CN106783735B - 一种液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法及结构，涉及液晶显示领域。该封装结构包括设置在薄膜晶体管基板上的至少一层密封膜层，其中，密封膜层包括有机薄膜层、自组装单层膜、无机薄膜层和硅薄膜层。该封装结构通过设置自组装单层膜和硅薄膜层，能够有效填补有机薄膜层和无机薄膜层中的针孔和晶粒边缘缺陷，能够提高封装结构的柔韧性和密封性。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，特别是涉及一种液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法及结构。
背景技术
由于液晶显示装置中的薄膜晶体管元件固态层极薄，有一些物质是化学活性材料，暴露在水或氧气中会立刻氧化，产生黑点从而损坏显示器。因此，液晶显示装置对湿气和氧气极为敏感。
为保护液晶显示装置，现已研究出多种封装方式用以阻挡水汽和氧气，目前最常用的是多层薄膜封装技术，也称为Barix封装技术。即在基板上先形成一层有机聚合物薄膜，然后在有机聚合物薄膜上形成一层无机薄膜组成一个Barix封装单元，再重复堆叠多个封装单元形成一个多层有机层与无机层的组合，以提高封装的气密性。因为聚合物的成膜性好、表面致密不易形成针孔，但对水汽、氧气的阻隔效果欠佳；而无机薄膜层对水汽和氧气有很好的阻隔作用，但成膜性、平整度和均匀性欠佳，让两者交替成膜堆叠形成一个互补的水汽和氧气隔离单元。虽然已经有了很好的阻隔性能，但仍然会有少量空气和水汽渗透进入，使器件氧化形成黑点从而损坏显示器。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法及结构，能够很好的阻挡水汽和氧气向液晶显示装置内部扩散，使密封性能更好。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法。该方法包括：对薄膜晶体管基板进行表面处理；在经过表面处理后的薄膜晶体管基板上形成有机薄膜层；将形成有有机薄膜层的薄膜晶体管基板放置在酸性溶液中进行浸泡，以除去表面污染物并活化表面羟基；洗涤并吹干浸泡后的薄膜晶体管基板，并将薄膜晶体管基板放置在有机硅溶液中进行浸泡，以在有机薄膜层上形成自组装单层膜；在薄膜晶体管基板的自组装单层膜上形成无机薄膜层；将形成有无机薄膜层的薄膜晶体管基板放置在酸性溶液中进行浸泡，以除去表面污染物并活化其表面羟基；在无机薄膜层上化学气相沉积硅薄膜层，从而在薄膜晶体管基板的表面形成一层密封膜层，其中，密封膜层包括有机薄膜层、自组装单层膜、无机薄膜层和硅薄膜层。
其中，多次执行上述步骤以在薄膜晶体管基板上形成多层密封膜层。
其中，洗涤并吹干浸泡后的薄膜晶体管基板的步骤，包括：将薄膜晶体管基板用去离子水洗涤；用惰性气体吹干洗涤后的薄膜晶体管基板。
其中，在薄膜晶体管基板的自组装单层膜上形成无机薄膜层的步骤，包括：利用溅射沉积法形成无机薄膜层。其中，溅射沉积法的溅射压力为3.5～15mTorr。
其中，将薄膜晶体管基板放置在有机硅溶液中进行浸泡的步骤，包括：排除有机硅溶液中的气泡。
其中，酸性溶液为硫酸与双氧水的混合溶液。
其中，将形成有无机薄膜层的薄膜晶体管基板放置在酸性溶液中进行浸泡的步骤之前，该方法进一步包括：将形成有无机薄膜层的薄膜晶体管基板放置在紫外光下进行照射。
其中，无机薄膜层为Al2O3、SiO2或TiO薄膜层。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装结构，包括：薄膜晶体管基板；设置在薄膜晶体管基板上的至少一层密封膜层，其中，密封膜层包括有机薄膜层、自组装单层膜、无机薄膜层和硅薄膜层，其中，密封膜层采用上述液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法而形成在薄膜晶体管基板上。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供的封装结构在有机薄膜层与无机薄膜层之间形成一层自组装单层膜，所形成的自组装单层膜具有均匀一致、高密度堆积和低缺陷等特性，无论基底形状如何，均可形成表面均匀一致的覆盖层，热力学稳定且制膜灵活方便，只需要一种含有表面活性物质的溶液和基板就好，将预先清洗或预处理活化过的基板浸泡在溶液中，经过一定反应时间后，表面活性物质就可以在基板上形成一个排列致密有序的自组装膜。自组装单层膜的形成能够有效填补有机薄膜层和无机薄膜层中的针孔和晶粒边缘缺陷，使密封性能更好。随后还在无机薄膜层上化学气相沉积一层硅薄膜层，进一步覆盖填补无机薄膜层中的针孔和晶粒边缘缺陷，增强密封性能，同时还能够提高封装结构的柔韧性。
