JP2018532823A - Di−およびモノ(メタ)アクリレートベースの有機薄膜インク組成物 - Google Patents
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Abstract
本教示は、印刷および硬化されると、限定されないがOLEDデバイス基板等の基板上に有機薄膜を形成するインク組成物の様々な実施形態に関する。インク組成物の様々な実施形態は、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマー、モノ(メタ)アクリレートモノマー、および多官能性架橋剤を含む。上記組成物は、22℃で約32ダイン/cmから約45ダイン/cmの間の表面張力を有し得、さらに展着改質剤を含んでいてもよい。
Description
(関連出願)
本願は、2015年8月31日に出願された米国仮特許出願番号第62/212,338号に基づく優先権を主張しており、この仮特許出願の全体の内容は本明細書中に参考として援用される。
本願は、2015年8月31日に出願された米国仮特許出願番号第62/212,338号に基づく優先権を主張しており、この仮特許出願の全体の内容は本明細書中に参考として援用される。
(分野)
本教示は、インク組成物、および限定されないがOLEDデバイス基板等の基板上に形成されたポリマー薄膜の様々な実施形態に関する。インクの様々な実施形態は、ガス封入部内に格納され得る工業インクジェット印刷システムを使用して印刷することができ、そのガス封入部は、不活性で、かつ実質的に低粒子のプロセス環境として維持される制御環境を有する内部を画定する。
本教示は、インク組成物、および限定されないがOLEDデバイス基板等の基板上に形成されたポリマー薄膜の様々な実施形態に関する。インクの様々な実施形態は、ガス封入部内に格納され得る工業インクジェット印刷システムを使用して印刷することができ、そのガス封入部は、不活性で、かつ実質的に低粒子のプロセス環境として維持される制御環境を有する内部を画定する。
(総説)
有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ技術の可能性に対する関心は、高飽和色を有し、高コントラスト、超薄型、高速応答性、および高エネルギー効率であるディスプレイパネルの実証を含むOLEDディスプレイ技術特性によって高まっている。さらに、可撓性ポリマー材料を含む様々な基板材料が、OLEDディスプレイ技術の製作において使用され得る。主に携帯電話用の小型画面用途のディスプレイの実証は、この技術の可能性を強調するのに役立っているが、広範囲の基板フォーマットにわたる高収率大量製造への拡張には、課題が残されている。
有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ技術の可能性に対する関心は、高飽和色を有し、高コントラスト、超薄型、高速応答性、および高エネルギー効率であるディスプレイパネルの実証を含むOLEDディスプレイ技術特性によって高まっている。さらに、可撓性ポリマー材料を含む様々な基板材料が、OLEDディスプレイ技術の製作において使用され得る。主に携帯電話用の小型画面用途のディスプレイの実証は、この技術の可能性を強調するのに役立っているが、広範囲の基板フォーマットにわたる高収率大量製造への拡張には、課題が残されている。
フォーマットの拡張に関して、Gen5.5基板は、約130cm×150cmの寸法を有し、約8個の26インチフラットパネルディスプレイを作製することができる。それと比較して、より大きなフォーマットの基板は、Gen7.5およびGen8.5マザーガラス基板サイズの使用を含み得る。Gen7.5マザーガラスは、約195cm×225cmの寸法を有し、基板当たり8個の42インチまたは6個の47インチフラットパネルディスプレイに切り出すことができる。Gen8.5において使用されるマザーガラスは、約220cm×250cmであり、基板当たり6個の55インチまたは8個の46インチフラットパネルディスプレイに切り出すことができる。より大きなフォーマットへのOLEDディスプレイ製造の拡張において残されている課題の1つとして示されているのは、Gen5.5基板より大きい基板上でのOLEDディスプレイの高収率大量製造が実質的に困難であることが明らかとなっていることである。
原則として、OLEDデバイスは、OLED印刷システムを使用した、基板上への様々な有機薄膜および他の材料の印刷により製造され得る。そのような有機材料は、酸化および他の化学プロセスにより損傷を受けやすい可能性がある。したがって、不活性環境内での様々な有機スタック層の印刷が示唆されている。さらに、高収率製造プロセスを実現するために、実質的に粒子を含まない環境の必要性が示唆されている。複数の個別の画素の場所にOLEDスタックの様々な層を印刷することに加え、工業インクジェットシステムを使用したパターンエリア印刷を行うことができる。例えば、OLEDデバイスの製作中、様々なカプセル化層のインクジェット印刷を行うことができる。酸化および他の化学プロセス、ならびに材料の印刷薄層内の微粒子状物質に起因する欠陥により損傷され得るOLEDスタックの様々な有機材料の感度を考慮すると、不活性で実質的に粒子を含まない環境内でのカプセル化層のパターン印刷もまた示唆される。
しかしながら、様々な基板サイズに拡張され得、不活性で実質的に低粒子の印刷環境内で実行され得る様式でのOLED印刷システムの格納は、様々な工学的課題を呈し得る。例えばGen7.5およびGen8.5基板の印刷等のハイスループットの大型フォーマット基板印刷のための製造ツールは、実質的に大きな設備を必要とする。したがって、大きな設備を不活性雰囲気下で維持すること、水蒸気および酸素だけでなく有機溶媒蒸気等の反応性雰囲気種を除去するためにガス清浄化が必要であること、ならびに実質的に低粒子の印刷環境を維持することは、著しく困難であることが明らかとなっている。
このように、広範囲の基板フォーマットにわたるOLEDディスプレイ技術の高収率大量製造への拡張には、課題が残されている。したがって、不活性で実質的に低粒子の環境内にOLED印刷システムを格納することができ、様々な基板サイズおよび基板材料に対するOLEDパネルの製作を提供するように容易に拡張され得る、本教示のガス封入システムの様々な実施形態が必要とされている。さらに、本教示の様々なガス封入システムは、プロセスの間に外部からのOLED印刷システムへの容易なアクセス、および最小限の停止時間でのメンテナンスのための内部への容易なアクセスを提供し得る。
本開示の特徴および利点のより良い理解は、本教示を限定せずに例示することを意図した添付の図面を参照することにより得られる。
(開示の詳細な説明)
本教示は、一旦、印刷および硬化されると、限定されないがOLEDデバイス基板等の基板上にポリマー薄膜を形成するインク組成物の様々な実施形態に関する。インクの様々な実施形態は、ガス封入部内に格納され得る工業インクジェット印刷システムを使用して印刷することができ、ガス封入部は、不活性で実質的に低粒子のプロセス環境として維持される制御環境を有する内部を画定する。そのような制御環境内での、例えば、限定されないがOLEDデバイス基板等の基板上への有機薄膜のパターン印刷は、様々なOLEDデバイスの大量高収率プロセスを確実にし得る。
本教示は、一旦、印刷および硬化されると、限定されないがOLEDデバイス基板等の基板上にポリマー薄膜を形成するインク組成物の様々な実施形態に関する。インクの様々な実施形態は、ガス封入部内に格納され得る工業インクジェット印刷システムを使用して印刷することができ、ガス封入部は、不活性で実質的に低粒子のプロセス環境として維持される制御環境を有する内部を画定する。そのような制御環境内での、例えば、限定されないがOLEDデバイス基板等の基板上への有機薄膜のパターン印刷は、様々なOLEDデバイスの大量高収率プロセスを確実にし得る。
本教示のガス封入システムの様々な実施形態の、不活性で実質的に低粒子の環境内で、広範なインク調合物が印刷され得ることが企図される。OLEDディスプレイの製造中、OLED画素は、電圧が印加されると特定ピーク波長の光を放出し得るOLED膜スタックを含むように形成され得る。アノードとカソードとの間のOLED膜スタック構造は、正孔注入層(HIL)、正孔輸送層(HTL)、発光層(EL)、電子輸送層(ETL)および電子注入層(EIL)を含み得る。OLED膜スタック構造の一部の実施形態において、電子輸送層(ETL)は、電子注入層(EIL)と組み合わされて、ETL/EIL層を形成し得る。本教示によれば、OLED膜スタックの様々な色画素EL膜のELのための様々なインク調合物が、インクジェット印刷を使用して印刷され得る。さらに、例えば、限定されないが、HIL、HTL、EML、およびETL/EIL層は、インクジェット印刷を使用して印刷され得るインク調合物を有し得る。
本明細書において後により詳細に議論されるように、有機カプセル化層がインクジェット印刷を使用してOLEDパネル上に印刷され得ることがさらに企図される。カプセル化インクは、熱プロセス(例えば焼成)、UV曝露、およびそれらの組合せを使用して硬化され得る、ポリマーまたはポリマー成分、例えば、限定されないが、様々なポリエチレングリコールモノマー材料、単座もしくは多座アクリレート等のアクリレート、単座もしくは多座メタクリレート等のメタクリレート、または他の材料、ならびにそれらのコポリマーおよび混合物を含み得る。本明細書において使用される場合、ポリマーおよびコポリマーは、インク中に調合され得、また基板上で硬化されて有機カプセル化層を形成し得る任意の形態のポリマー成分を含み得る。そのようなポリマー成分は、ポリマーおよびコポリマー、ならびにそれらの前駆体、例えば、限定されないが、モノマー、オリゴマー、および樹脂を含み得る。本教示によれば、インクジェット印刷は、いくつかの利点を提供し得る。まず第一に、そのようなインクジェットベースの製作は大気圧下で行うことができるため、様々な減圧プロセス操作が排除され得る。さらに、インクジェット印刷プロセスの間に、有機カプセル化層は、活性領域の側方縁部を含めた活性領域を効果的にカプセル化するために、活性領域の上、およびその近位のOLED基板の一部をカバーするように局在化され得る。インクジェット印刷を使用した標的化パターニングにより、材料浪費が排除され、また有機層のパターニングを達成するために典型的に必要とされる追加的なプロセスが排除される。
(有機薄膜インク組成物および方法)
本教示の有機薄層インク組成物の様々な実施形態は、例えば、限定されないが、広範な数のOLEDデバイス等の光電子デバイス上に印刷されて、有機カプセル化層を形成し得る。組成物および方法の様々な実施形態によれば、一旦、硬化すると、得られるポリマー薄膜は、流体バリアを提供し得ると共に、先に製作された無機カプセル化層の平坦化を提供し、また有機カプセル化層に求められる可撓性をさらに示し得る。流体バリアは、例えば水および/または酸素のOLEDデバイス内への浸透を防止または低減し得る。
図1の概略断面図に示されるように、光電子デバイス50に対して、基板52が提供され得る。基板の様々な実施形態は、薄いシリカ系ガラス、およびいくつかの可撓性ポリマー材料のいずれかの1つまたは複数を含んでもよい。例えば、基板52は、例えば底面発光光電子デバイス構成における使用のために、透明であり得る。活性領域54を提供するために、例えば電子発光領域を提供するために、OLEDスタックに関連する1つまたは複数の層、例えば、様々な有機または他の材料が基板上に堆積、インクジェット印刷、または別様に形成され得る。図1における活性領域54は、単一ブロックとして概略的に例示されているが、詳細には、複数の個別デバイスおよび膜層を有する複雑なトポロジーまたは構造を有する領域をさらに含んでもよいことに留意されたい。例において、50は、例えば、アノード電極およびカソード電極に結合された発光層または他の層を備える、OLEDデバイスを含んでもよい。「活性」という語句は、必ずしも、電気エネルギーまたはトランジスター活性の増幅のいかなる必要性も暗示するものではなく、一般に光電気活性(例えば発光)が生じ得る領域を示し得る。したがって、活性領域54は、アクティブマトリックスOLEDまたはパッシブマトリックスOLEDデバイスの一部として含めることができる。
OLEDデバイス内、例えば活性領域54内に含まれる各層は、数十もしくは数百ナノメートル(nm)のオーダー、またはそれ未満の厚さであってもよい。OLEDデバイスの光電子作用において活性でない追加的な有機層が含まれてもよく、そのような層は、ミクロンのオーダーまたはそれ未満の厚さであってもよい。アノード電極またはカソード電極は、活性領域54から基板52に沿って側方にオフセットされている電極部分56に結合されてもよく、またはそれを含んでもよい。本明細書においてより詳細に議論されるように、デバイス50の活性領域54は、限定されないが、水、酸素、およびデバイスプロセスからの様々な溶媒蒸気等の様々な反応種ガス状種への長期曝露の存在下で分解する材料を含み得る。そのような分解は、安定性および信頼性に影響し得る。
図1に示されるように、無機層60Aがデバイス50に提供されてもよく、例えば活性領域54上に堆積または別様に形成されてもよい。例えば、無機層は、活性領域54を含む基板52の表面の全体に、または実質的に全体にブランケットコーティング(例えば堆積)されてもよい。無機層60Aを製作するために有用な無機材料の例は、様々な酸化物、例えばAl2O3、TiO2、HfO2、SiOXNYまたは1種もしくは複数種の他の材料の1つまたは複数を含み得る。有機層62Aは、例えばインクジェット印刷を使用して印刷されてもよい。例えば、本明細書において先に概説されたように、有機層62Aは、熱(例えば焼成)または紫外線曝露技術の1つまたは複数を使用して硬化可能である様々なポリマー材料を含んでもよく、また一旦硬化すると有機層62A等のポリマー薄膜を形成し得る有機薄層インクを使用して印刷されてもよい。有機層62Aは、活性領域54を平坦化および機械的に保護するための平坦化層の1つもしくは複数として、または集合的に活性領域54への水分もしくはガス浸透を抑制もしくは阻止するように機能するカプセル化スタックの一部として機能し得る。図1は、一般に、例えば酸化物を含む無機層60A、および、例えば、これに限定されないが、水分または大気ガス等の反応性ガスに対する活性領域54の曝露を阻止または抑制するために使用され得るポリマーを含む有機層62Aを有する、カプセル化材料層の多層構成を例示する。図1に示されるように、多層構成は、第2の無機層60Bおよび第2の有機層62Bを含むように繰り返されてもよい。光電子デバイスに求められる機械的および封止特性を提供するために、カプセル化層の様々な追加的実施形態が創出され得る。例えば、有機カプセル化層がまず製作され、続いて無機層が製作されるように、層の製作の順番が反対となってもよい。さらに、より多い、またはより少ない数の層が提供されてもよい。例えば、示されるような無機層60Aおよび60B、ならびに単一の有機カプセル化層62Aを有する構造が製作されてもよい。
