KR102169566B1 - 유기 증기 제트 프린팅용 노즐 구성 - Google Patents

유기 증기 제트 프린팅용 노즐 구성 Download PDF

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모한 싯다르트 하리크리쉬나
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유니버셜 디스플레이 코포레이션
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Abstract

본 발명의 유기 물질 증착법은 유기 물질을 포함하는 증기를 유입구를 통해 노즐로 도입하는 것; 단면적(A1)을 갖고 노즐의 원위단에 있는 유출구로부터 증기를 배출하는 것; 및 증기 배출 후, 유기 방출 영역 또는 검출 영역의 적어도 일부를 형성하도록 기판 상에 유기 물질을 증착하는 것을 포함하고, 상기 증기는 유입구와 유출구 사이에서 유출구로부터 축방향 거리(L1)에 있는 노즐 부분을 통과하고, 상기 노즐 부분은 단면적(A2)을 갖는다.

Description

유기 증기 제트 프린팅용 노즐 구성{NOZZLE DESIGN FOR ORGANIC VAPOR JET PRINTING}
본 발명은 노즐을 통한 유기 물질의 증착에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 소자(opto-electronic device)가 여러 가지 이유로 점점 바람직해지고 있다. 그러한 광전자 소자를 제작하는 데 사용되는 많은 물질은 비교적 저렴하기 때문에, 유기 광전자 소자는 무기 소자에 비해 비용 상의 이점에 대한 가능성을 갖는다. 추가로, 가요성과 같은 유기 물질의 고유한 특성은 이러한 유기 물질이 가요성 기판 상의 제작과 같은 특정 용례에 매우 적합하게 한다. 유기 광전자 소자의 예로는, 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device; OLED), 유기 포토트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기가 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 종래의 물질에 비해 성능 이점을 가질 수 있다. 예컨대, 유기 방출층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조정될 수 있다.
OLED는 전압이 소자의 양단에 인가될 때에 광을 방출하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평판 디스플레이, 조명 및 역광 조명과 같은 용례에서 사용하기 위한 기술로서, 이에 대한 관심이 점차 증가하고 있다. 다수의 OLED 물질 및 구성이 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 설명되어 있으며, 이들 미국 특허는 전체가 참고에 의해 본 명세서에 포함된다.
유기 증기 제트 프린팅(Organic Vapor Jet Printing; OVJP)은 섀도 마스크(shadow mask)에 대한 요구 없이 캐리어 가스 내의 유기 증기를 이송하고 이를 노즐을 통해 기판에 배출함으로써 패턴화된 유기 박막을 증착한다. 기판 상에 실질적으로 노즐의 폭으로 제한되는 유기 박막을 형성하는 것이 목적이다. 오버스프레이(overspray)는 기판의 다른 부분 상에 증착된 증착 라인의 두께의 퍼센티지로서 규정된다. 예컨대, OVJP를 사용하여 프린팅된 삼색 디스플레이는 적색, 청색 및 녹색 픽셀을 포함할 수 있으며, 이들 픽셀 각각은 하나 이상의 노즐로부터 증착된 별도의 물질을 필요로 한다. 예컨대 노즐로부터 증착된 적색 발광 물질이 다른 노즐로부터 증착된 청색 발광 물질과 동일한 기판의 영역에 점착하지 않는 것이 중요하다.
인광 방출 분자에 대한 한가지 용례는 풀컬러 디스플레이이다. 그러한 디스플레이에 대한 산업 표준은 "포화"색이라고 칭하는 특정 색상을 방출하도록 된 픽셀을 요구한다. 특히, 이러한 표준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 요구한다. 색상은 당업계에 잘 알려져 있는 CIE 좌표를 사용하여 측정할 수 있다.
녹색 방출 분자의 일례는 Ir(ppy)3로 표기되는 트리스(2-페닐피리딘)이리듐으로, 아래의 구조를 갖는다.
Figure 112013020796901-pat00001
본 명세서의 상기 도면 및 하기 도면에서, 본 발명자들은 질소로부터 금속(여기에서는, Ir)으로의 배위 결합(dative bond)을 직선으로 도시한다.
본 명세서에서 사용되는 "유기"라는 용어는 폴리머 물질과, 유기 광전자 소자를 제작하는 데 사용할 수 있는 소분자(small molecule) 유기 물질을 포함한다. "소분자"는 폴리머가 아닌 임의의 유기 물질을 일컬으며, "소분자"는 실제적으로 매우 클 수 있다. 소분자는 몇몇 경우에 반복 반위를 포함할 수 있다. 예컨대, 치환기인 장쇄 알킬족은 "소분자" 클래스로부터 분자를 제거하지 않는다. 소분자는 또한 폴리머 백본에 대한 펜던트 그룹(pendent group)으로서 또는 백본의 일부로서 폴리머에 포함될 수 있다. 소분자는 또한, 코어 부분(core moiety) 상에 형성된 일련의 화학 셀로 이루어진, 덴드리머의 코어 부분으로서의 역할을 할 수 있다. 덴드리머의 코어 부분은 형광성 또는 인광성 소분자 에미터일 수 있다. 덴드리며는 "소분자"일 수 있으며, 현재 OLED 분야에서 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 생각된다.
본 명세서에서 사용되는 "상부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 것을 의미하는 반면, "저부"는 기판에 가장 근접한 것을 의미한다. 제1 층은 제2 층 "위에 배치되는 것"으로 설명되는데, 제1 층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1 층이 제2 층과 "접촉한다"라고 명시되어 있지 않은 한, 제1 층과 제2 층 사이에는 다른 층들이 있을 수 있다. 예컨대, 그 사이에 다양한 유기층이 있다고 하더라도, 캐소드는 애노드 "위에 배치되는 것"으로 설명될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "용해 처리 가능한(solution processible)"이라는 용어는 용액이나 현탁액 형태인 액체 매체 중에 용해되거나, 분산되거나, 또는 이송될 수 있고, 및/또는 이 액체 매체로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드는, 이 리간드가 방출 물질의 광능동 특성에 직접 기여한다고 생각될 때에 "광능동"이라고 칭할 수 있다. 리간드는, 이 리간드가 방출 물질의 광능동 특성에 기여하지 않을 때에 "보조적"이라고 칭할 수 있지만, 보조 리간드는 광능동 리간드의 특성을 변경할 수 있다.
본 명세서에서 사용되고 당업자가 일반적으로 이해하는 제1의 "최고준위 점유 분자 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital)"(HOMO) 또는 "최저준위 비점유 분자 궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)"(LUMO) 에너지 준위는, 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 보다 근접한 경우에 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "크거나" 또는 "높다". 이온화 전위(Ionization Potentials; IP)가 진공 레벨에 대해 음성 에너지로서 측정되기 때문에, 보다 높은 HOMO 에너지 준위는 절대값이 작은 IP(덜 음성인 IP)에 상응한다. 이와 유사하게, 보다 높은 에너지 준위는 절대값이 보다 작은 전자 친화도(Electron Affinity; EA)(덜 음성인 EA)에 상응한다. 종래의 에너지 준위도에서, 진공 에너지 준위가 상부에 있는 경우에 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 높다. "보다 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "보다 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 상기 에너지 준위도의 상부에 보다 근접한 것으로 보인다.
