KR20160000861A - 유기 물질의 증기 제트 증착 동안 흐름을 조절하는 시스템 및 방법 - Google Patents

유기 물질의 증기 제트 증착 동안 흐름을 조절하는 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20160000861A
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윌리엄 이. 퀸
매튜 킹
엘리엇 에이치. 주니어 하트포드
모한 시드하르트 하리크리쉬나
벤자민 스웨드러브
그렉 코타스
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Abstract

개시된 청구 대상의 구체예는 노즐, 노즐과 유체 연통되는 기판 상에 증착시키고자 하는 물질의 공급원, 노즐과 증착시키고자 하는 물질의 공급원과 유체 연통되는 전달 기체 공급원, 노즐에 인접하게 배치되는 배기 채널, 노즐 및 배기 채널과 유체 연통되고 배기 채널에 인접하게 배치되는 구속 기체 공급원, 및 노즐의 증착 노즐 구멍과 증착 표적 사이에서 플라이 높이 분리부를 조절하는 작동기를 포함하는 시스템 및 방법을 제공한다. 플라이 높이 분리부의 조절은 노즐로부터의 물질의 증착을 중단 및/또는 시작할 수 있다.

Description

유기 물질의 증기 제트 증착 동안 흐름을 조절하는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS OF MODULATING FLOW DURING VAPOR JET DEPOSITION OF ORGANIC MATERIALS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 미국 특허 출원 번호 제14/643,887호의 일부계속출원이며, 미국 가특허 출원 연속 번호 제62/016,709호(2014년 6월 25일 출원), 및 미국 가특허 출원 연속 번호 제62/061,899호(2014년 10월 9일 출원)을 우선권으로 주장하고, 이의 내용은 그 전문이 본원에 참고 인용된다. 본 출원은 미국 특허 출원 연속 번호 제13/896,744호(2013년 5월 17일 출원)에 관한 것이며, 이의 전체 내용이 본원에 참고 인용된다.
공동 연구 협약에 대한 당사자
특허 청구된 본 발명은 공동 산학 연구 협약에 따라 하기 당사자 중 하나 이상에 의해, 하기 당사자 중 하나 이상을 위해, 및/또는 하기 당사자 중 하나 이상과 연계에 의해 이루어졌다: 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시간, 프린스턴 유니버시티, 유니버시티 오브 서던 캘리포니아 및 유니버셜 디스플레이 코포레이션. 이 협약은 특허 청구한 발명이 만들어진 당일 및 그 전일부터 유효하고, 특허 청구된 발명은 상기 협약의 범주에서 수행된 활동 결과로서 이루어진 것이다.
본 발명의 분야
본 발명은 유기 발광 소자(OLED), 더욱 구체적으로는, 패턴화된 유기 박막을 인쇄하는 동안 증착 표적 상에 유기 증기를 응축시키는 것의 조절률에 관한 것이다. 특히, 작동기는 노즐 구멍과 증착 표적 사이의 플라이 높이 분리부를 조절할 수 있다. 플라이 높이 분리부 조절은 노즐에서 나오는 제트 내에 비말 동반된 유기 물질의 증착을 개시 또는 중지시킬 수 있다. 노즐은 챔버 압력, 배기 압력, 배기 흐름, 전달 흐름, 및 플라이 높이 중 하나 이상에 따른 특징부(feature)를 증착시키도록 제어될 수 있다. 개시된 청구 대상의 구체예는 원하는 특징부 폭, 최소화된 혼선 및/또는 오버스프레이, 및 물질 증착의 제어가능한 시작 및 중단을 제공하는 시스템 및 방법을 제공한다.
유기 물질을 사용하는 광전자 소자는 여러 이유로 인하여 점차로 중요해지고 있다. 이와 같은 소자를 제조하는데 사용되는 다수의 물질은 비교적 저렴하여 유기 광전자 소자는 무기 소자에 비하여 경제적 잇점면에서 잠재성을 갖는다. 또한, 유기 물질의 고유한 성질, 예컨대 이의 가요성은 가요성 기판상에서의 제조와 같은 특정 적용예에 매우 적합하게 될 수 있다. 유기 광전자 소자의 예로는 유기 발광 소자(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기를 들 수 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능면에서의 잇점을 가질 수 있다. 예를 들면, 유기 발광층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조절될 수 있다.
OLED는 소자에 전압을 인가시 광을 방출하는 유기 박막을 사용하게 한다. OLED는 평판 패널 디스플레이, 조명 및 역광 조명과 같은 적용예에 사용하기 위한 점차로 중요해지는 기술이다. 여러가지의 OLED 물질 및 구조는 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
인광 방출 분자에 대한 하나의 적용예는 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업적 기준은 "포화" 색상으로서 지칭하는 특정 색상을 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 특히, 이러한 기준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 색상은 당업계에 공지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
녹색 발광 분자의 일례로는 하기 화학식을 갖는 Ir(ppy)3으로 나타낸 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐이다:
Figure pat00001
본원에서의 이와 같은 화학식 및 하기의 화학식에서, 본 출원인은 질소로부터 금속(여기에서는 Ir)으로의 배위 결합을 직선으로 도시한다.
본원에서, 용어 "유기"라는 것은 유기 광전자 소자를 제조하는데 사용될 수 있는 중합체 물질뿐 아니라, 소분자 유기 물질을 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 일부의 상황에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬 기를 사용하는 것은 "소분자" 부류로부터 분자를 제거하지 않는다. 소분자는 또한 예를 들면 중합체 주쇄상에서의 측쇄기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 혼입될 수 있다. 소분자는 또한 코어 모이어티 상에 생성된 일련의 화학적 셸로 이루어진 덴드리머의 코어 모이어티로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 형광 또는 인광 소분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에서 통상적으로 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 밝혀졌다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "하부"는 기판에 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층"의 상부에 배치되는" 것으로 기재될 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층과 "접촉되어 있는" 것으로 명시되지 않는다면 제1층과 제2층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드와 애노드의 사이에 다양한 유기층이 존재할 수 있을지라도, 캐소드는 애노드"의 상부에 배치되는" 것으로 기재될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, "용액 가공성"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매체에 용해, 분산 또는 수송될 수 있거나 및/또는 액체 매체로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드가 발광 물질의 광활성 성질에 직접적으로 기여하는 것으로 밝혀질 경우, 리간드는 "광활성"으로서 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 성질을 변경시킬 수 있을지라도, 리간드가 발광 물질의 광활성 성질에 기여하지 않는 것으로 밝혀질 경우, 리간드는 "보조적"인 것으로 지칭될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이 그리고 일반적으로 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 제1의 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 근접할 경우, 제1의 에너지 준위는 제2의 HOMO 또는 LUMO보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 대하여 음의 에너지로서 측정되므로, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절대값을 갖는 IP에 해당한다(IP는 음의 값이 더 작다). 유사하게, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 절대값이 더 작은 전자 친화도(EA)에 해당한다(EA의 음의 값이 더 작다). 상부에서의 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 상기 다이아그램의 상부에 더 근접한다는 것을 나타낸다.
본원에서 사용한 바와 같이 그리고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1의 일 함수의 절대값이 더 클 경우, 제1의 일 함수는 제2의 일 함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일 함수는 일반적으로 진공 준위에 대하여 음의 수로서 측정되므로, 이는 "더 높은" 일 함수의 음의 값이 더 크다는 것을 의미한다. 상부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, "더 높은" 일 함수는 진공 준위로부터 아래 방향으로 더 먼 것으로서 도시된다. 그래서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일 함수와는 상이한 조약을 따른다.
OLED에 대한 세부사항 및 전술한 정의는 미국 특허 제7,279,704호에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허 문헌의 개시내용은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
유기 증착 제트 인쇄(OVJP)는 섀도우 마스크의 사용 없이 특징부를 증착시키는 진공 증착 기법이다. 예컨대 OLED 또는 유기 트랜지스터에 사용되는 유기 물질은 승화 온도로 가열되고 가열된 튜빙 및 노즐을 통해 기판으로 전달될 수 있다. 이러한 전형적 전달 시스템의 한가지 결점은 유기 물질의 흐름을 신속하게 끄거나 켤 수 없다는 점이다. 예를 들면, 이것은 디스플레이를 제조하는 능력을 방해하므로, 유기 물질이 용접 밀폐하는 데 필요한 면적을 피복해야 한다. 개시된 청구 대상의 구체예에서, 노즐 시스템은 증착된 특징부 크기를 조절하고, 혼선 및/또는 오버스프레이를 최소화하는 능력을 제공할 수 있고, 켜고 끌 수 있다.
개시된 청구 대상의 구체예는 노즐, 노즐과 유체 연통되는 기판 상에 증착시키고자 하는 물질의 공급원, 노즐과 증착시키고자 하는 물질의 공급원과 유체 연통되는 전달 기체 공급원, 노즐에 인접하게 배치된 배기 채널, 노즐 및 배기 채널과 유체 연통되고 배기 채널에 인접하게 배치된 구속(confinement) 기체 공급원, 및 노즐의 증착 노즐 구멍과 증착 표적 사이의 플라이 높이 분리부를 조절하는 작동기를 갖는 시스템을 제공한다.
개시된 청구 대상의 구체예는 노즐로부터의 전달 기체에 비말 동반되는 증기를, 증기가 응축되는 기판 상에 분출하는 단계, 노즐로부터 분출되는 전달 기체의 흐름 방향에 대향하는 흐름 방향을 갖는 구속 기체를 제공하는 단계, 노즐의 전달 기체 구멍에 인접한 진공 공급원을 제공하는 단계, 및 작동기에 의해, 노즐의 증착 노즐 구멍과 증착 표적 사이의 플라이 높이 분리부를 조절하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
개시된 청구 대상의 구체예는 노즐, 노즐과 유체 연통되는 기판 상에 증착시키고자 하는 물질의 공급원, 증착시키고자 하는 물질의 공급원 및 노즐과 유체 연통되는 담체 기체 공급원, 노즐에 인접하게 배치된 배기구, 배기구에 인접하게 배치된 구속 기체 공급원, 및 노즐의 증착 노즐 구멍과 증착 표적 사이의 플라이 높이 분리부를 조절하는 작동기를 사용하여 제작되는 디스플레이를 제공한다.
개시된 청구 대상의 구체예는 노즐, 노즐과 유체 연통되는 기판 상에 증착시키고자 하는 물질의 공급원, 노즐과 증착시키고자 하는 물질의 공급원과 유체 연통되는 전달 기체 공급원, 노즐에 인접하게 배치된 배기 채널, 노즐 및 배기 채널과 유체 연통되고 배기 채널에 인접하게 배치된 구속 기체 공급원, 및 노즐 블럭 상에 위치하고 복수의 노즐의 노즐에 인접하지 않은 하나 이상의 배기 채널을 갖는, 복수의 노즐을 갖는 노즐 블럭을 포함하는 시스템을 제공한다.
도 1에는 유기 발광 소자가 도시된다.
도 2에는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역위 유기 발광 소자가 도시된다.
도 3에는 기존의 OVJP 또는 유사 시스템에서의 오버스프레이의 개략적인 대표예가 도시된다.
도 4에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 증착 구조의 단면도가 도시된다.
도 5에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 전달 기체 흐름의 예시 스트림라인이 도시된다.
도 6에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 흐름 범위에서 유기 증기 농축의 플롯이 도시된다.
도 7a에는 비통합 흡착 계수(non-unity sticking coefficient)를 갖는 물질을 증착시키는 기존의 오버스프레이 감소 기법에 따라 노즐 센터라인으로부터 면내 거리의 함수로서 박막 라인의 두께가 도시된다.
도 7b에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 노즐 센터라인으로부터 면내 거리의 함수로서 박막 라인의 두께가 도시된다.
도 8에는 기존의 유기 증착 제트 인쇄(OVJP) 시스템이 도시된다.
도 9에는 기존의 OVJP 시스템으로부터의 단면 두께 프로파일이 도시된다.
도 10a에는 기존 선형 어레이의 4개의 노즐로부터 발산되는 스트림 라인이 도시된다.
도 10b에는 기존의 선형 어레이의 도 10a의 발산된 스트림 라인으로부터 생성된 증착 프로파일이 도시된다.
도 11에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 OVJP 노즐 어레이가 도시된다.
도 12에는 각 공급원으로부터 진입하고, 인쇄 헤드와 노즐 어셈블리 사이 영역을 교차하며, 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 배기 채널을 통해 배기되는 구속 기체 흐름의 스트림 라인이 도시된다.
도 13에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 분기된 전달 채널이 도시된다.
도 14a에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 3성분 노즐 어셈블리의 구멍 배열이 도시된다.
도 14b에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 도 14a의 노즐 어셈블리 상의 흐름 채널의 단면 관점이 도시된다.
도 14c에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 노즐 어셈블리로부터의 균형을 이룬 흐름이 도시된다.
도 14d에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 4개의 노즐의 3성분 노즐 어레이의 모델링된 두께 분배가 도시된다.
도 14e에는 부분적 노즐 어셈블리가 도시되고, 이때 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 부분적 노즐 어셈블리의 일부는 전달 구멍이 없다.
도 15에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 연속 열의 구멍으로부터의 증착이 제1 열로부터의 증착에 첨가되도록 정렬된 증착 구멍을 가진 2차원적 어레이가 도시된다.
도 16에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 정렬되고 스태거화된 증착 노즐을 갖는 2차원적 어레이가 도시된다.
도 17에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 구속 분배 채널을 포함하는 노즐 어셈블리가 도시된다.
도 18에는 본 발명의 구체예에 따라 전산 유체 역학 모델에 의해 에측되는 기판 상에 노즐 어셈블리로부터의 공간적으로 분해된 유기 물질의 플럭스가 도시된다.
도 19에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 규소(Si) 웨이퍼로부터 에칭된 노즐 어셈블리의 내부 채널의 주사 전자 현미경사진이 도시된다.
도 20a에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 노즐, 배기 구멍, 및 기타 특징부를 포함하는 Si 다이의 기판 대향 에지의 현미경사진이 도시된다.
도 20b에는 본 발명의 구체예에 따라 제작된 OLED 구조의 개략적인 예시가 도시된다.
도 21a에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 기법에 의해 인쇄된 전계발광 물질의 라인의 예시가 도시된다.
도 21b에는 본 발명에 앞서 사용된 기존의 기법에 의해 인쇄된 전계발광 물질의 라인의 예시가 도시된다.
