KR100665450B1 - 물질의 패턴화 증착 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 구조물은, 디스플레이 물질의 패턴화 증착 방법을 사용하여 형성된다. 기판(102)은 다수의 개별 전극(104)을 포함한다. 물질을 포함하는 다수의 소적(112)이 형성되고, 제 2 극성으로 하전된다. 다수의 개별 전극(104) 중의 제 1의 선택된 전극은 제 2 극성과 반대되는 제 1 극성으로 하전되어, 물질을 포함하는 소적(112)을 다수 전극(104) 중의, 반대로 하전된 제 1의 선택된 전극(114)으로 유인한다.

Description

물질의 패턴화 증착 {PATTERNED DEPOSITION OF A MATERIAL}
본 발명은 물질을 특정한 패턴으로 증착시키는 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 디스플레이 물질을 포함하는 하전된 소적(droplet)을 전극 상으로 선택적으로 증착시키는 방법에 관한 것이다.
물질의 기판 상으로의 패턴화 증착에 관한 일반적인 구상은 많은 분야에 응용되고 있다. 일부의 패턴화 증착 방법은 가법(addtive)이며, 나머지 패턴화 증착 방법은 감법(subtractive)이다. 가법은 물질을 원하는 부위에만 증착시키는 방법이다. 이와 대조적으로, 감법은 물질을 증착시킨 후, 원하는 패턴을 갖지 않는 물질은 선택적으로 제거하는(감하는) 방법이다.
패턴화된 증착의 일 적용예는, 이미지를 재현시키기 위한 토너 입자의 패턴화된 증착이다. 패턴화 증착 방법은, 여러 가지 패턴으로 된 상이한 컬러의 인광물질을 증착시켜 음극선관(CRT: cathode ray tube)의 스크린 상에 컬러 화소를 형성시키는데 사용될 수도 있다.
셰도잉(shadowing) 방법은 특정한 패턴의 물질을 기판 상으로 증착시키기 위한 가법이다. 셰도잉 방법의 경우에, 셰도우 마스크가 기판 위에 또는 기판 표면상에 제공된다. 그런 다음, 물질이 셰도우 마스크에 있는 구멍을 통해 기판 상으로 지향적으로(directionally) 증착된다. 상기 증착이 지향적으로 이루어지기 때문에, 물질이 구조물의 "셰도우"에는 증착되지 않는다. 이와 같이, 물질은 구조물의 "셰도우"를 제외한 기판 부분에 의해 형성된 패턴으로 증착된다. 증착 방향을 변화시킴으로써, 이러한 기술은 상이한 패턴으로 된 1종 이상의 상이한 물질을 단일 기판 상에 증착시키는데 사용될 수 있다.
또 다른 패턴화 증착 방법은, 패턴화된 광전도체를 사용하여 물질의 하전된 입자를 기판상의 패턴 상으로 정전기적으로 유인하는 방법이다. 예를 들어, 사진 복사기에 사용되는 경우에는, 광전도체가 기판 상에 먼저 적용된다. 그런 다음, 광전도체는 정전기적으로 하전된다. 기판 상의 하전된 광전도체는, 광전도체를 선택적으로 방전시키기 위해 원하는 패턴으로 노광된다. 패턴화된 광전도체의 전하와 반대 극성으로 하전된 물질(토너) 입자는 기판에 근접하게 된다. 반대 전하 사이의 유인력으로 인해, 토너 입자가 하전된 광전도체에 의해 형성된 패턴으로 기판상에 증착된다. 그런 다음, 종이는, 패턴화된 토너를 종이 상으로 증착시키도록 기판과 접촉된다. 그런 다음, 종이를 가열하여 토너를 종이에 융합시킬 수도 있다.
음극선관(CRT) 스크린 상의 화소에 있어 다양한 컬러에 상응하는 다양한 컬러의 인광물질 패턴을 형성시키기 위해 또 다른 패턴화 증착 방법이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 광전도체는 스크린 상에 증착된 후 하전될 수 있다. 그런 다음, 광전도체는 특정한 전하 패턴을 형성시키기 위해 선택적으로 노광될 수 있다. 그런 다음, 제 1 컬러를 지닌 반대로 하전된 인광물질 입자가 형성된다. 정전기 유인력으로 인해 상기 제 1 컬러의 인광물질이, 전하가 선택적으로 증착된 스크린 위치에 부착된다. 그런 다음, 인광물질은 경화에 의해 스크린에 고정될 수 있다. 그런 다음, 이러한 공정을 반복하여 스크린 상에 부가적인 컬러의 인광물질 패턴을 형성시킬 수 있다.
일부 적용분야 및 일부 물질의 경우에는, 물질이 액체 형태로 존재하는 동안 특정한 패턴을 증착시키는 것이 요망될 수 있다. 잉크젯 기술을 사용하여, 기판 상의 다수의 위치에 의해 형성된 패턴으로 액화된 물질을 증착시킬 수도 있다. 먼저, 액화된 물질을 잉크젯에 공급한다. 그런 다음, 잉크젯 배출구가 기판 상의 다수 위치중 어느 한 위치에 근접하도록, 잉크젯과 기판을 배치시킨다. 그런 다음, 잉크젯 내 물질은 기판 상의 다수 위치중 어느 하나 쪽으로 배출된다. 그런 다음, 잉크젯의 위치가 재배치되고, 기판 상의 다수 위치중 각 위치에 대해서 마다 상기 과정이 반복된다.
