KR100908169B1 - 다채널 선형 레이저광 빔을 이용한 열전달에 의한ｏｌｅｄ 디바이스의 제조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은,
전달가능한 유기 물질을 갖는 도너 소자를 OLED 기판과의 전달 관계로 제공하는 단계;
실질적으로 균일한 선형 레이저광 빔 형성하는 단계;
상기 선형 레이저광 빔에 반응하고 다채널 선형 레이저광 빔을 형성하도록 된 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 제공하는 단계;
선택된 채널을 개별적으로 변조시켜, 각각의 세그먼트(segment)가 1개 이상의 레이저광 빔 채널을 포함할 수 있고, 레이저광 빔 세그먼트(들)가 제 1 방향으로 실질적인 사각형 강도 프로파일과 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 실질적인 가우스 강도(Gaussian intensity) 프로파일을 가지며 도너 소자 상으로 향하는 1개 이상의 레이저광 빔 세그먼트를 형성하는 단계; 및
변조된 세그먼트로부터의 광에 반응하여 도너 소자가 열을 생성시켜 유기 물질을 기판의 선택된 영역상으로 열 전달하는 단계를 포함하는 OLED 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.

Description

다채널 선형 레이저광 빔을 이용한 열전달에 의한 ＯＬＥＤ 디바이스의 제조{USING A MULTICHANNEL LINEAR LASER LIGHT BEAM IN MAKING OLED DEVICES BY THERMAL TRANSFER}
도 1은 본 발명에 사용하는데 적합한 레이저 프린트헤드(printhead)(종래기술)의 분해 조립도이다.
도 2a는 균일한 레이저광 빔의 횡단면도 및 그의 2차원 강도 프로파일(profile)이다.
도 2b는 공간적으로 변조 또는 분절화된 균일한 레이저광 빔의 횡단면도 및 그의 2차원 강도 프로파일이다.
도 3은 본 발명에 사용하는데 적합한 도너 소자의 횡단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따라 변조된 다채널 선형 레이저광 빔으로 고정된 기판/도너 소자 조합체를 조사하는 프린터의 횡단면도이다.
도 4b는 본 발명에 따라 변조된 다채널 선형 레이저광 빔으로 고정된 기판/도너 소자 조합체를 조사하는 공정에 대한 더욱 상세한 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 프린트헤드 장비와 마이크로포지셔닝(micropositioning) 디바이스의 제 1 실시양태를 도시하는 상면도 이다.
도 6은 장비 제어 논리의 블록 다이어그램이다.
도 7a는 도너 소자를 일정 패턴으로 조사하는 레이저 프린트헤드의 상면도이다.
도 7b는 도너 소자를 일정 패턴으로 조사하는 레이저 프린트헤드의 상면도이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 패턴화 기판의 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 단계들을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 10은, 도너로부터의 유기 물질을 전달하여 OLED 디바이스내에 층을 형성하는 동안, 고정된 기판/도너 소자 조합체에서 도너 소자 및 기판을 함께 받치기 위한, 장비를 사용하는 본 발명의 용도를 도시하는 횡단면도이다.
도 11a는 본 발명에 따른 다중 레이저 프린트헤드 장치 및 마이크로포지셔닝 디바이스의 또다른 실시양태를 도시하는 횡단면도이다.
도 11b는 본 발명에 따른 다중 레이저 프린트헤드 장치 및 마이크로포지셔닝 디바이스의 또다른 실시양태를 도시하는 횡단면도이다.
상기 도면들은, 층 두께와 같은 디바이스 구성 치수가 종종 마이크로미터 이하의 범위이기 때문에, 치수 정확성보다는 시각적 편의성을 위해 축척화되어 있다.
본 발명은 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 디바이스의 제조에 사용하기 위해, 유기 물질을 기판 상에 침착시키는 방법에 관한 것이다.
적색, 녹색, 및 청색 컬러 화소(통상적으로 RGB 화소로 지칭됨)와 같은 색 화소의 배열을 갖는 컬러 또는 풀-컬러(full-color) 유기 전기발광(EL) 디스플레이에서, 상기 RGB 화소를 제조하기 위해서는 컬러-생성 유기 EL 매질의 정밀한 패턴화가 요구된다. 기초 유기 EL 디바이스는 통상적으로 애노드, 캐쏘드, 및 애노드와 캐쏘드 사이에 위치하는 유기 EL 매체를 갖는다. 유기 EL 매체는 한층이 발광 또는 전기발광을 주로 담당하는 하나 이상의 유기 박막층으로 이루어질 수 있다. 이 특정 층은 일반적으로 유기 EL 매체의 발광층으로 지칭된다. 유기 EL 매체에 존재하는 다른 유기 층들은 주로 전자 수송 기능, 예컨대 정공 수송층 또는 전자 수송층을 제공할 수 있다. RGB 화소를 형성시킬 경우, 풀-컬러 유기 EL 디스플레이 패널내에 유기 EL 매체의 발광층 또는 전체 유기 EL 매체를 정밀하게 패턴화하는 방법이 필요하다.
전형적으로, 전기발광 화소는 섀도 마스킹법(shadow masking technique)에 의해 디스플레이 상에 형성되며, 예컨대 미국 특허 제 5,742,129 호에 제시되어 있다. 비록 이 방법이 효과적이기는 하였으나, 이는 수개의 결점을 갖고 있다. 즉, 섀도 마스킹법을 사용하여 고해상도의 화소 크기를 달성하기가 어려웠다. 또한, 기판과 섀도 마스크 사이의 얼라인먼트(alignment) 상의 문제점이 있고, 화소를 적절한 위치에 형성하는데 신중를 기해야만 한다. 기판 크기를 확대시키고자 할 경우, 섀도 마스크를 조종하여 적절하게 배치된 화소를 형성하기 어렵다. 새도-마스킹법의 추가의 단점으로는 시간이 지남에 따라 마스크 정공이 막힐 수 있다는 데 있다. 마스크 상의 막힌 정공은 EL 디스플레이 상에서 화소가 기능하지 못하여 원하지 않는 결과를 초래할 수 있다.
섀도 마스킹법에서는 추가의 문제점들이 존재하는데, 이들은 측면에서 수 인치 이상의 치수를 갖는 EL 디바이스의 제조시 특히 명백해진다. EL 디바이스를 정교하게 형성하기 위해 정밀성이 요구되는 더욱 큰 섀도 마스크를 제조하는 것이 매우 어렵다.
고해상도의 유기 EL 디스플레이의 패턴화 방법은 플레밍(Fleming) 등에 의해 통상 양도된 미국 특허 제 5,851,709 호에 개시되어 있다. 이 방법은 다음의 단계: 1) 마주하는 제 1 면과 제 2 면을 갖는 도너 기판을 제공하는 단계; 2) 상기 기판의 제 1 면 위에 광전송 절연층을 형성하는 단계; 3) 상기 절연층 위에 광흡수층을 형성하는 단계; 4) 제 2 면으로부터 절연층까지 연장되는 개구부(openning)의 배열을 기판에 제공하는 단계; 5) 상기 광흡수층 상에 형성된 전달가능한 색-형성 유기 도너층을 제공하는 단계; 6) 디바이스 상의 기판의 개구부와 상응하는 컬러 화소의 배향 관계로, 도너 기판을 디스플레이 기판과 정밀하게 정렬시키는 단계; 및 7) 개구부 위의 광흡수층에서 충분한 열을 생성시켜 도너 기판 상의 유기층이 디스플레이 기판으로 전달되도록 방사선 공급원을 사용하는 단계로 이루어진다. 플레밍 등의 접근에 따른 문제점은 도너 기판 상에서 개구부 배열 패턴화가 요구된다는 점이다. 이는, 도너 기판과 디스플레이 기판 사이에 정밀한 기계적 얼라인먼트가 요구되는 등과 같은, 섀도-마스킹법에서와 동일한 많은 문제점을 초래한다. 추가의 문제점은 도너 패턴이 고정되어 쉽게 변할 수 없다는 것이다.
