KR100654826B1 - 잉크젯 장치와 잉크젯 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉크젯 장치와 잉크젯 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 잉크젯 장치는 기판이 안착되는 안착영역을 가지는 스테이지와; 각각 복수의 노즐을 가지고 있으며 제1방향으로 배치되어 있는 복수의 노즐헤드와; 상기 노즐 헤드를 통해 잉크를 제팅하는 잉크 공급부와; 상기 노즐 헤드와 상기 스테이지를 상기 제1방향과 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 상대이동시키는 구동부와; 상기 안착영역의 둘레를 따라 위치하는 배제영역(exclusion zone)을 가지고, 상기 배제영역 상에 위치하는 상기 노즐헤드의 잉크 제팅을 정지시키도록 상기 잉크 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 잉크에 의한 오염이 감소하는 잉크젯 장치가 제공된다.
Description
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치의 사시도이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치의 노즐 헤드를 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치의 제어 블록도이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치에 기판이 장착된 상태를 나타내는 평면도이고,
도 5은 본 발명에 따라 제조된 표시장치의 화소에 대한 등가회로도이고,
도 6는 본 발명에 따라 제조된 표시장치의 단면도이고,
도 7은 본 발명에 따른 잉크젯 방법을 나타낸 순서도이고,
도 8 내지 도 12b는 본 발명에 따른 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 13 내지 도 15는 각각 본 발명의 제2실시예 내지 제4실시예에 따른 잉크젯 장치를 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *
10 : 스테이지 13, 23, 25 : 구동부
31 : 헤드 본체 32 : 노즐 헤드
33 : 노즐 35 : 잉크공급부
41 : 스피툰부 51 : 제어부
본 발명은 잉크젯 장치와 잉크젯 방법 관한 것으로서, 더 자세하게는, 제팅 영역 외부에 제팅을 정지시키는 배제영역을 마련하여 잉크에 의한 오염을 감소시키는 잉크젯 장치와 잉크젯 방법에 관한 것이다.
최근 기존의 브라운관을 대체하여 액정표시장치와 유기전계발광장치(OLED)와 같은 평판표시장치(flat panel display)가 많이 사용되고 있다.
액정표시장치는 박막트랜지스터가 형성되어 있는 제1 기판과 제1기판에 대향배치되어 있는 제2기판, 그리고 이들 사이에 액정층이 위치하고 있는 액정표시패널을 포함한다. 액정표시패널은 비발광소자이기 때문에 박막트랜지스터 기판의 후면에는 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛이 위치할 수 있다. 백라이트 유닛에서 조사된 빛은 액정층의 배열상태에 따라 투과량이 조절된다.
유기전계발광장치는 저전압 구동, 경량 박형, 광시야각 그리고 고속응답 등의 장점으로 인하여 각광 받고 있다. 유기전계발광장치는 구동방식에 따라 수동형(passive matrix)과 능동형(active matrix)으로 나누어진다. 이중 수동형은 제조과정은 간단하지만 디스플레이 면적과 해상도가 증가할수록 소비전력이 급격히 증가하는 문제가 있다. 따라서 수동형은 주로 소형 디스플레이에 응용되고 있다. 반면 능동형은 제조과정은 복잡하지만 대화면과 고해상도를 실현할 수 있는 장점이 있다.
이들 표시장치에는 컬러필터층, 유기반도체층, 발광층, 배향막 등 여러 유기층이 존재하는데 최근 이들 유기층을 잉크 젯 방식으로 많이 형성하고 있다. 잉크 젯 방식은 노광, 현상, 식각 등의 공정 없이도 유기층을 패터닝할 수 있으며, 유기물의 사용량도 절감할 수 있는 장점이 있다.
한편 대형기판에 대하여는 공정시간 감소를 위해 복수의 노즐 헤드를 사용하고 있다. 복수의 노즐 헤드는 헤드 본체에 장착되어 같이 이동하며 노즐 헤드 각각은 복수의 노즐의 가지고 있다.
그런데 복수의 노즐 헤드를 사용하는 경우 제팅 과정에서 일부 노즐 헤드가 기판 외부에 위치하는 경우가 있는데, 기판 외부에 위치하는 노즐 헤드에서 잉크가 제팅되어 설비가 오염되는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 잉크에 의한 오염이 감소하는 잉크젯 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 잉크에 의한 오염이 감소하는 잉크젯 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은기판이 안착되는 안착영역을 가지는 스테이지와; 각각 복수의 노즐을 가지고 있으며 제1방향으로 배치되어 있는 복수의 노즐헤드와; 상기 노즐 헤드를 통해 잉크를 제팅하는 잉크 공급부와; 상기 노즐 헤드와 상기 스테이지를 상기 제1방향과 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 상대이동시키는 구동부와; 상기 안착영역의 둘레를 따라 위치하는 배제영역(exclusion zone)을 가지고, 상기 배제영역 상에 위치하는 상기 노즐헤드의 잉크 제팅을 정지시키도록 상기 잉크 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 잉크젯 장치에 의하여 달성된다.
상기 배제영역의 적어도 일부는 상기 스테이지에 걸쳐 있는 것이 바람직하다.