잉크젯 장치의 비용 및 복잡성은, 기판상의 위치가 좁고 물질의 증착이 국부적으로 일어나야 하는 경우에는 증가될 수 있다. 잉크젯으로부터 배출된 물질은 전형적으로 일단 잉크젯으로부터 빠져나오기만 하면 분산된다. 국부적으로 증착시키기 위해서는, 잉크젯을 기판에 근접하게 정확히 위치시켜 분산 정도를 제한할 수 있다.
잉크젯 방법은 기판상에 다수 위치가 존재할 때 비용이 많이 들 수 있다. 물질을 기판상의 다수의 다른 위치로 증착시키고자 하는 경우에 잉크젯 방법을 사용하면, 잉크젯을 각각의 위치에 증착시키기 위한 기판과 관련하여 재배치하는데 필요한 시간으로 인해 비용이 많이 든다. 대안적으로, 다중 잉크젯은 하나 이상의 위치에 물질을 동시에 증착시키는데 사용될 수 있다. 이러한 대안적인 방법은 다중 잉크젯의 비용, 및 이들의 작동 및 유지 비용으로 인해 비용을 많이 들게 한다.
액체의 잉크젯 증착은 정확한 양의 물질을 증착시키는데 있어서는 바람직하지 않을 수 있다. 반복적인 배출 후에, 잉크젯이 막히기 시작할 수도 있다. 막힌 잉크젯은 막히지 않은 잉크젯 만큼 많은 물질을 배출시킬 수 없다. 이와 같이, 배출시 마다의 물질량은, 잉크젯이 다양한 위치에서 막히는 정도에 따라 그리고 기판상의 위치에 따라 다를 수 있다.
통상의 패턴화 증착 방법과 관련된 단점을 극복하기 위해, 신규한 증착 방법이 제공된다.
발명의 개요
본 발명은 증착 방법을 제공한다. 다수의 개별 전극을 갖는 기판이 제공된다. 다수의 물질 부분이 형성되고 제 1 극성으로 하전된다. 다수의 물질 부분은 제 1의 선택된 전극으로 선택적으로 유인된다.
본 발명의 일면에 따르면, 다수의 물질 부분은 제 1의 선택된 전극 상에 선택적으로 증착된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 다수의 물질 부분은 제 1의 선택된 전극에 인접하여 배치된 제 2 기판 상에 증착된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 제 1 극성으로 하전된 다수의 물질 부분은 각각 다수의 액체 소적 중 하나에 포함된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 다수 전극중의 제 1의 선택된 전극중 하나 이상을 하전시키는 것은, 1개 이상의 전극에 부착되는 물질량에 상응하는 값에 따라 선택적으로 조절된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 디스플레이 물질은 제 1 컬러에 상응하며, 제 2 컬러에 상응하는 물질은 다수 전극중의 제 2의 선택된 전극 상으로 상기와 유사하게 증착된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 다수 전극중의 제 1의 선택된 전극은 제 2 극성 및 중성 극성 중 하나로 하전되는 반면, 제 2 컬러에 상응하는 물질은 다수 전극중의 제 2의 선택된 전극으로 유인된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 다중 물질층은 다중 물질을 포함하는 소적의 증착에 의해 형성된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 제 2 극성으로 하전된 액체 소적이 형성되고, 각각의 상기 소적은 제 1 용액 및 제 2 용액을 포함하며, 상기 제 1 용액은 홀 이송 물질 및 제 1 용매를 포함하고, 상기 제 2 용액은 유기 전기발광 물질 및 제 2 용매를 포함하며, 소적중의 1종 이상이 개별 전극 중 하나 이상에 선택적으로 부착되며, 다수의 액체 소적 중 하나 이상에 존재하는 홀 이송 물질 및 유기 전기발광 물질을 분리한 후에 용매를 증발시켜, 개별 전극 중 하나 이상에 홀 이송 물질층과 유기 전기발광층을 형성시킨다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 방법을 사용하여 형성된 구조물을 제공한다. 이러한 구조물은 다수의 개별 전극을 갖는 제 1 기판과 다수의 개별 전극 각각에 형성된 다수의 물질 부분을 포함한다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 다수의 개별 물질 부분을 형성시키기 위한 장치를 제공한다. 이러한 장치는 다수의 개별 전극을 갖는 기판, 제 1 극성으로 하전된 다수의 물질 부분을 형성하는 공급원, 및 다수 전극 중의 선택된 전극에 전하를 인가하기 위한 하전 수단을 포함한다.
도면의 간단한 설명
본 발명은, 하기 발명의 상세한 설명을 첨부된 도면을 참조하여 읽을 때 최상으로 이해된다. 도면의 다양한 특징부는 일반적인 실시에 따라서 실제 크기 비율과 무관하게 강조되어 있다. 이에 반하여, 다양한 특징부의 치수는 명확성을 기하고자 임의로 확대되어 있거나 축소되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 증착의 예시적인 방법을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 증착의 또 다른 예시적 방법을 도시하는 도면이다.
도 3 내지 4는 본 발명에 따른 다층 물질 증착의 제 1 예시 방법을 도시하는 도면이다.
도 5 내지 6은 본 발명에 따른 다층 물질 증착의 제 2 예시 방법을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 예시적인 방법을 사용하여 형성된 세가지 컬러의 전기발광 디스플레이의 부분 횡단면도를 도시하는 도면이다.
발명의 상세한 설명
같은 도면 부호가 같은 요소를 나타내는 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 증착의 예시적 방법을 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 개별 전극(104)이 기판(102) 상에 형성된다. 물질 부분(112)은 다수의 개별 전극(104)의 제 1의 선택된 부분(114) 상에 선택적으로 증착된다.
