KR20130121080A - 표면 코팅 방법 및 디바이스 - Google Patents
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Abstract
분자들 (5, 6) 로 지지 재료 (2) 의 표면 (1) 을 코팅하는 방법에 있어서, 분자 저장부 (3, 4)로부터의 분자들 (5, 6) 이 가스 상태로 전환되고 이온화되며, 대전된 분자들 (5, 6) 이, 표면 (1) 으로의 도중에, 적어도 하나의 전기 및/또는 자기 필드에 노출되고, 이 적어도 하나의 전기 및/또는 자기 필드는 대전된 분자들 (5, 6) 에, 대전된 분자들 (5, 6) 의 지향 이동에 수직인 힘의 지향 작용을 가하기 위하여 대전된 분자들 (5, 6) 의 지향 이동에 수직인 적어도 하나의 필드 성분을 갖는다. 전기 및/또는 자기 집속 디바이스 (8), 예를 들면 사중극자 필드가 분자 저장부 (3, 4) 와 표면 (1) 사이에 대전된 분자들 (5, 6) 의 지향 이동에 작용한다. 지정가능한 질량/전하 비를 갖는 분자들 (5, 6) 만이 표면 (1) 으로 다이어프램 디바이스 (12) 를 통과하는 그러한 방식으로 분자 저장부 (3, 4) 와 표면 (1) 사이에 다이어프램 디바이스 (12) 가 배열된다. 대전된 분자들 (5, 6) 은 경시적으로 변화될 수 있는 다이어프램 디바이스들 (14) 에 의해 또는 알맞은 전기 필드 및/또는 자기 필드에 의해 지정가능한 주기들 동안 표면 (1) 에 부딪치지 못하게 된다. 그에 의해 표면의 구조화된 코팅이 가능해진다.
Description
본 발명은 분자들로 지지 재료의 표면을 코팅하는 방법에 관한 것이고, 분자 저장부들로부터의 분자들이 가스 상태로 전환되고 이온화되고, 대전된 분자들은 전기 필드에서 표면의 방향으로 지향 이동을 겪고 분자들은 표면에 부딪치고 거기에 흡수된다.
많은 마이크로공학 제품들에서, 코팅 재료로의 지지 재료의 표면의 코팅은 마이크로공학 제품들의 제조에서 중요한 방법 단계에 해당한다. 특히, 코팅 재료 및 최종 제품의 각각의 요건들에 따라, 지지 재료 (support material) 의 원하는 코팅을 가능하게 하는 다양한 코팅 방법들이 실무 (practice) 에서 알려져 있다.
예를 들면, OLED, OFET 또는 유기 태양 전지들의 제조를 위해 필요한, 유기 재료로의 지지 재료의 코팅은, 종종 실무적으로 최종 제품의 품질 및 제조 비용에 관하여 중요한 제조 단계에 해당한다. 200-1000 g/mol 또는 심지어 현저히 더 큰 범위의 분자량을 갖는 코팅 재료의 분자들의 크기들로 인하여, 다른 점에서는 유용하고 알맞은 많은 코팅 방법들이 사용될 수 없다. 또한, 다른 것들로부터 분리하여 디스플레이의 개별 픽셀들을 제조가능하고 그들을 나중에 서로 독립적으로 어드레스가능하게 하기 위하여 지지 재료의 표면에의 코팅의 미세구조화 도포가 필요하다는 것이 OLED의 제조에서 고려되야만 한다. 이것은 또한, 예를 들면, 도체 트랙들의 제조를 위한 다른 유기 전자 디바이스들에 적용된다.
OLED들의 제조에서 지지 재료의 표면의 코팅은 현재 보통 진공에서 유기 코팅 재료의 열적으로 유도된 증발 및 후속하여 그의 코팅될 표면 상에의 성막 (deposition) 에 의해 수행된다. 개별 픽셀들을 코팅하기 위하여, 이것은 그리드 형상 쉐도우 마스크에 의해 커버 (cover) 되고 이는 오직 코팅될 픽셀들이 커버되지 않은 상태로 남기고 코팅되지 않을 표면의 영역들을 차단한다. 하지만, 이 코팅 방법은 실무적으로 상당한 단점들과 연관된다고 알려져 있다.
경제적으로 유익한, 충분히 높은 코팅 레이트를 가능하게 하기 위하여, 유기 코팅 재료는 가장 높은 가능한 증발 온도에서 가스 상태로 전환되야만 한다. 하지만, 그 높은 증발 온도는 지지 재료 및 코팅 디바이스의 강한 열응력을 초래한다. 특히, 자주 사용되는 쉐도우 마스크들은 높은 증발 온도에 기인하여 상당한 기계적 변형을 받으며, 이는 특히 대형 쉐도우 마스크의 경우에, 바람직하지 않은 디포메이션 (deformation) 및 이미징 에러들을 신뢰적으로 방지하는 것이 사실상 불가능하다는 것을 의미한다. 이런 이유로, 주요 이미징 에러들 없이 그리고 충분히 낮은 거부율로 제조될 수 있는 최대 가능한 형태를 위한 상한은 현재 표면의 코팅의 미세구조화를 위한 쉐도우 마스크들의 사용에서 보여진다.
코팅에 사용될 수 있는 코팅 재료들은 또한 제한을 받는다. 현재, 약 1000 g/mol에 이르기까지의 분자량을 갖는 코팅 재료들은 열 증발로 사용될 수 있다. 분자량이 이 값을 상당히 초과하면, 큰 분자들의 안정성이 종종 더 이상 적당치 못하며, 이는 분자들이 열적으로 붕괴되고 파괴됨을 의미한다. 분해 생성물들의 비율은 증발 온도가 증가함에 따라 증가하고 코팅 재료의 순도 및 따라서 코팅의 품질이 떨어진다.