본 명세서에서 사용되고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1 일함수는 절대값이 보다 높은 경우에 제2 일함수보다 "크거나" 또는 "높다". 일함수는 일반적으로 진공 에너지 준위에 대한 음의 수로서 측정되기 때문에, 이것은 "보다 높은" 일함수는 보다 더 음수라는 것을 의미한다. 종래의 에너지 준위도에서, 진공 에너지 준위가 상부에 있는 경우에 "보다 높은" 일함수는 진공 에너지 준위로부터 하방으로 멀리 떨어져 있는 것으로 설명된다. 이에 따라, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일함수와 상이한 관례를 따른다.
OLED에 대한 더 상세한 세부사항 및 전술한 정의는 미국 특허 제7,279,704호로부터 확인할 수 있으며, 이 미국 특허는 전체가 참고에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 목적은 OVJP에서의 오버스프레이를 줄일 수 있는 유기 물질 증착법 및 유기 물질 증착 디바이스를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 청구 대상은 일반적으로 OVJP에서의 오버스프레이를 조정하는 데 효과적인 것으로 확인된 노즐 구성에 관한 것이다. OVJP 증착에 있어서, 기판에 근접한 노즐 단부에서의 급작스러운 압력 강하는 충격파면을 형성할 수 있고, 이것은 분자빔이 노즐로부터 외측으로 퍼지도록 하고 오버스프레이를 증가시킬 수 있는 것으로 확인되었다. 본 발명의 양태는 기판에 근접한 노즐 단부에서의 상기한 급작스러운 압력 강하를 줄이거나 회피하는 데에 효과적인 것으로 확인되었으며, 예컨대 노즐 유출구 직경과 증착 패턴 폭 간의 일관성을 보다 높이는 데에 채용되는 것이 유리할 수 있다.
바람직하지 않은 오버스프레이를 최소화하기 위한 본 발명의 한가지 목적은 노즐 내에서 보다 집중된 제트를 형성하는 것이다. 진공 상태에서 OVJP를 실시할 때, 하류 압력에 대한 상류 압력의 비는, 예컨대 0.528 미만일 수 있다. 이것은 질식 유동 체계(chocked flow regime)에 상응하며, 즉 상류 압력에 있어서의 추가의 증가가 이 질식 유동 체계에서의 제트의 속도를 변경하지 않는다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 유기 물질을 증착하는 증착법은 유기 물질을 함유하는 증기를 유입구를 통해 노즐로 도입하는 것을 포함할 수 있다. 실시예는 노즐의 원위단에 있는 유출구 - 단면적(A1)을 가짐 - 로부터 증기를 배출하는 것을 포함할 수 있다. 배출 후, 유기 물질은 기판 상에 증착되어 유기 방출 또는 검출 영역의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 실시예에서, 증기는 유입구와 유출구 사이에서 유출구로부터 소정 축방향 거리(L1)에 있는 노즐 부분을 통과할 수 있다. 실시예에서, 노즐 부분은 단면적(A2)을 가질 수 있으며, A1/A2는 예컨대 대략 16 이상일 수 있다.
실시예에서, 유출구는 반경(R1)을 가질 수 있고, 노즐 부분은 반경(R2)을 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는, 다양하게 설명되는 유입구, 유출구 및 다른 노즐 부분의 "반경"이라는 용어는 원형 단면으로만 제한되는 것이 아니라, 넓게는 국부적인 단면의 기하학적 중심, 즉 센트로이드(centroid)에서부터 단면의 둘레 상의 지점까지 연장되는 세그먼트를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 특정 반경이 예컨대 단면 형상의 최대 또는 최소 반경이 되도록 특정될 수 있다.
실시예에서, L1/R2는 예컨대 대략 3 내지 200, 또는 대략 5 내지 20 범위일 수 있다.
실시예에서, R1/R2는 대략 4 내지 100 범위일 수 있다.
실시예에서, A1/A2 비율은, 예컨대 대략 16 내지 200 범위, 대략 50 내지 200 범위, 대략 16 내지 100 범위일 수도 있고, 대략 16일 수도 있다.
실시예에서, A1은 예컨대 대략 0.6 내지 1.2 mm2일 수 있고, A2는 예컨대 대략 0.04 내지 0.1 mm2일 수 있다.
실시예에서, 상기 노즐 부분을 통과하는 증기의 하류에 증기의 충격파면이 형성될 수 있다. 증기의 충격파면은 유출구 이전에 실질적으로 소멸될 수 있다.
실시예에서, 증기는 상기 노즐 부분 하류와 상기 유출구 상류의 집속 빔(collimated beam)으로 형성될 수 있다.
실시예에서, 노즐은 복수 개의 유사한 노즐을 구비하는 노즐 블럭에 포함될 수 있고, 복수 개의 노즐 각각은 유기 방출 물질을 증착하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 복수 개의 상이한 유기 물질을 증착하는 복수 개의 노즐이 마련될 수 있다.
실시예에서, 증착된 유기 물질의 폭은 유출구의 폭과 실질적으로 동일할 수 있다.
실시예에서, 유기 물질은 섀도 마스크를 사용하지 않고 증착될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유기 물질 공급부와, 캐리어 가스 공급부, 그리고 이들 유기 물질 공급부 및 캐리어 가스 공급부와 연통되는 노즐을 포함하는 유기 물질 증착 디바이스가 마련될 수 있다. 실시예에서, 노즐은 유입구와 노즐의 말단부에 있는 유출구를 포함할 수 있다. 실시예에서, 유기 물질 증착 디바이스는, 캐리어 가스와 유기 물질로 이루어진 증기 혼합물이 노즐을 통과하여 유기 물질이 유출구를 빠져나간 후 기판 상에 증착될 수 있도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 노즐의 유출구는 단면적(A1) 및 직경(D1)을 포함할 수 있다. 실시예는 유출구와 유입구 사이에서 유출구로부터 축방향 거리(L1)에 노즐 부분을 포함할 수 있으며, 이 노즐 부분은 단면적(A2) 및 직경(D2)을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는, 다양하게 설명되는 유입구, 유출구 및 다른 노즐 부분의 "직경"은 원형 단면으로만 제한되는 것이 아니라, 넓게는 예컨대 원형 및 비원형 형상의 연장 거리를 포함하여, 국부적인 단면의 기하학적 중심, 즉 센트로이드를 통과하는 세그먼트를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 직경의 사용은, 예컨대 단면 형상의 최대 또는 최소 직경이 되도록 더욱 특정될 수 있다.
실시예에서, A2는 A1보다 작을 수 있다. 실시예에서, L1/D2는 예컨대 2보다 클 수도 있고, 대략 2 내지 20 범위일 수도 있다.
실시예에서, D1/D2는 예컨대 대략 4 내지 100 범위 또는 대략 10 내지 100 범위일 수 있다.
실시예에서, A1/A2 비율은 예컨대 대략 16 내지 200 범위, 대략 50 내지 200 범위, 대략 16 내지 100 범위일 수도 있고, 대략 16일 수도 있다.
실시예에서, A1은 예컨대 대략 0.6 내지 1.2 mm2일 수 있고, A2는 예컨대 대략 0.04 내지 0.1 mm2일 수 있다.
실시예에서, 노즐 부분은 단면적이 실질적으로 일정한 축방향 길이(L2)를 포함할 수 있다. 실시예에서, L2는 예컨대 1 mm 미만, 5 mm 미만, 또는 1 mm 내지 5 mm 범위일 수 있다. 실시예에서, 유입구는 반경(R3)을 가질 수 있다. 실시예에서, L2/R3는 대략 1 내지 10 범위일 수 있다.