비패턴화 도너 시이트(sheet) 및 레이저와 같은 정밀 광원을 사용하는 것은 패턴화 도너에서 나타나는 일부 어려운 점을 제거할 수 있다. 이러한 방법은 리트만(Littman)에 의해 통상 양도된 미국 특허 제 5,688,551 호 및 오크(Wolk) 등에 의한 일련의 특허(미국 특허 제 6,114,088 호, 제 6,140,009 호, 제 6,214,520 호 및 제 6,221,553 호)에 개시되어 있다. 후자의 특허들은 선택된 도너부를 레이저광으로 가열함으로써, 부착시 변화에 의해 EL 디바이스의 발광층을 도너 시이트로부터 기판까지 전달할 수 있는 방법을 교시하고 있다. 이것이 유용한 기법이지만, EL 디바이스의 대량 생산에 이를 적용하는데는 심각한 어려움이 있다. 합당한 시간(수 분)에 3개의 색으로 수천개 또는 심지어 수백만개의 화소를 포함하는 EL 디바이스를 제조하기 위해서는 2차원으로 매우 빠르게 움직이는 레이저빔을 필요로 할 것이다. 이는 얼라인먼트 문제를 증가시키고, 또한 빠르게 움직이는 기계의 진동에 의해 잘못된 얼라인먼트를 초래할 가능성을 증가시킨다. 추가의 단점은, 빠르게 움직이는 레이저빔이 각각의 전달되는 지점(spot)에서 매우 짧은 체류(dwell) 시간을 필요로 하며, 이는 매우 고성능의 레이저를 추가로 필요로 하게 된다는 것이다.
짧은 체류 시간과 고성능의 조합은 도너 물질의 불균일한 스파터링(spattering) 및 상호교환의 문제점을 야기할 수 있고 증발 또는 승화 과정으로 생기게 되는 물질의 균일한 전달을 허용하지 않는 것으로 밝혀졌다. 또한, 이러한 공정은 도너 물질의 불균일한 가열을 통한 도너 물질의 불균일한 전달을 야기하는데, 이는 레이저의 회전-대칭성 가우스(Gaussian) 분포, 즉 레이저 중심이 더욱 높은 강도를 가져서 레이저빔의 가장자리보다 더 많은 물질을 전달할 수 있는 것에 기인한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 도너 상의 짧은 레이저 체류 시간으로 인한 문제점을 해소하면서, 도너를 신속하게 전달함으로써 EL 디바이스 상에 층을 형성시키는 방법을 제공하는데 있다.
이 목적은 하기 단계를 포함하는, OLED 디바이스의 제조시 유기층을 기판상에 침착시키는 방법에 의해 달성된다:
(a) 전달가능한 유기 물질을 갖는 도너 소자를 OLED 기판과의 전달 관계로 제공하는 단계;
(b) 실질적으로 균일한 선형 레이저광 빔을 형성하는 단계;
(c) 상기 선형 레이저광 빔에 반응하고 다채널 선형 레이저광 빔을 형성하도록 된 공간 광 변조기를 제공하는 단계;
(d) 선택된 채널을 개별적으로 변조시켜, 각각의 세그먼트가 1개 이상의 레이저광 빔 채널을 포함할 수 있고, 레이저광 빔 세그먼트(들)가 제 1 방향으로 실질적인 사각형 강도 프로파일과 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 실질적인 가우스 강도 프로파일을 가지며 도너 소자 상으로 향하는 1개 이상의 레이저광 빔 세그먼트를 형성하는 단계; 및
(e) 변조된 세그먼트로부터의 광에 반응하여 도너 소자가 열을 생성시켜 유기 물질을 기판의 선택된 영역상으로 열 전달하는 단계.
이 방법의 이점은 전기발광 패널을 우수한 품질로 신속하게 생산할 수 있다는 데 있다. 체류 시간을 감소시키지 않고서 전체 도너 전달 시간을 감소시키며, 이로 인해 증발 또는 승화 상황에서 물질 전달을 유지시키고, 상기 도너 물질 전달에 있어 스파터링이 크게 감소 또는 제거된다. 이 방법의 추가의 이점은, 레이저광 빔 세그먼트의 한 방향으로의 실질적으로 균일한(즉, 비가우스(non-Gaussian)) 강도 프로파일은, 화소 폭을 가로질러 침착된 층에서 더욱 우수한 균일성을 유지시킨다는 것이다. 추가의 이점은 섀도 마스크에 대한 필요성 및 그의 사용상 내재하는 모든 문제점들이 제거된다는데 있다. 이 방법의 추가의 이점은 큰 EL 패널 상에 대한 EL 지점의 정밀성을 유지할 수 있다는 것인데, 이는 통용되는 방법에서는 어렵거나 불가능하다. 추가의 이점은, 상기 방법에서 상이한 크기의 섀도 마스크가 조립되는 것을 기다릴 필요 없이, 임의의 크기의 EL 패널 및/또는 상이한 화소 크기를 신속하고 쉽게 변화시킬 수 있다는 것이다. 추가의 이점은, 이 방법은 섀도 마스킹법으로는 만들기 어렵거나 불가능한 매우 작은 방출 화소(5 내지 10 마이크로미터)를 프린트하는데 사용될 수 있다는 것이다.
용어 "디스플레이" 또는 "디스플레이 패널"은 비디오 영상 또는 문자를 전자적으로 디스플레이할 수 있는 스크린을 지칭하는데 사용된다. 용어 "화소"는 당해 분야-인식된 취급법에서 다른 영역과는 독립적으로 발광하도록 자극될 수 있는 디스플레이 패널 영역을 지칭하는데 사용된다. 용어 "OLED 디바이스"는 유기 발광 다이오드를 화소로서 함유하는 디스플레이 디바이스의 당해 분야-인식된 의미로 사용된다. 컬러 OLED 디바이스는 전형적으로 2색 이상의 컬러로 발광한다. 용어 "다색"은 상이한 영역에서 상이한 색상(hue)으로 발광할 수 있는 디스플레이 패널을 기술하는데 사용된다. 구체적으로, 상이한 색의 영상을 디스플레이할 수 있는 디스플레이 패널을 기술하는데 사용된다. 이들 영역들이 연속할 필요는 없다. 용어 "풀-컬러"는 가시스펙트럼의 적색, 녹색 및 청색 영역에서 방출할 수 있고 임의의 색상 조합으로 영상을 디스플레이할 수 있는 다색 디스플레이 패널을 기술하는데 사용된다. 적색, 녹색 및 청색 컬러는 삼원색을 구성하며, 이들 삼원색을 적절하게 혼합함으로써 대부분의 다른 색들이 생성될 수 있다. 용어 "색상"은 가시스펙트럼내에서 발광의 강도 프로파일을 지칭하며, 상이한 색상은 시각적으로 인지가능한 색의 차이를 나타낸다. 화소 또는 하위-화소(subpixel)는 일반적으로 디스플레이 패널에서 최소 어드레스(addressable) 유닛을 지칭하는데 사용된다. 단색 디스플레이에서는 화소 또는 하위-화소 사이의 구별이 없다. 용어 "하위-화소"는 흔히 다색 디스플레이 패널에서 사용되며, 특정 색을 방출하기 위해 독립적으로 어드레스할 수 있는 임의의 화소부를 지칭하는데 사용된다. 예를 들면, 청색 하위-화소 는 청색 광을 방출하기 위해 어드레스할 수 있는 화소부이다. 풀-컬러 디스플레이에서, 화소는 일반적으로 삼원색 하위-화소, 즉 청색, 녹색 및 적색을 포함한다. 본 명세서에서, 용어 "화소"는 "하위-화소"와 상호교환하여 사용되는 것이 가능할 것이다. 용어 "피치(pitch)"는 디스플레이 패널에서 2개의 화소 또는 하위-화소 사이의 떨어진 거리를 지칭하는데 사용된다. 따라서, 하위-화소 피치는 2개의 하위-화소 사이의 간격을 의미한다.
도 1을 참고하면, 본 발명에서 사용하기에 적합한 레이저 프린트헤드(10)의 분해 조립도를 도시하고 있다. 이러한 레이저 프린트헤드는 라마누잔(Ramanujan) 및 쿠르츠(Kurtz)에 의해 통상 양도된 미국 특허 제 6,169,565 호에 기술되어 있으며, 그의 내용은 참고로 인용되고 있다. 레이저 프린트헤드(10)는 레이저 다이오드 어레이(array)(11)인 레이저원; 조사 광학부(20); 다수의 변조기 화소(41)를 포함하는 (이 실시양태에서, 전내부 반사 변조기(total internal reflection modulator) 또는 TIR 변조기 배열인) 공간 광 변조기(40); 및 프린트 렌즈(80)를 포함한다. 본원의 발명에 적합한 레이저 프린트헤드(10)의 제작 특징은, 1) 조사 광학부(20)가 레이저광(13)을 실질적으로 균일한 선형 광선으로 전환시키고; 2) 공간 광 변조기(40)가 균일한 선형 광선을 다채널 선형 레이저빔으로, 즉 속성이 더욱 정교해진 광 세그먼트를 형성하는데 사용될 수 있는 2개 이상의 채널을 포함하는 빔으로 형성시키는데 있다. 공간 광 변조기의 예는 너트(Nutt) 등에 의해 통상 양도된 미국 특허 제 6,211,997 호에 기술되어 있으며, 그의 내용은 참고로 인용되고 있다. 이는, 각각의 화소가 다채널 선형 레이저광 빔내 각각의 채널을 개별적 으로 제어하고, 이로 인해 해당 영역에 일정한 패턴을 조사할 수 있는 독립적 상 격자(phase grating)이도록 하기 위한, 다수의 독립적 어드레스 화소를 포함한다.