附图说明
图1是本发明薄膜晶体管基板的封装方法一实施方式的流程图。
图2是本发明薄膜晶体管基板一实施方式的平面示意图。
图3是本发明薄膜晶体管基板的封装结构一实施方式的剖面图。
图4是本发明薄膜晶体管基板的封装结构一实施方式的电镜示意图。
图5是本发明薄膜晶体管基板的封装结构一实施方式的老化实验效果图。
图6是本发明薄膜晶体管基板的封装结构另一实施方式的老化实验效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明提供一种液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法和封装结构，该方法工艺简单，且所得液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装结构的柔韧性和密封性能良好，能够有效阻挡水汽和氧气进入液晶显示装置内部，防止内部结构材料被氧化形成黑点，延长液晶显示装置的使用寿命。
请参阅图1、图2和图3，本发明提供的液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法一实施方式包括：
S101：对薄膜晶体管的基板进行表面处理。
具体地，在液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)的下基板玻璃上设置薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)，将TFT基板31表面处理成为高度疏水的表面。可选地，在TFT基板31表面覆盖一层聚酰胺薄膜，既起到疏水的作用，同时还能够改善TFT基板31的表面平整度，也可根据实际生产需要使用其他材料形成疏水表面。
S102：在经过表面处理后的薄膜晶体管基板上形成有机薄膜层。
具体地，如图2所示，在形成有机薄膜层321之前，TFT基板31被扫描线和数据线划分为多个线性网格，在划分网格后的TFT基板31上形成一层有机薄膜层321，可选地，有机薄膜层321为聚丙烯酸酯薄膜，也可根据实际生产需要使用其他聚合物薄膜作为有机薄膜层321。有机薄膜层321的形成能够提高TFT基板31的平整度，减少后续操作对TFT器件造成机械损伤，提高晶粒表面的热稳定性和改变化学极性。
S103：将形成有有机薄膜层的薄膜晶体管基板放置在酸性溶液中进行浸泡，以除去表面污染物并活化表面羟基。
可选地，将形成有有机薄膜层321的TFT基板31浸泡在硫酸(H2SO4)与双氧水(H2O2)的混合溶液中，两者的体积比为70:30，也可根据TFT基板31的具体类型、干净程度调整两者之间的比例，或更换使用其他酸性溶液。这一步处理除了将TFT基板31表面清洗干净之外，最主要的目的是活化有机薄膜层321的表面羟基，为下一步自组装成膜做准备。
S104：洗涤并吹干浸泡后的薄膜晶体管基板，并将薄膜晶体管基板放置在有机硅溶液中进行浸泡，以在有机薄膜层上形成自组装单层膜。
具体地，将形成有有机薄膜层321的TFT基板31从酸性溶液中取出，使用去离子水洗涤，并用惰性气体吹干。此处应选用去离子水，以防普通自来水中的某些离子成分对TFT基板31造成影响。因为TFT器件对氧气较为敏感，需要在无氧条件下对其进行处理，所以当需要对其进行吹干时应选用惰性气体，例如氮气、氩气等。
将干燥后的TFT基板31放置在有机硅溶液中，在真空泵的作用下将该溶液充分搅拌后放置，以排除溶液中的气泡，浸泡反应一段时间后，即可在有机薄膜层321上形成一层自组装单层膜322。可选地，有机硅溶液为CF3(CF2)10(CH2)2SiCl3(FTCS)溶液。