하지만, 현재 채용되는 코팅 방법들의 주요한 문제는 종종 표면을 코팅하는데 증발된 코팅 재료의 불충분한 이용인데, 왜냐하면 통상적으로 증발된 재료의 1-10%만이 코팅될 지지 재료 표면상에 성막되기 때문이다. 훨씬 더 많은 비율의 증발된 코팅 재료가 코팅 디바이스 내부에 성막되고 특히 각 경우에 사용되는 쉐도우 마스크 상에 성막되고 코팅 디바이스 및 쉐도우 마스크의 급속한 오염 (soiling) 을 초래한다. 코팅 디바이스 및 특히 코팅 방법이 수행되는 진공 챔버는 정기적으로 세정되야하며, 이는 장기간에 걸친 머신 다운 시간이 불가피하다는 것을 의미한다. 또한 사용되는 쉐도우 마스크는 이미징 에러를 가능한한 낮게 유지하기 위하여 정기적으로 교체 및 세정되야 한다.
OLED 또는 다른 유기 전자 디바이스들의 제조에 필수적인 바처럼 상이한 코팅 재료들이 연속적으로 사용되면, 상이한 코팅 재료들의 교차 오염 (cross-contamination) 이, 이들이 표면을 코팅하기 위한 제조 프로세스 동안 연속적으로 사용되는 경우에, 종종 일어난다. 선행 코팅 작업들로부터 접착성 동일 또는 상이한 코팅 재료들과의 바람직하지 않은 오염을 피하기 위하여 코팅 디바이스 그리고 특히 쉐도우 마스크들의 빈번한 세정이 필요하다.
표면 상에 성막되는 분자들의 수율을 증가시키기 위하여, 전기 필드가 분자들이 가스 상태로 증발에 의해 전환되는 분자 저장부과 코팅될 표면 사이에 생성될 수 있으며, 증발 동안 또는 직후에 이온화되고 따라서 대전된 분자들을 표면의 방향으로 가속시킨다. 이런 식으로, 증발되고 이동하는, 대전된 분자들의 우선 방향이 발생되고, 더 많은 비율의 분자들이 표면 상에 성막되게 한다.
하지만, 과도한 필드 강도 및 결과적인 대전된 분자들의 과도한 가속이 불리할 수 있고 분자들이 코팅될 표면에 너무 빠르게 부딪치게 하고 접촉시 분해 생성물로 파괴 또는 붕괴되게 하고 따라서 코팅의 순도를 감소시킨다는 것을 알아냈다.
그러므로, 더 높은 수율의 코팅 재료 분자들이 코팅될 표면 상에 흡수 (absorb) 되고, 더 높은 순도의 코팅 및 더 낮은 제조 비용이 가능해지는 그러한 방식으로 처음에 언급된 일반 타입의 코팅 방법을 향상시키는 것이 본 발명의 목적으로 간주된다. 본 발명의 다른 목적은 분자들이 코팅될 표면에 구조화 방식으로 도포될 수 있도록 전술한 타입의 코팅 방법을 향상시키는 것이다.
이 목적은, 본 발명에 따르면, 대전된 분자들이, 표면으로의 도중에, 적어도 하나의 전기 및/또는 자기 필드에 노출되고, 이 적어도 하나의 전기 및/또는 자기 필드는 대전된 분자들에, 대전된 분자들의 지향 이동에 수직인 힘의 지향 작용을 가하기 위하여 대전된 분자들의 지향 이동에 수직인 적어도 하나의 필드 성분을 갖는다는 점에서 달성된다. 대전된 분자들의 이동에 수직으로 뻗는 전기 필드 또는 자기 필드 성분은 마찬가지로 분자들의 이동 방향에 수직인 힘의 지향 작용을 가한다. 분자들은 표면으로의 도중에 그들의 방향이 편향될 수 있고 영향을 받을 수 있다. 이런 식으로, 표면의 원하는 코팅을 위하여, 상당하거나 또는 현저한 비율의 증발된 분자들이 코팅될 표면 외부의 코팅 디바이스에 부딪치고 손실되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
본 발명의 사상의 실시형태에 따르면, 전기 또는 자기 집속 디바이스가 분자 저장부과 표면 사이에 대전된 분자들의 지향 이동에 작용하는 것이 제안된다. 사용된 그 집속 디바이스는, 예를 들면, Wehnelt 실린더 또는 자기 렌즈 시스템일 수 있다. 알맞은 전기 또는 자기 또는 전자기 집속 디바이스들은 실무에서 적절하게 알려져 있고 코팅 방법의 각각의 요건들에 비슷한 방식으로 적합화될 수 있다. 알맞은 집속 디바이스의 사용은 이온화 및 가스 상태로 전환된 분자들이 다발화 (bundle) 되어 분자 이온 빔을 형성하고 사실상 손실이 없는 방식으로 코팅될 표면으로 지향되는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 사상의 특히 유리한 실시형태에 따르면, 지정가능한 (specifiable) 질량/전하 비를 갖는 분자들만이 다이어프램 디바이스를 통하여 표면으로 통과하는 그러한 방식으로 분자 저장부과 표면 사이에 다이어프램 디바이스가 배열되는 것을 제안한다. 집속 디바이스 다음에 유리하게 배열되는 알맞은 다이어프램 디바이스에 의해, 코팅을 위해 의도된 분자들만이 코팅될 표면에 도달하는 반면, 예를 들면, 증발 작업에서 붕괴된 분자들 또는 그의 분해 생성물들 또는 불순물들이 상이한 질량/전하 비로 인해 다이어프램 디바이스에 의해 분리되고 코팅될 표면에 도달하는 것이 방지되도록 보장될 수 있다. 코팅 방법에 알맞은 다이어프램 디바이스 및 전방에 배치된 집속 디바이스와 다이어프램의 조합들은, 예를 들면 질량 분석계 관련하여 실무에서 알려져 있다.
