KR20010083936A - 물질의 패턴화 증착 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 구조물은 디스플레이 물질의 패턴화 증착 방법을 사용하여 형성된다. 기판(102)은 다수의 성질이 다른 전극(104)을 포함한다. 물질을 포함하는 다수의 소적(112)이 형성되고 제 2 극성으로 하전된다. 다수의 전극(104) 중의 제 1 선택된 전극은 제 2 극성과 반대되는 극성의 제 1 극성으로 하전되어 물질을 포함하는 소적(112)을 다수의 전극(104) 중의 반대 극성으로 하전된 제 1 선택된 전극(114)으로 유도한다.

Description

물질의 패턴화 증착 {PATTERNED DEPOSITION OF A MATERIAL}
기판상으로의 물질의 패턴화 증착에 관한 일반적인 개념은 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 제외하고 물질을 선택적으로 제거하는(감하는) 방법이다.
패턴화된 증착의 하나의 적용은 이미지를 재현시키기 위한 토너 입자의 패턴화된 증착이다. 패턴화 증착 방법은 여러 가지 패턴의 상이한 색상의 인광물질을 증착시켜 음극선관(CRT: cathode ray tube)의 스크린상에 여러 가지 색상의 화소를 형성시키는데 사용될 수도 있다.
셰도잉(shadowing) 방법은 특정한 패턴의 물질을 기판상으로 증착시키기 위한 가법이다. 셰도잉 방법의 경우에, 셰도우 마스크가 기판의 위에 또는 기판의 표면상에 형성된다. 그런 다음, 물질이 셰도우 마스크에 있는 구멍을 통해 기판상으로 지향적으로 증착된다. 증착 방법이 지향적인 방법이기 때문에, 물질이 구조물의 "셰도우"에는 증착되지 않는다. 이와 같이, 물질은 구조물의 "셰도우"를 제외한 기판 부분에 의해 규정된 패턴으로 증착된다. 증착의 방향을 변화시킴으로써, 이러한 기술은 상이한 패턴의 1종 이상의 상이한 물질을 단일 기판상에 증착시키는데도 사용될 수 있다.
또 다른 패턴화 증착 방법은 패턴화된 광전도체를 사용하여 물질의 하전된 입자를 기판상의 패턴상으로 정전기적으로 유도하는 방법이다. 예를 들어, 사진 복사기에서 사용되는 경우, 광전도체가 기판상에 먼저 적용된다. 그런 다음, 광전도체는 정전기적으로 하전된다. 기판상의 하전된 광전도체는 광전도체를 선택적으로 방전시키기 위해 원하는 패턴으로 광에 노출된다. 패턴화된 광전도체의 전하와 반대 극성으로 하전된 물질(토너)의 입자는 기판과 근접하게 된다. 반대 성향의 전하 사이의 유도력으로 인해 하전된 광전도체에 의해 형성된 패턴으로 기판상에 토너 입자가 증착된다. 그런 다음, 종이는 패턴화된 토너를 종이에 증착시키기 위해 기판과 접촉되어진다. 그런 다음, 종이를 가열하여 토너를 종이에 융합시킬 수도 있다.
음극선관(CRT)의 스크린상에 화소에 있어 다양한 색상의 화소에 해당하는 다양한 색상의 인광물질의 패턴을 형성시키기 위한 또 다른 패턴화 증착 방법이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 광전도체는 스크린상에 증착된 후 하전될 수 있다. 그런 다음, 광전도체는 특정한 패턴의 전하를 형성시키기 위해 선택적으로 노출될 수 있다. 그런 다음, 첫 번째 색상을 지닌 반대 극성으로 하전된 인광물질 입자가 형성된다. 정전기 유도력으로 인해 첫 번째 색상의 인광물질이 전하가 선택적으로 증착된 스크린 위치에 부착된다. 그런 다음, 인광물질은 경화에 의해 스크린에 고정될 수 있다. 그런 다음, 이러한 공정을 반복하여 스크린상에 또 다른 색상의 인광물질의 패턴을 형성시킬 수 있다.
일부 적용분야 및 일부 물질의 경우에, 물질이 액체 형태로 존재하는 동안 특정한 패턴을 증착시키는 것이 바람직할 수도 있다. 잉크젯 기술을 사용하여 기판상에 다수의 위치에 의해 형성된 패턴으로 액화된 물질을 증착시킬 수도 있다. 먼저, 액화된 물질이 잉크젯에 공급된다. 그런 다음, 잉크젯 분출구가 기판상의 다수의 위치중의 한 위치에 근접하도록 잉크젯과 기판의 위치가 선정된다. 그런 다음, 잉크젯의 물질은 기판상의 다수의 위치중의 하나의 위치로 방출된다. 그런 다음, 잉크젯의 위치가 재선정되고 기판상의 다수의 위치중의 각 위치마다 공정이 반복된다.
