KR20160004386A - 슬롯-다이 코팅 방법, 장치, 및 기판 - Google Patents
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Abstract
슬롯-다이 코팅 방법 및 장치, 및 패턴된 코팅 레이어를 갖는 기판이 제안된다. 상기 방법은 간헐적 전달에 의해 코팅되지 않은 영역들에 의해 분리되는 상기 기판 표면 상의 코팅 영역들을 제공하기 위해 상기 슬롯-다이 코팅 헤드로부터 상기 기판 표면으로의 상기 코팅 유체의 상기 간헐적 전달을 제어하는 단계를 포함한다. 상기 기판 표면은 하이 표면 에너지 영역들 및 로우 표면 에너지 영역들의 프리 패턴화된 레이어를 포함하고; 상기 기판 표면 상의 코팅 유체의 접촉각은 상기 로우 표면 에너지 영역들보다 상기 하이 표면 에너지 영역들에서 더 작고; 상기 로우 표면 에너지 영역들 및 하이 표면 에너지 영역들 간에 경계들은 상기 슬릿 방향을 따라 배열된다. 상기 로우 표면 에너지 영역들 및 하이 표면 에너지 영역들 간에 경계들에 걸친 유출 틈의 통로와 상기 간헐적 전달을 동기화하는 단계 - 상기 전달은 상기 유출 틈이 하이 표면 에너지 영역들을 통과할 때 가능하게 되고, 상기 전달은 상기 유출 틈이 로우 표면 에너지 영역들을 통과할 때 불능하게 된다.
Description
본 발명은 기판 상에 패턴화된 코팅 레이어를 제조하기 위한 슬롯-다이 코팅 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법에 의해 제조된 기판에 관한 것이다.
유기 코팅 레이어들은 예를 들어, OLED 또는 OPV 장치들을 제조하기 위해 일반적으로 액체 용액으로서 기판에 도포된다. 여러 어플리케이션들에 있어서, 예를 들어, 포토-액티브 레이어들(photo-active layers) 및/또는 발광 레이어들(light-emitting layers)의 제조방법은 기판 상에 하나 이상의 균일한 코팅 레이어들, 다시 말해, 균일한 레이어 두께를 갖는 균일한 코팅 레이어들을 제공하도록 요구될 수 있다. 균일한 코팅 레이어를 제조하기 위한 한 기법은 "슬롯-다이 코팅(slot-die coating)"라고 불린다. 이러한 기법은 일반적으로 기판 표면에 걸쳐 배열된 슬롯-다이 코팅 헤드(slot-die coating head)(2)를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 슬롯-다이 코팅 헤드는 상기 기판 표면에 걸친 하나의 슬릿 방향으로 배열된 슬릿을 형성하는 유출 틈을 포함한다. 하나의 코팅 유체, 예를 들어 코팅 유체 공급기에 의해 공급된 코팅 유체는 상기 기판 표면 상에 유출 틈을 따라 흐른다. 상기 유출 틈 및 상기 기판 표면 간의 상대적인 움직임은 하나의 코팅 방향을 따라 제어된다. 상기 코팅 방향은 일반적으로 가로지른다, 다시 말해 수직 컴포넌트를 갖는 상기 슬릿 방향을 가로지른다. 이러한 방법으로 균일한 레이어는 상기 기판 표면 상에서 상기 슬릿의 폭을 따라 제조될 수 있다.
추가적으로 균일한 코팅 레이어를 갖는 것은, 상기 기판 표면 상에 코팅의 패터닝(patterning)를 제공하도록 요구될 수 있고, 상기 패턴화된 코팅은 상기 기판 표면 상에 코팅된 영역을 포함한다. 예를 들어, 상기 포토-액티브 레이어들 및/또는 발광 레이어들의 제조에 있어서, 기판 상에서 분리된 활성 영역을, 예를 들어, 포토-셀들의 배열을 구축하기 위해 제공하도록 요구될 수 있다. 패턴화된 코팅 레이어들을 제공하기 위한 다양한 방법들, 예를 들어, 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 회전 스크린 프린팅(rotatory screen printing), 그라비어 프린팅(gravure printin), 옵셋 프린팅(offset printing), 플렉소 프린팅(flexo printing)과 같은 프린팅(printing) 또는 임프린팅(imprinting) 기법들이 알려져 있다. 불행하게, 실제로 이러한 프로세스들은 예를 들어, 롤-투-롤(roll-to-roll) 프로세스에서의 요구되는 코팅 레이어의 균일성 및/또는 대량생산의 적합성을 항상 제공하지 않는다. 그러므로 슬롯-다이 코팅 프로세스와 조합될 수 있는 패터닝 기법을 사용하는 것은 장점이 될 수 있다.
슬롯-다이 코팅으로 패턴화된 코팅을 제조하기 위한 제1 선택(option)은 "인-사이투 패터닝(in-situ patterning)" 또는 "액티브 패터닝(active patterning)"라고 하고, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드는 상기 기판의 특정 영역들에 상기 코팅을 선택적으로 도포하기 위해 활발히 사용된다. 일 실시예에서, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드로부터 상기 기판 표면으로의 상기 코팅 유체의 간헐적 전달(intermittent transfer)이, 예를 들어 상기 슬롯-다이 코팅 헤드 및 상기 코팅 유체 공급기 간의 스위칭 밸브 및/또는 상기 기판으로부터 슬롯-다이 코팅 헤드의 선택적 움직임에 의해 제어된다. 이러한 방법으로, 코팅된 영역들은 상기 코팅 방향을 가로지르는 경계들을 갖도록 제공될 수 있다. 불행하게도, 상기 공급기의 간헐적 스위칭 및/또는 제거와 상기 코팅 헤드의 재도포(reapplication)은 에지 효과들(edge effects)을 야기할 수 있고, 상기 코팅은 예를 들어, 상기 코팅 헤드 상에서 코팅 물질의 누적 때문에 더 이상 균일하지 않다.
