本發(fā)明屬于顯示技術領域，具體涉及一種金屬掩膜板的設計方法、金屬掩膜板的制備方法。

背景技術：

隨著技術發(fā)展，oled(organiclightemittingdiode，簡稱有機發(fā)光二極管)顯示裝置日益深入人們的生活。在oled顯示裝置的制備工藝中，廣泛應用精細金屬掩膜板(finemetalmask，簡稱fmm)的小分子蒸鍍技術，應用多層金屬掩膜板，通過金屬掩膜板中的開口將有機發(fā)光材料蒸鍍到薄膜晶體管背板的特定位置，從而實現彩色顯示。

金屬掩膜板的精度為微米級，與薄膜晶體管背板的匹配對位的精度要求非常高。通常情況下，薄膜晶體管的開口相對背板特定位置的偏移超過5微米，上一層金屬掩膜板和下一層金屬掩膜板蒸鍍的有機發(fā)光材料在發(fā)光時就會發(fā)生顏色的互相干擾，導致顯示器件在顯示時發(fā)生“混色”不良，例如，在顯示白色畫面時，畫面發(fā)青或發(fā)粉。導致顯示器件“混色”不良的原因包括：金屬掩膜板設計、制造商制作精度、使用時的對位精度、金屬掩膜板多次使用的“疲勞”和“松弛”以及和薄膜晶體管背板貼合情況等多種因素。上述各因素除設計因素之外，均可通過調整改進工藝來提高精度，因此對金屬掩膜板的設計提出了較高的要求。

設計并制造好的金屬掩膜板經拉伸焊接在框架上，厚約數十微米、長約百微米、寬約幾十到幾百微米的金屬掩膜板在兩端施加的拉力下會產生較大形變，如圖1所示，比較設計好的金屬掩膜板1與拉伸焊接后的金屬掩膜板2可見，拉伸焊接后的金屬掩膜板2在拉伸方向發(fā)生伸長形變、在垂直于拉伸方向發(fā)生縮短形變，導致金屬掩膜板上的開口因此發(fā)生移動和形變，從而與薄膜晶體管背板失配。有鑒于此，在設計金屬掩膜板時，通過在拉伸方向和收縮方向分別設計補償量，讓其在拉伸或收縮發(fā)生形變后達到預期位置。目前，補償量來源于成型樣品金屬掩膜板中，拉伸/收縮前對位標識與拉伸/收縮后對位標識的測量和計算，這種方式雖然能提供金屬掩膜板的補償量，但是效率低下，而且增加了金屬掩膜板的工藝成本。

如何在金屬掩膜板的設計初期就考慮金屬掩膜板的形變量，一次性設計出包含了補償量的金屬掩膜板成為目前亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現有技術中上述不足，提供一種金屬掩膜板的設計方法、金屬掩膜板的制備方法，通過計算預估出金屬掩膜板拉伸受力后的形變量，在設計或制作金屬掩膜板時對該形變量進行負補償，準確的抵消因拉伸后產生的形變，確保金屬掩膜板的精度。

解決本發(fā)明技術問題所采用的技術方案是該金屬掩膜板的設計方法，包括步驟：

根據所述金屬掩膜板在使用時的拉伸力、以及所述金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性，分別計算所述金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變量；

根據所述金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變量，以與形變量相同、但形變趨勢相反的方式補償所述金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變。

優(yōu)選的是，獲取所述金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性包括：

確定所述金屬掩膜板的設計尺寸；

獲取用于制備所述金屬掩膜板的材料屬性；

根據所述金屬掩膜板的設計尺寸、以及用于制備所述金屬掩膜板的材料屬性，計算所述金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性。

優(yōu)選的是，所述金屬掩膜板的設計尺寸包括長度、寬度和厚度，以及所述金屬掩膜板中的開口尺寸、橫向開口間距和縱向開口間距；用于制備所述金屬掩膜板的材料屬性包括楊氏模量和泊松比。

優(yōu)選的是，計算所述金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性為：

所述金屬掩膜板的拉伸方向楊氏模量ex為：

ex＝e×e/(a+e)