레이저 프린트헤드(10)에서는 레이저원이 다중 레이저-다이오드 멀티모드 이미터(laser-diode multi-mode emitter)(12)를 포함하는 레이저 다이오드 어레이(11)인 배치로 제시된다. 조사 광학부(20)는 레이저 다이오드 어레이(11)로부터의 빛을 실질적으로 균일한 선형 레이저광 빔으로 광학적으로 조합한다. 이는 라마누잔 및 쿠르츠에 의해 기술된 바와 같이 바람직한 배치이며, 조사 광학부(20)에 의해 전 폭의 균일한 선형 광선을 포함하도록 설계된 다중 레이저 이미터가 풍부한 공급원을 제공하고, 따라서 임의의 개별적 레이저-다이오드 멀티모드 이미터(12)의 고장에 대한 시스템의 민감성을 감소시키기 때문이다. 그러나, 본원의 발명을 위해, 레이저 프린트헤드(10)의 다른 배치는 레이저 광원과 같은 (제시되지 않은) 단일 레이저 이미터를 포함할 수 있다.
또한, 레이저 프린트헤드(10)는 섬유 렌즈(21), 레이저 렌즈렛(lenslet) 어레이(24), 결합기 시야 렌즈(combiner field lens)(25), 십자 어레이 렌즈(27), 시야 렌즈(28), 전극(43), 프린트 렌즈 소자(81,82,83), 및 푸리에(Fourier) 평면(85)에서의 슬릿(91)을 포함할 수 있는 공간 필터(90)를 포함한다. 레이저 배열은 도너(105)를 갖을 수 있는 영상 평면(100)에서 영상화된다. 이들 모든 소자는 라마누잔 및 쿠르츠에 의해 기술되었다.
도 2a는 레이저 프린트헤드(10)에 의해 생산되나 공간 광 변조기(40)에 의해서는 변조되지 않은 균일한 선형 레이저광 빔(30)의 횡단면도를 도시한다. 균일한 선형 레이저광 빔(30)은 실질적으로 균일하며, 이는 제 1 방향(32)으로의 거리에서 균일한 선형 레이저광 빔(30)의 강도가 ±50 % 이상, 바람직하게는 ±10 % 이상으로 변하지 않는다는 것을 의미한다. 제 1 방향(32)에 직각인 제 2 방향(34)으로의 거리에서 균일한 선형 레이저광 빔(30)의 강도는 실질적인 가우스 방식으로 변한다. 즉, 광도는 광도 프로파일(38)에 의해 도시되는 바와 같이 통계적으로 통상의 분포와 아주 닮은 방식으로 분포된다. 또한, 도 2a는 선형 레이저광 빔(30)의 다채널 속성을 도시하는데, 이는 균일한 선형 레이저광 빔(30)이 변조기 화소(41)에 의해 개별적으로 변조될 수 있고 그리하여 또한 다채널 선형 레이저광 빔으로서 공지되는 2개 이상의 오픈 채널(open channel)(35)을 포함하는 것을 의미한다.
도 2b는 레이저 프린트헤드(10)의 공간 광 변조기(40)에 의해 1개 이상의 광세그먼트로 변조 또는 분절화된 균일한 선형 레이저광 빔(30)의 횡단면도를 도시한다. 이는 갭(39a 및 39b)에 의해 분리된 균일한 선형 광선 세그먼트(30a, 30b, 및 30c)를 개략적으로 도시한다. 각각의 선형 광선 세그먼트는 각각의 레이저광 빔 채널이 공간 광 변조기(40)내의 개별 변조기 화소(41)로부터 유도되는 1개 이상의 광 채널을 포함한다. 빛을 통과하게 하는 채널들은 오픈 채널(35)과 같이 제시된다. 광 세그먼트 사이의 갭(39a 및 39b)은 1개 이상의 클로즈드 채널(closed channel)(37)을 포함한다. 오픈 채널(35)이 레이저광을 통과시킬 수 있게 변조되는 반면, 클로즈드 채널(37)은 레이저광이 통과하지 못하도록 변조된 변조기 화소(41)를 대표한다.
이러한 변조의 결과로 선형 레이저광 빔(30)이 광도 프로파일(36)에 의해 대 표된 바와 같이, 제 1 방향(32)으로 실질적인 사각형 강도 분포를 갖는다. 실질적인 사각형이란 의미는 비록 당해 분야의 숙련자가 측벽이 아래방향 및 바깥방향으로 기울어져 사다리꼴 모양의 구조를 형성한다고 인식할 지라도, 상부 분포가 실질적으로 균일하고, 측벽이 직각인 것을 의미한다. 선형 레이저광 빔(30)은 광도 프로파일(38)에 의해 대표되는 바와 같이, 제 2 방향(34)으로 가우스 분포를 유지한다.
도 3은 본 발명에서 사용하기에 적합한 도너 소자(50)의 구조의 실시양태를 도시한다. 도너 지지체 소자(58)는, 소정부의 스펙트럼에서 방사선을 흡수하여 열을 생성할 수 있는 방사선-흡수 물질(60)로 균일하게 도포되고, 그 다음 유기 물질(56)로 도포된다. 유기 물질(56)은 전달가능한 유기 물질이며, 즉 이는 방사선-흡수 물질(60)에 의해 가열될 때 도너 소자(50)로부터 기판으로 전달될 수 있다. 그 다음, 도너 지지체 소자(58)는 비전달면(52)을 포함하고, 유기 물질(56)은 전달면(54)를 포함한다.
도너 지지체 소자(58)는 적어도 다음 요구사항을 충족시키는 임의의 수개의 물질로 제조될 수 있다: 도너 지지체는 충분히 유연해야 하고, 발명의 실행에 있어서 지지체의 예비도포 단계 및 감거나(roll-to-roll) 적층 시이트 수송 단계를 견딜 수 있도록 충분한 인장 강도를 가져야만 한다. 도너 지지체는, 한면에 가압하는 동시에 광-열 유도된 전달 단계 동안 및 수증기와 같은 휘발성 성분을 제거하도록 고려되어지는 임의의 예열 단계 동안 구조적 일체성을 유지할 수 있어야만 한다. 또한, 도너 지지체는 한면에 비교적 얇게 도포된 유기 도너 물질을 전달할 수 있어야 하고, 상기 도포된 지지체의 예정 저장 기간 동안 분해되지 않으면서 이 도포를 유지해야만 한다. 이들 요구사항을 충족시키는 지지체 물질은, 예컨대 금속박, 특정 플라스틱박, 및 섬유-보강된 플라스틱박을 포함한다. 적합한 지지체 물질의 선택은 공지된 공학적 접근에 따라 이루어질 수 있는 반면, 본 발명의 실행에 있어 유용한 도너 지지체로서 구성될 때는 선택된 지지체 물질의 특정 측면을 추가로 고려하는 것이 좋을 것이다. 예를 들면, 지지체는 전달가능한 유기 물질로 예비도포하기에 앞서, 다단계 세척 및 표면 제조 공정이 요구될 수 있다. 만약, 지지체 물질이 방사선-전달 물질이라면, 적합한 플래쉬 램프의 플래쉬 또는 적합한 레이저로의 레이저광을 사용할 경우에, 방사선-흡수 물질의 지지체내로의 또는 그의 표면으로의 혼입은 더욱 효과적으로 도너 지지체를 가열하고 이에 상응하게 지지체로부터 기판으로의 전달가능한 유기 도너 물질의 향상된 전달을 제공하는데 유리할 수 있다.
방사선-흡수 물질(60)은 소정부의 스펙트럼에서 방사선을 흡수하고 열을 생성할 수 있다. 방사선-흡수 물질(60)은 통상 양도된 미국 특허 제 5,578,416 호에 명기된 염료들과 같은 염료, 탄소와 같은 안료, 또는 니켈, 티타늄 등과 같은 금속일 수 있다.
통상의 OLED 디바이스는 통상적으로 다음과 같은 순서로 하기 층을 함유할 수 있다: 애노드, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 캐쏘드. 이들중 임의의 또는 이들 모두는 유기 물질(56)을 포함할 수 있으며, 결국 유기층을 형성할 수 있다. 유기 물질(56)은 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 전자 수송 물 질, 발광 물질, 호스트 물질, 또는 임의의 이들 물질의 조합물일 수 있다. 이들 물질은 아래에 기술되어 있다.