예를 들어, 미국 등록 특허 US7041336 및 US5536313는 에지 효과들의 문제를 설명하고 유출이 중단될 때 노즐의 유출-속도(flow-rate)를 더 잘 제어하는 노즐 대한 대안을 제안한다. 미국 등록 특허 US6475282는 상기 표면으로 상기 표면으로 유도되고 상기 표면으로부터 멀어지는 압출 물질(extrusion material)의 양을 모니터링 함으로써 상기 리딩 에지 이상들(leading edge anomaly)의 문제를 극복하는 것을 제안한다. 불리하게, 이러한 방안은 복잡한 노즐 설계를 야기할 수 있다. 게다가 상기 유출-속도의 대안은 특정 에지 효과들, 예를 들어, 상기 코팅 헤드의 팁에 대한 과다 코팅 유체 스틱킹(excess coating fluid sticking)에 의해 야기된 에지 효과들 및/또는 상기 기판 상에서 코팅 헤드의 리프트-오프(lift-off) 및 랜딩(landing)에 의해 야기된 에지 효과들을 해결하지 못할 수도 있다.
액티브 패터닝 대신에, 슬롯-다이 코팅 프로세스에서 패턴화된 코팅을 제조하기 위한 제2 선택은 "프리-패터닝(pre-patterning)"라고 하고, 여기에서 상기 기판의 표면 에너지는 특정 패턴에 따른 전-처리(pre-treatment)에 의해 부분적으로 변경된다. 유리하게, 상기 코팅 유체는 비-패턴화된 슬롯-다이 코팅(non-patterned slot-die coating)과 같은 방법으로 상기 기판에 도포될 수 있고, 다시 말해 상기 슬롯-다이 코팅 헤드는 어떠한 대안, 예를 들어, 복잡한 노즐 설계 또는 상기 코팅 헤드를 치환(displace) 하기 위한 수단이 요구되지 않을 수 있다. 대신에, 상기 기판 상에서 프리-패터닝 때문에, 상기 코팅 유체는 상대적으로 낮은 표면 에너지를 갖는 영역들, 예를 들어 소수성(hydrophobic) 또는 소액성(lyophobic) 부분을 자동적으로 건조(dewet)시킬 수 있고, 상대적으로 높은 표면 에너지를 갖는 인접 영역들, 예를 들어, 소수성(hydrophobic) 또는 소액성(lyophobic) 부분으로 이동할 수 있다. 이러한 방법으로 요구된 패턴은 셀프-어셈블리(self-assembly)에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 출원 2008/0075837은 롤-투-롤 프로세스(roll-to-roll process)로 가요성 있는 기판 상에 소액성(lyophobic) 또는 친액성(lyophilic) 표면 패턴을 생성하는 것을 설명한다. 불행하게, 또한 프리-패터닝 기법들은 "에지 효과"로부터 문제가 될 수 있고, 여기에서 상기 코팅은 더 이상 균일하지 않다, 예를 들어, 상기 낮은 에너지 영역들로부터 상기 높은 에너지 영역들의 에지들로 누적되는 코팅에 의해 야기된다.
또한, 슬롯-다이 코팅 프로세스에서 패턴화된 코팅을 제조하기 위한 제3 선택은 "포스트-패터닝(post-patterning)"이라고 하고, 여기에서 균일하게 도포된 코팅은 증착(deposition) 후에 선택적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅 레이어의 선택된 부분들은 와이핑(wiping), 재-용해(re-dissolving) 또는 레이저 절삭(laser ablation)의 수단에 의해 제거될 수 있고, 그러므로 요구된 패턴을 형성할 수 있다. 하지만, 와이핑(wiping) 및 재-용해는 도한 에지 효과들로부터 문제가 될 수 있고, 여기에서 상기 코팅은 더 이상 균일하지 않게 된다. 추가적으로, 레이저 절삭이 몇몇 이러한 효과들을 피하는데 적합한 반면에, 대량 생산, 예를 들어 속도 제한들(speed limitations)을 위해 경제적으로 적합하지 않을 수 있다.
상기 코팅 레이어 두께의 개선된 균일성을 갖는 코팅된 영역들로 패턴화된 코팅을 제조하기 위한 포괄적이고 경제적으로 실행 가능한 방법 및 장치에 대한 요구는 아직 있다.
