CN109309158A - 图案化有机膜层制备方法、阵列基板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图案化有机膜层制备方法、阵列基板的制备方法，属于显示技术领域。本发明的图案化有机膜层制备方法中，图案化有机膜层包括至少一组图案，每组图案包括多个子图案；其中，任意一组图案通过以下步骤形成：将基底竖直放置于有机溶液中，并静置预设时间，以使有机溶液的溶质在基底与有机溶液、空气接触位置处沉积形成预制图形；以预设速度沿远离有机溶液的方向提拉基底，以使在提拉过程中，有机溶液的溶质在基底与有机溶液、空气接触位置处沉积形成一组图案；每组图案中，多个子图案沿垂直于基底的提拉方向排列。
Description
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种图案化有机膜层制 备方法、阵列基板的制备方法。
背景技术
目前，有机功能材料由于其分子可设计、易于制备，且可应 用于全柔性器件等特点，使得其在诸如有源矩阵显示器，逻辑电 路和传感器阵列类的大规模、高集成度工业领域具有广阔的应用 前景。然而，这些大规模、高集成度的阵列器件通常需要出色的 器件一致性和再现性，这就需要图案化的有机功能薄膜来减少阵 列器件中相邻器件的串扰。
现有的制备图案化的有机半导体薄膜的方法有以下几种：一 是通过对基底进行预处理，使得基底表面具有图案化的亲疏水区 域，然后通过旋涂等方法将有机半导体薄膜的前驱体溶液涂覆在 基底表面上，干燥后形成图案化的有机半导体薄膜。这种方法具 有图案化精度高、所制备薄膜厚度均匀的优点，但是其工艺步骤 较多，制程时间长且难以应用于大面积均匀薄膜的制备。二是利 用模板引导有机半导体的自组装来实现有机半导体薄膜的图案 化。由于模板的存在，毛细作用力会首先将溶液引向模板，在溶 剂蒸发后，压印出与模板形状对应的图案。但是该方法所制造的 器件阵列通常具有较大的尺寸(100微米以上)和相对较低的分辨 率，因此，对于大规模集成电路的应用还需要进一步完善。三是利用喷墨打印技术直接喷印有机半导体薄膜的前驱体溶液来实现 阵列化有机半导体薄膜的制备。该方法可实现图案化、按需打印， 最大的节约成本，但是利用该技术所制备的图案化薄膜的厚度均 一性差，通常具有较差的器件性能。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供 一种制备工艺简单、膜厚均一的图案化有机膜层制备方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种图案化有机膜 层制备方法，所述图案化有机膜层包括至少一组图案，每组图案 包括多个子图案；其中，任意一组图案通过以下步骤形成：
将基底竖直放置于有机溶液中，并静置预设时间，以使所述 有机溶液的溶质在所述基底与所述有机溶液、空气接触位置处沉 积形成预制图形；
以预设速度沿远离所述有机溶液的方向提拉所述基底，以使 在提拉过程中，所述有机溶液的溶质在所述基底与所述有机溶液、 空气接触位置处沉积形成一组图案；
每组图案中，多个子图案沿垂直于所述基底的提拉方向排列。
优选的，所述预设时间为100至200s。
优选的，所述有机溶液的溶剂的挥发速率大于或者等于醋酸 正丁酯的挥发速率。
优选的，所述将基底竖直放置于有机溶液中的步骤之前还包 括：
加热所述有机溶液，以使所述有机溶液的溶剂的挥发速率大 于或者等于醋酸正丁酯的挥发速率。
优选的，所述有机溶液的溶质为TIPS并五苯；
所述有机溶液的溶剂包括二氯甲烷。
进一步优选的，所述有机溶液的浓度为10mg/ml；
任意一组图案的形成步骤具体包括：
将基底竖直放置于所述有机溶液中静置120s，以使所述TIPS 并五苯在所述基底与所述有机溶液、空气接触位置处沉积形成预 设图案；
以5mm/min的速度沿远离所述有机溶液的方向提拉所述基 底，以使在提拉过程中，所述TIPS并五苯在所述基底与所述有机 溶液、空气接触位置处沉积形成一组图案。
优选的，在以预设速度沿远离所述有机溶液的方向提拉所述 基底预设距离以后，加速提拉所述基底，以使所述有机溶液的溶 质无法在基底上形成图案。
