CN1771614A - 高分辨率构图 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过印刷技术构图有机和/或无机或生物分子的方法，用于利用这些层的半导体器件、电路、传感器、生物图形、生物芯片，以及显示器。向相变转换材料(24)添加有机分子、低聚物或纳米颗粒中的一种或多种物质或混合物(22)。得到的混合物(20)或其部分被加热(21)至所述相变材料的熔化温度，并沉积到衬底，例如用于全色显示器的薄膜晶体管上。当到达所述衬底时，所述加热的混合物(21)瞬时固化。然后通过升华去除所述相变材料，在所述衬底上保留有机和/或无机或生物分子的构图层。可重复所述沉积，以在彼此的顶部上形成多层。
Description
技术领域
本发明涉及通过沉积混合物在表面形成图形的方法以及用于表面构图的组合物，该混合物包括应用材料和相变转换材料。本发明还涉及制造有机发光器件(OLED)的方法，具体地说，涉及用于RGB显示器的高分辨率构图。
背景技术
有机发光器件(OLED)通常被制造为在彼此的顶部上依次沉积的各层，例如在支持衬底上的第一电极、多层有机和无机层以及第二电极。迄今为止，由于小分子的原因，OLED技术缺乏用于RGB显示器的高分辨率构图方法。为小分子而发展的沉积技术至今在用于大尺寸显示器的批量生产方面显示出局限性。
通常，在形成有机层过程中，采用真空蒸发作为物理气相沉积方法。构图有机层，例如在全色显示器中用于红、绿和蓝发光子像素的常用方法是阴影掩模技术。然而，这种技术在尺寸、面板的分辨率和像素的各自占空因数方面受到限制。例如，尤其对于小特征尺寸，阴影掩膜技术变得极其复杂。在工艺期间材料沉积要求经常进行掩模清洗步骤，这将延迟制造。在沉积期间，掩模的热膨胀限制了精度和孔径比。此外，反复必要的掩模对准很费时，从而降低生产率。
如美国专利6,087,196所述，用于构图聚合物发光器件的一种方法是溶解聚合物的喷墨印刷。这种分散液体溶液的方法不适于基于小分子的多层OLED，因为先前沉积的层被再次溶解，并且通过从不同溶液顺序沉积多层被混杂。
从上面可以看出，对于利用有机和/或无机有源或生物层的半导体器件、传感器、生物芯片以及显示器的制造而言，本领域仍需要改善结构的构图。
发明内容
本发明允许利用有机和/或无机有源或生物层制造半导体器件、电路、传感器、生物图形、生物芯片以及显示器。该方法包括通过相变印刷技术向转换材料添加的分子、低聚物或纳米颗粒的沉积，以及有机发光器件、彩色显示器及其它半导体器件的制造。
根据本发明，提供一种通过沉积混合物在表面上形成图形的方法，所述混合物包括应用材料和相变转换材料。所述方法包括以下步骤：加热所述混合物形成熔化物；利用相变印刷技术在所述表面上沉积所述熔化的混合物，从而当到达所述表面时，所述熔化的混合物瞬时固化；以及去除所述转换材料。
根据本发明的另一方面，提供一种制造有机发光器件(OLED)的方法。所述方法包括以下步骤：加热一组合物形成熔化物，所述组合物包括有机材料和相变转换材料；通过相变印刷技术在表面上沉积所述熔化的组合物，从而当到达所述表面时，所述熔化的组合物瞬时固化；以及去除所述转换材料，从而在所述表面上保留所述有机材料。
本发明一般涉及通过相变印刷技术，也称作石蜡印刷技术，例如具有有机分子的层的高分辨率构图的方法，用于半导体器件、传感器或彩色显示器。向其常态为“石蜡”的转换材料中添加有机分子、低聚物或纳米颗粒中的一种或多种物质或混合物，每种也称作应用材料。转换材料优选在约0℃和环境温度下为固态，在低于200℃的环境压力下熔化。转换材料在低于200℃的温度下，优选在降低的压力下，从固态升华为气态。转换材料的一个实例可以是环十二烷及其衍生物。转换材料环十二烷是这样一种转换材料，在室温下为固态，在约60℃熔化，在真空条件下不进入液相而消失。另外，该材料憎水，从而是与OLED材料混合的理想材料。该材料可用作石蜡，其中可掺杂有机宿主(host)和宾主系统。