도 22에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 노즐 어셈블리의 단면 관점이 도시된다.
도 23a에는 노즐 어레이와 기판의 블럭도가 도시되며, 이때 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 노즐 어레이와 기판 사이의 거리는 컨트롤러 및 작동기에 의해 제어된다.
도 23b-23c에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 플라이 높이를 증가시키는 것이 배기에 대한 구속 기체의 유량을 증가시킬 수도 있고, 증착 구역으로부터의 유기 증기 제거의 효율을 증가시킬 수 있다는 것이 도시된다.
도 24에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 규소 다이 상의 노즐 구멍의 바닥부 관점이 도시된다.
도 25에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 인쇄된 특징부의 시작 및 중단을 나타내는 UV(자외선) 현미경검사에 의해 수득되는 광발광이 도시된다.
도 26에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 기판에 대해 근접 리프트오프(lift-off) 조건을 생성하는 배기 흐름, 증착 흐름, 및 플라이 높이의 조건 하에서 X-방향을 따라 스트림라인을 나타내는 전산 유체 역학(CFD) 모델이 도시된다.
도 27에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 리프트오프 조건 동안 구속 기체 및 담체 기체의 흐름을 나타내는 모델링된 데이타의 Y면 관점을 나타내고, 이때 관점은 구멍 슬릿의 길이를 따르게 된다.
도 28에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 흐름 라인 및 리프트오프를 나타내는 모델링된 3차원적 (3-D 플롯)이 도시된다.
도 29에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 각종 공정 조건에서 인쇄된 라인의 프로필로메트리 결과가 도시된다.
도 30에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 각종 플라이 높이의 유기 증기 증착률 및 전달 기체 흐름 비율의 플롯이 도시된다.
일반적으로, OLED는 애노드 및 캐소드 사이에 배치되어 이에 전기 접속되는 하나 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 정공을 유기층(들)에 주입하고, 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자 및 정공이 동일한 분자상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공쌍인 "엑시톤"이 형성된다. 엑시톤이 광발광 메카니즘에 의하여 이완될 경우 광이 방출된다. 일부의 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메카니즘, 예컨대 열 이완도 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같은 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 발광 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 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 참조하며, 이들 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 인광은 참고로 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
도 1-18과 관련하여 유기 발광 소자 및 인쇄 노즐이 하기 논의된다. 도 19-21b 및 "실험예" 섹션의 25-30와 관련하여 본원에 개시된 인쇄 노즐 구조와 관련된 실험 결과가 논의된다. 도 22-24와 관련하여 증착 물질의 시작 및 중단 작업의 제어 및 인쇄 노즐 구조의 사용의 예시가 논의된다.
도 1에는 유기 발광 소자(100)가 도시된다. 도면은 반드시 축척에 의하여 도시하지는 않았다. 소자(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 발광층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160) 및 차단층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1의 전도층(162) 및 제2의 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 소자(100)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제조될 수 있다. 이들 다양한 층뿐 아니라, 예시의 물질의 성질 및 기능은 참고로 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
이들 각각의 층에 대한 더 많은 예도 이용 가능하다. 예를 들면 가요성 및 투명한 기판-애노드 조합은 미국 특허 제5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA이며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 발광 및 호스트 물질의 예는 미국 특허 제6,303,238호(Thompson 등)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이고, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에는 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터-증착된 ITO 층을 갖는 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 공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 주입층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 보호층의 설명은 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에서 찾아볼 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
도 2에는 역위 OLED(200)가 도시된다. 소자는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 소자(200)는 기재된 순서로 층을 적층시켜 제조될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구조는 애노드의 위에 캐소드가 배치되어 있고 소자(200)가 애노드(230)의 아래에 캐소드(215)가 배치되어 있으므로, 소자(200)는 "역전된" OLED로 지칭될 수 있다. 소자(100)에 관하여 기재된 것과 유사한 물질이 소자(200)의 해당 층에 사용될 수 있다. 도 2는 소자(100)의 구조로부터 일부 층이 얼마나 생략될 수 있는지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조는 비제한적인 예로서 제공하며, 본 발명의 구체예는 다양한 기타의 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 기재된 특정한 물질 및 구조는 사실상 예시를 위한 것이며, 기타의 물질 및 구조도 사용될 수 있다. 작용성 OLED는 기재된 다양한 층을 상이한 방식으로 조합하여 달성될 수 있거나 또는 층은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략할 수 있다. 구체적으로 기재되지 않은 기타의 층도 또한 포함될 수 있다. 이들 구체적으로 기재된 층을 제외한 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예가 단일 물질을 포함하는 것으로서 다양한 층을 기재하기는 하나, 물질, 예컨대 호스트 및 도펀트의 혼합물 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 층은 다수의 하부층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들면, 소자(200)에서 정공 수송층(225)은 정공을 수송하며, 정공을 발광층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로서 기재될 수 있다. 하나의 구체예에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 유기층은 단일층을 포함할 수 있거나 또는 예를 들면 도 1 및 도 2와 관련하여 기재된 바와 같은 상이한 유기 물질의 복수의 층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 기재하지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국 특허 제5,247,190호(Friend 등)에 기재된 바와 같은 중합체 물질(PLED)을 포함하는 OLED를 사용할 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들면 미국 특허 제5,707,745호(Forrest 등)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 미국 특허 제6,091,195호(Forrest 등)에 기재된 바와 같은 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국 특허 제5,834,893호(Bulovic 등)에 기재된 피트형(pit) 구조와 같은 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시키기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 구체예의 임의의 층은 임의의 적절한 방법에 의하여 적층될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국 특허 제6,337,102호(Forrest 등)(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기상 증착(OVPD), 미국 특허 제7,431,968호(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적절한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액계 공정을 포함한다. 용액계 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및, 잉크-제트 및 OVJD와 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬 및 아릴 기와 같은 치환기는 이의 용액 가공의 처리 능력을 향상시키기 위하여 소분자에 사용될 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 것보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있는데, 비대칭 물질은 재결정화되는 경향이 낮을 수 있기 때문이다. 덴드리머 치환기는 용액 가공을 처리하는 소분자의 능력을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 구체예에 의하여 제조된 소자는 차단층을 추가로 임의로 포함할 수 있다. 차단층의 하나의 목적은 전극 및 유기층이 수분, 증기 및/또는 기체 등을 포함하는 환경에서 유해한 종에 대한 노출로 인하여 손상되지 않도록 한다. 차단층은 기판의 위에서, 기판의 아래에서 또는 기판의 옆에서, 전극 또는, 엣지를 포함하는 소자의 임의의 기타 부분의 위에서 증착될 수 있다. 차단층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 차단층은 각종 공지의 화학적 증착 기법에 의하여 형성될 수 있으며 복수의 상을 갖는 조성물뿐 아니라 단일 상을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 임의의 적절한 물질 또는 물질의 조합을 차단층에 사용할 수 있다. 차단층은 무기 또는 유기 화합물 또는 둘다를 혼입할 수 있다. 바람직한 차단층은 미국 특허 제7,968,146호, PCT 특허 출원 번호 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기재된 바와 같은 중합체 물질 및 비-중합체 물질의 혼합물을 포함하며, 이들 문헌의 개시내용은 본원에 그 전문이 참고로 포함된다. "혼합물"을 고려하면, 차단층을 포함하는 전술한 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 반응 조건하에서 및/또는 동일한 시간에서 증착되어야만 한다. 중합체 대 비-중합체 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위내일 수 있다.　중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예에서, 중합체 및 비-중합체 물질의 혼합물은 본질적으로 중합체 규소 및 무기 규소로 이루어진다.
본 발명의 구체예에 따라 제작되는 소자는 최종 소비자 제품 제조자에 의해 이용될 수 있는 디스플레이 스크린 또는 라이팅 패널을 비롯한 광범위하게 다양한 전자 부품 모듈 (또는 유닛)에 투입될 수 있다. 상기 전자 부품 모듈은 경우에 따라 구동 전자장치 및/또는 전력원(들)을 포함할 수 있다. 본 발명의 구체예에 따라 제작되는 소자는 내부에 투입되는 하나 이상의 전자 부품 모듈 (또는 유닛)을 갖는 광범위하게 다양한 소비재에 투입될 수 있다. 상기 소비재는 하나 이상의 광원(들) 및/또는 일부 유형의 영상 디스플레이 중 하나 이상을 포함하는 임의 유형의 제품을 포함한다. 상기 소비재의 일부 예는 평판 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 옥외 조명 및/또는 시그날링을 위한 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 개인용 정보 단말기(PDA), 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로디스플레이, 3-D 디스플레이, 자동차, 거대 월, 극장 또는 스타디움 스크린 또는 간판을 포함한다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 조절 메카니즘을 사용하여 본 발명에 의한 소자를 조절할 수 있다. 다수의 소자는 사람에게 안락감을 주는 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20℃ 내지 25℃)에서 사용하고자 하지만, 상기 온도 범위 밖의 온도, 예컨대 -40℃ 내지 +80℃에서도 사용될 수 있다.
본원에 기재된 물질 및 구조는 OLED를 제외한 소자에서의 적용예를 가질 수 있다. 예를 들면, 기타의 광전자 소자, 예컨대 유기 태양 전지 및 유기 광검출기는 물질 및 구조를 사용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 소자, 예컨대 유기 트랜지스터는 물질 및 구조를 사용할 수 있다.
미국 가특허 출원 연속 번호 제62/016,709호(이 출원은 우선권을 주장하고 본원에 참고 인용됨)가 본 출원과 상이한 용어를 이용할 수 있지만, 용어의 의미에서의 차이는 없다. 예를 들면, 퍼지 기체는 본 출원에서 구속 기체로서 지칭될 수 있고, 담체 기체는 전달 기체로서 지칭될 수 있고, 이베큐에이션 채널은 배기 채널로서 지칭될 수 있고, 담체 기체 노즐은 전달 구멍으로서 지칭될 수 있고, 스위프 기체는 구속 기체로서 지칭될 수 있고, 노즐 오리피스는 노즐 구멍 또는 전달 채널로서 지칭될 수 있고, 진공 벤트는 배기 채널로서 지칭될 수 있다.
본원에 이용된 용어 구속 흐름 및/또는 구속 기체는 증착 구역 외부로부터 받아들여질 수 있고 전달 기체 흐름의 기판 면내 모션에 대향함으로써 유기 증기의 전개를 줄일 수 있는 기체 및 기체 흐름을 지칭한다. 구속 흐름 및/또는 구속 기체는 과량 유기 물질을 배기 채널에 연결된 배기 구멍 내로 유도할 수 있다. 즉, 구속 흐름은 일반적으로 전달 기체보다 높은 분자량을 갖는 구속 기체를 포함할 수 있다.
구속 기체는 챔버 주변으로부터 반출되거나 전문화된 노즐(예, 구속 채널에 연결된 구속 구멍)을 통해 도입될 수 있다. 구속 기체가 챔버로부터 나왔을 때, 구속 채널에는, 노즐과 기판 사이의 갭이 있을 수 있는, 플라이 높이에서 노즐 어레이 아래에 갭이 있을 수 있다.
전달 구멍은 기판에 대해 근위의 인쇄 헤드의 에지 및 전달 채널의 교차점일 수 있다. 이것은 더 작은 구멍으로 세분될 수 있다.
전달 흐름 및/또는 전달 기체는 공급원 오븐으로부터 유기 증기를 비말동반하고 이것을 전달 채널을 통해 인쇄 헤드 팁에 대해 근위의 기판 상의 증착 구역으로 전달할 수 있다. 전달 흐름은 복수의 공급원 오븐으로부터의 흐름의 혼합물일 수 있다. 전달 기체는 헬륨 및/또는 임의의 다른 적당한 기체일 수 있다. 전달 기체는 하나 이상의 기체일 수 있고, 기체 혼합물일 수 있다. 전달 기체의 하나 이상의 기체 및/또는 기체 혼합물은 하나 이상의 공급원으로부터의 것일 수 있다.
전달 채널은 기판을 향하는 하나 이상의 공급원으로부터의 유기 증기를 유도할 수 있다. 전달 채널은 일반적으로 기판을 따라 정상적으로 배향될 수 있지만, 또한 각을 이룰 수도 있다. 인쇄 헤드 에지와 전달 채널 교차점은 전달 구멍을 형성할 수 있다.
배기 구멍 및/또는 배기 채널은 전달 채널을 둘러쌀 수 있다. 이는 전달 채널과 평행하게 배향되거나 이에 대해 각을 이룰 수 있다. 통상, 배기는 증착 구역으로부터 전달 기체를 제거하도록 구성된다. 구속 기체가 존재하는 경우, 구속 흐름 공급원과 배기 채널 사이에 달성된 구속 흐름은 증착 구역으로부터 과잉 유기 증기를 제거한다. 구속 기체는 하나 이상의 기체일 수 있고, 기체 혼합물일 수 있다. 구속 기체의 하나 이상의 기체 및/또는 기체 혼합물은 하나 이상의 공급원으로부터의 것일 수 있다. 인쇄 헤드 에지와 배기 채널 교차점은 배기 구멍을 형성한다.
노즐은 전달 및 배기 구멍, 그리고 존재하는 경우 구속 구멍을 포함하는 노즐 어셈블리의 단일한 미세제작 유닛일 수 있다.
노즐 블럭은 하나 이상의 노즐을 갖는 일체형 미세제작된 어셈블리일 수 있다. 노즐 블럭은 가열된 클램프에 의해 기판 위에 고정될 수 있다.
인쇄 헤드는 노즐 블럭 및 노즐 블럭과 하나 이상의 공급원, 예컨대 공급원 오븐을 접속시키는 데 필요한 유체 연결을 함유하는 가열된 홀더, 챔버의 외부로의 배기 라인, 및 구속 기체 공급원을 포함할 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, 각종 기법이 OLED 및 유기 증착 제트 인쇄(OVJP)를 비롯한 다른 유사한 소자를 제작하는 데 사용될 수 있다. OVJP에서, 유기 박막 특징부의 패턴화된 어레이는 액체 용매 또는 섀도우 마스크의 사용 없이 증착될 수 있다. 불활성 전달 기체는 증발 공급원에서 노즐 어레이로 유기 증기를 전달한다. 노즐 어레이는 기판에 지장을 주는 기체-증기 혼합물의 제트를 발생시킨다. 유기 증기는 잘 형성된 스팟에서 기판 상에 응축된다. 특징부는 인쇄 헤드와 관련하여 기판을 움직이는 것에 의해 생길 수 있다. 인광성 OLED에 바람직할 수 있는 바와 같이, 호스트 및 도펀트의 공증착은, 노즐의 상류에 상이한 공급원으로부터 증기를 혼합시킴으로써 실현될 수 있다. 미세제작된 노즐 어레이는 디스플레이 분야에 필요한 것과 유사한 인쇄 해법을 실현하는 것으로 입증되었다.