상기 배제영역의 적어도 일부는 상기 안착영역에 걸쳐 있는 것이 바람직하다
상기 배제영역은 상기 제2방향을 따라 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 배제영역은 상기 안착영역을 사이에 두고 마주하는 한 쌍으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 노즐헤드의 젯팅 정지시간이 일정 시간을 넘는 경우, 상기 노즐헤드의 막힘(clogging) 방지를 위한 유지(maintenance)작업을 실시하도록 상기 구동부와 상기 잉크 공급부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 스테이지에 인접배치되어 있으며 제팅되는 잉크를 수용하는 스피툰(spittoon)부를 더 포함하며, 상기 제어부는 유지작업을 위해 상기 노즐헤드가 상기 스피툰부 상으로 이동하여 젯팅하도록 상기 구동부와 상기 잉크공급부를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 스테이지에 인접배치되어 있으며 용매가 담겨있는 캡핑 스테이션 (capping station)을 더 포함하며, 상기 제어부는 유지작업을 위해 상기 노즐이 상기 캡핑스테이션에 침지되도록 상기 구동부를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 스테이지에 인접배치되어 있으며 잉크를 흡수하는 흡수부재를 포함하는 블로팅 스테이지(blotting stage)를 더 포함하며, 상기 제어부는 유지작업을 위해 상기 노즐이 상기 흡수부재에 접촉하도록 상기 구동부를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 스테이지에 인접배치되며 제팅되는 잉크를 수용하는 스피툰부를 더 포함하며, 상기 배제영역은 상기 스피툰부와 접하는 것이 바람직하다.
상기 구동부는, 상기 노즐헤드를 상기 제1방향으로 이동시키는 제1서브구동부와; 상기 스테이지를 상기 제2방향으로 이동시키는 제2서브구동부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 다른 목적은 스테이지 상에 기판을 안착하는 단계와; 각각 복수의 노즐을 가지고 있으며 제1방향으로 배치되어 있는 복수의 노즐헤드를 상기 스테이지와 상기 제1방향 및 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 상대이동하면서 잉크를 제팅하는 단계와; 상기 안착영역의 둘레를 따라 위치하는 배제영역(exclusion zone) 상에 위치하는 상기 노즐헤드의 잉크 제팅을 정지시키는 단계를 포함하는 잉크젯 방법에 의하여 달성된다.
상기 노즐헤드의 젯팅 정지시간이 일정 시간을 넘는 경우, 상기 노즐헤드의 막힘(clogging) 방지를 위한 유지(maintenance)작업을 실시하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유지작업에서는 상기 노즐헤드를 제팅되는 잉크를 수용하는 스피툰(spittoon)부 상으로 이동시켜 잉크를 제팅하는 것이 바람직하다.
상기 유지작업에서는 상기 노즐을 용매가 담겨있는 캡핑 스테이션(capping station)에 침지시키는 것이 바람직하다.
상기 유지작업에서는 스테이지에 인접배치되어 있으며 잉크를 흡수하는 흡수부재에 상기 노즐을 접촉시키는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠다.
여러 실시예에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였으며, 동일한 구성요소에 대하여는 제1실시예에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.
설명에서 ‘상에’ 또는 ‘위에’는 두 층(막) 간에 다른 층(막)이 개재되거나 개재되지 않는 것을 의미하며, ‘바로 위에’는 두 층(막)이 서로 접촉하고 있음을 나타낸다.
도 1 , 도2a 및 도 2b를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치를 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치의 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치의 노즐 헤드를 설명하기 위한 도면이다.
잉크젯 장치(1)는 기판이 안착되는 스테이지(10), 스테이지(10) 상부에 위치하며 잉크 젯팅을 위한 노즐(33)이 마련되어 있는 노즐 헤드(32), 스테이지(10)의 외곽에 위치하는 한 쌍의 스피툰부(41)를 포함한다.
노즐 헤드(32)와 스테이지(10)는 서로 직교하는 제1방향과 제2방향을 따라 상대이동할 수 있다. 잉크젯 장치(1)는 노즐 헤드(32)에 연결되어 있으며 제1방향으로의 상대이동을 위한 제1구동부(23)와, 스테이지(10)에 연결되어 있으며 제2방향으로의 상대이동을 위한 제2구동부(13)을 포함한다.
스테이지(10)는 대략 직사각형 형상이며 잉크 젯팅으로 유기층이 형성될 대상인 기판이 안착되는 안착영역을 형성한다. 스테이지(10)에는 안착된 기판을 고정하기 위한 진공척(11)이 마련되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 정전기척 등의 다른 고정수단으로 기판을 고정하는 것도 가능함은 물론이다.
스테이지(10)는 제2회전스크류(12)를 통해 제2구동부(13)에 연결되어 있다. 제2회전스크류(12)는 제2구동부(23)의 작동에 따라 정회전 또는 역회전하며, 제2회전스크류(12)의 회전에 따라 스테이지(10)는 스테이지(10)의 단변과 평행한 제2방향으로 왕복운동하게 된다. 제2구동부(13)은 모터를 포함할 수 있다.
잉크젯 장치(1)는 도시하지는 않았지만 스테이지(10)의 이동을 용이하게 하기 위한 레일을 더 포함할 수 있다.
