板被浸入選擇性地降解 基板的化學制劑中。在含硅的基板上,該化學制劑通常是用氟化銨(NH 4F)緩沖的氫氟酸 (HF),因為與通常用作光致抗蝕劑的聚合物相比,高反應性氟離子使硅更快降解。在用硫酸 蝕刻并去除光致抗蝕劑之后,圖案化光致抗蝕劑的反轉復制品被留在基板上。
[0057] 在標準干法蝕刻工藝中,高能離子等離子體在稱作反應離子蝕刻(RIE)的工藝中 利用電磁場被朝著基板加速。高能離子可化學反應并使聚合物膜揮發(fā),并且還可經(jīng)由濺射 機制傳遞它們的動能以物理地去除材料。由于RIE中的離子轟擊的定向實質,與濕化學蝕 刻劑相比,RIE工藝生成更各向異性的蝕刻輪廓。
[0058] 氧等離子體RIE工藝中的聚合物的蝕刻速率關鍵取決于聚合物中的碳和氧含量。 所謂的"Ohnishi參數(shù)"量化了蝕刻速率(R rtdl),如Rrtc;h°c N/N所給出的,其中N等于單 體單元中的原子的總數(shù),Nc是單體中的碳原子的數(shù)量,N ^是單體中的氧原子的數(shù)量。因此, 一般而言,在氧等離子體RIE下,具有高碳含量的光致抗蝕劑與具有高氧含量的光致抗蝕 劑相比充當更好的蝕刻掩模。對于干法蝕刻圖案化工藝,具有高Ohnishi參數(shù)的疊層轉印 納米結構將是可取的。
[0059] -般而言,Ohnishi參數(shù)越低,抗蝕能力越高。例如,高碳含量聚合物(諸如,聚 (羥基苯乙烯))具有2.5,而含氧聚合物(諸如,聚(甲基丙烯酸甲酯))具有R rtdl 值?5. 0。對于圖案蝕刻掩模材料的創(chuàng)建,小于2. 5的Rrtdl值是高度可取的。存在于聚(羥 基苯乙?。┲械奶辑h(huán)結構還有助于其高抗蝕能力。
[0060] 還可將其它元素包含到圖案化的轉印層中,例如硅和鐵,這些元素在暴露于氧等 離子體RIE時可被轉換為其相應的氧化物。在形成氧化物層之后,其蝕刻速率由氧化物生 長與通過離子濺射進行的氧化物去除之間的競爭來確定。在氧等離子體下,這些氧化物的 蝕刻可比典型有機聚合物慢四十倍。為了蝕刻含硅基板,通常使用利用氟化氣體(諸如, SF6、CF^ CHF3/Ar)的RIE蝕刻,其常常使基板和含氧化物抗蝕劑二者按照大約相同的速率 降解。這限制了蝕刻深度以及高長寬比圖案化特征在基板中的后續(xù)創(chuàng)建。因此,對于使用 干法蝕刻工藝的圖案轉印,沉積高長寬比含硅材料的容易方法是高度可取的。
[0061] 利用疊層轉印工藝,可使用納米結構化犧牲模板層內(nèi)側的平面化回填作為光刻蝕 刻掩模。在氧等離子體下犧牲模板層遠比回填層更快地蝕刻,因為大多數(shù)熱塑性塑料是具 有尚Ohnishi參數(shù)的有機聚合物。例如,實例中所識別的聚碳酸丙條醋基材料具有13左右 的Ohnishi參數(shù),對應回填可為玻璃狀材料。因此,一旦疊層轉印完成,就可使用氧等離子 體利用干法蝕刻工藝干凈地去除犧牲聚合物模板。含硅蝕刻掩模應該保持大體不受該工藝 的影響,或者將轉化為氧化硅。最后,如果期望的話,可通過在所有犧牲聚合物均被去除之 后利用相同或不同的蝕刻氣體化學制劑繼續(xù)蝕刻工藝來在基板中創(chuàng)建圖案。向基板中的圖 案轉印可繼續(xù),直至所有轉印的含硅蝕刻掩模被破壞以創(chuàng)建高長寬比納米結構。蝕刻到基 板中的圖案將等同于原始納米結構化犧牲模板層的圖案。
[0062] 疊層轉印臘的應用
[0063] 本文所述的疊層轉印膜可用于多種目的。例如,疊層轉印膜可用于如上所述轉印 OLED裝置中的結構化層。