실시예에서, 유출구는 증기 혼합물을 집속할 수 있는 축방향 길이(L1)를 포함할 수 있다. 실시예에서, L1은 예컨대 1 mm 초과, 5 mm 초과, 1 mm 내지 10 mm 범위, 5 mm 내지 10 mm 범위, 1 mm 내지 20 mm 범위 또는 5 mm 내지 20 mm 범위일 수 있다.
실시예에서, 유기 물질 증착 디바이스는 사용 시에, 증기가 상기 노즐 부분을 통과할 시에 증기의 충격파면이 형성되며, 이 충격파면이 유출구 이전에 실질적으로 소멸되도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 노즐은 복수 개의 유사한 노즐을 구비하는 노즐 블럭에 포함될 수 있고, 복수 개의 노즐 각각은 유기 방출 물질을 증착하도록 구성된다.
실시예에서, 상이한 유기 방출 물질을 함유하는 3개 이상의 상이한 유기 물질 공급부가 상이한 노즐에 연결될 수 있다.
실시예에서, 복수 개의 노즐은 일렬로 배열될 수 있다.
실시예에서, 복수 개의 노즐은 2차원 어레이로 배열될 수 있다.
실시예에서, 노즐은 프린트 헤드에 포함되는 제1 노즐일 수 있다. 실시예에서, 프린트 헤드는 예컨대 5 mm 내지 25 mm 범위의 두께를 가질 수 있다. 제1 노즐은 제1 가스 소스와 유체 연통될 수 있다.
프린트 헤드는 복수 개의 제1 노즐을 포함할 수 있다. 복수 개의 제1 노즐은 제1 가스 소스와 유체 연통될 수 있다.
프린트 헤드는 제1 가스 소스와 상이한 제2 가스 소스와 유체 연통되는 제2 노즐을 포함할 수 있다.
프린트 헤드는 제1 가스 소스 및 제2 가스 소스와 상이한 제3 가스 소스와 유체 연통되는 제3 노즐을 포함할 수 있다.
프린트 헤드는 제1 가스 소스와 유체 연통되는 복수 개의 제1 노즐, 제2 가스 소스와 유체 연통되는 복수 개의 제2 노즐 및/또는 제3 가스 소스와 유체 연통되는 복수 개의 제3 노즐을 포함할 수 있다.
노즐은, 예컨대 실리콘, 금속, 세라믹 및 이들의 조합과 같은 다양한 재료로 형성될 수 있다. 실시예에서, 노즐의 유입구, 유출구 및/또는 노즐 부분은 서로 상이한 재료층으로 제작될 수 있다.
실시예에서, 유기 물질 증착 디바이스는 각각의 가스 스트림에 다수의 유기 물질을 운반할 수 있는 가스 스트림들과 함께 사용될 수 있다.
제1 가스 소스 또는 임의의 다른 가스 소스와 같은 가스 소스는 다수의 유기 소스를 포함할 수 있다. 상이한 가스 소스에 연결된 다수의 비아(via)가 동일한 노즐과 유체 연통될 수 있어, 노즐에서 가스의 혼합이 일어난다.
본 발명의 추가의 특성, 장점 및 실시예는 아래의 상세한 설명, 도면 및 청구범위를 고려하여 설명될 수 있고 명백해질 수 있다. 더욱이, 전술한 본 발명의 개요와 이하의 상세한 설명 모두는 예시적인 것으로, 청구되는 바와 같은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 추가적인 설명을 제공하는 것으로 의도된다.
본 발명에 관한 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되는 첨부 도면은 본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부룰 구성하고, 본 발명의 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 본 발명에 관한 기본적인 이해와 실시 가능한 다양한 방식에 대해 필요한 것 이상으로 더 상세하게 본 발명의 구조적 세부사항을 보여주고자 하지는 않는다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 유기 물질을 증착할 시에 기판에 근접한 노즐 단부에서의 상기한 급작스러운 압력 강하를 효과적으로 줄이거나 회피할 수 있으며, 노즐 유출구 직경과 증착 패턴 폭 간의 일관성을 보다 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 양태에 따른 예시적인 증착 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 양태에 따른 해당 치수를 갖는 예시적인 노즐을 보여주는 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 양태에 따른 스로틀부와 대응하는 유출구의 다양한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 양태에 따른 관련 치수를 갖는 다른 예시적인 노즐을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 양태에 따른 관련 치수를 갖는 예시적인 수축 확산 노즐을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 양태에 따른 스로틀부와 유출구 사이의 라운드형 전이부를 포함하는 또 다른 예시적인 노즐을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 양태에 따른 노즐의 충격파면 영역(우측)과 직선형 노즐의 충격파면 영역(좌측)을 보여주는 도면이다.
도 8은 예시적인 유기 발광 스택의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 양태에 따른 OVJP 노즐을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 양태에 따른 OVJP 노즐 선단의 추가의 세부사항을 보여주는 도면이다.
도 11은 정규 방출 강도 대 테스트되는 디바이스 A의 파장의 플롯을 보여주는 도면이다.
도 12는 정규 방출 강도 대 테스트되는 디바이스 C의 파장의 플롯을 보여주는 도면이다.
도 13은 정규 방출 강도 대 테스트되는 디바이스 D의 파장의 플롯을 보여주는 도면이다.
당업자가 이해하는 바와 같이 본 명세서에 설명된 특정 실시예들이 변할 수 있기 때문에, 본 발명은 이러한 특정 실시예로만 제한되는 것이 아니라는 점이 이해된다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예만을 설명하기 위한 목적으로 이용되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 없는 것도 또한 이해된다. 본 명세서와 첨부된 청구 범위에 사용되는 단수 형태의 용어는 문맥에 확실히 명시되어 있지 않은 한 복수의 의미도 포함한다는 점을 주목해야만 한다. 이에 따라, 예컨대 "노즐"이라고 하면 하나 이상의 노즐 및 당업자에게 알려진 그 등가물을 언급하는 것이다.
달리 정의되어 있지 않은 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적인 용어는 본 발명이 속하는 당업계의 통상의 숙련자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 발명의 실시예와, 본 발명의 다양한 특성 및 유리한 세부사항은 비제한적인 실시예를 참고로 하여 보다 충분히 설명되고 및/또는 첨부 도면에 도시되며, 이하의 설명에서 상술된다. 본 명세서에 명시적으로 언급되어 있지는 않지만, 당업자가 이해하는 바와 같이 첨부 도면에 도시된 특성은 반드시 실축척일 필요는 없으며, 일실시예의 특성은 다른 실시예와 함께 채용될 수 있다.
임의의 보다 작은 값과 임의의 보다 큰 값 사이에서 적어도 2자릿수가 분리된다고 가정하면, 본 명세서에 열거된 임의의 수치값은 한자릿수로 증가하는 보다 낮은 값부터 보다 큰 값까지의 모든 값을 포함한다. 일례로서, 성분의 농도 또는 예컨대 크기, 각도 크기, 압력, 시간 등과 같은 공정 변수의 값이 예컨대 1 내지 100, 1 내지 50 또는 5 내지 20인 것으로 정해지면, 여기에 포함되는 값이 본 명세서에 명확히 열거되는 것으로 의도된다. 1 미만의 값에 대해서, 한자릿수는 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1인 것이 적절한 것으로 간주된다. 이들은 구체적으로 의도되는 것의 예일뿐이며, 유사한 방식으로 열거된 최저값과 최고값 사이의 수치값들의 모든 가능한 조합이 본 출원서에 명확히 언급되는 것으로 간주된다.