적어도 하나의 사중극자 필드 ( quadrupole field) 가 분자 저장부과 표면 사이에 대전된 분자들의 지향 이동에 작용하는 것이 바람직하게 제안된다.
전기 사중극자 필드가 저렴하게 발생 및 제어될 수 있다. 대전된 분자들의 이동에 작용하는 힘들은 분자들의 비행 방향이 신뢰적으로 영향받는 것을 허용한다. 알맞는 교류 전압이 인가되는 전기 사중극자 필드는, 코팅에 사용되는 코팅 재료 분자들의 고순도를 보장할 수 있게 하기 위하여 대전된 분자들의 극도로 정밀한 질량 분리가 간단한 방식으로 수행되는 것을 가능하게 한다. 그 고순도는 대응하여 양호한 코팅을 초래할 뿐만 아니라 예를 들면 OLED의 경우에 코팅된 표면의 확대된 내구성 및 기능성을 초래하는데, 왜냐하면 소량의 불순물들도 OLED의 특성에 상당한 부작용을 미칠 수 있다고 알려져 있기 때문이다.
마찬가지로, 자기 사중극자 필드가 대전된 분자들의 집속 및 편향에 제공되는 것이 생각될 수 있다. 복수의 자기 사중극자 필드들은 보통, 모든 측면들에서 집속을 가능하게하고 대전된 분자들의 비행 방향의 유리한 영향을 가능하게 하기 위하여 교대로 배열된다.
그 대신에 또는 추가적으로 대전된 입자들의 방향에 영향을 미치는 종래 기술로부터 알려진 다른 디바이스들에 의해 분자 저장부로부터 코팅될 표면으로의 도중에 대전된 분자들에 영향을 미치는 것이 또한 가능하다. 이러한 응용에 알맞은 빠른 이온 트랩 (ion trap) 또는 임의의 정전기 또는 자기 편향 시스템이 또한 여기에서 사용될 수 있다. 대전된 분자들을 포함하는 분자 이온 빔의 방향에 영향을 미치는데 유리하게 사용되는 방법은, 개별 응용 마다, 예를 들면, 표면을 코팅하는 적절한, 대전된 분자 이온 빔의 세기, 지정 편향 각도 및 분자량에 따라 선택될 수 있다.
표면의 미세구조화 코팅 동안에 쉐도우 마스크 등의 사용을 피할 수 있기 위하여, 경시적으로 변화할 수 있는 전기 및/또는 자기 필드들에 의해 분자 저장부들로부터 표면으로의 이동 동안 대전된 분자들이 편향되는 것이 제안된다. 대전된 분자들은, 예를 들면 표면으로의 그들의 이동 동안 2쌍의 편향 커패시터들에 의해 편향되어, 집속 디바이스에 의해 앞서 발생된 분자 이온 빔이 분자들로 코팅될 표면의 영역들로 정확히 지향될 수 있다.
이런 식으로, 표면의 구조화된 코팅 및 따라서 개별 픽셀들의 코팅이 또한 가능하다. 개별 픽셀들의 크기 및 형상과 픽셀들의 배열은 원하는 해상도, 원하는 용도 및 원하는 어드레싱 (능동 매트릭스 또는 수동 매트릭스) 에 의존한다. 응용을 위해 픽셀들을 어떻게 배열할 수 있는지는 유기 전계발광 디바이스들의 분야의 당업자에게 알려져 있다.
또한 브라운 관의 경우에 또는 오실로스코프의 경우에서 처럼, 2쌍의 편향 커패시터들에 의해 발생된 전기 필드들이 서로에 본질적으로 수직하게 그리고 대전된 분자들의 지향 이동에 본질적으로 수직하게 정렬되는 것이 제안될 수 있다. OLED의 표면의 그러한 코팅을 위해, 예를 들면, 관 스크린 (tube screen) 들로부터 알려져 있는 빔 편향 디바이스들 및 제어 방법들을 취하고 사용하는 것이 가능하다.
서로로부터 한계가 정해져 있고 서로 만나지 않는 표면의 영역들을 서로 나란히, 대전된 분자들로 코팅할 수 있게 하기 위하여, 본 발명의 사상의 실시형태에 따르면, 경시적으로 변화할 수 있는, 알맞은 전기 필드 및/또는 자기 필드에 의하여 또는 다이어프램 디바이스들에 의하여, 지정가능한 주기 (period) 들 동안 대전된 분자들이 표면들에 부딪치지 못하게 하는 것이 제안된다. 추가 전기 편향 필드의 인가 또는 회전 기계 다이어프램의 사용은 대전된 입자들의 분자 이온 빔이 지정가능한 인터벌로 인터럽트되어, 표면의 개별 영역들이 코팅되고 다른 영역들이 코팅되지 않는 것을 가능하게 한다.