공급원(106)은 제 1 극성으로 하전된 다수의 물질 부분(112)을 포함하는 클라우드(cloud)(108)를 발생시킨다. 상기 물질 부분(112)은 유도 하전 및 코로나 하전을 포함하는 방법에 의해 하전될 수 있다. 다수 전극(104)중의 제 1의 선택된 부분(114)(제 1의 선택된 전극)은 제 1 극성과 반대되는 제 2 극성으로 하전된다. 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 제 1의 선택된 전극(114)은, 예를 들어 전압원(110)을 사용하여 하전될 수 있다. 각각의 제 1의 선택된 전극(114)은 단일 전압원에 의해, 또는 전압원(111)으로 도시된 바와 같은 별도의 전압원에 의해 조절될 수 있다. 대안적으로, 제 1의 선택된 전극(114)은 전자빔에 의해 또는 코로나 하전에 의해 하전될 수 있다.
당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 공급원(106)은 물질 부분을 입자 형태로 제공하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 예시적 구체예에서, 공급원(106)은, 제 1 극성으로 하전된 물질 부분(112)을 포함하는 액체 소적을 제공하도록 구성될 수 있다. 액체 소적은 소적의 초음파, 회전 및 액체 분사물 형성을 포함하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 다수의 하전된 물질 부분(112)을 포함하는 클라우드(108) 형성은, 본원에 참고문헌으로 인용된 문헌[Adrian G. Bailey, in "Electrostatic Spraying of Liquids"]에 기술되어 있다.
도 1에 도시된 예시적 구체예에서, 물질 부분(112)은 양극성(a positive polarity)으로 하전되고 제 1의 선택된 전극(114)은 음전위로 하전된다. 클라우드(108)에 존재하는 하전된 물질 부분(112)은 정전기력에 의해 반대로 하전된 제 1의 선택된 전극(114)으로 유인된다. 정전기력은, 물질 부분(112)이 제 1의 선택된 전극(114), 및 제 1의 선택된 전극(114) 상에 이전에 증착된 그 밖의 물질 부분(112)으로 이동되게 하여 이들에 부착되게 한다.
부착은 정전기력, 반데르발스힘, 신터링(sintering) 및 상호확산을 포함하는 인자들에 의해 영향을 받는다. 열처리, 습도 및 용매 증기의 적용과 같은 부착후 처리가, 물질 부분(112)의 부착을 촉진시키기 위해 적용될 수 있다. 부착후 열처리는 상호확산을 촉진시키기 위해 사용될 수 있다. 부착후 습도 처리는, 접촉 지점에서 국부적인 분해를 촉진시켜 상호확산을 촉진시킬 수 있다. 부착후 압력 적용은, 접촉 지점에서 압력을 증가시켜 신터링을 촉진시키고, 반데르발스힘에 대한 접촉 영역을 증가시킬 수 있다.
원하는 다수 물질 부분(112)이 제 1의 선택된 전극(114)중 하나에 부착되는 경우, 상기 제 1 전극으로의 추가 증착은, 물질 부분(112)이 상기 전극으로부터 반발되도록 이 물질 부분(112)과 동일한 전위에서 상기 전극을 하전시킴으로써 중단될 수 있다. 대안적으로, 상기 전극이 중성 전위에 결합될 수 있고/거나, 공급원(106)의 배출이 중단될 수 있다. 또 다른 대안은, 모든 추가의 증착된 전하가 추가의 하전된 물질 부분(112)을 반발시키도록, 상기 전극을 부유 상태가 되게 하는 것이다.
도 1의 예시적 구체예에 도시된 바와 같이, 물질 부분(112)은 도 1에서 화살표(116)로 도시된 중력 방향과는 다른 방향으로 제 1의 선택된 전극(114)에 부착된다. 이것은, 기판(102) 상으로 증착되는 실질적으로 모든 물질 부분(112)이 반대로 하전된 제 1의 선택된 전극(114) 상에 증착되게 된다.
도 2에 도시된 또 다른 예시적 구체예에서, 제 1의 선택된 전극(114)중 하나 이상에 인가된 전하는, 하나 이상의 상기 전극 상으로 증착되는 물질 부분(112)의 수에 따라 조절된다. 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 특정 전극상으로 증착되는 물질 부분(112)의 수를 측정하기 위한 다수의 방법이 존재한다.
하나의 방법은 상기 특정 전극에 접촉하여 부착되어 있는 하전된 물질 부분(112)으로 인한, 특정 전극으로 흐르는 전류를 측정하는 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전극에 커플링되어 있는 전류계(126)는, 전극으로의 전류 입력량(Ia)을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 특정 전극에 부착되는 입자 수는, 전류 입력량(Ia)을 적분하여 상기 전극 상에 증착된 전하량을 결정하고, 이 전하량을 부분당 전하량으로 나눔으로써 계산될 수 있다. 물질 부분(112)당 전하량은, 물질의 전하 대 질량비(q/m) 및 소적당 물질량을 사용하여 계산될 수 있다. 그 다음, 전압원(110)에 의해 상기 특정 전극에 인가된 전하량이, 특정 전극상으로 증착시키고자 하는 물질 부분(112)의 수에 따라 조절될 수 있다.