有機薄層インク組成物は、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマー、モノ(メタ)アクリレートモノマー、および多官能性架橋剤を含む。本明細書において使用される場合、「(メタ)アクリレートモノマー」という語句は、列挙されたモノマーがアクリレートおよび/またはメタクリレートであってもよいことを示す。インク組成物の一部の実施形態は、架橋光開始剤および/または展着改質剤をさらに含む。インク組成物のいくつかは、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレーモノマー、モノ(メタ)アクリレートモノマー、多官能性架橋剤のみ、ならびに任意選択で架橋光開始剤および/または展着改質剤からなるか、またはそれらから本質的になる。
インク組成物の一部の実施形態は、約60wt.%未満のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマー、または約55wt.%未満のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマーを含む。例えば、インク組成物の一部の実施形態は、約40〜60wt.%のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマーを含む。これは、約40wt.%から57wt.%のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマーを含むインク組成物を含み、さらに、約45wt.%から57wt.%のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマーを含むインク組成物を含み、またさらに、約50wt.%から55wt.%のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマーを含むインク組成物を含む。
本教示によれば、有機薄層インク組成物の様々な組成物は、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマーとして、約230gm/モルから約440gm/モルの範囲内の数平均分子量を有するポリエチレングリコールジメタクリレートおよび/またはポリエチレングリコールジアクリレートを含んでもよい。例えば、有機薄層インクは、約330gm/モルの数平均分子量を有し、以下に示されるような一般化構造を有するポリエチレングリコール200ジメタクリレートおよび/またはポリエチレングリコール200ジアクリレートを含んでもよい。
式中、nは、平均して4であり、Rは、Hおよびメチル基から独立して選択される。
本教示の有機薄層インク組成物の様々な実施形態では、ポリエチレングリコール200ジメタクリレートは、インク組成物の約50wt.%から約57wt.%の間を構成する主成分であってもよい。
モノ(メタ)アクリレートモノマーは、主にポリマー鎖に末端基を提供することにより、インク組成物から作成された硬化膜の重合に関与する。インク組成物の一部の実施形態は、少なくとも約25wt.%のモノ(メタ)アクリレートモノマー、または少なくとも約30wt.%のモノ(メタ)アクリレートモノマーを含む。例えば、インク組成物の一部の実施形態は、約25wt.%から50wt.%のモノ(メタ)アクリレートモノマーを含む。これは、約30wt.%から50wt.%のモノ(メタ)アクリレートモノマーを含むインク組成物を含み、さらに、約30wt.%から40wt.%のモノ(メタ)アクリレートモノマーを含むインク組成物を含む。
モノ(メタ)アクリレートモノマーは、それら自体が組成物に可溶であり、溶液からの他のアクリレートまたはメタクリレート系成分の沈殿をもたらさないように、それらがインク組成物中の他のモノマーと混和性となるように選択されるべきである。好適なモノ(メタ)アクリレートモノマーの例は、以下の構造を有する環式(メタ)アクリレートを含む。
式中、R基は、芳香環または非芳香環であってもよい1つまたは複数の環式基を含み、R’は、H原子またはメチル基である。環式基は、例えば、2つの縮合環を含む二環式基であってもよい。環式モノ(メタ)アクリレートモノマーの具体例は、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート(DCPOEA)およびイソボルニルアクリレート(ISOBA)を含み、これらの構造は、以下に示される。
DCPOEA(粘度:23℃で20cps);
ISOBA(粘度:25℃で9cps)。
他の例は、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(DCPOEMA)およびイソボルニルメタクリレート(ISOBMA)を含む。環上のメチル基の1つまたは複数が水素で置き換えられたISOBAおよびISOBMAのホモログ(集合的に「ISOB(M)A」ホモログ)もまた使用され得る。しかしながら、インク組成物中のISOB(M)Aホモログの最適濃度は、ホモログを含有するインク組成物の展着特性および/または粘度の最終的な変化により影響され得る。
他の例は、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(DCPOEMA)およびイソボルニルメタクリレート(ISOBMA)を含む。環上のメチル基の1つまたは複数が水素で置き換えられたISOBAおよびISOBMAのホモログ(集合的に「ISOB(M)A」ホモログ)もまた使用され得る。しかしながら、インク組成物中のISOB(M)Aホモログの最適濃度は、ホモログを含有するインク組成物の展着特性および/または粘度の最終的な変化により影響され得る。
好適な脂肪族モノ(メタ)アクリレートの例は、以下の構造を有するものを含む。
式中、Rは、直鎖炭素鎖、例えばC12からC18炭素鎖、例えばC16からC18炭素鎖を表し、R’は、H原子またはメチル基である。ここに示されるN−オクタデシルメタクリレート(OctaM)は、インク組成物中に含まれ得るモノメタクリレートの具体例である。
OctaM(粘度:25℃で11cps)
N−オクタデシルアクリレートは、別の例である。インク組成物の一部の実施形態は、約29wt.%から約45wt.%のn−オクタデシル(メタ)アクリレートを含み、約29wt.%から約40wt.%のn−オクタデシル(メタ)アクリレートを含む実施形態を含む。
N−オクタデシルアクリレートは、別の例である。インク組成物の一部の実施形態は、約29wt.%から約45wt.%のn−オクタデシル(メタ)アクリレートを含み、約29wt.%から約40wt.%のn−オクタデシル(メタ)アクリレートを含む実施形態を含む。
モノ(メタ)アクリレートモノマーの選択は、少なくとも部分的に、以下でより詳細に議論されるように、インク組成物の所望の展着特性に依存し得る。単なる例示として、インク組成物の様々な実施形態のインクジェット印刷液滴は、印刷後40秒から印刷後15分の期間でのシリコン(Si)基板上に印刷された液滴の直径の変化により測定されるように、約15分の期間にわたり、23℃の温度で40%またはそれ未満の液滴展着を生じる。これは、印刷後40秒から印刷後15分の期間でのSi基板上に印刷された液滴の直径の変化により測定されるように、約15分の期間にわたり23℃の温度で20%またはそれ未満の液滴展着を生じるインクジェット印刷液滴を含み、さらに、約15分の期間にわたり23℃の温度で5%またはそれ未満の液滴展着を生じるインクジェット印刷液滴を含む。
インク組成物のモノ(メタ)アクリレートモノマー成分は、インク組成物のインクジェット印刷特性を最適化するために、2種またはそれよりも多くのモノ(メタ)アクリレートモノマーのブレンドを含んでもよい。例えば、良好な吐出および膜形成特性を提供するが、不十分な展着を生じるインク組成物は、第2のより高展着性のモノ(メタ)アクリレートモノマーの添加から恩恵を受けることができる。例示として、インク組成物の一部の実施家形態は、2種の環式モノ(メタ)アクリレートモノマー、例えばDCPOE(M)AおよびISOB(M)Aのブレンドを含む。第1および第2のモノ(メタ)アクリレートモノマーのブレンドを含むインク組成物の様々な実施形態では、モノ(メタ)アクリレートモノマーブレンドは、約15wt.%から約85wt.%の第1のモノ(メタ)アクリレートモノマーおよび約85wt.%から約15wt.%の第2のモノ(メタ)アクリレートモノマーを含む。これは、約40wt.%から約60wt.%の第1のモノ(メタ)アクリレートモノマーおよび約60wt.%から約40wt.%の第2のモノ(メタ)アクリレートモノマーを含む、モノ(メタ)アクリレートモノマーブレンドの実施形態を含む。インク組成物のモノ(メタ)アクリレートモノマー成分の様々な実施形態は、環式モノ(メタ)アクリレートモノマー、脂肪族モノ(メタ)アクリレートモノマー、またはそれらの組合せのみからなってもよいか、またはそれらから本質的になってもよい。ISOBAは、高展着性モノマーであり、したがって、バランスのとれた展着特性を提供するために、インク組成物の液滴を基板表面に固定する傾向を有するDCPOEA等のモノ(メタ)アクリレートモノマーと組み合わされてもよい。しかしながら、ISOBAは非常に高展着性であるため、ISOBAと1種または複数種の追加的なモノ(メタ)アクリレートモノマーとの混合物を含むインク組成物の実施形態は、典型的には、約10wt.%以下のISOBAを含む。
多官能性(メタ)アクリレート架橋剤は、望ましくは、少なくとも3つの反応性(メタ)アクリレート基を有する。したがって、多官能性(メタ)アクリレート架橋剤は、例えば、トリ(メタ)アクリレート、テトラ(メタ)アクリレートおよび/またはより高い官能性の(メタ)アクリレートであってもよい。ペンタエリスリトールテトラアクリレートまたはペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレートおよびジ(トリメチロールプロパン)テトラメタクリレートは、主架橋剤として使用され得る多官能性(メタ)アクリレートの例である。「主」という用語は、本明細書において、インク組成物の他の成分も架橋に関与し得るが、それはそれらの主要な機能的目的ではないことを示すために使用される。有機薄層インク組成物の様々な実施形態では、多官能性(メタ)アクリレート架橋剤は、インク組成物の約4〜10wt.%の間を構成し得る。ペンタエリスリトールテトラアクリレートまたはペンタエリスリトールテトラメタクリレートの一般化構造を以下に示す。
式中、Rは、Hおよびメチル基から独立して選択される。
ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレートまたはジ(トリメチロールプロパン)テトラメタクリレートの一般化構造を以下に示す。
式中、R’は、Hおよびメチル基から独立して選択される。
本教示によれば、展着改質剤は、任意選択で、有機薄層インク組成物の様々な実施形態の展着特性を調整するために使用され得る。しかしながら、インク組成物の一部の実施形態では、モノ(メタ)アクリレートモノマーは、適正な展着を提供し、したがって、追加的な展着改質剤は必要ない。展着改質剤は、印刷温度でインク組成物のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートより低い表面張力を有する液体である。例示として、インク組成物の様々な実施形態は、22℃で約14cpsから約18cpsを含む、22℃で約10cpsから約20cpsの範囲内の粘度、および22℃で約35ダイン/cmから約39ダイン/cmの範囲内の表面張力を有する展着改質剤を含む。これは、22℃で約14cpsから約16cpsの範囲内の粘度、および22℃で約35ダイン/cmから約38ダイン/cmの範囲内の表面張力を有する展着改質剤を含むインク組成物の実施形態を含む。粘度および表面張力を測定するための方法は周知であり、市販のレオメーター(例えばDV−I Prime Brookfieldレオメーター)および張力計(例えばSITA泡圧張力計)の使用を含む。インク組成物の一部の実施形態では、展着改質剤は、多官能性、例えば二官能性アクリレートモノマーもしくはオリゴマーまたはメタクリレートモノマーもしくはオリゴマーを含む。アクリレートおよびメタクリレート系展着改質剤は、一般に、インク組成物のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートモノマー、モノ(メタ)アクリレートモノマー、および(メタ)アクリレート系多官能性架橋剤と適合するため、有利となり得る。したがって、それらの使用は、溶液からの他のアクリレートまたはメタクリレート系成分の沈殿をもたらさない。さらに、アクリレートおよびメタクリレート系展着改質剤は、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートの架橋に関与し得る。すなわち、展着改質剤(単数または複数)は、UV硬化後に汚染物質として残留しないように、同様の化学的性質によりポリマー中に組み込まれ得る。有機薄層インク組成物の様々な実施形態は、約15wt.%までの量で展着改質剤を含む。これは、約1wt.%から約15wt.%の範囲内の量で展着改質剤を含む有機薄層インク組成物の実施形態を含む。
インク組成物の一部の実施形態では、展着改質剤は、アルコキシ化脂肪族ジアクリレートを含む。アルコキシ化脂肪族ジアクリレートの式は、以下のように表すことができる。
式中、nは、3から12の間であってもよい。
有機薄層インク組成物の様々な実施形態は、基板上のインク調合物の展着特性を調整するために、様々なアルコキシ化脂肪族ジアクリレート材料を利用し得るため、本教示の有機薄層インク組成物の様々な実施形態は、調合物中に約15wt.%までのアルコキシ化脂肪族ジアクリレート成分を有してもよい。様々なアルコキシ化脂肪族ジアクリレート材料は、Sartomer Corporationにより提供され得る。例えば、候補となるSartomer製品は、22℃で約35ダイン/cmの表面張力を有する1,6ヘキサンジオールジアクリレートであるSartomer製品番号SR−238B、ならびに、独自のアルコキシ化脂肪族ジアクリレートとして説明され、22℃で約35ダイン/cmの表面張力および22℃で約15cpsの粘度を有するSartomer製品番号SR−9209Aを含み得る。有機薄層インク組成物の様々な実施形態では、アルコキシ化脂肪族ジアクリレート成分の脂肪族部分は、3から12の間の反復メチレン単位であってもよい。有機薄層インク組成物の様々な実施形態では、アルコキシ化脂肪族ジアクリレート成分の脂肪族部分は、4から6の間の反復メチレン単位であってもよい。
様々なアルコキシ化脂肪族ジアクリレート成分に加えて、有機薄層インク組成物の様々な実施形態は、様々な調合物の展着特性を調整するために、アルコキシ化脂肪族ジメタクリレート成分を使用してもよい。本教示の有機薄層インク組成物の様々な実施形態は、調合物中に約15wt.%までのアルコキシ化脂肪族ジメタクリレート成分を有してもよい。有機薄層インク組成物の様々な実施形態では、アルコキシ化脂肪族ジメタクリレート成分の脂肪族部分は、3から12の間の反復メチレン単位であってもよい。有機薄層インク組成物の様々な実施形態では、アルコキシ化脂肪族ジメタクリレート成分の脂肪族部分は、4から6の間の反復メチレン単位であってもよい。アルコキシ化脂肪族ジメタクリレートの式は、以下のように表すことができる。
式中、nは、3から12の間であってもよい。