所述金屬掩膜板的垂直于拉伸方向的方向楊氏模量ey為：

ey＝e×b/(c+b)

所述金屬掩膜板的泊松比ν為：

ν＝ν0×l/w×((a+e)*(b+c)/(a·b))^1/2

其中：所述金屬掩膜板的寬度為w，長度為l，所述金屬掩膜板中的開口大小為a·b，橫向開口間距為e，縱向開口間距為c，用于制備所述金屬掩膜板的材料的楊氏模量為e，泊松比為ν0。

一種實施方式為，所述金屬掩膜板的拉伸力為f，則有：

所述金屬掩膜板在拉伸方向上的截面正應力σx為：

σx＝f/(w×t)

所述金屬掩膜板在拉伸方向上的截面伸長量δl為：

δl＝±f×l/(ex×w×t)

所述金屬掩膜板在拉伸方向上的截面正應變εx為：

εx＝δl/l＝σx/ex

所述金屬掩膜板在拉伸方向上的正應變εx與垂直于拉伸方向的方向上的正應變εy的關系為：

εx＝-ν×εy。

另一種實施方式為，進一步包括：根據所述金屬掩膜板的厚度以及開口傾斜度設置修正參數c1，有：

所述金屬掩膜板在拉伸方向上的截面正應力σx為：

σx＝f/(w×c1×t)；

所述金屬掩膜板在拉伸方向上的伸長量δl為：

δl＝±f×l/[ex×(w×c1×t)]；

所述金屬掩膜板在拉伸方向上的截面正應變εx為：

εx＝δl/l＝σx/ex；

所述金屬掩膜板在拉伸方向上的正應變εx與垂直于拉伸方向的方向上的正應變εy的關系為：

σx＝-ν×εy。

優(yōu)選的是，修正系數c1的范圍為1/2～1/4。

優(yōu)選的是，所述金屬掩膜板在拉伸方向上的形變補償量為：

t.r.x＝δl/l％＝σx/ex％；

所述金屬掩膜板在與垂直于拉伸方向的方向上的形變補償量為：

t.r.y＝δw/w％＝εy％＝-t.r.x/ν％。

優(yōu)選的是，所述金屬掩膜板中的開口為矩形，所述開口的長邊與所述金屬掩膜板的長邊方向相同；

所述金屬掩膜板的拉伸方向為長邊方向，垂直于拉伸方向的方向為短邊方向。

一種金屬掩膜板的制備方法，根據上述的設計方法對所述金屬掩膜板進行互相垂直的兩個方向上的形變補償。

本發(fā)明的有益效果是：通過該金屬掩膜板的設計方法、金屬掩膜板的制備方法，根據具體的金屬掩膜板尺寸、材料屬性及開口尺寸等計算出在金屬掩膜板拉伸方向和垂直于拉伸方向的方向上的形變量，以便在實際設計或制作金屬掩膜板時對該計算得到的形變量進行負補償，確保金屬掩膜板在拉伸后各個開口的位置精度。

附圖說明

圖1為金屬掩膜板的形變趨勢示意圖；

圖2為金屬掩膜板的開口示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例1中金屬掩膜板的設計方法的流程圖；

圖4為金屬掩膜板中開口刻蝕的斷面示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例2中金屬掩膜板形變補償的示意圖；

附圖標識中：

1－設計好的金屬掩膜板；2-拉伸焊接后的金屬掩膜板；3-金屬掩膜板；4-開口。

具體實施方式

為使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明金屬掩膜板的設計方法、金屬掩膜板的制備方法作進一步詳細描述。

本發(fā)明的技術構思在于：究其原因，金屬掩膜板即很薄的金屬片，在拉伸方向和在垂直于拉伸方向上的形變最根本的原因在于，金屬掩膜板因密集的開口導致形變屬性發(fā)生變化，導致金屬掩膜板上密集的開口因此會發(fā)生移動和形變，從而與薄膜晶體管背板失配。根據金屬掩膜板在拉伸焊接時發(fā)生形變的根本因素，在設計金屬掩膜板時就考慮該形變，從而在設計時加入補償量以抵消拉伸焊接金屬掩膜板產生的形變。