스테이지(10)의 상부에는 대략 ‘ㄷ’자 형상이며 헤드 본체(31)를 지지하기 위한 지지본체(21)가 마련되어 있다. 헤드 본체(31)에는 복수의 노즐 헤드(32)가 장착되어 있다. 지지본체(21)는 제2방향의 수직방향으로 연장되어 있다.
지지본체(21)에는 제1회전 스크류(22)가 마련되어 있다. 제1회전스크류(22)는 일단은 지지본체(21)의 일 측변에 회전가능하게 연결되어 있으며, 타단은 지지본체(21)의 타 측변에 고정되어 있는 제1구동부(23)에 연결되어 있다. 제1회전스크 류(22)에는 암나사산이 형성되어 있는 회전축 연결부(24)가 나사결합되어 있다. 회전축 연결부(24)는 제1회전스크류(22)의 회전방향에 따라 제1방향을 따라 왕복운동한다.
회전축 연결부(24)의 이동에 따라 회전축 연결부(24)에 연결되어 있는 헤드 본체(31)도 왕복운동한다. 제1회전스크류(22)가 제2방향과 수직으로 연장되어 있으므로 헤드 본체(31)의 이동은 스테이지(10)의 이동과 수직을 이룬다.
헤드 본체(31)는 제3구동부(25) 및 중간연결부(26)를 통해 회전축 연결부(24)과 연결되어 있다. 제3구동부(25)는 수축 신장이 가능하여 헤드 본체(31)는 스테이지(10) 판면과 수직인 제3방향으로 왕복운동할 수 있다. 이에 따라 헤드 본체(31)는 스테이지(10)와 접근 또는 이격이 가능하다.
이상 설명한 스테이지(10)와 헤드본체(31)의 상대이동을 위한 구성은 일 실시예에 불과하며, 스테이지(10)와 헤드본체(31)를 상대이동시킬 수 있는 구성이라면 모두 적용가능하다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 노즐 헤드(32)를 더 상세히 설명한다. 도 2b는 노즐 헤드(32)가 장착되어 있는 헤드 본체(31)를 스테이지(10)에서 본 모습을 나타낸 것이다.
헤드본체(31)는 제1방향을 따라 길게 연장된 직사각형 형상이다. 노즐 헤드(32)는 3개의 서브 노즐 헤드(32a, 32b, 32c)로 이루어지며, 이들은 제1방향을 따라 헤드 본체(31)에 장착되어 있다. 각 노즐 헤드(32)는 제1방향과 일정한 각도를 이루고 있는데 이 각도는 잉크 젯 대상의 간격에 따라 결정된다.
각 노즐 헤드(32)에는 4개의 노즐(33)이 일렬로 장착되어 있다. 각 노즐 헤드(32)는 별도의 잉크 공급부(35)로부터 잉크를 공급받는다. 잉크공급부(35)는 잉크를 저장하는 잉크 탱크(36), 잉크 유량을 조절하는 유량조절기(mass flow controller, 37) 및 잉크 탱크(36)와 헤드 본체(31)를 연결하는 유로관(38)을 포함한다. 잉크 공급부(35)는 3개의 서브 잉크 공급부(35a, 35b, 35c)로 이루어지며, 각 서브 잉크 공급부(35a, 35b, 35c)는 연결되어 있는 서브 노즐 헤드(32a, 32b, 32c) 각각에 별도로 잉크를 공급한다. 잉크탱크(35), 유량조절기(37) 및 유로관(38) 역시 각각 3개씩의 서브 잉크탱크(35a, 35b, 35c), 서브 유량조절기(37a, 37b, 37c) 및 서브 유로관(38a, 38b 38c)으로 이루어진다.
각 서브 잉크 공급부(35a, 35b, 35c)는 서로 다른 잉크를 공급하거나, 동일한 잉크를 공급할 수 있다.
유로관(38)을 통해 헤드 본체(31)로 공급된 잉크는 헤드 본체(31)와 노즐 헤드(32)에 마련된 유로(34)를 통해 노즐(33)로 공급되어 제팅된다.
다시 도 1로 돌아오면 스테이지(10)의 외곽에는 한 쌍의 스피툰부(41)가 마련되어 있다. 스피툰부(41)는 제팅되는 잉크를 수용하는데 용기 형성으로 마련되어 있다. 실시예와 달리 스피툰부(41)는 제팅되는 잉크를 흡수하는 천으로 마련될 수도 있다. 노즐(33)에서 잉크가 제팅되지 않으면 노즐(33)이 막히거나 성능이 저하될 수 있다. 따라서 기판 교체 과정과 같은 제팅 대기 시간 동안 헤드 본체(31)는 스피툰부(41) 상부로 위치하여 스피툰부(41)에 잉크를 제팅하게 된다.