重合プロセスの開始に関して、本教示の有機薄層インク組成物の様々な実施形態は、重合プロセスを開始するために、多くの種類の光開始剤を利用し得る。様々な実施形態において、光開始剤は、約0.1wt.%から約10wt.%、例えば約0.1wt.%から約8wt.%の範囲内の量で存在する。これは、光開始剤が約1wt.%から約6wt.%の範囲内の量で存在する実施形態を含み、さらに、光開始剤が約3wt.%から約6wt.%の範囲内の量で存在する実施形態を含み、またさらに、光開始剤が約3.75wt.%から約4.25wt.%の範囲内の量で存在する実施形態を含む。しかしながら、これらの範囲外の量もまた使用され得る。光開始剤は、I型またはII型光開始剤であってもよい。I型光開始剤は、放射線誘導開裂を受けて2つのフリーラジカルを生成し、その1つは反応性で重合を開始する。II型光開始剤は、励起三重項状態への放射線誘発変換を受ける。励起三重項状態の分子は、次いで基底状態の分子と反応して、重合開始ラジカルを生産する。
所与のインク組成物に使用される特定の光開始剤は、望ましくは、OLED材料を損傷しない波長でそれらが活性化されるように選択される。このために、インク組成物の様々な実施形態は、約368から約420nmの範囲内にピークを有する主要な吸収を有する光開始剤を含む。光開始剤を活性化し、インク組成物の硬化を誘発するために使用される光源は、望ましくは、光開始剤の吸収範囲が光源の出力に一致または重複し、それにより光の吸収が重合を開始するフリーラジカルを創出するように選択される。好適な光源は、水銀灯およびUV光発光ダイオードを含み得る。
アシルホスフィンオキシド光開始剤が使用されてもよいが、広範な光開始剤が使用され得ることを理解されたい。例えば、限定されないが、α−ヒドロキシケトン、フェニルグリオキシレート、およびα−アミノケトンクラスの光開始剤からの光開始剤もまた考慮され得る。フリーラジカルに基づく重合を開始するために、様々なクラスの光開始剤は、約200nmから約400nmの間の吸収プロファイルを有し得る。本明細書において開示されるインク組成物および印刷する方法の様々な実施形態において、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニルホスフィンオキシド(TPO)および2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニルホスフィネートが望ましい特性を有する。本教示のインク組成物および印刷方法の様々な実施形態において、アシルホスフィンオキシド光開始剤は、調合物の約0.1〜5wt.%であってもよい。アシルホスフィン光開始剤の例は、380nmに吸収を有するI型溶血性開始剤であるIrgacure(登録商標)TPO;380nmに吸収を有するI型光開始剤であるIrgacure(登録商標)TPO−L;および370nmに吸収を有するIrgacure(登録商標)819の商品名で販売されている、UV硬化用のIrgacure(登録商標)TPO(以前はLucirin(登録商標)TPOの商品名でも入手可能であった)開始剤を含む。例示として、TPO光開始剤を含むインク組成物を硬化させるために、1.5J/cm2までの放射エネルギー密度で350nmから395nmの範囲内の公称波長で発光する光源が使用され得る。適切なエネルギー源を使用して、高レベルの硬化が達成され得る。例えば、硬化膜の一部の実施形態は、フーリエ変換赤外(FTIR)分光法により測定される、90%またはそれよりも高い硬化度を有する。
所与のインク組成物に含める光開始剤の適切な量は、選択される光開始剤、架橋剤、および存在する場合には展着改質剤の性質に依存する。しかしながら、光開始剤の量は、望ましくは、インク組成物が印刷されたときからインク組成物が固体膜に硬化されたときまでに生じる体積変化を最小限にするように選択される。硬化の間に生じるインク組成物の体積変化を測定するための、および、その体積変化を最小限にするために所与のインク組成物に含まれる光開始剤の適切な量を正確に決定することができる精密な試験は、以下のように行うことができる。既知の体積目盛りを有する容器(例えばメスフラスコ)の底に、既知の体積のインク組成物を慎重に分注する。次いで、容器内のインク組成物を、架橋を誘発してインク組成物を固体膜に硬化させる放射線源に曝露する。次いで、容器上の体積目盛りにより示される体積に対応する体積の脱イオン(DI)水を、硬化膜を有する容器内に分注する。次いで、体積目盛りより上のDI水の部分を容器から取り出し、秤量して、硬化膜の体積を決定する。例示として、試験は、実験室内で以下のように行うことができる。5mLのガラス製メスフラスコを、UV硬化性インク組成物および手持ち式の紫外線(UV)ランプと共にグローブボックス内に置く。エッペンドルフ型ピペットおよび適切なチップを使用して、インク組成物の全てがフラスコの底に分注されるように、チップを側壁に接触させずに500μLのインク組成物をメスフラスコ内に慎重に分注する。メスフラスコをUVランプの上方に置き、適切な波長設定(例えば365nm)まで、インク組成物を完全に硬化させるのに十分な期間(例えば約180秒)ランプを点灯する。注:操作者は、UV保護眼鏡を着用すべきである。インク組成物が固体膜に硬化した後、ランプを消灯し、フラスコに栓をする。硬化膜を有する栓をしたフラスコを、グローブボックスから取り出す。ガラスの栓をとってフラスコを計量秤の上に置き、その空重を測定する。パスツールピペットを使用して、正確に5グラムのDI水をメスフラスコ内に慎重に分注する(側壁を避けて)。次いで、秤からフラスコを下ろし、秤の上に空の乾燥バイアルを置き、その空重を測定する。新たに乾燥させたパスツールピペットを使用して、メスフラスコから5mL目盛りの上のDI水の部分を慎重に取り出す。取り出しの終了時、水のメニスカスの底部は、視覚的検査により決定されるように、5mL目盛りに整合しなければならない。取り出されたDI水の全量を、空のバイアル内に移し、その重量(w1)を測定する。分注されたインク組成物の硬化から生じたパーセント体積変化(例えば体積減少)は、以下の式を使用して計算され得る。
体積変化%=100−((w1グラム/0.5グラム)×100)
体積変化%=100−((w1グラム/0.5グラム)×100)
一般に、インクジェット印刷用途に有用なインク組成物のためには、インク組成物の表面張力、粘度および湿潤特性は、組成物が、印刷に使用される温度(例えば室温;約22℃)においてインクジェット印刷ノズルに乾燥付着する、またはノズルを詰まらせることなく、ノズルを通して分注され得るように調整されるべきである。調合されたら、有機薄層インク組成物の様々な実施形態は、22℃で約10cpsから約25cpsの間(例えば約17cpsから約21cpsの間を含む)の粘度、および22℃で約32ダイン/cmから約45ダイン/cmの間(例えば約38ダイン/cmから約41ダイン/cmの間を含む)の表面張力を有し得る。吐出温度は約22℃から約40℃の間となり得るため、そのような温度範囲にわたって、有機薄層インク調合物の様々な実施形態は、印刷ヘッドの温度範囲内で、約7〜25cpsの間(例えば約9cpsから約19cpsの間を含む)の粘度、および約30ダイン/cmから約45ダイン/cmの間の表面張力を有し得る。
重合の開始は光により誘発され得ることを考慮して、インクは、光への曝露を防ぐように調製され得る。本教示の有機薄層インク組成物の調製に関して、様々な組成物の安定性を確実とするために、組成物は、暗い、もしくは非常に薄暗い室内で、または、重合を誘発する波長を除くように照明が制御された施設内で調製され得る。そのような波長は、一般に、約500nm未満の波長を含む。例えば、光への直接曝露から保護する様式での有機薄膜インク調合物の実施形態の調製のために、清浄なアンバーバイアル(例えばFalcons、VWRトレースクリーン)の蓋が取り外され得、次いで秤の上に置かれ、空重が測定され得る。まず、所望量の光開始剤がバイアル内に秤量され得る。次いで、展着改質剤成分の添加後に、ポリエチレンジ(メタ)アクリレートがバイアル内に秤量され得る。次に、モノ(メタ)アクリレートモノマーがバイアル内に秤量され得る。最後に、架橋剤がバイアル内に秤量され得る。(上記説明は、様々な成分をインク組成物に逐次組み込むための1つのプロトコールを解説したものである。他のプロトコールが使用されてもよい。)均一濃度の成分を提供するための混合に関して、Teflon(登録商標)コーティング磁気撹拌棒をバイアル内に挿入して、バイアルの蓋をしっかりと閉めることができる。次いで溶液は、例えば、室温から50℃までの範囲内の温度および600〜1000rpmで30分間撹拌され得る。その後、インク組成物は、例えば、0.1μmまたは0.45μmのPTFEシリンジフィルターまたは真空もしくは加圧フィルターにより濾過され得、続いて周囲温度で30分間超音波処理され得る。これでインク組成物は使用可能な状態であるが、例えば圧縮乾燥空気グローブボックス内で光から遠ざけて保存されるべきである。説明されるような有機薄膜インク調製物の様々な実施形態は、22℃で約17cpsから約21cpsの間の粘度、および22℃で約34ダイン/cmから約41ダイン/cmの間の表面張力を有し得る。
インク組成物が調製されたら、分子篩ビーズの存在下で1日またはそれよりも多くの期間混合することにより脱水され、次いで乾燥不活性雰囲気、例えば圧縮乾燥空気雰囲気下で保存され得る。インク組成物は、早期重合を回避または最小限にするために、暗室灯下または暗所で保存されるべきである。例えば、インク組成物は、アンバーバイアル内で保存され得る。乾燥処理および乾燥不活性雰囲気内での保存は、インク組成物の含水量を、組成物が使用可能な状態となるまで、インクジェット印刷に望ましい約400ppm未満(例えば約200ppm未満を含む)に維持することができる。インク組成物の含水量を低減するために、脱水プロセスが行われてもよく、分子篩ビーズ(例えば3オングストローム;10%w/w)を組成物に添加し、組成物を、ローラー上に置いて、ある期間(例えば5日間)穏やかにかき混ぜ、その後、インク組成物を、濾過して、圧縮乾燥空気雰囲気等の乾燥雰囲気中に移し、アンバーバイアル内に等分し、続いてバイアルに蓋をして、バイアル内に乾燥空気ヘッドスペースが提供され得る。同じ手順を使用して、圧縮乾燥空気ヘッドスペースについて同じ結果をもたらすことができる。
インク組成物、特に室温(22℃)で乾燥不活性雰囲気下で保存されたものは、視覚的検査下で沈殿または分離が見られないこと、ならびにその室温粘度および表面張力における安定性により決定されるように、長期間安定となり得る。インク組成物の粘度および表面張力に大きな変化は記録されなかったが、暗所での圧縮乾燥空気雰囲気下での室温における少なくとも160日間は、いかなる変化も測定誤差の範囲内とみなされる。
インク組成物は、本明細書にその全体が組み込まれる米国特許第8,714,719号に記載のもの等の印刷システムを使用して印刷され得る。膜は、UV放射線を使用して、不活性窒素環境内で硬化され得る。硬化膜は、高い透明度および均一な厚さを示す。
本発明のインク組成物の様々な実施形態は、ガラス、シリコン、および/または窒化ケイ素等の基板上に、連続的で明確なエッジを有する薄膜としてインクジェット印刷され得る。これは、明確なエッジおよび約6μm以下の厚さを有する連続薄膜として印刷され得るインク組成物の実施形態を含み、さらに、明確なエッジおよび約4μm以下の厚さを有する連続薄膜として印刷され得るインク組成物の実施形態を含み、さらに、明確なエッジおよび約2μm以下の厚さを有する連続薄膜として印刷され得るインク組成物の実施形態を含み、またさらに、明確なエッジおよび約1μm以下の厚さを有する連続薄膜として印刷され得るインク組成物の実施形態を含む。例えば、インク組成物は、約2μmから約8μmの範囲内の厚さを有する薄膜を含む、約1μmから約10μmの範囲内、またはより厚い厚さを有する薄膜を印刷するために使用され得る。これらの薄膜は、例えば5%またはそれ未満の膜厚変動を伴って達成され得る。非常に薄い膜(例えば2μmまたはそれ未満の厚さを有する膜)が望ましい、または必要とされる用途においては、より高展着性のインク組成物が使用されるべきである。一般に、これらのインク組成物は、高展着性モノ(メタ)アクリレート、例えばn−オクタデシル(メタ)アクリレートまたはISOBAを含む。より厚いフィルムが好適である用途においては、インク組成物は、インク組成物を基板表面に固定する傾向がより高いモノ(メタ)アクリレート、例えばDCPOEAを含んでもよい。
以下で議論されるように、インク組成物の主要な特性は吐出性であり、これはインク組成物の全体的粘度に依存する。モノ(メタ)アクリレートモノマーは、インク組成物の実質的な部分を構成するため、それらのモノマーは、インク組成物の他の成分と組み合わされた場合に吐出可能なインク組成物を提供する粘度を有するべきである。典型的には、好適なモノ(メタ)アクリレートモノマーは、22℃で約10cpsから約27cpsの範囲内の粘度を有する。モノ(メタ)アクリレートモノマーの混合物が使用される場合、これは、22℃で約10cpsから約27cpsの範囲内の粘度を有する混合物である。したがって、モノ(メタ)アクリレートモノマーの組合せは、それに含有されるモノ(メタ)アクリレートモノマーの1つが22℃で10cps未満、または22℃で27cpsよりも高い粘度を有する場合であっても、22℃で約10cpsから約27cpsの範囲内の粘度を有し得る。
以下の考慮点は、所望の展着特性(例えば高展着性または低展着性)を有するインク組成物を達成するための好適な構造または特性を有するモノ(メタ)アクリレートモノマーの選択におけるいくつかの追加的な一般指針を提供し得る。しかしながら、これらの指針は、厳正な要件を提供することを意図せず、本発明のインク組成物における使用に好適なモノ(メタ)アクリレートモノマーは、本明細書において提供される指針から逸脱する展着特性を示してもよい。高展着性であるモノ(メタ)アクリレートモノマーの一部の実施形態は、高い炭素含量、および存在する場合にはわずかなヘテロ原子(例えば酸素原子)を有する直鎖炭素鎖を含み、一方、インク組成物の液滴を表面に固定し、展着に抵抗する傾向を有するモノ(メタ)アクリレートモノマーは、比較的高いヘテロ原子含量、および/または存在する場合にはわずかな直鎖炭素鎖を特徴とし得る。例示として、いかなるヘテロ原子も含まない炭素に富む長鎖を有するOctaMは、高展着性のインク組成物を形成するために使用され得る。さらに、インクに均一な展着性を付与するモノ(メタ)アクリレートの傾向は、組成物中の他の主要ポリマーに対するその構造的類似性により影響され得る。したがって、実質的な量の2種またはそれよりも多くのモノ(メタ)アクリレートモノマーが組み合わされる場合、環式基等の共通した構造的特徴を有するモノ(メタ)アクリレートモノマーを使用することが有利となり得る。例示として、DCPOEA含有インク組成物の展着性を増加させるために、ISOBAがDCPOEAと組み合わされてもよく、これらは共に二環式構造を有する。
膜厚および均一性は、Veeco Dektak Profilometerツール等の表面形状測定装置ツールを使用して測定され得る。厚さ測定を実行するために、基板上で、例えば鋭い針を使用して膜上に傷を付けることができる。次いで、基板をツールの上に置き、傷穴の高さを測定することができるが、これは、基板上に印刷された膜の厚さを表す。膜均一性の概念を例示するために、図2Aは、エッジ補償を組み込まずに印刷された厚さ8μmの膜を示し、予測通り膜のエッジ部を除いて均一性を示している。図2Bは、エッジ補償を使用して印刷された厚さ16μmの膜であり、予測通り均一性を示している。印刷された膜に対してエッジ補償を行うための方法は、2015年3月31日に発行された、Ink−Based Layer Fabrication Using Halftoning to Control Thicknessという名称の米国特許第8,995,022号に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。さらに例示として、本発明のインク組成物を用いて作成された硬化膜の一部の実施形態は、550nmおよびそれよりも高い波長で、90%またはそれよりも高い透過率を有し得る。これは、550nmおよびそれよりも高い波長で99%またはそれよりも高い、および99.5%またはそれよりも高い透過率を有する硬化膜を含む。