實施例1：

針對金屬掩膜板因存在張網收縮率，需要在金屬長寬方向上的補償的問題，本實施例提供一種金屬掩膜板的設計方法及其相應的金屬掩膜板的制備方法，采用該金屬掩膜板的設計方法及其相應的金屬掩膜板的制備方法無需提前制備樣品掩膜板，直接通過計算獲得形變補償量，從而使得一次性設計出包含了補償量的金屬掩膜板得以實現。

通常情況下，已知金屬掩膜板的拉伸力為f，厚度為t，寬度為w，長度為l,楊氏模量為e，泊松比為ν0，則：

金屬掩膜板在拉伸方向的截面正應力σx為：

σx＝f/w×t公式(1-1)

金屬掩膜板在拉伸方向的截面伸長量δl為：

δl＝±f×l/e×a公式(1-2)

金屬掩膜板在拉伸方向的截面正應變εx為：

εx＝δl/l＝σx/e公式(1-3)

金屬掩膜板在拉伸方向上的正應變εx與垂直于拉伸方向的方向上的正應變εy的關系為：

εx＝-ν0×εy。公式(1-4)

然而，由于金屬掩膜板上開了很多較小的開口，其楊氏模量e和泊松比ν與原材料相比，會發(fā)生變化，原先各向同性的材料會變?yōu)楦飨虍愋裕唧w的變化量與開口的大小、密度有關，以如圖2所示的矩形開口為例，開口的長、寬分別以a、b示意，密度與縱向開口間距c、橫向開口間距e有關。開口后，導致金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性發(fā)生變化。針對金屬掩膜板中的開口，拉伸方向即軸向方向，垂直于拉伸方向的方向即橫向。

本實施例的金屬掩膜板的設計方法及其相應的金屬掩膜板的制備方法旨在解決上述的問題，如圖3所示，該金屬掩膜板的設計方法，包括步驟：

步驟s1)：根據金屬掩膜板在使用時的拉伸力、以及金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性，分別計算金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變量。

在該步驟中，獲取金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性包括：

步驟s11)：確定金屬掩膜板的設計尺寸。

金屬掩膜板的設計尺寸包括長度、寬度和厚度，以及金屬掩膜板中的開口尺寸、橫向開口間距和縱向開口間距。

步驟s12)：獲取用于制備金屬掩膜板的材料屬性。

用于制備金屬掩膜板的材料屬性包括楊氏模量和泊松比。

步驟s11)和步驟s12)通過提供與形變屬性相關的技術參數，進而獲得金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性，為形變補償量提供計算依據。

步驟s13)：根據金屬掩膜板的設計尺寸、以及用于制備金屬掩膜板的材料屬性，計算金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性。

由于開口使得金屬掩膜板的楊氏模量e和泊松比ν與原材料相比會發(fā)生變化，以如圖2所示的矩形開口為例，開口后計算金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變屬性為：

金屬掩膜板的拉伸方向楊氏模量ex為：

ex＝e×e/(a+e)公式(1-5)

金屬掩膜板的垂直于拉伸方向的方向楊氏模量ey為：

ey＝e×b/(c+b)公式(1-6)

金屬掩膜板的泊松比ν為：

ν＝ν0×l/w×((a+e)*(b+c)/(a·b))^1/2公式(1-7)

其中：金屬掩膜板的寬度為w，長度為l，金屬掩膜板中的開口大小為a·b，橫向開口間距為e，縱向開口間距為c，用于制備金屬掩膜板的材料的楊氏模量為e，泊松比為ν0。在材料的比例極限內，由均勻分布的縱向應力所引起的橫向應變與相應的縱向應變之比的絕對值為泊松比，采用泊松比進行計算無需引入剪切模量，因此能簡化設計。

步驟s13)進一步獲得了與形變屬性相關的楊氏模量和泊松比，為掩膜板形變補償量提供計算依據。

步驟s2)：根據金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變量，以與形變量相同、但形變趨勢相反的方式補償金屬掩膜板在互相垂直的兩個方向上的形變，即進行負補償。