有机硅分子通过化学键相互作用，自发吸附在有机薄膜层321表面上形成热力学稳定和能量最低的单分子层膜，即为自组装单层膜322。所形成的自组装单层膜322具有均匀一致、高密度堆积和低缺陷等特性，无论基底形状如何，均可形成表面均匀一致的覆盖层。因此该层自组装单层膜322的形成能够有效填补有机薄膜层321和无机薄膜层323中的针孔和晶粒边缘缺陷，使密封性能更好，同时还能够为无机薄膜层323的涂覆提供更好的附着面。另外，自组装单层膜322选用具有氨基、环氧基、巯基等亲水性基团的有机硅化合物，能够吸附阻挡部分水汽，例如：(Me)2SiCl-(CH2)m-EGnOCH3,(Me)2SiCl-(CH2)m-CONHS等。
此外，所形成的自组装单层膜322为单分子层膜，厚度极薄，只有1nm不会影响薄膜晶体管基板的总厚度。
S105：在薄膜晶体管基板的自组装单层膜上形成无机薄膜层。
可选地，利用溅射沉积法形成无机薄膜层323。其中，溅射沉积法的溅射压力为3.5～15mTorr，例如：3.5mTorr、4.5mTorr、6.0mTorr、10.0mTorr、15.0mTorr等。较低的压力能够有效防止有机薄膜层321的损坏，但是容易产生针孔，进而降低密封性能。可选地，无机薄膜层323为Al2O3、SiO2或TiO薄膜层等。
S106：将形成有无机薄膜层的薄膜晶体管基板放置在酸性溶液中进行浸泡，以除去表面污染物并活化其表面羟基。
在进行S106操作之前，将形成有无机薄膜层323的TFT基板31放置在紫外光下进行照射，紫外灯的照射能够加固有机薄膜层321。
将经过紫外灯照射后的TFT基板31浸泡在酸性溶液中，此处的酸性溶液与S103中的相同或不同。这一步处理能够除去TFT基板31的表面污染物，同时活化无机薄膜层323的表面羟基。
S107：在无机薄膜层上化学气相沉积硅薄膜层。
具体地，在无机薄膜层323上利用化学气相沉积法形成一层硅薄膜层324，进一步覆盖填补无机薄膜层323中的针孔和晶粒边缘缺陷，增强密封性能。
至此，已完整的在TFT基板31上形成了一层密封膜层32，如图3所示，密封膜层32包括有机薄膜层321、自组装单层膜322、无机薄膜层323和硅薄膜层324。
多次执行上述S101～S107步骤以在TFT基板31上形成多层密封膜层32。
请继续参阅图3，本发明提供的液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装结构包括至少一层密封膜层32，根据液晶显示装置的性能要求选择设置3层、5层、8层或10层等密封膜层32。密封膜层32采用上述液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法而形成在TFT基板31上。
在一个具体应用场景中，在LCD的下基板玻璃上设置TFT，在TFT基板31表面涂覆一层聚酰胺薄膜(图未示)；使用铝线将TFT基板31划分为多个线性网格，在TFT基板31上蒸镀一层聚丙烯酸酯作为有机薄膜层321；将形成有有机薄膜层321的TFT基板31浸泡在体积比为70:30的H2SO4与H2O2的混合溶液中，半小时后取出，用去离子水洗净后用氮气吹干，再将形成有有机薄膜层321的TFT基板31浸泡在FTCS溶液中，在真空泵作用下充分搅拌后静置，以排除溶液中的气泡，一个小时后取出，即可在有机薄膜层321上形成一层自组装单层膜322；蒸发除去多余的丙烯酸单体，将形成有自组装单层膜322的TFT基板31置入溅射沉积反应装置中，在自组装单层膜322上溅射沉积一层40nm厚的Al2O3薄膜层323；将形成有无机薄膜层323的TFT基板31在紫外灯下照射5分钟，再将其放入体积比为70:30的H2SO4与H2O2的混合溶液中浸泡；半小时后取出，用去离子水洗净后用氮气吹干，使用化学气相沉积法在Al2O3薄膜层323上形成一层硅薄膜层324。重复上述步骤5次，在TFT基板31上形成具有5层密封膜层32的封装结构。
为了测试所得封装结构的性能，我们将所得封装结构放入高温高湿的条件下进行人工老化实验，所得结果讨论如下。
在显微镜下观察所得到的封装结构中的黑点情况，如图4所示，该封装结构中仅有少量黑点，将上述封装结构放在温度为85℃，湿度为85％的条件下进行人工老化实验，分别在50h和500h后进行测试，如图5所示，封装结构中的黑点基本没有增多。