스피툰부(41)는 제1회전스크류(22)에 하부에 위치하도록 마련되어 있다. 이 에 따라 헤드 본체(31)는 제1회전스크류(22)를 따라 제1방향으로 이동하여 스피툰부(41) 상부에 위치할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치의 제어 블록도이다. 제어부(51)는 각 구동부(13, 23, 45)를 제어하여 스테이지(10)와 헤드 본체(31)와의 상대적 위치를 조절하거나, 헤드 본체(31)를 스피툰부(41) 상에 위치할 수 있다. 제어부(51)는 또한 잉크 공급부(35)를 제어하여 노즐(33)을 통한 제팅을 실시하거나 정지시킬 수 있다. 이 때 제어부(51)는 각 서브 잉크 공급부(35a, 35b, 35c)별로 제어하여 노즐 헤드(32) 중 일부는 잉크를 제팅하고 나머지는 잉크 제팅을 정지시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치에 기판이 장착된 상태를 나타내는 평면도이다.
기판(101)은 안착영역 상에 위치하며 내부에 잉크가 제팅될 제팅영역을 가지고 있다. 기판(101)은 유기전계발광장치, 액정표시장치와 같은 표시장치용 기판일 수 있다. 기판(101)상에는 제팅을 통해 유기반도체층, 발광층, 컬러필터층, 배향막 등이 형성될 수 있다. 기판(101)이 표시장치용 기판일 경우 제팅영역은 대략 표시영역과 일치한다.
여기서 제팅영역의 외부에는 배제영역이 마련되어 있다. 배제영역은 제2방향을 따라 길게 연장되어 있으며 제팅영역과 스피툰부(51) 사이에 한 쌍으로 형성되어 있다.
도 3에서 나타낸 제어부(51)를 도 4에서 나타낸 배제영역을 참조하여 다시 설명한다.
제어부(51)는 잉크 공급부(35)를 제어하여 배제영역 상에 위치하는 노즐 헤드(32)에는 잉크를 공급하지 않도록 잉크 공급부(35)를 제어한다. 이에 의해 노즐 헤드(32) 중 일부가 스피툰부(51)와 제팅 영역 사이에 위치하여도 제팅이 이루어지지 않아 잉크에 의한 오염이 감소된다.
한편 특정 노즐 헤드(32)가 배제 영역 상에 지나치게 오래 머물러 제팅이 이루어지지 않을 경우 노즐(33)의 막힘과 같은 문제가 발생하며 이 경우 노즐(33)의 성능 유지를 위해 유지 작업을 실행하여야 한다. 제1실시예에서 제어부(51)는 특정 노즐 헤드(32)가 배제 영역에 머무르는 시간이 소정 시간 이상이 될 경우 특정 노즐 헤드(32)가 스피툰부(41) 상에 위치하도록 구동부(23)를 제어한다. 이와 함께 제어부(51)는 스피툰부(41) 상에 위치한 노즐 헤드(32)가 잉크를 제팅하도록 잉크 공급부(35)를 제어한다. 유지 작업 실시의 기준이 되는 소정 시간은 잉크의 종류와 고형분 농도, 노즐(33)의 형상 등에 따라 변화된다.
이상과 같이 제1실시예에 따르면 스피툰부(41)와 제팅 영역간의 영역에 잉크가 제팅되지 않아 오염이 감소되면서도 노즐(33)의 불량을 방지할 수 있다.
이상의 제1실시예는 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들어 잉크 공급부(35)는 잉크 탱크(36)와 헤드 본체(31) 사이에 위치하는 온/오프 밸브를 더 포함할 수 있다. 이 경우 제어부(51)는 배제영역에 위치하는 노즐 헤드(32)에 연결되어 있는 밸브를 오프시킬 수 있다.
잉크 공급부(35)는 또한 압력조절이 가능한 잉크 탱크를 포함하고 노즐(33) 을 통한 잉크 제팅은 잉크 탱크의 압력을 조절하여 이루어질 수 있다. 이때 제어부(51)는 배제영역에 위치하는 노즐 헤드(32)에 연결되어 있는 잉크 탱크의 압력이 감소하도록 잉크 공급부(35)를 제어할 수 있다.
이하 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 장치를 이용한 표시장치의 제조방법을 도 5 내지 도 12b를 참조한다.설명한다. 이하에서는 유기전계발광장치를 표시장치로 예시하나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
먼저 도 5과 도 6을 참조하여 본 발명에 따라 제조되는 표시장치에 대하여 살펴본다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 표시장치에서 화소에 대한 등가회로도이다.
하나의 화소에는 복수의 신호선이 마련되어 있다. 신호선은 주사신호를 전달하는 게이트선, 데이터 신호를 전달하는 데이터선 그리고 구동 전압을 전달하는 구동 전압선을 포함한다. 데이터선과 구동 전압선은 서로 인접하여 나란히 배치되어 있으며, 게이트선은 데이터선 및 구동 전압선과 수직을 이루며 연장되어 있다.
각 화소는 유기발광소자(LD), 스위칭 박막트랜지스터(Tsw), 구동 박막트랜지스터(Tdr), 축전기(C)를 포함한다.
구동 박막트랜지스터(Tdr)는 제어 단자, 입력 단자 및 출력단자를 가지는데, 제어단자는 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선에 연결되어 있으며, 출력 단자는 유기발광소자(LD)에 연결되어 있다.
유기발광소자(LD)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 출력 단자에 연결되는 애노드(anode)와 공통전압(Vcom)에 연결되어 있는 캐소드(cathod)를 가진다. 유기 발광 소자(LD)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 출력 전류에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다. 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 전류는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라진다.