在該步驟中，金屬掩膜板的拉伸力為f，則有：

金屬掩膜板在拉伸方向上的截面正應力σx為：

σx＝f/(w×t)公式(1-8)

金屬掩膜板在拉伸方向上的截面伸長量δl為：

δl＝±f×l/(ex×w×t)公式(1-9)

金屬掩膜板在拉伸方向上的截面正應變εx為：

εx＝δl/l＝σx/ex公式(1-10)

金屬掩膜板在拉伸方向上的正應變εx與垂直于拉伸方向的方向上的正應變εy的關系為：

εx＝-ν×εy。公式(1-11)

通過以上步驟，獲得與形變相關的應變參數，為形變補償量提供計算依據。

在此基礎上，金屬掩膜板在拉伸方向上的形變補償量為：

t.r.x＝δl/l％＝σx/ex％；公式(1-12)

金屬掩膜板在與垂直于拉伸方向的方向上的形變補償量為：

t.r.y＝δw/w％＝εy％＝-t.r.x/ν％。公式(1-13)

根據上述計算所得的互相垂直的兩方向上的形變量，即可在掩膜板設計過程中提供形變補償量。

通常情況下，金屬掩膜板為矩形，金屬掩膜板中的開口如圖2所示的為矩形，開口的長邊與金屬掩膜板的長邊方向相同。此時，金屬掩膜板的拉伸方向為長邊方向，垂直于拉伸方向的方向為短邊方向。通過設定蒸鍍開口與金屬掩膜板的關系，保證恰當的補償關系。

可以理解的是，隨著掩膜制備技術的進步以及蒸鍍圖形的多樣化設計，金屬掩膜板中的開口也可以為其他形狀，此時可根據金屬掩膜板在拉伸焊接工藝中的位置，同樣能采用本實施例中的金屬掩膜板的設計方法對互相垂直的兩個方向上進行形變補償量進行，這里不做限定。

相應的，本實施例還提供一種金屬掩膜板的制備方法，其根據上述的設計方法對金屬掩膜板進行互相垂直的兩個方向上的形變補償。從而，無需提前制備樣品掩膜板，直接通過計算獲得形變補償量的金屬掩膜板。

本實施例中的金屬掩膜板的設計方法，在設計的過程中通過已知的金屬掩膜板材料屬性、金屬掩膜板尺寸；再結合特定的張網力，計算出金屬掩膜板在長邊方向和短邊方向的形變量，進而計算出金屬掩膜板制作時需要的補償量。運用該方法，可以在設計和制作時考慮金屬掩膜板的長短邊形變，計算出長短邊方向需要設計的補償值，并在設計或制作時加以補償，使得金屬掩膜板在收到拉伸并發(fā)生形變后，金屬掩膜板上的開口還能正確的對應到薄膜晶體管背板的對應位置，保證金屬掩膜板的狀態(tài)達到最好。

實施例2：

本實施例提供一種金屬掩膜板的設計方法及其相應的金屬掩膜板的制備方法，無需提前制備樣品掩膜板，直接通過計算獲得形變補償量，從而使得一次性設計出包含了補償量的金屬掩膜板得以實現。本實施例與實施例1的區(qū)別在于，在該金屬掩膜板的設計方法及其相應的金屬掩膜板的制備方法中，還設置了與金屬掩膜板的厚度以及開口傾斜度相關的修正參數，并根據金屬掩膜板的厚度以及開口傾斜度設置修正參數c1。

在實施例1的金屬掩膜板的設計方法的基礎上，

金屬掩膜板的軸向楊氏模量ex為：

ex＝e×e/(a+e)公式(2-1)

金屬掩膜板的橫向楊氏模量ey為：

ey＝e×b/(c+b)公式(2-2)

金屬掩膜板的泊松比ν為：

v＝v0×l/w×((a+e)*(b+c)/(a·b))^1/2公式(2-3)