잉크젯 장치의비용 및 복잡성은 기판상의 위치가 작고 물질의 증착이 국부적으로 일어나야 하는 경우에 증가할 수 있다. 잉크젯으로부터 방출된 물질은 전형적으로 일단 잉크젯으로부터 빠져나오기만 하면 분산된다. 국부적으로 증착시키기 위해서는, 잉크젯을 기판에 근접한 위치에 정확하게 위치시킴으로써 분산의 정도가 제한될 수 있다.
잉크젯 방법은 기판상에의 위치의 수가 클 때 비용이 많이들 수 있다. 물질이 기판상에의 다수의 다른 위치상에 증착되어질 때, 잉크젯 방법을 사용하는 것은 잉크젯을 각각의 위치에 증착시키기 위한 기판과 관련하여 재위치선정하는데 필요한 시간으로 인해 비용이 많이 든다. 대안적으로, 다중 잉크젯은 한 부위 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 증착시키기 위해서는 바람직할 수 있다. 반복적인 방출후에, 잉크젯은 막히기 시작할 수도 있다. 막혀진 잉크젯은 막혀지지 않은 잉크젯 만큼의 많은 물질을 방출시키지 못할 수도 있다. 이와 같이, 방출시킬 때 마다의 물질의 양은 잉크젯이 다양한 위치에서 막히는 정도에 따라서 기판상의 위치마다 다를 수 있다.
통상의 패턴화 방법과 관련된 단점을 극복하기 위해, 신규한 증착 방법이 제공된다.
본 발명은 물질을 특정한 패턴으로 증착시키는 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 디스플레이 물질을 포함하는 하전된 소적을 전극상으로 선택적으로 증착시키는 방법에 관한 것이다.
발명의 요약
본 발명은 증착 방법을 제공한다. 다수의 성질이 다른 전극을 갖는 기판이 제공된다. 다수의 물질의 일부가 형성되고 제 1 극성으로 하전된다. 다수의 물질의 일부는 제 1 선택된 전극으로 선택적으로 유도된다.
본 발명의 일면에 따르면, 다수의 물질의 일부는 제 1 선택된 전극상에 선택적으로 증착된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 다수의 물질의 일부는 제 1 선택된 전극에 인접하여 배치된 제 2 기판상에 증착된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 제 1 극성으로 하전된 다수의 물질의 일부는 각각 다수의 액체 소적 중의 하나에 포함된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 다수의 전극중의 제 1 선택된 전극중의 적어도 하나의 전극을 하전시키는 것은 1개 이상의 전극에 부착되는 물질의 양에 상응하는 값에 따라 조절된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 디스플레이 물질은 첫 번째 색상에 상응하며 두 번째 색상에 상응하는 물질은 다수의 전극중의 제 2 선택된 전극상으로 증착된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 다수의 전극중의 제 1 선택된 전극은 제 2 극성 및 중성 극성 중의 하나의 극성으로 하전되는 반면 두 번째 색상에 상응하는 물질은 다수의 전극중의 제 2 선택된 전극으로 유도된다.
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 용액을 포함하고, 상기 제 2 용액은 유기 전기 발광 물질 및 제 2 용액을 포함하며, 소적중의 1종 이상이 성질이 다른 전극 중의 적어도 하나의 전극에 선택적으로 부착되며, 다수의 액체 소적 중의 하나 이상에 존재하는 홀 이송 물질 및 유기 전기 발광 물질은 용매가 증발하여 성질이 다른 전극 중의 1개 이상에 홀 이송 물질층과 유기 전기 발광층을 형성시키기 전에 분리된다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 사용하여 형성된 구조물을 제공한다.이러한 구조물은 다수의 성질이 다른 전극을 갖는 제 1 기판과 다수의 성질이 다른 전극 각각에 형성된 다수의 물질의 일부를 포함한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 다수의 성질이 다른 물질의 일부를 형성시키기 위한 장치를 제공한다. 이러한 장치는 다수의 성질이 다른 전극을 갖는 기판, 제 1 극성으로 하전된 다수의 물질의 일부를 형성시키는 공급부, 다수의 전극 중의 선택된 전극에 전하를 제공하기 위한 하전 수단을 포함한다.
도면의 간단한 설명
본 발명은 하기의 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 층착의 첫 번째 예시적인 방법을 도시하는 도면이다.
도 5 내지 7은 본 발명에 따른 다층 물질 증착의 두 번째 예시적인 방법을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 예시적인 방법을 사용하여 형성된 세가지 색상의 전기 발광 디스플레이의 부분 횡단면도를 도시하는 도면이다.
발명의 상세한 설명
지금부터 유사한 도면 부호로 유사한 요소를 나타내고 있는 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 증착의 예시적 방법을 도해하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 성질이 다른 전극(104)이 기판(102)상에 형성된다. 물질의 일부(112)는 다수의 성질이 다른 전극(104)의 제 1 선택된 부분(114)상에 선택적으로 증착된다.