스위칭 박막트랜지스터(Tsw)는 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 게이트선에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 제어 단자에 연결되어 있다. 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)는 게이트선에 인가되는 주사 신호에 따라 데이터선에 인가되는 데이터 신호를 구동 박막트랜지스터(Tdr)에 전달한다.
축전기(C)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 제어 단자와 입력단자 사이에 연결되어 있다. 축전기(C)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 제어 단자에 입력되는 데이터 신호를 충전하고 유지한다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 표시 장치의 단면도이다.
본 발명에 따라 제조된 표시 장치(100)는 절연기판(110) 상에 형성되어 있는 박막트랜지스터(120), 박막트랜지스터(120)에 전기적으로 연결되어 있는 화소전극(132), 화소전극(132) 상에 형성되어 있는 유기층(150)을 포함한다.
도면에서는 비정질 실리콘을 사용한 박막트랜지스터(120)를 예시하였으나 폴리실리콘을 사용하는 박막트랜지스터를 사용할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따라 제조된 표시 장치(100)를 자세히 살펴보면 다음과 같다.
유리, 석영, 세라믹 또는 플라스틱 등의 절연성 재질을 포함하여 만들어진 절연기판(110) 상에 게이트 전극(121)이 형성되어 있다.
절연기판(110)과 게이트 전극(121) 위에는 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(122)이 형성되어 있다. 게이트 전극(121)이 위치한 게이트 절연막(122) 상에는 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층(123)과 n형 불순물이 고농도 도핑된 n+ 수소화 비정질 실리콘으로 이루어진 저항성 접촉층(124)이 순차적으로 형성되어 있다. 여기서, 저항성 접촉층(124)은 게이트 전극(121)을 중심으로 양쪽으로 분리되어 있다.
저항 접촉층(124) 및 게이트 절연막(122) 위에는 소스 전극(125)과 드레인 전극(126)이 형성되어 있다. 소스 전극(125)과 드레인 전극(126)은 게이트 전극(121)을 중심으로 분리되어 있다.
소스 전극(125)과 드레인 전극(126) 및 이들이 가리지 않는 반도체층(123)의 상부에는 보호막(131)이 형성되어 있다. 보호막(131)은 실리콘 질화물(SiNx) 또는/그리고 유기막으로 이루어질 수 있다. 보호막(131)에는 드레인 전극(126)을 드러내는 접촉구(127)가 형성되어 있다.
보호막(131)의 상부에는 화소전극(132)이 형성되어 있다. 화소전극(132)은 음극(anode)이라고도 불리며 유기 발광층(152)에 정공을 공급한다. 화소전극(132)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전물질로 이루어져 있으며 스퍼터링 방법에 의하여 형성된다. 화소전극(132)은 평면에서 보아 대략 사각형으로 패터닝되어 있을 수 있다.
각 화소전극(132) 간에는 격벽(141)이 형성되어 있다. 격벽(141)은 화소전극(132) 간을 구분하여 화소영역을 정의하며 박막트랜지스터(120)와 접촉구(127) 상 에 형성되어 있다. 격벽(141)은 박막트랜지스터(120)의 소스 전극(125) 및 드레인 전극(126)이 공통전극(161)과 단락되는 것을 방지하는 역할도 한다. 격벽(141)은 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 등의 내열성, 내용매성이 있는 감광물질이나 SiO2, TiO2와 같은 무기재료로 이루어질 수 있으며 유기층과 무기층의 2층 구조도 가능하다.
화소전극(132) 상부에는 정공주입층(151, hole injecting layer)과 유기 발광층(152)이 위치하고 있다.
정공주입층(151)으로는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 등의 폴리티오펜 유도체와 폴리스틸렌 술폰산(PSS) 등의 혼합물을 사용할 수 있다.
유기 발광층(152)은 적색을 발광하는 적색 발광층(152a), 녹색을 발광하는 녹색 발광층(152b), 청색을 발광하는 청색 발광층(152c)으로 이루어져 있다.
유기 발광층(152)은 폴리플루오렌 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리페닐렌 유도체, 폴리비닐카바졸, 폴리티오펜 유도체, 또는 이들의 고분자 재료에 페릴렌계 색소, 로더민계 색소, 루브렌, 페릴렌, 9,10-디페닐안트라센, 테트라페닐부타디엔, 나일 레드, 쿠마린 6, 퀴나크리돈 등을 도핑하여 사용할 수 있다.
화소전극(132)에서 전달된 정공과 공통전극(161)에서 전달된 전자는 유기 발광층(152)에서 결합하여 여기자(exciton)가 된 후, 여기자의 비활성화 과정에서 빛을 발생시킨다.
격벽(141) 및 유기 발광층(152)의 상부에는 공통전극(161)이 위치한다. 공통전극(161)은 양극(cathode)이라고도 불리며 유기 발광층(152)에 전자를 공급한다. 공통전극(161)은 칼슘층과 알루미늄층으로 적층되어 구성될 수 있다. 이 때 유기 발광층(152)에 가까운 측에는 일함수가 낮은 칼슘층이 배치되는 것이 바람직하다.