인쇄된 특징부의 의도된 경계를 넘는 유기 물질의 증착, 또는 오버스프레이는, OVJP의 빈번한 문제이다. 기판과 접촉하는 유기 증기의 분자는 여기에 비가역적으로 흡착되거나 이로부터 떨어져서 반사될 수 있다. 흡착된 물질은 응축되어 인쇄된 특징부의 일부가 된다. 응축되지 않은 물질은 둘러싸는 주위 기체로 다시 산란된다. 흡착 계수(α)는 기판과의 접촉 당 유기 증기 분자가 응축되는 개연성으로서 규정된다. 0.8∼0.9의 흡착 계수가 OLED 물질에 전형적이다.
유기 증기의 분자는 기판에 흡착되는 것보다는 기판으로부터 떨어져서 반사될 수 있다. 이는 의도된 경계를 넘는 증착을 야기할 수 있고 증기는 이웃하는 특징부를 오염시킬 잠재성을 갖는다. 각종 수송 메카니즘은 노즐로부터 떨어져서 희석 유기 증기를 보유할 수 있다. 기체 흐름이, 분자간 상호작용에 의해, 즉 1 미만의 크누드센 수(Kn)(Kn = λ/l, 여기서 λ는 전달 기체 장에서 평균 자유 경로이고 l은 노즐 어셈블리의 특징적 길이임)가 우세한 경우, 노즐로부터 발산되는 유기 증기 플룸(plume)이 대류 및 확산에 의해 확장된다. Kn이 1 초과인 경우, 인쇄된 특징부는 정상 기판에 대해 가로지르는 증기 분자의 탄도 모션에 의해 확장된다. 이 경우, 특징부 확장은, 유기 분자가 기판과 접촉시 흡착되지 않는 경우 악화될 수 있다.
대류성 및 확산성 확장은 매우 낮은 배경 압력, 예컨대 10-4 Torr 미만에서 OVJP 공정을 가동시킴으로써 최소화될 수 있다. 하지만, 오버스프레이는 도 3에 도시되는 바와 같이 비통합 α로 인해 계속될 수 있다. 예를 들면, 기판(302)에 가깝게 가열된 노즐 어레이(301)를 배치함으로써 OVJP에 의해 미세 특징부가 인쇄될 수 있다. 기판(302) 상에 흡착하지 못하는 유기 분자는 노즐 어레이(301)의 하면을 뒤에 두고 반사되고 원하는 인쇄 영역(303)을 넘어 산란될 수 있다. 기판(302)에 초기에 흡착될 수 있는 유기 분자(예, 분자(304))는 원하는 인쇄 영역(303) 내에 머무르게 되지만, 흡착되지 못하는 분자(예, 분자(305))는 더 멀리 떨어져서 산란될 수 있다. 노즐 어레이(301)의 노즐은 유기 분자(예, 분자(305))가 이의 하면에 들러붙지 않도록 가열될 수 있고, 대신에 원하는 증착 영역(예, 원하는 인쇄 영역(303))의 외부에 내려앉을 수 있는 경우 기판(302) 상에 재지정될 수 있다. 따라서, 기판에 흡착되지 않은 물질은, 본원에서 추가로 상세하게 설명하는 바와 같이, 특징부 확장을 최소화하고/하거나 방지하기 위해 신속하게 제거되는 것이 바람직하다.
도 4에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 증착 구조(예, 노즐 어셈블리(400))의 단면도가 도시된다. 전달 채널(401)은 하나 이상의 배기 채널(402)에 인접하거나 이에 의해 둘러싸일 수 있다. 기판(302) 상에 증착시키고자 하는 물질을 수송하는 전달 기체는 기판(302)을 향하여 전달 채널(401)의 구멍으로부터 분출될 수 있다. 기판에 흡착되지 않은 유기 분자(예, 분자(305))는 배기 채널(402)을 통해 제거될 수 있다. 구속 기체(403)는 노즐의 전달 채널의 구멍으로부터 분출된 물질의 흐름에 대향하는 방향으로 제공될 수 있다. 구속 기체(403)는 공급원, 예컨대 노즐, 주변 공급원 등으로부터, 노즐 아래 위치로부터(즉, 노즐 구멍과 기판(302) 사이), 그리고 노즐 및/또는 배기 채널(402)에 인접하게 제공될 수 있다. 일부 배치에서, 구속 기체는 노즐 블럭과 일체화되거나 노즐 블럭의 부품과 일체식으로 되는 노즐을 통해 제공될 수 있다. 이러한 노즐은 구속 기체 흐름이 주위 분위기로부터 제공되는 경우에도 사용될 수 있다. 예를 들면, 노즐 블럭은 구속 기체(403)가 지정될 수 있는 노즐 블럭의 바닥부 내에 에칭되는 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다. 하나 이상의 외부 노즐(즉, 노즐 블럭과 일체형이 아닌 것)이 증착 영역 내에 구속 기체를 지정하는 데 사용될 수 있다. 노즐 어셈블리(400)와 기판(302) 사이의 영역에 제공되는 구속 기체는 냉각될 수 있고, 이로 인해 증착이 수행되는 챔버의 주위 온도보다 낮은 평균 온도를 갖게 된다. 이는 또한 주위 온도, 또는 주위보다 높은 온도에서 제공될 수 있다.
구속 기체는 증착 구역의 외부로부터 내향하여 흐르고 과잉 물질을 배기 채널(402) 내로 유도할 수 있다. 구속 기체 흐름은, 대부분의 구속 기체 흐름이 노즐로부터 분출되는 대부분의 물질이 흐르는 방향에 대해 주로 역평행 방향인 경우 노즐로부터 분출되는 물질의 흐름에 대향할 수 있다. 증착 구역 내 노즐로부터의 흐름(예, 전달 채널(401))은 노즐 자체의 기하구조에 의한 것보다는 노즐 블럭과 기판(301) 사이의 갭에 의해 주로 형성될 수 있다. 이에 따라 기판(302)의 면에서 구속 기체 흐름은 노즐의 배향과 무관하게 노즐 흐름(예, 전달 채널(401)의 구멍으로부터의 흐름)에 대향하는 것으로 간주될 수 있다. 예를 들면, 노즐(예, 전달 채널(401)의 구멍)이 기판(302)의 면에 수직인 방향으로 물질을 분출하도록 배향되는 경우, 노즐로부터 분출된 물질은 기판(302)의 면에서 이동하도록 기판(302)에 의해 재지정된다. 이후 분출된 물질은, 노즐이 반대 방향으로 이동하는 구속 기체 흐름과 교차하는 경우 노즐(예, 전달 채널(401)의 구멍)로부터 더 하류에 있는 기판(302)의 면으로부터 재지정된다. 구속 기체의 스트림은 외부 기체 공급원에 연결된 전용 노즐 또는 주위 챔버에서 기인할 수 있다.
배기 채널(402)은 진공 공급원, 즉, 노즐(예, 전달 채널(401)의 구멍)과 기판(302) 사이의 영역의 것보다 낮은 압력의 공급원에 연결될 수 있다. 진공 공급원은 증착 구조(예, 노즐 어셈블리(400))의 외부에 있을 수 있다. 예를 들면, 노즐 블럭 또는 다른 증착 메카니즘은 배기 채널(402)을 외부 진공 공급원에 연결하도록 구성된 커넥터를 포함할 수 있다. 배기 채널(402)은, 전달 채널(401)에 비해, 각이 져서 노즐 블럭 내에서 배기 채널(402)과 전달 채널(401) 사이에 충분한 물질이 허용될 수 있다. 이러한 배치는 구조적으로 괜찮은 노즐 블럭을 위해 채널(예, 전달 채널(401) 및 배기 채널(402)) 사이의 노즐 블럭에서 충분한 물질을 제공할 수 있다. 노즐 블럭 내 배기 채널(402)은 전달 채널(401)에 대해 각을 이룰 수 있다. 그러한 배치는 기판 상에서 증착된 물질의 균일성을 향상시킬 수 있다. 기판에 대해 일반적인 흐름의 축을 갖는 "일직선" 배기 채널 통로와 비교하였을 때, 각을 이룬 통로는 실시예 및 본원에 개시된 시뮬레이션에서 추가로 상세하게 제시되는 바와 같이 구속 기체, 전달 기체, 및/또는 비증착된 물질이 흘러야 하는 뾰족한 각의 형성을 최소화하고/하거나 방지할 수 있다.
배기 채널(402)은 노즐 블럭(예, 노즐 어셈블리(400)) 내에서 노즐 통로(예, 전달 채널(401))를 둘러쌀 수 있다. 예를 들면, 배기 채널(402)은 전달 채널(401)과 배기 채널(402) 사이의 가장 좁은 거리가 노즐에 대해 2개 이상의 방향에서 동일하도록 노즐 블럭(예, 노즐 어셈블리(400)) 내에서 충분한 폭의 것일 수 있다. 일부 배치에서, 노즐 구멍은 노즐 블럭 내 채널 및 노즐 블럭의 평면 에지에 의해 형성될 수 있다. 즉, 본원에 개시된 노즐은 노즐 블럭의 하부 표면을 넘어 확장되는, 추가의 가늘어지고/가늘어지거나 다른 확장된 물리적 부분이 필요하지 않을 수 있다.
노즐 구멍(예, 전달 채널(401))은 복수의 구멍(예, 도 4에서 확인된 바와 같이 복수의 전달 채널(401))을 포함하는 전달 채널 세퍼레이터(404)에 의해 분기되거나 그렇지 않은 경우 나누어질 수 있다. 전달 채널 세퍼레이터(404)에 의해 나누어지는 전달 채널(401)은 증착 구역 내 기판(302) 상에 유기 물질 플럭스의 균일성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 분기 없이(예컨대, 전달 채널 세퍼레이터(404)의 존재 없이), 상승되거나 둥근 증착 프로파일이 유도될 수 있다. 대조적으로, 노즐이 분기되는 경우(예컨대, 전달 채널(401)이 전달 채널 세퍼레이터(404)에 의해 나누어지는 경우), 노즐의 중심에서 블럭은 증착 면적의 중심에서 물질이 증착되는 것을 방지하여, 플래터(flatter), "플래토(plateau)" 유형 증착 프로파일을 유도할 수 있다. 더욱 일반적으로는, 본원에 개시된 노즐은 복수의 구멍을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 노즐은 수직으로 배향, 즉, 전달 채널의 축이 노즐에 의해 분출되는 물질이 증착되는 기판에 수직이도록 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 노즐은 기판에 대한 각도, 예컨대 0°와 90° 사이의 각도에서 배치될 수 있다.
본원에 개시된 노즐 블럭은 노즐 블럭 내에 임의의 적당한 배열로 배치될 수 있는 복수의 전달 구멍 및/또는 복수의 배기 채널을 포함할 수 있다. 예를 들면, 복수의 전달 구멍은 인접한 노즐 사이에 배치된 배기 채널과 노즐 블럭 내에 배치될 수 있다. 복수의 노즐이 단일 노즐 블럭 내에 사용되는 경우, 이는 임의의 적당한 배열, 예컨대 선형, 스태거형, 또는 층상형 배치로 배치될 수 있다. 각 노즐의 배열은 상이한 순서로 또는 동시에 증착을 수행하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 선형 배열에서, 각 노즐은 차례로 선행 배열의 각 노즐을 지나쳐 이동하는 단일 기판 위에 상이한 층을 증착시킬 수 있다.
개시된 청구 대상의 일부 구체예에서, 노즐 블럭, 또는 노즐 블럭의 일부는, 노즐에 의해 분출되는 전달 기체에서 가장 적은 휘발성 유기 물질의 증발점보다 높은 온도로 가열될 수 있다. 이는 증착 기기의 다양한 부분 상에 물질이 응축되는 것을 추가로 최소화하고/하거나 방지할 수 있다.
본원에 개시된 증착 시스템은 또한 노즐 아래(예, 전달 채널(401))에 기판(302)을 위치시키도록 구성된 다른 배열 또는 기판 홀더를 포함할 수 있다. 일부 배치에서, 기판 홀더는 기판 홀더 상에 배치된 기판(302)이 노즐 구멍 아래 약 10∼1000 ㎛에 배치되도록 노즐에 대하여 배치될 수 있다.
개시된 청구 대상의 일부 구체예에서, 냉각 플레이트(예, 열전 냉각기) 또는 기타 낮은-온도 장치 또는 영역이 노즐 블럭(예, 노즐 어셈블리(400))의 노즐 표면(예, 전달 채널(401)의 구멍을 갖는 표면)에 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들면, 냉각 플레이트는, 하나 이상의 노즐에 인접하여, 기판(302)을 대향하는 노즐 블럭의 하부 표면에 인접하게 배치될 수 있다. 냉각 플레이트는 또한 노즐 블럭에 인접하게 배치될 수 있지만, 노즐 블럭과 물리적으로 접촉할 수는 없다.
개시된 청구 대상의 일부 구체예에서, 본원에 개시된 증착 시스템 및 기법은 증착 챔버 내에서 수행될 수 있다. 챔버는 하나 이상의 기체로 충전될 수 있고, 앞서 개시된 바와 같이 구속 기체 흐름을 제공하는 데 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 증착 챔버는 하나 이상의 기체로 충전될 수 있으므로, 챔버의 주위 분위기는 본원에 개시된 바와 같이 사용되는 구속 기체 및/또는 전달 기체(들)의 것과 상이한 조성을 갖는다. 상기 상세하게 논의된 바와 같이, 구속 기체 및/또는 전달 기체는 하나 이상의 기체일 수 있고, 하나 이상의 공급원으로부터 유래될 수 있다. 증착 챔버는 10 Torr, 100 Torr, 760 Torr 등을 포함한 임의의 적당한 압력에서 유지될 수 있다.
본원에 개시된 증착 시스템은 OLED 또는 앞서 개시된 유사한 소자의 각종 요소를 증착시키는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 이는 기판 상에 물질의 균일한 막을 증착시키도록 기판을 가로질러 래스터링(rastered)될 수 있다. 예를 들면, 증착 시스템은 기판 상의 기준 마크의 존재 및 위치를 기준으로 하나 이상의 노즐을 래스터링하는 정렬 시스템을 포함할 수 있다.