정공 주입(HI) 물질
항상 필수적인 것은 아니지만, 정공 주입층이 유기 발광 디스플레이내에 제공되는 것은 종종 유용하다. 정공 주입 물질은 후속의 유기층의 막형성 속성을 개선시키고 정공 수송층내로 정공의 주입을 촉진시키는데 기여할 수 있다. 정공 주입층에 사용하는데 적합한 물질로는, 통상 허여된 미국 특허 제 4,720,432 호에 기술된 바의 포르피린성 화합물 및 통상 허여된 미국 특허 제 6,208,075 호에 기술된 바의 플라즈마-침착된 플루오로카본 중합체가 있지만, 이에 한정되지 않는다. 유기 EL 디바이스에 유용한 것으로 보고된 다른 정공 주입 물질은 EP 0 891 121 A1 및 EP 1,029,909 A1에 기술되어 있다.
정공 수송(HT) 물질
유기 물질(56)으로서 유용한 정공 수송 물질은 방향족 3급 아민과 같은 화합물을 포함하는 것으로 잘 공지되어 있으며, 후자는 오직 탄소원자에만 결합하는 1개 이상의 3가 질소원자를 함유하는 화합물, 이들중 1개 이상은 방향족 고리의 구성원인 것으로 이해된다. 한 형태에서. 방향족 3급 아민은 모노아릴아민, 디아릴아민, 트리아릴아민 또는 중합체 아릴아민과 같은 아릴아민일 수 있다. 단량체 트리아릴아민의 예는 미국 특허 제 3,180,730 호에 클루펠(Klupfel) 등에 의해 예시되어 있다. 1개 이상의 비닐 라디칼로 치환되고/치환되거나 1개 이상의 활성 수소 함유기를 포함하는 다른 적합한 트리아릴아민은, 브랜틀레이(Brantley) 등에 의해 통상 양도된 미국 특허 제 3,567,450 호 및 제 3,658,520 호에 개시되어 있다.
방향족 3급 아민의 더욱 바람직한 종류는 통상 양도된 미국 특허 제 4,720,432 호 및 제 5,061,569 호에 기술된 바와 같은 2개 이상의 방향족 3급 아민 잔기를 포함하는 것들이다. 이러한 화합물은 하기 화학식 1의 화합물을 포함한다.
Figure 112003002497346-pat00001
상기 식에서,
Q1 및 Q2는 독립적으로 선택된 방향족 3급 아민 잔기이고,
G는 연결기이며, 그 예로는 아릴렌, 사이클로알킬렌, 또는 탄소-탄소 결합의 알킬렌기가 있다.
한 실시양태에서, 1개 이상의 Q1 또는 Q2는 폴리사이클릭 융합 고리 구조, 예컨대 나프탈렌을 함유한다. G가 아릴기일 경우, 이는 편의상 페닐렌, 비페닐렌, 또는 나프탈렌 잔기이다.
화학식 1를 만족시키고 2개의 트리아릴아민 잔기를 함유하는 유용한 종류의 트리아릴아민은 화학식 2이다:
Figure 112003002497346-pat00002
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자, 아릴기 또는 알킬기이거나, 함께 사이클로알킬기를 완성시키는 원자들이고,
R3 및 R4는 각각 독립적으로 아릴기이며, 이는 이후에 화학식 3의 디아릴-치환된 아미노기로 치환된다.
Figure 112003002497346-pat00003
상기 식에서,
R5 및 R6은 독립적으로 선택된 아릴기이다.
한 실시양태에서, 1개 이상의 R5 또는 R6은 폴리사이클릭 융합 고리 구조, 예컨대 나프탈렌을 함유한다.
또다른 종류의 방향족 3급 아민으로는 테트라아릴디아민이 있다. 바람직한 테트라아릴디아민은 화학식 3에 의해 지적된 바와 같이 아릴렌기를 통해 연결된 2개의 디아릴아미노기를 포함한다. 유용한 테트라아릴디아민은 화학식 4의 화합물을 포함한다.
Figure 112003002497346-pat00004
상기 식에서,
각각의 Are는 독립적으로 선택된 아릴렌기, 예컨대 페닐렌 또는 안트라센 잔기이고,
n은 1 내지 4의 정수이고,
Ar, R7, R8 및 R9는 독립적으로 선택된 아릴기이다.
통상의 실시양태에서, 1개 이상의 Ar, R7, R8 및 R9는 폴리사이클릭 융합 고리 구조, 예컨대 나프탈렌이다.
상기 화학식 1, 2, 3, 4의 다양한 알킬, 알킬렌, 아릴 및 아릴렌 잔기는 각각 차례로 치환될 수 있다. 전형적인 치환기는 알킬기, 알콕시기, 아릴기, 아릴옥시기 및 할로겐(예: 불소, 염소 및 브롬)을 포함한다. 다양한 알킬 및 알킬렌 잔기는 약 1 내지 6개의 탄소원자를 함유한다. 사이클로알킬 잔기는 3 내지 약 10개의 탄소원자를 함유할 수 있으나, 통상적으로 5, 6 또는 7개의 고리 탄소원자를 함유하며, 그 예로는 사이클로펜틸, 사이클로헥실 및 사이클로헵틸 고리 구조가 있다. 아릴 및 아릴렌 잔기는 통상적으로 페닐 또는 페닐렌 잔기이다.
정공 수송층은 방향족 3급 아민 화합물 단독으로 또는 그의 혼합물로 형성될 수 있다. 특히, 트리아릴아민, 예컨대 화학식 2를 만족시키는 트리아릴아민이 화 학식 4에 의해 지적된 바와 같은 테트라아릴디아민과 조합하여 사용할 수 있다. 트리아릴아민이 테트라아릴아민과 조합하여 사용될 때, 후자는 트리아릴아민과 전자 주입층 및 수송층 사이에 삽입된 층으로서 위치한다. 유용한 방향족 3급 아민의 예는 하기와 같다:
1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)사이클로헥산
1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)-4-페닐사이클로헥산
4,4'-비스(디페닐아미노)쿼드리페닐
비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)-페닐메탄
N,N,N-트리(p-톨릴)아민
4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[4(디-p-톨릴아미노)-스티릴]스틸벤
N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4-4'-디아미노비페닐
N,N,N',N'-테트라페닐-4-4'-디아미노비페닐
N-페닐카바졸
폴리(N-비닐카바졸), 및
N,N'-디-1-나프탈레닐-N,N'-디페닐-4,4'-디아미노비페닐.
4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐
4,4"-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]p-터페닐
4,4'-비스[N-(2-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(3-아세나프테닐)-N-페닐아미노]비페닐
1,5-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]나프탈렌
4,4'-비스[N-(9-안트릴)-N-페닐아미노]비페닐
4,4"-비스[N-(1-안트릴)-N-페닐아미노]-p-터페닐
4,4'-비스[N-(2-페난트릴)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(8-플루오란테닐)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(2-피레닐)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(2-나프타세닐)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(2-페릴레닐)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(1-코로네닐)-N-페닐아미노]비페닐
2,6-비스(디-p-톨릴아미노)나프탈렌
2,6-비스[디-(1-나프틸)아미노]나프탈렌
2,6-비스[N-(1-나프틸)-N-(2-나프틸)아미노]나프탈렌
N,N,N',N'-테트라(2-나프틸)-4,4"-디아미노-p-터페닐
4,4-비스{N-페닐-N-[4-(1-나프틸)-페닐]아미노}비페닐
4,4'-비스[N-페닐-N-(2-피레닐)아미노]비페닐
2,6-비스[N,N-디(2-나프틸)아민]플루오렌
1,5-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]나프탈렌
또다른 종류의 유용한 정공 수송 물질로는 통상 양도된 EP 1 009 041에 기술된 바와 같은 폴리사이클릭 방향족 화합물을 포함한다. 또한, 중량체 정공 수송 물질은, 예컨대 폴리(N-비닐카바졸)(PVK), 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 공중합체, 예컨대 PEDOP/PSS로 지칭되는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스 티렌설포네이트)가 사용될 수 있다.
발광 물질
유기 물질(56)로서 유용한 발광 물질이 잘 공지되어 있다. 통상 허여된 미국 특허 제 4,769,292 호 및 제 5,935,721 호에 더욱 충분하게 기술된 바와 같이, 유기 EL 소자의 발광층(LEL)은 그 영역에서 전자-정공 쌍 재조합의 결과로서 전기발광이 생성되는 발광 또는 형광 물질을 함유한다. 발광층은 단일 물질로 구성될 수 있으나, 더욱 통상적으로는 게스트 화합물로 또는 도판트로부터 주로 발광되어 임의의 색으로 이루어질 수 있는 화합물로 도핑된 호스트 물질로 구성된다. 발광층에서의 호스트 물질은, 하기 전자 수송 물질, 상기 정공 수송 물질, 또는 정공-전자 재조합을 지지하는 또다른 물질일 수 있다. 도판트는 통상적으로 고도의 형광 염료로부터 선택되나, 인광 화합물, 예컨대 WO 98/55561, WO 00/18851, WO 00/57676, 및 WO 00/70655에 기술된 전이금속 착체가 또한 유용하다. 도판트는 통상적으로 0.01 내지 10 중량% 로서 호스트 물질 내로 도포된다.