불화 리튬은 유기 발광층(152)의 재료에 따라서는 발광효율을 증가시키기 때문에, 유기 발광층(52)과 공통전극(161) 사이에 불화리튬층을 형성할 수도 있다. 공통전극(161)을 알루미늄, 은과 같은 불투명한 재질로 만들 경우 유기 발광층(152)에서 발광된 빛은 절연기판(110) 방향으로 출사되며 이를 바텀 에미션(bottom emission) 방식이라 한다.
도시하지는 않았지만 표시장치(100)는 유기 발광층(152)과 공통전극(161) 사이에 전자수송층(electron transfer layer)과 전자주입층(electron injection layer)을 더 포함할 수 있다. 또한 공통전극(161)의 보호를 위한 보호막, 유기층(150)으로의 수분 및 공기 침투를 방지하기 위한 봉지부재를 더 포함할 수 있다. 봉지부재는 밀봉수지와 밀봉캔으로 이루어질 수 있다.
이하 도 7 내지 도 12b를 참조하여 본 발명에 따른 표시장치의 제조방법을 순차적으로 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 잉크젯 방법을 나타낸 순서도이고, 도 8 내지 도 12b는 본 발명에 따른 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 8과 같은 기판(101)을 제조한다. 기판(101)을 보면 절연기판(110) 상에 박막트랜지스터(120), 화소전극(132) 및 격벽(141)이 형성되어 있다.
박막트랜지스터(120)는 채널부가 비정질 실리콘으로 이루어져 있으며 공지의 방법으로 제조될 수 있다.
박막트랜지스터(120) 형성 후 박막트랜지스터(120) 상에 보호막(131)을 형성한다. 보호막(131)이 실리콘 질화물인 경우 화학기상증착법을 사용할 수 있으며, 유기물인 경우 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등을 사용할 수 있다. 이 후 보호막(131)을 패터닝하여 드레인 전극(126)을 드러내는 접촉구(127)를 형성한다. 접촉구(127)를 형성한 후 접촉구(127)를 통해 드레인 전극(126)과 연결되어 있는 화소전극(132)을 형성한다. 화소전극(132)은 ITO를 스퍼터링 방식으로 증착한 후 패터닝하여 형성할 수 있다.
격벽(141)은 화소전극(132) 상에 감광성 물질을 코팅한 후 노광, 현상하여 형성할 수 있다.
다음, 도 9a 내지 도 9c와 같이 스테이지(10) 상에 기판(101)을 안착시키고(S100), 기판(101) 상에 잉크를 제팅(S200)한다.
제팅되는 잉크는 정공주입물질과 용매를 포함하고 있으며, 격벽(141)사이에 노출된 화소전극(132) 상으로 제팅된다. 구체적으로 잉크는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 등의 폴리티오펜 유도체와 폴리스틸렌 술폰산(PSS) 등의 혼합물과 이들 혼합물이 용해되어 있는 용매를 포함한다. 이 과정에서 각 서브 잉크공급부(35a, 35b, 35c)는 모두 동일한 잉크를 공급한다.
제팅 영역에는 각 서브 노즐헤드(32a, 32b, 32c)에 해당하는 서브제팅영역(a, b, c, d)이 마련되어 있다. 도 9a 및 도 9b를 보면 모든 노즐헤드(32)가 제팅 영역 내에 위치하며, 모든 노즐헤드(32)가 잉크를 제팅하고 있다. 따라서 이 상태에서는 노즐 헤드(32)로부터의 잉크가 설비를 오염시키거나 노즐(33)이 막히는 문 제가 발생하지 않는다.
이 과정에서 노즐 헤드(32)는 고정되어 있으며 스테이지(10)는 하부방향으로 이동하고 있다. 이에 따라 잉크 제팅은 하부에서 상부를 향해 이루어진다.
도 10a 및 도 10b는 최 좌측에 위치한 서브제팅영역(d)에 대하여 잉크 제팅하는 과정을 나타낸 것이다. 도 9b에서 제팅영역의 최상부까지 잉크 제팅이 완료되면 노즐 헤드(32)는 좌측으로 이동하고 스테이지(10)는 상부방향으로 이동한다. 이에 따라 잉크 제팅은 상부에서 하부를 향해 이루어진다.
그런데 이 때 제팅할 서브 제팅영역(d)은 하나의 서브 노즐헤드(32a, 32b, 32c)에만 대응하기 때문에 좌측에 위치한2개의 서브 노즐헤드(32a, 32b)는 제팅영역 외부에 위치하게 된다. 제팅영역 외부에 위치하게 되는 서브 노즐헤드(32a, 32b)에서 제팅이 진행되면 기판(101) 또는 스테이지(10)가 잉크로 오염될 수 있다. 본 발명에 따르면 제팅영역 외부와 스피툰부(41) 사이는 배제영역으로 설정되어 있어 서브 노즐헤드(32a, 32b)에서는 제팅이 정지된다. 한편 제팅 영역 내부에 위치한 서브 노즐헤드(32c)는 하부의 서브 제팅영역(d)에 대하여 잉크 제팅을 계속 진행한다.
이를 다시 설명하면 다음과 같다. 제어부(51)는 서브 노즐헤드(32a, 32b)가 배제영역 상에 위치하면 해당하는 서브 잉크공급부(35a, 35b)가 서브 노즐헤드(32a, 32b)에 잉크를 공급하지 않도록 제어하는 것이다. 이에 의해 기판(101) 또는 스테이지(10)의 오염을 방지할 수 있다.