공급부(106)는 제 1 극성으로 하전된 다수의 물질의 일부(112)를 포함하는 클라우드(cloud)(108)를 발생시킨다. 물질의 일부(112)는 유도 하전 및 코로나 하전을 포함하는 방법에 의해 하전될 수 있다. 다수의 전극(104)의 제 1 선택된 부분(114)(제 1 선택된 전극)은 제 1 극성과 반대되는 성향의 제 2 극성으로 하전된다. 당업자에게는 공지되어 있는 바와 같이, 제 1 선택된 전극(114)은 예를 들어 전압원(110)을 사용하여 하전될 수 있다. 각각의 제 1 선택된 전극(114)은 단일 전압원에 의해, 또는 전압원(111)에 의해 도시된 바와 같은 별도의 전압원에 의해 조절될 수 있다. 대안적으로, 제 1 선택된 전극(114)은 전자빔에 의해 또는 코로나 하전에 의해 하전될 수 있다.
당업자에게는 공지되어 있는 바와 같이, 공급부(106)는 물질의 일부를 입자 형태로 제공하는데 적합할 수 있다. 대안적으로, 예시적 구체예에서, 공급부(106)는 제 1 극성으로 하전된 물질의 일부(112)를 포함하는 액체 소적을 제공하는데 적합하다. 액체 소적은 소적의 초음파, 회전 및 액체 분사물 형성을 포함하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 다수의 하전된 물질의 일부(112)를 포함하는 클라우드(108)의 형성과 관련해서는 본원에 참고문헌으로 인용되는 문헌[Adrian G.Bailey, in "Electrostatic Spraying of Liquids"]에 기술되어 있다.
도 1에 도시된 예시적 구체예에서, 물질의 일부(112)는 양극성으로 하전되고 제 1 선택된 전극(114)은 음전위로 하전된다. 클라우드(108)에 존재하는 물질의 하전된 일부(112)는 정전기력에 의해 반대 성향으로 하전된 제 1 선택된 전극(114)으로 유도된다. 정전기력은 물질의 일부(112)가 제 1 선택된 전극(114) 및 제 1 선택된 전극(114)상에 이전에 증착된 그 밖의 일부(112)로 이동되게 하여 이들에 부착되게 한다.
부착은 정전기력, 반데르발스힘, 신터링 및 상호확산을 포함하는 인자들에 의해 영향을 받는다. 열처리, 습도, 및 용매 증기의 적용과 같은 부착후 처리가 물질의 일부(112)의 부착을 촉진시키도록 적용될 수 있다. 부착후 열처리는 접촉 지점에서 국부적인 분해를 촉진시켜 상호확산을 촉진시킬 수 있다. 부착후 압력 적용은 접촉 지점에서의 압력을 증가시켜 신터링을 촉진시키고 반데르발스에 대한 접촉 영역을 증가시킬 수 있다.
원하는 다수의 물질의 일부(112)가 제 1 선택된 전극(114)중의 하나에 부착될 때, 상기 전극으로의 추가의 증착은 물질의 일부(112)가 상기 전극으로부터 반발되도록 물질의 일부(112)와 동일한 전위에서 상기 전극을 하전시킴으로써 중단될 수 있다. 대안적으로, 상기 전극은 중성 전위에 결합될 수 있고/거나 공급부(106)의 배출이 중단될 수 있다. 또 다른 대안은 모든 추가의 증착된 전하가 하전된 물질의 추가의 일부(112)를 반발하도록 상기 전극을 부유 상태가 되게 하는 것이다.
도 1의 예시적 구체예에 도시된 바와 같이, 물질의 일부(112)는 도 1의 화살표(116)로 도시된 중력 방향과는 다른 방향으로 제 1 선택된 전극(114)에 부착된다. 이것은 반대 성향으로 하전된 제 1 선택된 전극(114)에 증착되는 기판상에 증착되는 실질적으로 모든 물질의 일부(112)를 초래하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같은 또 다른 예시적 구체예에서, 제 1 선택된 전극(114)중의 적어도 하나에 인가된 전하는 하나 이상의 상기 전극에 증착되는 물질의 일부(112)의 수에 따라 조절된다. 당업자에게는 공지되어 있는 바와 같이, 특정의 전극상으로 증착되는 물질의 일부(112)의 수를 측정하기 위해서는 수가지의 방법이 이용될 수 있다.
하나의 방법은 상기 특정의 전극에 접촉하여 부착되어 있는 하전된 물질의 일부(112)의 결과로서 특정의 전극으로 흐르는 전류를 측정하는 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전극에 커플링되어 있는 전류계(126)는 전극으로 입력되는 입력 전류 (Ia)를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 특정의 전극에 부착되는 입자의 수는 입력 전류(Ia)를 적분하여 상기 전극에 증착되는 전하의 양을 결정하고 부분당 전하의 양에 의해 상기 전하를 나눔으로써 계산될 수 있다. 물질의 일부(112) 당 전하는 물질의 전하 대 질량비(q/m) 및 소적당 물질의 양을 사용하여 계산될 수 있다. 그 다음, 전압원(110)에 의해 상기의 특정 전극에 인가된 전하가 특정의 전극상에 증착시키기를 원하는 물질의 일부(112)의 수에 따라 조절될 수 있다.