염료를 도판트로서 선택하는데 중요한 관련성은 분자의 가장 높은 에너지의 오비탈과 가장 낮은 에너지의 오비탈 사이의 에너지 차이로 정의되는 밴드갭 포텐셜(bandgap potential)을 비교하는 데 있다. 호스트로부터 도판트 분자로의 효율적인 에너지 전달을 위한 필수적인 조건은 도판트의 밴드갭을 호스트 물질의 것보다 작게하는 것이다.
사용하도록 공지된 호스트 및 방출 분자는, 통상 양도된 미국 특허 제 4,769,292 호, 5,141,671 호, 5,150,006 호, 제 5,151,629 호, 5,294,870 호, 제 5,405,709 호, 제 5,484,922 호, 제 5,593,788 호, 제 5,645,948 호, 제 5,683,823 호, 제 5,755,999호, 제 5,928,802 호, 5,935,720 호, 제 5,935,721 호 및 제 6,020,078 호에 개시된 것들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
8-하이드록시퀴놀린 및 유사한 유도체(화학식 5)의 금속 착체는 전기발광을 지지할 수 있는 유용한 호스트 화합물의 한 종류로 구성되고, 500 ㎚ 보다 긴 파장, 예컨대 녹색, 황색, 주황색, 및 적색 발광에 특히 적합하다.
Figure 112003002497346-pat00005
상기 식에서,
M은 금속이고;
n은 1 내지 3의 정수이고;
Z는 각각의 경우 독립적으로 2개 이상의 융합 방향족 고리를 갖는 핵을 완성하는 원자이다.
앞서 언급한 것으로부터, 금속이 1가, 2가 또는 3가일 수 있는 것은 명백하다. 상기 금속은, 예를 들면 알칼리 금속, 예컨대 리튬, 나트륨 또는 칼륨; 알칼리 토금속, 예컨대 마그네슘 또는 칼슘; 또는 토금속, 예컨대 붕소 또는 알루미늄일 수 있다. 통상적으로, 유용한 킬레이트 금속으로 공지된 임의의 1가, 2가 또는 3가 금속이 사용될 수 있다.
Z는, 적어도 1개가 아졸 또는 아진 고리인, 2개 이상의 융합 방향족 고리를 함유하는 헤테로사이클릭 핵을 완성시킨다. 지방족 및 방향족 고리 모두를 포함하는 추가의 고리들은, 필요하다면, 2개의 필수 고리와 융합될 수 있다. 기능을 향상시키지 않으면서 분자량이 커지는 것을 피하기 위해서, 고리 원자의 수는 통상적으로 18 이하로 유지된다.
유용한 킬레이트 옥시노이드 화합물의 예는 아래와 같다:
CO-1: 알루미늄 트리스옥신 [알리아스, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)]
CO-2: 마그네슘 비스옥신 [알리아스, 비스(8-퀴놀리놀라토)마스네슘(II)]
CO-3: 비스[벤조{f}-8-퀴놀리놀라토]징크(II)
CO-4: 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)-μ-옥소-비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)
CO-5: 인듐 트리스옥신 [알리아스, 트리스(8-퀴놀리놀라토)인듐]
CO-6: 알루미늄 트리스(5-메틸옥신) [알리아스, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)]
CO-7: 리튬 옥신 [알리아스, (8-퀴놀리놀라토)리튬]
9,10-디-(2-나프틸)안트라센의 유도체(화학식 6)는 전기발광을 지지할 수 있는 유용한 호스트들의 한 종류이고, 400 ㎚보다 긴 파장, 예컨대 청색, 녹색, 주황색 또는 적색 발광에 특히 적합하다.
Figure 112003002497346-pat00006
상기 식에서,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각의 고리상에서 각 치환기가 하기 군으로부터 개별적으로 선택된 1개 이상의 치환기이다:
1 군: 수소, 또는 탄소수 1 내지 24의 알킬;
2 군: 아릴 또는 탄소수 5 내지 20의 치환된 아릴;
3 군: 안트라세닐; 피레닐, 또는 퍼릴레닐의 융합 방향족 고리를 완성시키는 4 내지 24개의 탄소원자;
4 군: 푸릴, 티에닐, 피리딜, 퀴놀리닐 또는 다른 헤테로사이클릭계의 융합 헤테로방향족 고리를 완성시키는데 필요한 5 내지 24개의 탄소원자의 헤테로아릴 또는 치환된 헤테로아릴;
5 군: 탄소수 1 내지 24의 알콕실아미노, 알킬아미노 또는 아릴아미노; 및
6 군: 불소, 염소, 브롬 또는 시아노.
벤즈아졸 유도체(화학식 7)는 전기발광을 지지할 수 있는 유용한 호스트의 또다른 종류이고, 400 ㎚ 보다 긴 파장, 예컨대 청색, 녹색, 황색, 주황색 또는 적 색 발광에 특히 적합하다.
Figure 112003002497346-pat00007
상기 식에서,
n은 3 내지 8의 정수이고;
Z는 O, NR 또는 S이고; 및
R'는 수소; 탄소수 1 내지 24의 알킬, 예컨대 프로필, t-부틸, 헵틸 등; 탄소수 5 내지 20의 아릴 또는 헤테로원자 치환된 아릴, 예컨대 페닐 및 나프틸, 푸릴, 티에닐, 피리딜, 퀴놀리닐 및 다른 헤테로사이클릭계; 또는 할로, 예컨대 클로로, 플루오로; 또는 융합 방향족 고리를 완성시키는데 필요한 원자이고;
L은 알킬, 아릴, 치환된 아킬, 또는 치환된 아릴로 이루어진 연결 단위이거나, 다수 벤즈아졸과 공액상태로 또는 비공액상태로 연결된다.
유용한 벤즈아졸의 예로는 2,2',2"-(1,3,5-페닐렌)트리스[1-페닐-1H-벤즈이미다졸]이 있다.
바람직한 형광 도판트는 안트라센, 테트라센, 크산텐, 페릴렌, 누브렌, 쿠마린, 로다민, 퀴나크리돈, 디시아노메틸렌피란 화합물, 티오피란 화합물, 폴리메틴 화합물, 피릴륨 및 티아피릴륨 화합물 및 카보스티릴 화합물을 포함한다. 유용한 도판트의 예는 다음을 포함하지만 이에 한정되지 않는다:
Figure 112003002497346-pat00008
Figure 112003002497346-pat00009
Figure 112003002497346-pat00010
Figure 112003002497346-pat00011
다른 유기발광 물질은 오크 등에 의해 통상 양도된 미국 특허 제 6,194,119 B1 호 및 본원의 참조문헌에서 교지된 바와 같이, 중합체성 물질, 예컨대 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 디알콕시-폴리페닐렌비닐렌, 폴리-파라-페닐렌 유도체 및 폴리플루오렌 유도체일 수 있다.
전자 수송(ET) 물질
본 발명의 유기 EL 디바이스에 사용되는 바람직한 전자 수송 물질은, 옥신 자체의 킬레이트 화합물(또한 통상적으로 8-퀴놀리놀 또는 8-하이드록시퀴놀린으로 지칭됨)을 포함하는, 금속착화된 옥시노이드 화합물이다. 이러한 화합물들은 전자를 주입하고 수송하는 것을 도우며 모두 높은 수행 수준을 보이며, 박막의 형태로 서 쉽게 제작된다. 고려되는 옥시노이드 화합물의 예는 전술된 구조 화학식 5를 만족시키는 것들이다.
다른 전자 수송 물질은, 통상 양도된 미국 특허 제 4,356,429 호에 개시된 다양한 부타디엔 유도체, 및 통상 양도된 미국 특허 제 4,539,507 호에 기술된 헤테로사이클릭 광학 광택제(brightner)를 포함한다. 또한, 구조 화학식 7를 만족시키는 벤즈아졸은 유용한 전자 수송 물질이다.
다른 전자 수송 물질은 중합체성 물질, 예컨대 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리-파라-페닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 및 다른 전도성 중합체성 유기 물질, 예컨대 문헌 [Handbook of Conductive Molecules and Polymers, Vols 14, H.S. Nalwa, ed., John Wiley and Sons, Chichester(1997)]에 열거된 것들이다.
일부 예에서는, 단층은 발광 및 전자 수송을 지지하는 기능을 제공할 수 있고, 그리하여 발광 물질 및 전자 수송 물질을 함유할 것이다.