전극상으로 증착되는 물질 부분(112)의 수를 모니터링하는 또 다른 방법은, 유도 코일(130)을 사용하여 공급원(106)에 의해 형성되는 물질 부분(112)과 관련된 전류(Ic)를 측정하고 적분하는 것이다. 대안적으로, 물질 부분(112)을 하전시키는데 사용되는 공급원(106)으로의 전하 입력량(도시되어 있지 않음)을 측정하여, 물질 부분(112)과 관련된 전하량을 표시할 수 있다. 제 1의 선택된 전극(114)에 대한 물질 부분(112)의 분포 모델과 함께 물질 부분(112)과 연관된 전하량은, 공급원(106)의 배출량 및/또는 제 1의 선택된 전극(114)의 각각에 인가된 전하량을 선택적으로 조절하는데 사용될 수 있다.
증착된 물질량은 또한 실제로 측정하기 보다 근사 증착에 대한 모델을 사용하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 물질 부분(112)의 분포 모델을 사용하여, 물질 부분(112) 당 물질량, 적절한 증착 시간, 공급원(106) 및/또는 제 1의 선택된 전극(114)에 인가된 전하를 조절함으로써 증착된 물질량을 조절할 수 있다.
또한, 자가 한정(self-limiting) 방법을 사용하여 제 1의 선택된 전극(114)의 각각에 증착된 물질량을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 각각의 제 1의 선택된 전극(114)은 소정량의 전하를 갖는 제 2 극성에서 하전될 수 있거나 부유 상태로 남아있을 수 있다. 이러한 전하의 일부는, 반대 극성으로 하전된 각각의 물질 부분(112)이 제 1의 선택된 전극(114) 중 하나에 부착될 때 중성화된다. 중성화되는 전하량이 증가함에 따라, 전극에 대한 하전된 물질 부분(112)의 유인력은 감소한다. 각각의 제 1의 선택된 전극(114)에 대한 소정 전하는 상기 전극에 있어 독특한 것일 수 있으며, 이는 하전된 물질 부분(112)의 분포 모델에 기초하여 선택된다.
증착 방법의 선택성을 증대시키기 위해, 제 1의 선택된 전극(114) 이외의 다른 전극을, 물질 부분(112)과 동일한 극성으로 하전시켜 상기 물질 부분(112)을 반발시킬 수도 있다. 대안적으로, 제 1의 선택된 전극(114) 이외의 다른 전극을 접지 전위에 커플링시킬 수도 있다. 나머지 전극을 부유 상태로 남겨두는 경우, 이에 부착된 물질 부분(112) 상의 전하는 축적되어, 다른 하전된 물질 부분(112)의 반발을 도울 것이다.
본 발명에 따른 증착 방법을 사용하여, 단일 기판상에 여러 가지 물질로 된 다수의 여러 패턴을 형성시킬 수도 있다. 예를 들어, 공급원(106)이 하전된 제 1 물질 부분(112)을 제공하여 클라우드(108)를 형성시킬 수도 있다. 그런 다음, 제 1의 선택된 전극(114)이, 다수의 물질 부분(112)의 극성과 반대의 제 2 극성으로 하전될 수 있다. 그런 다음, 상기된 바와 같이, 물질 부분(112)이 제 1의 선택된 전극(114) 상으로 유인되어 증착될 것이다.
그런 다음, 공급원(106)(또는 또 다른 공급원)은 하전된 제 2 물질 부분을 형성시켜, 제 2 물질 부분으로 이루어진 클라우드를 형성시킬 수도 있다. 그런 다음, 다수의 전극(104)중의 제 2의 선택된 전극(115)을, 제 2 물질 부분의 극성과 반대되는 제 2 극성으로 하전시킬 수 있다. 이렇게 하게 되면, 제 2 물질 부분이 제 2의 선택된 전극(115) 쪽으로 정전기적으로 유인되어 이에 부착된다.
공급원(106)에 의해 생성된 물질 부분(112)은 동일한 극성으로 하전되며, 서로에 대하여 반발하는 성향을 갖는다. 이것으로, 클라우드(108)가 분산될 수 있다. 하나의 예시적 구체예에서, 증착 장치의 측벽(122)은 공급원(124)에 의해 물질 부분(112)과 동일한 극성으로 하전되어, 이의 분산을 감소시킨다.
대안적으로, 비전도성 측벽(124)은 공급원(124)없이 사용될 수 있다. 하전된 물질 부분(112)이 측벽(124)에 부착될 때, 하전된 물질 부분(112)과 동일한 극성의 전하가 비전도성 측벽(124) 상에 축적될 것이다. 하전된 물질 부분(112)과 동일한 극성을 갖는 축적된 전하는 하전된 물질 부분(112)을 반발시켜, 클라우드(108)의 분산을 감소시킬 것이다.
예시적 구체예에서, 그리드(132)는 제 1의 선택된 전극(114) 상으로의 증착 선택도를 증대시키는데 사용될 수 있다. 그리드(132)는 전원장치(134)에 의해, 제 1의 선택된 전극(114)상으로 증착시키려는 물질 부분(112)과 동일한 극성으로 하전될 수 있다. 그리드(132)를 사용하게 되면, 약하게 하전된 물질 부분(112)을 반발시킴으로써 증착 선택도를 개선시킬 수 있다. 대안적으로, 그리드(132)는 물질 부분(112)을 그리드내의 간극(gap)을 통해 제 1의 선택된 전극(114) 쪽으로 가속시키기 위해 물질 부분(112)과 반대 전하로 하전될 수 있다.