제1 측면(aspect)에서 기판 상에 패턴화된 코팅 레이어를 제조하기 위한 슬롯-다이 코팅 방법이 제공되고, 상기 방법은 기판 표면을 포함하는 상기 기판을 제공하는 단계; 유출 틈(outflow opening) - 상기 유출 틈은, 사용에 있어서, 코팅 유체를 그로부터 흐르게함 -을 포함하는 슬롯-다이 코팅 헤드(slot-die coating head)를 제공하는 단계 - 상기 유출 틈은 슬릿을 형성하고, 상기 슬릿은, 사용에 있어서, 상기 기판 표면에 걸친 슬릿 방향으로 배열됨 -; 상기 슬릿 방향을 가로지르는 코팅 방향을 따라 상기 유출 틈 및 상기 기판 표면 간의 상대적인 움직임을 제어하는 단계; 간헐적 전달(intermittent transfer)에 의해 코팅되지 않은 영역들에 의해 분리되는 상기 기판 표면 상의 코팅 영역들을 제공하기 위해 상기 슬롯-다이 코팅 헤드로부터 상기 기판 표면으로의 상기 코팅 유체의 상기 간헐적 전달을 제어하는 단계를 포함하고, - 상기 기판 표면은 하이(high) 표면 에너지 영역들 및 로우 표면 에너지 영역들의 미리 패턴화된 레이어를 포함하고; 상기 기판 표면 상의 코팅 유체의 접촉각(contact angle)은 상기 로우 표면 에너지 영역들보다 상기 하이 표면 에너지 영역들에서 더 작고; 상기 로우 표면 에너지 영역들 및 하이 표면 에너지 영역들 간에 경계들은 상기 슬릿 방향을 따라 배열됨 -; 및 상기 방법은 상기 로우 표면 에너지 영역들 및 하이 표면 에너지 영역들 간에 경계들에 걸친 유출 틈의 통로와 상기 간헐적 전달을 동기화하는 단계를 더 포함하고, 상기 전달은 상기 유출 틈이 하이 표면 에너지 영역들을 통과할 때 가능하게(enabled) 되고, 상기 전달은 상기 유출 틈이 로우 표면 에너지 영역들을 통과할 때 불능하게(disabled) 된다.
이것은 본 발명이 기판 표면 에너지의 프리-패터닝 ? 슬롯-다이 코팅 헤드를 사용하는 인-사이투 패터닝(in-situ patterning)의 유리한 조합을 제공하는 것을 이해할 수 있다. 놀랍게도, 이것은 이러한 조합에 의해, 인-사이투 패터닝 및 프리-패터닝 모두에 존재하는 불균일한 에지들의 상기 단점들이 완화되는 것을 알 수 있다. 이론에 제한 없이 이는 다음과 같이 이해될 수 있다. 한편, 상기 코팅이 상기 코팅 헤드에 의해 상기 미리 도포된 패턴의 에지들에 접근하도록 도포될 수 있기 때문에, 상기 코팅 유체는 상대적으로 작은 면적에 걸쳐 회수(retract)할 수 있다. 이것은 프리-패터닝 기법의 에지 효과들, 예를 들어 회수 물질(retracting material)의 누적에 의해 야기된 예지 효과들을 감소시킬 수 있다. 한편, 상기 간헐적으로 도포된 코팅은 재분배될 수 있기 때문에, 상기 미리-패턴화된 영역들의 에지들 주변의 표면 에너지 차이에 의해 구동되고, 상기 간헐적 도포 프로세스에 의해 야기된 에지들은 에지들을 넘어 흐르지 않고 수평을 유지한다. 그 결과, 이러한 기법들의 조합은 상기 에지에서 코팅 레이어의 균일성을 개선할 수 있고, 상기 기판 상에 더 균일한 패턴화된 코팅이 제공될 수 있다. 상기 기법은 용액 기반 증착 프로세스, 예를 들어 롤-투-롤 프로세스로서 적용될 수 있고, 예를 들어, 프린팅 프로세스와 비교하여 대량 생산을 위해 경제적으로 실행 가능하게 만들 수 있다. 또한 장점은 인-사이투 패터닝의 개선된 에지 해결방안 및 프리-패터닝과 비교하여 대면적 도포에 대해 개선된 적합성을 포함한다.
게다가, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드가, 코팅 액체를 상기 기판에 근접하여 증착하는 동안, 낮은 표면 에너지를 갖는 영역에 도달할 때, 상기 코팅 유체는 상기 기판 상에 증착되기 보다 코팅 헤드에 고정되는 경향이 있다. 그러므로 상기 프리-패터닝은 패턴의 요구된 에지에서 상기 코팅 유체의 증착을 차단하는데 용이하다. 한편, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드가 높은 표면 에너지를 갖는 영역에 도달할 때, 상기 코팅 유체는 상기 코팅 헤드보다 상기 기판의 높은 에너지 표면에 고정되는 경향이 있다. 이것은 상기 패터의 요구된 에지에서 코팅 유체의 도포를 재개하기에 용이하다. 따라서, 상기 기판에 코팅 헤드의 제거 및 재도포의 타이밍은 덜 중요해진다.