在沉积之前，转换材料的混合物，即石蜡，以及应用材料或其部分被加热至转换材料的熔化温度，并沉积到衬底或表面，例如用于全色显示器的薄膜晶体管阵列上。可通过热相变印刷技术进行对熔化的混合物的沉积。当到达衬底时，“石蜡”和应用材料的混合物立即固化。可通过升华去除转换材料，即相变材料，在衬底上保留有源材料的构图层。如果衬底被加热和/或抽真空，可促进升华。可重复沉积，以在彼此的顶部上形成多层。低压和低温的结合似乎最有效。有利的是，转换材料从固态升华至气态，而不形成液体，因为然后完全按照希望保留沉积结构，图形不模糊。
可重复本方法和工艺的步骤，以沉积多层，也就是说，可容易地形成多于三层。此外，有利的是，首先沉积所有或一些希望的应用材料层，然后第二步同时去除多层的各自的转换材料。
根据本发明的又一个方面，提供一种构图表面的组合物。所述组合物，也称作混合物或相变墨，包括用于形成图形的应用材料，以及在构图后通过作用升华的相变转换材料。所述作用可以是加热、低压的施加及其结合。包括物理效应的所述作用也可包括具有限定波长的光的施加，以去除所述转换材料。这有助于简化所述转换材料的所述去除工艺。
与常规的将石蜡用作转换和粘附到表面的材料的相变或石蜡印刷机相比，转换材料，即石蜡，在此用作转换媒介，在其中包括例如具有有机分子的应用材料。
该组合物可以是混合的粉末。这具有以下优点：其可以容易地与其它成分混合，或者可调整或改变应用材料与转换材料之间的浓度。在优选实例中，应用材料与转换材料之间的浓度是1∶100。在其它实例中，该比率可以是1∶1，或者甚至1∶10,000或更大。这取决于应用和应用领域，例如，采用生物材料需要与采用纳米颗粒不同的比率。
可通过应用材料与转换材料之间的比率确定由相变印刷产生的各层的厚度。
可通过混合粉末进行将应用材料与转换材料混合成混合物或组合物。在又一个实施例中，加热转换材料至其熔点，然后加入应用材料。如果应用材料和转换材料没有混合在一起，直至将混合物沉积到表面，也是有利的。也就是说，刚好在混合物的沉积发生之前，混合和加热材料以用于应用。通过这样做，可利用和分别填充两个或多个分立的容器。
转换材料可包括一种或多种促进转换工艺的组合物。例如，石蜡形成材料可与其中分子具有优良溶解性的材料结合。
所述应用材料可包括有机材料、OLED材料、生物分子、纳米颗粒或其组合中的一种。
可通过包括以下步骤的工艺制作场效应晶体管，也称作薄膜场效应晶体管：在衬底上形成源和漏接触；加热一组合物形成熔化物，所述组合物包括有机材料和相变转换材料；通过相变印刷技术，在具有所述源和漏接触的所述衬底上沉积所述熔化的组合物，从而当到达所述衬底时，所述熔化的组合物瞬间固化；去除所述转换材料，从而在所述表面上保留所述有机材料，作为有机半导体层；在所述有机半导体层上形成绝缘层；以及在所述绝缘层上形成栅接触。
也可能通过所述相变印刷技术形成源、漏和栅接触以及所述绝缘层。这具有优点，即整个器件可通过公开的相变印刷技术制造。
附图说明
下面仅通过实例，参考以下示意图具体说明本发明的优选实施例。
图1a-e示出了通过沉积混合物在表面形成图形的步骤，该混合物包括应用材料和相变转换材料；
图2a和2b示出了有机发光器件的形成的示意图；
图2c示出了RGB显示器的形成的示意图；
图3示出了场效应晶体管的形成的示意图；
图4示出了相变印刷的原理。
提供附图仅仅为了说明的目的，没有必要按比例表示本发明的实例。
具体实施方式
虽然适用于广泛的多种应用，本发明将重点放在应用于有机电致发光器件，即有机发光器件(OLED)和场效应晶体管上进行描述，但首先说明常规工艺。相同的参考标号用于表示相同的部件等。