[0064] 疊層轉印膜的另一示例性應用是用于將自由空間數(shù)字光學元件(包括微菲涅 耳元件、衍射光學元件、全息光學元件以及B. C. Kress、P. Meyrueis在"Applied Digital Optics"(《應用數(shù)字光學》,Wiley,2009)第2章中描述的其它數(shù)字光學器件)圖案化在 顯示器玻璃、光伏玻璃元件、LED晶片、硅晶片、藍寶石晶片、建筑玻璃或其它高溫穩(wěn)定基板 (表示基板在去除犧牲層所需的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定)的內(nèi)表面或外表面上。
[0065] 疊層轉印膜還可用于在玻璃表面上生成裝飾效果。例如,可能可取的是賦予裝飾 晶面的表面以彩虹色。具體地講,玻璃結構可用在功能性應用和裝飾性應用二者中,諸如運 輸玻璃、建筑玻璃、玻璃餐具、藝術品、顯示標牌、餐具以及珠寶或其它飾品。另外,可在這些 玻璃結構上施加涂層。這種任選的涂層可相對薄,以避免給玻璃結構特性帶來不利影響。此 類涂層的示例包括親水性涂層、疏水性涂層、保護性涂層、減反射涂層等。
[0066] 材料
[0067] 用于將固體光學表面圖案化的結構化轉印膜的制造主要需要四類材料:載體膜、 受體基板、可調折射率的熱穩(wěn)定回填和平面化材料、以及低灰分分解的犧牲材料(是熱塑 性或光敏聚合物)。
[0068] 裁體臘
[0069] 襯片或載體基板可利用為其它層提供機械支撐的熱穩(wěn)定柔性膜來實現(xiàn)。襯片具有 可剝離表面(表示襯片允許施加到可剝離表面的材料剝離)。載體基板應該在70°C以上 (或者另選地,120°C以上)熱穩(wěn)定,而不會給犧牲層或回填層帶來不利影響。載體膜的一個 示例是聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。
[0070] #體基板
[0071] 受體基板的示例包括玻璃,諸如顯示器母玻璃、照明母玻璃、建筑玻璃、壓延玻璃 和柔性玻璃。柔性壓延玻璃的示例是購自康寧公司(Corning Incorporated)的WILLOW玻 璃產(chǎn)品。受體基板的其它示例包括金屬(諸如,金屬薄片和箔)。受體基板的其它示例包括 藍寶石、硅、二氧化硅和碳化硅。
[0072] 受體基板的另一示例包括支撐晶片上的半導體材料。這些受體基板的尺寸超出半 導體晶片母模板的尺寸。目前,制備的最大晶片具有300mm的尺寸。利用本文所述的方法制 備的疊層轉印膜可被制成具有大于IOOOmrn的橫向尺寸和幾百米的卷長度??衫镁韺?處理與圓柱體母模板的組合來實現(xiàn)大尺寸。具有這些尺寸的膜可用于將納米結構賦予整個 大的數(shù)字顯示器(例如,55英寸對角AMOLED HDTV,尺寸為52英寸寬X 31. 4英寸高)上。
[0073] 任選地,受體基板可在疊層轉印膜所施加至的受體基板的一側包括緩沖層。緩 沖層的示例在美國專利No. 6, 396, 079中有所描述。一種類型的緩沖層是SiCV薄層,如 K. Kondoh 等人在"J. of Non-Crystalline Solids"(《非晶固體》,178(1994) 189-198) 和T-K. Kim等人在"Mat. Res. Soc. Symp. Proc. "(《材料研宄學會會議論文集》,卷 448(1997)419-423)中所述。
[0074] 本文所述的轉印工藝的特定優(yōu)點是能夠將結構賦予具有大表面的受體表面(諸 如,顯示器母玻璃或建筑玻璃)。這些受體基板的尺寸超過半導體晶片母模板的尺寸??衫?用卷對卷處理與圓柱體母模板的組合來實現(xiàn)大尺寸的疊層轉印膜。