원하는 대로 회전하거나 또는 접속될 수 있는 전기 편향 필드에 있는 다이어프램 시스템들과 조합하여, 이전에 발생된 분자 이온 빔을 표면의 지정가능한 위치로 지향할 수 있으며, 경시적으로 변화할 수 있는 전기 필드 및/또는 자기 필드를 사용하는 것은 존재하는 분자 저장부로부터 사실상 손실이 없는 방식으로 코팅될 지지 재료 표면의 미세구조화 코팅이 수행되는 것을 가능하게 한다. 쉐도우 마스크를 사용할 필요가 없고, 코팅 디바이스에서 또는 코팅될 표면 외부에서 가스 상태 분자들의 원하지 않은 성막이 또한 방지될 수 있기 때문에, 정밀한 미세구조화 표면 코팅들이 저렴하고 빠르게 생성될 수 있다. 확대된 셋업 (set-up), 체인지오버 (changeover) 또는 세정 시간들은 필요하지 않으며, 이는 큰 표면들의 신뢰적이고 정밀한, 또한 구조화된 코팅이 실질적으로 에러가 없거나 또는 알맞게 교정된 이미징 지오메트리와 조합하여 가능하다는 것을 의미한다. 쉐도우 마스크들의 사용에 대조적으로, 대형 표면들도 본질적으로 이미징 에러들 없이 그리고 오염 또는 교차 오염을 증가시킬 위험 없이 제조되거나 또는 코팅될 수 있다.
코팅될 표면의 미세 구조화를 지원하기 위하여, 코팅될 표면 영역들에는 대전된 분자들과 반대되는 전하가 주어지고, 자유로이 유지될 표면 영역들에는 대전된 분자들과 질적으로 일치하는 전하 따라서 보통 마찬가지로 포지티브 전하가, 대전된 분자들에 의한 코팅이 시작되기 전에, 주어지는 것이 제안된다. 공간적으로 다른 전하 조건들 때문에, 표면에 접근하는 대전된 분자들은 반대 표면 전하가 생성된 영역들에 이끌려지고 바람직하게는 거기에 흡수된다. 대조적으로, 대전된 분자들은, 코팅 재료 없이 유지되고 따라서 같은 전하가 주어진 표면 영역들의 같은 표면 전하에 의해서 반발되고 그들로부터 떨어지게 된다.
표면에 부딪치는 대전된 분자들의 과도한 충격 속도를 방지하고 분자들이 코팅될 표면에 부딪칠 때 붕괴되거나 또는 폭발 위험을 감소시키기 위하여, 대전된 분자들의 이동에 반대 (counter) 되는 전기 필드가 표면의 전방 영역에 생성되고 대전된 분자들은 표면에 부딪치기 전에 감속되는 것이 제안된다. 이런 식으로, 코팅될 표면 상에 감속되지 않은 충격의 경우에 보통 상대적으로 작은 파편들로 파괴 및 붕괴되는 매우 큰 대전된 분자들도 표면을 코팅하는데 사용될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 접근하는 대전된 분자들이 감속되도록, 같은 표면 전하를 지니는 코팅될 표면에 의해 달성될 수 있다.
대전된 분자들을 나중에 감속하는 경우에, 코팅될 표면 상의 분자들의 소프트한 충격 (soft impact) 이 보장될 수 있다. 따라서, 분자들은 원하는 대로 표면에 부딪칠 때 분자들의 파괴의 우려 없이 분자들의 이온화후 알맞은 가속 필드의 생성에 의해 원하는 방향으로 가속될 수 있다.
분자 이온 빔에 필요한 개별 분자들의 운동 에너지는 가속 필드들에 의해 생성될 수 있으므로, 분자들을 가스 상태로 전환할 때 그리고 그들의 이온화 동안에 분자들에 벌써 추가 운동 여기를 전달할 필요가 없다. 따라서, 높은 이온 수율 및 아주 실질적으로 파괴가 없는 이온화에 관하여 이온화 방법이 선택될 수 있다.
알맞은 특히 온순한 (gentle) 및 파괴가 없는 이온화 방법은, 예를 들면, 특정 파장의 광이 비춰지고 분자의 전자를 여기하는데 사용되는 광이온화이다. 특정 파장의 입사 광자들에 기인하여, 우선적으로 여기된 전자들이 정밀하게 선택될 수 있고 그들의 여기는, 여기 에너지가 특정 타입의 분자의 이온화 에너지와 대략적으로 같거나 또는 그보다 약간 더 큰 그러한 방식으로 지정될 수 있다. 이 경우에, 분자 저장부에서 선택된 타입의 분자의 온순하고 특히 효율적인 이온화가 달성될 수 있고 동시에, 상이한 여기 에너지의 외곽 전자들을 갖는 다른 분자들이 이온화되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이것은 분자 저장부로부터의 분자들의 이온화 동안에도 선택이 달성되는 것을 가능하게 하고 불순물의 현저한 감소를 용이하게 한다.
분자 저장부의 분자들의 이온화를 위한 레이저 유도 2 광자 흡수 (laser-induced 2-photon absorption) 의 사용이 특히 유리한 것으로 여겨진다. 특히 OLED를 코팅하기 위한 유기 코팅 재료들의 사용과 조합하여, 양호한 흡수 계수들이 2 광자 흡수의 경우에 생기고, 이는 OLED 재료들의 효과적이고 온순한 이온화가 수행되는 것을 가능하게 한다.
광이온화 또는 레이저 유도 2 광자 흡수 및 결과적인 코팅 재료의 이온화가 단속적으로 또는 펄스형 방식으로 수행될 수 있다. 이런 식으로, 코팅에 사용되는 분자 이온 빔은 아주 실질적으로 원하는 대로 생성 또는 인터럽트될 수 있다. 마찬가지로 간단한 방식으로 지정될 수 있는 분자 이온 빔의 횡 편향과 조합하여, 고도로 정확하게 위치 결정되는 방식 (location-resolved manner) 의 대전된 분자들로의 코팅은, 분자 저장부로부터 이미 해리 (dissolve) 된 상당한 양의 분자들이 코팅될 표면으로의 도중에 편향될 필요 없고 분리될 필요 없이 수행될 수 있다. 이에 따라 분자 저장부로부터의 분자들의 손실은 극도로 낮아진다. 이런 이유로, 또한, 짧은 시간 간격으로 코팅 장치의 복잡한 세정을 필요하게 만드는 코팅 장치의 현저한 오염 우려가 없다.
