JP2008526468A - 小滴の堆積 - Google Patents

Abstract

基板（２０４）に画定された物理的な領域（２０２）内に放出ノズル（２０６）のアレイから流体を堆積させる方法において、複数のターゲット領域（２０２）が二つ以上のノズルによってアドレスされ、複数のノズルから放出される小滴（２１２）がそれぞれの領域（２０２）に流体の膜を形成するようにプリントヘッド（２０８）及び基板を相対的に移動させる。流体の膜の移動方向（２１０）に垂直な方向に対するそれぞれの領域内の位置合わせは、二つ以上のノズル（２０６）から放出される流体の量によって制御される。直交する方向における流体の膜の位置合わせは、放出タイミングによって制御可能である。

Description

本発明は、流体を受ける相補的な特徴部を有する基板上への流体の堆積に係り、特にディスプレイ製造のためのウェルのアレイへの流体の堆積に関するが、これに限定されるものではない。

有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＯＬＥＤ）等のディスプレイの製造には、典型的に、単一のディスプレイ素子を形成するために、電極シートの間に適切な量の流体を堆積させることが含まれる。このような素子の大きなアレイは、隆起したバンクによって画定されたアレイの“ウェル”が形成された基板内に流体を堆積させることによって、得ることができる。ウェルの幾何学構造は、応用及び製造されるディスプレイに望まれる解像度によって異なり得る。携帯型装置用のスクリーンのウェルのサイズは比較的小型でありえるが、壁に固定されたディスプレイにおいては、ウェルのサイズはより大きくなる傾向にある。

それぞれのウェルは、正確な量の流体で満たされていることが重要である。ウェルが受ける流体が少な過ぎると、結果として生じるディスプレイの画素が、所望のものよりも明るくなる傾向にある。また、ウェルが均等に満たされていることも重要である。何故ならば、或る点で流体の層が薄すぎてしまうと、電極シートが短絡する可能性があり、素子の欠陥が生じる。

このようなディスプレイの製造において用いられるウェルは、典型的には、赤、緑、青の構成要素に対応する三つのグループとして、並んで配置されている。このようなウェルのアレイが、図１に示されている。それぞれのウェルは略矩形であり、三つのウェルの一つのグループが略正方形になっていることが見て取れる。

図１は、バンク１０４によって離隔された略矩形のウェル１０２のアレイを有する基板を示す。以前から、プリントヘッド１０８のノズル１０６をそれぞれのウェルの短軸に対して位置合わせして小滴を堆積させる方法を用いて、ウェルを流体で満たすことは、提案されてきていた。典型的には、この方法には、図に示すように急勾配な角度にプリントヘッドを配置することが含まれる。この方法では、参照符号１１０で示されるように、一続きの小滴を発射する単一のノズルによって、それぞれのウェルが満たされている。

国際公開第９６／１０４８８号パンフレット

本発明者によって、上述の方法によるウェルへの流体の堆積方法では、結果として、それぞれのウェル内の流体の分布の不均一性、及び、ウェル間の流体の分布の不均一性が生じてしまうことが判明した。

第一の側面によると、本発明は、流体を受けるための物理的に画定された複数のターゲット領域を有する基板上に、アレイ方向に延伸する放出ノズルのアレイから流体の小滴を放出する方法を提供する。本方法は、複数のターゲット領域が二つ以上のノズルによってアドレスされるようにプリントヘッド及び基板を第一方向に相対的に移動させる段階と、複数のターゲット領域のそれぞれが二つ以上の前記ノズルからの小滴を受けて該小滴が基板上で流体の膜となるように複数のノズルから小滴を放出する段階とを備える。ここで、ターゲット領域のそれぞれに対して、物理的に画定されたターゲット領域内部の流体の膜の第一方向に垂直な方向の位置合わせは、二つ以上のノズルのそれぞれから放出される流体の量によって制御される。

ノズル間隔とターゲット領域との間の位置合わせは、図１の方法ほどは正確ではないかもしれないが、本発明の新規方法によって多数の利点がもたらされることがわかっている。複数のノズルからそれぞれのターゲット領域内に流体を堆積させることによって、ターゲット領域を実質的に同時に満たすことが可能であり、単一のノズルによる連続的な小滴で流体を堆積させることによって満たされるのは反対である。これによって、ターゲット領域を均一に満たすことも促進されることがわかっている。

更に、図１の方法では、一列のターゲット領域全体が単一のノズルによって満たされる。このノズルに何らかの不具合があると、この方法によって作成されるディスプレイの一列の画素全体に不具合が生じて、ディスプレイにおいて致命的な欠陥が生じる。本発明の方法を用いることによって、ノズル間の何らかの不具合は、単一のターゲット領域内部及びターゲット領域間において平均化され得る。