전극상에 증착되는 물질의 일부(112)의 수를 모니터링하는 방법은 유도 코일(130)을 사용하여, 공급부(106)에 의해 형성되는 물질의 일부(112)와 관련된입력 전류(Ic)를 측정하고 적분하는 것이다. 대안적으로, 물질의 일부(112)를 하전시키는데 사용되는 공급부(106)에 입력되는 전하(도시되어 있지 않음)를 측정하여 물질의 일부(112)과 관련된 전하를 나타낼 수 있다. 제 1 선택된 전극(114)에 대한 물질의 일부(112)의 분포 모델과 함께 물질의 일부(112)와 연관된 전하는 공급부(106)의 출력 및/또는 제 1 선택된 전극(114)의 각각에 인가된 전하를 선택적으로 조절하는데 사용될 수 있다.
증착된 물질의 양은 또한 실제 측정을 사용하기 보다 근사 증착에 대한 모델을 사용하여 조절될 수도 있다. 예를 들어, 물질의 일부(112)의 분포 모델을 사용하여, 물질의 일부(112) 당 물질의 양, 조절된 증착 기간, 공급부(106) 및/또는 제 1 선택된 전극(114)에 인가된 전하는 증착된 물질의 양을 조절하도록 조절될 수 있다.
또한, 자기 한정(self-limiting) 방법을 사용하여 제 1 선택된 전극(114)의 각각에 증착된 물질의 양을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 각각의 제 1 선택된 전극(114)은 소정량의 전하를 갖는 제 2 극성에서 하전될 수 있으며 유동적인 상태로 있게될 수 있다. 이러한 전하의 일부는 반대 극성으로 하전된 각각의 물질의 일부(112)가 제 1 선택된 전극(114) 중의 하나의 전극에 부착될 때 중성화된다. 중성화되는 전하의 양이 증가함에 따라, 전극에 대한 하전된 물질의 일부(112)의 유도력은 감소한다. 각각의 제 1 선택된 전극(114)에 대한 소정의 전하는 전극에 독특한 것일 수 있으며 하전된 물질의 일부(112)의 분포 모델을 기초로 하여 선택된다.
증착 방법의 선택성을 증대시키기 위해, 제 1 선택된 전극(114) 이외의 다른 전극을 물질의 일부(112)와 동일한 극성으로 하전시켜 물질의 일부(112)를 반발시킬 수도 있다. 대안적으로, 제 1 선택된 전극(114) 이외의 다른 전극을 대지 전극에 커플링시킬 수도 있다. 나머지 전극을 부유하는 채로 방치시키는 경우, 이에 부착된 물질의 일부(112)상의 전하는 누적되어 다른 하전된 물질의 일부(112)를 반발시키는 것을 도울 것이다.
본 발명에 따른 증착 방법을 사용하여 단일 기판상에 다수의 여러 가지 패턴의 여러 가지 물질을 형성시킬 수도 있다. 예를 들어, 공급부(106)가 하전된 제 1 물질의 일부(112)를 제공하여 클라우드(108)를 형성시킬 수도 있다. 그런 다음, 제 1 선택된 전극(114)이 다수의 물질의 일부(112)와 반대 성향의 제 2 극성으로 하전될 수 있다. 그런 다음, 상기된 바와 같이, 물질의 일부(112)가 제 1 선택된 전극(114)으로 유도되어 증착될 것이다.
그런 다음, 공급부(106)(또는 또 다른 공급부)는 하전된 제 2 물질의 일부를 형성시켜 제 2 물질의 일부로 이루어진 클라우드를 형성시킬 수도 있다. 그런 다음, 다수의 전극(104)의 제 2 선택된 전극(115)을 제 2 물질의 일부의 극성과 반대되는 제 2 극성으로 하전시킬 수 있다. 이렇게 하게 되면, 제 2 물질의 일부가 제 2 선택된 전극(115)으로 정전기적으로 유도되고 이에 부착된다.
공급부(106)에 의해 생성된 물질의 일부(112)는 동일한 극성으로 하전되며 서로에 대하여 반발하는 성향을 갖는다. 이렇게 하게 되면, 클라우드(108)가 분산될 것이다. 하나의 예시적 구체예에서, 증착 장치의 측벽(122)은 공급원(124)에 의해 물질의 일부(112)와 동일한 극성으로 하전되어 이의 분산을 감소시킨다.