본 발명의 청구 대상에서, 노즐 구성은 예컨대 증착 물질의 오버스프레이를 줄이도록 구현된다. 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같이, 예시적인 유기 물질 증착 디바이스는 일반적으로 유기 물질 공급부(101)와, 캐리어 가스 공급부(102), 그리고 유기 물질 공급부 및 캐리어 가스 공급부와 유체 연통되는 하나 이상의 노즐을 포함하는 노즐/노즐 블럭(103)이나 다른 노즐 구조를 포함할 수 있다. 그러한 연결부 및 관련 아키텍쳐의 세부사항은 당업자가 알고 있는 바와 같이 변할 수 있으며, 여기에서는 상술하지 않는다.
실시예에서, 노즐 블럭(103)은 복수 개의 유사한 노즐을 포함할 수 있으며, 복수 개의 노즐 각각은 유기 방출 물질을 증착하도록 구성된다. 예컨대, 상이한 유기 방출 물질을 함유하는 3개 이상의 상이한 유기 물질 공급부(101)가 노즐 블럭(103)에 있는 상이한 노즐에 연결될 수 있으며, 이것은 상이한 발색 픽셀 또는 구역을 갖는 디스플레이 또는 조명 패널을 형성하는 데 있어서 선호될 수 있다.
노즐 블럭(103)은 일렬 및/또는 2차원 어레이로 배열된 복수 개의 노즐을 포함할 수 있다. 실시예에서, 노즐(들)은 프린트 헤드에 포함될 수 있다. 프린트 헤드는 예컨대 5 mm 내지 25 mm 범위의 두께를 가질 수 있다.
프린트 헤드는 제1 가스 소스와 유체 연통되는 복수 개의 제1 노즐, 제2 가스 소스와 유체 연통되는 복수 개의 제2 노즐 및/또는 제3 가스 소스와 유체 연통되는 복수 개의 제3 노즐을 포함할 수 있다.
노즐 블럭(103)에 포함되는 노즐(들)은, 예컨대 실리콘, 금속, 세라믹 및 이들의 조합과 같은 다양한 재료로 형성될 수 있다. 실시예에서, 노즐의 유입구, 유출구 및/또는 노줄 부분은 서로 상이한 재료층으로 제작될 수 있다.
유기 물질 공급부(101)와 같은 소스는 다수의 유기 소스를 포함할 수 있다, 상이한 가스 소스에 연결된 다수의 비아가 동일한 노즐과 유체 연통될 수 있어, 노즐에서 가스의 혼합이 일어난다. 본 발명의 양태에 따른 예시적인 노즐에 관한 추가의 세부사항이 도 2에 도시되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 예시적인 노즐(200)은 유입구(202) 및 노즐의 원위단에 있는 유출구(204)를 포함할 수 있다. 노즐(200)은 예컨대, 캐리어 가스와 유기 물질로 이루어진 증기 혼합물이 노즐(200)을 통과할 수 있고, 유기 물질이 유출구(204)를 빠져나온 후에 기판 상에 증착되도록 구성된 디바이스에 포함될 수 있다.
노즐의 유출구(204)는 단면적(A1) 및 직경(D1)을 포함할 수 있다. 노즐(200)은, 유입구(202)와 유출구(204) 사이에서 유출구(204)로부터 축방향 거리(L1)에 "스로틀"이라고 칭할 수 있는 스로틀부(206)를 포함할 수 있다. 스로틀부(206)는 단면적(A2; 도시하지 않음) 및 직경(D2)을 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 다양하게 설명되는 유입구, 유출구 및 다른 노즐 부분의 "직경"은 원형 단면으로만 제한되는 것이 아니라, 넓게는 국부적인 단면의 기하학적 중심, 즉 센트로이드를 통과하는 세그먼트를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 도 2에 도시한 실시예에서, D1은 유출구의 최대 직경을 나타내고, D2는 스로틀부(206)의 최소 직경을 나타낸다. 유출구(204)는 또한 D1의 절반인 반경(R1)을 포함할 수 있고, 스로틀부(206)는 D2의 절반인 반경(R2)을 포함할 수 있다.
스로틀부(206)와 유출구(204)에 대해서는 다양한 단면 형상이 가능하다. 예컨대 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 스로틀부와 유출구는 유사한 형상을 가질 수 있으며, 이때 유출구가 스로틀보다 넓다. 도 3a는 직경이 더 작은 원형 스로틀부(206A)과 함께 원형 유출구(204A)를 보여준다. 도 3b는 직경이 더 작은 정사각형 스로틀부(206B)와 함께 정사각형 유출구(204B)를 보여준다. 다른 실시예에서는 도 3c 및 도 3d에 도시한 바와 같이 유출구와 스로틀부가 상이한 형상을 가질 수 있다. 도 3c는 면적이 더 작은 원형 스로틀(206C)과 함께 타원 형상 유출구(204C)를 보여준다. 그 중에서도 특히, 도 3c에 도시한 바와 같은 실시예에서는 스로틀부와 유출구가 실질적으로 동일한 최소 직경을 가질 때에도 유출구는 스로틀부보다 큰 면적을 가질 수 있다. 다른 가능한 예가 도 3d에 도시되어 있으며, 이 예는 면적이 보다 작은 정사각형 스로틀부(206D)와 함께 직사각형 형상 유출구(204D)를 포함한다.
이에 따라, 도 2 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 예시적인 실시예를 고려하여 이해하다시피, 실시예에서는 스로틀부의 단면적(A2)이 유출구의 단면적(A1)보다 작을 수 있다. 실시예에서, A1/A2 비율은 예컨대 대략 16 내지 200 범위, 대략 50 내지 200 범위, 대략 16 내지 100 범위일 수도 있고, 대략 16일 수도 있다. 그러한 비율은 제트의 충격파면이 스로틀부를 빠져나온 후에 노즐 내에서 형성되도록 한다는 점에서 본 명세서에서 설명하는 다른 것들과 함께 유익할 수 있다.
실시예에서, A1은 예컨대 대략 0.6 내지 1.2 mm2일 수 있고, A2는 예컨대 대략 0.04 내지 0.1 mm2일 수 있다.
본 발명자들은 이와 유사하게, 유출구와 노즐의 상대 직경의 크기를 조정하는 것이 유익할 수 있다는 것을 발견하였다. 예컨대 도 2로 돌아가면, 실시예에서 D1/D2는 예컨대 4보다 크거나, 대략 4 내지 100 범위이거나, 또는 대략 10 내지 100 범위일 수 있다.