하지만, 분자들의 이온화를 위한 다른 방법들 및 방법 단계들이 또한 생각될 수 있고 각각의 코팅 재료에 따라 유리할 수도 있다.
다른 알맞은 이온화 방법들은 EI (electron impact ionisation), CI (chemical ionisation), SI (soft ionisation), FI (field ionisation), FD (field desorption), LIFDI (liquid injection field desorption ionisation), FAB (fast atom bombardment), ESI (electrospray ionisation), APCI (atmospheric pressure chemical ionisation), APPI (atmospheric pressure photoionisation), APLI (atmospheric pressure laser ionisation), MALDI (matrix-assisted laser desorption/ionisation), SPI (single photon ionisation), REMPI (resonance enhanced multiphoton ionisation), TI (thermal ionisation), ICP (inductively coupled plasma) 및 GI (glow discharge ionisation) 이다.
적어도 2개의 상이한 분자 저장부들로부터 분자들이 가스 상태로 연속적으로 또는 교번하여 전환되고 표면을 코팅하는데 사용되는 것이 제안된다. 이런 식으로, 예를 들면, 픽셀들이 각각, 상이한 컬러들로 발광 (luminesce) 할 수 있는 코팅 재료들의 개별 영역들로 구성되는 OLED들이 극도로 신속하게 제조될 수 있다.
또한, 적어도 2개의 상이한 분자 저장부들로부터 분자들이 가스 상태로 동시에 전환되고 표면을 코팅하는데 사용되는 것이 제안된다. 이런 식으로, 예를 들면, 적어도 2개의 재료들의 혼합물을 포함하는 층들을 포함하는 OLED들이 제조될 수 있다. 이것은, 예를 들면 종래 기술에 따라 보통 사용되는 바처럼 도핑된 방출 층들 또는 도핑된 정공- 또는 전자- 수송 층들의 제조에 중요하다. 또한, 2개 보다 많은 재료들, 예를 들면 3개, 4개 또는 5개의 상이한 재료들을 동시에 표면에 이런 방식으로 도포하는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들면, 2개 이상의 호스트 재료들 및 1개 이상의 도펀트들을 갖는 소위 "혼합 호스트" 시스템들을 제조하는 것이 가능하다.
종래 코팅 방법들에 비교한 이러한 도핑 방법의 이점은 도핑의 정도가 이러한 방식으로 더 정확하게 설정될 수 있다는 것이다. 이것은, 낮은 정도의 도핑만이 사용되고 그 정도의 도핑으로부터의 작은 편차들도 전자 디바이스들의 특성에 주요한 영향을 미칠 수 있는 경우에 특히 중요하다.
본 발명에 따른 코팅 방법은 유기 재료, 유기금속 재료 및 무기 재료가 표면에 도포되는 것을 가능하게 한다. 그 방법은 저분자량 화합물들 뿐만아니라, 예를 들면 올리고머, 덴드리머, 풀러렌 유도체들, 그래핀 유도체 등과 같은 상대적으로 고분자량 화합물에도 사용될 수 있는데, 왜냐하면 이들 화합물들은 또한 소프트 이온화 방법들에 의한 분해 없이 이온화될 수 있기 때문이다. 이것은, 상대적으로 고분자량 화합물들이 빈번하게 열 분해를 겪는, 가스 상으로부터 종래 코팅 방법들과 비교하여 추가 이점이 된다.
유기 전계발광 디바이스들에 사용되는 분자의 통상적인 종류들은 예를 들면, 정공 수송 재료 또는 싱글릿 방사체 (singlet emitter) 로서 아릴아민, 호스트 재료로서, 방향족 탄화수소, 특히, 안트라센, 피렌, 크리센, 벤즈안트라센, 페난트렌, 벤조페난트렌, 풀루오렌 또는 스피로바이플루오렌을 함유하는 것들, 전자 수송 재료로서, 특히, 벤즈이미다졸, 트리아진 또는 피리미딘을 함유하는 결전자 (electron-deficient) 헤테로방향족 화합물, 또는 알루미늄 착물, 트리플릿 매트릭스 재료 (triplet matrix material) 로서 카르바졸 유도체, 방향족 케톤, 방향족 포스핀 옥사이드, 트리아진 또는 피리미딘 유도체 또는 트리페닐렌 유도체 및 트피플릿 방사체 (triplet emitter) 로서 이리듐 또는 백금 착물이다.
본 발명은 또한 분자 저장부를 위한 저장 디바이스를 갖고, 분자 저장부로부터 분자들의 증발 및 이온화를 위한 디바이스를 갖고, 표면으로 지향되는 대전된 분자들의 이동의 생성을 위한 정전기 가속 필드의 생성을 위한 디바이스를 갖고, 코팅될 표면을 갖는 지지 재료를 위한 홀더를 갖는, 분자들로 지지 재료의 표면들을 코팅하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 이러한 타입의 코팅 디바이스들은 이미 실무에서 알려져 있다.
본 발명에 따르면, 코팅 디바이스가, 대전된 분자들의 이동에 수직하게, 그 이동에 작용하는, 필드 성분을 갖는 전기 필드 및/또는 자기 필드의 생성을 위한 디바이스를 갖는 것이 제안된다. 이런 식으로, 알맞은 방식으로 생성된 전기 필드 및/또는 자기 필드에 의해, 분자 저장부로부터의 현저한 비율의 증발 및 이온화된 분자들이 코팅에 의도되지 않은 코팅 장치의 표면 상에 석출 (precipitate) 되는 것이 방지될 수 있다.