본 발명은 임의의 상기 물질을 후속의 단계에서 전달하는데 사용될 수 있거나 전달되어 즉시 다층을 형성하는데 사용될 수 있다는 것을 주지해야 한다. OLED 디바이스의 모든 유기층을 본 발명에 의해 침착시킬 필요는 없다. 본 발명은 발광층을 형성하는데 필요한 일부 또는 모든 물질을 본 발명에 의해 전달시 가장 유익하다. 다른 층은 통상의 방법, 예컨대 비패턴화 증착에 의해 침착될 수 있을 것이다. 습식 도포 기법, 예컨대 스핀(spin) 도포 또는 커튼(curtain) 도포가 또한 사용될 수 있으나, 본 발명에 의한 물질 전달 이전에 이들 방법을 사용하는 것이 바 람직하다.
도 4a는, 본 발명에 따라, 고정된 기판/도너 소자 조합체를 변조된 다채널 선형 레이저광 빔으로 조사하는 레이저 프린트헤드(10)의 횡단면도를 도시한다. 마이크로포지셔닝 장비는 명확하게 도시되지 않았다. 도너 소자(50)는 기판(64)과의 전달 관계로 위치하며, 즉 도너 소자(50)는 기판(64)과 접촉하여 위치하거나(제시되지 않음), 기판(64)과 제어된 분리를 유지한다. 도너 소자(50)는 가압 수단(66)에 의해 위치를 유지한다. 가압 수단(66)은, 필립스(Phillips) 등에 의해 앞서 인용된 통상 양도된 미국 특허출원 제 10/021,410 호에 교지된 바와 같이, 투명 지지체일 수 있거나, 또는 기체로 가압하여 도너 소자(50)를 도너 기판(64)과 근접한 관계로 고정시키는 챔버일 수 있다.
기판(64)은, 도너로부터 발광 물질을 수용하기 위한 표면을 제공하는, 유기 고체, 무기 고체 또는 유기 고체와 무기 고체의 조합물일 수 있다. 기판(64)은 단단하거나 유연할 수 있고, 분리된 개별 조각, 예컨대 시이트 또는 웨이퍼로서 또는 연속식 롤로서 진행될 수 있다. 전형적인 기판 물질로는 유리, 플라스틱, 금속, 세라믹, 반도체, 산화금속, 산화물 반도체, 질화물 반도체 또는 그의 조합물이 포함된다. 기판(64)은 물질의 균질 혼합물, 물질의 복합물 또는 다층의 물질일 수 있다. 기판(64)은 OLED 기판일 수 있으며, 이는 OLED 디바이스, 예컨대 능동-매트릭스 저온 폴리실리콘 TFT 기판의 제조에 통상적으로 사용되는 기판이다. 기판(64)은 의도된 발광의 방향에 따라 광투과성 또는 불투과성일 수 있다. 광투과성은 기판을 통한 EL 방출을 관찰하는데 바람직하다. 이러한 경우에 투명 유리 또는 플라스틱이 통상적으로 사용된다. EL 방출이 상부 전극을 통해 관찰되도록 적용하기 위하여, 하부 지지체의 투과 특징은 중요하지 않으므로 광투과적, 광흡수적 또는 광반사적일 수 있다. 이 경우에 사용되는 기판으로는, 유리, 플라스틱, 반도체 물질, 세라믹, 및 회로판 물질을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
레이저 프린트헤드(10)는 다채널 레이저광(13), 즉 프린트 렌즈(80)을 통한 변조된 다채널 선형 레이저광 빔을 방출한다. 다채널 레이저광(13)은 레이저광의 다수의 개별적으로 어드레스 채널로서의 그의 속성을 강조하기 위해 일련의 선으로서 명확하게 도시되어 있다. 이들 채널이 인접하여 조사시 레이저광의 연속 밴드로서 거동할 수 있음을 이해하게 될 것이다. 다채널 레이저광(13)은 투명한 가압 매체(66)를 통해 도너 소자(50) 상으로 향하고, 도너 소자(50)의 비전달 표면을 비춘다. 바람직한 패턴은 레이저 프린트헤드(10)와 고정된 기판/도너 소자(62) 사이의 상대적 운동을 제공하면서 다채널 레이저광(13)의 채널을 변조함으로써 얻을 수 있다.
도 4b는 고정된 기판/도너 소자 조합체를 본 발명에 따라 변조된 다채널 레이저광 빔으로 조사함으로써 유기 물질을 기판에 침착시키는 공정의 더욱 상세한 횡단면도를 도시한다. 이 실시양태에서, 기판(64)은 박막 트랜지스터(TFT)의 배열을 포함한다. 기판(64)의 수용 표면(76)은, 각각의 화소 또는 하위-화소의 다층 구성의 결과로서 상승된 표면부(78)에 의해 기판(64)에서 분리된 박막 트랜지스터(68)가 존재하므로 평탄하지 못하다. 이는 탕(Tang)에 의해 통상 양도된 미국 특허 제 5,937,272 호에 기술되어 있고, 그의 내용은 참고로 인용된다. 상승된 표면부(78)의 존재는 비전달 표면(52)에 대해 작용하는 압력(제시되지 않음)에 대한 갭(74)의 분리를 유지한다.
도너 소자(50)는 방사선 흡수 물질(60) 및 도너 지지체 소자(58) 상에 도포된 유기 물질(56)로 제조되었다. 방사선 흡수 물질은 염료, 예컨대 통상 양도된 미국 특허 제 5,578,416 호에 명시된 염료, 탄소와 같은 안료, 또는 니켈, 티타늄 등과 같은 금속일 수 있다. 다채널 레이저광(13)은 도 2b에서 도시된 바와 같이 레이저 프린트헤드(10)으로부터의 1개 이상의 광채널을 각각 포함하는 별개의 변조된 세그먼트를 포함한다. 다채널 레이저광(13)은 비전달 표면(52)에 조사하며, 이것이 방사선 흡수 물질(60)을 비출 때 도너 소자(50)에서 열을 생성시킨다. 이는 다채널 레이저광(13)에 인접한 유기 물질(56)을 가열시킨다. 도너 소자(50) 상에 영향을 미치는 넓은 부분의 빛은 열로 전환될 수 있으나, 이는 단지 선택적으로 조사된 도너 소자(50) 부분에서만 일어날 것이다. 유기 물질(56)의 가열된 일부 또는 모든 부분에 열전달되고(예컨대, 이는 승화, 증발 또는 제거될 수 있다), 유기 물질(69)이 기판(64)의 수용 표면(76) 상에 패턴 전달로 침착되어가는 기판(64) 상에 침착된다.
제조될 각기 상이한 색, 예컨대 적색, 녹색, 및 청색의 하위-화소에 상응하는 상이한 도너 소자(50)를 사용하여 이 공정을 반복하는 컬러 OLED 디바이스의 제조가 채택될 수 있음이 당해 분야의 숙련자에게는 명백할 것이다. 예를 들면, 제 1 도너 소자(50)는 기판(64)과 밀접한 관계로 위치하고, 그 다음 1 가지 색, 예컨대 청색의 하위-화소의 위치에서 레이저광(13)의 세그먼트로 조사된다. 제 2 및 제 3 도너 소자(50)는 기판(64)과 연속 관계로 위치하고, 레이저광(13)의 세그먼트에 의한 조사 공정은 추가 색, 예컨대 녹색 및 적색의 하위-화소의 위치에서 반복된다. 그 결과 다양한 부분이 다양한 색 화소 또는 하위-화소와 상응하는 기판(64)이 생성된다.
도 5를 참고하면, 상기 레이저 프린트헤드(10) 장치 및 본 발명에 따른 마이크로포지셔닝 디바이스의 제 1 실시양태를 도시한다. 이 장치는 기판/도너 소자 조합체를 고정시키면서 레이저 프린트헤드(10)를 움직임으로써 레이저 프린트헤드(10)와 도너 소자 사이에 상대적 운동을 제공하게 한다. 레이저 프린트헤드(10)는 마이크로포지셔닝 디바이스(112) 상에 장착된다. 이 실시예에서, 이송체(carriage)(108)는 마이크로포지셔닝 디바이스(112)의 이동부를 대표한다. 마이크로포지셔닝 디바이스(112)는 마이크로미터 단위로 레이저 프린트헤드(10)를 x-방향(114)으로 움직일 수 있고 위치시킬 수 있다. X-방향(114)은 x 방향(114) 및 y 방향(120)에 의해 정의된 평면내에서 균일한 선형 광선(30)의 방향에 대해 수직이거나 실질적으로 수직(즉, 완전 수직에 대한 허용가능한 오차)이다. 예를 들면, 일부 경우에서는 오차가 4×10-4 라디안(radian)일 수 있으나, 이는 사용된 특정 배열에 의존한다. 마이크로포지셔닝 디바이스(112)는 아노래드 코포레이션(Anorad Corporation) 및 도버 인스트루먼츠(Dover Instruments)와 같은 제조업체로부터 상업적으로 입수가능하다.