아래에서 더 설명하겠지만, 제트의 충격파면이 형성되어 제트가 유출구(204)를 빠져나가기 전에 실질적으로 소멸하도록 충분한 거리를 제공하는 것도 또한 유익할 수 있다. 이에 따라, 실시예에서 L1/D2는 예컨대 2보다 클 수 있다. 즉, 실시예는 흐름 방향으로의 유출구와 스로틀부 사이의 거리가 스로틀부 직경의 2배보다 큰 구성을 포함할 수 있다. 실시예에서, L1/D2는 예컨대 바람직하게는 대략 2 내지 20 범위일 수 있다. 이것은, 통상적으로 노즐의 "구멍"(즉, 가장 수축된 부분)이 기판에 가능한 한 근접한, 예컨대 대략 마이크로미터 정도로 근접한 것을 교시하는 공지의 OVJP 시스템으로부터 출발한다.
실시예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 노즐의 스로틀부(206)는 단면적이 실질적으로 일정하고 축방향 거리(L2)를 포함할 수 있다. L2는 예컨대 1 mm 미만, 5 mm 미만 또는 1 mm 내지 5 mm 범위일 수 있다. 그러나, 스로틀부가 최소 또는 미소 길이(L2)나 단면적이 변하는 길이를 포함하는 것도 가능하다. 그러한 경우, L1은 예컨대 유출구부터 최소 스로틀부 단면까지 측정될 수 있다.
유입구(202)는 다양한 형태를 취할 수 있으며, 도 2에 도시한 바와 같이 직경(D3)(또는 D3의 절반과 동일한 R3) 및/또는 축방향 길이(L3)를 갖는 경계 영역 또는 유입관/챔버의 직경 및/또는 길이가 개별 스로틀부(들)의 범위를 훨씬 초과하는 상대적인 비경계 영역을 포함할 수 있다. 소정 실시예에서, L2/R3는 대략 1 내지 10 범위일 수 있다.
실시예에서, 유출구는 증기 혼합물을 집속시킬 수 있는 축방향 길이(L1)를 포함할 수 있다. 실시예에서, L1을 따른 유출구의 적어도 일부, 유출구 대부분 또는 유출구 전부는 실질적으로 일정한 단면적을 포함할 수 있다. 실시예에서, L1은 예컨대 1 mm 초과, 5 mm 초과, 1 mm 내지 10 mm 범위, 5 mm 내지 10 mm 범위, 1 mm 내지 20 mm 범위 또는 5 mm 내지 20 mm 범위일 수 있다.
유사한 구성이 도 4에 도시되어 있으며, 도 4에는 길이(L1) 전반에 걸쳐 실질적으로 단면이 균일한 유출구와 비교적 언바운드(unbound)된 유입구가 도시되어 있다. 그러한 구성은 예컨대 유사한 재료 또는 상이한 재료로 이루어진 플레이트들 - 별도로 형성된 구멍들을 함께 포함함 - 을 결합함으로써 간편하게 형성될 수 있다. 도 5 및 도 6은 다른 대안의 구성을 보여준다.
도 5에 도시한 바와 같이, 노즐(500)은 L3를 따라 수렴하는 유입구와 L1을 따라 확대되는 유출구를 구비하도록 구성될 수 있고, 이에 따라 미소 축방향 길이를 갖는 스로틀부(506)를 포함한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 노즐(600)은 스로틀부(606)의 단면적와 유출구(604) 사이의 전이부가 라운드형이 되도록 구성될 수 있으며, 이것은 예컨대 충격파면 및 제트 집속을 조정하는 것 및/또는 소정 제작 기법에 있어서 유익할 수 있다.
도 2 및 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 양태에 따르면 노즐의 스로틀부는 노즐 본체 내에서 노즐 유출구로부터 거리(L1) - 스로틀부의 직경에 비해 비교적 큼 - 만큼 떨어진 위치에 배치된다. 사용 시에, 유기 증기 제트는 초기에 단면적이 최소인 스로틀부에서 모아지고, 가속된 다음, (이상적으로) 집속 빔을 형성하도록 팽창한다. 본 발명자들은, 수축 노즐 또는 직선형 노즐에 비해 상기한 노즐 구성을 사용함으로써 오버스프레이를 현격히 줄일 수 있다는 것을 확인하였다.
아래에서 더 설명하겠지만, 본 발명자들이 얻은 실험 데이터는, 예컨대 OVJP에서의 빔 집속에 대해 선호되는 구성 조건이 A1/A2 비율을 증가시키는 것(예컨대 16 내지 200) 및 L2를 줄이는 것 - 이는 기체 전도도를 증가시킬 수 있음 - 을 포함한다는 것을 시사하였다.
본 발명자들은 추가로, 그러한 노즐 설계 파라메터를 채용함으로써, OVJP 증착을 위해 이용되는 조건하에서 증기가 노즐의 스로틀부를 통과할 시에 증기의 충격파면이 형성될 수 있고, 충격파면이 유출구 이전에 실질적으로 소멸될 수 있다는 것을 확인하였다. 충격파면 소멸의 증거는 예컨대, 수축 노즐 또는 직선형 노즐에 의해 얻어진 패턴에 비해 줄어든 오버스프레이 및 양호한 증착 해상도(deposition resolution)에서 알 수 있다.
도 7은 종래의 직선형 노즐(710)의 작동을 본 발명의 양태에 따른 예시적인 노즐(720)과 비교한 것을 보여준다. 노즐(720)에는, 최소 구멍/스로트가 노즐의 본체 내에서 노즐 선단으로부터 떨어져 배치되는 반면, 직선형 노즐(710)에서 구멍은 노즐 선단에 배치된다. 이에 따라, 직선형 노즐(710)에서는, 기판(730)에 근접한 노즐 단부에서 급작스러운 압력 강하고 발생하고, 이는 분자 빔이 노즐로부터 퍼지게 하여 오버스프레이를 증가시킬 수 있는 충격파면(712)을 형성한다. 그러나, 노즐(720)에서는 충격파면(722)이 노즐 내에서 기판(730)으로부터 멀리 떨어지도록 이동된다. 이것은 빔의 발산과, 이에 따른 오버스프레이를 현격히 줄인다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 양태는 유기 방출 및/또는 검출 디바이스의 OVJP 증착 분야에서 특정 관련성을 확인할 수 있다. 일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 애노드와 캐소드를 전기 접속하는 적어도 하나의 유기층을 포함한다. 전류가 인가될 때, 애노드는 정공을, 캐소드는 전자를 유기층(들)으로 주입한다. 주입된 정공과 전자는 각각 반대로 대전된 전극을 향해 이동한다. 전자와 정공이 동일한 분자 상에 편재할 때, 여기 에너지 상태를 갖는 편재 전자-정공 쌍인 엑시톤이 형성된다. 엑시톤이 광전자 방출 메커니즘을 통해 해리할 때에 광이 방출된다. 몇몇 경우에, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스에 편재할 수 있다. 열 이완과 같은 비방사 메커니즘도 또한 일어날 수 있지만, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국 특허 제 4,769,292호에 개시된 바와 같은 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 발광 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 참고에 의해 전체가 본 명세서에 포함된다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 기간으로 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 발광 물질을 갖는 OLED가 예시되어 있다. 문헌[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998 ("Baldo-I")] 및 [Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl . Phys . Lett ., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")]을 참고하며, 이들 문헌은 참고에 의해 전체가 본 명세서에 포함된다. 인광은 참고에 의해 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
OLED는 기판, 애노드, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층, 발광층, 정공 차단층, 전자 수송층, 전자 주입층, 보호층 및 캐소드를 포함할 수 있다. 그러한 OLED는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제조될 수 있다. 이들 다양한 층뿐 아니라, 예시의 물질의 성질 및 기능은 참고에 의해 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
실시예에 따르면, 전광판, 디스플레이 및/또는 검출기에는 OLED 스택이 마련될 수 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 예시적인 OLED 디바이스 스택(120)은 복수 개의 재료층(122 내지 136)을 포함한다. OLED는 유리 기판(122) 상에 제작될 수 있으며, 애노드(123)(두께 1200 Å의 ITO), 정공 주입층(126)(두께 100 Å), 정공 수송층(128)(한국의 LG 화학으로부터 입수 가능한 두께 450 Å의 LG101 NPD), 제1 방출층(130)(30 %의 녹색 도펀트 A 및 0.6 %의 적색 도펀트 A로 도핑된 두께 200 Å의 호스트 B), 제2 방출층(132)(25 %의 청색 도펀트 A로 도핑된 두께 75 Å의 청색 호스트 A), 차단층(134)(두께 50 Å의 청색 호스트 A), 층(136)(한국의 LG 화학으로부터 입수 가능한 40 %의 LG201 및 60 %의 LiQ로 이루어진 두께 250 Å의 층), 및 캐소드(138)[LiQ(Lithium Quinolate)로 이루어진 두께 10 Å의 층 및 Al로 이루어진 두께 1000 Å의 층]를 순서대로 포함할 수 있다. 전술한 재료 및 치수는 단지 예로서 주어진 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. OLED를 위한 다른 구성도 또한 고려되며, 당업자라면 이를 이해할 것이다.