[0075] 輛種材料
[0076] 犧牲層是能夠被烘除或換句話講去除同時基本上完整地保留相鄰層(包括結構 化表面)的材料。例如,相鄰層包括具有結構化表面的回填層或者結構化表面介于其之間 的兩個層。例如,根據(jù)轉印膜的構造,犧牲層包括犧牲模板層、犧牲可剝離層、犧牲聚合物層 或犧牲分型層。
[0077] 犧牲層的結構化表面可通過例如壓印、復制工藝、擠出、澆鑄或表面結構化來形 成。結構化表面可包括納米結構、微觀結構或分層結構。納米結構包括至少一個尺寸(例 如,高度、寬度或長度)小于或等于兩微米的特征。微觀結構包括至少一個尺寸(例如,高 度、寬度或長度)小于或等于一毫米的特征。分層結構是納米結構和微觀結構的組合。
[0078] 可用于犧牲層(犧牲模板層、犧牲可剝離層、犧牲聚合物層或犧牲分型層)的 材料包括聚乙烯醇(PVA)、乙基纖維素、甲基纖維素、聚降冰片烯、聚(甲基丙烯酸甲酯) (PMMA)、聚乙烯醇縮丁醛、聚碳酸環(huán)己烯酯、聚碳酸環(huán)己烯亞丙酯、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸亞 丙醋和其它脂族聚碳酸醋以及 R.E. Mistier、E.R. Twiname 在 "Tape Casting:Theory and Practice"(《流延成型:理論與實踐》,American Ceramic Society,2000)第2章第2· 4段 "Binders"(粘結劑)中所描述的其它材料。這些材料有許多商業(yè)來源,其中幾個包括在下 表1中。這些材料通常容易通過溶解或者經(jīng)由熱解或燃燒的熱分解而去除。熱加熱通常是 許多制造工藝的一部分,因此犧牲材料的去除可在現(xiàn)有加熱步驟期間實現(xiàn)。因此,經(jīng)由熱解 或燃燒的熱分解是更優(yōu)選的去除方法。
[0079] 存在犧牲材料中優(yōu)選的若干特性。材料應該能夠經(jīng)由擠出、刮刀涂布、溶劑涂布、 澆鑄和固化、或者其它典型的涂布方法被涂布到基板上。優(yōu)選的是,材料在室溫下為固體, 但具有足夠低的T g以使得其能夠通過受熱工具來壓印。因此,優(yōu)選的是犧牲材料的T g高于 25 °C,更優(yōu)選地高于40 °C,最優(yōu)選地高于90 °C。犧牲材料能夠被壓印也是優(yōu)選的材料特性。
[0080] 犧牲材料所期望的另一材料特性是其分解溫度高于回填材料的固化溫度。一旦回 填材料固化,就永久性地形成結構,并且可經(jīng)由上面所列任一方法來去除犧牲模板層。低灰 或低總殘余地熱分解的材料優(yōu)于具有較高殘余的那些材料。留在基板上的殘余可能不利地 影響最終產(chǎn)品的諸如透明度或顏色的光學特性。由于期望使最終產(chǎn)品的這些特性的任何改 變最小化,所以小于IOOOppm的殘余水平是優(yōu)選的。小于500ppm的殘余水平是更優(yōu)選的, 50ppm以下的殘余水平是最優(yōu)選的。
[0081] 術語"干凈地烘除"表示犧牲層可通過熱解或燃燒被去除,而不會保留大量的殘余 物質(諸如,灰)。上面提供了優(yōu)選殘余水平的示例,但是可根據(jù)具體應用使用不同的殘余 水平。
[0082]

【權利要求】