제2 측면에서 기판 상에 패턴화된 코팅 레이어를 제조하기 위한 슬롯-다이 코팅 장치가 제공되고, 상기 장치는 기판 표면을 포함하는 상기 기판을 제공하기 위해 배치된 기판 캐리어; 유출 틈 상기 유출 틈은, 사용에 있어서, 코팅 유체를 그로부터 흐르게함 을 포함하는 슬롯다이 코팅 헤드 상기 유출 틈은 슬릿을 형성하고, 상기 슬릿은, 사용에 있어서, 상기 기판 표면에 걸친 슬릿 방향으로 배열됨 -; 및 상기 슬릿 방향을 가로지르는 코팅 방향을 따라 상기 유출 틈 및 상기 기판 표면 간의 상대적인 움직임을 제어하기 위해 배치된 제어기; 간헐적 전달(intermittent transfer)에 의해 코팅되지 않은 영역들에 의해 분리되는 상기 기판 표면 상의 코팅 영역들을 제공하기 위해 상기 슬롯-다이 코팅 헤드로부터 상기 기판 표면으로의 상기 코팅 유체의 상기 간헐적 전달을 제어하기 위해 더 배치되고; 사용에 있어서, 상기 기판 표면은 하이 표면 에너지 영역들 및 로우 표면 에너지 영역들의 미리 패턴화된 레이어를 포함하고; 상기 기판 표면 상의 코팅 유체의 접촉각(contact angle)은 상기 로우 표면 에너지 영역들보다 상기 하이 표면 에너지 영역들에서 더 작고; 상기 로우 표면 에너지 영역들 및 하이 표면 에너지 영역들 간에 경계들은 상기 슬릿 방향을 따라 배열됨 -; 및 상기 장치는 상기 유출 틈에 대한 로우 표면 에너지 영역들 및 하이 표면 에너지 영역들 간의 경계들을 결정하기 위해 배치된 동기화기를 더 포함하고, 상기 동기화기는 상기 로우 표면 에너지 영역들 및 하이 표면 에너지 영역들 간에 경계들에 걸친 유출 틈의 통로와 간헐적 전달을 동기화하기 위해 상기 제어기에 동작적으로 연결되고, 상기 전달은 상기 유출 틈이 하이 표면 에너지 영역들을 통과할 때 가능하게 되고, 상기 전달은 상기 유출 틈이 로우 표면 에너지 영역들을 통과할 때 불능하게 된다.
상기 제2 측면에 다른 슬롯-다이 코팅 장치는 상기 제1 측면에 따른 방법과 유사한 장점을 제공할 수 있다.
제 3측면에서 슬롯-다이 코팅 헤드로부터 기판 표면으로의 코팅 유체의 간헐적 전달에 의해 획득 가능한 패턴화된 코팅 레이어를 포함하는 기판이 제공되고, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드는 유출 틈 - 상기 유출 틈은, 사용에 있어서, 코팅 유체를 그로부터 흐르게함 -을 포함하고, 상기 유출 틈은 슬릿을 형성하고, 상기 슬릿은, 사용에 있어서, 상기 기판 표면에 걸친 슬릿 방향으로 배열되고; 상기 기판 표면은 하이 표면 에너지 영역들 및 로우 표면 에너지 영역들의 미리 패턴화된 레이어를 포함하고; 상기 기판 표면 상에 코팅 유체의 접촉각(contact angle)은 상기 로우 표면 에너지 영역들보다 상기 하이 표면 에너지 영역들에서 더 작고; 상기 로우 표면 에너지 영역들 및 하이 표면 에너지 영역들 간에 경계들은 상기 슬릿 방향을 따라 배열되고; 패턴화된 코팅 레이어의 코팅된 영역들은 상기 하이 표면 에너지 영역들을 커버하고; 상기 패턴화된 코팅 레이어의 코팅되지 않은 영역들은 상기 코팅된 영역들을 분리하는 상기 로우 표면 에너지 영역들에서 형성된다.
상기 제 3 측면에 따른 기판은 상기 제1 측면에 따른 방법 또는 상기 제2 측면에 따른 슬롯-다이 코팅 장치를 사용하여 유리하게 제조될 수 있고 유사한 장점들을 제공할 수 있다.
이들 및 다른 특징들, 측면들, 및 본 발명의 장치, 시스템들 및 방법들의 장점들은 아래의 설명, 첨부된 청구항 및 첨부된 도면으로부터 더욱 이해하기 쉬워진다:
도 1a 및 도 1b는 슬롯-다이 코팅 방법 및 슬롯-다이 코팅 장치의 부분들을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 두 방향에서 패터닝을 제공하기 위한 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 기판 표면을 걸쳐 이동하는 슬롯-다이 코팅 헤드의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 기판 표면을 걸쳐 이동하는 슬롯-다이 코팅 헤드의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 기판 표면을 걸쳐 이동하는 슬롯-다이 코팅 헤드의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 기판 표면을 걸쳐 이동하는 슬롯-다이 코팅 헤드의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 에지들의 두께가 변화하는 기판의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c은 기판 표면 상에서 코팅 유체의 모델을 설명하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 패턴화된 코팅 레이어들을 포함하는 기판들의 투시 사진들(perspective photos)을 보여주는 도면이다.
도 10은 패턴화된 코팅 레이어들을 포함하는 3개의 다른 기판들의 평면도를 제공하는 단층 사진들을 보여주는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 기판 상에서 제공된 다중 패턴화된 코팅 레이어들(multiple patterned coating layers)의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12는 슬롯 다이 코팅 방법 및 장치의 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 1a 및 도 1b는 슬롯-다이 코팅 방법 및 슬롯-다이 코팅 장치의 부분들을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 두 방향에서 패터닝을 제공하기 위한 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 기판 표면을 걸쳐 이동하는 슬롯-다이 코팅 헤드의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 기판 표면을 걸쳐 이동하는 슬롯-다이 코팅 헤드의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 기판 표면을 걸쳐 이동하는 슬롯-다이 코팅 헤드의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 기판 표면을 걸쳐 이동하는 슬롯-다이 코팅 헤드의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 에지들의 두께가 변화하는 기판의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c은 기판 표면 상에서 코팅 유체의 모델을 설명하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 패턴화된 코팅 레이어들을 포함하는 기판들의 투시 사진들(perspective photos)을 보여주는 도면이다.