インク組成物は、インクジェット印刷により塗布されるように設計され、したがって吐出性を特徴とし、吐出可能なインク組成物は、印刷ヘッドのノズルを通して連続的に吐出された場合、経時的に一定の、または実質的に一定の落下速度、落下体積および落下軌道を示す。さらに、インク組成物は、望ましくは、良好なレイテンシー特性を特徴とし、レイテンシーとは、性能の顕著な低減、例えば画質に著しく影響する落下速度もしくは体積の低減および/または軌道の変化が現れるまで、ノズルがカバーなしで放置され待機し得る時間を指す。本発明のインク組成物の様々な実施形態は、少なくとも15分の期間の安定な吐出、および少なくとも15分のレイテンシー時間を特徴とする。
インク組成物のインクジェット印刷用途への好適性は、インクジェット印刷ヘッドのノズルを通したその最大安定吐出周波数によりさらに測定され得る。安定な吐出を示すインク組成物は、吐出周波数の範囲にわたり、一定の、または実質的に一定の落下速度、落下体積および落下軌道を有する。しかしながら、インク組成物の安定吐出周波数範囲を超えると、その落下速度、落下体積および/または落下軌道は、吐出周波数の増加と共に不規則となる。安定な吐出周波数を有するインク組成物を提供するためには、それ自体が良好な吐出特性を有する成分からインク組成物を調合することが望ましい。したがって、インク組成物の一部の実施形態では、展着改質剤は、高い吐出安定性を特徴とするように選択される。本発明のインク組成物の様々な実施形態は、22℃で少なくとも23kHzの最大安定吐出周波数を有する展着改質剤を含む。これは、22℃で少なくとも24kHzの最大安定吐出周波数を有する展着改質剤を含むインク組成物の実施形態を含み、またさらに、22℃で少なくとも25kHzの最大安定吐出周波数を有する展着改質剤を含むインク組成物の実施形態を含む。
インクジェットノズルを通した安定な吐出を、図9(A)、9(B)および9(C)に例示するが、これらは、それぞれ、22℃で約24kHzの吐出周波数まで、および25℃で約26kHzの吐出周波数まで安定な吐出を示す展着改質剤SR−9209Aの、落下体積、落下速度および落下軌道(角度)に対する増加した吐出周波数の効果を示している。図9(A)から9(C)に示される周波数応答は、SR−9209Aを、落下測定機器に結合された印刷ヘッドに投入することにより測定された。安定な吐出範囲を確立するために、発射のための波形が形成され、パルス時間および電圧が調整および最適化される。例えば、インクジェット試験を行って、22℃および25℃における落下体積、落下速度および落下軌道に対する周波数の変化の効果を検査することにより、展着改質剤の印刷性能を評価することができる。パルス時間および電圧を最適化した後のこの種の周波数応答試験からの結果の例が図9(A)から9(C)のグラフに例示されているが、これらは、それぞれSR−9209Aの落下体積、速度および軌道の周波数応答を示している。試験は、Dimatix(商標)SX3印刷ヘッド、および落下測定機器としてImageXpert(登録商標)によるJetXpertシャドウグラフ機構を使用して行った。
展着改質剤等の所与の組成物の吐出周波数応答は、吐出周波数が増加すると共に(ただし、不安定な吐出を特徴付ける不規則な吐出周波数応答の発生前)、落下体積および落下速度においていくらかの上下変動を示し得る。組成物は、組成物の安定吐出周波数範囲の上限周波数端であっても均一で再現性のある堆積を提供するために、これらの落下体積および速度変動の程度を最小限にすることが望ましい。本発明のインク組成物の様々な実施形態は、22℃でのその最大安定吐出周波数まで、約15%以下の落下体積変動を生じる展着改質剤を含む。これは、22℃でのその最大安定吐出周波数まで、約12%以下の落下体積変動を生じる展着改質剤を含むインク組成物を含み、またさらに、22℃でのその最大安定吐出周波数まで、約10%以下の落下体積変動を生じる展着改質剤を含むインク組成物を含む。本発明のインク組成物の様々な実施形態は、22℃でのその最大安定吐出周波数まで、約15%以下の落下速度変動を生じる展着改質剤を含む。これは、22℃でのその最大安定吐出周波数まで、約12%以下の落下速度変動を生じる展着改質剤を含むインク組成物を含み、またさらに、22℃でのその最大安定吐出周波数まで、約10%以下の落下速度変動を生じる展着改質剤を含むインク組成物を含む。
22℃および25℃における吐出周波数の関数としての落下体積および速度変動を、図10(A)および10(B)に例示するが、これらは、それぞれ、図9(A)〜9(C)のSR−9209Aの落下体積および落下速度変動を示す。SR−9209Aは、25℃での最大安定吐出周波数まで、約10%以下の落下体積変動および約12%以下の落下速度変動を有する。また、調合されたインク組成物は、室温において、またさらにより高い吐出温度において、高い周波数で安定に吐出することができる。
例示的インク組成物
レイテンシー時間は、吐出の終了から、不適切な液滴発射をもたらす蓋をされていないノズル内のインク組成物の乾燥の開始までの間の時間である。レイテンシー試験は、全てのノズルが発射していることを確認すること;15分間吐出を停止すること;ノズルを呼び水処理することなく吐出を再開すること;および吐出が停止される前と同様に全てのノズルが発射していることを確認することにより行うことができる。
表1〜3は、モノメタクリレートモノマーであるn−オクタデシルメタクリレート(OctaM)を含む、OctaM−1、OctaM−2およびOctaM−3で指定されるインク組成物を示す。これらのインク組成物はそれぞれ、少なくとも15分のレイテンシー時間を有し、OLEDデバイス用のポリマー薄膜カプセル化層の印刷における使用に好適な液滴展着特性および印刷エッジを有していた。これらの、および以下で議論される他のインク組成物は、印刷直後に直線的な印刷エッジを提供したが、印刷されたインクが硬化した後に非直線性を補正するためにレーザー切断等の後続の処理ステップが使用される限り、非直線的な印刷エッジを提供するインク組成物が使用されてもよい。
調合物1は、20.3℃で17.2cpsの粘度、および20.3℃で34.2ダイン/cmの表面張力を有していた。
調合物2は、18.8℃で18.6cpsの粘度、および18.8℃で34.3ダイン/cmの表面張力を有していた。
調合物3は、18.5℃で17.2cpsの粘度、および18.5℃で34.3ダイン/cmの表面張力を有していた。
調合物3の液滴展着および印刷エッジ品質を、それぞれ図11および図12の画像に示す。図11Aは、印刷から40秒後のインク組成物の液滴を示し、図11Cは、15分後の同じ液滴を示す。(図11Bおよび11Dは、それぞれ図11Aおよび11Cの画像を再現した線図である。)図11Aおよび11Bにおける液滴の近似的直径は、それぞれ160μmおよび220μmである。図12Aは、印刷から40秒後の印刷エッジを示し、図12Cは、印刷から10分後の同じ印刷エッジを示す。(図12Bおよび12Dは、それぞれ図12Aおよび12Cの画像を再現した線図である。)展着挙動を評価するためには、インク組成物の液滴をX,Y座標に沿って印刷し、それらの寸法を経時的に観察および/または画像化する。印刷エッジ品質および展着を評価するためには、インク組成物の連続的な正方形膜を印刷し、経時的に観察および/または画像化する。
表4および5は、モノアクリレートモノマーであるDCPOEAを含む、調合物4および調合物5で指定されるインク組成物を示す。これらのインク組成物は共に、少なくとも15分のレイテンシー時間を有し、OLEDデバイス用のポリマー薄膜カプセル化層の印刷における使用に好適な液滴展着特性および印刷エッジを有していた。
調合物4は、22.4℃で20.1cpsの粘度、および22.4℃で39.2ダイン/cmの表面張力を有していた。
調合物5は、23.6℃で18.5cpsの粘度、および23.6℃で39.3ダイン/cmの表面張力を有していた。
調合物5の液滴展着および印刷エッジ品質を、それぞれ図13および図14の画像に示す。図13Aは、印刷から3分後のインク組成物の液滴を示し、図13Cは、印刷から10分後の同じ液滴を示す。(図13Bおよび13Dは、それぞれ図13Aおよび13Cの画像を再現した線図である。)図13Aおよび13Cにおける液滴の直径は、約90μmから約100μmの範囲内であり、印刷から10分後でも液滴直径が実質的に不変であることを例示している。図14Aは、印刷から3分後の印刷エッジを示し、図14Cは、印刷から10分後の同じ印刷エッジを示す。(図14Bおよび14Dは、それぞれ図14Aおよび14Cの画像を再現した線図である。)図13に示されるように、DCPOEA系インク組成物は、液滴展着がほとんどないことが望ましい用途に使用され得る。
表6および7は、調合物6および調合物7で指定されるインク組成物を示す。これらのインク組成物は、DCPOEAおよびISOBAモノマーの混合物を含む。ISOBAモノマーは、印刷されたインク液滴の展着を、唯一のモノ(メタ)アクリレートモノマーとしてDCPOEAを含むインク組成物に比べて約15%増加させるために使用される。これらのインク組成物は、少なくとも15分のレイテンシー時間を有し、OLEDデバイス用のポリマー薄膜カプセル化層の印刷における使用に好適な液滴展着特性および印刷エッジを有していた。
調合物6は、22.8℃で17.6cpsの粘度、および22.8℃で37.5ダイン/cmの表面張力を有していた。
調合物7は、27.7℃で16.1cpsの粘度、および27.7℃で38.1ダイン/cmの表面張力を有していた。
インク組成物調合物6の印刷エッジ品質を、図15の画像に示す。図15Aは、印刷から2分後の印刷エッジを示し、図15Cは、印刷から3分後の同じ印刷エッジを示す。(図15Bおよび15Dは、それぞれ図15Aおよび15Cの画像を再現した線図である。)
調合物7の液滴展着および印刷エッジ品質を、それぞれ図19および図20の画像に示す。図19Aは、印刷から30秒後のインク組成物の液滴を示し、図19Bは、印刷から10分後の同じ液滴を示す。図20Aは、印刷から1分後の印刷エッジを示し、図20Bは、印刷から10分後の同じ印刷エッジを示す。(図19Bおよび19Dは、それぞれ図19Aおよび19Cの画像を再現した線図である。図20Bおよび20Dは、それぞれ図20Aおよび20Cの画像を再現した線図である。)
硬化後、調合物3、5、および7を使用してシリコンウエハーの表面上にインクジェット印刷された1cm2の面積を有する膜の連続性を視覚的に観察し、その厚さを形状測定により測定した。調合物3を使用して、2μm、4μm、6μm、および8μmの厚さを有する連続膜の印刷に成功し;調合物5を使用して、6μmおよび8μmの厚さを有する連続膜の印刷に成功し;調合物7を使用して、4μm、6μm、および8μmの厚さを有する連続膜の印刷に成功した。調合物3を使用して印刷された2μm膜;調合物5を使用して印刷された6μm膜;および調合物7を使用して印刷された4μm膜の表面形状測定グラフを、それぞれ図16、図17、および図18に示す。本明細書において挙げられた膜厚は、エッジ補償が適用されたものと仮定して、すなわち図16、17、および18の形状測定グラフにおいて示される最外エッジでの急激な厚さ変動を含まない、エッジからエッジまで測定された硬化膜の平均厚を指す。
(基板上の有機薄膜形成のためのシステムおよび方法)
本明細書において以前に議論されたように、様々な基板上の様々なOLEDデバイスの製造は、高収率製造を確実とするために、不活性で実質的に粒子を含まない環境内で行うことができる。
様々なOLEDデバイスの製造において使用され得る基板サイズに関するより明確な観点のために、1990年代の始め頃から、OLED印刷以外で製作されるフラットパネルディスプレイ用に、マザーガラス基板サイズの世代が進化を遂げている。Gen1として指定されるマザーガラス基板の第1世代は、約30cm×40cmであり、したがって15インチパネルを生産することができる。1990年代中頃に、フラットパネルディスプレイを生産するための既存の技術は、約60cm×72cmの寸法を有するGen3.5のマザーガラス基板サイズまで進化した。それと比較して、Gen5.5基板は、約130cm×150cmの寸法を有する。
世代が進むにつれて、Gen7.5およびGen8.5のマザーガラスサイズは、OLED印刷以外の製作プロセス用に生産されている。Gen7.5マザーガラスは、約195cm×225cmの寸法を有し、基板当たり8個の42インチまたは6個の47インチフラットパネルに切り出すことができる。Gen8.5において使用されるマザーガラスは、約220cm×250cmであり、基板当たり6個の55インチまたは8個の46インチフラットパネルに切り出すことができる。より真の色、より高いコントラスト、薄さ、柔軟性、透明性、およびエネルギー効率等の品質のためのOLEDフラットパネルディスプレイの有望性は実現されているが、同時にOLED製造は実際にはG3.5およびそれ未満に制限されている。現在、OLED印刷は、この制限を打ち破り、Gen3.5およびそれ未満のマザーガラスサイズだけでなく、Gen5.5、Gen7.5、およびGen8.5等の最大マザーガラスサイズでのOLEDパネル製造を可能にするための最適な製造技術であると考えられている。OLEDパネルディスプレイ技術の特徴の1つは、様々な基板材料、例えば、限定されないが、様々なガラス基板材料、および様々なポリマー基板材料が使用され得るという点である。その点で、ガラスベース基板の使用から派生する用語から挙げられるサイズは、OLED印刷における使用に好適な任意の材料の基板に適用され得る。
下の表8は、様々なOLEDデバイス用の世代基板に関係する様々な情報源においてしばしば見ることができるように、世代基板の指定をサイズに関係付けている。下の表9は、世代サイズ基板に関係する様々な情報源において現在利用可能ないくつかの公知の世代サイズ基板のアスペクト比および面積を要約したものである。製造者間で、アスペクト比、ひいてはサイズの変動が認められ得ることを理解されたい。さらに、表9に提供される情報は、産業の進化を考慮して変化し得ることを理解されたい。その点で、特定の世代サイズ基板、および平方メートルの面積に対する更新された変換率を、様々な世代サイズ基板のいずれかに対して得ることができる。