优选的，所述图案化有机膜层包括多组图案，其中，至少两 组图案不同；
任意两组不同图案的形成步骤中，所述预设时间和/或预设速 度不同。
优选的，所述子图案的形状为条形，所述条形的延伸方向平 行于所述基底的提拉方向。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种阵列基板的制 备方法，包括上述任意一种图案化有机膜层制备方法。
附图说明
图1为本发明的实施例的图案化有机膜层制备方法的流程 图；
图2为本发明的实施例的图案化有机膜层制备方法中形成预 制图形的示意图
图3为本发明的实施例的图案化有机膜层制备方法中形成图 案的示意图；
图4为本发明的实施例的图案化有机膜层制备方法形成的图 案化有机膜层的偏光显微镜图；
图5为本发明的实施例的图案化有机膜层制备方法中提拉速 度与时间的关系图；
图6-8为本发明的实施例的图案化有机膜层制备方法中不同 时间段基底的示意图；
图9为本发明的实施例的图案化有机膜层制备方法中另一提 拉速度与时间的关系图；
图10为本发明的实施例的图案化有机膜层制备方法中根据 图9的工艺参数制备的基底的示意图。
其中附图标记为：1、基底；2、有机溶液；3、子图案。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结 合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1至10所示，本实施例提供一种图案化有机膜层制备方 法。利用该制备方法所制备的图案化有机膜层中包括至少一组图 案，每组图案包括多个子图案3。其中，任意一组图案通过以下步 骤形成：
S1、将基底1竖直放置于有机溶液2中，并静置预设时间， 以使有机溶液2的溶质在基底1与有机溶液2、空气接触位置处沉 积形成预制图形。
本步骤中，将待形成有机膜层的基底1竖直浸入有机溶液2 中，以使该基底1垂直于有机溶液2液面(由于重力等自然现象 的存在，有机溶液2的液面通常是水平的)。并且，维持上述竖 直状态以预设时间，在该预设时间内，如图2所示，有机溶液2 在表面张力及重力作用下会在基底1、有机溶液2液面和空气三者 接触线附近上升形成弯液面，同时，随着有机溶液2的溶剂蒸发， 有机溶液2的溶质会在该接触线处沉积，从而在基底1上形成横 条状的预制图形。
其中，优选的，有机溶液2的溶剂的挥发速率大于或者等于 醋酸正丁酯的挥发速率。即，有机溶液2的溶剂挥发速率应不小 于醋酸正丁酯的挥发速率。现有技术中，通常以醋酸正丁酯挥发 速率＝1.0作为标准参照，根据各溶剂相对醋酸正丁酯的挥发速率 (即相对挥发速率)来表示各溶剂的挥发速率的快慢。也就是说， 本实施例中的有机溶液2的溶剂的相对挥发速率应大于或者等于 1.0，以保证预制图形以及图案化有机膜层的形成。
优选的，当有机溶液2的溶剂的挥发速率小于醋酸正丁酯的 挥发速率时，可对有机溶液2进行加热，以使有机溶液2的溶剂 的挥发速率大于或者等于醋酸正丁酯的挥发速率。当然，有机溶 液2的溶剂的挥发速率不小于醋酸正丁酯的挥发速率时，也可以 对有机溶液2进行加热。
本实施例中，有机溶液2的溶质用以形成有机膜层，其可为 可溶性有机小分子材料，具体的，例如6，13-双(三异丙基甲硅 烷基乙炔基)并五苯(TIPS并五苯)，所用溶剂可为二氯甲烷， 有机溶液2浓度可根据实际需求进行配制，具体可为10mg/ml。
本实施例中，为了保证最终在基底1上成膜的均匀性，可对 提前对基底1进行预处理，通过清洗工序去除基底1表面的杂质， 使基底1待成膜面为光滑表面。
S2、以预设速度沿远离有机溶液2的方向提拉基底1，以使 在提拉过程中，有机溶液2的溶质在基底1与有机溶液2、空气接 触位置处沉积形成一组图案；其中，每组图案中，多个子图案3 沿垂直于基底1的提拉方向排列。