도 10은 패턴화된 코팅 레이어들을 포함하는 3개의 다른 기판들의 평면도를 제공하는 단층 사진들을 보여주는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 기판 상에서 제공된 다중 패턴화된 코팅 레이어들(multiple patterned coating layers)의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12는 슬롯 다이 코팅 방법 및 장치의 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 발명에서 사용된 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함하는)은 일반적 설명 및 도면과 관련하여 읽을 때, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 것과 같은 용어들은 관련 분야의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상화 또는 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것으로 이해될 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법에 대한 설명을 모호하게하지 않도록 일부 예에서, 공지 된 장치 및 방법의 상세한 설명은 생략 될 수있다. 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용 된 것으로, 본 발명을 한정하지는 않는다. 본 발명에서 사용된 바와 같이 단수 형태 "a", "an" 및 "the" 는 내용상 명백히 다르게 제시하지 않는 한 복수형을 포함하는 것으로 의도된다. 상기 용어 "및/또는(and/or)"은 관련된 열거 항목의 하나 이상의 임의의 모든 조합을 포함한다. 이것은 상기 용어 "포함하는(comprises)" 및/또한 "포함(comprising)"은 언급 한 특징의 존재를 명시하지만 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해 될 것이다. 여기에 언급 된 모든 공보, 특허 출원, 특허, 및 기타 참조는 그 전체가 참조로 인용된다. 대립하는 경우, 정의를 포함한 본 발명의 명세서가 제어된다.
본 발명에서 사용된, 용어 "기판(substrate)"은 표면을 포함하는 객체로서 재료 과학(materials science)에서의 통상의 의미를 갖고, 레이어를 증착하는 경우에 기판 상에서 프로세싱이 수행된다. 전형적인 반도체 제조 공정에서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 가요성의 전자 제품(flexible electronics)의 생산에서, 상기 기판은 전형적으로 박막(foil)을 포함한다. 상기 용어 "박막"은 재료(material)의 하나 이상의 레이어들을 포함하는 시트를 말한다. 바람직하게는, 상기 박막은 가요성이며 롤-투-롤(R2R: roll-to-roll) 또는 롤 투 시트(R2S: roll to sheet) 제조 공정에 사용할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 박막이 그것의 본직적인 기능의 손실 없이, 예를 들어 전기적 기능, 50 cm 또는 그 이하, 예를 들어 12 cm의 곡률 반경으로 롤(rolled)되거나 굽혀질(bent over) 수 있는 경우 박막은 가요성 있는 것으로 간주될 수 있다. 그렇지 않으면, 박막이 500 Pa·m^3 보다 더 작은 굴곡 강도를 가질 경우, 박막은 가요성 있는 것으로 간주될 수 있다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, 기판 캐리어(substrate carrier)는 기판을 운반 및/또는 수송할 수 있는 구조를 포함한다. 예를 들어, R2R 프로세스에서, 기판 캐리어는 하나 이상의 증착 헤드들, 예를 들어 본 발명의 경우 슬롯-다이 코팅 헤드를 통과하는 상기 기판 표면을 지남으로써 상기 기판을 공급하고 이동하기 위해 배열된 하나 이상의 롤들을 포함할 수 있다. 상기 기판 캐리어 및/또는 슬로-다이 코팅 헤드는 전형적으로 슬롯-다이 코팅 장치에 포함될 수 있고, 이것은 상기 코팅 헤드의 유출 틈(outflow opening)으로부터 코팅 유체의 연속적 또는 반-연속적(semi-continuous) 스트림(stream)을 제공하기 위한 상기 슬롯-다이 코팅 헤드로 상기 코팅 유체를 공급하기 위해 배열된 예를 들어, 코팅 유체 공급기(coating fluid supply) 또는 저장부(storage) 부분을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, 용어 "코팅(coating)"은 상기 재료의 레이어를 도포하는 프로세스를 나타내는 것으로 사용된다. 용어 "코팅 레이어(coating layer)"는 기판 또는 중간 레이어(intermediate layer)의 부분을 커버링하는 물질의 레이어를 나타낸다. 본 발명에서 사용된 전형적인 코팅 레이어들은 셀프-어셈블리(self-assembly)의 정도(degree) 또는 예를 들어 표면 에너지의 차이에 의해 구동된 증착 후 코팅의 재배치를 허용하도록 유체 또는 액체로서 처음에 도포될 수 있다. 코팅 레이어가 요구된 패터닝을 달성한 후, 상기 코팅 레이어는 예를 들어, 경화(curing) 및/또는 건조(drying)에 의해 강화될 수 있다.
