襯底材料、其製備方法及光電器件與流程
2023-05-20 03:16:11
本發明涉及導電襯底材料技術領域，尤其涉及一種襯底材料及其製備方法，以及其應用的光電器件。
背景技術：
透明導電薄膜是指在可見光範圍內具有高透光率的導電功能材料，目前市場上主要的透明導電薄膜都採用ito材料，此外也可以選擇石墨烯、銀納米線等材料製成透明導電層。隨著電子器件，特別是平板顯示器朝輕薄化方向的快速發展，透明導電薄膜因其具有重量輕、柔軟性好等優點而相繼成為研究的熱點。透明導電薄膜由於其優良的光電特性，如較低的電阻率、高的可見光透過率等優點而作為透明電極廣泛應用於液晶顯示器、薄膜太陽能電池、oled顯示面板及觸控螢幕等光電器件中。
柔性電子器件，以有機發光二極體(oled)和柔性太陽能電池為代表。作為新一代的顯示器，oled顯示器具有諸多優點：耐衝擊，抗震能力更強；重量輕、體積小，攜帶更加方便；採用類似於報紙印刷工藝的卷帶式工藝，成本更加低廉等等，是未來顯示產業的一個發展趨勢。
柔性太陽能電池，是薄膜太陽能電池的一種，其輕質，能很好的與屋面、牆面進行結合，且光電轉化效率高，能與主流的晶矽電池相媲美，因此受到了產業界的廣泛重視。其核心工藝，是在塑料或金屬箔片等柔性襯底上，印刷半導體吸收層薄膜，塑料可以選用具有導電性能的塑料或在塑料上鍍透明導電層(如ito)。
柔性oled和柔性太陽能電池常選用聚合物(pet、pen等)作襯底，聚合物襯底雖然能提供很好的柔性，但是它們不能對水、氧進行有效的阻隔。oled 中的有機發光材料和活潑金屬陰極都很容易和水汽、氧氣發生反應而使器件遭到損壞，而柔性太陽能電池中的核心材料也對水汽十分敏感，暴露在大氣環境中極其容易發生發電效率的衰減。
因此，業界亟需一種具有有效實現阻隔水汽滲透功能、耐候性的襯底材料，對液晶顯示器、薄膜太陽能電池、oled顯示面板及觸控螢幕等光電器件進行保護處理。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明提出了一種襯底材料及其製備方法，以及其應用於的光電器件，襯底材料包括基材、阻隔層、透明導電層及耐候層，可以有效阻隔水汽滲透，設置的透明導電層，可以實現良好的導電性能，同時，具備耐候層，保證了襯底材料的耐老化性能，對液晶顯示器、薄膜太陽能電池、oled顯示面板及觸控螢幕等光電器件進行了保護。
根據本發明的目的提出的一種襯底材料，包括：
基材；
第一阻隔層，設置於所述基材的一表面上；
透明導電層；
耐候層；
其中，所述透明導電層設置於所述基材的遠離所述第一阻隔層的一側，且所述耐候層設置於所述第一阻隔層的遠離所述基材的一側；
或者，所述透明導電層設置於所述第一阻隔層的遠離所述基材的表面上，且所述耐候層設置於所述基材的遠離所述第一阻隔層的一側。
優選的，還包括第二阻隔層，設置於所述基材的遠離所述第一阻隔層的 表面上，且所述第二阻隔層與所述基材接觸。
優選的，還包括保護層，設置於所述第一阻隔層和/或第二阻隔層的遠離所述基材的表面上，所述保護層用於填充所述阻隔層表面的凹凸及空隙。
優選的，所述耐候層包括氟化物膜和粘結層，所述粘結層設置於所述第一阻隔層的遠離所述基材的表面上或所述基材的遠離所述第一阻隔層的一側，所述氟化物膜設置於所述粘結層的遠離所述基材的表面上，其中，形成所述氟化物膜的材料選自乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物、乙烯三氟氯乙烯共聚物和聚偏氟乙烯的一種或者多種。
優選的，所述耐候層為含有四氟乙烯和/或偏氟乙烯的含氟塗料。
優選的，所述透明導電層為ito導電膜、石墨烯導電膜或納米銀線導電膜。
優選的，所述阻隔層為無機氧化物，所述無機氧化物材料選自tio2、al2o3、sio2中的一種或多種。
本發明還提出一種襯底材料的製備方法，所述襯底材料為上述所述的襯底材料，包括以下步驟：
提供基材；
在所述基材的一表面上形成第一阻隔層；
在所述基材的遠離所述第一阻隔層的一側形成透明導電層，且在所述第一阻隔層的遠離所述基材的一側形成耐候層；或者，在所述第一阻隔層的遠離所述基材的表面上形成透明導電層，且在所述基材的遠離所述第一阻隔層的一側形成耐候層。
優選的，在所述基材的遠離所述第一阻隔層的表面上設置第二阻隔層，且所述第二阻隔層與所述基材接觸。
優選的，在所述第一阻隔層和/或第二阻隔層的遠離所述基材的表面上塗覆丙烯酸類樹脂形成保護層。