도 5에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 전달 기체 흐름의 예시 스트림라인이 도시된다. 전달 흐름(501)은 전달 채널(401)의 구멍과 배기 채널(402)을 연결하는 스트림라인을 따른다. 구속 기체 흐름(502)은 배기 채널(402)에 기체 유입구(403)를 연결하는 스트림라인을 따른다.
구속 기체 흐름(502)은 일반적으로 전달 흐름(501)과 반대이다. 흐름은 503을 교차하고 배기 채널(402)을 향해 전환된다. 이는 결과적으로 "기체 커튼"으로 지칭될 수 있는, 기판(예, 도 4의 기판(302))의 면을 따라 유기 물질의 전개하는 차단을 형성한다. 영역(504)에서 노즐 아래 기판 상에 응축되지 않는 유기 증기는 배기(예, 도 4의 배기 채널(402))가 진입하는 전달 기체 흐름(505) 내에 비말동반되어 남을 수 있다. 그리고나서 물질은 상기 흐름이 배기(예, 도 4에 도시된 배기 채널(402))를 통과하는 바와 같이 증착 면적으로부터 제거된다.
도 6에는 흐름장에서 유기 증기의 농축의 플롯이 도시된다. 도시된 바와 같이, 고농도의 유기 증기(601)를 함유하는 플룸은 전달 구멍으로부터 발산될 수 있다. 상기 플룸의 물질은 기판에 대해 농도 구배(602)를 가로질러 확산적으로 수송된다. 증기의 나머지는 603을 통해 배기가 나오는 플룸의 부분을 갖고 기판으로부터 수송된다. 구속 기체 흐름 내로 스트림라인을 가로질러 분산되는 유기 증기는 구속 기체가 나오기 때문에 배기 채널을 통해 제거될 수 있다. 구속 기체 흐름으로부터의 대류는 기판에 대해 상향으로 떨어져서 유기 증기를 유도한다. 이에 따라, 구속 기체 흐름에 의해 커버되는 기판의 영역 상으로의 유기 증기의 수송은 경미할 수 있다.
페클레수(Peclet number)(Pe)는 그러한 흐름에서 대류성 및 확산성 수송의 비율을 기술하는 데 사용될 수 있다:
Pe = lu/D
상기 식에서, l은 특징적 길이이고, u는 특징적 속도이고, D는 주위 기체에서 유기 증기의 확산도이다. 도 3∼6과 관련하여 기술되는 배치에서, Pe는 노즐의 아래에서는 1∼10, 구속 기체 흐름에서는 10∼100의 범위이다. 이에 따라 대류성 수송이 구속 기체 스트림에서 우세하게 되어, 배기 채널을 통해 유기 증기의 효과적 제거를 허용한다.
이러한 대류성 수송 기법의 유효성은, 특히 흡착 계수가 1 미만인 유기 성분을 증착시키는 경우, 도 7a 및 7b에 도시되어 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 매우 뾰족하게 형성된 특징부(701)는 α = 1이었을 때 실현될 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이 α = 0.5(702) 및 α = 0.1(703)의 경우에 유의적으로 광범위화되어 있고 의도된 특징부는 광범위한 오버스프레이 테일에 의해 둘러싸여있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 본원에 개시된 기체 커텐 기법은 평이한 노즐의 경우보다 α = 1(704)의 경우에 더 광범위한 특징부 프로파일을 유도할 수 있지만, 그 증착 프로파일은 α = 0.5(705) 및 α = 0.1(706)의 경우 거의 변하지 않고 남아있을 수 있다. 즉, 기체 커튼의 오버스프레이 완화 능력은 흡착 계수와 거의 무관하여, 광범위한 범위의 OLED 물질을 증착시키는 데 적당할 수 있다.
개시된 청구 대상의 구체예의 증착 시스템은 임의의 적당한 기법을 사용하여 제작될 수 있다. 예를 들면, 노즐 블럭의 특징부는 광리소그래피, 반응성 이온 에칭 등을 사용하여 규소 웨이퍼에 에칭될 수 있다. 구조는 또한 이후 함께 결합되는 복수의 웨이퍼 내에 채널을 에칭하여, 예를 들어 웨이퍼 결합 및/또는 광학 정렬 기법을 사용하여 원하는 3차원 구조를 형성함으로써 제작될 수 있다. 적당한 웨이퍼 결합 기법은, 예를 들어 양극, 금 공정(eutectic), 납땜, Si 퓨젼 등을 포함할 수 있다. 또다른 예로서, 개별 다이가, 예를 들어 스텔스 다이싱(stealth dicing)에 의해 개별화(singulated)되어, 웨이퍼 구조를 형성함으로써, 노즐 팁, 배기 채널, 및 노즐 블럭 상의 다른 포트가 다이 에지에 의해 형성되는 것을 허용할 수 있다.
OLED 디스플레이를 제조하는 데 사용되는 유기 물질은 섀도우 마스크를 통해 진공 열 증발(VTE)에 의해 통상 증착된다. 섀도우 마스크는 프레임 상에 신장되고 기판 상의 패턴에 후속으로 정렬되는 얇은 금속 시트로부터 제작될 수 있다. 섀도우 마스크에서 천공은 증착에 의해 커버되는 기판의 면적을 규정할 수 있다. 대 면적 디스플레이의 경우, 섀도우 마스크는 수율에 악영향을 미칠 수 있는 마스크 가열 및 새깅(sagging)으로 인해 통상 사용하기 어렵다.
유기 증착 제트 인쇄(OVJP)는 섀도우 마스크의 사용 없이 대 면적 위에서 협소한, 픽셀 폭 라인을 인쇄할 수 있는 증기 증착 기법이다. 불활성 전달 기체에 비말 동반되는 유기 증기는 노즐로부터 분출되고 증기가 응축되는 경우 기판 상에서 충돌하여 증착된 막을 유도할 수 있다. 노즐의 디자인은 증착물의 크기와 형상을 결정할 수 있다.
도 8에는 직경이 약 0.3 mm로 제한되는 크기를 갖는 금속 또는 유리에서 형성되는 둥근 노즐을 사용하고, 폭이 수 mm인 라인을 증착시킬 수 있는 1세대 OVJP 시스템이 도시된다. 그러한 노즐과 관련된 단면 두께 프로파일이 도 9에 도시된다. 단일 OVJP 노즐을 사용하여 라인을 증착시키기 위해, 예를 들어 대 면적 디스플레이를 제조하거나, 또는 2차원적 패턴을 형성하기 위해, 노즐은 통상 기판 위에 래스터링되거나, 또는 기판은 고정형 노즐 아래에 래스터링된다. 특정 예로서, 고화질 4K HD 디스플레이는 통상 3840열의 세로 픽셀을 갖는다. 그러한 디스플레이에서, 단일 노즐 하나에 1개의 열을 인쇄하는 것은 매우 시간 소모적일 수 있다. 각 디스플레이 단계를 완료하기에 바람직한 시간(TAKT 시간)은 2∼5분의 범위일 수 있다. TAKT 시간 요건을 부합시키기 위해, 노즐의 어레이가 필요하게 된다.
개별 또는 단리된 OVJP 노즐을 사용하는 증착이 분석된 바 있지만, 그러한 분석은 통상 이웃하는 노즐에 의해 야기되는 기체 흐름 및 증착 패턴의 효과를 무시하고 있다. 단리된 노즐로부터의 증착 패턴은 도 9에 도시된 바와 같이 가우스 두께 프로파일을 나타낼 수 있다. 패턴 폭은 노즐 직경, 노즐과 기판 사이의 거리, 증착 챔버 압력, 및 전달 기체와 유기 증기의 흐름의 함수일 수 있다. 이러한 유형의 단순 노즐의 경우, 증착 프로파일 폭은 통사 노즐 직경보다 훨씬 더 넓다. 실험 결과는 단일 노즐, 또는 이웃한 효과를 제거하기 위해 2 mm 이상 분리된 노즐을 갖는 노즐 어레이로부터 수득되었다. 노즐이 (예를 들어, 수백 미크론 범위로) 아주 근접하게 배치되는 경우, 하나의 노즐로부터 흐르는 기체는 인접한 노즐의 증착 패턴을 바꿀 수 있다. 대 면적 디스플레이를 제조하는 바람직한 TAKT 시간을 실현하기 위해, 수많은 노즐이 사용되어야 한다. 바람직한 픽셀 치수를 실현하기 위해, 노즐은 서로 가깝게 배치되어야 하고, 이 경우 이웃 효과가 증착 프로파일에 우세하게 된다.
유기 물질이 기판 표면 상에 응축되지 않는 전달 기체에서 승화 공급원으로부터 노즐에 전달될 수 있다. 진공 챔버 내 노즐의 2차원적 어레이에서, 어레이의 중심의 노즐은 기판과 노즐 어레이 사이의 작은 갭의 전도도 제한으로 인해 주변의 노즐보다 높은 배경 압력을 경험할 수 있다. 대형 어레이(예, 약 5개 이상의 노즐을 갖는 어레이), 및 노즐 블럭의 두께보다 훨씬 더 작은 노즐 어레이 갭에 대한 기판의 경우, 압력 변화는 어레이의 중심에서 상당할 수 있다. OVJP 노즐은 통상 제한된 압력 및 유량 범위로 작업하였을 때 가장 협소한 라인 폭을 생성한다. 노즐이 흐르는 압력을 증가시키는 것은 라인 폭을 변화시키고 증착률을 감소시킬 수 있다. 즉, 개시된 청구 대상의 구체예의 노즐 디자인의 경우, 압력 범위는 100∼200 Torr일 수 있지만, 노즐은 10∼760 Torr에서 작업하도록 구성될 수 있다. OVJP 노즐은 광범위한 범위의 증착 압력에서 작업하도록 구성될 수 있지만, 이웃 효과는 어레이의 크기, 및 작업 압력을 위한 노즐 사이 간격을 제한할 수 있다.
도 10a∼10b에는 500 미크론 간격을 둔 4개의 30 미크론 폭의 단순 노즐의 기존의 선형 어레이의 전산 유체 역학(CFD) 모델링 증착 (두께) 프로파일이 도시된다. 이러한 시뮬레이션을 위한 전달 기체 압력은 15,000 Pa이고 챔버 압력은 10,000 Pa이다. 도 10a에는 4개의 노즐로부터 발산되는 스트림 라인이 도시된다. 제2 노즐과 제3 노즐 사이에는 흐름이 없다. 제2 및 제3 노즐로부터의 흐름은 노즐 어셈블리의 에지에서 저압의 영역에 의해 각각 제1 및 제4 노즐을 향하여 유도될 수 있다. 도 10b에는 생성된 증착 프로파일이 도시된다. 2개의 내부 노즐은 외부 노즐보다 낮은 증착률을 나타내고, 모든 증착 프로파일은 노즐 어셈블리의 외부 에지를 향하여 지정된 노즐 사이의 기체 흐름으로 인해 매우 광범위하다.
바람직하지 못한 증착을 감소시키거나/시키고 제거하기 위해, 노즐 사이의 기체 흐름을 증가시키는 것은 감소시키거나 제거되어야 한다. 개시된 청구 대상의 구체예는, 도 11에 도시된 바와 같이, 가장 근접한 이웃 효과를 감소시키고/시키거나 제거하고 치밀하게 팩킹되는 OVJP 노즐 어레이를 가능하게 하는 노즐을 제공한다. 각 노즐 어셈블리에서 균형을 이룬 기체 공급 및 배기를 포함함으로써, 노즐 사이의 압력 및 기체 흐름의 순 변동이 제거된다. 각 노즐 어셈블리는 3개의 흐름 요소를 포함한다: 전달 기체 및 유기 물질을 위한 전달 채널, 배기 채널 및 구속 기체 채널(예, 3성분 노즐). 전달 기체 및 퍼지 기체의 조합 흐름이 배기 채널을 통해 동등한 흐름을 이베큐에이션함으로써 균형을 이룬다. 전달 기체, 구속 기체 및 배기 흐름 채널 각각의 구멍은 기판에 영향을 미치는 유기 물질로부터 생성된 증착물을 한정하도록 배치되고 기판에 흡착되지 않은 과잉 유기 물질을 제거한다. 도 11에는 각을 이룬 배기 채널과 흐름 채널의 하나의 배치가 도시된다. 흐름 채널의 다른 배치도 가능하다.
도 12에는 각 공급원으로부터 진입하고, 인쇄 헤드와 노즐 어셈블리(513) 사이 영역에서 교차하고 배기 채널(514)을 통해 나오는, 전달(511 및 512) 구속 기체 흐름의 모델링된 스트림 라인이 도시된다. 전달 기체의 전개는 구속 기체의 대향 흐름에 의해 제한될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 각 노즐은 노즐 어셈블리의 중심의 전달 채널과 구성될 수 있다. 배기 채널은 전달 구멍의 측면에 인접하게 위치할 수 있다. 2개의 구속 채널은 배기 채널에 인접하게, 중심 노즐로부터 멀리 배치될 수 있다.
채널은 비흐름 영역에 의해 분리되는 5개의 흐름 채널(예, 전달 채널, 2개의 배기 채널 및 2개의 구속 기체 채널)을 갖는 층상 구조를 형성할 수 있다. 에지에서 관찰하였을 때, 채널은 5개의 구멍을 형성한다. 구멍은 구속 기체 채널, 배기 채널, 및 전달 채널과 연통되는 구멍을 포함할 수 있다. 도 13에는 한쌍의 협소한 구멍은로 나타낸 분기된 전달 채널이 도시된다. 기판 관점의 도 13에서, 각 구멍은 일반적으로 기판 위를 이동하는 방향에 수직인 짧은 축을 가진 형상의 직사각형으로 도시된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 전달 구멍은 배기 및 구속 구멍보다 더 짧은 길이(노즐의 장축)를 갖는다. 각 채널에서 기체 흐름 및 구멍의 간격 및 형상은 한정된 오버스프레이를 갖거나 또는 오버스프레이가 없는 원하는 인쇄 라인 폭을 생성하도록 구성될 수 있다. 공정 조건은 각 노즐 어셈블리로부터의 순 흐름이 0이고, 노즐 어셈블리 내로의 흐름이 노즐 어셈블리로부터의 흐름과 동일하며, 이웃하는 노즐 사이에서 순 압력 변화가 없도록 설정될 수 있다.