마이크로포지셔닝 디바이스(112)는 마이크로포지셔닝 디바이스(116) 및 마이 크로포지셔닝 디바이스(118)에 장착된다. 후자 둘은 마이크로포지셔닝 디바이스(112)와 유사하나, 마이크로포지셔닝 디바이스(112)에 직각인 방식으로 배열되고, 그에 의해 마이크로포지셔닝 디바이스(112)와 레이저 프린트헤드(10)의 조합체를 y 방향(120)으로 움직일 수 있고 x-y 축의 작은 각도의 얼라인먼트를 제공할 수 있다.
도 6은 도 5에서 기술된 장치를 제어하는 시스템의 한 실시양태에서의 논리의 블록 다이어그램을 도시한다. 마이크로포지셔닝 디바이스(112), 마이크로포지셔닝 디바이스(116) 및 마이크로포지셔닝 디바이스(118)를 포함하는 운동 제어 시스템(124)은, 레이저 프린트헤드(10)의 위치 및 운동을 제어하고, 차례로 출력될 패턴(70)의 파일을 포함하는 PC 워크스테이션(122)에 의해 제어된다. 레이저 프린트헤드(10)는 도너 소자(50) 및 기판(64)에 기록하며, 여기서는 명확한 예시를 위해 단일 물체로서 도시되고 있다. 기록은, 도너 소자(50)의 비전달 표면(52)에 조사하에서 도너 소자(50)의 부분을 가열하고 도너 소자(50)의 전달 표면(54)으로부터 기판(64)으로 전달시키는 것으로 본원에서 정의된다. 이는 하기 설명에서 더욱 명백해질 것이다.
움직임에 따라, 레이저 프린트헤드(10)는 도너 소자(50)와 기판(64)의 선택된 부분에 기록한다. 기록되는 부분은 기판(64)의 구조에 의해 결정되며, 예컨대 만약 기판(64)이 박막 트랜지스터(TFT)(68)의 배열을 포함한다면, TFT 애노드의 위치에 기록하나, 그 이외의 부분에는 기록하지 않는 것이 바람직할 것이다. 도 8에서 패턴(70)으로서 도시된 기판(64)의 데이터 영상은, PC 워크스테이션(122) 상에 저장된다. 운동 제어 시스템(124)은 레이저 프린트헤드(10)를 움직이게 하고, 이 데이터 영상은 데이터 경로(128)를 경유하여 시스템 보드(system board)(126)로 향한다. 시스템 보드(126)는, 레이저 프린트헤드(10)가 도너 소자(50) 및 기판(64)의 목적하는 위치에만 기록할 수 있도록, 레이저 프린트헤드(10)의 공간 광 변조기를 제어하고, 영상 데이터를 사용하여 상기 공간 광 변조기(40)를 변조시킨다. 이 과정은, 도 2b에 도시된 바와 같이 각각의 세그먼트가 1개 이상의 광채널을 포함하는 일련의 광 세그먼트를 형성할 수 있도록 균일한 선형 레이저광빔(13)을 변조시킨다. 기판(64)은 레이저 프린트헤드 운동 제어 시스템의 x,y,z 차원 공간으로 에비정렬 또는 위치시켜야만 한다. 그 후에, 레이저 프린트헤드는 기판(64)에 정밀하게 정렬된다. 이 목적을 위해, 측정 능력을 갖는 한 쌍의 전하-결합된 디바이스(charge-coupled device, CCD) 카메라(121)가 이를 위해 제시된다. 전원공급원(123)은 시스템 보드에 전원을 공급하고 시스템 보드 또는 분리된 완성체(entities)에 통합될 수 있다. 레이저 전류 공급원(127)은 레이저 프린트헤드(10)의 레이저에 전원을 공급한다. 레이저 냉각기(chiller)(129)는 레이저 프린트헤드(10)의 레이저원을 냉각시킨다. 인터로크 안전장치(safety interlock)(125)는 레이저 기기의 사용자에게 잘 공지된 보호장치를 대표한다.
도 7a를 참고하면, 이는 도너 소자(50)를 일정 패턴으로 조사하는 레이저 프린트헤드(10)의 상면도를 도시한다. 상대적 운동이, 레이저 프린트헤드(10)와 도너 소자(50)의 사이에 제공된다. 공간 광 변조기(40)는 개별적 레이저빔 채널이 독립적으로 소등 및 점등되도록 한다. 이는 도너 소자(50)의 비전달 표면 상에 소 정의 제 1 선형 경로(142) 또는 레이저 패턴(140)의 스와쓰(swath)를 생성시킨다. 선형 경로(142)는, 이들 위치에서 유기 물질이 침착되도록 도너(50)를 조사하는 것이 바람직한 일련의 소정의 제 1 위치를 포함한다. 레이저 패턴(140)은 TFT 애노드의 위치에 기록하나, 그 이외의 부분에는 기록하지 않도록 생성된다.
도 7b는 도너 소자(50)를 일정 패턴으로 조사하는 레이저 프린트헤드(10)의 상면도를 도시한다. 도 7b는 도 7a와 동일하되, 레이저 프린트헤드(10)가 도너 소자(50)와 교차하는 수개의 소정의 연속 선형 경로를 만들고, 그리하여 레이저 패턴(140)이 제 1 선형 경로(142), 제 2 선형 경로(144) 및 후속의 선형 경로들을 포함하는, 이러한 다수의 경로들을 포함하는 것은 제외된다. 각각의 선형 경로는, 이들 위치에서 유기 물질이 침착되도록 도너(50)를 조사하는 것이 바람직한 일련의 소정의 위치들, 즉 제 2 위치, 제 3 위치 등을 함유한다.
도 8은 본 발명에서 기술된 방법으로 처리된 기판(72)의 평면도를 도시한다. 소정부의 유기 물질(56)이 기판(64)에 전달된 패턴(70)으로 전달되었다. 전달된 패턴(70)은 처리된 기판(72)의 최종 용도와 일관된 방식으로 형성되었다(즉, 전달된 패턴(70)이란 기판(64) 상에 존재하는 박막 트랜지스터 애노드의 위치로 전달되어지는 OLED 발광 물질인 것이다).
도 9는 본 발명에 따른 단계들을 도시한다. 레이저 프린트헤드(10)는, 레이저 프린트헤드(10)가 기판(64)의 모서리일 수 있는 제 1 위치로부터 스캐닝(scanning)을 시작하도록 수신기의 위치에 관한 CCD 카메라 정보에 기초하여, y 방향으로 0이 되고(단계 150), x 방향으로 0이 된다(단계 152). 얼라인먼트 는 동적일 수 있거나, 영상 데이터는 변형될 수 있거나, 기판 위치는 변경될 수 있거나, 이들 기법을 조합하여 사용할 수 있다. 레이저 프린트헤드(10)가 x 방향으로 동작하고(단계 154), 기판(64)의 폭을 횡단한다. 이 횡단 중에, 선형 레이저광 빔의 채널들은 미리 제작되고 컴퓨터 파일에 저장된 영상 데이터를 사용하여 필요에 따라 변조되어 전달된 도너 물질의 화소를 생성한다(단계 156). 이 과정에서, 레이저 패턴(140)의 하나의 소정의 선형 경로 또는 스와쓰가 생성된다. 기판(64)의 말단영역(즉, OLED 디바이스의 화소 또는 하위-화소의 말단)이 x 방향으로 도달할 때, 프린트의 운동이 정지된다(단계 164). 만약, 프린터가 y 방향으로 기판(64)의 말단부에 있으면(단계 166), 상기 과정은 중단된다(단계 170). 만약 프린터가 y 방향으로 기판(64)의 말단부에 있지 않으면, 선형 레이저광 빔(13)과 고정된 기판/도너 소자(62)의 사이의 상대적 위치가 변하며, 즉 레이저 프린트헤드(10)는 하나의 밴드의 폭에 의해 y 방향으로 증분되고(단계 168), 단계 154 내지 164가 반복된다.