본 발명은 첨부 된 도면을 참고하여 좀 더 자세하게 설명되고, 본 발명의 실시예를 나타낸다. 하지만, 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한전되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 발명이 완전하게 설명되도록 제공될 수 있고, 당업자에게 발명의 범위를 완전하게 전달할 것이다. 예시적인 실시 예의 설명은 첨부 된 도면과 관련하여 판독 될 수 있고, 이는 개시된 설명 전체의 일부로 간주되어야 한다. 도면에서, 시스템들, 구성 요소들, 레이어들 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기들은 명확성을 위해 과장 될 수 있다. 실시 예는 단면 도면을 참조하여 설명하고, 상기 도면은 본 발명의 이상적인 실시예들 및 중간 구조들의 개략도이다
설명에서, 상대적인 용어뿐만 아니라 그것의 파생어는 첨부된 도면에 보여진 것과 같이 또는 설명된 것과 같은 방향을 참조하는 것으로 해석되어야 한다. 이러한 상대적인 용어들은 설명의 편의를 위한 것이며, 다른 언급이 없이 시스템이 특정 방향으로 구성되거나 동작 될 것을 요구하지 않는다. 이것은 소자(element) 또는 레이어(layer)가 또 다른 소자 또는 레이어 "상에(on)", "에 연결된(connected to)", 또는 "결합된(coupled to)" 것을 나타낼 수 있다. 이것은 존재하는 다른 소자 또는 레이어 또는 개입하는 소자(intervening elements) 또는 레이어들에 직접적으로 연결되거나 결합될 수 있다. 대조적이로, 이 때 소자는 다른 요소 또는 레이어 "상에 직접(directly on)", "직접적으로 연결(directly connected to)" 을 나타낼 수 있고, 개입하는 소자 또는 레이어가 존재하지 않을 수 있다. 방법의 특정 단계가 또 다른 단계 이후에 언급될 때, 이것은 상기 다른 단계 바로 다음 또는 상기 특정 단계를 수반하기 전에 하나 이상의 개입 단계들이 수반될 수 있다. 동일한 참조 번호는 동일한 소자를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 기판(1) 상에 패턴화된 코팅 레이어(3)을 제조하기 위한 슬롯-다이 코팅 방법 및 슬롯-다이 코팅 장치(10)의 부분들을 나타내는 도면이다. 도 1a는 계략적인 단면도를 제공하고, 도 1b는 투시도를 제공한다.
기판(1)은 기판 캐리어(6)에 의해 제공된 기판 표면(1s)을 포함한다. 슬롯-다이 코팅 헤드(2)는 제공된 유출 틈(2a)을 포함한다. 상기 유출 틈(2a)은 상기 기판 표면(1s)에 걸쳐 슬릿 방향(slit direction)(Y)로 배열된 슬릿(slit)을 형성한다. 사용에서, 코팅 유체(coating fluid)(3f)는 상기 유츨 틈(2a)으로부터 상기 기판 표면(1s)로 흐른다. 제어기(5)는 상기 슬릿 방향(Y)를 가로지르는 코팅 방향(X)을 따라, 다시 말해 상기 코팅 방향(X)는 상기 슬릿 방향(Y)에 비-평행(non-parallel) 컴포넌트를 갖는, 바람직하게는 수직인, 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 상대적 움직임을 제어하기 위해 배열되고 및/또는 프로그래밍된다. 상기 제어기(5)는 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 상기 기판 표면(1s)로의 상기 코팅 유체(3f)의 간헐적 전달(intermittent transfer)(T) 제어하기 위해 더 배열될 수 있고, 다시 말해 상기 코팅 유체(3f)흐름은 특정 간격으로 차단되고 재개된다. 상기 간헐적 전달(T)은 코팅되지 않은 영역들(3u)에 의해 분리되는 상기 기판 표면(1s) 상에 코팅 영역들(3c)을 제공한다.
상기 기판 표면(1s)은 하이 표면 에너지 영역들(high surface energy areas)(4h) 및 로우 표면 에너지 영역들(low surface energy areas)(4l)의 프리-패턴화된 레이어(pre-patterned layer)(4) 포함한다. 이것은 상기 기판 표면(1s) 상에서 코팅 유체(3f)의 접촉각(contact angle)이 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)에서보다 상기 하이 표면 에너지 영역들(4h)에서 더 낮은 것을 의미한다.
상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h)의 경계들(4hl, 4lh)은 상기 슬릿 방향(Y)을 따라 배열된다.
상기 슬롯-다이 코팅 장치(10)는 상기 유출 틈(2a)에 대한 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간의 경계들(4hl, 4lh)을 결정하기 위해 배열된 동기화기(7)를 포함한다. 상기 동기화기(7)는 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간의 경계들(4hl, 4lh)에 걸친 상기 유출 틈(2a)의 통로와 상기 간헐적 전달(T)을 동기화하기 위해 상기 제어기(5)에 선택적으로 연결될 수 있다. 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 하이 표면 에너지 영역들(4h)을 통과할 때 가능하게(enabled) 되고, 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 로우 표면 에너지 영역들(4l)을 통과할 때 불능하게(disabled) 된다.