예시적 구체예에서, 다수 전극(104)은 디스플레이 구조물의 전면 플레이트상에 형성된 칼럼 전극이다. 물질 부분(112)은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 칼럼 전극중의 선택된 전극상으로 연속적으로 증착될 수 있다. 이러한 증착은 플라즈마 또는 텔리비젼 디스플레이 구조물을 형성시키는데 있어 요망될 수 있다. 또 다른 예시적 구체예에서, 마스크는 칼럼 전극에 인접하게 위치하여, 칼럼 전극중의 선택된 전극의 제 1의 선택된 부분들만을 노출시킨다. 그 다음, 본 발명에 따른 증착 방법은 칼럼 전극의 제 1의 선택된 부분상에 물질 부분(112)을 증착시키는데 사용될 수 있다. 마스크를 사용하는 것은 유기 전기발광 디스플레이 구조물을 형성시키는데 있어 요망될 수 있다.
도 3-4는 본 발명에 따른 다중층 물질을 증착시키는 제 1 방법을 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 물질 부분(312)은 본 발명에 따라 선택적으로 제 1의 선택된 전극(114) 상에 증착될 수 있다. 다수의 제 1 물질 부분(312)은 제 1의 선택된 전극(114) 상에서 제 1 물질층(314)을 형성시킨다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 물질 부분(313)은 본 발명에 따라 선택적으로 제 1 물질층(314) 상에 증착될 수 있다. 제 2 물질 부분(313)은 제 1의 선택된 전극(114) 상에 형성된 제 1 물질층(314) 상에 제 2 물질층(315)을 형성시킨다.
도 5-6은 본 발명에 따른 다중층 물질을 증착시키는 제 2 방법을 도시하고 있다. 공급원(106)(도시하지 않음, 도 1 참조)은 제 1 물질 및 이의 상응하는 제 1 용매, 및 제 2 물질 및 이의 상응하는 제 2 용매를 포함하는 하전된 액체 소적(512)을 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이들 소적들은 본 발명에 따라 제 1의 선택된 전극(114)상에 증착된다.
그런 다음, 제 1 및 제 2 물질을 포함하는 소적(512)이 유착되어, 제 1 및 제 2 물질을 포함하는 단일 점적(drop)을 형성한다. 하나의 예시적 구체예에서, 제 1 용매와 제 2 용매는 비혼화성이며, 제 1 및 제 2 물질과 용매들은 혼화되므로, 용매가 증발하기 전에 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 물질과 제 2 물질이 분리된다. 용매가 증발된 후, 제 1 물질층(514)과 제 2 물질층(515)은 제 1의 선택된 전극(114) 상에 남아있게 된다. 이와 같이, 하나의 단일 증착 단계를 사용하여 제 1의 선택된 전극(114) 상에 제 1 물질층(514)과 제 2 물질층(515)을 증착시킬 수 있다. 본 발명의 방법을 사용하면, 2종 이상의 물질을 소적에 포함시킴으로써 단일 증착 단계로 2개 이상의 층을 형성시킬 수 있다.
대안적으로, 제 1 물질을 포함하는 별도의 소적과 제 2 물질을 포함하는 별도의 소적이 하나 이상의 공급원(106)에 의해 형성될 수 있다. 동일한 극성으로 하전될 수 있는 상기 별도의 소적들은 증착 전에 서로 반발하여 접촉하지 않을 수도 있다. 그런 다음, 별도의 소적들이 제 1의 선택된 전극상에 증착될 수 있다. 그런 다음, 소적들이 유착되고 상기 물질들이 다중층 증착을 위해 상기된 바와 같이 분리될 수 있다.
도 7과 관련하여 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법을 사용하여 전기발광 디스플레이 구조물을 형성시킬 수 있다. 도 7은 예시적인 삼색 전기발광 디스플레이의 부분 횡단면도를 도시한다. 다수의 전극(710, 720, 730)이 유리 기판(702)상에 형성된다. 홀 이송층(711, 721, 731) 및 방출층(712, 722, 732)이 다수의 전극(710, 720, 730)의 각각에 형성된다.
제 1 컬러용 방출층을 증착시키는 경우, 제 1 컬러에 상응하는 전극(710)은 제 2 극성으로 하전된다. 그런 다음, 제 1 극성으로 하전된 홀 이송 물질 부분 및 제 1 극성으로 하전된 방출 물질이 전극(710) 상에 증착되어, 홀 이송층(711) 및 방출층(721)을 형성한다. 상기된 바와 같이, 이들 층은 별도로 증착되거나 단일 단계로 증착될 수 있다. 하나의 예시적 구체예에서, 방출 물질은 유기 전기발광 물질이다. 유기 전기발광 물질은 프렌드(Friend) 등의 미국특허 제 5,807,627호에 기술되어 있으며, 이 문헌은 유기 전기발광 물질의 조성에 관한 설명을 위해 본원에 참고로 인용되어 있다.
하나의 예시적 구체예에서, 제 2 및 제 3 컬러에 상응하는 전극(720, 730)은 제 1 컬러에 상응하는 전극(710) 상에 증착되는 동안 제 1 극성으로 하전되어, 전극(710) 상에 증착시키려는 물질을 반발시킨다. 전류계(도 2 참조)를 사용하여, 제 1 컬러에 상응하는 전극(710)에 대해 의도되는 임의의 물질이 제 2 및 제 3 컬러에 상응하는 전극(720, 730) 상에 증착되는지를 결정할 수 있다. 그러한 경우에 검출된 전하량을 사용하여, 생성된 디스플레이의 컬러 불순도가 허용 한계치를 초과할 것인지를 결정할 수 있다. 또한, 전극(710, 720, 730)에 인가된 전위를 변화시켜 컬러 불순도 수준을 조절할 수 있다.