此外，在无机薄膜层的形成过程中，溅射沉积法的溅射压力对黑点的形成有一定的影响，较低的压力能够有效防止有机薄膜层的损坏，但是容易产生针孔，进而降低密封性能，形成黑点。如图6所示，本发明将不同溅射压力下制得的封装结构放置在温度为60℃，湿度为90％的条件下进行人工老化实验。结果表明，在3.5mTorr压力下制得的封装结构随着老化时间的延长黑点有所增多；当压力为4.5mTorr时大部分产品的黑点没有增多，但仍有少量产品在老化60h以后出现黑点增多的现象，当压力为6.0mTorr及以上值时，在整个老化过程中封装结构中的黑点均没有增多。
由此所得，本发明提供的液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法和封装结构能够有效填补有机薄膜层和无机薄膜层中的针孔和晶粒边缘缺陷，使密封性能更好，不易产生黑点，延长液晶显示装置的使用寿命。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装方法，其特征在于，包括：
S11、对所述薄膜晶体管基板进行表面处理；
S12、在经过表面处理后的所述薄膜晶体管基板上形成有机薄膜层；
S13、将形成有所述有机薄膜层的所述薄膜晶体管基板放置在酸性溶液中进行浸泡，以除去表面污染物并活化表面羟基；
S14、洗涤并吹干浸泡后的所述薄膜晶体管基板，并将所述薄膜晶体管基板放置在有机硅溶液中进行浸泡，以在所述有机薄膜层上形成自组装单层膜；
S15、在所述薄膜晶体管基板的所述自组装单层膜上形成无机薄膜层；
S16、将形成有所述无机薄膜层的所述薄膜晶体管基板放置在酸性溶液中进行浸泡，以除去表面污染物并活化其表面羟基；
S17、在所述无机薄膜层上利用化学气相沉积法形成一层硅薄膜层，从而在所述薄膜晶体管基板的表面形成一层密封膜层，其中，所述密封膜层包括所述有机薄膜层、所述自组装单层膜、所述无机薄膜层和所述硅薄膜层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多次执行所述步骤S11～S17以在所述薄膜晶体管基板上形成多层所述密封膜层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，洗涤并吹干浸泡后的所述薄膜晶体管基板的步骤，包括：
将所述薄膜晶体管基板用去离子水洗涤；
用惰性气体吹干洗涤后的所述薄膜晶体管基板。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述薄膜晶体管基板的所述自组装单层膜上形成无机薄膜层的步骤，包括：利用溅射沉积法形成所述无机薄膜层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述溅射沉积法的溅射压力为3.5～15mTorr。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述薄膜晶体管基板放置在有机硅溶液中进行浸泡的步骤，包括：排除所述有机硅溶液中的气泡。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性溶液为硫酸与双氧水的混合溶液。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将形成有所述无机薄膜层的所述薄膜晶体管基板放置在酸性溶液中进行浸泡的步骤之前，所述方法进一步包括：将形成有所述无机薄膜层的所述薄膜晶体管基板放置在紫外光下进行照射。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无机薄膜层为Al2O3、SiO2或TiO薄膜层。
10.一种液晶显示装置的薄膜晶体管基板的封装结构，其特征在于，包括：
薄膜晶体管基板；
设置在所述薄膜晶体管基板上的至少一层密封膜层，其中，所述密封膜层包括有机薄膜层、自组装单层膜、无机薄膜层和硅薄膜层，其中，所述密封膜层采用如权利要求1-9任意一项所述的方法而形成在所述薄膜晶体管基板上。
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