原則的に大型フォーマット基板サイズを含む様々な基板サイズの印刷を可能にし得る製造ツールは、そのようなOLED製造ツールを格納するために、実質的に大きな設備を必要とし得る。したがって、大きな設備全体を不活性雰囲気下に維持することは、大量の不活性ガスの連続的清浄化等の工学的課題を呈する。ガス封入システムの様々な実施形態は、ガス封入部の外側のガス清浄化システムと併せて、ガス封入アセンブリ内に循環および濾過システムを有してもよく、それらは一緒になって、ガス封入システム全体にわたり実質的に低いレベルの反応種を有する実質的に低微粒子の不活性ガスの連続的循環を提供し得る。本教示によれば、不活性ガスは、定義された組の条件下で製作されている生成物を悪い方向に改変しない任意のガスであってもよい。OLEDデバイスの様々な実施形態のプロセスのための不活性ガスのいくつかの一般的に使用される限定されない例は、窒素、希ガスのいずれか、およびそれらの任意の組合せを含み得る。本教示のシステムおよび方法は、水蒸気および酸素、ならびに様々な印刷プロセスから生成された有機溶媒蒸気等の様々な反応性大気ガスの汚染を防止するために、本質的に密封される大きな設備を提供し得る。本教示によれば、OLED印刷設備は、水蒸気および酸素、ならびに有機溶媒蒸気等の様々な反応性大気ガスを含む様々な反応種のそれぞれの種のレベルを、100ppmまたはそれ未満、例えば10ppmもしくはそれ未満、1.0ppmもしくはそれ未満、または0.1ppmもしくはそれ未満に維持する。
反応種のそれぞれのレベルが目標となる低いレベルに維持されるべき設備内でOLEDパネルを印刷する必要性は、表9において要約される情報を勘案して例示され得る。表9において要約されるデータは、大画素スピンコーティングデバイスフォーマットで製作された、赤、緑、および青のそれぞれの有機薄膜組成物を含む試験クーポンのそれぞれの試験から得られた。そのような試験クーポンは、様々な調合物およびプロセスの迅速な評価を目的とした製作および試験が実質的により容易である。試験クーポン試験は、印刷パネルの寿命試験と混同されるべきでないが、様々な調合物およびプロセスの寿命に対する影響を示し得る。下の表に示される結果は、試験クーポンの製作におけるプロセスステップの変動を表すが、窒素環境内で製作された試験クーポンに対してスピンコーティング環境のみが変動し、反応種は、同様ではあるが窒素環境の代わりに空気中で製作された試験クーポンと比較して、1ppm未満であった。
異なるプロセス環境下で製作された試験クーポンに対する、下に示される表9中のデータを検査すれば、特に赤および青の場合において、反応種に対する有機薄膜組成物の曝露を効果的に低減する環境内での印刷が、様々なELの安定性、ひいては寿命に対する実質的な影響を有し得ることが明らかである。寿命の仕様は、全てのパネル技術における製品仕様であるディスプレイ製品の長寿命に直接相関するため、OLEDパネル技術において特に重要であるが、OLEDパネル技術がこれを達成するのは困難であった。必要な寿命の仕様を達成するパネルを提供するために、水蒸気、酸素、および有機溶媒蒸気等の反応種のそれぞれのレベルは、本教示のガス封入システムの様々な実施形態により、100ppmまたはそれ未満、例えば10ppmもしくはそれ未満、1.0ppmもしくはそれ未満、または0.1ppmもしくはそれ未満に維持され得る。
極めて微細な粒子であってもOLEDパネル上に視認され得る欠陥をもたらし得るため、不活性環境を提供することに加えて、OLED印刷には実質的に低粒子の環境を維持することが特に重要である。ガス封入システム内の粒子制御は、例えば開放空気高流量層流濾過フード下の大気条件において実行され得るプロセスでは示されなかった大きな課題を呈し得る。
例として、製造設備は、例えば限定されないが印刷システムを操作するために必要な、光学的、電気的、機械的および流体的接続を提供するために、様々なシステムおよびアセンブリから動作可能に接続され得る実質的な長さの様々なサービスバンドルを必要とし得る。印刷システムの操作において使用され、印刷のために位置付けられた基板の近位に位置するそのようなサービスバンドルは、微粒子状物質の継続的な源となり得る。さらに、印刷システムにおいて使用される構成要素、例えば摩擦軸受を使用するファンまたは直線モーションシステムは、粒子生成性の構成要素となり得る。本教示のガス循環および濾過システムの様々な実施形態は、微粒子状物質を含有および排出するために、粒子制御構成要素と併せて使用され得る。さらに、様々な本来低粒子生成性の空気圧動作構成要素、例えば、限定されないが、基板浮上テーブル、空気軸受、および空気圧動作ロボット、ならびに同様のものを使用することにより、ガス封入システムの様々な実施形態のための低粒子環境が維持され得る。実質的に低粒子の環境の維持に関して、ガス循環および濾過システムの様々な実施形態が、クラス1からクラス5により指定される、国際標準化機構標準(ISO)14644−1:1999、「Cleanrooms and associated controlled environments−Part 1:Classification of air cleanliness」の標準に適合する、浮遊微粒子の低粒子不活性ガス環境を提供するように設計され得る。
図3に示されるように、基板上に有機薄膜インクを印刷し、次いでインクを硬化させるプロセス100は、製造ツールから基板を移すステップ110を含んでもよく、例えば、気相堆積プロセスを使用して無機カプセル化層がOLED基板デバイス上に製作された。本明細書において後により詳細に議論されるように、基板は、無機カプセル化製作ツールから印刷ツールの印刷モジュールに移されてもよい。パターン(pattered)エリア印刷を利用し得る様々なプロセスに対してインクジェット印刷の多くの利点が存在し得る。まず、そのようなインクジェットベースの製作は大気圧下で行うことができるため、様々な減圧プロセス操作が排除され得る。さらに、インクジェット印刷プロセス中、有機カプセル化層は、活性領域の側方縁部を含めた活性領域を効果的にカプセル化するために、活性領域の上、およびその近位のOLED基板の一部をカバーするように局在化され得る。インクジェット印刷を使用した標的化パターニングにより、材料浪費が排除され、また、粒子汚染の増加をもたらし得る、有機層のパターニングを達成するために典型的に必要とされる追加的プロセスが排除される。例えば、マスキングは、パターン膜堆積に使用される周知の技術であるが、マスキング技術は、実質的な粒子汚染を創出し得る。
ステップ120において、本教示による有機薄層インクの様々な実施形態を使用して、標的印刷エリア上に有機薄膜層を印刷するために印刷ツールを使用することができる。プロセスの技術分野において、全平均サイクル時間またはTACTが、特定のプロセスサイクルの時間の単位の表現となり得る。本教示のシステムおよび方法の様々な実施形態において、有機薄膜インクを印刷するステップのために、TACTは、約30秒から約120秒の間であってもよい。その後、ステップ130により示されるように、基板は、印刷ツールの印刷モジュールから硬化モジュールに移されてもよい。本教示のシステムおよび方法の様々な実施形態によれば、ステップ140により示されるような硬化させるステップに関して、硬化が開始される前に、印刷された有機薄膜インクを、均一な厚さの膜層に到達させるステップが行われてもよい。様々な実施形態において、そのような平滑化ステップは、別個のステップとみなすことができる。システムおよび方法の様々な実施形態において、平滑化は、専用チャンバー内、例えば保持チャンバー内で行われてもよく、次いで、基板は、硬化チャンバーに移されてもよい。本教示の様々な実施形態において、本明細書でより詳細に議論されるように、平滑化するステップは、硬化するステップと同じチャンバー内で行われてもよい。本教示のシステムおよび方法の様々な実施形態によれば、平滑化するステップのTACTは、約170秒から約210秒の間であってもよく、一部の実施形態による硬化ステップのTACTは、約15秒から60秒の間であってもよく、他の実施形態においては約25秒から約35秒の間であってもよい。硬化ステップ140の後、基板は、プロセス100のプロセスステップ150により示されるように、UV硬化モジュールから、出力側ロードロックチャンバー等の別のプロセスチャンバーに移されてもよい。
図3のプロセス100を達成するために、不活性で実質的に粒子を含まない環境を提供し得る本教示の製造ツールの様々な実施形態が、例えば図4に示されるように使用され得る。図4は、第1のモジュール4400、印刷モジュール4500、および第2のモジュール4600を含んでもよい、本教示の様々な実施形態によるOLED印刷ツール4000の斜視図を示す。第1のモジュール4400等の様々なモジュールが、第1の移送チャンバー4410を有してもよく、これは、指定された機能を有する様々なチャンバーに対応するために、第1の移送チャンバー4410の各側にゲート4412等のゲートを有してもよい。図4に示されるように、第1の移送チャンバー4410は、第1のロードロックチャンバー4450の第1の移送チャンバー4410との統合のためのロードロックゲート(図示せず)、および、第1の緩衝チャンバー4460の第1の移送チャンバー4410との統合のための緩衝ゲート(図示せず)を有してもよい。第1の移送チャンバー4410のゲート4412は、移動可能であってもよいチャンバーまたはユニット、例えば、限定されないがロードロックチャンバー用に使用され得る。エンドユーザーが例えばプロセスを監視するために、第1の移送チャンバー4410の観察窓4402および4404、ならびに第1の緩衝チャンバー4460の観察窓4406等の観察窓が提供されてもよい。印刷モジュール4500は、第1のパネルアセンブリ4520、印刷システム封入アセンブリ4540、および第2のパネルアセンブリ4560を有してもよいガス封入部4510を含んでもよい。ガス封入部4510は、印刷システムの様々な実施形態を格納し得る。
ガス封入部の様々な実施形態は、基板支持装置が装着され得る印刷システムベースの輪郭に沿っていてもよい。さらに、ガス封入部は、キャリッジアセンブリのX軸移動に使用されるブリッジ構造の輪郭に沿っていてもよい。限定されない例として、本教示による輪郭に沿ったガス封入部の様々な実施形態は、Gen3.5からGen10の基板サイズを印刷することができる印刷システムの様々な実施形態を格納するために、約6m3から約95m3の間のガス封入体積を有してもよい。さらなる限定されない例として、本教示による輪郭に沿ったガス封入部の様々な実施形態は、例えばGen5.5からGen8.5の基板サイズを印刷することができる印刷システムの様々な実施形態を格納するために、約15m3から約30m3の間のガス封入体積を有してもよい。輪郭に沿ったガス封入部のそのような実施形態は、幅、長さおよび高さの輪郭に沿っていない寸法を有する輪郭に沿っていない封入部と比較して、約30%から約70%の間の体積節約を提供することができる。
図4の第2のモジュール4600は、第2の移送チャンバー4610を含んでもよく、これは、指定された機能を有する様々なチャンバーに対応するために、第2の移送チャンバー4610の各側にゲート4612等のゲートを有してもよい。図4に示されるように、第2の移送チャンバー4610は、第2のロードロックチャンバー4650の第2の移送チャンバー4610との統合のためのロードロックゲート(図示せず)、および、第2のチャンバー4660の第2の移送チャンバー4610との統合のためのゲート(図示せず)を有してもよい。第2の移送チャンバー4610のゲート4612は、移動可能であってもよいチャンバーまたはユニット、例えば限定されないがロードロックチャンバー用に使用され得る。エンドユーザーが例えばプロセスを監視するために、第2の移送チャンバー4610の観察窓4602および4604等の観察窓が提供されてもよい。本教示のシステムおよび方法の様々な実施形態によれば、図4のチャンバー4660は、UV硬化モジュールであってもよい。例えば、図4のチャンバー4660は、図5に示されるようなUV硬化モジュールであってもよい。
第1のロードロックチャンバー4450および第2のロードロックチャンバー4650は、それぞれ第1の移送チャンバー4410および第2の移送チャンバー4610と貼付け可能に関連してもよく、または、チャンバーの近位での使用のために容易に位置付けられ得るように、車輪もしくはトラックアセンブリ上等で移動可能であってもよい。本教示によれば、ロードロックチャンバーは、支持構造に装着されてもよく、少なくとも2つのゲートを有してもよい。例えば、第1のロードロックチャンバー4450は、第1の支持構造4454により支持されてもよく、また、第1のゲート4452、および第1の移送モジュール4410との流体連通を可能にし得る第2のゲート(図示せず)を有してもよい。同様に、第2のロードロックチャンバー4650は、第2の支持構造4654により支持されてもよく、また、第2のゲート4652、および第2の移送モジュール4610との流体連通を可能にし得る第1のゲート(図示せず)を有してもよい。
図5は、概して、発光デバイスの製造に使用され得る紫外線(UV硬化)モジュールの例を例示する。処理システムは、本明細書に記載の他のシステムまたは技術の一部として含まれてもよい。例えば、図5に示されるように、UV硬化モジュール4660は、図4のOLED印刷ツール4000のチャンバー4660であってもよい。システムは、例えば硬化チャンバーとしての使用のための、または硬化および保持を組み合わせたチャンバーとしての使用のための様々な領域を含んでもよい。硬化チャンバーの様々な実施形態において、紫外線発光源を使用して、例えば製作されている基板上に堆積された1つまたは複数の層が処理されてもよい。例えば、紫外線発光を使用して、例えばOLEDディスプレイアセンブリを含むフラットパネルディスプレイアセンブリの製造に関係した1つまたは複数のプロセスにおける使用のため等に、基板上に堆積された有機層が重合または別様に処理されてもよい。
本教示によれば、UV硬化モジュールは、第1のUV硬化チャンバー4661A、第2のUV硬化チャンバー4661B、および「第N」のUV硬化チャンバー4661N等の1つまたは複数の封入UV硬化チャンバーを含んでもよい。例えば、3つの領域が含まれてもよく、別の例では、他の数の領域が含まれてもよい。領域は、図5に例示的に示されるように、システムの垂直軸に沿って「スタック」構成で配向してもよい。他の構成、例えば中央チャンバーから外方向に延在するチャンバーの放射状構成が使用されてもよい。例えば、図5の移送チャンバー4610は、図4の第2の移送チャンバー4610であってもよい。
実例において、例えば基板上の有機層の堆積後、平滑化操作が行われてもよい。本明細書において以前に議論されたように、平滑化操作の期間は、概して、紫外線処理操作の期間より長くてもよい。したがって、1つの手法において、各領域が基板を格納するように構成されたスタック構成等で、各保持領域または「緩衝セル」が使用されてもよい。この手法において、平滑化操作は、別個の紫外線処理領域へのアクセスを制限またはそれを別様に拘束することなく進行することができる。しかしながら、複数の紫外線源が使用されてもよく、そのようなものはユーザーのより低コストの源を含む。このようにして、複数の領域が紫外線処理を提供するように構成され得るため、紫外線源待機のスループットの影響は、必ずしも、保持操作(例えば緩衝または平滑化)および紫外線処理操作の両方のために同じUV硬化チャンバー(例えば4661Aから4661N)を使用することを不可能にすることはない。そのような手法はまた、特定の紫外線源が故障またはメンテナンスを受けている場合であってもプロセスが継続し得るように、紫外線源の冗長性を提供し得る。