一般的に、相対的な移動方法またはそれに垂直な方向のどちらにおいても、ターゲット領域は、プリントヘッド固有の間隔にはないということを認識されたい。また、流体の膜（つまり、基板上の或る量の流体のフットプリント）は、互いに対して相対的に位置合わせされているだけでは十分でなく、それぞれの膜が対象とするターゲット領域に対して位置合わせされなければならないことを認識されたい。従って、多重ノズルがそれぞれのターゲット領域を横切るという利点を維持しながら、このような位置合わせを達成しようとする本発明の解決しようとする課題は自明なものではない。

本発明の更なる実施例については、従属項に記載されている。

本発明を、添付図面を参照して、例示的に説明する。

図２を参照すると、バンク２０４によって離隔されたウェル２０２のアレイを有する基板が示されている。ここで、ウェルは曲線状のエッジを有しており、楕円を引き伸ばしたような形状になっている。典型的には、１インチ当たり２００画素のスクリーンの解像度に対して、ウェルは長さが１００マイクロメートルで、幅が２５マイクロメートルである。しかしながら、一般的には、ウェルの寸法は、形状もサイズもこれから異なり得る。プリントヘッド２０８のノズル２０６のアレイは、ウェルの長軸に対して位置合わせされており、ウェルの短軸には垂直であり、矢印２１０で示される方向に基板を横切る。ウェル内に流体を放出可能な複数のノズルが、それぞれのウェルを横切る。移動方向に平行に伸びるバンクに対して位置合わせされたノズルは用いられていない。従って、異なるノズルから実質的に同時に放出可能な複数の小滴２１２によって、ウェルが流体で満たされる。ウェル内に放出された小滴は拡散して合わさって、基板上に流体の膜を形成する。この拡散して合わさることは、用いられる液体及び基板の表面特性によって主に決まる。

図３は、近接する一グループのノズルから放出された一続きの小滴によって形成された流体の膜を例示する。それぞれのノズルから放出される流体の量を変化させることによって、膜の形状を、ウェルの寸法を相互補完するように変更可能であり、また、対称軸を二本よりも少なくすることが可能である。グループの一端の小滴３０２は、膜の最上部のエッジを画定する。ノズル及びウェルの誤整列の可能性があるため、標準的なサイズの小滴を用いたのでは流体の膜がバンク３０８に完全に到達せず、グループのエッジに更に小滴を加えたのでは、その小滴がバンク上に当たることがある。従って、ウェルをより良く満たすために、小滴３０２は、他のノズルからの残りの小滴よりも大きくされている。グループの他端の小滴３０４もまた大きくされているが、小滴３０２程は大きくなく、バンク３０６上に流体が堆積することなく、ウェルを効果的に満たすようになっている。流体の膜となる残りの小滴を、二つのエッジにある小滴の間の空間を均一に満たすように選択することが可能であり、また、全体として所望の量の流体が堆積されることを確実にするように選択することが可能である。

従来の印刷法においては、典型的に、ページ上の直径が２√（ｓ）であるドットが形成されるように、小滴のサイズは調節されている。ここで、ｓはプリントヘッドのノズル間隔である。ドットの正方形のアレイにおいて対角線上に隣接するドットがそれぞれ接触することを確実にすることによって、この方法でも、完全に被覆可能であるということは理解されたい。所謂“グレイスケール”印刷法によって、より小さなサイズのドットを用いて、より広範な印刷トーンが生成可能であるが、これについては以下で詳述する。しかしながら、ここで、２√（ｓ）よりも大きなサイズのドットを用いることが、所望の流体の配置を達成するためには有利である。

図２に示す方法でプリントヘッドが基板を横切ることの利点については、上述した。しかしながら、ウェルのアレイは任意の間隔を有しえるので、プリントヘッドの移動に垂直な方向のウェルに対して、ノズルを規則的に配置することを確実にはできないことを認識されたい。図２に関して上述した例示的なウェルの寸法の場合、ノズル間隔が１４４０ｄｐｉであるとすると、それぞれのウェルは、大体６つのノズルでアドレスされることになる。しかしながら、基板の幾何学構造に応じて、ウェルのいくつかは、他のウェルよりも多くのノズルでアドレスされ得る。

しかしながら、図３で示されるように、小滴のサイズを変更することによって、移動方向に存在するウェルのエッジ（つまり、図３おいて水平方向に伸びるエッジ）に対しての正確な位置合わせが、このエッジに堆積される流体の膜の正確な位置合わせのために必要とされないことがわかる。