바람직하게는 코팅 디바이스가 사중극자 필드의 생성을 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는 것이 제안된다. 이러한 타입의 디바이스들은 간단하게 그리고 저렴하게 제조될 수 있거나 또는 상업적으로 이용가능하고, 예를 들면 자기 사중극자 필드에 의해 대전된 분자들의 빔의 방향 및 집속에 영향을 미치기 위하여, 또는 대전된 분자들의 선택을 하고 따라서 코팅 재료의 세정을, 전기 사중극자 교번 필드에 의해, 달성하기 위하여, 적합화되거나 또는 구성될 수 있다.
유리한 방식으로는, 코팅 디바이스가 집속 디바이스 및/또는 다이어프램 디바이스를 갖는 것이 제안된다. 집속 디바이스에 의해, 대전된 분자들을 포함하는 분자 이온 빔이 생성될 수 있다. 특히, 다이어프램 디바이스와 조합하여, 지정가능한 질량/전하 비를 갖는 분자들만이 코팅될 표면으로 다이어프램 디바이스를 통과하는 것이 보장될 수 있고, 이는 매우 균질한, 극도로 순수한 코팅이 구축되는 것을 가능하게 한다.
표면 코팅의 미세구조화 설계를 용이하게 하기 위하여, 코팅 디바이스는 또한, 분자 이온 빔의 목표 편향을 위해 경시적으로 변화될 수 있는 전기 및/또는 자기 편향 필드의 생성을 위한 디바이스를 갖는 것이 제안된다. 경시적으로 제어될 수 있고 마찬가지로 코팅 디바이스에서 제공되는 다이어프램 디바이스와 조합하여, 표면의 지정 영역들이 코팅 재료로 코팅되는 반면, 다른 영역들은 코팅 재료가 없게 유지되고 코팅되지 않는 것이 성취될 수 있다.
물론 마찬가지로, 상이한 재료들의 복수의 층들을 하나가 다른 하나 위에 오게 도포하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 대면적 상에 그리고 따라서 비구조화 방식으로 개별 층들을 도포하고 구조화된 방식으로 다른 층들을 도포하는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들면, 대면적 상에 그리고 비구조화 방식으로 전하 수송 층들 (정공- 및 전자-수송 층들) 을 도포하고, 따라서 개별 픽셀들의 어드레싱을 용이하게 하기 위하여 구조화된 방식으로 방출 층들을 도포하는 것이 가능하다.
코팅 디바이스는 바람직하게는 광이온화 디바이스를 갖는다. 광이온화 디바이스는 유리하게는, 분자 저장부로부터 대전된 분자들을 해리시킬 수 있는, 분자 저장부로 지향되는 적어도 하나의 레이저를 포함한다. 다르게는, 디바이스는 또한 다른 하나의 알맞은 이온화 디바이스를 가질 수도 있다.
도면에 도시된 본 발명의 예시적인 실시형태는 아래에서 더 상세하게 설명되고, 여기에서:
도 1은 대전된 분자들의 비행 방향에 수직하게 정렬된 대략 균질한 자기 필드 및 Wehnelt 실린더를 갖는 코팅 디바이스의 선도를 나타내고,
도 2는 대전된 분자들이 전기 사중극자 필드에 의해 선택되고 후속하여 2쌍의 편향 커패시터들에 의해 횡으로 편향되는, 상이한 설계의 코팅 디바이스의 선도를 나타내고,
도 3은 그 분자들이 레이저 유도 2 광자 흡수에 의해 이온화되고 후속하여 자기 사중극자 필드에 의해 횡으로 편향되는, 또 상이한 설계의 코팅 디바이스의 선도를 나타낸다.
도 1은 대전된 분자들의 비행 방향에 수직하게 정렬된 대략 균질한 자기 필드 및 Wehnelt 실린더를 갖는 코팅 디바이스의 선도를 나타내고,
도 2는 대전된 분자들이 전기 사중극자 필드에 의해 선택되고 후속하여 2쌍의 편향 커패시터들에 의해 횡으로 편향되는, 상이한 설계의 코팅 디바이스의 선도를 나타내고,
도 3은 그 분자들이 레이저 유도 2 광자 흡수에 의해 이온화되고 후속하여 자기 사중극자 필드에 의해 횡으로 편향되는, 또 상이한 설계의 코팅 디바이스의 선도를 나타낸다.
지지 재료 (2), 도시된 예에서는 OLED 의 코팅될 표면 (1) 을 위한 도 1에 도시된 코팅 디바이스는 제 1 분자 저장부 (3) 및 제 2 분자 저장부 (4) 를 갖고, 그들 각각에서, 표면 (1) 에 코팅될 유기 분자들 (5, 6) 의 농축된 양 또는 용액이 저장된다. 유기 분자들 (5, 6) 이 알맞은 증발 디바이스 (7) 에 의해 증발되고 이온화된다. 분자들 (5, 6) 의 이온화는 대응하여 알맞은 증발 디바이스들 (7) 의 사용에 대한 증발과 동시에 또는 알맞은 이온화 디바이스의 도움으로 후속 방법 단계에서 수행될 수 있다. 증발되고 대전된 분자들 (5, 6) 은 후속하여 다발화되어, 예를 들면 Wehnelt 실린더에 의해, 집속 디바이스 (8) 에 의해 분자 이온 빔 (9 (연속선) 또는 10 (파선)) 을 형성하고, 대전된 분자들 (5, 6) 의 이동에 수직하게, 그 이동에 작용하는, 적어도 하나의 필드 성분을 갖는, 전기 필드 및/또는 자기 필드의 생성을 위한 디바이스 (11) 의 ?향으로 가속된다.