대안적으로, 비전도성 측벽(124)은 공급원(124) 없이 사용될 수 있다. 하전된 부분(112)이 측벽(124)에 부착될 때, 하전된 물질의 일부(112)와 동일한 극성의 전하는 비전도성 측벽(124)에 누적될 것이다. 하전된 물질의 일부(112)와 동일한 극성의 누적된 전하는 하전된 물질의 일부(112)를 반발하여 클라우드(108)의 분산력을 감소시킬 것이다.
예시적 구체예에서, 그리드(132)는 제 1 선택된 전극(114)상에의 증착의 선택도를 증대시키는데 사용될 수 있다. 그리드(132)는 전원장치(134)에 의해 제 1 선택된 전극(114)상으로 증착시키려는 물질의 일부(112)와 동일한 극성으로 하전될 수 있다. 그리드(132)를 사용하게 되면, 약하게 하전된 물질의 일부(112)를 반발시킴으로써 증착의 선택도를 개선시킬 수 있다. 대안적으로, 그리드(132)는 물질의 일부(112)를 그리드내의 간극을 통해 제 1 선택된 전극(114)으로 가속시키기 위해 물질의 일부(112)와 반대 극성의 전하로 하전될 수 있다.
예시적 구체예에서, 다수의 전극(104)은 디스플레이 구조물의 전면 플레이트상에 형성된 칼럼 전극이다. 물질의 일부(112)는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 칼럼 전극의 선택된 전극상에 연속적인 라인으로 증착될 수 있다. 이러한 증착은 플라즈마 또는 텔리비젼 디스플레이 구조물을 형성시키는데 요망될 수 있다. 또 다른 예시적 구체예에서, 마스크는 칼럼 전극의 인접부에 위치하여 칼럼 전극의 선택된 전극의 제 1 선택된 부분들만을 노출시킨다. 그 다음, 본 발명에 따른 증착방법은 칼럼 전극의 제 1 선택된 부분상에 물질의 일부(112)를 증착시키는데 사용될 수 있다. 마스크를 사용하는 것은 유기 전기 발광 디스플레이 구조물을 형성시키는데 요망될 수 있다.
도 3-4는 본 발명에 따른 다중층 물질을 증착시키는 첫 번째 방법을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 물질의 일부(312)는 제 1 선택된 전극(114)상에 본 발명에 따라 선택적으로 증착될 수 있다. 다수의 제 1 물질의 일부(312)는 제 1 선택된 전극(114)상에 제 1 물질층(314)을 형성시킨다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 물질의 일부(313)는 제 1 물질층(314)상에 본 발명에 따라 선택적으로 증착될 수 있다. 제 2 물질의 일부(313)는 제 1 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 두 번째 방법을 도시한다. 공급부(106)(도시하지 않음, 도 1 참조)는 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 제 1 선택된 전극(114)상에 본 발명에 따라 증착된다.
그런 다음, 제 1 및 제 2 물질을 포함하는 소적(512)은 합체되어 제 1 및 제 2 물질을 포함하는 하나의 단일 방울을 형성한다. 하나의 예시적 구체예에서, 제 1 용매와 제 2 용매는 비혼화성이며, 제 1 및 제 2 물질과 용매는 혼화되므로 용매가 증발하기전에 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 1 선택된 전극(114)상에 남아있게 된다. 이와 같이, 하나의 단일 증착 단계를 사용하여 제 1 선택된 전극(114)상에 제 1 물질층(514)과 제 2 물질층(515)을 증착시킬 수 있다. 본 발명의 방법을 사용하여 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 공급부(106)에 의해 형성될 수 있다. 상기 별도의 소적은 증착 전에 동일한 극성으로 하전되고, 서로 반발하여 서로 접촉하지 않을 수도 있다. 그런 다음, 별도의 소적이 제 1 선택된 전극상에 증착될 수 있다. 그런 다음, 소적이 합체되고 물질이 다중층 증착을 위해 상기된 바와 같이 분리될 수 있다.
도 7과 관련하여 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법을 사용하여 전기 발광성 디스플레이 구조물을 형성시킬 수 있다. 도 7은 전형적인 삼색 전기 발광 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)가 다수의 전극(710, 720, 730)의 각각에 형성된다.
제 1 색용 방출층을 증착시키는 경우, 제 1 색상에 상응하는 전극(710)은 제 2 극성으로 하전된다. 그런 다음, 제 1 극성으로 하전된 홀 이송 물질의 일부 및 제 1 극성으로 하전된 방출층이 전극(710)상에 증착되어 홀 이송층(711) 및 방출층(721)을 형성한다. 상기된 바와 같이, 이들 층은 별도로 증착되거나 단일 단계로 증찰될 수 있다. 하나의 예시적 구체예에서, 방출층은 유기 전기 발광 물질이다. 유기 전기 발광 물질은 프렌드(Friend) 등의 미국특허 제 5,807,627호에 기술되어 있으며, 유기 전기 발광 물질의 조성물에 관한 설명을 위해 본원에 참고로 인용된다.