1. 一種用于轉印結構化層的疊層轉印膜,所述疊層轉印膜包括: 載體基板,所述載體基板具有可剝離表面; 犧牲模板層,所述犧牲模板層具有施加到所述載體基板的可剝離表面的第一表面、并 且具有與所述第一表面相對的第二表面,其中所述第二表面包括非平面結構化表面;W及 熱穩(wěn)定的回填層,所述回填層被施加到所述犧牲模板層的第二表面,其中所述回填層 具有與所述犧牲模板層的非平面結構化表面對應并施加到所述犧牲模板層的非平面結構 化表面的結構化表面, 其中所述犧牲模板層能夠從所述回填層去除,同時基本上完整地保留所述回填層的結 構化表面。
2. 根據(jù)權利要求1所述的疊層轉印膜,其中所述載體基板為熱穩(wěn)定的。
3. 根據(jù)權利要求1所述的疊層轉印膜,其中所述回填層是平整化層。
4. 根據(jù)權利要求1所述的疊層轉印膜,其中所述回填層包括兩種不同材料的雙層。
5. 根據(jù)權利要求4所述的疊層轉印膜,其中所述雙層中的一個包括粘合增進層。
6. -種用于轉印嵌入式結構化層的疊層轉印膜,所述疊層轉印膜包括: 載體基板,所述載體基板具有可剝離表面; 犧牲可剝離層,所述犧牲可剝離層具有施加到所述載體基板的可剝離表面的第一表 面、并且具有與所述第一表面相對的第二表面; 頂層,所述頂層被施加到所述犧牲可剝離層的第二表面、并且在所述頂層的與所述犧 牲可剝離層相背的一側上具有非平面結構化表面;W及 回填層,所述回填層被施加到所述頂層的非平面結構化表面,從而在所述頂層與所述 回填層之間形成結構化界面, 其中所述犧牲可剝離層能夠從所述頂層去除,同時基本上完整地保留所述回填層和所 述頂層。
7. 根據(jù)權利要求6所述的疊層轉印膜,其中所述犧牲可剝離層包括分型層。
8. 根據(jù)權利要求6所述的疊層轉印膜,其中所述載體基板是熱穩(wěn)定的。
9. 根據(jù)權利要求6所述的疊層轉印膜,其中所述回填層是平整化層。
10. 根據(jù)權利要求6所述的疊層轉印膜,其中所述回填層包括兩種不同材料的雙層。
11. 根據(jù)權利要求10所述的疊層轉印膜,其中所述雙層中的一個包括粘合增進層。
12. 根據(jù)權利要求6所述的疊層轉印膜,其中所述頂層具有比所述回填層更高的折射 率。
13. -種用于轉印結構化層的疊層轉印膜,所述疊層轉印膜包括: 犧牲聚合物層,所述犧牲聚合物層具有非平面結構化表面;W及 熱穩(wěn)定的回填層,所述回填層被施加到所述犧牲聚合物層的非平面結構化表面,其中 所述回填層具有與所述犧牲聚合物層的非平面結構化表面對應的結構化表面, 其中所述犧牲聚合物層能夠被干凈地烘除,同時基本上完整地保留所述回填層的結構 化表面。
14. 根據(jù)權利要求13所述的疊層轉印膜,其中所述回填層是平整化層。
15. 根據(jù)權利要求13所述的疊層轉印膜,其中所述回填層包括兩種不同材料的雙層。
16. 根據(jù)權利要求15所述的疊層轉印膜,其中所述雙層中的一個包括粘合增進層。
17. 根據(jù)權利要求13所述的疊層轉印膜,其中所述犧牲聚合物層包括可紫外線固化的 材料。
18. -種將結構化層轉印到永久受體的方法,所述方法包括W下步驟: 提供疊層轉印膜,所述疊層轉印膜包括: 載體基板,所述載體基板具有可剝離表面; 犧牲模板層,所述犧牲模板層具有施加到所述載體基板的可剝離表面的第一表面、并 且具有與所述第一表面相對的第二表面,其中所述第二表面包括非平面結構化表面;W及 熱穩(wěn)定的回填層,所述回填層被施加到所述犧牲模板層的第二表面,其中所述回填層 具有與所述犧牲模板層的非平面結構化表面對應并施加到所述犧牲模板層的非平面結構 化表面的結構化表面; 將所述疊層轉印膜施加到永久受體,其中所述回填層被施加到所述永久受體; 去除所述載體基板,同時將所述犧牲模板層的至少一部分保留在所述回填層上;W及 將所述犧牲模板層從所述回填層去除,同時基本上完整地保留所述回填層的結構化表 面。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法,其中所述施加步驟包括將所述疊層轉印膜施加到玻 璃基板。