上述のように、基板中の流体が拡散し合わせることは、堆積される流体および基板の表面特性に依存する。基板が非多孔質であるような応用においては、ウェルのエッジに対しての正確な流体の堆積が、一様にウェルを満たすことにおいて非常に重要な意味を持つことがわかっている。図４ａ及び４ｂは、或る形状の基板４０４に堆積させた流体のボディ４０２を例示する。堆積させた流体の量がウェルの体積よりも多く、表面張力によってウェル上の場所に保持されているのが見て取れる。この方法で流体を堆積させることによって、ウェルの側壁４０６が濡れる。また、応用によっては、バンク４０８の上部が、堆積させた流体で濡れることが望ましいこともある。ウェルのエッジが濡れることによって、ウェル内の流体の膜が、有効的にエッジに“留められて”、エッジから剥がれないようにされる。

図４の例では、超過した流体をウェルから蒸発させることが可能であり、ウェル内に流体の均一な層４１２が残る。流体の膜のエッジ部分が、ウェルのエッジに“留められて”いたので、残った流体は、ウェルの末端にまで均一に行き渡っている。初めに超過した流体でウェルを満たす必要の無い応用においても、ウェルのエッジに流体を留めることは、ウェル内の流体の均一な分布を確実にすることにおいて重要である。

基板に対する相対的な移動方向に垂直な流体の膜の位置合わせについて述べてきた。一方、直交する方向に対しても同程度に制御されることが望ましい。図１の方法においては、プリントヘッドの特別な位置合わせによって、このことが達成されていた。一方、本発明においては、上述のように、ウェルのアレイに対するプリントヘッドの専用の位置合わせは常に可能ではない。放出のタイミングを含むこのような位置合わせの制御方法の一つについて、下記で説明する。

上述の小滴のサイズを変更する方法の好ましい方法には、実質的に一定の量の一続きのサブ小滴を、単一のノズルから発生させて、それらが組み合わさって単一の小滴を形成することが含まれる。小滴の体積は、それを構成するサブ小滴の数に依存する。サブ小滴は、ノズルプレートで、または、飛行中に、または、基板上で合わさる。グレイスケール印刷法の好ましい方法については、特許文献１に開示されている。

図５は、１６グレイ階調を可能にする１５のサブ小滴の“パケット”５０２を例示する。このパケットは、サブ小滴の放出タイミング用のデータストリームと、または、飛行中のサブ小滴のストリングと考えることが可能であり、飛行中にサブ小滴が合わさることはなく、全てのサブ小滴の速度は等しいものとする。

パケットの放出可能なタイミングはそれぞれアドレス可能であり、放出されるサブ小滴の数を制御することによって、様々なサイズの小滴を得ることが可能であるということは理解されたい。例えば、パケット５０４では、１５の放出可能なサブ小滴の内の３つが放出して、比較的小さな小滴が形成される。他方、パケット５０６では、１５の放出可能なサブ小滴の全てが放出して、最大サイズの小滴が生成される。

本発明の或る実施例においては、このようなグレイスケール印刷法で用いられるパケット構造を利用して、基板の相対的な移動方向における小滴の配置を、精密に変化させる。図６は、放出可能な１５のサブ小滴のパケットを示す。６０２では、３つのサブ小滴の小滴が、ライン６０８で示されるパケットの“中心”において放出されるものとして示されている。形成される小滴６１２は、基準となる中心線６１０上に配置されることになる。同じ大きさの小滴に対しては、パケット内のサブ小滴の位置を変更することによって、基板上の配置を変更することが可能である。６０４では、前倒しに飛行させる小滴が示されており、基板上の対応する位置は６１４であり、矢印６２０によって示される基板の走査方法に対して、一定量だけ中心線６１０から位置がずれている。小滴６１６は、同じ量だけ逆方向に基準線６１０から位置がずれていて、６０６で示されるパケット構造を用いて飛行を遅らせることによって形成される。

プリントヘッドドライブの電子機器を、最大小滴サイズよりも大きなサイズを有するパケットをアドレス可能なようにすることによって、この方法で放出タイミング、つまりは配置される位置を精密に調節することが、全てのサイズの小滴に対して、可能となる。最大サイズよりも小さな小滴では、配置の変化幅が広くなることは理解されたい。

従って、本方法で放出タイミングを制御することによって、流体の相対的な移動方向における流体の膜の制御が、精密に調節可能であるということがわかる。図３のような場合には、放出タイミングを精密に調節して、流体の膜をウェルの長軸方向の中心に合わせることが可能である。

図７は、ウェルを満たすのに用いられる流体の膜が、基板の相対的な移動方向と、それに垂直な方向との両方における一続きの小滴から成っている実施例を示す。この場合、上述の放出タイミングによる膜の配置に対する制御を用いて、流体の膜のエッジをバンク７０２及び７０４のエッジに合わせることが可能である。つまり、７０６のような“コーナー”の小滴は、バンク７０４に合わせた放出タイミングによって、相対的な移動方向に対して制御されており、また、バンク７０８に合うように小滴の量を変更することによって、垂直方向に対して制御されている。本方法では、全方向において、流体の膜をバンクのエッジに“留める”ことが可能である。