OLED 디바이스 스택(200)을 형성하는 데에 사용 가능한 OLED 물질의 몇몇 예가 아래에 제시되어 있다.
Figure 112013020796901-pat00002
도 8에 도시한 바와 같은 OLED 디바이스는 OLED 패널에 또는 OLED 디스플레이에 보다 작은 비율로 포함될 수 있다.
본 발명의 양태에 따르면, 노즐 및/또는 기판이 서로에 대해 이동할 때 등에 증착 물질로 이루어진 하나 이상의 스트립을 포함하는 패턴층을 얻기 위해서는 본 명세서에 설명된 기법을 사용하여 하나 이상의 유기층을 증착하는 것이 바람직할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 복수 개의 노즐을 사용할 수 있는데, 각각의 노즐은 상이한 유기 물질을 증착하여 상이한 유기 에미터로 이루어진 다수의 스트립을 형성한다.
이들 층 각각에 대한 보다 많은 예들이 이용 가능하다. 예를 들면, 가요성 투명 기판-애노드 조합은 참고에 의해 전체가 포함된 미국 특허 제5,844,363호에 개시되어 있다. p 도핑 정공 수송 층의 예로는, 미국 특허 출원 공보 제2003/0230980호(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 개시되어 있는 바와 같이, 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA가 있다. 방출 및 호스트 물질의 예는 미국 특허 제6,303,238호(Thompson 등의 명의)(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 개시되어 있다. n 도핑 전자 수송층의 예로는, 미국 특허 출원 공보 제2003/0230980호(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 개시되어 있는 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이 있다. 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에는 위에 놓인 투명한 전기 전도성 스퍼터 증착 ITO 층과 함께 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예가 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국 특허 제6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개 제2003/0230980호(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 더 자세히 기술되어 있다. 주입층의 예는 미국 특허 출원 공보 제2004/0174116호(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 제공되어 있다. 보호층에 관한 설명은 미국 특허 출원 제2004/0174116호(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에서 찾아 볼 수 있다.
앞서 설명한 간단한 층상 구조는 비제한적인 예로서 주어진 것이며, 본 발명의 실시예는 매우 다양한 다른 구조와 함께 사용될 수도 있음을 이해해야만 한다. 설명된 특정 재료 및 구조는 예시적인 것임은 물론이며, 다른 재료 및 구조가 사용될 수도 있다. 설계, 성능 및 비용 요인에 기초하여, 상이한 방식으로 설명된 다양한 층들을 조합함으로써 기능적 OLED를 얻을 수도 있고 층들을 전체적으로 생략할 수도 있다. 구체적으로 설명하지 않은 다른 층들도 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 설명된 재료들 이외의 재료를 사용할 수 있다. 본 명세서에 제시된 여러 가지 예는 다양한 층들이 단일 재료를 포함하는 것으로 설명하고 있지만, 호스트와 도펀트의 혼합물과 같은 재료들의 조합 또는 보다 일반적으로 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 층은 다양한 하위 층을 가질 수 있다. 본 명세서에서 다양한 층들에 주어진 명칭은 엄격하게 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예컨대, 정공 수송층은 정공을 수송하여 방출층으로 주입할 수 있고, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로서 설명될 수 있다. 실시예에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 설명될 수 있다. 이러한 유기층은 단일 층으로 이루어질 수도 있고, 상이한 유기 물질로 이루어진 다수의 층으로도 이루어질 수 있다.
구체적으로 설명되지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국 특허 제5,247,190호(Friend 등의 명의.)(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 개시된 바와 같은 폴리머 물질(PLED)로 이루어진 OLED를 또한 사용할 수 있다. 추가의 예에 의하면, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED를, 예를 들면 미국 특허 제5,707,745호(Forrest 등의 명의)(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 기술된 바와 같이 적층할 수 있다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 예시된 단순 층상 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 아웃커플링(out-coupling)을 개선하기 위한 각이 있는 반사 표면, 예컨대 미국 특허 제6,091,195호(Forrest 등의 명의)(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 기술된 바와 같은 메사(mesa) 구조 및/또는 미국 특허 제5,834,893호(Bulovic 등의 명의)(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 기술된 바와 같은 피트(pit) 구조를 포함할 수 있다.
달리 특정되지 않은 한, 다양한 실시예의 층 중 임의의 층을 임의의 적절한 방법에 의해 증착할 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법은 예컨대 미국 특허 번호 제6,013,982호 및 제6,087,196호(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 기술된 것과 같은 열 증착(열 증발), 잉크 젯, 예컨대 미국 특허 번호 제6,337,102호(Forrest 등의 명의)(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 기술된 것과 같은 OVPD(Organic Vapor Phase Deposition) 및 예컨대 미국 특허 출원 제10/233,470호(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 기술된 것과 같은 OVJP(Organic Vapor Jet Printing)에 의한 증착을 포함한다. 다른 적절한 증착법은 스핀 코팅 및 다른 용액 기반 공정을 포함한다. 이 용액 기반 공정을 질소 또는 불활성 대기 중에서 수행하는 것이 바람직하다. 다른 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증착을 포함한다. 바람직한 패턴형성 방법은 예컨대 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(참고에 의해 그 전문이 포함됨)에 기술된 것과 같은 마스크를 통한 증착, 냉간 용접 및 잉크 젯 및 OVJD와 같은 증착법 중 일부와 관련된 패턴형성을 포함한다. 다른 방법을 또한 이용할 수 있다. 증착하고자 하는 물질을 그 물질이 특정 증착법과 상용성을 갖도록 개질할 수 있다. 예를 들면, 용액 가공(soultion processing)을 견딜 수 있는 성능을 향상시키기 위해 분지형 또는 비분지형이고, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 함유하는 알킬 및 아릴 기와 같은 치환기를 소분자 내에서 사용할 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있고, 3 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 것보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있는데, 왜냐하면 비대칭 물질이 보다 낮은 재결정화 경향을 가질 수 있기 때문이다. 용액 가공을 견딜 수 있는 소분자의 성능을 향상시키기 위해 덴드리머 치환기를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 제조된 디바이스는 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의학 모니터, 텔레비전, 빌보드, 내부 또는 외부 조명 및/또는 신호전달(signalling)을 위한 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 투명 디스플레이, 플렉서블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로디스플레이, 차량, 대면적 벽, 극장 또는 운동장 스크린, 또는 간판을 비롯한 폭 넓은 다양한 소비자 제품에 도입될 수 있다. 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스를 비롯한 다양한 제어 메커니즘을 본 발명에 따라 제조된 디바이스를 제어하기 위해 이용할 수 있다. 여러 가지 디바이스는 18 ℃ 내지 30 ℃, 보다 바람직하게는 실온(20 내지 25 ℃)와 같은 사람에게 쾌적한 온도 범위에서 사용하도록 의도된다.