디바이스 (11) 는 예를 들면, 대전된 분자들 (5, 6) 의 이동 ?향에 수직하게 지향된 자기 필드를 형성하고 이동 분자들 (5, 6) 에 가해지는 로렌츠 힘 때문에 대전된 분자들 (5, 6) 의 원형 이동을 야기한다. 야기된 원형 이동의 반경은 자기 필드뿐만아니라, 대전된 분자들 (5, 6) 의 질량/전하 비 및 속도에 의존한다. 예로서 도시된 예시적인 실시형태에서, 자기 필드의 필드 라인들은 도면 평면을 통해 수직으로 관찰자를 향해 지향되고 포지티브로 대전된 분자들 (5, 6) 을 도면 평면에서 아크 세그먼트 (arc segment) 상의 우측으로 대략 90°로 편향시킨다. 각각의 분자들 (5, 6) 의 분자 이온 빔 (9, 10) 이 자기 필드를 갖는 디바이스 (11) 를 떠나면, 분자 이온 빔 (9, 10) 은 이미 코팅될 표면 (1) 으로 지향된다.
디바이스 (11) 다음에, 다이어프램 디바이스 (12) 가, 대응하는 질량/전하 비를 갖는 분자들 (5, 6) 만이 다이어프램 디바이스 (12) 를 통과할 수 있는 그러한 방식으로 배열된다. 이런 식으로, 균질한 분자 이온 빔 (9, 10) 이 생성되고 모든 불순물 또는 오염 분자들이 분자 이온 빔 (9, 10) 으로부터 분리된다.
분자 이온 빔 (9, 10) 은 후속하여 편향 디바이스 (13) 에 의해 경시적으로 변화할 수 있는 편향을 받게 되고 표면 (1) 의 각 경우에 코팅될 영역들로 특히 지향된다. 편향 디바이스 (13) 는 예를 들면, 2쌍의, 서로 수직으로 정렬된, 플레이트 커패시터들로 이루어질 수 있는데 이는 예를 들면 오실로스코프 또는 음극선관에 알려져 있다. 표면을 코팅하기 위하여 편향 디바이스 (13) 는 분자 이온 빔 (9, 10) 이 지정가능한 이동 패턴으로 표면 (1) 상에 안내되는 것을 가능하게 한다.
도 1에서의 예로서 도시된 예시적인 실시형태에서, 추가 다이어프램 디바이스 (14) 로서, 그에 의해 분자 이온 빔 (9, 10) 이 지정가능한 시간 간격으로 인터럽트될 수 있거나 또는 표면 (1) 으로 통과하도록 허용될 수 있는, 그러한 추가 다이어프램 디바이스 (14) 가 편향 디바이스 (13) 와 코팅될 표면 (1) 사이에 배열된다. 이런 식으로, 개별 지점들 (15) 이 각각 원하는 코팅 재료 또는 각각의 분자들 (5, 6) 로, 표면 (1) 에 단속적으로 부딪치는 분자 이온 빔 (9, 10) 에 의해 생성될 수 있고, 여기서 지점들 (15) 은 서로 분리되게 배열될 수 있고 인접한 지점들 (15) 은 OLED의 개별적으로 어드레스가능한 픽셀들을 형성하기 위하여 상이한 분자들 (5, 6) 로부터 연속적으로 생성될 수 있다.
도 2에서 예로서 그리고 도해로 마찬가지로 도시된 예시적인 실시형태에서, 분자 저장부 (3) 에서의 분자들 (5) 이 가스 상태로 증발된다. 레이저 (16) 의 레이저 빔이 분자 저장부 (3) 속으로 지향된다. 레이저 (16) 에 의해 증발되고 이온화된 분자들 (5) 이 후속하여 다발화되어 분자 이온 빔 (9) 을 집속 디바이스 (8) 에 의해 형성하고, 교류 전압이 인가되는 전기 사중극자 필드 디바이스 (17) 로 안내된다. 알맞은 방식으로 동작되는, 사중극자 필드 디바이스 (17) 는 지정가능한 전하/질량 비를 갖는 분자들 (5) 이 매우 정밀하게 선택되고 통과 허용되는 반면, 상이한 전하/질량 비를 갖는 다른 분자들은 횡으로 분리되고 코팅될 표면 (1) 에 도달하지 못하게 하는 것을 가능하게 한다. 분자 이온 빔 (9) 은 후속하여 편향 디바이스 (13) 에 의해 경시적으로 변화할 수 있는 편향을 받게 되고 표면 (1) 의 각 경우에 코팅될 영역들로 특히 지향된다.
개별 성분들에 발생되는 가능한 변화들의 단순한 예시로, 또 다른 코팅 디바이스가 도 3에 예로서 도시되어 있다. 개별 분자들 (5) 이 2 광자 흡수에 의한 레이저 (16) 에 의해 분자 저장부 (3) 로부터 해리되고 이온화된다. 레이저 빔의 파장의 알맞은 선택 및 특수화 (specification) 를 통해, 코팅에 의도된 분자들 (5) 이 선택적으로 여기 및 이온화될 수 있는 반면, 불순물들 또는 다른 분자들은 여기되거나 또는 이온화되지 않는다.
이온화된 분자들 (5) 이 알맞은 가속 디바이스 (18) 에 의해 분자 저장부 (3) 로부터 내보내지고 다발화되어 분자 이온 빔 (9) 을 형성한다. 분자 이온 빔 (9) 은 디바이스 (19) 속으로 조향되고 이에 의해 자기 사중극자 필드가 생성된다. 분자 이온 빔 (9) 의 집속 및 디바이스 (19) 를 빠져나갈 때의 분자 이온 빔 (9) 의 방향은 자기 사중극자 필드에서 지정될 수 있다.