제어부(51)는 서브 노즐헤드(32a, 32b)가 배제 영역상에 머물러 잉크 제팅이 정지된 시간을 카운트하고 머문 시간이 소정 시간보다 크게 되는지를 판단한다(S300).
다음으로 도 11a 및 도 11b와 같이 서브 노즐헤드(32a, 32b)가 배제 영역상에 머문 시간이 소정시간이 지나면 제어부(51)는 서브 노즐헤드(32a, 32b)의 유지작업을 진행한다(S400).
서브 노즐헤드(32a, 32b)의 잉크 제팅 시간이 소정시간보다 길어지면 노즐(33)이 막히는 등의 불량이 발생한다. 따라서 제어부(51)는 서브 노즐헤드(32a, 32b)의 불량발생을 방지하기 위해 유지작업을 하는데 실시예에서는 서브 노즐헤드(32a, 32b)를 좌측에 위치한 스피툰부(41)로 이송하여 서브 노즐헤드(32a, 32b)가 잉크를 제팅하도록 한다. 이에 의해 배제영역에 위치하던 서브 노즐헤드(32a, 32b)가 정상적인 성능을 유지하게 된다.
이 과정에서 제어부(51)는 헤드 본체(31)가 스피툰부(41) 상부에 위치하도록 제1구동부(23)를 제어한다. 또한 제어부(51)는 헤드 본체(31)의 이송 중에 서브 제팅영역(d)에 잉크를 제팅하던 서브 노즐헤드(32c)에서 잉크가 제팅되지 않고 스피툰부(41) 상부에서 서브 노즐헤드(32a, 32c)가 잉크를 제팅하도록 잉크 공급부(35)를 제어한다.
유지작업이 완료되면 도 12a 및 도 12b와 같이 서브 노즐헤드(32c)를 다시 다시 서브 제팅영역(d) 상부로 이동시켜 서브 제팅영역(d)에 대한 잉크 제팅작업을 계속한다(S500).
이러한 과정을 거쳐 정공주입층(151)을 형성을 위한 잉크 제팅을 완료한다. 잉크를 건조하면 정공주입층(151)이 형성되며, 이 후 정공주입층(151) 형성과 유사한 방법으로 유기 발광층(152)을 형성한다.
마지막으로 격벽(141)과 유기 발광층(152) 상에 공통전극(161)을 형성하면 도 6과 같은 표시장치(100)가 완성된다.
도 13 내지 도 15는 각각 본 발명의 제2실시예 내지 제4실시예에 따른 잉크젯 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 13에 도시한 제2실시예에 따르면 배제영역이 제팅영역의 좌우뿐 아니라 상하에도 마련되어 있다. 이에 의해 헤드 본체(31)가 제팅영역의 상하에 위치할 경우에도 잉크에 의한 오염이 방지된다.
도 14에 도시한 제3실시예에 따르면 용매가 담겨져 있는 캡핑 스테이션(61)이 마련되어 있다. 용기 형상의 캡핑 스테이션(61)에는 용매가 담겨져 있다. 캡핑 스테이션(61)은 제1실시예의 스피툰부(41) 대신에 마련되거나 스피툰부(41)와 같이 마련될 수도 있다. 캡핑 스테이션(61)은 스피툰부(41)와 마찬가지로 제1회전스크류(22)의 하부에 위치하는 것이 바람직하다.
제어부(51)는 서브 노즐헤드(32a, 32b, 32c) 중 일부가 소정시간을 초과하여 배제영역에 위치하는 경우 헤드본체(31)를 캡핑 스테이션(61) 상부로 옮긴 후 노즐(33)을 캡핑 스테이션(61)의 용매에 침지한다. 이로 인해 용매가 노즐(33) 내부로 들어가 노즐(33) 성능 유지가 가능하다.
제어부(51)는 이러한 유지 작업을 위해 구동부(23, 25)를 제어하어 헤드본체(31)의 위치를 조절한다. 한편 캡핑 스테이션(61)이 별도의 승강장치에 연결될 경 우 제어부(51)는 제1구동부(23) 만을 제어하면 된다.
도 15에 도시한 제5실시예에 따르면 막대부재(71)와 이에 감겨있는 흡수부재(72)를 포함하는 블로팅 스테이지(blotting stage, 70)가 마련되어 있다. 블로팅 스테이지(70)은 제1실시예의 스피툰부(41) 대신에 마련되거나 스피툰부(41)와 같이 마련될 수도 있다. 블로팅 스테이지(70)는 스피툰부(41)와 마찬가지로 제1회전스크류(22)의 하부에 위치하는 것이 바람직하다. 흡수부재(72)는 잉크를 잘 흡수한 천으로 마련될 수 있다.
제어부(51)는 서브 노즐헤드(32a, 32b, 32c) 중 일부가 소정시간을 초과하여 배제영역에 위치하는 경우 헤드본체(31)를 블로팅 스테이지(70) 상부로 옮긴 후 노즐(33)을 블로팅 스테이지(70)의 흡수부재(72)에 접촉시킨다. 이로 인해 노즐(33) 내에 있던 잉크가 흡수부재(72)로 흡수되면서 노즐(33)에 잉크가 공급되어 노즐(33) 성능 유지가 가능하다.