그런 다음, 제 2 컬러에 상응하는 전극(720)이 제 2 극성으로 하전되고, 홀 이송층(721) 및 방출층(722)이 전극(720) 상에 유사하게 증착된다. 이러한 과정을 반복하여, 제 3 컬러에 상응하는 전극(730) 상에 홀 이송층(731) 및 방출층(732)을 증착시킨다.
하나의 예시적 구체예에서, 공통의 홀 이송 물질이 사용되고, 홀 이송층(711, 721, 731)이 모두 단일 증착 단계로 증착된다. 그런 다음, 방출층(712, 722, 732)이 본 발명에 따른 3 단계 증착으로 증착된다.
상기 예에서, 디스플레이 구조물의 전극은 이중으로 작용한다. 첫 번째로, 상기 전극은 개개의 디스플레이 요소를 활성화시키는데 사용된다. 두 번째로, 상기 전극은 물질을 증착시켜 개개의 디스플레이 요소를 형성시키기 위해 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 전극 회로를 구동시키면, 시그날을 전극에 제공하여 전극이 상기된 두가지 기능을 모두 수행하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 사용하여, 1mm ×1mm의 근사 길이와 폭 치수, 및 50nm의 두께를 갖는 유기 전기발광 물질을 증착시킴으로써 화소를 형성시키기 위한 예시적인 구체예가 하기 기술된다. 상기 치수에 상응하는 증착 대상 물질의 용적은 5 ×10-8cm3이다. 이러한 예시적 구체예에서, 공급원(106)은 액체 소적 형태의 물질 부분(112)을 제공한다. 화소를 형성하는 소적의 수는 소적의 크기 및 소적내 물질의 농도에 따라 달라진다. 하기 표 1에는, 상이한 소적 크기 및 소적 당 물질의 상이한 농도에 대한 소적 수가 예시적으로 기재되어 있다.
소적 직경(μm) 소적 용적(cm3) 상이한 농도에 대한 소적 수(중량%)
비희석 1% .01%
1 1.25 ×10-13 4 ×105 4 ×107 4 ×109
2 1 ×10-12 5 ×104 5 ×106 5 ×108
10 .25 ×10-10 2000 2 ×105 2 ×107
100 1.25 ×10-7 .4 40 4000
표 1에 제시된 값은 단지 예시적일 뿐이다. 예시적 구체예에서, 10μm 내지 100μm 범위의 소적 직경이 사용될 수도 있다. 예시적 구체예에서, 0.01% 내지 50%의 점적내 물질의 중량%가 사용될 수도 있다. 바람직한 구체예에서, 소적내 물질의 중량%는 0.5% 내지 5.0%이다.
당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 점적 당 전하량을 제한하는 인자는 레일리(Rayleigh) 한계 및 브레이크다운(breakdown)을 포함한다. 레일리 한계는 하기 수학식(1)에 따라 점적상의 전하(qR)를 제한한다:
Figure 112004042245768-pct00001
상기 식에서, T는 점적의 표면 장력이고, a는 점적 직경이며, εo는 점적 주위의 공기 또는 그 밖의 가스의 유전율이다. 예시적 구체예에서, 공급원(106)은 물질과 용매를 포함하는 액체 소적을 제공한다. 용매가 증발되고 점적의 직경이 감소함에 따라, 점적은 레일리 한계로 인해 분리된다. 이것으로 보다 작은 물질 부분이 증착될 수 있다. 예시적 구체예에서, 전극상에 증착된 물질은 10μm 미만의 폭을 갖는다. 또 다른 예시적 구체예에서, 증착된 물질은 약 1μm의 폭을 갖는다.
본 발명의 예시적 구체예에서, 소적은 음으로 하전되고, 제 1의 선택된 전극(114)은 +500볼트(V)로 하전되며, 소적은 50nm의 직경을 가지며, 소적은 3 ×1013 쿨롱(coulomb)의 전하를 갖는다. 사용시, 그리드는 -1500볼트로 하전될 수 있으며, 측벽은 -10,000볼트로 하전될 수 있거나, 대안적으로, 절연층이 사용되어 부유 상태로 남아있을 수 있다.
본 발명은 다른 유형의 디스플레이 구조물을 형성시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 증착 방법은 LCD 디스플레이 상에 필터를 증착시키거나, CRT 디스플레이 상에 인광물질을 증착시키는데 사용될 수 있다. 본 발명은 타일화(tiled) 및 비타일화된(non-tiled) 디스플레이 구조물 둘 모두를 형성시키는데 사용될 수 있다.
본 발명이 디스플레이 구조물 형성과 관련하여 상기와 같이 기술되었지만, 본 발명은 일반적으로 물질의 패턴화 증착에 적용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 전극이 본 발명에 따른 하전된 물질 부분을 유인하기 위한 수단을 제공하는 단일 기능을 수행할 수 있도록 기판에 형성될 수 있다.
예시적 구체예에서, 다수의 전극(104)이 기판내에 형성되고, 본 발명에 따른 증착 방법이, 제 1의 선택된 전극(114)에 인접한 기판상에 물질을 증착시키는데 사용된다. 또 다른 예시적 구체예에서, 다수의 전극(104)이 제 1 기판 상에 형성되고 제 2 기판이 제 1 기판 상에 배치된다. 그런 다음, 본 발명에 따른 증착 방법을 이용하여, 제 1의 선택된 전극(114) 위에 위치한 제 2 기판 상에 물질을 증착시킬 수도 있다. 그 다음, 제 2 기판과 증착된 물질이 제 1 기판으로부터 제거될 수 있다.