도 14a∼14d에는 단순 노즐의 선형 어레이 및 증착 패턴 상의 가장 근접한 이웃 효과의 전산 유체 역학(CFD) 분석의 개략도가 도시된다. 도 14a에는 3성분 노즐 어셈블리(예, 전달 채널, 배기 채널, 및 구속 기체 채널)의 구멍 배열이 도시되고, 도 14b는 노즐 어셈블리 상의 흐름 채널을 나타내는 단면도이다. 도 14c(즉, "균형을 이룬 흐름")에는 4개의 노즐의 3성분 노즐 어레이(즉, 4개의 노즐 어레이의 각 노즐은 3성분을 가짐)를 모델링하는 데 사용되는 노즐 배치가 도시되고, 이때 노즐 어레이를 사용하여 수득된 모델링된 두께 분배가 도 14d에 도시된다. 도 14a∼14d의 공정 조건이 하기 표 1에 나열된다. 개시된 청구 대상의 또다른 구체예가 도 14e에 도시되고, 이때 하나 이상의 배기 채널 또는 구속 채널이 노즐 어셈블리의 선형 어레이의 각 측 상에서 외부측 위치에 위치된다. 이러한 부분적 노즐 어셈블리(1402)는 전달 구멍이 없다. 배기 및/또는 구속 채널은 이러한 부분적 노즐 어셈블리에서 단일로, 쌍으로, 또는 복수로 존재할 수 있다. 배기 및/또는 구속 채널은 어레이의 중심에 근접한 증착 노즐 어셈블리(1401)의 흐름 장의 에지 효과를 감소시킬 수 있다.
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도 10b 및 도 14d에는 단순 노즐의 4개의 노즐 어레이(도 10b) 및 3성분 노즐의 4개의 노즐 어레이(도 14d)로부터 모델링된 결과의 비교가 도시된다. 단일 노즐 스트림 라인의 비교는 이웃하는 노즐에 의해 유도되는 흐름이 노즐 어레이의 둘레를 향하는 기체 흐름의 방향으로 증착 패턴을 이동시키는 것을 나타낸다. 이동은 2가지 효과를 갖는다: (1) 증착물의 중심을 이동시키고, (2) 증착을 확장시킨다. 3성분 증착 프로파일은 150 ㎛의 폭을 갖는 잘 규정된 피크 형상을 나타낸다(도 14d). 단순 노즐 프로파일(도 10b)에는 광범위한 증착을 갖는 불규칙하게 형상을 이룬 피크가 나타난다. 2개의 내부 노즐로부터의 증착은 외부 노즐로부터의 분배와 합쳐진다. 디스플레이의 픽셀은 규칙적인 간격으로 간격을 이룰 수 있고 픽셀을 위한 유기 물질은 픽셀로부터의 물질이 이웃하는 픽셀에 영향을 주지 않도록 증착되어야 한다. 노즐로부터의 플럭스가 이웃하는 노즐로 인해 이동하는 경우, 증착 분배의 테일은 이웃하는 픽셀 내로 이동할 수 있다. 물질이 이웃하는 픽셀 상에 컬러를 증착시키는 경우, 효율 및 수명은 악영향을 받을 수 있다. 각 픽셀 내에서, 증착된 유기 물질은 균일한 두께 및 조성 프로파일을 가져야 한다. 노즐로부터의 플럭스가 변하는 경우, 두께 프로파일은 덜 균일하게 되며, 각 픽셀로부터 발광된 광의 퀄리티는 동등하지 않다.
노즐 상의 선형 어레이 이외에, 2차원적 어레이가 도 15 및 도 16에 도시될 수 있다. 도 15에는 연속 열의 구멍으로부터의 증착이 제1 열로부터의 증착에 첨가되도록 정렬된 증착 구멍을 가진 2차원적 어레이가 도시된다. 도 16에는 정렬된 증착 노즐 및 스태커화된 증착 노즐 둘다를 갖는 2차원적 어레이가 도시된다. 이러한 배치는 스태거화된 노즐로 인해 도 15의 어레이의 간격의 절반을 갖는 폭을 인쇄할 수 있고 도 15에서와 같이 2개의 정렬된 노즐을 갖는 것에 의해 각 라인을 이중 인쇄하게 된다.
상기를 고려하였을 때, 개시된 청구 대상의 구체예는 노즐, 노즐과 유체 연통되는 기판 상에 증착시키고자 하는 물질의 공급원, 노즐과 증착시키고자 하는 물질의 공급원과 유체 연통되는 전달 기체 공급원, 노즐에 인접하게 배치된 배기 채널, 및 노즐 및 배기 채널과 유체 연통되고 배기 채널에 인접하게 배치되는 구속 기체 공급원을 갖는 소자를 포함할 수 있다.
본원에 개시된 증착 소자 또는 시스템은 외부 진공 공급원에 연결되도록 구성된 커넥터를 포함할 수 있다. 커넥터는, 외부 진공 공급원에 연결되었을 때 외부 진공 공급원과 유체 연통되는, 배기 채널에 연결되는 배기 구멍이 배치된다.
소자의 배기 채널은 전달 기체 구멍으로부터 떨어져서 각을 이룰 수 있고, 이때 전달 기체 구멍은 전달 기체 공급원과 유체 연통된다.
구속 기체 공급원으로부터의 구속 기체는 전달 기체 온도보다 낮은 온도에서 제공될 수 있다. 구속 기체는 추가의 노즐 구멍을 통해 전달 기체와 동일한 온도에서 구속 기체 공급원에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 구속 기체 공급원으로부터의 구속 기체는 전달 기체 온도보다 높은 온도에서 제공될 수 있다.
소자의 노즐은 복수의 구멍을 포함할 수 있다. 노즐은 전달 채널 개구부 내에 배치된 전달 채널 세퍼레이터를 포함할 수 있고, 이때 전달 채널 세퍼레이터는 전달 개구부를 2개 이상의 별개의 구멍으로 나누며, 전달 채널 개구부는 전달 기체 공급원과 유체 연통된다.
소자는 전달 구멍 및 배기 구멍을 갖는 노즐 블럭을 포함할 수 있고, 이때 전달 구멍은 전달 기체 공급원과 유체 연통되고 배기 구멍은 배기 채널과 유체 연통된다. 하나 이상의 배기 구멍은 노즐 블럭 내 전달 구멍을 적어도 일부 둘러쌀 수 있다. 전달 구멍은 노즐 블럭의 에지 및 노즐 블럭의 채널에 의해 형성될 수 있다. 배기 구멍은 노즐 블럭 내 채널을 적어도 일부 둘러쌀 수 있다.
노즐 블럭은 구속 기체 공급원과 유체 연통되는 하나 이상의 구속 기체 구멍을 포함할 수 있다. 노즐 블럭은 노즐에 인접하게 배치된 냉각 플레이트를 포함할 수 있다. 노즐 블럭은 복수의 노즐을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 복수의 노즐은 노즐 블럭 내 선형 배열로 배치될 수 있다. 대안적으로, 복수의 노즐은 노즐 블럭 내 스태거화된 배열로 배치될 수 있다.
구속 기체 공급원으로부터의 구속 기체는 전달 기체 공급원으로부터의 전달 기체와 적어도 동일한 평균 몰질량을 가질 수 있다. 대안적으로, 구속 기체 공급원으로부터의 구속 기체는 전달 기체 공급원으로부터의 전달 기체보다 높은 평균 몰질량을 갖는다. 구속 기체 공급원은 소자에 대해 외부에 있는 외부 구속 기체 공급원과 유체 연통될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 구속 기체는 순수 기체(즉, 단일 기체) 또는 둘 이상의 기체 혼합물일 수 있다.
소자는, 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 노즐 아래에 배치된 기판 홀더를 포함할 수 있다. 기판 홀더는 기판의 로딩 및 언로딩을 허용하며 인쇄 동안 노즐 어셈블리에 대해 기판을 이동시킨다. 기판 홀더는 노즐로부터 기판을 10∼1000 ㎛에 위치시키기에 충분한 노즐로부터의 거리에 배치될 수 있다. 기판 홀더는 인쇄 동안 기판으로 전달된 열을 제거하고 유기 물질을 인쇄하기에 최적인 온도에서 기판을 유지하도록 온도 제어될 수 있다. 온도 제어는 기판 홀더와 열 싱크 사이의 폐쇄된 회로에서 열 교환 유체가 흐를 수 있도록 하는 기판 홀더의 내부에서 냉각 루프에 의해 달성될 수 있다. 온도 제어는 또한 열전 소자, 및/또는 헬륨 후면 냉각에 의해 실현될 수 있다.
개시된 청구 대상의 구체예는 또한 노즐로부터 기판 상에 증착시키고자 하는 물질 및 전달 기체를 분출하는 단계, 노즐로부터 분출되는 전달 기체의 흐름 방향에 대향하는 흐름 방향을 갖는 구속 기체를 제공하는 단계; 및 노즐의 전달 기체 구멍에 인접한 진공 공급원을 제공하는 단계를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
상기 방법은 노즐 아래에서 주위 온도보다 낮은 온도에서 구속 기체를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 추가 노즐 구멍을 통해 전달 기체와 동일한 온도에서 구속 기체를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 방법은 전달 기체 온도보다 높은 온도에서 구속 기체를 제공할 수 있다. 구속 기체는 주위 챔버로부터 제공될 수 있다.
구속 기체는 노즐이 배치되는 공정 챔버의 외부에 있는 구속 기체 공급원과 유체 연통되는 하나 이상의 노즐로부터 제공될 수 있다. 구속 기체는 노즐의 구멍의 쌍을 통해 제공될 수 있다. 상기 방법은 구속 기체를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 노즐에 인접하게 배치된 기판 위에서 노즐을 래스터링하여 기판 위에 연속 막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 복수의 전달 기체 및 노즐을 통해 기판 상에 증착시키고자 하는 복수의 물질을 제공하는 단계로서, 상기 노즐은 하나 이상의 구멍을 갖는 것인 단계를 포함할 수 있다.
개시된 청구 대상의 구체예는 복수의 노즐을 갖는 노즐 어셈블리로서, 각 노즐이, 유기 물질을 포함하는 전달 기체를 제공하는 전달 채널, 노즐 어셈블리와 기판 사이에 배치된 영역으로부터 기체를 이베큐에이션하는, 전달 채널에 인접하게 배치된 배기 채널, 및 구속 기체 흐름을 공급하는, 배기 채널에 인접하게 배치되는 구속 기체 채널을 포함하는 3개 이상의 개별 유형의 흐름 채널을 포함하는 노즐 어셈블리를 제공할 수 있다.
노즐 어레이의 노즐이 배치되어 선형 어레이를 형성할 수 있다. 대안적으로, 노즐 어셈블리의 노즐이 배치되어 2차원적 어레이를 형성할 수 있다.
전달 채널 및 구속 기체 채널로부터의 기체 유량의 합은 배기 채널로부터의 기체 유량과 동일할 수 있다. 배기 채널로부터의 기체 유량은 노즐 어셈블리의 전달 채널 및 구속 기체 채널로부터의 기체 유량의 합보다 더 많을 수 있다. 대안적으로, 배기 채널로부터의 기체 유량은 노즐 어셈블리의 전달 채널 및 구속 기체 채널로부터의 기체 유량의 합보다 더 적을 수 있다.
노즐 어셈블리는 선형 또는 2차원적(2D) 어레이로 배치되는 복수의 노즐을 갖는 노즐 블럭, 및 노즐 블럭의 바닥부 표면 상에 배치되는 기체 채널을 포함할 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 노즐 어셈블리의 노즐 블럭은 주위 공정 챔버로부터의 구속 기체 또는 각 노즐 어셈블리의 구속 채널에 공급되는 개별 기체의 흐름에 낮은 임피던스 경로를 제공하는 구속 분배 채널을 포함할 수 있다. 이 경우, 구속 분배 채널은 전달 및 배기 구멍 아래 증착 구역에 인접한, 기판과 노즐 어셈블리 사이 영역일 수 있다. 구속 분배 채널은 각 노즐 어셈블리와 유체 연통되는 주위 챔버를 배치할 수 있다. 구속 분배 채널은 노즐 블럭 내에 일체형일 수 있거나 또는 기판에 인접한 노즐 블럭의 표면에 함입될 수 있다. 다이 표면의 함입부와 기판 사이에 형성된 확장된 기체 흐름 경로는 구속 분배 채널을 형성한다. 개시된 청구 대상의 구체예에서, 구속 분배 채널은 노즐 블럭의 면에 평행한 면으로 등단면을 갖는 노즐 블럭의 기판 인접 에지에서의 함입부로부터 형성될 수 있다. 구속 분배 채널은 각 노즐의 각 면에 인접하도록 배치될 수 있다.
전달 기체는 구속 기체보다 낮은 분자량을 가질 수 있다. 일부 구체예에서, 전달 기체 및 구속 기체는 동일한 기체일 수 있다. 전달 기체의 분자량은 구속 기체의 분자량보다 클 수 있다.
개시된 청구 대상의 일부 구체예에서, 노즐 어셈블리의 각 노즐로부터의 증착 패턴은 서로 동등하 수 있다.
개시된 청구 대상의 구체예는 각 노즐이 3개 이상의 개별 유형의 흐름 채널을 포함하는 복수의 노즐을 갖는 노즐 어셈블리를 형성하는 것으로서, 유기 물질을 포함하는 전달 기체를 제공하는 제1 채널을 형성하는 단계, 제1 채널에 인접하게 배치되고 노즐 어셈블리와 기판 사이에 배치된 영역으로부터 기체를 이베큐에이션하는 복수의 제2 채널을 형성하는 단계, 및 복수의 제2 채널에 인접하게 배치되고 구속 기체 흐름을 공급하는 복수의 구속 기체 채널을 형성하는 단계를 포함하는 것을 제공할 수 있다.
개시된 청구 대상의 구체예는 또한 복수의 노즐을 갖는 노즐 어셈블리를 갖는 증착 시스템으로서, 각 노즐이 유기 물질을 포함하는 전달 기체를 제공하는 제1 채널, 제1 채널에 인접하게 배치되고 노즐 어셈블리와 기판 사이에 배치된 영역으로부터 기체를 이베큐에이션하는 복수의 제2 채널, 및 복수의 제2 채널에 인접하게 배치되고 구속 기체 흐름을 공급하는 구속 기체 채널 쌍을 포함하는 3개 이상의 개별 유형의 흐름 채널을 포함하는 증착 시스템을 제공할 수 있다.