優選的，所述第一阻隔層和/或第二阻隔層為通過蒸發、濺射、化學氣相沉積或原子層沉積的方式在所述基材的一表面上生長的無機氧化物層，其中，形成所述無機氧化物層的材料選自tio2、al2o3、sio2中的一種或多種。
優選的，還包括對所述基材進行表面處理的步驟，所述表面處理為電暈處理、等離子體處理、化學處理中的一種或多種。
優選的，所述透明導電層通過磁控濺射法沉積ito導電膜，或通過化學氣相沉積的方式沉積石墨烯、或噴塗銀納米線而形成。
本發明還提出一種光電器件，包括襯底材料，所述襯底材料是上述的襯底材料，或是由以上所述的襯底材料的製備方法製備而成。
與現有技術相比，本發明具有如下的技術優勢：
基材採用pet等聚酯材料，且通過電暈處理、等離子體處理、化學處理等加工方式，不僅具有優異的光學性能、光透過率高，且其柔韌性好、耐衝擊、重量輕。
襯底材料中具備阻隔層，可以有效阻隔外界水汽滲透，阻隔水氧等外部環境對器件的侵蝕，滿足封裝材料能阻隔水汽的性能，同時通過貼合或者塗覆含氟的薄膜材料或塗料，即耐候層，可有效保證襯底材料的耐老化性，對液晶顯示器、薄膜太陽能電池、oled顯示面板及觸控螢幕等光電器件進行了保護，延長了電子器件的使用壽命，實現了電子器件的有效封裝。
透明導電層，可以通過磁控濺射法沉積ito導電膜，或是通過cvd法沉積石墨烯、噴塗銀納米線等手段製備而成，使得襯底材料具備良好的導電性能。
在阻隔層表面還塗覆有保護層，可以填充阻隔層表面的起伏及空隙，使得阻隔層表面平整光滑，與其他層間更能緊密貼合，保證密封性。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明中襯底材料結構示意圖1
圖2是本發明中襯底材料結構示意圖2
圖3是本發明實施例一中襯底材料形成的工藝流程圖
圖4是本發明實施例二中襯底材料形成的工藝流程圖
附圖中涉及的附圖標記和組成部分說明：100.基材；200.第一阻隔層；300.保護層；400.耐候層；500.透明導電層。
具體實施方式
正如背景技術中所述，現有的襯底材料，不具備阻隔水汽滲透及耐老化的功能，無法對液晶顯示器、薄膜太陽能電池、oled顯示面板及觸控螢幕等光電器件進行有效的保護。
下面，將對本發明的具體技術方案做詳細介紹。
請一併參見圖1-圖2，是本發明中襯底材料兩種不同的結構示意圖，襯底材料包括基材100、第一阻隔層200、耐候層400及透明導電層500，第一阻隔層200設置於基材100的一表面上，透明導電層500設置於基材100的遠 離第一阻隔層200的一側，且耐候層400設置於第一阻隔層200的遠離基材100的一側，或透明導電層500設置於第一阻隔層200的遠離基材100的表面上，且耐候層400設置於基材100的遠離第一阻隔層200的一側；透明導電層500位於最外側，使得襯底材料具備良好的導電性能，襯底材料由此形成了「透明導電層500-第一阻隔層200-基材100-耐候層400」或「透明導電層500-基材100-第一阻隔層200-耐候層400」的不同結構；襯底材料還可以包括第二阻隔層，設置於基材100的遠離第一阻隔層200的表面上，且第二阻隔層與基材100接觸；還可以包括保護層300，其形成在第一阻隔層200和/或第二阻隔層的遠離基材100的表面上，保護層用於填充阻隔層表面的凹凸及空隙；。
基材100，採用本領域常用的材料，如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚醯亞胺等，基材100的厚度根據實際工藝需求進行選取，優選25-100μm，基材100具有優異的光學性能，且光透過率高，另外可以對基材100預先進行表面加工處理，如電暈處理、等離子體處理、化學處理等，電暈處理，可以以氬氣或者氮氣作為氣氛，用以提高基材100的表面能，使基材100的表面具有更高的附著性；等離子體處理，可以去除基材表面的汙染，且增強基材表面的抗氧性、粘結性、柔韌性及耐衝擊性；化學處理，例如在基材表面通過化學處理劑處理，以增強其耐化學腐蝕性、耐酸鹼性。
第一阻隔層200與第二阻隔層，為通過蒸發、濺射、化學氣相沉積、原子層沉積等方式在基材100上生長的一層無機氧化物，無機氧化物材料選自tio2、al2o3、sio2中的一種或多種，厚度優選9nm-90nm之間，主要作用是對水汽及氧氣進行阻隔，起到對外部環境阻隔的功能，防止內部基材氧化、腐蝕。