상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 증착 방법을 사용하여, 액체 형태의 증착 물질을 포함하는 액체 소적을 하전된 전극상으로 선택적으로 유인할 수 있다. 공급원(106)은 또한 하전된 전극상으로 증착되는 물질 입자를 제공할 수 있다.
대안적으로, 공급원(106)은 전극으로 부착되기 전에 용매가 증발되도록 구성되어 있는, 물질 및 용매를 포함하는 액체 소적을 제공할 수 있다. 이와 같이, 공급원(106)에 의해 발생되는 액체 소적내 물질은 입자로서 증착될 수 있다. 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 용매의 증발은 전극으로부터 공급원까지의 거리, 물질 부분의 이동 속도, 물질 부분이 이동하는 대기, 및 사용되는 용매 유형을 포함하는 인자에 따라서 달라질 것이다.
물질을 포함하는 액체 점적을 형성시켜 궁극적으로 물질을 입자 형태로 증착시키는 방법은, 비양립성 물질을 증착시키는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 물질과 제 2 물질은 액체 형태로 존재하는 경우에는 서로 반응하지만, 입자 형태로 존재하는 경우에는 서로 잘 반응(또는 전혀 반응)하지 않을 수 있다.
제 1 물질을 포함하는 소적과 제 2 물질을 포함하는 소적은 동일한 극성으로 하전될 수 있다. 그 다음, 소적은 본 발명에 따라 선택된 전극으로 유인될 수 있다. 소적은 이들내에 있는 용매가 증착되기 전에 증발되도록 되어 있어, 제 1 물질 및 제 2 물질이 입자 형태로 증착된다. 제 1 및 제 2 물질의 소적은 이들이 동일한 극성으로 하전되어 서로 반발할 것이기 때문에, 증착 전에 반응하지 않을 것이다. 대안적으로, 제 1 물질의 소적과 제 2 물질의 소적은 순차적으로 증착되므로, 액체 형태로 존재하는 동안 다른 소적과 접촉하지 않을 수 있다. 예시적 구체예에서, 상기 방법은 글루코오스 측정 센서를 형성하는데 사용되는데, 여기서 제 1 물질은 글루코오스 옥시다아제이고, 제 2 물질은 페로시아나이드이다.
물질을 함유하는 액체 소적으로부터 출발하는 물질 부분을 증착시키면, 물질이 궁극적으로 액체 형태로 증착되든지 아니면 입자 형태로 증착되든지 와는 무관하게 이점이 있다. 예를 들어, 증착시키고자 하는 많은 물질은, 건조되고 분쇄되어 증착에 이용되는 분말을 형성하는 액체 용액으로 형성되어 증착에 사용될 수 있다. 이 단계는 본 발명에 의해 생략될 수 있다.
액체 소적으로부터 출발하면 입자로 출발하는 것보다 작은 입자를 증착시킬 수 있게 되는데, 그 이유는 입자가 보다 작은 입자로 분쇄된 후, 작은 입자가 다른 입자와 응집될 수 있기 때문이다. 소적에 인가된 전하는 소적의 응집을 방지하는데 도움을 준다.
소적은 반드시 물질 및 용매만을 포함하도록 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 소적은 하전 및 습윤화를 위한 표면 장력을 개질시키기 위한 첨가제, 안정화제, 결합제 및 도판트를 포함할 수도 있다.
액체로서 출발하면, 증착시킬 물질량을 정확하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 액체 소적중의 물질의 농도 및 소적 크기를 포함하는 인자는, 증착된 각 물질 부분에 상응하는 물질량을 결정한다. 이들 인자를 정확히 조절하여, 증착되는 입자 크기 및 양을 정확하게 조절할 수 있다. 물질량은 각각의 소적이 수개의 분자만을 포함하는 경우에 어느 정도로 희석될 수 있다. 이점은, 본 발명을 미크론 크기의 화소를 갖는 디스플레이 구조물을 형성시키는데 적용할 수 있게 해준다.
본 발명에 따른 증착 방법은 잉크젯 증착 방법을 사용하는 종래 기술의 방법과 비교되는 수가지 이점을 제공하는데, 구체적으로 본 발명에서는 공급원(106)을 기판에 매우 근접하게 위치시킬 필요가 없으며; 본 발명에서는, 물질 부분(112)이 기판상의 전극으로 유인되기 때문에 잉크젯 기술과 관련된 분산 문제점이 일어나지 않으며; 본 발명에서는 기판 상의 다수 물질 부분 상으로의 동시적인 증착이 가능하며; 본 발명에서는 공급원(106)의 정확한 배치 없이 정확한 증착을 수행할 수 있으며; 본 발명에서는 기판상의 각 위치상에 증착된 물질량을 정확하게 조절할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 증착 방법은 사진석판 기술시에, 발생할 수 있는 비양립성 문제 없이 소규모의 국소 영역에 소량 물질을 증착시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기 전기발광 물질이 산소, 습기, 및 사진석판술에 사용되는 용매와 상호작용할 수 있다. 본 발명의 방법은 이러한 비양립성을 피하기 위해 증착되는 특정 물질과 양립가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 전극상으로의 직접적인 증착에 한정되지 않는다. 예를 들어, 물질은 전극 바로 위의 박층 상에 증착될 수 있다.