제어부(51)는 이러한 유지 작업을 위해 구동부(23, 25)를 제어하며 헤드본체(31)의 위치를 조절한다. 한편 블로팅 스테이지(70)가 별도의 승강장치에 연결될 경우 제어부(51)는 제1구동부(23) 만을 제어하면 된다.
이상에서 설명한 배제영역을 설정하는 잉크젯 장치 및 잉크젯 방법은 OLED외에 다른 표시장치용 기판의 제조에 적용될 수 있다.
예를 들어 반도체층으로 유기반도체를 사용하는 유기 박막트랜지스터 기판의 제조에 적용될 수 있다. 유기 박막트랜지스터 유기전계발광장치나 액정표시장치 등에 사용될 수 있다.
본 발명의 잉크젯 장치 및 잉크젯 방법은 컬러필터 기판의 제조에도 사용될 수 있는데 폴리이미드를 이용한 배향막 형성이나 컬러필터 기판의 컬러필터층의 제조에 적용될 수 있다.
비록 본발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 잉크에 의한 오염이 감소하는 잉크젯 장치가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면 잉크에 의한 오염이 감소하는 잉크젯 방법이 제공된다.
Claims (16)
- 기판이 안착되는 안착영역을 가지는 스테이지와;각각 복수의 노즐을 가지고 있으며 제1방향으로 배치되어 있는 복수의 노즐헤드와;상기 노즐 헤드를 통해 잉크를 제팅하는 잉크 공급부와;상기 노즐 헤드와 상기 스테이지를 상기 제1방향과 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 상대이동시키는 구동부와;상기 안착영역의 둘레를 따라 위치하는 배제영역(exclusion zone)을 가지고, 상기 배제영역 상에 위치하는 상기 노즐헤드의 잉크 제팅을 정지시키도록 상기 잉크 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제1항에 있어서,상기 배제영역의 적어도 일부는 상기 스테이지에 걸쳐 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제2항에 있어서,상기 배제영역의 적어도 일부는 상기 안착영역에 걸쳐 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 배제영역은 상기 제2방향을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제4항에 있어서,상기 배제영역은 상기 안착영역을 사이에 두고 마주하는 한 쌍으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제어부는 상기 노즐헤드의 젯팅 정지시간이 일정 시간을 넘는 경우, 상기 노즐헤드의 막힘(clogging) 방지를 위한 유지(maintenance)작업을 실시하도록 상기 구동부와 상기 잉크 공급부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제6항에 있어서,상기 스테이지에 인접배치되어 있으며 제팅되는 잉크를 수용하는 스피툰(spittoon)부를 더 포함하며,상기 제어부는 유지작업을 위해 상기 노즐헤드가 상기 스피툰부 상으로 이동하여 젯팅하도록 상기 구동부와 상기 잉크공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제6항에 있어서,상기 스테이지에 인접배치되어 있으며 용매가 담겨있는 캡핑 스테이션(capping station)을 더 포함하며,상기 제어부는 유지작업을 위해 상기 노즐이 상기 캡핑스테이션에 침지되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제6항에 있어서,상기 스테이지에 인접배치되어 있으며 잉크를 흡수하는 흡수부재를 포함하는 블로팅 스테이지(blotting stage)를 더 포함하며,상기 제어부는 유지작업을 위해 상기 노즐이 상기 흡수부재에 접촉하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제1항에 있어서,상기 스테이지에 인접배치되며 제팅되는 잉크를 수용하는 스피툰부를 더 포함하며,상기 배제영역은 상기 스피툰부와 접하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 제1항에 있어서,상기 구동부는,상기 노즐헤드를 상기 제1방향으로 이동시키는 제1서브구동부와;상기 스테이지를 상기 제2방향으로 이동시키는 제2서브구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
- 스테이지 상에 기판을 안착하는 단계와;각각 복수의 노즐을 가지고 있으며 제1방향으로 배치되어 있는 복수의 노즐헤드를 상기 스테이지와 상기 제1방향 및 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 상대이동하면서 잉크를 제팅하는 단계와,상기 안착영역의 둘레를 따라 위치하는 배제영역(exclusion zone) 상에 위치하는 상기 노즐헤드의 잉크 제팅을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 방법.
- 제12항에 있어서,상기 노즐헤드의 젯팅 정지시간이 일정 시간을 넘는 경우, 상기 노즐헤드의 막힘(clogging) 방지를 위한 유지(maintenance)작업을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 방법.
- 제13항에 있어서,상기 유지작업에서는 상기 노즐헤드를 제팅되는 잉크를 수용하는 스피툰 (spittoon)부 상으로 이동시켜 잉크를 제팅하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 방법.
- 제13항에 있어서,상기 유지작업에서는 상기 노즐을 용매가 담겨있는 캡핑 스테이션(capping station)에 침지시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 방법.
- 제13항에 있어서,상기 유지작업에서는 스테이지에 인접배치되어 있으며 잉크를 흡수하는 흡수부재에 상기 노즐을 접촉시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 방법.
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