하나의 예시적 구체예에서, 제 2 및 제 3 색상에 상응하는 전극(720, 730)은 제 1 색상에 상응하는 전극(710)상에 증착하는 동안 제 1 극성으로 하전되어 전극(710)상에 증착시키려는 물질을 반발시킨다. 전류 계량기(도 2 참조)를 사용하여 제 1 색상에 상응하는 전극(710)으로 의도되는 어떠한 물질이 제 2 및 제 3 색상에 상응하는 전극(720, 730)상에 증착되는지를 결정할 수 있다. 만약 그렇다면, 검출된 전하의 양을 사용하여 생성된 디스플레이의 색상 불순도가 허용 한계치를 초과할 것인지를 결정할 수 있다. 또한, 전극(710, 720, 730)에 인가된 전위를 변화시켜 색상 불순도의 수준을 조절할 수 있다.
그런 다음, 제 2 색상에 상응하는 전극(720)이 제 2 극성으로 하전되고 홀 이송층(721) 및 방출층(722)이 전극(720)상에 유사하게 증착된다. 이러한 방법을 반복하여 제 3 색상에 상응하는 전극(730)상에 홀 이송 층(731) 및 방출층(732)을 증착시킨다.
하나의 예시적 구체예에서, 공통적인 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 형성시키 위해 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 당업자에게는 공지되어 있는 바와 같이, 전극의 회로를 구동시키는 것은 적합한 시그날을 전극에 제공하여 전극이 상기된 두가지 기능을 모두 수행할 수 있도록 하기에 적합할 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 사용하여 1mm×1mm의 근사 길이와 폭 치수 및 50nm의 두께를 갖는 유기 전기 발광 물질을 증착시킴으로써 화소를 형성시키기 위한 예시적인 구체예가 하기에 기술된다. 상기 치수에 상응하는 증착 대상 물질의 용적은 5×10-8cm3이다. 이러한 예시적 구체예에서, 공급부(106)는 액체 소적 형태의 물질의 일부(112)를 제공한다. 화소를 형성하는 소적의 수는 소적의 크기 및 소적내 물질의 농도에 따라 변한다. 하기 표 1은 상이한 소적 크기 및 소적 당 물질의 상이한 농도에 대한 소적의 수를 예시적으로 제시한다.
소적 직경(μm) 소적 용적(cm3) 상이한 농도에 대한 소적의 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 소적내 물질의 백분율이 사용될 수도 있다. 바람직한 구체예에서, 소적내 물질의 중량%는 0.5% 내지 5.0%이다.
당업자에게는 공지되어 있는 바와 같이, 소적 당 전하의 양을 제한하는 인자는 레일리(Rayleigh) 한계 및 브레이크다운(breakdown)을 포함한다. 레일리 한계는 하기 수학식(1)에 따라 소적상의 전하(qR)를 제한한다:
상기 식에서, T는 소적의 표면 장력이고, a는 소적 직경이며, εo는 소적 주위의 공기 또는 그 밖의 가스의 유전율이다. 예시적 구체예에서, 공급부(106)는 물질과 용매를 포함하는 액체 소적을 제공한다. 용매가 증발하고 소적의 직경이 감소할 때, 소적은 레일리 한계로 인해 스플리팅된다. 이것은 보다 작은 물질의 일부가 증착되게 한다. 예시적 구체예에서, 전극상에 증착되는 물질은 10μm 미만의 폭을 갖는다. 또 다른 예시적 구체예에서, 증착된 물질은 약 1μm의 폭을 갖는다.
본 발명의 예시적 구체예에서, 소적은 음으로 하전되고, 제 1 선택된 전극(114)은 +500볼트(V)로 하전되며, 소적은 50nm의 두께를 갖고, 소적은 3×1013쿨롱(coulomb)의 전하를 갖는다. 사용시, 그리드는 -1500볼트로 하전될 수 있으며, 측벽은 -10,000볼트로 하전될 수 있거나, 대안적으로, 부유 상태의 절연층이 사용될 수도 있다.
본 발명은 다른 유형의 디스플레이 구조물을 형성시키는데도 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 증착 방법은 LCD 디스플레이상에 필터를 증착시키거나 CRT 디스플레이상에 인광물질을 증착시키는데도 사용될 수 있다. 본 발명은 타일화(tiled) 및 비타일화된(non-tiled) 디스플레이 구조물 둘 모두를 형성시키는데도 사용될 수 있다.
본 발명이 디스플레이 구조물과 관련하여 상기와 같이 기술되었지만, 본 발명은 일반적으로 물질의 패턴화 증착에 응용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 전극이 본 발명에 따른 하전된 물질의 일부를 유도하기 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 1 선택된 전극(114)에 인접한 기판상에 물질을 증착시키는데 사용된다. 또 다른 예시적 구체예에서, 다수의 전극(104)이 제 1 기판상에 형성되고 제 2 기판이 제 1 기판상에 배치된다. 그런 다음, 본 발명에 따른 증착 방법을 이용하여 제 1 선택된 전극(114) 위의 위치에 있는 제 2 기판상에 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 증착용 물질을 포함하는 액체 소적을 하전된 전극상으로 선택적으로 유도할 수 있다. 공급부(106)는 또한 하전된 전극상에 증착되는 물질의 일자를 제공할 수 있다.