图1a-e示出了通过沉积混合物20在表面10上形成图形的步骤，该混合物20包括应用材料22和相变转换材料24。为了简化，将本图简化为液滴。预期其中的两滴或多滴形成图形，成倍增加为一层。图1a示出了将应用材料22与转换材料24混合为混合物20。如图1b所示，将混合物20加热形成熔化物21。然后，如图1c所示，通过相变印刷，在表面10上沉积熔化的混合物21。从而当到达表面10时，熔化的混合物21瞬间固化。混合物20或相变墨通过加热元件熔化，并通过例如压力元件(未示出)沉积。最后，如图1d所示，向固化或沉积的混合物20施加低压，从而通过升华去除转换材料24。如图1e所示，在表面10上保留应用材料22。为了沉积多层或不同层应用材料，重复工艺步骤。应用材料22和转换材料24可以在将要在表面上沉积混合物时混合在一起。也就是说，刚好在混合物的沉积发生之前，这些材料被混合并加热，以用于应用。这允许采用两个或多个分立的容器，可单独地使用、改变和填充该分立的容器。在图1a-e中，符号“x”表示应用材料22的成分，符号“o”表示固态的转换材料24的成分，而符号“-”表示熔化态的转换材料24的成分。
图2a至2c示出了有机发光器件(OLED)的形成的示意图。在至少一些例子中，该OLED包括夹在阴极和阳极之间的合适的有机材料薄层或多层。在图2a中示出了OLED的一个合适的实例。在衬底100的合适表面上，通过常规方法，例如PVD、CVD、旋涂或溅射，或者通过相变印刷技术，提供第一电极(阳极)102(金属、ITO、导电聚合物)。衬底100可用玻璃、硅、聚合物，或其组合制成，或者甚至是预构图的薄膜晶体管阵列。该OLED还包括空穴输运层106和电子输运/发射层110’，以及第二电极(阴极)112(金属)。如图2b所示，其它OLED多层器件可包括其它层。除了空穴输运层106，可包括空穴注入层104。结合的电子输运/复合层可分离为电子输运层110和发射层108。所有这些层可以是几种材料的混合物，具体地说，发射层可以是一种或多种宿主和染料材料的混合物。因此，利用参考图1a-e和图4说明的相变印刷方法，通过各层的连续形成，在合适的表面上可形成这样的多层OLED。
如图2c所示，可形成显示器。通过相变印刷，在受体衬底300上可印刷红色302、绿色304和蓝色306OLED像素。可选地，可在彼此的顶部印刷红色、绿色和蓝色OLED，以产生多色叠加OLED器件。
在图3中示出了场效应晶体管的形成的一个实例。在绝缘衬底400表面上形成两个称作源和漏402的电学接触，该绝缘衬底400可包括玻璃、硅、聚合物，或其组合。可通过常规技术，例如PVD、CVD、溅射等形成源和漏402，但源和漏402也可通过相变印刷形成。对于后者，例如，金纳米颗粒非常适合用作应用材料，以与相变转换材料混合至混合物，该混合物被施加到绝缘衬底400的表面。并且，通过在源和漏接触之间的相变印刷并覆盖这些接触402，施加有机半导体层404。在此可采用并五苯或α-六噻吩作为用于应用材料的有机分子。然后在半导体层404上形成绝缘层406，从而绝缘层406可包括SiO2或Al2O3，作为用于形成混合物或组合物的应用材料中的纳米颗粒。最后，在绝缘层406顶部形成第三电极408，即栅电极。第三电极408可如同源和漏402一样形成，并且也可包括金纳米颗粒。可向场效应晶体管的所有或多个层施加相变印刷。
实际上，如同上述OLED或薄膜晶体管一样，可采用具有不同容器的一个印刷器，各容器填充有各自的应用材料和转换材料，以生产完整的器件。
图4示出了具有其单元的相变印刷原理。将材料加载器40，其可以是容器或储存器，设置为靠近印刷头44。也可能直接连接，例如，施加毛细作用。材料加载器40包括加热元件41，并且包括混合物或组合物20。可使印刷头44靠近器件或衬底11的表面10。并且，印刷头44包括材料喷口46，例如，其与压力元件(未示出)一起作用，以喷射熔化的材料21。为了向表面施加应用材料20，印刷头44移至衬底10之上，或者印刷头44固定，具有表面10的衬底11以相应地构图表面10的方式移动。在操作中，在材料加载器40的一端，加热元件41熔化混合物20。熔化的混合物21排到或滴到印刷头44，该印刷头44优选地也被加热。通过材料喷口46，将熔化的材料21带到表面10，熔化的混合物21在该表面立即固化。在另一个实施例中，材料加载器40和印刷头44一起也可形成同一单元。在又一实施例中，可将多个材料加载器40用于支持印刷头44，每个材料加载器40填充有包括不同应用材料22的混合物或组合物。