개시된 청구 대상의 구체예는 유기 물질을 증착시키는 노즐 어셈블리로서, 각 노즐이 유기 물질을 포함하는 전달 기체를 제공하는 제1 채널, 제1 채널에 인접하게 배치되고 노즐 어셈블리와 기판 사이에 배치된 영역으로부터 기체를 이베큐에이션하는 복수의 제2 채널, 및 복수의 제2 채널에 인접하게 배치되고 구속 기체 흐름을 공급하는 구속 기체 채널을 포함하는 복수의 개별 유형의 흐름 채널을 포함하는, 복수의 노즐을 갖는 노즐 어셈블리를 사용하여 제작되는 디스플레이를 추가로 제공할 수 있다.
도 1∼21과 관련하여 상기 논의된 OVJP 증착 노즐은, 예컨대 디스플레이 소자의 증착 인쇄에 사용될 수 있다. 증착 인쇄는 평면 표면, 예컨대 평면 기판 상에 할 수 있고/있거나, 롤투롤 증착 공정에 사용되는 비평면 표면, 예컨대 곡면 기판, 및/또는 연성 기판 상에 할 수 있다. 통상, 기존의 OVJP 인쇄 헤드 디자인은 인쇄를 중단시키는 담체 기체 흐름을 중단시키는 것에 의존한다. 이것은 통상 담체 기체 흐름이 중단된 후 시스템으로부터 여전히 나올 수 있는, 인쇄 헤드와 승화 공급원 밸브 사이의 대량의 담체 기체로 인해 효과적이지 않다. 기존의 OVJP 인쇄 헤드에서, 인쇄 노즐은 흐름 제한기로서 작용하고, 정체된 기체 라인에서 포집된 유기 증기와 기체의 부피는, 기판 상에 바람직하지 못한 물질의 증착을 초래할 수 있는 담체 기체의 부피가 고갈될 때까지 노즐을 통해 서서히 흐른다. 인쇄를 중단시키는 다른 기존의 기법은 기체 라인을 빠르게 이베큐에이션하는 공급원을 진공상태로 벤팅하는 것, 또는 공급원 담체 기체를 끄는 것에 의존한다. 일반적으로, 이러한 두 기법은 신속하게 인쇄를 시작하는 우수한 제어로 역전되지 않을 수 있다(예, [Digital-Mode Organic Vapor Jet Printing(D-OVJP): Advanced Jet-on-Demand Control of Organic Thin film deposition, Yun et.al, Adv. Mater. 2012] 참조). 대조적으로, 개시된 청구 대상의 구체예는 하나 이상의 공정 파라미터를 조절함으로써 신속한 시작 및 중단 능력을 갖는 인쇄 헤드를 제공한다. 일부 구체예에서, 작동기는 신속하게 인쇄를 중단 및 시작하도록 노즐의 플라이 높이를 조정할 수 있다.
본원에 개시된 OVJP 증착 노즐은 의도된 인쇄 구역 너머로 유기 물질의 오버스프레이 증착을 최소화하는, 비교적 작은 특징부(예, 좁은 라인폭)를 생성할 수 있다. 오버스프레이는 일반적으로 의도적으로 인쇄된 기판 영역을 둘러쌀 수 있는 바람직하지 못한 인쇄된 물질의 얇은 코팅을 의미한다. 예를 들면, 특징부의 5% 피크 높이의 전폭(FW5M)의 10%를 넘게 확장된 증착이 오버스프레이로 간주될 수 있다. 오버스프레이의 존재는 바람직하지 못한 결과로 의도하지 않은 영역에 인쇄된 물질을 남길 수 있다.
노즐은 소정의 적은 질량의 담체 기체, 증착 채널에 인접한 이베큐에이션 채널, 및 증착 및 배기 채널 아래 협소한 영역에 증착을 구속시키는 추가 기체의 공급원의 조합을 사용할 수 있다.
개시된 청구 대상의 예시 구체예에서, 시스템은 앞서 기술된 노즐, 노즐과 유체 연통되는 기판 상에 증착시키고자 하는 물질의 공급원, 노즐과 증착시키고자 하는 물질의 공급원과 유체 연통되는 전달 기체 공급원, 노즐에 인접하게 배치된 배기 채널, 노즐 및 배기 채널과 유체 연통되고 배기 채널에 인접하게 배치되는 구속 기체 공급원, 및 노즐의 증착 노즐 구멍과 증착 표적 사이의 플라이 높이 분리부를 조절하는 작동기를 포함할 수 있다. 플라이 높이 분리부의 조절은 노즐로부터의 물질의 증착을 중단시킬 수 있다. 즉, 플라이 높이의 조절은 기판에 영향을 미치는 것으로부터 전달 기체 흐름을 방지할 수 있다. 유기 물질 증착의 중단과 관련하여 필요하지만 충분하지는 않은 조건은 소정의 플라이 높이에서 노즐 어셈블리의 전달 구멍을 통해 동일하거나 과량으로 흐르는 배기 구멍을 통해 흐르는 것이다. 그러한 시스템이, 예를 들면 도 22∼23에 될 수 있다. 특히, 도 22에는 도 4에 도시되고 상기 기술된 것과 유사한 노즐 어셈블리의 단면이 도시된다. 즉, 도 22에는 기판 상에 물질이 증착되는 채널, 및 인쇄 헤드를 갖는 챔버의 진공 및 구속 채널이 도시된다.
도 23a에는 하나 이상의 노즐을 포함할 수 있는 구체예에 따른 예시 노즐 어레이(301)가 도시된다. 예를 들면, 노즐 어레이(301)는 도 11∼13과 관련하여 앞서 기술된 하나 이상의 노즐일 수 있거나, 또는 노즐 어레이 또는 다른 배열의 복수의 노즐, 예컨대 도 14a∼b, 15, 및 16과 관련하여 기술된 것일 수 있다. 노즐 어레이(301)는 노즐 어레이(301)의 플라이 높이에 따른 기판(302) 상에 물질을 증착시킬 수 있고, 이때 "플라이 높이"는 노즐 어레이(301)의 증착 노즐 구멍과 증착 표적(예, 기판(302)) 사이의 분리부를 지칭한다. 노즐 어레이(301)의 플라이 높이는 컨트롤러(320)에 의해 제어되는 작동기(310)에 의해 조절될 수 있다. 변위 센서(330)는 노즐 어레이(301)와 기판(302) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 변위 센서(330)에 의해 검출되는 거리는 작동기(310)를 제어하도록 컨트롤러(320)에 제공될 수 있다. 즉, 변위 센서(330)는, 예를 들어 노즐 어레이(301)의 증착 노즐 구멍에 평행한 면으로 이동하는 증착 표적(예, 기판(302)) 위에 플라이 높이를 측정하는 센서일 수 있다.
컨트롤러(320)는 작동기(310)의 작동을 제어하는, 임의의 프로세서, 집적 회로, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 및/또는 프로그램 가능 논리 소자일 수 있다. 컨트롤러(320)에 의해 제어되는 작동기(310)는 기판 상에 물질의 증착을 켜거나 끄도록 노즐 어레이(301)의 플라이 높이를 조절할 수 있다. 즉, 노즐 어레이가 기판으로부터 제1 거리에 있도록 플라이 높이가 증가되었을 때, 물질은 기판 상에 증착되는 것이 중단될 수 있다. 노즐 어레이가 기판으로부터 제2 거리에 있도록 플라이 높이가 감소되었을 때, 물질은 기판 상에 증착될 수 있다. 물질이 기판 상에 증착되거나 되지 않는 거리는 특정 세트의 공정 파라미터로 미리 결정되어서, 신속하고 간단하게 증착을 시작 및 중단할 수 있다. 일반적으로, 특정 지점 너머로 플라이 높이가 증가하였을 때 증착이 중단될 수 있는데 그 이유는, 일단 플라이 높이가 그 지점 너머로 증가하면 구속 흐름이 배기에 의해 물질의 제거와 함께, 물질이 기판에 도달하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 노즐 어레이와 기판 사이의 플라이 높이를 증가시키는 것은 기판에 도달하는 전달 흐름에 의해 가로지르게 되는 길이를 증가시켜서, 배기에 의해 포집되는 유기 증기의 부분을 증가시킬 수 있다. 플라이 높이의 증가는 또한 도 23b∼23c에 도시된 바와 같이 배기를 향한 구속 기체의 흐름을 증가시켜서 증착 구역으로부터 유기 증기의 제거의 효율성을 더욱 증가시킬 수 있다. 하나 이상의 변위 센서(330)는 노즐 어레이(301)에 인접하게 위치하고 노즐 어레이와 기판(302) 사이의 분리부를 감지할 수 있다. 이러한 플라이 높이 분리부는 인쇄 헤드와 관련하여 기판의 위치를 바꾸는 작동기(310)에 의해 제어될 수 있다. 도 23b에 도시된 바와 같이, 기판 및 인쇄 헤드가 아주 근접하게 있을 때, 전달 흐름(501)의 스트림라인은 기판으로 확장된다. 유기 증기는 기판으로 수송될 수 있다. 구속 흐름(502)은 기판 상의 증착 구역 주변에 흐를 수 있다. 도 23c에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드가 기판으로부터 떨어져서 고정되었을 때, 전달 흐름의 스트림라인은 기판으로 확장되지 않고 유기 물질이 기판 표면으로 수송되지 않는다. 구속 기체 흐름(502)의 스트림라인은 전달 기체 흐름과 기판 사이에 있게 된다. 전달 흐름의 유기 증기는 플라이 높이가 특정 값을 초과하였을 때 배기 채널에 의해 제어되어, 플라이 높이를 제어함으로써 인쇄를 켜고 끄도록 할 수 있다.
컨트롤러(320) 및 작동기(310)는 전달 기체 유량이 배기 채널로부터의 배기 유량보다 적거나 같도록 플라이 높이를 조절할 수 있다. 증착을 중단시키는 노즐 어레이(301)의 증착 노즐 노즐 구멍과 증착 표적(예, 기판(302)) 사이의 조절된 플라이 높이 분리부는, 예를 들면 물질을 증착시키는 플라이 높이 분리부의 5∼10배일 수 있다. 일부 구체예에서, 증착을 중단하는 조절된 플라이 높이 분리부는 물질을 증착시키는 플라이 높이 분리부의 10배 초과일 수 있다. 컨트롤러(320)는 작동기(310)를 제어하여 노즐 어레이(301)의 증착 노즐 노즐 구멍에 평행한 면으로 이동하는 증착 표적(예, 기판(302))의 위치에 따라 플라이 높이를 다양하게 할 수 있다.
노즐 어레이(301)의 하나 이상의 노즐은 컨트롤러(320)에 의해 제어됨으로써 챔버 압력, 배기 압력, 배기 흐름, 전달 흐름, 및 플라이 높이 중 하나 이상에 따라 특징부를 증착시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 센서(330)는 플라이 높이뿐만 아니라, 챔버 압력, 배기 압력, 배기 흐름, 및/또는 전달 흐름 중 하나 이상을 검출할 수 있다. 컨트롤러(320)는, 일부 구체예에서, 전달 기체 유량이 배기 채널로부터의 배기 유량보다 적거나 동일하도록 플라이 높이를 조절할 수 있다.
일부 구체예에서, 25∼1000 Torr의 챔버 압력은, 센서(330)에 의해 측정된 바와 같이, 노즐 어레이(301)의 노즐로부터 물질의 증착을 중단시킬 수 있다. 25∼500 Torr 및/또는 100∼200 Torr의 챔버 압력은 노즐 어레이(301)의 노즐로부터 물질의 증착을 중단시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 노즐 어레이(301)의 노즐에 의해 물질이 증착되었을 때, 플라이 높이 분리부는 25 ㎛∼75 ㎛일 수 있고, 챔버 압력은 50∼200 Torr이다. 일반적으로, 하기 더 상세하게 기술되는 바와 같이 그렇지 않은 경우 일정한 공정 파라미터를 위해, 더 높은 챔버 압력은 더 낮은 플라이 높이 분리부를 허용하여 기판 상에 물질의 증착을 방지 또는 컷오프시킬 수 있다.
노즐 어레이(301)에 의해 증착된 특징부는, 예를 들면 패턴화된 OLED 또는 기타 소자를 위한 라인, 픽셀 또는 서브픽셀, 및/또는 패턴 등일 수 있다. 기판을 가로지르는 특징부의 폭은 1000 ㎛ 이하일 수 있다. 예를 들면, 정사각형 또는 직사각형 픽셀 또는 서브픽셀이 증착되는 경우, 기판을 가로지르는 픽셀 또는 서브픽셀의 가장 긴 폭은 1000 ㎛ 이하일 수 있다. 라인이 증착되는 경우, 기판을 가로지르는 라인의 폭은 1000 ㎛ 이하일 수 있지만, 임의의 라인 길이는, 예를 들어 기판 및 노즐의 상대적 변형에 의해 증착될 수 있다. 일부 구체예에서, 특징부는 50 ㎛ 반치폭(FWHM) 미만일 수 있다. 즉, 컨트롤러(320)는 노즐 어레이(301)를 제어하여 챔버 압력, 배기 압력, 배기 흐름, 전달 흐름, 및 플라이 높이 중 하나 이상에 따라 50 미크론 FWHM 미만인 특징부를 증착시킬 수 있다.
컨트롤러(320)는 노즐 어레이(301)를 제어하여 플라이 높이, 기체 흐름, 및 챔버 압력 중 하나 이상을 변화시킴으로써 물질의 분출을 중단시킬 수 있다.
도 24에는 규소 다이 상의 (예를 들어, 도 23의 노즐 어레이(301)의) 본원에 개시된 예시 노즐 구멍의 바닥 관점이 도시된다(예, 기판으로부터 알 수 있는 바와 같이 노즐에서 보이는 MEMS 노즐). 기판 위에 물질을 증착시키는 데 사용하였을 때, 노즐 어셈블리 또는 인쇄 헤드는 약 10∼1000 미크론의 갭을 가진 기판 위에 위치할 수 있다(예, 도 22 참조).
증착 흐름은 담체 기체에서 비말 동반된 유기 물질을 포함할 수 있고, 진공이 챔버 주위 압력보다 낮은 압력에서 작업하는 진공 펌프에 의해 제공된다. 구속 기체는 주위 챔버 기체에 의해 제공될 수 있거나, 또는 예를 들어 도 13∼14와 관련하여 앞서 기술된 바와 같이 개별 채널에서 인쇄 헤드를 통해 공급될 수 있다.