保護層300，厚度優選為3-5μm之間，主要作用是填充第一阻隔層200與第二阻隔層表面的凹凸起伏及空隙，使得第一阻隔層200與第二阻隔層表面平整光滑，易於與其他層貼合緊密，同時，可以保護第一阻隔層200與第二阻隔層不受損傷，保護層300選用的材料可以為丙烯酸類樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、環氧樹脂及有機矽橡膠等。
耐候層400，可以是一層氟化物膜加粘結層的結構，氟化物膜的厚度在10-100μm之間，氟化物膜主要為乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物、乙烯三氟氯乙烯共聚物或聚偏氟乙烯等材料，粘結層設置於第一阻隔層200的遠離基材100的表面上或基材100的遠離第一阻隔層200的一側，氟化物膜設置於粘結層的遠離基材100的表面上，以使氟化物膜與第一阻隔層200(第二阻隔層)或基材100粘結。此外，耐候層400也可以是一層氟化物塗料，利用塗布的方式直接塗布在第一阻隔層200的遠離基材100的表面上或基材100的遠離第一阻隔層200的表面上或第二阻隔層的遠離基材100的表面上，氟化物塗料主要為含有四氟乙烯(tfe)或偏氟乙烯(vdf)的含氟塗料，氟化物塗料厚度在100-150μm之間。耐候層400材料優選氟化物，可以提高襯底材料的耐老化性能。
透明導電層500，通過本領域常用的磁控濺射法沉積幾十至幾百納米厚度的ito導電膜，或通過化學氣相沉積的方式沉積石墨烯、或噴塗銀納米線而形成，還可通過塗覆氧化石墨烯溶液的方式，對氧化石墨烯溶液進行紫外光照射處理，或是採用氫氣熱還原法、hi溶液還原法，以將氧化石墨烯溶液還原為石墨烯導電薄膜，即透明導電層500，以使襯底膜片材料具備良好的導電性能。
本發明還提出一種襯底材料的製備方法，主要包括以下步驟：
提供基材100；
在基材100的一表面上形成第一阻隔層200；
在基材100的遠離第一阻隔層200的一側形成透明導電層500，且在第一阻隔層200的遠離基材100的一側形成耐候層400；或者，在第一阻隔層200的遠離基材100的表面上形成透明導電層500，且在基材100的遠離第一阻隔層200的一側形成耐候層400；
還可以在基材100的遠離第一阻隔層200的表面上設置第二阻隔層，且第二阻隔層與基材100接觸。
下面，結合實施例進一步說明本發明中襯底材料的製備流程。
實施例一，請參見圖3，襯底材料製備的步驟如下：
s1、提供25-100μm厚度的基材100，對基材100進行表面處理，如電暈處理、等離子體處理、化學處理等，經過表面處理的基材，其光學透過率為90％以上；
s2、通過蒸發、濺射、化學氣相沉積、原子層沉積的方式在基材100的一面生長一層無機氧化物作為第一阻隔層200，無機氧化物主要包括tio2、al2o3、sio2中的一種或多種，厚度為9nm-90nm，其主要作用是對水汽及氧氣進行阻隔，起到對外部環境阻隔的功能，防止基材100的氧化、腐蝕；
s3、在第一阻隔層200的遠離基材的表面形成一層保護層300，可採用塗布或直接貼合的方式，保護層300的厚度為3-5μm，其主要作用是填充第一阻隔層200表面的起伏及空隙，使得第一阻隔層200表面平整光滑，同時起到保護第一阻隔層200不受損傷的作用，保護層300選用的材料可以為丙烯酸類樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、環氧樹脂及有機矽橡膠等；
s4、在保護層上設置一層透明導電層(tcf)500，可以採用磁控濺射法沉積一層厚度為幾十至幾百納米的ito導電膜，也可以通過化學氣相沉積的 方式沉積石墨烯，或是噴塗銀納米線等手段製備透明導電層(tcf)，還可通過塗覆氧化石墨烯溶液的方式，對氧化石墨烯溶液進行紫外光照射處理，或是採用氫氣熱還原法、hi溶液還原法，以將氧化石墨烯溶液還原為石墨烯導電薄膜，即透明導電層500，以使襯底膜片材料具備良好的導電性能；