본 명세서에 기술된 물질 및 구조는 OLED 이외의 디바이스에서의 용도를 가질 수 있다. 예를 들면, 유기 태양 전지 및 유기 광 검출기와 같은 다른 광전자 디바이스가 상기 물질 및 구조를 이용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 트랜지스터와 같은 유기 디바이스가 상기 물질 및 구조를 이용할 수 있다.
할로, 할로겐, 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아르알킬, 헤테로시클릭 기, 아릴, 방향족 기 및 헤테로아릴이라는 용어는 당해 분야에 공지되어 있고, 미국 특허 제7,279,704호, 칼럼 31 내지 32(참고에 의해 본 명세서에 포함됨)에 정의되어 있다.
실험
본 발명은 도 9에 도시한 수축 확산 노즐의 예시적인 구성을 이용하여 설명되었다. 비교를 위해 직선형 노즐을 이용하여 형성된 디바이스를 테스트하였다. 도 10은 도 9의 노즐과 유사한, 본 발명의 양태에 따른 노즐 선단의 추가적인 세부사항을 보여준다. 도 10에 도시한 바와 같이, 노즐은 노즐의 본체에 드릴 가공되어 직경이 대략 0.039 인치(1.0 mm)인 유출구로 통하는 직경이 대락 0.01 인치(0.25 mm)인 스로틀부를 갖는다. 이것은 도 4에 도시한 노즐 구성과 유사하며, A1/A2 비율이 16에 상응한다. 예시적인 본 발명의 노즐은 대략 0.1 인치(2.5 mm)의 L2 및 대략 0.35 인치(8.9 mm)의 L1을 포함하였다.
4개의 방출 디바이스(A 내지 D)를 유리 기판 상에 제작하였다. 유리 기판은 폭이 2.4 mm인 방출 디바이스(A 내지 D)용 ITO 패드로 패턴화되었으며, 증착을 위한 ITO 패드들 사이의 ITO-ITO 간격은 0.5 mm였다. ITO 애노드 상에 정공 주입층(HIL)을 VTE 증착하였고, 정공 수송 TCTA층(HTL)이 후속하였다. 다음에 ITO 패드들 중 디바이스 B에 해당하는 하나의 패드의 중심에 30 Å의 순수한 녹색 도펀트(도펀트 1)를 OVJP 프린팅하였다. 일테스트의 경우에, 이것은 예시적인 본 발명의 노즐을 사용하여 행하였으며, 다른 테스트의 경우에 이것은 비교를 위한 직선형 노즐을 사용하여 행하였다. 후속하는 층들, 즉 전자 수송 BCP층(ETL), 전자 주입 LiF를 디바이스(A 내지 D) 위에 증착하였다. 그 후, 알루미늄 캐소드를 증착하는 것에 의해 디바이스를 완성하였다.
생성된 엑시톤 모두가 TCTA/BCP 인터페이스에 엄격히 한정되도록, 디바이스는 전하 주입 및 수송 특징에 있어서 매우 비대칭적이다. 오염이 없는 경우, 최종 디바이스는 TCTA로부터 청색 EL을 나타낸다. 디바이스 B 상에 증착된 라인은 녹색 염료로의 효율적인 엑시톤 이송으로 인해 녹색 전장 발광을 나타낸다. 디바이스 B 상에 증착된 ITO 스트라이프를 넘어선 임의의 녹색 염료의 오버스프레이는 그 부위에 증착된 녹색 염료의 양에 따라 소정 레벨의 녹색 방출을 나타낼 것이다. 녹색 염료와 디폴트 TCTA 방출로 인한 전장 발광 스펙트럼에서의 피크들은 명확히 분리 가능하며, 녹색 피크와 청색 피크의 비율은 존재하는 녹색 염료의 양을 정량적으로 규정한다. 엑시톤를 인터페이스에 효과적으로 한정하는 것 및 고효율의 다운힐 에너지 전달로 인해 오버스프레이의 존재에 대해 구조가 매우 민감하며, < 0.5 Å의 물질 또는 1/5 모노층을 검출하는 데 사용되었다. 방출 스펙트럼은 폭이 2.4 mm인 픽셀의 중심에서 측정된다. 디바이스 A 및 C는 디바이스 B에 프린팅된 라인의 중심으로부터 2.9 mm만큼 떨어진 부위에 배치된다. 디바이스 D는 디바이스 B에 프린팅된 라인의 중심으로부터 5.8 mm의 거리에 배치된다.
정규화 방출 강도 대 디바이스 A, C 및 D의 파장이 도 6, 7 및 8에 각각 도시되어 있다. 예시적인 본 발명의 노즐을 사용함으로써, 오버스프레이가 3개 디바이스 모두에서 줄어든 것으로 나타난다. 디바이스 A 및 C의 픽셀에 있어서, 본 ㅂ발명의 노즐을 사용하여 프린팅할 때에는 TCTA 청색 방출이 우세한 반면, 직선형 노즐을 사용할 때에는 녹색 염료 방출이 우세하다. 직선형 노즐을 구비하는 디바이스 A의 방출 프로파일은 < 1.6 % 오버스프레이 또는 0.5 Å의 녹색 오염에 상응한다. 예시적인 본 발명의 노즐에 의한 오버스프레이가 < 1.6 % 보다 훨씬 작고 정량될 수 없다는 점에 주목해야 한다. 유사하게는, 디바이스 D에서는 오버스프레이에 있어서 급격한 감소가 나타난다.
본 명세서에 기재된 다양한 실시예는 오직 예로서만 기재되어 있고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는 것으로 이해된다. 예를 들면, 본 명세서에 기재된 많은 물질 및 구조는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 당업자에게 명확한 것처럼, 청구된 본 발명은 따라서 본원에 기재된 특정한 예 및 바람직한 실시양태로부터의 변형을 포함할 수 있다. 본 발명이 작동하는 방식에 대해 다양한 이론이 제한되도록 의도되지 않는 것으로 이해된다.