OVJP를 사용하여 OLED 디스플레이 또는 유사 소자를 인쇄하는 경우, 픽셀 또는 서브픽셀이 디스플레이 상에 컬러화된 라인 및/또는 스트라이프를 형성하도록 선형 열로 배열될 수 있다. 픽셀은 활성 (픽셀화된) 영역의 한 단부로부터 반대쪽 단부까지 연속 특징부(예, 라인)로서 인쇄될 수 있다. 그러한 인쇄는 각 라인을 따라 연속하여 일어날 수 있고, OLED 물질은 라인을 따라 픽셀들 사이에서 분리부 상에 증착된다. 통상, 기존의 OVJP 기법의 한가지 단점은 활성 디스플레이 영역의 시작 및 끝에서 인쇄를 신속하게 시작 및 중단하는 것에 대한 무능력이다.
인쇄된 유기 특징부(예, 라인, 스트라이프, 픽셀, 패턴 등)가 커버 글라스 시일 영역 밖으로 연속되고 연장되는 경우, 제조된 디스플레이는 노출된 유기물을 통한 수분 및 산소 투과로 인해 단축된 수명을 가지게 된다.
실시예
기체 커튼 파라미터 공간이 2차원적 DSMC 및 전산 유체 역학(CFD) 기법을 둘다 사용하여 연구되었다. 도 4에 도시된 바와 같이 단면으로 구조가 처리되었고, 이의 면내 규모는 무한정으로 처리되었다. 에지 효과의 중요성은 3차원적 CFD를 사용하여 동일한 구조를 시뮬레이션함으로써 추정되었다. 이는 도 18에 도시된 기판의 평면 상에 유기 플럭스의 맵을 발생시키는 데 사용되었다. 높은 유기 플럭스(801) 영역은 노즐 어셈블리 아래에 인쇄된 스팟 크기의 기대되는 크기 및 형태와 서로 관련된다. 유기 플럭스의 강도는 그레이스케일(802)에 의해 제시된다. 시뮬레이션은 전반적인 인쇄 성능을 퇴화시키는 것으로 예상되지 않는 잘 제어된 에지 효과를 예측하였다.
심도 반응성 이온 에칭(DRIE)을 사용하여 Si 웨이퍼 쌍으로부터 기체 커텐 증착제를 함유하는 다이 세트를 제작함으로써 똑바른 측벽 트랜치(trench)를 형성하였다. 웨이퍼의 에칭된 면 상의 거울 이미지 구조를 서로에 대해 정렬하고 Au-Ge 납땜을 사용하여 웨이퍼 쌍을 결합시켰다. 이 공정은 다이 내에 채널을 형성하였다. 트랜치의 수직 측벽은 채널의 측면이 되었다. 한 Si 웨이퍼의 연마된 표면과 다른 웨이퍼 상의 에칭된 트랜치의 바닥부 사이의 릴리프가 일부 채널의 깊이를 규정하였다.
채널 깊이가 에칭 깊이의 합이 되도록 에칭된 트랜치를 대응시킴으로써 더 깊은 채널이 형성되었다. DRIE로 결합된 웨이퍼 쌍의 표면 외부를 통해 채널의 상류 단부를 다루는 바이어를 에칭하였다. 유기 증기 및 전달 기체 채널이 웨이퍼의 한 면 상에 바이어를 통해 해결되는 반면, 배기 채널은 다른 면 상의 바이어를 통해 해결되었다. 다이는 DRIE 또는 스텔스 다이싱을 사용하여 웨이퍼 쌍으로부터 개별화되어서 최소 절단을 가진 매우 (< 10 ㎛) 정확하게 배치된 컷이 되도록 한다. 노즐(예, 전달 채널) 및 배기 채널의 구멍이 다이 내의 내부 채널과 다이싱 공정에 의해 형성되는 하부 에지의 교차점에 의해 형성되었다. 구조는 5개 노즐 세트를 포함하고, 이의 각각은 반동된 유기 물질을 제거하는 배기 채널에 의해 측접되는 중심 유기 공급 채널을 함유한다.
도 19에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따라 예시 다이의 내부 구조를 예시하는, 웨이퍼 쌍의 한 면 내에 에칭된 특징부의 주사 전자 현미경이 도시된다. 전달 채널(901)은 하면을 형성하는 다이의 베이스에서 확장된 공급물 채널(902)로부터 브레이크아웃 라인(903)으로 이동시킨다. 노즐의 각 면 상의 배기 구멍(904)은 과잉 유기 증기 및 전달 기체가 배기 채널(905)을 통해 챔버의 외부의 저압 영역으로 벗어나도록 할 수 있다. 다이의 하면 내에 에칭된 함입부(906)는 주위 챔버에서 노즐 어셈블리의 하면으로 구속 기체의 흐름을 용이하게 하여서 생성된 기체 커튼의 균일성을 향상시키는 구속 분배 채널로서 작용할 수 있다. 도 19에 도시된 구조는 구조(904 및 905)의 거울 이미지를 함유하는 제2 Si 웨이퍼에 정렬되고 결합되었다. 이는 배기 구멍에 의해 노즐이 효과적으로 둘러싸인 시일링된 구조를 유도하였다.
노즐 어셈블리의 특징부는 다이가 에지 관점이었을 때 외부로부터 보이게 된다. 작업 동안 기판을 대향하는 다이의 바닥부 에지가 도 20a에 도시된다. 유기 증기가 전달 구멍(1001)을 통해 기판 상에 분출된다. 노즐 어셈블리는 전달 구멍의 긴 축에 평행한 방향으로 기판에 대해 이동한다. 전달 구멍은 배기 채널(1002)의 구멍에 의해 두 긴 측에 둘러싸이게 된다. 배기 채널의 배기 구멍은 과도한 유기 증기를 수집하여 의도된 증착 구역의 외부로 기판 상에 유기 증기가 밀집하는 것을 방지한다. 배기 채널의 배기 구멍의 긴 축이 전달 구멍의 것 너머로 연장되어 중심 노즐의 단부 가까이에서 에지 효과로 인해 유기 증기를 전개하는 것을 방지한다.
구속 기체는 노즐 어셈블리의 바닥부 면의 에지를 따라 진입한다. 주위 챔버로부터 구속 기체의 흐름은 노즐 어셈블리(1003)의 하면 내에 컷팅된 구속 분배 채널을 통해 용이하게 된다. 이러한 채널은 노즐 어셈블리의 양 면 상에 있고 노즐 구멍(예, 전달 채널 구멍)의 긴 축에 평행하게 작동된다. 이는 내부 에지에서 배기 채널로 구속 기체의 균일한 흐름을 생성하여, 기체 커텐을 생성함으로써 의도된 증착 구역의 외부에 유기 증기의 이동을 방지할 수 있다. 구속 기체는 또한 노즐 구멍(1004)의 짧은 축에 평행한 다이 에지를 따라 진입할 수 있다. 전달 및 배기 구멍에 연결되는 다이 내 채널은 도 19에 도시된 것과 같은 특징부를 갖는 2개의 Si 웨이퍼의 에칭된 표면을 부합시킴으로써 제작된다. 웨이퍼, 및 이들로부터 생성된 개별화된 다이는 미국 특허 공개 제2014/0116331호에 기술된 바와 같이 Au-Ge 공융 납땜과 함께 결합되고, 이의 내용은 그 전문이 본원에 참고 인용된다. 납땜 합체부(1005)는 다이의 중간부를 통해 수평으로 작동된다.
해야 할 실험보다 앞서 바람직한 공정 조건 세트를 확인하기 위해 시뮬레이션을 수행하였다. 구속 기체 유입구, 예컨대 도 4의 유입구(403)에서 100 Torr의 압력은 최적에 가까운 것으로 예상된다. 확산 계수 및 10 Torr 미만의 유기 분자 평균 자유 경로에서의 증가는 기체 커텐의 유효성을 한정한다. 역으로, 300 Torr보다 유의적으로 높은 압력에서의 작동은 유기 증기의 기판으로의 확산성 수송을 제한하게 된다. 노즐 어셈블리가 가열되어 유기 증기의 응축을 방지한다. 이의 상류에서 증발 및 하드웨어를 혼합함으로써 대략 300℃에서 작동한다. 노즐 어셈블리의 베이스는 기판 위로 50 ㎛에 고정된다.
구속 기체는 초기 실험에서와 같이 전용 노즐을 통해 증착 구역에 공급되거나 주위 챔버로부터 끌어낼 수 있다. 유기 증기 제트 전달 기체 및 구속 기체가 동일한 공급원으로부터 올 필요는 없기 때문에, 다른 기체가 사용될 수 있다. 경질 전달 기체, 예컨대 헬륨이 노즐 아래에서 유기 증기의 확산율을 증가시키는 데 사용될 수 있다. 중질 기체, 예컨대 아르곤 또는 황 헥사플로라이드는 구속 기체에서 유기 증기 확산 및 기판으로의 열 전달을 억제할 수 있다. 경질 전달 기체 및 중질 구속 기체를 사용하여, 적당한 주위 작업 압력 범위, 가능하게는 대기압까지 확장시키게 된다. 대기압에서 OVJP를 수행하는 능력이 앞서 입증되었지만, 실질적으로는 조악한 해법에서 입증된 바 있다.
Bird의 직접 모사 몬테카를로 방법을 사용하여 유기 증기 및 전달 기체의 분자 사이의 상호작용을 모델링하였다. 전달 기체 흐름 장을 우선 계산하였다. 그리고나서 이 흐름 장에 유기 증기를 나타내는 트레이서를 도입하였다. 전달 기체 분자와의 상호작용에 의해 이의 궤적을 측정하였다. 2.8 x 10-10 m의 직경 및 0.004 kg/몰의 질량을 갖는 강체 구로서 헬륨 전달 기체를 모델링하였다. OLED 물질에 일반적으로 1 x 10-9 m의 직경 및 0.5 kg/몰의 질량을 갖도록 유기 분자를 모델링하였다.
이러한 방법은 Kn이 0.1보다 큰 흐름에 가장 광범위하게 사용되고, 이때 이의 용기에 대해 분자가 대형 평균 자유 경로를 갖는다. 이것은 연구 하에 대부분의 작업 조건에 해당하지는 않지만, 유기 증기 분자에 의해 수반되는 경로 상 흡착 계수의 효과를 측정하는 데 원자 처리가 필요하였다. 기체 분자와 경계 사이의 열적 상호작용을 모델링하는 데 흔히 사용되는 적응 계수로서 흡착 계수 α를 처리함으로써 비통합 접착이 모델링될 수 있다. 기판 경계를 가로지르는 유기 분자는 이의 경계와 열중성자화되는 α 가능성을 갖는다. 기판이 분자의 승화 온도 미만이기 때문에, 열중성자회된 분자가 흡착되게 된다. 역으로, 입사 유기 분자는 경계와 열중성자화되지 않는 1-α 가능성을 갖는다. 이러한 경우, 이는 증기상에 남게 되고 극적으로 기판 경계로부터 반사된다.
일단 노즐 어셈블리에 의해 발생되는 특징부의 두께 분배가 흡착 계수에 비교적 영향을 받지 않는 것으로 달성되면, 전산 유체 역학 소프트웨어(COMSOL, 미국 메사추세츠주 버링턴 소재)가 이를 통해 유기 증기의 전파 및 기체 흐름을 모델링하는 데 사용되었다. 질소 기체 내 유기 증기의 수송 특성이 운동학 이론으로 계산되었다. 단면으로 노즐 어셈블리가 되게 하는 2차원적 시뮬레이션이 도 5∼7에 도시된 바와 같이 이의 작동의 파라미터 공간을 연구하는 데 사용되었다. 더욱 계산적으로 집약적인 3차원적 모델이 가장 유망한 경우에 더 간단한 모델의 결과를 확인하는 데 사용되었다. 도 18에는 그러한 하나의 예시 시뮬레이션의 결과가 도시된다.
인광성 OLED의 발광층(1012)을 성장시킴으로써, 도 20b에 도시된 구조를 제작함으로써 도 20a와 관련하여 본원에 기술된 증착 시스템이 구체예를 테스트하였다. 발광층은 개시된 청구 대상의 구체예의 유기 증착 제트 인쇄에 의해 증착되는 유기 호스트와 혼합되는 녹색 발광 유기 전계인광 화합물을 포함하였다. OLED는 유기 기판(1011) 상에 제작되었고 애노드 층, 정공 주입층, 및 표준 방법에 의해 발광층 아래에 증착되는 정공 수송층(1013)을 포함하였다. 전자 수송층 및 전자 주입층(1014)은 캐소드(1015)로서의 발광층 아래에 증착되었다. 층(1013 및 1014) 사이의 전계인광 물질 0.2 Å만큼을 함유하는 영역이 전류가 인가되었을 때 밝게 발광되어, 이러한 구조가 증착된 물질의 운명을 결정하기에 비교적 효과적이게 된다.
도 21a∼21b에는 2개의 상이한 유기 증기 제트 노즐 어셈블리에 의해 인쇄되는 라인의 예시가 도시된다. 도 21a의 라인은, 도 20a∼20b에 도시된 구조와 유사하게, 구체예에 따라 공기 커텐 노즐 어셈블리에 의해 인쇄되었다. 주위 챔버는 100 Torr N2였다. 유기 증기가 적재된 헬륨 전달 기체가 4 sccm에서 다이 내 150 ㎛ 노즐에 의해 각각 20을 통해 공급되었지만, 기체의 대략 10 sccm이 노즐에 측접한 450 ㎛ 배기 채널(예, 전달 채널)에 의해 각 40의 쌍을 통해 빼내어졌다. 생성되는 인쇄된 특징부는 밝게 인광되는 대략 195 ㎛ 폭의 중심 부분(1101)을 가졌다. 이것은 인쇄된 물질에 의해 오염된 조짐이 보이지않는 암시야(1102)에 의해 둘러싸였다. 이러한 두 구역(1103) 사이의 전이는 25 ㎛ 폭이었다. 역으로, 도 21b에는 기체 커텐이 없이 실현된 통상적인 결과가 도시된다. 인쇄된 라인 부분(1104)의 중심은 162 ㎛ 폭이지만, 이는 130 ㎛ 폭의 발광 경계(1105)에 의해 각 측이 둘러싸여, 관련없는 물질의 존재를 나타낸다. 기체 커텐에 의한 이러한 관련없는 물질의 제거는 46% 더 협소한 특징부를 유도한다.