20. 根據(jù)權利要求18所述的方法,其中所述施加步驟包括將所述疊層轉印膜施加到底 發(fā)射AMOL邸背板的平整化層。
21. 根據(jù)權利要求18所述的方法,其中所述施加步驟包括將所述疊層轉印膜施加到頂 發(fā)射AMOL邸背板的平整化層。
22. 根據(jù)權利要求18所述的方法,其中所述施加步驟包括將所述疊層轉印膜施加到 OLED固態(tài)照明基板。
23. 根據(jù)權利要求18所述的方法,其中所述施加步驟包括將所述疊層轉印膜施加到所 述永久受體上的緩沖層。
24. -種將嵌入式結構化層轉印到永久受體的方法,所述方法包括W下步驟: 提供疊層轉印膜,所述疊層轉印膜包括: 載體基板,所述載體基板具有可剝離表面; 犧牲可剝離層,所述犧牲可剝離層具有施加到所述載體基板的可剝離表面的第一表 面、并且具有與所述第一表面相對的第二表面; 頂層,所述頂層被施加到所述犧牲可剝離層的第二表面、并且在所述頂層的與所述犧 牲可剝離層相背的一側上具有非平面結構化表面;W及 回填層,所述回填層被施加到所述頂層的非平面結構化表面,從而在所述頂層與所述 回填層之間形成結構化界面; 將所述疊層轉印膜施加到永久受體,其中所述回填層被施加到所述永久受體; 去除所述載體基板,同時將所述犧牲可剝離層的至少一部分保留在所述頂層上;W及 將所述犧牲可剝離層從所述回填層去除,同時基本上完整地保留所述回填層和所述頂 層。
25. 根據(jù)權利要求24所述的方法,其中所述施加步驟包括將所述疊層轉印膜施加到玻 璃基板。
26. 根據(jù)權利要求24所述的方法,其中所述施加步驟包括將所述疊層轉印膜施加到所 述永久受體上的緩沖層。
27. 根據(jù)權利要求24所述的方法,其中所述頂層具有比所述回填層更高的折射率。
28. -種將嵌入式結構化層轉印到永久受體的方法,所述方法包括W下步驟: 提供疊層轉印膜,所述疊層轉印膜包括: 犧牲聚合物層,所述犧牲聚合物層具有非平面結構化表面;W及 熱穩(wěn)定的回填層,所述回填層被施加到所述犧牲聚合物層的非平面結構化表面,其中 所述回填層具有與所述犧牲聚合物層的非平面結構化表面對應的結構化表面; 將所述疊層轉印膜施加到永久受體,其中所述回填層被施加到所述永久受體;W及 去除所述犧牲聚合物層,同時基本上完整地保留所述回填層的結構化表面,其中所述 去除步驟包括干凈地烘除所述犧牲聚合物層。
29. 根據(jù)權利要求28所述的方法,其中所述施加步驟包括將所述疊層轉印膜施加到玻 璃基板。
30. 根據(jù)權利要求28所述的方法,其中所述施加步驟包括將所述疊層轉印膜施加到所 述永久受體上的緩沖層。
31. -種將嵌入式結構化蝕刻掩模轉印到永久受體的方法,所述方法包括W下步驟: 提供疊層轉印膜,所述疊層轉印膜包括: 犧牲聚合物層,所述犧牲聚合物層具有非平面結構化表面;W及 耐蝕刻的平整化的回填層,所述回填層被施加到所述犧牲聚合物層的非平面結構化表 面, 其中所述回填層是所述犧牲聚合物層的非平面結構化表面的基本上反轉復制品; 將所述疊層轉印膜施加到永久受體;W及 蝕刻所述犧牲聚合物層,同時基本上完整地保留所述回填層的結構化表面,其中所述 蝕刻步驟包括對所述犧牲聚合物層的干法反應性離子蝕刻。