대안적으로, 공급부(106)는 전극으로의 부착전에 용매가 증발하기에 적합한 물질 및 용매를 포함하는 액체 소적을 제공할 수 있다. 이와 같이, 공급부(106)에 의해 발생되는 액체 소적내 물질은 입자로서 증착될 수 있다. 당업자에게는 공지되어 있는 바와 같이, 용매의 증발은 전극으로부터 공급부에 이르는 거리, 물질의 일부의 이동 속도, 물질의 일부가 이동하는 대기, 및 사용되는 용매의 유형을 포함하는 인자에 따라서 달라질 것이다.
물질을 포함하는 액체 소적을 형성시켜 궁극적으로는 물질을 입자 형태로 증착시키는 방법은 양립할 수 없는 물질을 증착시키기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 물질과 제 2 물질은 액체 형태로 존재할 때 서로 반응하지만 입자 형태로 존재할 때는 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 유도될 수 있다. 소적은 이들내에 있는 용매가 증착전에 증발되므로 제 1 물질 및 제 2 물질이 입자 형태로 증착되기에 적합할 수 있다. 제 1 및 제 2 물질의 소적은 이들이 동일한 극성으로 하전되기 때문에 증착전에 반응하지 않을 것이며 서로 반발할 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 형성시키는데 사용되는데, 제 1 물질은 글루코오스 옥시다아제이고, 제 2 물질은 페로시아나이드이다.
물질을 함유하는 액체 소적으로부터 출발하는 물질의 일부를 증착시키는 것은 물질이 궁극적으로 액체 형태로 증착되든, 아니면 입자 형태로 증착되든 이와는 무관하게 장점을 제공한다. 예를 들어, 증착시키고자 하는 많은 물질은 건조되고 분쇄되어 증착에 이용되는 분말을 형성하는 액체 용액 형태로 형성될 수 있다. 이러한 단계는 본 발명에 의해 생략될 수 있다.
액체 소적으로부터 출발하는 것은 입자로 출발하는 것보다 작은 입자의 증착을 가능하게 할 수 있는데, 그 이유는 입자가 보다 작은 입자로 분쇄된 후, 작은 입자가 다른 입자와 응집할 수 있기 때문이다. 소적에 인가된 전하는 소적의 응집을 방해하는데 도움을 준다.
소적은 반드시 물질 및 용매만을 포함하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 소적은 하전 및 습윤화를 위한 표면 장력을 개질시키기 위한 첨가제, 안정화제, 결합제 및 도판트를 포함할 수도 있다.
액체로서의 출발은 증착된 물질의 양이 정확하게 조절되게 한다. 예를 들어, 액체 소적중의 물질의 농도 및 소적의 크기를 포함하는 인자는 증착되는 각각의 물질의 일부에 상응하는 물질의 양을 결정한다. 이들 인자의 정확한 조절에 의해, 증착되는 입자 크기 및 양이 정확하게 조절된다. 물질의 양은 각각의 소적이 수개의 분자만을 포함하는 경우에 어느 정도 희석될 수 있다. 이것은 본 발명이 미크론 크기의 화소를 갖는 디스플레이 구조물을 형성시키는데 응용될 수 있게 한다.
본 발명에 따른 증착 방법은 잉크젯 증착 방법을 사용하는 종래 기술의 방법과 비교되는 수가지 장점을 제공하는데: 본 발명은 공급부(106)가 기판에 매우 근접하게 있을 필요가 없으며; 본 발명은 물질의 일부(112)가 기판상의 전극으로 유도되므로 잉크젯 기술과 관련된 분산 문제점을 갖지 않으며; 본 발명은 기판상에의 다수의 위치상에의 동시적인 증착을 가능하게 하며; 본 발명은 공급부(106)의 정확한 배치 없이 정확한 증착을 수행하게 하며; 본 발명은 기판상의 각 위치상에 증착되는 물질의 양을 정확하게 조절할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 증착 방법은 사진석판 기술에 의해 발생할 수 있는 비양립성 문제 없이 소규모의 국소 영역에 소량의 물질을 증착시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기 전기 발광 물질이 산소, 습기 및 사진석판술용으로 사용되는 용매와 상호작용할 수 있다. 본 발명의 방법은 이러한 비양립성을 피하기 위해 증착되는 특정한 물질과 양립하기에 적합할 수 있다.
본 발명은 전극에의 직접적인 증착에 한정되지 않는다. 예를 들어, 물질은 전극 바로 위의 박막에도 증착될 수 있다.