任何公开的实施例都可与一个或多个示出和/或说明的其它实施例结合。这也可以用于实施例的一个或多个特征。
Claims (15)
1.一种通过沉积混合物(20)在表面(10)上形成图形的方法，所述混合物(20)包括应用材料(22)和相变转换材料(24)，所述方法包括以下步骤：
b)加热所述混合物(20)形成熔化物；
c)利用相变印刷技术在所述表面(10)上沉积所述熔化的混合物(21)，从而当到达所述表面(10)时，所述熔化的混合物(21)瞬时固化；以及
d)去除所述转换材料(24)。
2.根据权利要求1的方法，还包括步骤a)：将所述应用材料(22)与所述转换材料(24)混合形成混合物(20)。
3.根据上面权利要求中的一项的方法，其中所述去除所述转换材料(24)的步骤包括通过升华去除所述转换材料(24)。
4.根据上面权利要求中的一项的方法，其中所述通过升华去除所述转换材料(24)的步骤包括对所述沉积的混合物(20)施加低压和/或加热所述沉积的混合物(20)。
5.根据上面权利要求中的一项的方法，包括重复所述步骤b)至d)，以沉积多层。
6.一种制造有机发光器件(OLED)的方法，包括以下步骤：
加热一组合物(20)形成熔化物(21)，所述组合物(20)包括有机材料(22)和相变转换材料(24)；
通过相变印刷技术在一表面(10)上沉积所述熔化的组合物(21)，从而当到达所述表面(10)时，所述熔化的组合物(21)瞬时固化；以及
去除所述转换材料(24)，从而在所述表面(10)上保留所述有机材料(22)。
7.一种用于构图表面(10)的组合物(20)，包括：
应用材料(22)，用于形成图形，以及
相变转换材料(24)，在构图后通过作用升华。
8.根据权利要求7的组合物，是混合粉末。
9.根据权利要求7和8中的一项的组合物，其中所述应用材料(22)包括下面材料中的一种：有机材料、OLED材料、生物分子、纳米颗粒及其组合物。
10.根据权利要求7至9中的一项的组合物，其中所述转换材料(24)在约0℃下为固体，并在低于200℃的环境压力下熔化。
11.根据权利要求7至10中的一项的组合物，其中所述转换材料(24)包括环十二烷或其衍生物。
12.根据权利要求7至11中的一项的组合物，其中所述转换材料(24)包括一种或多种成分。
13.根据权利要求1至5的方法，用于制造有机电子器件、单色和/或彩色显示器、生物图形、生物芯片、传感器、半导体器件以及电路中的一种。
14.一种制造场效应晶体管的方法，包括以下步骤：
在衬底(400)上形成源和漏接触(402)；
加热一组合物(20)形成熔化物(21)，所述组合物(20)包括有机材料(22)和相变转换材料(24)；
通过相变印刷技术，在具有所述源和漏接触(402)的所述衬底(400)上沉积所述熔化的组合物(21)，从而当到达所述衬底(400)时，所述熔化的组合物(21)瞬间固化；
去除所述转换材料(24)，从而在所述表面(10)上保留所述有机材料(22)，作为有机半导体层(404)；
在所述有机半导体层(404)上形成绝缘层(406)；以及
在所述绝缘层(406)上形成栅接触(408)。
15.根据权利要求14的方法，其中所述源/漏接触(402)、所述绝缘层(406)以及所述栅接触(408)中的至少一个是通过所述相变印刷技术根据权利要求1至5的方法形成的。
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