본 발명이 상기에서, 제 1 극성으로 하전된 물질 부분(112), 및 제 1 극성과 반대되는 제 2 극성으로 하전된 제 1의 선택된 전극(114)과 관련하여 기술되었지만, 대안적으로, 제 1의 선택된 전극(114)은 하전되지 않은 채로 남아있을 수 있으며, 그 밖의 모든 다른 전극은 하전된 물질 부분(112)과 동일한 극성을 갖는 전위로 하전될 수 있다. 하전된 물질 부분(112)은, 가장 낮은 전위, 이 경우에는 제 1의 선택된 전극(114) 쪽으로 이동할 수 있다.
본 발명을 특정 구체예를 참조로 도시하고 기술하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 청구의 범위의 범주, 및 이와 등가 범위내에서 다양한 변형예가 구체적으로 존재할 수 있다.

Claims (10)

  1. 디스플레이 구조 상에 디스플레이 물질을 증착시키는 방법에 있어서,
    (a) 다수의 개별 전극을 갖는 제 1 기판을 제공하고, 제 1 기판 상에 제 2 기판을 배치시키는 단계;
    (b) 제 1 극성으로 하전된 다수의 물질 부분을 형성하는 단계; 및
    (c) 디스플레이 물질의 다수 부분을 제 1의 선택된 전극과 전기적으로 접촉하도록 직접적으로 상기 제 1의 선택된 전극 상에 선택적으로 증착시키기 위해, 다수의 액체 소적을 다수 개별 전극 중의 제 1의 선택된 전극쪽으로 선택적으로 유인하는 단계를 포함하고,
    상기 (c)단계는, 각각이 상기 제 1의 선택된 전극에 인접한 제 2 기판의 개별 부분 상에 다수의 액체 소적을 증착시키는 단계; 및
    제 1 기판으로부터 제 2 기판을 제거하는 단계로서, 다수의 액체 소적이 제 2 기판의 개별 부분에 부착되어 유지되는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 증착 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 단계 (c)가, 제 1의 선택된 전극을 제 1 극성과 반대되는 제 2 극성으로 하전시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 단계 (c)가, 상기 다수의 개별 전극 중 선택되지 않은 나머지 전극을 제 1 극성으로 하전시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 증착 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 액체 소적 각각이 용매를 포함하며, 단계 (c)가, 상기 용매의 증발 이전에 상기 다수의 액체 소적을 상기 제 1의 선택된 전극 상에 선택적으로 증착시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 증착 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 단계 (c)가,
    소정량의 디스플레이 물질을 제 1의 선택된 전극상에 선택적으로 증착시키는 단계;
    제 1 극성으로 하전된 다수의 액체 소적과 결합되는 전하량을 측정하는 단계; 및
    측정된 전하량에 따라서 (1) 다수 전극중의 제 1의 선택된 전극을 하전시키는 것과, (2) 제 1 극성으로 하전된 다수의 액체 소적의 형성율 중 하나 이상을 선택적으로 조절하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 증착 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 단계 (b)가, 제 1 극성으로 하전된 디스플레이 물질 부분을 포함하는 다수의 액체 소적을 형성하는 것을 포함하며,
    (d) 제 1 극성으로 하전된 추가적인 다수의 디스플레이 물질 부분을 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 추가적인 다수의 디스플레이 물질 부분을 제 2의 선택된 전극으로 선택적으로 유인하기 위해, 다수 전극 중의 제 2의 선택된 전극을 제 2 극성으로 하전시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 증착 방법.
  8. (a) 다수의 개별 전극을 갖는 제 1 기판을 제공하는 단계;
    (b1) 홀 이송 물질 및 제 1 용매를 포함하는 제 1 용액과, 방출 물질 및 제 2 용매를 포함하는 제 2 용액을 형성하는 단계;
    (b2) 제 1 극성으로 하전되고, 제 1 및 제 2 용액을 포함하는 다수의 액체 소적을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 홀 이송 물질 및 상기 방출 물질을 포함하는 다수의 액체 소적을 다수 개별 전극 중의 제 1의 선택된 전극 쪽으로 선택적으로 유인하고, 다수의 액체 소적을 제 1의 선택된 전극 상에 증착시키는 단계로서, 제 1의 선택된 전극 중 하나 상에 증착된 소적이 유착되고, 제 1의 선택된 전극 중 하나 상의 소적 내 홀 이송 물질 및 방출 물질이 제 1 및 제 2 용매의 증발 이전에 분리되어, 제 1의 선택된 전극 중 하나 상에 홀 이송 물질층 및 방출 물질층을 형성하는 단계를 포함하는 증착 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 단계 (b1)이, 홀 이송 물질 및 제 1 용매를 포함하는 제 1 용액과, 유기 전기발광 물질 및 제 2 용매를 포함하는 제 2 용액을 형성하는 단계를 포함하며, 단계 (c)에서, 제 1의 선택된 전극 중 하나 상의 소적 내 홀 이송 물질 및 유기 전기발광 물질이 제 1 및 제 2 용매의 증발 이전에 분리되어, 제 1의 선택된 전극 중 하나 상에 홀 이송 물질층 및 유기 전기발광 물질층을 형성하는 것을 포함함을 특징으로 하는 증착 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 습기, 열, 용매 증기 및 압력중 하나 이상을 제 1의 선택된 전극과 이러한 제 1의 선택된 전극상에 증착된 물질에 적용시키는 것을 포함하는 증착후 처리를 수행하여, 제 1의 선택된 전극상으로의 물질 부착을 개선시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
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