s5、在基材100的另一面覆上一層粘結層，厚度在30-70μm之間，接著在粘結層上覆上一層氟化物膜，厚度在10-100μm之間，其中粘結層主要為丙烯酸類樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、環氧樹脂或有機矽橡膠等，氟化物膜主要為乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)、氟化乙烯丙烯共聚物(fep)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ectfe)或聚偏氟乙烯(pvdf)等，或者在基材100的另一面直接利用塗布的方式塗上一層氟化物塗料，氟化物塗料厚度在100-150μm之間，其中氟塗料主要是指含有四氟乙烯(tfe)、偏氟乙烯(vdf)等含氟的塗料，該層即為耐候層400，作用是提高襯底材料的耐老化、耐腐蝕性能。
實施例一中，襯底材料由外向內依次形成了耐候層400-基材100-第一阻隔層200-保護層300-透明導電層500的結構。
實施例二，請參見圖4，此實施例中襯底材料製備的工藝流程與實施例一相比，區別在於缺少了形成保護層300的步驟，同時，各層間的次序結構發生了變化，具體製備的步驟如下：
s1、提供25-100μm厚度的基材100，對基材100進行表面處理，如電暈處理、等離子體處理、化學處理等，經過表面處理的基材，其光學透過率為90％以上；
s2、通過蒸發、濺射、化學氣相沉積、原子層沉積的方式在基材100的一面生長一層無機氧化物作為阻隔層第一200，無機氧化物主要包括tio2、al2o3、sio2、si2o3中的一種或多種，厚度為9nm-90nm，其主要作用是對 水汽及氧氣進行阻隔，起到對外部環境阻隔的功能，防止基材100的氧化、腐蝕；
s3、在第一阻隔層200遠離基材的表面上覆上一層粘結層，厚度在30-70μm之間，接著在粘結層上覆上一層氟化物膜，厚度在10-100μm之間，其中粘結層主要為丙烯酸類樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、環氧樹脂或有機矽橡膠等，氟化物膜主要為乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)、氟化乙烯丙烯共聚物(fep)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ectfe)或聚偏氟乙烯(pvdf)等，或者在基材100的另一面直接利用塗布的方式塗上一層氟化物塗料，氟化物塗料厚度在100-150μm之間，其中氟塗料主要是指含有四氟乙烯(tfe)、偏氟乙烯(vdf)等含氟的塗料，該層即為耐候層400，作用是提高襯底材料的耐老化、耐腐蝕性能；
s4、在基材100的另一面，設置一層透明導電層(tcf)500，可以採用磁控濺射法沉積一層厚度為幾十至幾百納米的ito導電膜，也可以通過化學氣相沉積的方式沉積石墨烯，或是噴塗銀納米線等手段製備透明導電層(tcf)，還可通過塗覆氧化石墨烯溶液的方式，對氧化石墨烯溶液進行紫外光照射處理，或是採用氫氣熱還原法、hi溶液還原法，以將氧化石墨烯溶液還原為石墨烯導電薄膜，即透明導電層500，以使襯底膜片材料具備良好的導電性能。
實施例二中，襯底材料由外向內依次形成了透明導電層500-基材100-第一阻隔層200-耐候層400的結構。
此外，除了上述兩個實施例，本發明中的襯底材料也可以具有其他的結構，各層間可以變換次序，例如，增加了第二阻隔層，將第一阻隔層200與第二阻隔層分別製作在基材100的兩側，以實現更優秀的防水防氧化特性，或形成透明導電層500-基材100-第一阻隔層200-保護層300-耐候層400 等結構。
本發明還提出了一種光電器件，包括襯底材料，襯底材料是本發明上述的襯底材料，且由本發明上述襯底材料的製備方式製作而成，光電器件可以是液晶顯示器、薄膜太陽能電池、oled顯示面板及觸控螢幕等，其防水、防氧化性、耐老化性更佳。
本發明中的襯底材料，包括基材100、第一阻隔層200、第二阻隔層、保護層300、耐候層400及透明導電層500，具有的阻隔層可以有效阻隔水氧等外部環境對器件的侵蝕，保護層300可以填充阻隔層表面的起伏及空隙，使得阻隔層表面平整光滑，保證密封性，同時通過貼合或者塗覆含氟的耐候層400，可有效保證襯底材料的耐老化性，且透明導電層500實現了襯底材料良好的導電性能，由此對液晶顯示器、薄膜太陽能電池、oled顯示面板及觸控螢幕等光電器件進行了良好的保護。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。