32. -種帶有疊層轉印膜的柔性玻璃受體基板,其包括: 載體基板,所述載體基板具有可剝離表面; 犧牲模板層,所述犧牲模板層具有施加到所述載體基板的可剝離表面的第一表面、并 且具有與所述第一表面相對的第二表面,其中所述第二表面包括非平面結構化表面; 熱穩(wěn)定的回填層,所述回填層被施加到所述犧牲模板層的第二表面,其中所述回填層 具有與所述犧牲模板層的非平面結構化表面對應并施加到所述犧牲模板層的非平面結構 化表面的結構化表面;W及 柔性玻璃受體基板,所述柔性玻璃受體基板被施加到所述回填層的與所述回填層的結 構化表面相背的表面, 其中所述犧牲模板層能夠從所述回填層去除,同時基本上完整地保留所述回填層的結 構化表面。
33. -種在相對表面上帶有疊層轉印膜的受體基板,其包括: 受體基板,所述受體基板具有第一表面W及與所述第一表面相對的第二表面; 第一疊層轉印膜,所述第一疊層轉印膜被施加到所述受體基板的第一表面,所述第一 疊層轉印膜包括: 第一載體基板,所述第一載體基板具有可剝離表面; 第一犧牲模板層,所述第一犧牲模板層具有施加到所述第一載體基板的可剝離表面的 第一表面、并且具有與所述第一表面相對的第二表面,其中所述第二表面包括非平面結構 化表面;W及 熱穩(wěn)定的第一回填層,所述第一回填層被施加到所述受體基板的第一表面和所述第一 犧牲模板層的第二表面,其中所述第一回填層具有與所述第一犧牲模板層的非平面結構化 表面對應并施加到所述第一犧牲模板層的非平面結構化表面的結構化表面, 其中所述第一犧牲模板層能夠從所述第一回填層去除,同時基本上完整地保留所述第 一回填層的結構化表面;W及 第二疊層轉印膜,所述第二疊層轉印膜被施加到所述受體基板的第二表面,所述第一 疊層轉印膜包括: 第二載體基板,所述第二載體基板具有可剝離表面; 第二犧牲模板層,所述第二犧牲模板層具有施加到所述第二載體基板的可剝離表面的 第一表面、并且具有與所述第一表面相對的第二表面,其中所述第二表面包括非平面結構 化表面;W及 熱穩(wěn)定的第二回填層,所述第二回填層被施加到所述受體基板的第二表面和所述第二 犧牲模板層的第二表面,其中所述第二回填層具有與所述第二犧牲模板層的非平面結構化 表面對應并施加到所述第二犧牲模板層的非平面結構化表面的結構化表面, 其中所述第二犧牲模板層能夠從所述第二回填層去除,同時基本上完整地保留所述第 二回填層的結構化表面。
34. 根據(jù)權利要求33所述的受體基板,其中所述受體基板是卷筒形式。
35. -種帶有納米結構的底發(fā)射AMOLED,其包括; 支撐基板; 在所述支撐基板上的納米結構化層; 在所述納米結構化層上的平整化層; 在所述平整化層上的像素電路平面化層,其中所述像素電路平面化層包括具有大于 1. 7的折射率的填充有納米顆粒的材料; 在所述像素電路平面化層上的底電極; 頂電極擬及 在所述底電極與所述頂電極之間的0L邸層。
【文檔編號】B32B37/00GK104471739SQ201380037772
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年6月17日 優(yōu)先權日:2012年7月20日
【發(fā)明者】馬丁·B·沃克, 米奇斯瓦夫·H·馬祖雷克, 謝爾蓋·拉曼斯基, 瑪格麗特·M·沃格爾-馬丁, 維維安·W·瓊斯, 奧勒斯特爾·小本森, 邁克爾·本頓·弗里, 埃文·L·施瓦茨, 蘭迪·S·貝, 格雷厄姆·M·克拉克 申請人:3M創(chuàng)新有限公司
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