ウェルのアレイを有する基板について説明してきたが、本発明は、基板の表面特性によって物理的に画定されるターゲット領域を有する基板に対しても、同じ様に適用可能である。例えば、ターゲット領域は、疎水領域で離隔された基板の親水領域である。

ウェルのアレイに流体を堆積させる従来方法を示す。 本発明によるウェルのアレイに流体を堆積させる方法を示す。 複数の小滴によって基板のウェルの一つ内に形成された流体の膜を示す。 ウェルのエッジに留められている流体を有するウェルを示す。 ウェルのエッジに留められている流体を有するウェルを示す。 放出タイミングパケットを示す。 放出タイミングパケット及びこのようなパケットでの小滴の変化を示す。 二方向に延伸する小滴のアレイによって形成された流体の膜を示す。

符号の説明

１０２、２０２ ウェル
１０４、２０４ バンク
１１０、２１２ 小滴
１０６、２０６ ノズル
１０８、２０８ プリントヘッド

Claims (21)

1. 流体を受けるための物理的に画定された複数のターゲット領域を有する基板上に、アレイ方向に延伸する放出ノズルのアレイから流体の小滴を放出する方法であり、
   前記複数のターゲット領域が二つ以上の前記ノズルによってアドレスされるように、プリントヘッド及び前記基板を第一方向に相対的に移動させる段階と、
   前記複数のターゲット領域のそれぞれが、二つ以上の前記ノズルからの小滴を受けて、該小滴が基板上で流体の膜となるように、複数のノズルから小滴を放出する段階とを備え、
   前記ターゲット領域のそれぞれに対して、前記物理的に画定されたターゲット領域内部の前記流体の膜の前記第一方向に垂直な方向の位置合わせは、前記二つ以上のノズルのそれぞれから放出される流体の量によって制御される方法。
2. 前記二つ以上のノズルから前記ターゲット領域のそれぞれに届けられる前記流体の量が異なる請求項１に記載の方法。
3. 前記第一方向の前記流体の膜の少なくとも一つのエッジは、前記二つ以上のノズルから放出される小滴のサイズを制御することによって、前記ターゲット領域の少なくとも一つの物理的なエッジに合わせられる請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
4. 前記プリントヘッドのノズル間隔をｓとすると、
   前記二つ以上のノズルの少なくとも一つから放出される前記小滴のサイズは、２√（ｓ）よりも大きい請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ターゲット領域のそれぞれは一グループの近接するノズルからの流体を受け、前記グループのエッジにおけるノズルからの小滴が前記第一方向に垂直な前記流体の膜のエッジを決めるが、前記グループのエッジにおける少なくとも一つの前記ノズルからの小滴は、前記流体の膜を前記ターゲット領域の少なくとも一つの物理的なエッジに留めるように制御される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ターゲット領域のそれぞれは一グループの近接するノズルからの流体を受けるが、前記グループのエッジにおける前記ノズルからの小滴は、前記グループの中心にある小滴よりも大きい請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ターゲット領域内の前記二つ以上のノズルから放出された小滴のサイズは、前記ターゲット領域のそれぞれに対して全体として所定の量の流体が届けられるように制御される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記流体の膜を形成する複数の小滴は、実質的に同時に堆積される請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第一方向の流体の配置は放出タイミングによって決められる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ターゲット領域のそれぞれに対して、前記物理的に画定されたターゲット領域内の前記流体の膜の前記第一方向における配置は、前記ターゲット領域のそれぞれをアドレスする前記二つ以上のノズルの放出タイミングによって、個別に制御される請求項９に記載の方法。
11. 前記流体の膜は、前記第一方向において前記物理的に画定されたターゲット領域の中心に合わせられるように制御される請求項９または請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記第一方向に垂直な前記流体の膜のエッジは、前記ターゲット領域の物理的なエッジの少なくとも一つに合わせられるように制御される請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記流体の膜を成す小滴は、複数の放出可能なサブ小滴の放出タイミングを有する放出タイミングパケットから放出される一続きのサブ小滴によって形成され、小滴の放出タイミングを調節することには、前記パケット内の前記一続きのサブ小滴の位置を変更することが含まれる請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記二つ以上のノズルの放出パケットは時間が合わせられている請求項１３に記載の方法。
15. 一続きの放出パケットは、小滴の放出頻度で繰り返される請求項１３または請求項１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記タイミングは、前記パケットにおいて均等に間隔が空けられている請求項１３から請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記基板は、前記ターゲット領域の実質的に規則的なアレイを備えている請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記ターゲット領域の最大寸法は、前記相対的な移動方向に略垂直に延伸している請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記ターゲット領域は略矩形である請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記基板は、バンクによって離隔されたウェルのアレイを備えている請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記第一方向は、前記アレイ方向に略垂直である請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の方法。

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