일 실시예에서, 상기 동기화기(7)는 코팅되기 위한 상기 기판의 표면 특성(surface property)을 측정하기 위한 센서 엘리먼트를 포함한다. 예를 들어, 표면 특성은 상기 기판의 특유의 광학적 특성(distinct optical characteristic), 예를 들어 반사(reflection) 또는 전송 스펙트럼(transmission spectrum)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판의 다른 측정 가능한 표면 특성들, 예를 들어 자기적 특성들(magnetic properties)이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 기판은 촉각 패턴(tactile pattern), 예를 들어, 센서에 의해 측정될 수 있는 어레이 홀들(array holes)을 포함한다. 상기 표면 특성은 상기 증착 헤드에 대한 하이 및 로우 표면 에너지 영역들의 기판 상에서 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 로우 및 하이 표면 에너지 영역들의 기판 특성들은 상기 센서 및/또는 상기 기판에 도포된 분리 패턴을 측정하기 위해 배열된 센서에 의해 직접적으로 측정될 수 있고, 상기 로우 및 하이 표면 에너지 영역들의 패턴과 일치하거나 또는 관련하여 직접적으로 측정될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 동기화기는 상기 측정된 표면 특성들을 비교하기 위한 비교기 또는 비교 회로를 포함할 수 있다. 상기 비교는 예를 들어 하나의 표면 영역을 또 다른 표면 영역과 비교하는 것과 관련될 수 있고, 상기 비교는 미리 정해진 특성, 예를 들어 메모리에 저장된 것이 될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 동기화기는 기판의 통로를 결정하기 위한 상기 센서 및/또는 비교기로부터 입력을 수신하기 위해 배열된 동기화 제어기를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 동기화기(7)는 상기 기판 영역들의 측정된 특성들에 의존하는 상기 기판 캐리어(6) 및/또는 코팅 밸브(3v)로 제어 신호를 전송하기 위해 배열된 제어기(5)를 포함하거나 제어기(5)와 통신할 수 있다.
일 실시에에서, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 상기 기판 표면(1s)으로의 상기 코팅 유체(3f)의 간헐적 전달(T)은 상기 전달을 중단하기 위해 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 거리(Z)를 증가시킴으로써 제어되고; 및/또는 상기 전달을 재개하기 위해 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 거리(Z)를 감소시킴으로써 제어된다. 예를 들어, 상기 장치는 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)를 이동하기 위해 배열된 모터(도시하지 않음) 및 상기 모터를 제어하기 위해 제어기(5)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅 유체의 전달은 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 거리를 대략 4mm 또는 더 크게, 다른 코팅 조건들에 의존하여, 증가시킴으로써 중단될 수 있다. 전달은 상기 거리를 다시 이 거리 이하로 감소시킴으로써 재개될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일 실시예에서, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 상기 기판 표면(1s)로의 코팅 유체(3f)의 간헐적 전달(T)는 코팅 유체 공급기(3s) 및 상기 유출 틈(2a) 간의 코팅 유체 밸브(3v)를 스위칭함으로써 제어된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 코팅 유체를 공급하기 위해 배열된 펌프가 스위칭될 수 있다.
한 양상에 따른 기판(1)은 위에서 설명된 것과 같이 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 기판 표면(1s)로의 코팅 유체(3f)의 간헐적 전달에 의해 획득 가능한 패턴화된 코팅 레이어(3)를 포함한다. 상기 기판 표면(1s)은 하이 표면 에너지 영역들(4h) 및 로우 표면 에너지 영역들(4l)의 프리-패턴화된 레이어(4)를 포함한다. 상기 기판 표면(1s) 상에서 코팅 유체(3f)의 접촉각은 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)에서보다 상기 하이 표면 에너지 영역들(4h)에서 더 낮다. 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 상기 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간의 경계들(4hl, 4lh)은 상기 슬릿 방향(Y)을 따라 배열된다. 상기 패턴화된 코팅 레이어(3)의 코팅된 영역들(3c)은 상기 하이 표면 에너지 영역들(4h)을 커버한다. 상기 패턴화된 코팅 레이어(3)의 코팅되지 않은 영역들(3u)은 상기 코팅된 영역들(3c)을 분리하는 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)에서 형성된다.
일반적으로 이것은 많은 개별 컴포넌트들(a number of discrete components), 예를 들어, 슬롯-다이 코팅 헤드(2), 제어기(5) 및 동기화기(7)를 포함하는 것으로 보여진 상기 장치(10)는 전체적으로 또는 부분적으로 집적되거나 다른 시스템 컴포넌트들과 구분되는 것으로 이해된다. 반면에 상기 코팅 밸브(13v)는 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 바깥쪽에 보여지고, 상기 밸브는 또한 상기 유출 틈(2a)에 근접하여 그것에 집적될 수 있다. 게다가, 싱글 제어기(5)가 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2), 기판 캐리어(6), 및 코팅 밸브(3v)를 제어하기 위해 보여지고, 상기 제어기는 또한 개별 시스템 컴포넌트들에서 그들끼리 부분적으로 또는 전체적으로 집적될 수 있다. 중앙 제어기(central controller) 또는 몇몇 제어기들에 의해 전체 또는 부분적으로 조합된 상기 집적된 제어기들은 자동적으로 동작할 수 있다. 몇몇 시스템 컴포넌트들은 특정 명령들(instructions)을 요구하지 않을 수 있다, 예를 들어, 상기 기판 캐리어(6)는 다른 명령들 없이 연속적으로 기판을 움직이도록 배열될 수 있다.