본원은 주로 유기 전계발광 디바이스들의 제조를 위한 표면들의 코팅을 논한다. 하지만, 기재된 방법은, 다른 전자 디바이스들, 예를 들면 유기 박막 트랜지스터, 유기 전계 효과 트랜지스터 또는 유기 태양 전지의 제조를 위한 표면들의 코팅에, 진보성 없이도, 동등하게 사용될 수 있다.
Claims (19)
- 분자들을 이용한 지지 재료의 표면 코팅 방법으로서,
분자 저장부로부터 상기 분자들이 가스 상태로 전환 및 이온화되고, 대전된 분자들은 전기 필드에서 상기 표면의 방향으로 지향 이동을 겪고, 상기 대전된 분자들은 상기 표면에 부딪치고 상기 표면에 흡수되고,
상기 대전된 분자들 (5, 6) 이, 상기 표면 (1) 으로의 도중에, 적어도 하나의 전기 및/또는 자기 필드에 노출되고, 상기 적어도 하나의 전기 및/또는 자기 필드는 상기 대전된 분자들 (5, 6) 에, 상기 대전된 분자들의 지향 이동에 수직인 힘의 지향 작용을 가하기 위하여 상기 대전된 분자들 (5, 6) 의 지향 운동에 수직인 적어도 하나의 필드 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 1 항에 있어서,
전기 및/또는 자기 집속 디바이스 (8) 가 상기 표면 (1) 과 분자 저장부 (3, 4) 사이에 상기 대전된 분자들 (5, 6) 의 지향 이동에 작용하는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
다이어프램 디바이스 (12) 가, 지정가능한 (specifiable) 질량/전하 비를 갖는 분자들 (5, 6) 만이 상기 표면 (1) 으로 상기 다이어프램 디바이스 (12) 를 통과하는 방식으로 상기 표면 (1) 과 분자 저장부 (3, 4) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 사중극자 필드 (17, 19) 가 상기 표면 (1) 과 분자 저장부 (3, 4) 사이에 상기 대전된 분자들 (5, 6) 의 지향 이동에 작용하는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
분자 저장부 (3, 4) 로부터 상기 표면 (1) 으로의 이동 동안, 상기 대전된 분자들 (5, 6) 이 경시적으로 변화할 수 있는 전기 및/또는 자기 필드에 의해 편향되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 대전된 분자들 (5, 6) 은 상기 표면 (1) 으로의 이동 동안 2쌍의 편향 커패시터들에 의해 편향되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 2쌍의 편향 커패시터들에 의해 발생된 전기 필드들이 서로에 본질적으로 수직하게 그리고 상기 대전된 분자들 (5, 6) 의 지향 이동에 본질적으로 수직하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대전된 분자들 (5, 6) 은 경시적으로 변화될 수 있는 다이어프램 디바이스들 (14) 에 의해 또는 알맞은 전기 필드 및/또는 자기 필드에 의해 지정가능한 주기들 동안 상기 표면 (1) 에 부딪치지 못하게 되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
코팅이 시작되기 전에, 코팅될 표면 영역들에는 상기 대전된 분자들 (5, 6) 에 반대되는 전하가 주어지고, 자유롭게 유지될 표면 영역들에는 같은 전하가 주어지는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대전된 분자들 (5, 6) 의 이동에 반대되는 전기 필드가 상기 표면 (1) 의 전방의 영역에 생성되고 상기 대전된 분자들 (5, 6) 이 상기 표면 (1) 에 부딪치기 전에 감속되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
분자 저장부 (3) 의, 상기 가스 상태로 전환되는 상기 분자들 (5) 은 광이온화에 의해 또는 레이저 유도 2 광자 흡수에 의해 이온화되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 분자 저장부 (3) 의 상기 분자들 (5) 의 광이온화가 단속적으로 또는 펄스형 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 상이한 분자 저장부들 (3, 4) 로부터 분자들 (5, 6) 이 가스 상태로 연속적으로 또는 교번하여 전환되고 상기 표면 (1) 을 코팅하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 방법. - 분자들을 이용한 지지 재료의 표면 코팅 디바이스로서,
분자 저장부를 위한 저장 디바이스를 갖고, 상기 분자 저장부로부터 분자들의 증발 및 이온화를 위한 디바이스를 갖고, 상기 표면으로 지향되는 대전된 분자들의 이동의 생성을 위한 정전기 가속 필드의 생성을 위한 디바이스를 갖고, 코팅될 표면을 갖는 지지 재료를 위한 홀더를 갖고,
상기 표면 코팅 디바이스에서, 대전된 분자들 (5, 6) 의 이동에 수직하게, 상기 이동에 작용하는, 필드 성분을 갖는 전기 필드 및/또는 자기 필드의 생성을 위한 디바이스 (11) 가 배열되는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 디바이스. - 제 14 항에 있어서,
상기 표면 코팅 디바이스는 전기 및/또는 자기 집속 디바이스 (8) 를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 디바이스. - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 표면 코팅 디바이스가 사중극자 필드 (17, 19) 의 생성을 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 디바이스. - 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 코팅 디바이스가 다이어프램 디바이스 (12) 를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 디바이스. - 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 코팅 디바이스는 대전된 분자들 (5, 6) 을 포함하는 분자 이온 빔 (9, 10) 의 목표 편향을 위해 경시적으로 변화될 수 있는 전기 및/또는 자기 편향 필드의 생성을 위한 디바이스 (13) 를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 디바이스. - 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 코팅 디바이스는 광이온화 디바이스를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 코팅 디바이스.
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