由于金屬掩膜板通常是通過刻蝕工藝制造的，其對應圖2中a-a斷面剖線的刻蝕斷面如圖4所示。在這種工藝下，金屬掩膜板厚度會發(fā)生變化，而且由于采用刻蝕工藝形成的開口4并非規(guī)則形狀，開口4與金屬掩膜板3平面存在傾斜角θ，因此設置了與金屬掩膜板3的厚度以及開口4的傾斜度相關的修正參數c1倍，從而提供更為準確的應變參數，優(yōu)選修正系數c1的范圍為1/2～1/4。

綜合上述考慮，寬度為w，長度為l的金屬掩膜板在拉伸力為f，開口大小為ab，橫向開口間距為e，縱向開口間距為c時，有：

金屬掩膜板在拉伸方向上的截面正應力σx為：

σx＝f/(w×c1×t)公式(2-4)

金屬掩膜板在拉伸方向上的伸長量δl為：

δl＝±f×l/[ex×(w×c1×t)]公式(2-5)

金屬掩膜板在拉伸方向上的截面正應變εx為：

εx＝δl/l＝σx/ex公式(2-6)

金屬掩膜板在在拉伸方向(軸向)上的正應變εx與垂直于拉伸方向的方向(橫向)上的正應變εy的關系：

σx＝-ν×εy公式(2-7)

因此，金屬掩膜板在拉伸方向上(軸向)形變補償量(即張網收縮率tensionratio)為：

t.r.x＝δl/l％＝σx/ex％公式(2-8)

金屬掩膜板在橫向形變補償量為：

t.r.y＝δw/w％＝εy％＝-t.r.x/ν％公式(2-9)

例如，設計金屬掩膜板的拉伸力f為24n，金屬掩膜板的長度l為850mm，寬度w為83mm,厚度t為0.03mm，材料楊氏模量e為141000n/mm²，泊松比ν0為0.29，開口大小為a＝0.041、b＝0.037，橫向開口間距e為0.037，縱向開口間距c為0.041mm，則根據本實施例中的金屬掩膜板的設計方法計算得到：

軸向形變補償量為t.r.x＝0.0255％；

橫向形變補償量為t.r.y＝-0.0042％。

根據現有技術的掩膜板設計方法，在相同的設計參數金屬掩膜板的條件下，采用樣品金屬掩膜板方式獲得的同等參數下金屬掩膜板的形變測量值約為t.r.x＝0.02％，t.r.y＝-0.003％，可見，本實施例中的金屬掩膜板的設計方法得到的形變補償量與樣本金屬掩膜板的形變測量結果吻合度相當高，因此在設計時加入補償量以抵消拉伸焊接金屬掩膜板產生的形變。

相應的，本實施例還提供一種金屬掩膜板的制備方法，如圖5所示，其根據上述的設計方法對金屬掩膜板進行互相垂直的兩個方向上的形變補償。從而，無需提前制備樣品掩膜板，直接通過計算獲得形變補償量的金屬掩膜板。

本實施例中的金屬掩膜板的設計方法，在設計的過程中通過已知的金屬掩膜板材料屬性、金屬掩膜板尺寸、以及與金屬掩膜板的厚度以及開口傾斜度相關的修正參數；再結合特定的張網力，計算出金屬掩膜板在長邊方向和短邊方向的形變量，進而計算出金屬掩膜板制作時需要的補償量。運用該方法，可以在設計和制作時考慮金屬掩膜板的長短邊形變，計算出長短邊方向需要設計的補償值，并在設計或制作時加以補償，使得金屬掩膜板在收到拉伸并發(fā)生形變后，金屬掩膜板上的開口還能正確的對應到薄膜晶體管背板的對應位置，保證金屬掩膜板的狀態(tài)達到最好。

綜上，實施例1、2提供的金屬掩膜板的設計方法及其金屬掩膜板的制備方法，通過計算金屬掩膜板的張網收縮率(tensionratio)，從而獲得金屬掩膜板制作時需要的補償量，進而在金屬掩膜板設計時進行補償，在金屬掩膜板的設計初期就考慮金屬掩膜板的形變量，一次性設計出包含了補償量的金屬掩膜板，降低了金屬掩膜板的工藝成本。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。