例えば、第1の放射線源4662A(例えば、紫外線発光LEDアレイ)が、図5において複数の矢印として示される紫外線発光を提供してもよい。UV装置は、UV単一源、UV源の直線アレイ、または二次元アレイを含み得る。選択される源の種類は、第1の基板2050Aへの指定された範囲の波長を有し得る。図5に示されるように、放射線源の第1のセット4662Aが描かれている。「UV」という用語が使用されているが、源は、重合反応を開始させるために必要なエネルギーに関連する光の波長を有することが理解されるべきである。その点で、熱分解および光分解によりフリーラジカル開始が生じ得るため、放射線源は、様々なメカニズムによる重合反応の開始に効果的な任意の源を含み得る。電磁放射線放出は、例えば窓4663(例えば、正規化フィルター、または他のフィルターもしくはコーティング等を含む、石英窓またはアセンブリ)を通して、第1のUVチャンバー4661Aの封入領域の内部に結合され得る。本教示の様々な実施形態によれば、UV硬化チャンバー4661A内の環境は、不活性であってもよく、放射線源の第1のセット4662Aを含有する筐体から隔離されてもよい。様々なシステムおよび方法によれば、UVチャンバー4661Bの第2の封入領域において、例えば、第2の基板2050Bは、例えば平滑化のため、または他のプロセスの利用可能性を待つために、指定された期間保持されてもよい。指定された保持期間の間、放射線源の第2のセット4662Bが無効化されてもよい。
図5の2050Aおよび2050B等の基板の支持に関して、本発明者らは、中でも、例えば堆積された有機層の平滑化に関係するいくつかの操作または材料系に関して、基板が不均一に支持された場合、基板のディスプレイ領域に視認され得る欠陥が誘発され得ることを認識している。例えば、基板に接触したピン、支持枠、収納されたリフトピン、または減圧開口部は、最終的なデバイスに視認され得る欠陥を誘発し得る。
理論に束縛されないが、そのような欠陥は、主に、例えば平滑化操作の間基板の温度に局所勾配を創出し得る熱伝導率の局所的な変動から生じると考えられる。一例において、例えば、局所領域の隣接部またはその中での温度の偏差が制限されるように、基板の局所領域において指定された温度均一性が維持され得る。例えば、基板にわたる大きな温度変動が許容され得るが、そのような変動は、基板に沿った短い距離にわたって温度が極めて大きく変動しないように、制限された勾配を有し得る。このようにして、最終的なディスプレイの視認され得る特性の急激な変化が回避され得、そのような段階的な変化は、認められにくい、またはさらに検出されにくい。
1つの手法において、基板の発光またはディスプレイ領域の外側の領域を使用して、基板の活性デバイスエリアの外側の基板が支持されてもよい。しかしながら、基板の大部分が発光領域または実際のディスプレイ領域の部分を含み得ることから、そのような領域の周縁部でのみ基板を支持するのは非実用的となり得るが、これは、そのような支持が、基板のその他の箇所に、基板を歪ませるまたは破砕し得る許容されない機械的な力または応力を誘発するためである。さらに、本発明者らはまた、粒子生成と、他の装置と基板との間の接触のいくつかの発生または場所との間に相関が存在し得ることを認識している。
したがって、本発明者らは、例えば紫外線処理操作の間、例えばガスクッションを提供するために少なくとも部分的に加圧ガス「P」を使用して、図5の基板2050Aおよび2050B等の基板が、チャック、例えばUVチャンバー4661Aのチャック4664により支持され得ることを認識している。様々な例によれば、基板4000Aは、例えば基板2050Aを浮上させるように、加圧ガス「P」の制御された配置によってのみ支持されてもよい。別の例では、基板2050Aは、部分的に、例えば周縁部において、1つまたは複数のピン(例えばピン4666)または支持枠により機械的に支持されてもよく、基板2050Aの重量は、加圧ガス「P」により基板2050Aの中央領域において支持され得る。別の手法において、基板2050Aは、基板2050Aの第1の表面上に衝突する加圧ガス「P」により支持されてもよく、例えば基板2050Aの反対の面に接触する機械的停止部4668により、反対の力が提供されてもよい。第1のUVチャンバー4661Aは、例示を目的として使用されているが、これらの教示は、図5に示される全てのUVチャンバーに適用されることが理解されるべきである。図5の教示に圧力が示されているが、図6の浮上テーブルを参照してより詳細に議論されるように、圧力および減圧を使用したチャックもまた利用され得る。基板2050Aがガスクッションによってのみ支持されるそのような例において、正ガス圧および減圧の組合せが、ポートの配置により適用されてもよい。圧力および減圧制御の両方を有するそのようなゾーンは、浮上チャック4664と基板2050Aとの間の流体ばねを効果的に提供し得る。
図5の移送モジュール4610は、図4の第2の移送モジュール4610に関して説明されたような移送モジュールであってもよい。基板の浮上に関して、移送モジュール4610内に格納され得る昇降ハンドラー4612が、移送プロセスの間基板浮上に利用されてもよい。昇降ハンドラー4612は、加圧ガスを少なくとも部分的に使用して基板を支持するために、加圧ガス「P」を含むテーブル4614(または対応するエンドエフェクター)を含んでもよい。例えば、図4の印刷モジュール4550等の印刷モジュールからゲート4616を通して基板を運搬するために、搬送機または他の装置が使用されてもよい。そのような搬送手段もまた、基板2050NをUV硬化チャンバー4661Nに方向付けるように示される水平矢印により示されるような経路に沿って基板が搬送され得るように、そのような加圧ガス配置を含んでもよい。
図5の実例において、封入移送モジュール4610は、昇降ハンドラー4612およびテーブル4614を格納してもよい。指定されたガス純度および指定された微粒子レベルを有する不活性環境が、本明細書において他の例に関係して幅広く議論されたように、封入移送モジュール4610内に確立されてもよい。例えば、ファンフィルターユニット5202等の1つまたは複数のファンフィルターユニット(FFU)が、移送モジュール4610に結合されてもよい。ダクト5201は、FFU5202を使用して再循環される不活性ガスの返流を提供してもよい。ガス清浄化システム3130は、封入移送モジュール4610に結合されてもよい。図5において垂直の流動配向が例示されているが、側方流動構成等の他の構成が使用されてもよい。領域4661Aから4661Nのそれぞれは、1つまたは複数のガス清浄化ループを共有してもよく、または、各々がそれぞれのガス清浄化ループに対応されてもよい。同様に、領域4661Aから4661Nのそれぞれにおいて、基板の表面に平行な空気層流を提供するために、1つまたは複数のFFUが位置してもよい。封入移送モジュール4610内またはシステムの他の部分内の温度は、本明細書で他の例において幅広く説明されたように、例えば温度コントローラー3140を使用して制御され得る。本明細書において図8に関する教示でより詳細に説明されるように、温度コントローラー3140は、例えば、熱交換器を介してFFU5202に、または別の箇所で1つもしくは複数のFFUに結合されてもよい。
領域4661Aから4661Nは、例えば各封入領域4661Aから4661Nの不活性環境を移送モジュール4610から、または互いから隔離するために、それぞれ弁またはゲートを含んでもよい。したがって、例えばメンテナンスの間、特定の領域は、弁またはゲートを使用して封入領域の残りから隔離されたその不活性環境を有し得る。
図6のOLED印刷システム2000等のOLEDインクジェット印刷システムは、図4の印刷モジュール4500のガス封入部4510内に格納されてもよい。図6の印刷システムの様々な実施形態は、基板上の特定の場所にインク液滴を確実に滴下することができるいくつかのデバイスおよび装置を含んでもよい。印刷には、印刷ヘッドアセンブリと基板との間の相対的なモーションが必要である。これは、モーションシステム、典型的にはガントリーまたは分割軸XYZシステムにより達成され得る。印刷ヘッドアセンブリが静止基板上を移動してもよく(ガントリー型)、または、分割軸構成の場合、印刷ヘッドおよび基板の両方が移動してもよい。別の実施形態では、印刷ヘッドアセンブリは、例えばXおよびY軸方向に実質的に静止していてもよく、基板が印刷ヘッドと相対的にXおよびY軸方向に移動してもよく、Z軸モーションは、基板支持装置により、または印刷ヘッドアセンブリに関連するZ軸モーションシステムにより提供されてもよい。印刷ヘッドが基板と相対的に移動すると、インクの液滴が的確な時点で射出され、基板上の所望の場所に堆積される。基板は、基板投入および取出システムを使用して、プリンターに挿入およびそこから除去され得る。これは、プリンター構成に依存して、機械的搬送機、搬送アセンブリを有する基板浮上テーブル、またはエンドエフェクターを有する基板移送ロボットにより達成され得る。本教示のシステムおよび方法の様々な実施形態において、Y軸モーションシステムは、空気軸受把持システムに基づいてもよい。
図6のOLED印刷システム2000等のOLEDインクジェット印刷システムは、基板上の特定の場所にインク液滴を確実に滴下することができるいくつかのデバイスおよび装置を含んでもよい。これらのデバイスおよび装置は、限定されないが、印刷ヘッドアセンブリ、インク送達システム、印刷ヘッドアセンブリと基板との間の相対的なモーションを提供するためのモーションシステム、基板支持装置、基板投入および取出システム、ならびに印刷ヘッド管理システムを含み得る。
印刷ヘッドアセンブリは、少なくとも1つのインクジェットヘッドを含んでもよく、少なくとも1つのオリフィスは、制御された割合、速度およびサイズでインクの液滴を射出することができる。インクジェットヘッドには、インクをインクジェットヘッドに提供するインク供給システムにより供給が行われる。図6の拡大図に示されるように、OLEDインクジェット印刷システム2000は、チャック、例えば限定されないが減圧チャック、圧力ポートを有する基板浮上チャック、ならびに減圧および圧力ポートを有する基板浮上チャック等の基板支持装置により支持され得る、基板2050等の基板を有してもよい。本教示のシステムおよび方法の様々な実施形態において、基板支持装置は、基板浮上テーブルであってもよい。本明細書において後により詳細に議論されるように、図6の基板浮上テーブル2200は、基板2050を支持するために使用されてもよく、Y軸モーションシステムと併せて、基板2050の無摩擦搬送を提供する基板搬送システムの一部であってもよい。本教示のY軸モーションシステムは、基板を保持するための把持システム(図示せず)を含んでもよい、第1のY軸トラック2351および第2のY軸トラック2352を含んでもよい。Y軸モーションは、直線空気軸受または直線機械システムにより提供され得る。図6に示されるOLEDインクジェット印刷システム2000の基板浮上テーブル2200は、印刷プロセスの間、図1Aのガス封入アセンブリ1000を通る基板2050の移動距離を画定し得る。
図6は、概して、浮上を提供するための多孔質媒体を有してもよい、基板の浮上搬送を含み得る印刷システム2000用の基板浮上テーブル2200の例を例示する。図6の例において、例えば搬送機上に位置する、基板浮上テーブル2200の第1の領域2201に基板2050を位置付けるために、ハンドラーまたは他の搬送が使用され得る。搬送機は、例えば機械的接触を使用して(例えば、ピンのアレイ、トレイ、もしくは支持枠構成を使用して)、または基板2050を制御可能に浮上させるためのガスクッション(例えば、「空気軸受」テーブル構成)を使用して、印刷システム内の指定された場所に基板2050を位置付けることができる。基板浮上テーブル2200の印刷領域2202は、製作中に基板2050上に1つまたは複数の層を制御可能に堆積させるために使用され得る。印刷領域2202はまた、基板浮上テーブル2200の第2の領域2203に結合されてもよい。搬送機は、基板浮上テーブル2200の第1の領域2201、印刷領域2202、および第2の領域2203に沿って延在してもよく、基板2050は、様々な堆積作業に望ましいように、または単一の堆積操作中に再び位置付けられてもよい。第1の領域2201、印刷領域2202、および第2の領域2203の近くの制御された環境は、一般的に、共有されてもよい。図6の印刷システム2000の様々な実施形態によれば、第1の領域2201は、入力領域であってもよく、第2の領域2203は、出力領域であってもよい。図6の印刷システム2000の様々な実施形態において、第1の領域2201は、入力および出力領域の両方であってもよい。さらに、領域2201、2202、および2203に関連して言及される機能、例えば入力、印刷、および出力は、例示のみを目的とする。そのような領域は、他のプロセスステップ、例えば基板の搬送、または、例えば1つもしくは複数の他のモジュールにおける基板の保持、乾燥、もしくは熱処理の1つもしくは複数の間の基板の支持に使用されてもよい。
図6の印刷システム2000は、1つまたは複数の印刷ヘッドデバイス2505を含んでもよく、各印刷ヘッドデバイスは、1つまたは複数の印刷ヘッド、例えばノズル印刷、熱ジェットまたはインクジェット型を有する。1つまたは複数の印刷ヘッドデバイス2505は、オーバーヘッドキャリッジ、例えば第1のX軸キャリッジアセンブリ2301に結合されてもよく、または別様にそれを横切ってもよい。本教示の印刷システム2000の様々な実施形態において、1つまたは複数の印刷ヘッドデバイス2505の1つまたは複数の印刷ヘッドは、基板2050の「表向き」構成において、基板2050上に1つまたは複数のパターニングされた有機層を堆積するように構成され得る。そのような層は、例えば、電子注入もしくは輸送層、正孔注入もしくは輸送層、遮断層、または発光層の1つまたは複数を含んでもよい。そのような材料は、1つまたは複数の電気機能層を提供してもよい。
図6に示される浮上スキームによれば、基板2050がガスクッションによってのみ支持される例において、正ガス圧および減圧の組合せが、ポートの配置により、または分配された多孔質媒体を使用して適用されてもよい。圧力および減圧制御の両方を有するそのようなゾーンは、搬送機と基板との間の流体ばねを効果的に提供し得る。正圧および減圧制御の組合せは、二方向の剛性を有する流体ばねを提供し得る。基板(例えば基板2050)と表面との間に存在するギャップは、「飛高」と呼ぶことができ、そのような高さは、正圧および減圧ポート状態を制御することにより制御または別様に確立され得る。このようにして、基板Z軸高さは、例えば印刷領域2202において慎重に制御され得る。一部の実施形態では、基板がガスクッションにより支持される間、基板の側方平行移動を制限するために、ピンまたは枠等の機械的係止技術が使用されてもよい。そのような係止技術は、例えば基板が係止されている間に基板の側部に生じる瞬間的な力を低減するためのばね仕掛け構造の使用を含み得るが、これは、側方に平行移動する基板と係止手段との間の高い衝撃力が、基板の欠け、またはさらには壊滅的な破壊を引き起こし得るため、有益となり得る。