在基底1静置于有机溶液2的时间段(预设时间)内，基底 1、有机溶液2液面和空气三者接触位置处存在由于溶剂蒸发所产 生的毛细作用力以及浓度梯度作用。如图3所示，当基底1以预 设速度向上(远离有机溶液2的方向)提拉时，毛细作用力以及 浓度梯度作用使得有机溶液2的溶质随着基底1的上升而被源源 不断地送至接触线附近，并沉积形成有机膜层。同时，基底1在 提拉时会受到不稳定因素，导致预制图形由横条状变为波浪状， 即预制图形具有指状不稳定性，在此条件下，基底1继续提拉过 程中，有机溶液2的溶质在对应预制图形波峰位置不断沉积，形 成有机膜层图案，而在对应预制图形波谷位置处则不会沉积，即 基底1上形成的有机膜层在垂直于提拉方向的方向上是不连续的， 从而最终在基底1上形成多个沿垂直于基底1提拉方向排列，且 延伸方向与基底1提拉方向平行的条状的有机膜层的子图案3。
其中，由于各子图案3是随着基底1的提拉形成的，其的形 状为条形，该条形的延伸方向平行于基底1的提拉方向。且各子 图案3(条形形状)在提拉方向上的尺寸(长度)与提拉距离有关， 即提拉距离决定了子图案3在提拉方向上的尺寸。
各子图案3在排列方向上的尺寸(宽度)w、厚度h0、相邻 子图案3之间的间隔距离(子图案3间距)λ等参数则与提拉速度 v(即预设速度)有机溶液2的溶剂挥发速率R、溶液浓度C、溶 液粘度η及表面张力γ、溶液温度T等有关。具体的，图案宽度w与 浸渍提拉法的工艺参数关系如下：w∝(C,T,R,v-1)；子图案3间距λ 与浸渍提拉法的工艺参数关系满足下列公式：厚度 h0与浸渍提拉法的工艺参数关系为：h0∝(C,T,R,v-1)。例如可通过 调整工艺参数制备形成如图4所示的子图案3间距为25微米的图 案化有机膜层。
本实施例提供的图案化有机膜层制备方法可以在同一基底1 上制备多组相同图案或者不同图案的有机膜层。为了对本实施例 进行更加清楚地说明，以下以有机溶液2的溶质为TIPS并五苯， 溶剂为二氯甲烷，配制浓度可为10mg/ml，在基底1上依次形成 三组不同图案的有机膜层为例进行具体说明。
该图案化有机膜层制备方法具体包括以下步骤：
S21、以一定速度将基底1竖直放置于有机溶液2中静置120s， 以使TIPS并五苯在基底1与有机溶液2、空气接触位置处沉积形 成预设图案。
如图5所示，基底1在0-t1时间段以v0速度浸入有机溶液2 中，t1-t2时间段基底1在有机溶液2中浸渍，S表示基底1浸入 有机溶液2的深度。其中，v0具体可为18mm/min。
S22、以5mm/min的速度沿远离有机溶液2的方向提拉基底1， 以使在提拉过程中，TIPS并五苯在基底1与有机溶液2、空气接 触位置处沉积形成一组图案。
如图5所示，t2-t3时间段以v1速度(v1＝5mm/min)将基底 1从有机溶液2中提拉出，基底1上形成如图6所示的图案。
S23、加速提拉基底1，以使有机溶液2的溶质无法在基底1 上形成图案。
如图5所示，t2-t3时间段将基底1提拉出S1距离以后，在 t3-t4时间段，以v1速度为初速度，给基底1一个瞬间的加速度使 得基底1在短时间内达到一个极大速度v4，此时由于基底1的运 动速度远远高于有机溶质形成图案的速度，导致t3-t4时间段内有 机溶质无法在基底1上成膜，从而使基底1上形成的子图案3的 长度为S1，此时基底1上形成的图案如图7所示。
之后，在加速提拉基底1一定距离S1’后，停止提拉基底1， 并重复步骤S21、S22、S23。如图5所示，t4-t5为新一轮的浸渍 时间，依此类推，通过两次重复步骤即可形成如图8所示的有机 膜层。其中，其中S＝S1+S1’+S2+S1’+S3+S3’之和。在每次重复步 骤中，预设时间(浸渍时间)、预设速度(提拉速度v1、v2、v3) 都可以根据所需形成的图案规格进行相应调整，从而形成子图案3 相同或者不同的有机膜层，实现大规模、高集成度的图案化有机膜层的制备。
本实施例中，可以理解的是，当只制备一组图案，且该图案 的长度可延伸至基底1边缘时，可如图9所示，在提拉时匀速提 拉，直至基底1完全离开有机溶液2，无需进行加速，在基板上形 成如图10所示的图案化有机膜层，从而进一步简化制备工艺。
本实施例提供的图案化有机膜层制备方法中，通过浸渍提拉 方法在基底1上形成有机膜层，利用基底1提拉过程中预制图形 的指状不稳定性，在基底1上形成均匀排列的条状图案的有机膜 层。其中，通过控制制备方法中的不同工艺参数，即可实现不同 子图案3间距、不同子图案3宽度的有机半导体膜层的制备。本 实施例提供的图案化有机膜层制备方法制备工艺简单便捷，工艺 成本较低，且制备出的有机膜层具有一致的结晶形貌，膜厚均匀， 从而能够使基于最终的阵列器件具有优异的器件性能及一致性。 并且，通过多次重复浸渍提拉步骤，改变工艺参数，可以在同层 有机膜层中形成多种不同的子图案3，从而制备出大规模、高集成 度的图案化有机膜层。