Claims (40)

  1. 유기 물질을 증착하는 유기 물질 증착법으로서,
    유기 물질을 포함하는 증기를 수렴하는 유입구를 통해 노즐로 도입하는 단계;
    단면적(A1)을 갖고 노즐의 원위단에 있는 확대되는 유출구로부터 증기를 배출하는 단계; 및
    증기 배출 후, 유기 방출 영역 또는 검출 영역의 적어도 일부를 형성하도록 기판 상에 유기 물질을 증착하는 단계
    를 포함하고, 상기 증기는 상기 유입구와 상기 유출구 사이에서 상기 유출구로부터 축방향 거리(L1)에 있으면서 미소 축방향 길이(L2)를 가진 노즐 부분을 통과하고, 상기 노즐 부분은 단면적(A2)을 가지며,
    A1/A2는 16 이상이고, L2는 1 mm 미만인 것인 유기 물질 증착법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 물질은 섀도 마스크(shadow mask)를 사용하지 않고 증착되는 것인 유기 물질 증착법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노즐 부분을 통과하는 증기의 하류에 증기의 충격파면(shock front)이 형성되고, 이 충격파면은 유출구 이전에 실질적으로 소멸되는 것인 유기 물질 증착법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유출구는 반경(R1)을 갖고, 상기 노즐 부분은 반경(R2)을 가지며, L1/R2는 3 내지 200 범위인 것인 유기 물질 증착법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 L1/R2는 5 내지 20 범위인 것인 유기 물질 증착법.
  6. 제4항에 있어서, R1/R2는 4 내지 100 범위인 것인 유기 물질 증착법.
  7. 제1항에 있어서, A1/A2는 16 내지 200 범위인 것인 유기 물질 증착법.
  8. 제1항에 있어서, A1/A2는 16인 것인 유기 물질 증착법.
  9. 제1항에 있어서, A1은 0.6 내지 1.2 mm2이고, A2는 0.04 내지 0.1 mm2인 것인 유기 물질 증착법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 복수 개의 유사한 노즐을 구비하는 노즐 블럭에 포함되고, 복수 개의 노즐 각각은 유기 방출 물질을 증착하도록 구성되는 것인 유기 물질 증착법.
  11. 제1항에 있어서, 증착된 유기 물질의 폭은 유출구의 폭과 거의 동일한 것인 유기 물질 증착법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 증기는 노즐 부분 하류 및 유출구 상류에서 집속 빔(collimated beam)으로 형성되는 것인 유기 물질 증착법.
  13. 유기 물질 증착 디바이스로서,
    유기 물질 공급부;
    캐리어 가스 공급부; 및
    상기 유기 물질 공급부 및 캐리어 가스 공급부와 유체 연통되는 노즐
    을 포함하고, 상기 노즐은
    수렴하는 유입구;
    단면적(A1) 및 직경(D1)을 포함하고 노즐의 원위단에 있는 확대되는 유출구; 및
    상기 유입구와 상기 유출구 사이에서 상기 유출구로부터 축방향 거리(L1)에 있으면서 미소 축방향 길이(L2)를 가진 노즐 부분으로서, 단면적(A2) 및 직경(D2)을 포함하는 노즐 부분
    을 포함하고,
    A2는 A1보다 작고,
    L1/D2는 2보다 크며,
    상기 유기 물질 증착 디바이스는, 캐리어 가스와 유기 물질로 이루어진 증기 혼합물이 노즐을 통과하여, 유출구를 빠져나간 후에 유기 물질이 기판 상에 증착되도록 구성되고,
    A1/A2는 16 이상이고, L2는 1 mm 미만인 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 유기 물질 증착 디바이스는 사용 시에, 증기가 상기 노즐 부분을 통과할 시에 증기의 충격파면이 형성되고, 이 충격파면이 유출구 이전에 실질적으로 소멸되도록 구성되는 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서, L1/D2는 2 내지 20 범위인 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  17. 제13항에 있어서, D1/D2는 4 내지 100 범위인 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  18. 제13항에 있어서, A1/A2는 16 내지 200 범위인 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  19. 제13항에 있어서, A1/A2는 16인 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  20. 제13항에 있어서, A1은 0.6 내지 1.2 mm2이고, A2는 0.04 내지 0.1 mm2인 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  21. 제13항에 있어서, 상기 노즐은 복수 개의 유사한 노즐을 구비하는 노즐 블럭에 포함되고, 복수 개의 노즐 각각은 유기 방출 물질을 증착하도록 구성되는 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  22. 제21항에 있어서, 상이한 유기 방출 물질을 함유하는 3개 이상의 상이한 유기 물질 공급부가 상이한 노즐에 접속되는 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  23. 제21항에 있어서, 복수 개의 노즐은 일렬로 배열되는 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  24. 제21항에 있어서, 복수 개의 노즐은 2차원 어레이로 배열되는 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  25. 제13항에 있어서, 상기 노즐 부분은 실질적으로 일정한 단면적을 갖는 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  26. 제25항에 있어서, L2/R3는 1 내지 10 범위인 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  27. 제13항에 있어서, 상기 유출구는 증기 혼합물이 집속되는 축방향 거리를 따라 거의 일정한 단면적을 포함하는 것인 유기 물질 증착 디바이스.
  28. 유기 물질을 증착하는 유기 물질 증착법으로서,
    유기 물질을 포함하는 증기를 수렴하는 유입구를 통해 노즐로 도입하는 단계;
    단면적(A1) 및 직경(D1)을 갖고 노즐의 원위단에 있는 확대되는 유출구로부터 증기를 배출하는 단계; 및
    증기 배출 후, 유기 방출 영역 또는 검출 영역의 적어도 일부를 형성하도록 기판 상에 유기 물질을 증착하는 단계
    를 포함하고, 상기 증기는 상기 유입구와 상기 유출구 사이에서 상기 유출구로부터 축방향 거리(L1)에 있으면서 미소 축방향 길이(L2)를 가진 노즐 부분을 통과하고, 상기 노즐 부분은 단면적(A2) 및 직경(D2)을 가지며,
    L1/D2는 2보다 크고,
    A1/A2는 16 이상이며, L2는 1 mm 미만인 것인 유기 물질 증착법.
  29. 삭제
  30. 제28항에 있어서, 상기 노즐 부분을 통과하는 증기의 하류에 증기의 충격파면이 형성되고, 이 충격파면은 유출구 이전에 실질적으로 소멸되는 것인 유기 물질 증착법.
  31. 제28항에 있어서, L1/D2는 2 내지 200 범위인 것인 유기 물질 증착법.
  32. 제28항에 있어서, L1/D2는 2 내지 20 범위인 것인 유기 물질 증착법.
  33. 제28항에 있어서, L1/D2는 3인 것인 유기 물질 증착법.
  34. 제28항에 있어서, D1/D2는 4 내지 100 범위인 것인 유기 물질 증착법.
  35. 제28항에 있어서, A1/A2는 16 내지 200 범위인 것인 유기 물질 증착법.
  36. 제28항에 있어서, A1/A2는 16인 것인 유기 물질 증착법.
  37. 제28항에 있어서, A1은 0.6 내지 1.2 mm2이고, A2는 0.04 내지 0.1 mm2인 것인 유기 물질 증착법.
  38. 제28항에 있어서, 상기 노즐은 복수 개의 유사한 노즐을 구비하는 노즐 블럭에 포함되고, 복수 개의 노즐 각각은 유기 방출 물질을 증착하도록 구성된 것인 유기 물질 증착법.
  39. 제28항에 있어서, 증착된 유기 물질의 폭은 유출구의 폭과 거의 동일한 것인 유기 물질 증착법.
  40. 제28항에 있어서, 상기 노즐 부분의 하류 및 상기 유출구의 상류에서 상기 증기가 집속 빔으로 형성되는 것인 유기 물질 증착법.
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