OVJP 인쇄의 경우, 중요한 증착 결과는 인쇄된 특징부 폭(예, 인쇄된 라인 폭, 인쇄된 픽셀 폭, 인쇄된 패턴 폭 등), 특징부 프로파일 또는 형상(예, 라인, 픽셀, 및/또는 패턴 프로파일 및/또는 형상), 오버스프레이 (및/또는 이웃한 픽셀, 패턴, 라인, 및/또는 특징부 사이의 혼선), 증착률, 및 증착을 갑자기 시작 및 중단하는 능력(예, 증착의 시작 및 중단 제어)을 포함한다. 중요한 공정 파라미터는 플라이 높이(예, 노즐 구멍의 평면과 인쇄 표면 사이의 거리, 또는, 대안적으로 증착 노즐 노즐 구멍과 증착 표적 사이의 거리인 플라이 높이 분리부로서 공지됨), 인쇄 표면 온도, 인쇄 속도, 챔버 압력 및 구속 기체 종, 증착 흐름 비율 및 전달 기체 종, 배기 채널 진공 수준, 증착 채널의 폭, 배기 채널의 폭, 증착 및 배기 채널 사이의 분리부의 폭, 및 전달 압력(예, 공급원 유래)이다. 적어도 전술된 공정 파라미터 중 하나 이상은 인쇄된 특징부 폭(예, 라인 폭, 픽셀 폭, 패턴 폭 등), 프로파일 및 증착률에 대한 효과를 가질 수 있다. 바람직한 특징부 폭은 파라미터의 상이한 조합을 사용하여 수득될 수 있다. 개시된 청구 대상의 구체예에서, 오버스프레이, 특징부(예, 라인, 펙셀, 패턴 등)의 폭을 가로지르는 증착된 막의 두께 프로파일, 및 증착률이 상이한 조합에 동등할 수 없다.
도 29에는 개시된 청구 대상의 구체예에 따른 소정의 노즐 기하구조 트랜드가 도시된다. 특히, 챔버 압력이 증가될수록(예, 150 Torr부터, 175 Torr까지, 200 Torr까지 등), 증착률은 일정한 전달 기체 흐름에 대해 감소한다(예, 16 표준 입방 센티미터/분(SCCM) 등). 플라이 높이가 증가할수록(예, 25 ㎛부터, 40 ㎛까지, 50 ㎛까지 등), 증착률은 일정한 전달 기체 흐름에 대해 감소한다(예, 16 SCCM 등). 하지만, 일부 구체예에서, 노즐이 기판으로부터 소정의 거리보다 적게 배치되는 경우(예, 1∼2 ㎛ 등), 증착률 또한 감소할 수 있다. 일반적으로, 프로파일 폭은 일정한 전달 기체 흐름에 대해 챔버 압력이 증가할수록 감소한다(예, 150 Torr부터, 175 Torr까지, 200 Torr까지 등). 하지만, 이러한 일반적인 트랜드는 모든 조건에 맞지 않을 수도 있다.
개시된 청구 대상의 노즐 기하구조에 대해 다른 일반적인 트랜드는 일정한 플라이 높이 및 챔버 압력에 대해 증가된 증착 흐름을 가질수록 증가된 증착률을 포함할 수 있다. 또다른 트랜드는 특징부 폭(예, 라인 폭, 픽셀 폭, 패턴 폭 등)이 증가할수록 일정한 플라이 높이 및 전달 기체 흐름에 대한 챔버 압력이 감소하는 것을 포함할 수 있다.
또다른 트랜드는 증착된 막 두께의 반치폭(FWHM)으로서 측정되는 특징부 폭(예, 라인 폭, 픽셀 폭, 패턴 폭 등)이 모든 다른 조건이 동등하였을 때 플라이 높이의 변화에 의해 변화할 수 없다는 것일 수 있다.
개시된 청구 대상의 구체예에서, 공정 파라미터 및 인쇄 헤드 기하구조의 조합은 디스플레이 인쇄 또는 바람직한 특징부 형상 또는 치수의 인쇄에 사용될 수 있다. 예를 들면, 공정 파라미터 및 기하구조는 20:20:20의 인쇄 헤드 기하구조(즉, 증착 채널 폭: 증착 채널 내지 배기 채널 분리부: 배기 채널 폭(미크론)), 챔버 압력 175 Torr, 담체 기체 흐름 16 SCCM, 및 플라이 높이 40 ㎛를 포함할 수 있다. 이러한 조건은 약 90 ㎛의 인쇄 폭을 제공할 수 있다. 이것은 특징부(예, 픽셀)를 단리시키는 50 ㎛ 그리드에 의해 둘러싸이는 50 ㎛ 폭의 특징부(예, 픽셀)를 충전하기에 충분할 수 있다. 350 ㎛ 넘게 플라이 높이를 증가시킴으로써, 잔류 증착 또는 오버스프레이가 거의 없거나 전혀 없이 증착이 중단될 수 있다. 증착 기체 및 유기 증기는 구속 기체 및 배기 노즐의 작용에 의해 제거될 수 있다. 예로서, 증착을 신속하게 시작하기 위해, 플라이 높이는 350 ㎛로 설정되고/되거나 조절될 수 있고, 플라이 높이는 인쇄가 시작될 수 있는 지점인 40 ㎛로 감소시킬 수 있다. 350 ㎛ 이상의 플라이 높이가 시스템을 아이들링(idle)하는 데 사용될 수 있고, 이는 플라이 높이를 감소시킴으로써 다시 신속하게 시작할 수 있다(예, 작동기가 플라이 높이를 감소시키는 경우). 도 25에는 노즐 디자인의 끔 및 킴 능력을 입증하는, 규소 기판 상에 인쇄된 100 ㎛ 폭의 특징부(예, 라인)가 도시된다. 도 25에 도시된 이미지는 UV 현미경을 사용하여 수득하였다.
도 26에는 "리프트오프"를 실현하거나 인쇄를 끄는 조건을 나타내는 노즐 어셈블리의 CFD 모델에 의해 발생되는 X-방향(예, 인쇄 방향에 수직인 방향)을 따르는 흐름 라인 및 속도가 도시된다. 중심의 (증착) 노즐로부터 오는 흐름은 구속 기체의 흐름과 상호작용을 하고, 둘다 배기 채널로 쓸려나간다. 구속 흐름은 증착 흐름보다 커질 수 있고, 그 결과 증착 흐름은 기판에 도달하지 않을 수 있다.
도 27에는 Y-방향(예, 인쇄 방향에 평행한 방향)을 따르지만 도 26과 동일한 공정 조건의 흐름 라인이 도시된다. 수직 채널(9개의 채널이 도시됨)의 중심에 도시된 증착 채널로부터의 흐름은 흐름이 배기로 쓸러나감으로써 방향이 반전된다. 구속 흐름 라인은 배기로 쓸러나가기 전에 기판에 부착되는 것이 도시된다. 도 28은 증착 기체가 기판의 표면에 최소로 도달하거나 전혀 도달하지 않는 것을 나타내는 리프트오프 조건의 3차원적(3D) 관점이다.
리프트오프 또는 비 프린트 조건에서 프린트 조건으로 변화시키기 위해, 3가지 변화가 이루어질 수 있다. 첫째, 플라이 높이를 낮출 수 있다. 둘째, 증착 흐름을 증가시킬 수 있다. 셋째, 챔버 압력을 감소시킬 수 있다. 이러한 파라미터는 개별적으로 그리고 독립적으로 변경될 수 있거나, 또는 임의의 조합으로 변경되어 증착의 바람직한 중단 및 재개를 실현할 수 있다. 리프팅 조건을 변화시키기 위해 3가지 변화가 기술되어있지만, 더 많거나 더 적은 변화로 리프팅 조건을 변경시킬 수 있다.
가장 신속하게 변화시킬 수 있는 파라미터는 플라이 높이이며, 이러한 기법은 도 25에 도시된 바와 같이 증착을 중단하고 시작하는 데 사용되었다. 즉, 작동기(예, 도 23에 도시된 작동기(310))는 인쇄 헤드의 플라이 높이를 변화시킬 수 있어서, 플라이 높이가 증가했을 때, 증착을 중단할 수 있고, 플라이 높이가 감소하였을 때, 증착이 시작될 수 있다.
기판으로부터 떨어진 전달 흐름의 리프트오프 및 증착의 완전한 중단에 필요한 플라이 높이는 전달 기체 흐름 비율 및 챔버 압력을 비롯한 하나 이상의 기타 공정 파라미터에 따라 달라질 수 있다. 도 30에는 100 Torr Ar으로 충전된 챔버에서 작동하는 20:40:40(증착 채널 폭: 증착 채널 내지 배기 채널 분리부: 배기 채널 폭(미크론)) 노즐의, 증착 구멍 센터라인을 따라 측정된, 유기 물질의 증착률이 도시된다. 증착률의 의존율은 플라이 높이(g)와 관련하여 거의 선형일 수 있다. 피트(fit) 라인의 수평 축 절편은 리프트오프가 일어나는 높이에 대략 상응하다. 이것은 플라이 높이가 리프트오프에 필요한 높이보다 높을 경우 증착의 완전한 중지를 나타내는 도 25와 일치한다. 피트 라인의 기울기는 전달 기체 흐름 비율에 따라 달라질 수 있다. 5 sccm/노즐의 라인은 10 sccm/노즐의 라인보다 더 가파른 네가티브 기울기를 가진다. 따라서, 리프트오프는 10 sccm/노즐보다는 5 sccm/노즐의 전달 흐름의 경우 더 낮은 플라이 높이에서 일어날 수 있다.
챔버 압력은 또한 리프트오프 양상에 영향을 미칠 수 있다. 16 sccm/노즐의 전달 기체 흐름 비율에서 15:10:20 노즐 어레이(예, 노즐 블럭(301))를 사용하여 인쇄된 라인의 폭을 따르는 필름 두께 프로파일이 도 29에 도시된다. 더 높은 챔버 압력에서 더 느린 증착률 및 더 협소한 특징부에 대한 앞서 언급된 트랜드 이외에, 40 ㎛∼50 ㎛ 플라이 높이의 증착률에서의 단편적인 변화는 150 Torr 및 175 Torr에서보다 200 Torr에서 유의적으로 증가할 수 있다. 이것은 200 Torr에서의 리프트오프에 대한 플라이 높이가 대략 50 ㎛이지만, 더 낮은 압력에서 더 클 수 있다는 것을 시사한다.
본원에 기술된 다양한 구체예는 단지 예시에 의한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 예를 들면, 본원에 기술된 물질 및 구조의 대다수는 본 발명의 취지로부터 벗어나는 일 없이 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 특허 청구된 본 발명은 이에 따라 당업자에게 명백한 바와 같이 본원에 기술된 특정 예시 및 바람직한 구체예로부터 변형예를 포함할 수 있다. 당업자라면 본 발명에 적용된 다양한 이론은 한정하고자 하는 것이 아님을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 노즐;
    노즐과 유체 연통되는 기판 상에 증착시키고자 하는 물질의 공급원;
    노즐과 증착시키고자 하는 물질의 공급원과 유체 연통되는 전달 기체 공급원;
    노즐에 인접하게 배치되는 배기 채널;
    노즐 및 배기 채널과 유체 연통되고 배기 채널에 인접하게 배치되는 구속(confinement) 기체 공급원; 및
    노즐의 증착 노즐 구멍과 증착 표적 사이에서 플라이(fly) 높이 분리부를 조절하는 작동기
    를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 증착 노즐 구멍에 평행한 면으로 이동하는 증착 표적 위에서 플라이 높이를 제어하는 변위 센서를 추가로 포함하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 복수의 노즐을 갖는 노즐 블럭을 추가로 포함하는 시스템.
  4. 노즐로부터의 전달 기체에 비말 동반되는 증기를, 증기가 응축되는 기판 상에 분출하는 단계;
    노즐로부터 분출된 전달 기체의 흐름 방향과 대향하는 흐름 방향을 갖는 구속 기체를 제공하는 단계;
    노즐의 전달 기체 구멍에 인접한 진공 공급원을 제공하는 단계; 및
    작동기에 의해, 노즐의 증착 노즐 구멍과 증착 표적 사이에서 플라이 높이 분리부를 조절하는 단계
    를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 플라이 높이 분리부의 조절은, 플라이 높이 분리부의 조절에 의해 노즐로부터 물질의 증착을 시작 또는 중지시키는 것을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 전달 기체 유량은 배기 채널로부터의 배기 유량보다 적거나 동일한 것인 방법.
  7. 제5항에 있어서, 노즐로부터의 물질의 증착을 중지하기 위한 챔버 압력은 25∼1000 Torr인 방법.
  8. 제5항에 있어서, 노즐로부터의 물질의 증착을 중지하기 위한 챔버 압력은 25∼500 Torr인 방법.
  9. 제5항에 있어서, 노즐로부터의 물질의 증착을 중지하기 위한 챔버 압력은 100∼200 Torr인 방법.
  10. 제4항에 있어서, 노즐은 25 ㎛∼100 ㎛의 폭을 갖는 특징부(feature)에 물질을 증착시키는 것인 방법.
  11. 제4항에 있어서, 증착된 특징부가 라인, 픽셀, 및 패턴으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 방법.
  12. 제4항에 있어서, 노즐은 1000 ㎛ 미만인 폭을 갖는 특징부에 물질을 증착시키는 것인 방법.
  13. 제4항에 있어서, 플라이 높이, 기체 흐름, 및 챔버 압력으로 이루어진 군에서 선택된 공정 조건 중 하나 이상을 변화시킴으로써 물질의 분출을 시작 또는 중지하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제4항에 있어서, 공급원과 유체 연통되는 노즐에 의해, 물질을 특징부에 증착시키는 단계를 추가로 포함하고, 이때 물질은 유기 발광 다이오드(OLED) 물질인 방법.
  15. 노즐, 노즐과 유체 연통되는 기판 상에 증착시키고자 하는 물질의 공급원, 증착시키고자 하는 물질의 공급원 및 노즐과 유체 연통되는 담체 기체 공급원, 노즐에 인접하게 배치되는 배기구, 배기구에 인접하게 배치되는 구속 기체 공급원, 및 노즐의 증착 노즐 구멍 및 증착 표적 사이에서 플라이 높이 분리부를 조절하는 작동기를 사용하여 제작되는 디스플레이.
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