实施例2：
本实施例提供一种阵列基板的制备方法，包括实施例1提供 的图案化有机膜层制备方法。
阵列基板包括薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)、栅 线、数据线、像素单元等。本实施例提供的阵列基板的制备方法 中，可根据实施例1提供的图案化有机膜层制备方法制备阵列基 板中的有源层等有机半导体膜层。栅线、数据线等结构可通过现 有技术中的制备方法进行制备，在此不再详述。
本实施例提供的阵列基板的制备方法，由于采用了实施例1 提供的图案化有机膜层制备方法，故相对现有技术，制备工艺简 单便捷，工艺成本较低，且制备出的有机膜层具有一致的结晶形 貌，从而能够使阵列基板具有优异的器件性能及一致性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理 而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领 域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况 下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的 保护范围。
Claims (10)
1.一种图案化有机膜层制备方法，其特征在于，
所述图案化有机膜层包括至少一组图案，每组图案包括多个子图案；其中，任意一组图案通过以下步骤形成：
将基底竖直放置于有机溶液中，并静置预设时间，以使所述有机溶液的溶质在所述基底与所述有机溶液、空气接触位置处沉积形成预制图形；
以预设速度沿远离所述有机溶液的方向提拉所述基底，以使在提拉过程中，所述有机溶液的溶质在所述基底与所述有机溶液、空气接触位置处沉积形成一组图案；
每组图案中，多个子图案沿垂直于所述基底的提拉方向排列。
2.根据权利要求1所述的图案化有机膜层制备方法，其特征在于，
所述预设时间为100至200s。
3.根据权利要求1所述的图案化有机膜层制备方法，其特征在于，
所述有机溶液的溶剂的挥发速率大于或者等于醋酸正丁酯的挥发速率。
4.根据权利要求1所述的图案化有机膜层制备方法，其特征在于，
所述将基底竖直放置于有机溶液中的步骤之前还包括：
加热所述有机溶液，以使所述有机溶液的溶剂的挥发速率大于或者等于醋酸正丁酯的挥发速率。
5.根据权利要求1所述的图案化有机膜层制备方法，其特征在于，
所述有机溶液的溶质为TIPS并五苯；
所述有机溶液的溶剂包括二氯甲烷。
6.根据权利要求5所述的图案化有机膜层制备方法，其特征在于，
所述有机溶液的浓度为10mg/ml；
任意一组图案的形成步骤具体包括：
将基底竖直放置于所述有机溶液中静置120s，以使所述TIPS并五苯在所述基底与所述有机溶液、空气接触位置处沉积形成预设图案；
以5mm/min的速度沿远离所述有机溶液的方向提拉所述基底，以使在提拉过程中，所述TIPS并五苯在所述基底与所述有机溶液、空气接触位置处沉积形成一组图案。
7.根据权利要求1所述的图案化有机膜层制备方法，其特征在于，
在以预设速度沿远离所述有机溶液的方向提拉所述基底预设距离以后，加速提拉所述基底，以使所述有机溶液的溶质无法在基底上形成图案。
8.根据权利要求1所述的图案化有机膜层制备方法，其特征在于，
所述图案化有机膜层包括多组图案，其中，至少两组图案不同；
任意两组不同图案的形成步骤中，所述预设时间和/或预设速度不同。
9.根据权利要求1所述的图案化有机膜层制备方法，其特征在于，
所述子图案的形状为条形，所述条形的延伸方向平行于所述基底的提拉方向。
10.一种阵列基板的制备方法，其特征在于，
包括权利要求1至9中任意一项所述的图案化有机膜层制备方法。
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