概して図6に例示されるように、例えば飛高が正確に制御される必要がない他の箇所では、圧力のみによる浮上ゾーンが、例えば搬送機に沿って第1もしくは第2の領域2201もしくは2203、または他の箇所に提供されてもよい。例えば、減圧ノズルに対する圧力ノズルの比率が徐々に増加または減少する「遷移」浮上ゾーンが提供されてもよい。実例において、許容範囲内で圧力−減圧ゾーン、遷移ゾーン、および圧力のみのゾーンが本質的に1つの面内に存在し得るように、3つのゾーンの間に本質的に均一の高さが存在してもよい。例えば基板が圧力のみのゾーン内で浮上テーブルとぶつからないような十分な高さを可能とするために、他の箇所の圧力のみのゾーンの上の基板の飛高は、圧力−減圧ゾーンの上の基板の飛高より大きくてもよい。実例において、OLEDパネル基板は、圧力のみのゾーンの上に約150マイクロメートル(μ)から約300μの間の飛高を有してもよく、次いで圧力−減圧ゾーンの上に約30μから約50μの間の飛高を有してもよい。実例において、基板浮上テーブル2200または他の製作装置の1つまたは複数の部分は、NewWay(登録商標)Air Bearings(Aston、Pennsylvania、United States of America)により提供される「空気軸受」アセンブリを含んでもよい。
印刷、緩衝、乾燥、または熱処理の1つまたは複数の間、基板2050の浮上搬送または支持のために分配された加圧ガスクッションを確立するために、多孔質媒体が使用されてもよい。例として、例えば搬送機に結合またはその一部として含まれる多孔質媒体の「プレート」が、個々のガスポートの使用と同様の様式で、基板2050を支持するための「分配された」圧力を提供してもよい。大型のガスポート開口部を用いない分配された加圧ガスクッションの使用は、いくつかの場合において、例えば、ガスクッションを形成するための比較的大型のガスポートの使用が、ガスクッションの使用にもかかわらず不均一性を創出する場合において、さらに均一性を改善し、ムラまたは他の視認され得る欠陥の形成を低減または最小限化することができる。
多孔質媒体は、例えばNano TEM Co.,Ltd.(新潟、日本)から入手することができ、例えば、基板2050の全体、またはディスプレイ領域もしくはディスプレイ領域外の領域等の基板の指定された領域を占有するように指定された物理的寸法を有する。そのような多孔質媒体は、ムラまたは他の視認され得る欠陥形成を低減または排除しながら、指定されたエリア上に所望の加圧ガス流を提供するように指定された細孔サイズを含んでもよい。
印刷には、印刷ヘッドアセンブリと基板との間の相対的なモーションが必要である。これは、モーションシステム、典型的にはガントリーまたは分割軸XYZシステムにより達成され得る。印刷ヘッドアセンブリが静止基板上を移動してもよく(ガントリー型)、または、分割軸構成の場合、印刷ヘッドおよび基板の両方が移動してもよい。別の実施形態では、印刷ヘッドアセンブリは、例えばXおよびY軸方向に実質的に静止していてもよく、基板が印刷ヘッドと相対的にXおよびY軸方向に移動してもよく、Z軸モーションは、基板支持装置により、または印刷ヘッドアセンブリに関連するZ軸モーションシステムにより提供されてもよい。印刷ヘッドが基板と相対的に移動すると、インクの液滴が的確な時点で射出され、基板上の所望の場所に堆積される。基板は、基板投入および取出システムを使用して、プリンターに挿入およびそこから除去され得る。これは、プリンター構成に依存して、機械的搬送機、搬送アセンブリを有する基板浮上テーブル、またはエンドエフェクターを有する基板移送ロボットにより達成され得る。
図6に関して、印刷システムベース2100は、第1のライザ2120および第2のライザ2122を含んでもよく、その上にブリッジ2130が装着されている。OLED印刷システム2000の様々な実施形態において、ブリッジ2130は、第1のX軸キャリッジアセンブリ2301および第2のX軸キャリッジアセンブリ2302を支持してもよく、これらはそれぞれ、ブリッジ2130にわたる第1の印刷ヘッドアセンブリ2501および第2の印刷ヘッドアセンブリ2502の移動を制御し得る。印刷システム2000の様々な実施形態において、第1のX軸キャリッジアセンブリ2301および第2のX軸キャリッジアセンブリ2302は、本来低粒子生成性である直線空気軸受モーションシステムを利用してもよい。本教示の印刷システムの様々な実施形態によれば、X軸キャリッジは、その上に装着されたZ軸移動プレートを有してもよい。図6において、第1のX軸キャリッジアセンブリ2301は、第1のZ軸移動プレート2310と共に示されており、一方第2のX軸キャリッジアセンブリ2302は、第2のZ軸移動プレート2312と共に示されている。図6は、2つのキャリッジアセンブリおよび2つの印刷ヘッドアセンブリを示しているが、OLEDインクジェット印刷システム2000の様々な実施形態において、単一のキャリッジアセンブリおよび単一の印刷ヘッドアセンブリが存在してもよい。例えば、第1の印刷ヘッドアセンブリ2501および第2の印刷ヘッドアセンブリ2502のいずれかが、X,Z軸キャリッジアセンブリ上に装着されてもよく、一方、基板2050のフィーチャを検査するためのカメラシステムが、第2のX,Z軸キャリッジアセンブリ上に装着されてもよい。
図6において、各印刷ヘッドアセンブリ、例えば図6の第1の印刷ヘッドアセンブリ2501および第2の印刷ヘッドアセンブリ2502は、第1の印刷ヘッドアセンブリ2501の部分図に示されるように、少なくとも1つの印刷ヘッドデバイスに装着された複数の印刷ヘッドを有してもよく、部分図は、複数の印刷ヘッドデバイス2505を示している。印刷ヘッドデバイスは、例えば、限定されないが、少なくとも1つの印刷ヘッドへの流体的および電子的接続を含んでもよく、各印刷ヘッドは、制御された割合、速度およびサイズでインクを射出することができる複数のノズルまたはオリフィスを有する。印刷システム2000の様々な実施形態において、印刷ヘッドアセンブリは、約1個から約60個の間の印刷ヘッドデバイスを含んでもよく、各印刷ヘッドデバイスは、各印刷ヘッドデバイスに約1個から約30個の間の印刷ヘッドを有してもよい。印刷ヘッド、例えば工業用インクジェットヘッドは、約0.1pLから約200pLの間の液滴体積を押し出すことができる、約16個から約2048個の間のノズルを有してもよい。
本教示のガス封入システムの様々な実施形態によれば、印刷ヘッドデバイスおよび印刷ヘッドの多くの数を考慮して、第1の印刷ヘッド管理システム2701および第2の印刷ヘッド管理システム2702が補助的封入部内に格納されてもよく、これは、印刷プロセスをほとんど、または全く中断させることなく様々な測定およびメンテナンス作業を実行するために、印刷プロセスの間印刷システム封入部から隔離され得る。図6においてわかるように、第1の印刷ヘッドアセンブリ2501は、第1の印刷ヘッド管理システム装置2707、2709および2711により実行され得る様々な測定およびメンテナンス手順の容易な実行のために、第1の印刷ヘッド管理システム2701と相対的に位置付けられているのがわかる。装置2707、2709、および2011は、様々な印刷ヘッド管理機能を実行するための様々なサブシステムまたはモジュールのいずれであってもよい。例えば、装置2707、2709、および2011は、落下測定モジュール、印刷ヘッド交換モジュール、パージ槽モジュール、およびブロッターモジュールのいずれかであってもよい。
図6のOLED印刷システム2000において、印刷システムの様々な実施形態は、基板浮上テーブルベース2220により支持された基板浮上テーブル2200を含んでもよい。基板浮上テーブルベース2220は、印刷システムベース2100上に装着されてもよい。OLED印刷システムの基板浮上テーブル2200は、基板2050を支持すると共に、OLED基板の印刷中に基板2050がガス封入アセンブリ1000を通って移動し得る移動距離を画定し得る。本教示のY軸モーションシステムは、基板を保持するための把持システム(図示せず)を含んでもよい、第1のY軸トラック2351および第2のY軸トラック2352を含んでもよい。Y軸モーションは、直線空気軸受または直線機械システムにより提供され得る。その点で、図6に示されるY軸モーションシステム等のモーションシステムと併せて、基板浮上テーブル2200は、印刷システムを通した基板2050の無摩擦搬送を提供し得る。
図7を参照すると、印刷システム2001は、図6の印刷システム2000に関して以前に説明された要素の全てを有してもよい。例えば、限定されないが、図7の印刷システム2001は、サービスバンドルから生成された粒子を含有および排出するためのサービスバンドル格納排出システム2400を有してもよい。印刷システム2001のサービスバンドル格納排出システム2400は、サービスバンドルを格納し得るサービスバンドル筐体2410を含んでもよい。本教示によれば、サービスバンドルは、印刷システムに動作可能に接続されて、ガス封入システム内の様々なデバイスおよび装置、例えば、限定されないが、印刷システムに関連する様々なデバイスおよび装置を操作するために必要な、様々な光学的、電気的、機械的および流体的接続を提供し得る。図7の印刷システム2001は、Y軸位置付けシステム2355を使用してY軸方向に正確に位置付けられ得る、基板2050を支持するための基板支持装置2250を有してもよい。基板支持装置2250およびY軸位置付けシステム2355は両方とも、印刷システムベース2101により支持される。基板支持装置2250は、Y軸モーションアセンブリ2355上に装着されてもよく、例えば、限定されないが、機械的軸受または空気軸受を利用する直線軸受システムを使用して、レールシステム2360上で移動されてもよい。ガス封入システムの様々な実施形態において、空気軸受モーションシステムは、基板支持装置2250上に設置された基板のY軸方向の無摩擦搬送の容易化を補助する。Y軸モーションシステム2355はまた、任意選択で、同様に、直線空気軸受モーションシステムまたは直線機械的軸受モーションシステムにより提供される二重レールモーションを使用してもよい。
本教示の様々なキャリッジアセンブリを支持するモーションシステムに関して、図6の印刷システム2000および図7の印刷システム2001等は、印刷ヘッドアセンブリを装着するために使用され得る第1のX軸キャリッジ、およびカメラアセンブリ等の様々な各種アセンブリを装着するために使用され得る第2のキャリッジアセンブリを有してもよい。例えば、図7において、配向システム2001は、その上に装着された印刷ヘッドアセンブリ2500を有するように示されたアセンブリ2300A、およびその上に装着されたカメラアセンブリ2550を有するように示された第2のX軸キャリッジアセンブリ2300Bを有してもよい。基板支持装置2250上にある基板2050は、例えば印刷プロセス中に、ブリッジ2130の近位の様々な位置に位置してもよい。基板支持装置2250は、印刷システムベース2101上に装着されてもよい。図7において、印刷システム2001は、ブリッジ2130上に装着された第1のX軸キャリッジアセンブリ2300Aおよび第2のX軸キャリッジアセンブリ2300Bを有してもよい。第1のX軸キャリッジアセンブリ2300Aはまた、印刷ヘッドアセンブリ2500のZ軸の位置付けのための第1のZ軸移動プレート2310Aを含んでもよく、一方第2のX軸キャリッジアセンブリ2300Bは、カメラアセンブリ2550のZ軸の位置付けのための第2のZ軸移動プレート2310Bを有してもよい。その点で、キャリッジアセンブリ2300Aおよび2300Bの様々な実施形態は、それぞれ、印刷ヘッドアセンブリ2500およびカメラアセンブリ2550に、基板支持部2250上に位置付けられた基板に対する正確なX,Z位置付けを提供し得る。印刷システム2001の様々な実施形態において、第1のX軸キャリッジアセンブリ2300Aおよび第2のX軸キャリッジアセンブリ2300Bは、本来低粒子生成性である直線空気軸受モーションシステムを利用してもよい。
カメラアセンブリ2550は、カメラ2552、カメラ装着アセンブリ2554およびレンズアセンブリ2556を含んでもよい。カメラアセンブリ2550は、カメラ装着アセンブリ2556を介して、Z軸移動プレート2310B上でモーションシステム2300Bに装着されてもよい。カメラ2552は、光学画像を電子信号に変換する任意の画像センサーデバイス、例えば限定されない例として電荷結合素子(CCD)、相補型金属酸化物半導体(CMOS)素子またはN型金属酸化物半導体(NMOS)素子であってもよい。様々な画像センサーデバイスは、エリアスキャンカメラ用のセンサーのアレイとして、またはラインスキャンカメラ用の単一行のセンサーとして構成され得る。カメラアセンブリ2550は、例えば結果を保存、処理および提供するためのコンピューターを含み得る画像処理システムに接続されてもよい。本明細書において図7の印刷システム2001に関して以前に議論されたように、Z軸移動プレート2310Bは、基板2050と相対的なカメラアセンブリ2550のZ軸位置を制御可能に調整してもよい。例えば印刷およびデータ収集等の様々なプロセスの間、基板2050は、X軸モーションシステム2300BおよびY軸モーションシステム2355を使用して、カメラアセンブリ2550と相対的に制御可能に位置付けられてもよい。
様々なカメラアセンブリは、異なる機能を有するカメラを利用してもよい。様々な実施形態において、図7のカメラアセンブリ2550は、高速高解像度カメラであってもよい。本教示のシステムおよび方法の様々な実施形態において、作用高さが約190mmで約8192画素を有し、約34kHzでのスキャンが可能なラインスキャンカメラが使用されてもよい。本教示のシステムおよび方法の様々な実施形態において、印刷システム基板カメラアセンブリの様々な実施形態のX軸キャリッジアセンブリ上に1つ超のカメラが装着されてもよく、各カメラは、視野および解像度に関して異なる仕様を有してもよい。例えば、1つのカメラはin situ粒子検査のためのラインスキャンカメラであってもよく、一方第2のカメラは、ガス封入システム内の基板の通常の誘導のためのものであってもよい。通常の誘導に有用なそのようなカメラは、約0.9倍の倍率で約5.4mm×4mmから、約0.45倍の倍率で約10.6mm×8mmまでの範囲内の視野を有するエリアスキャンカメラであってもよい。さらに他の実施形態では、1つのカメラはin situ粒子検査のためのラインスキャンカメラであってもよく、一方第2のカメラは、例えば基板整列のためのガス封入システム内の基板の正確な誘導のためのものであってもよい。正確な誘導に有用となり得るそのようなカメラは、約7.2倍の倍率で約0.7mm×0.5mmの視野を有するエリアスキャンカメラであってもよい。本教示による印刷システムの様々な実施形態は、例えば、図1に関して以前に説明されたように、光電子デバイス上に印刷され得る様々な薄膜層の検査のために、X軸キャリッジアセンブリに装着された1つまたは複数のカメラを有してもよい。
図8は、ガス封入システム500を示す概略図である。本教示によるガス封入システム500の様々な実施形態は、例えば、図5に関して説明されたような様々なモジュールおよびチャンバーに対して、図4のガス封入部4510を備えてもよい。例示を目的として、図8は、印刷システムを格納するための図4のガス封入部4510を示すが、これらの教示は、幅広い数の本教示の封入部、モジュールおよびチャンバーに適用されることが理解されるべきである。
ガス清浄化ループ3130は、ガス封入部4510および少なくとも1つの熱調節システム3140と流体連通していてもよい。さらに、ガス封入システム500の様々な実施形態は、OLED印刷システム用の基板浮上テーブル等の様々なデバイスを操作するために不活性ガスを供給することができる、加圧不活性ガス再循環システム3000を有してもよい。加圧不活性ガス再循環システム3000の様々な実施形態は、本明細書において後により詳細に議論されるように、加圧不活性ガス再循環システム3000の様々な実施形態の源として、圧縮機、ブロワーおよびその2つの組合せを利用してもよい。さらに、ガス封入システム500は、ガス封入システム500の内部に循環および濾過システムを有してもよい(図示せず)。