본 발명이 상기에서 제 1 극성으로 하전된 물질의 일부(112) 및 제 1 극성과 반대되는 제 2 극성으로 하전된 제 1 선택된 전극(114)과 관련하여 기술되었지만, 대안적으로, 제 1 선택된 전극(114)은 하전되지 않은 채로 존재할 수도 있으며, 그 밖의 모든 다른 전극은 하전된 물질의 일부(112)와 동일한 극성을 갖는 전위로 하전될 수도 있다. 하전된 물질의 일부(112)는 가장 낮은 전위, 이 경우에는 제 1 선택된 전극(114)으로 이동할 수 있다.
본 발명은 특정의 구체예를 참조하여 도시되고 기술되었지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 청구의 범위의 범위 및 균등 범위내에 다양한 구체예가 있을 수 있다.

Claims (10)

  1. (a) 다수의 성질이 다른 전극을 갖는 제 1 기판을 제공하는 단계;
    (b) 제 1 극성으로 하전된 다수의 물질의 일부를 형성시키는 단계;
    (c) 다수의 물질의 일부를 다수의 성질이 다른 전극중의 제 1 선택된 전극으로 선택적으로 유도하는 단계를 포함하는 증착 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 제 1 기판상에 제 2 기판을 증착시키는 단계로서, 단계 (c)가 다수의 물질의 일부를 각각이 제 1 선택된 전극의 기판중 하나에 인접한 성질이 다른 제 2 기판의 일부상에 증착시키는 단계; 및
    제 1 기판으로부터 제 2 기판을 제거하는 단계로서, 다수의 물질의 일부가 성질이 다른 제 2 기판의 일부에 부착되어 유지되는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 단계 (c)가 제 1 선택된 전극을 제 1 극성과 반대되는 제 2 극성으로 하전시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계 (c)가 제 1 선택된 전극 이외의 전극을 제 1 극성으로 하전시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)가 다수의 액체 소적 각각이 용매를 포함하는 제 1 극성으로 하전된 물질을 포함하는 다수의 액체 소적을 형성시키는 것을 포함하고, 단계 (c)가 용매를 증발시켜 물질을 포함하는 다수의 액체 소적을 다수의 물질의 입자로 전환시키고 다수의 물질의 입자를 제 1 선택된 전극상에 선택적으로 증착시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계 (c)가
    소정량의 물질을 제 1 선택된 전극상에 선택적으로 증착시키는 단계;
    제 1 극성으로 하전된 다수의 물질의 일부와 결합되는 전하의 양을 측정하는 단계; 및
    측정된 전하의 양에 따라서 (1) 다수의 전극중의 제 1 선택된 전극의 전하, 또는 (2) 제 1 극성으로 하전된 다수의 물질의 일부를 형성시키는 비율, 또는 이 둘 모두를 선택적으로 조절하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)가 제 1 극성으로 하전된 다수의 제 1 물질의 일부를 형성시키는 것을 포함하고, 방법이
    (d) 제 1 극성으로 하전된 다수의 제 2 물질의 일부를 형성시키는 단계; 및
    (e) 다수의 전극중의 제 2 선택된 전극을 제 2 극성으로 하전시켜 다수의 제 2 디스플레이 물질의 일부를 제 2 선택된 전극으로 유도하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)가
    (b1) 홀 이송 물질 및 제 1 용매를 포함하는 제 1 용액과 방출 물질 및 제 2 용매를 포함하는 제 2 용액을 형성시키는 단계; 및
    (b2) 제 1 극성으로 하전된 제 1 및 제 2 용액을 포함하는 다수의 액체 소적을 형성시키는 단계를 포함하고,
    단계 (c)가 다수의 액체 소적을 제 1 선택된 전극에 증착시키고, 제 1 선택된 전극중의 하나의 전극상에 증착된 소적이 합체되고 제 1 선택된 전극중의 하나의 전극상의 소적내 홀 이송 물질 및 방출 물질이 제 1 및 제 2 용매의 증발전에 분리되어 제 1 선택된 전극중의 하나의 전극상에 홀 이송 물질층과 방출 물질층을 형성시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 9항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)가 홀 이송 물질 및 제 1 용매를 포함하는 제 1 용액과 유기 전기 발광 물질 및 제 2 용매를 포함하는 제 2 용액을 형성시키는 단계를 포함하고, 단계 (c)에서, 제 1 선택된 전극중의 하나의 전극상의 소적내 홀 이송 물질 및 유기 전기 발광 물질이 제 1 및 제 2 용매의 증발전에 분리되어 제 1 선택된 전극중의 하나의 전극상에 홀 이송 물질층과 유기 전기 발광 물질층을 형성시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서, 습기, 열, 용매 증기 및 압력 중의 하나 이상을 제 1 선택된 전극과 상기 제 1 선택된 전극상에 증착된 물질에 적용시키는 것을 포함하는 증착후 처리를 수행하여 제 1 선택된 전극상에의 물질의 부착을 개선시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
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