도 10은, 고정된 기판/도너 소자 조합체내의 도너 소자와 기판을 함께 고정시키고, 이를 도너로부터의 유기 물질의 전달 동안 유지시켜 OLED 디바이스내에 층을 형성하기 위한 장치를 사용하는 본 발명의 용도의 횡단면도를 도시한다. 장치(180)는 앞서 인용된 통상 양도된 미국 특허출원 제 10/021,410 호에 필립스 등에 의해 기술된 바 있고, 대기압 또는 진공 챔버(제시되지 않음)에 의한 감압하에서 작동될 수 있다. 이는 제 1 고정물(182) 및 제 2 고정물(184)을 포함하고, 이는 도너 소자(50)와 기판(64)의 사이에 갭이 있거나 도너 소자(50)및 기판(64)이 접촉한 상태로 도너 소자(50) 및 기판(64)을 지지한다. 기본 판(186)내의 캐스켓(gasket)(188 및 190)의 존재는, 도너 소자(50) 및 기판(64)을 둘러싸고, 챔버(194)를 형성하며, 도너 소자(50)와 기판(64) 사이의 목적하는 접촉각을 유지하도록 가압한다. 투명부(192)는 레이저 프린트헤드(10)로부터의 다채널 레이저광(13)을 통과시켜 도너 소자(50)의 비전달 표면(196)을 조사할 수 있게 한다. 레이저 프린트헤드(10) 및 장치(180)(이는, 고정된 기판/도너 소자 조합체를 받치고 있음)의 상대적 운동은, 소정의 선형 경로로 도너 소자(50)로부터 기판(64)으로의 유기 물질의 전달을 촉진시킨다. 마이크로포지셔닝 디바이스(112)에 의한 레이저 프린트헤드(10)의 운동 및 마이크로포지셔닝 디바이스(116 및 118)의 후속적 운동은 다채널 레이저광(13)(이의 소자는 영상 데이터를 사용하여 필요에 따라 변조된다)이 레이저광 패턴으로 도너 소자(50)를 비출 수 있게 하고, 따라서 OLED 침착에 영향을 미치며, 즉 주위 조건하에서, 예컨대 진공 또는 대기압하에서 목적하는 전달된 패턴(70)으로 유기 물질을 도너 소자(50)로부터 기판(64)으로 전달한다.
도 11a는 본 발명에 따른 다중 레이저 프린트헤드와 마이크로포지셔닝 디바이스의 또다른 실시양태를 도시하는 횡단면도이다. 이 장치는 제 1 레이저 프린트헤드(10) 및 제 2 레이저 프린트헤드(200)를 사용한다. 레이저 프린트헤드(10 및 200)는 마이크로포지셔닝 디바이스(112)에 장착된다. 마이크로포지셔닝 디바이스(112)는 마이크로미터 단위로 x 방향(114)으로 레이저 프린트헤드(10 및 200)를 움직이게 하고 위치시킬 수 있다. 마이크로포지셔닝 디바이스(112)는 마이 크로포지셔닝 디바이스(116) 및 마이크로포지셔닝 디바이스(118)에 장착된다. 후자 둘은 마이크로포지셔닝 디바이스(112)와 유사하나, 마이크로포지셔닝 디바이스(112)와 수직으로 배열되고, 그리하여 마이크로포지셔닝 디바이스(112)와 레이저 프린트헤드(10 및 200)의 조합체를 y 방향(12)으로 움직일 수 있게 한다. 이는 동시에 레이저 조사의 다중의 소정의 선형 경로 또는 밴드를 생성시킨다.
도 11b는 본 발명에 따른 다중 레이저 프린트헤드 및 마이크로포지셔닝 디바이스의 또다른 실시양태를 도시하는 횡단면도이다. 이 장치는 적어도 마이크로포지셔닝 디바이스(112)에 장착된 레이저 프린트 헤드(10), 및 마이크로포지셔닝 디바이스(202)에 장착된 유사한 레이저 프린트헤드(200)를 사용한다. 이 실시예에서, 이송체(108 및 204)는 마이크로포지셔닝 디바이스(112 및 202)의 운반가능한 부분을 각각 대표한다. 마이크로포지셔닝 디바이스(112)는 마이크로미터 단위로 x 방향(114)으로 레이저 프린트헤드(10)를 움직이고 위치시킬 수 있다. 마이크로포지셔닝 디바이스(202)는 마이크로미터 단위로 x 방향(114)으로 레이저 프린트헤드(200)을 움직이고 위치시킬 수 있다. 마이크로포지셔닝 디바이스(112) 및 마이크로포지셔닝 디바이스(202)는 마이크로포지셔닝 디바이스(116) 및 마이크로포지셔닝 디바이스(118)에 장착된다. 후자 둘은 마이크로포지셔닝 디바이스(112 및 202)와 유사하나, 마이크로포지셔닝 디바이스(112 및 202)에 수직으로 배열된다. 그리하여, 이들은 마이크로포지셔닝 디바이스(112)와 레이저 프린트헤드(10)의 조합체 및 마이크로포지셔닝 디바이스(202) 및 레이저 프린트헤드(200)의 조합체를 y 방향(120)으로 움직이게 한다. 이는 동시에 레이저 조사의 다중의 소정의 선형 경로 또는 밴드를 생성시킨다.
본 발명은, 본 발명에 따라 변조된 다채널을 통한 실질적으로 균일한 선형 레이저빔 광을 사용하여 전달가능한 유기 물질을 갖는 도너 소자를 OLED 기판에 침착함으로써 고해상도의 OLED 디바이스를 제조할 수 있다.

Claims (4)

  1. OLED 디바이스 제조에서 기판 상에 유기층을 침착시키는 방법으로서,
    (a) 전달가능한 유기 물질을 갖는 도너 소자를 OLED 기판과의 전달 관계로 제공하는 단계;
    (b) 균일한 선형 레이저광 빔을 형성하는 단계;
    (c) 상기 선형 레이저광 빔에 반응하고 다채널 선형 레이저광 빔을 형성하도록 된 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 제공하는 단계;
    (d) 선택된 채널을 개별적으로 변조시켜, 각각의 세그먼트(segment)가 1개 이상의 레이저광 빔 채널을 포함할 수 있고 제 1 방향으로 사각형 강도 프로파일과 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 가우스 강도(Gaussian intensity) 프로파일을 가지며 도너 소자 상으로 향하는 1개 이상의 레이저광 빔 세그먼트를 형성하는 단계; 및
    (e) 변조된 세그먼트로부터의 광에 반응하여 도너 소자가 열을 생성시켜 유기 물질을 기판의 선택된 영역상으로 열 전달하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    도너 소자를 기판에 고정시키고, 다채널 선형 레이저광 빔과 고정된 기판/도너 소자 사이에 다채널 선형 레이저광 빔에 수직인 방향으로 상대적 운동을 제공하여 소정의 제 1 선형 경로를 따라 유기 물질을 침착시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  3. 컬러 OLED 디바이스의 제조에서 기판 상에 유기층을 침착시키는 방법으로서,
    (a) 각각 상이한 유기 물질을 갖는 다수의 도너 소자를 제공하고 상기 도너 소자를 OLED 기판과 연속 관계로 위치시키는 단계;
    (b) 균일한 선형 레이저광 빔을 형성하는 단계;
    (c) 상기 선형 레이저광 빔에 반응하고 다채널 선형 레이저광 빔을 형성하도록 된 공간 광 변조기를 제공하는 단계;
    (d) 선택된 채널을 개별적으로 변조시켜, 각각의 세그먼트가 1개 이상의 레이저광 빔 채널을 포함할 수 있고 제 1 방향으로 사각형 강도 프로파일과 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 가우스 강도 프로파일을 가지며 도너 소자 상으로 향하는 1개 이상의 레이저광 빔 세그먼트를 형성하는 단계;
    (e) 변조된 세그먼트로부터의 광에 반응하여 도너 소자가 열을 생성하여 유기 물질을 기판의 선택된 영역상으로 열 전달하는 단계; 및
    (f) 상이한 도너 소자에 대해 상기 단계 (d) 및 (e)를 반복하여, 기판 상에 상이한 컬러 화소들에 대응하는 유기층들을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  4. OLED 디바이스의 제조에서 기판 상에 유기 층을 침착시키기 위한 레이저 프린터로서,
    (a) OLED 기판과의 전달 관계로 전달가능한 유기 물질을 갖는 도너 소자;
    (b) 균일한 선형 레이저광 빔을 형성시키기 위한 수단;
    (c) 선형 레이저광 빔에 반응하고 다채널 선형 레이저광 빔을 형성하도록 된 공간 광 변조기;
    (d) 선택된 채널을 개별적으로 변조시켜, 각각의 세그먼트가 1개 이상의 레이저광 빔 채널을 포함할 수 있고 제 1 방향으로 사각형 강도 프로파일과 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 가우스 강도 프로파일을 가지며 도너 소자 상으로 향하는 1개 이상의 레이저광 빔 세그먼트를 형성하기 위한 수단; 및
    (e) 변조된 세그먼트로부터의 광에 반응하여 열을 생성시켜 유기 물질을 기판의 선택된 영역상으로 열 전달하는 도너 소자를 포함하는 레이저 프린터.
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