図8に示されるように、本教示によるガス封入アセンブリの様々な実施形態において、濾過システムの設計は、ガス清浄化ループ3130を通して循環される不活性ガスを、ガス封入アセンブリの様々な実施形態のために内部で連続的に濾過および循環される不活性ガスから分離してもよい。ガス清浄化ループ3130は、図4のガス封入部4510から溶媒除去構成要素3132への、次いでガス清浄化システム3134への出口ライン3131を含む。溶媒および他の反応性ガス種、例えば酸素および水蒸気が清浄化された不活性ガスは、次いで、入口ライン3133を通してガス封入部4510に返送される。ガス清浄化ループ3130はまた、適切な導管および接続、ならびにセンサー、例えば、酸素、水蒸気および溶媒蒸気センサーを含んでもよい。ガス清浄化ループ3130を通してガスを循環させるために、ガス循環ユニット、例えばファン、ブロワーまたはモーター、および同様のものが、例えばガス清浄化システム3134内に別個に提供または統合されてもよい。ガス封入アセンブリの様々な実施形態によれば、溶媒除去システム3132およびガス清浄化システム3134は、図8に示される概略図において別個のユニットとして示されているが、溶媒除去システム3132およびガス清浄化システム3134は、単一清浄化ユニットとして一緒に格納されてもよい。
図8のガス清浄化ループ3130は、図4のガス封入部4510から循環された不活性ガスが、出口ライン3131を介して溶媒除去システム3132を通過するように、ガス清浄化システム3134の上流側に設置された溶媒除去システム3132を有してもよい。様々な実施形態によれば、溶媒除去システム3132は、図8の溶媒除去システム3132を通過する不活性ガスからの溶媒蒸気の吸着に基づく溶媒捕捉システムであってもよい。例えば、限定されないが、活性炭、分子篩および同様のもの等の吸着剤の床(複数可)が、広範な有機溶媒蒸気を効果的に除去し得る。ガス封入システムの様々な実施形態において、溶媒除去システム3132内で溶媒蒸気を除去するために、冷トラップ技術が使用されてもよい。本明細書において以前に議論されたように、本教示によるガス封入システムの様々な実施形態において、酸素、水蒸気および溶媒蒸気センサー等のセンサーを使用して、図8のガス封入システム500等のガス封入システムを通って連続的に循環する不活性ガスからのそのような種の効果的な除去が監視されてもよい。溶媒除去システムの様々な実施形態は、吸着剤の床(複数可)が再生または交換され得るように、活性炭、分子篩、および同様のもの等の吸着剤がいつ容量に達したかを示してもよい。分子篩の再生は、分子篩を加熱すること、分子篩をフォーミングガスと接触させること、それらの組合せ、および同様のことを含んでもよい。酸素、水蒸気、および溶媒を含む様々な種を捕捉するように構成された分子篩は、加熱、ならびに水素を含むフォーミングガス、例えば約96%の窒素および4%の水素を含むフォーミングガス(前記パーセンテージは体積または重量パーセンテージである)への曝露により再生することができる。活性炭の物理的再生は、不活性環境下で加熱する同様の手順を使用して行うことができる。
任意の好適なガス清浄化システムが、図8のガス清浄化ループ3130のガス清浄化システム3134に使用され得る。例えば、Statham、New HampshireのMBRAUN Inc.、またはAmesbury、MassachusettsのInnovative Technologyから入手可能なガス清浄化システムが、本教示によるガス封入アセンブリの様々な実施形態への統合に有用となり得る。ガス清浄化システム3134は、ガス封入システム500内の1種または複数種の不活性ガスを清浄化するために、例えば、ガス封入アセンブリ内の全ガス雰囲気を清浄化するために使用され得る。本明細書において以前に議論されたように、ガス清浄化ループ3130を通してガスを循環させるために、ガス清浄化システム3134は、ガス循環ユニット、例えばファン、ブロワーまたはモーター、および同様のものを有してもよい。その点で、ガス清浄化システムは、ガス清浄化システムを通して不活性ガスを移動させるための体積流速を画定し得る、封入部の体積に依存して選択され得る。約4m3までの体積を有するガス封入アセンブリを有するガス封入システムの様々な実施形態において、約84m3/時間で移動することができるガス清浄化システムが使用され得る。約10m3までの体積を有するガス封入アセンブリを有するガス封入システムの様々な実施形態において、約155m3/時間で移動することができるガス清浄化システムが使用され得る。約52〜114m3の間の体積を有するガス封入アセンブリの様々な実施形態において、1つ以上のガス清浄化システムが使用され得る。
任意の好適なガスフィルターまたは清浄化デバイスが、本教示のガス清浄化システム3134に含まれてもよい。一部の実施形態では、ガス清浄化システムは、デバイスの1つがメンテナンスのためにオフラインにされ得、他方のデバイスが中断することなくシステム動作を継続するために使用され得るように、2つの並列した清浄化デバイスを備えてもよい。一部の実施形態では、例えば、ガス清浄化システムは、1つまたは複数の分子篩を備えてもよい。一部の実施形態では、ガス清浄化システムは、分子篩の1つが不純物で飽和した場合、または別様に十分効率的に動作していないとみなされる場合、システムが他の分子篩に切り替える一方で、飽和した、または非効率的な分子篩を再生し得るように、少なくとも第1の分子篩および第2の分子篩を備えてもよい。各分子篩の動作効率を決定するため、異なる分子篩の動作を切り替えるため、1つもしくは複数の分子篩を再生するため、またはそれらの組合せのために、制御ユニットが提供されてもよい。本明細書において以前に議論されたように、分子篩は、再生および再利用されてもよい。
図8の熱調節システム3140は、少なくとも1つの冷却器3142を含んでもよく、冷却器は、ガス封入アセンブリ内に冷却剤を循環させるための流体出口ライン3141、および冷却剤を冷却器に返送するための流体入口ライン3143を有してもよい。少なくとも1つの流体冷却器3142は、ガス封入システム500内のガス雰囲気を冷却するために提供されてもよい。本教示のガス封入システムの様々な実施形態において、流体冷却器3142は、冷却された流体を封入部内の熱交換器に送達し、不活性ガスが封入部内の濾過システムに通される。また、少なくとも1つの流体冷却器には、ガス封入システム500内に封入された装置から発生する熱を冷却するために、ガス封入システム500が提供されてもよい。例えば、限定されないが、少なくとも1つの流体冷却器は、OLED印刷システムから発生する熱を冷却するために、ガス封入システム500に提供されてもよい。熱調節システム3140は、熱交換またはペルチェ素子を備えてもよく、また様々な冷却能力を有してもよい。例えば、ガス封入システムの様々な実施形態において、冷却器は、約2kWから約20kWの間の冷却能力を提供し得る。ガス封入システムの様々な実施形態は、1つまたは複数の流体を冷やすことができる複数の流体冷却器を有してもよい。一部の実施形態では、流体冷却器は、冷却剤としてのいくつかの流体、例えば、限定されないが、水、不凍液、冷媒、およびそれらの組合せを、熱交換流体として利用してもよい。関連する導管およびシステム構成要素の接続に、適切な漏れのない固定接続が使用されてもよい。
本教示は、例示的であることを意図し、限定的であることを意図しない。読者が技術的開示の性質を即座に確認できるように、37C.F.R.§1.72(b)に準拠するように要約が提供される。要約は、特許請求の範囲または意味を解釈または限定するために使用されないという理解のもとで提出される。また、上記の発明を実施するための形態において、本開示を合理化するために、様々な特徴をまとめることができる。これは、請求されていない開示された特徴が、いずれの請求項にも必須であることを意図するものとして解釈されるべきではない。むしろ、本発明の主題は、具体的な開示された実施形態の全ての特徴より少ない特徴に存在し得る。したがって、以下の特許請求の範囲は、例または実施形態として発明を実施するための形態に組み込まれ、各請求項は、それ自体を別個の実施形態として主張し、そのような実施形態は、様々な組合せまたは並べ替えで互いに組み合わされてもよいことが企図される。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲の対象となる均等物の全範囲と共に参照して決定されるべきである。
Claims (18)
- 40wt.%から60wt.%のポリエチレングリコールジメタクリレートモノマー、ポリエチレングリコールジアクリレートモノマー、またはそれらの組合せであって、前記ポリエチレングリコールジメタクリレートモノマーおよび前記ポリエチレングリコールジアクリレートモノマーは、約230g/モルから約430g/モルの範囲内の数平均分子量を有する、ポリエチレングリコールジメタクリレートモノマー、ポリエチレングリコールジアクリレートモノマー、またはそれらの組合せと;
22℃で約10cpsから約27cpsの範囲内の粘度を有する、25wt.%から50wt.%のモノアクリレートモノマー、モノメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せと;
4wt.%から10wt.%の多官能性アクリレート架橋剤、多官能性メタクリレート架橋剤、またはそれらの組合せと;
0.1wt.%から10wt.%の架橋光開始剤と
を含むインク組成物であって、
22℃で約32ダイン/cmから約45ダイン/cmの間の表面張力を有するインク組成物。 - 22℃で約10cpsから約20cpsの範囲内の粘度、および22℃で約35ダイン/cmから約39ダイン/cmの範囲内の表面張力を有する、1wt.%から15wt.%の展着改質剤をさらに含む、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記展着改質剤が、アルコキシ化脂肪族ジアクリレートモノマー、アルコキシ化脂肪族ジメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せを含む、請求項2に記載のインク組成物。
- 45wt.%から57wt.%のポリエチレングリコールジメタクリレートモノマー、ポリエチレングリコールジアクリレートモノマー、またはそれらの組合せと、22℃で約10cpsから約27cpsの範囲内の粘度を有する、30wt.%から40wt.%のモノアクリレートモノマー、モノメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せとを含む、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記架橋光開始剤が、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレート、ジ(トリメチロールプロパン)テトラメタクリレート、またはそれらの組合せを含む、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記架橋光開始剤が、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニルホスフィンオキシドを含む、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記モノアクリレートモノマー、モノメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せが、環式モノアクリレートモノマー、環式モノメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せを含む、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記環式モノアクリレートモノマー、環式モノメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せが、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、またはそれらの組合せを含む、請求項7に記載のインク組成物。
- 前記環式モノアクリレートモノマー、環式モノメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せが、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、またはそれらの組合せをさらに含む、請求項8に記載のインク組成物。
- 前記イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、またはそれらの組合せが、前記インク組成物の10wt.%未満を構成する、請求項9に記載のインク組成物。
- 前記モノアクリレートモノマー、モノメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せが、脂肪族モノアクリレートモノマー、脂肪族モノメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せを含む、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記脂肪族モノアクリレートモノマー、脂肪族モノメタクリレートモノマー、またはそれらの組合せが、n−オクタデシルアクリレート、n−オクタデシルメタクリレート、またはそれらの組合せを含む、請求項11に記載のインク組成物。
- 29wt.%から40wt.%の前記n−オクタデシルアクリレート、n−オクタデシルメタクリレート、またはそれらの組合せを含む、請求項12に記載のインク組成物。
- ポリマー薄膜層を基板上に形成する方法であって、
不活性プロセス環境を用意するステップと;
その上に形成された無機薄膜を有するOLEDデバイス基板を用意するステップと;
請求項1に記載のインク組成物を用意するステップと、
前記無機薄膜を含む前記基板の画定されたエリア上に、前記インク組成物の層を印刷するステップと、
印刷されたインクの前記層を硬化させるステップであって、前記無機薄膜上に有機ポリマー薄膜が形成されるステップと
を含む方法。 - OLEDデバイス基板を用意する前記ステップの前に、
ガス封入部の内部に格納された工業印刷システムを用意するステップをさらに含み、前記工業印刷システムは、
少なくとも1つの印刷ヘッドを備える印刷ヘッドアセンブリと;
基板を支持するための基板支持システムと;
前記印刷ヘッドアセンブリと相対的な前記基板の正確な位置付けのためのモーションシステムと;
UV硬化モジュールと
を備える、請求項14に記載の方法。 - 前記不活性プロセス環境が、窒素、希ガスのいずれか、およびそれらの組合せから選択される不活性ガスを使用して用意される、請求項14に記載の方法。
- 前記不活性プロセス環境が、それぞれ100ppm未満の水蒸気含量および酸素含量を有する、請求項14に記載の方法。
- 印刷されたインクの前記硬化された層が、6μm以下の厚さを有する、請求項14に記載の方法。
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