상기 제어기(5)는 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2), 기판 캐리어(6), 및 코팅 밸브(13v)로 제어 신호들을 제공하기 위한 것과 같이 상기 시스템들 및 방법들에 상응하는 가동적 동작을 수행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 사이 시스템에 상응하는 수행을 위한 프로세서로 설명되거나 또는 상기 시스템에 상응하는 수행을 위한 많은 기능 동작들 중 하나만을 수행하는 범용 프로세서(general-purpose processor)일 수 있다. 상기 프로세서는 프로그램 부분(program portion), 다중 프로그램 세그먼트들(multiple program segments)을 활용하여 동작할 수 있고, 또는 전용 또는 다목적 집적 회로(multi-purpose integrated circuit)를 활용하는 하드웨어 장치일 수 있다. 프로세서의 어떤 유형은 전용 또는 하나를 공유하는 것과 같이 사용될 수 있다. 상기 프로세서는 마이크로-프로세서들, CPUs(central processing units), DSPs(digital signal processors), ASICs, 또는 디지털 광학 장치(digital optical devices)와 같은 어떤 다른 프로세서(들) 또는 제어기(들) 또는 같은 기능들을 수행하고 전자 기술들 및 아키텍처를 사용하는 아날로그 전자 회로들을 포함할 수 있다. 상기 제어기(5)는 상기 프로세서에 선택적으로 또는 부분적으로 커플될 수 있는 메모리를 더 포함할 수 있다. 상기 메모리는 데이터가 저장된 메모리의 어떤 적합한 유형일 수 있다. 상기 시스템 및 방법을 사용하기 위해 정보를 적합하게 저장 및/또는 전송할 수 있는 알려졌거나 개발된 어떤 매체는 메모리로서 사용될 수 있다. 상기 메모리는 또한 상기 시스템 및 방법에 상응하는 선택적 동작들을 수행하도록 구성하기 위한 프로세서에 의해 접근 가능한 사용자 선호 및/또는 응용 데이터를 저장할 수 있다.
상기 동기화기(7)는 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)에 대한 프리-패턴화된 코팅 레이어의 하이 및 로우 표면 영역들의 위치를 결정하기 위한 센서를, 상기 기판 캐리어(6)와 함께 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 동기화기(7)는 상기 기판(1) 상에 마커들(markers)을 기록하는 카메라를 포함할 수 있고, 마커들은 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h)의 위치들을 나타낸다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 카메라는 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h)을, 예를 들어, 색(colour) 또는 반사율(reflectivity)의 차이에 의해 직접적으로 기록할 수 있다. 카메라에 대하여 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 동기화기는 또한 상기 기판에 접촉하여 기계적 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 마커 슬롯들(marker slots)을, 예를 들어, 상기 기판의 사이드에 포함할 수 있고, 이러한 슬롯들은 상기 동기화기의 톱니바퀴(cog wheel)와 일치한다. 상기 톱니바퀴는 상기 기판의 상대적 위치를 설정하도록 상기 마커 슬롯들과 동기화되어 회전할 수 있다. 이러한 톱니바퀴는 또한 다른 컴포넌트들, 예를 들어 기판 캐리어(6)에 집적될 수 있다. 그러므로 이것은 상기 동기화기가 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)의 유출 틈(2a)에 대한 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h)의 위치를 결정하기 위한 어떤 수단을 포함할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 상기 동기화기(7), 상기 제어기(5)로부터 피드백을 사용하는 것은, 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간의 경계들에 걸쳐 유출 틈(2a)의 통로와 일치하도록 상기 기판 표면(1s)으로의 코팅 유체(3f)의 간헐적 전달을 조절할 수 있다. 상기 동기화기(7)에 대하여 대안적으로 또는 추가적으로, 메모리는 상기 프리-패턴화된 코팅 레이어의 하이 및 로우 표면 영역들의 미리 정해진 위치들을 저장할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 두 방향 X 및 Y에서 패터닝을 제공하기 위한 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 2a는 이러한 실시예의 장치(10) 및 기판(1)의 투시도를 보여주고, 도 2b는 상기 기판(1)의 프리-패턴화된 레이어(4)의 평면도를 준다. 이러한 실시예를 사용하여, 예를 들어 직사각형으로 코팅된 영역들(3c)이 코팅되지 않은 영역들(3u)에 의해 X 및 Y 방향들로 분리되어 형성될 수 있다.
보여진 것과 같이, 상기 프리-패턴화된 레이어(4)는 슬릿 방향 Y에서 경계들(4hl, 4lh)을 갖는 로우 표면 에너지 영역들(4l)뿐만 아니라 코팅 방향 X를 따라 하이 표면 에너지 영역들(4h)과 병렬 경계(4s)들을 갖는 로우 표면 에너지 영역들(4l)을 포함한다. 하나 이상의 쐐기들(shims)(2s), 다시 말해 블록케이드들(blockades)은 상기 유출 틈(2a)에서 특정 위치에 배열된다. 상기 쐐기(2s)는 상기 유출 틈(2a)를 복수의 슬릿들(2as)로 분할한다. 사용에서, 상기 하나이상의 쐐기들(2s)은 상기 코팅 방향(X)를 따라 하이 표면 에너지 영역들(4h)과 병렬 경계들(4s)을 갖는 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)에서 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 상기 기판 표면(1s)으로의 코팅 유체(3f)의 전달을 중단하도록 상기 경계들(4s)과 배열된다. 유리하게, 상기 프리-패턴화된 레이어(4)를 사용하는 것은, 상기 코팅 방향(X)을 따르는 에지들에 대하여 더 좋은 제어를 달성할 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 코팅 레이어(3)의 균일성 및/또는 배치 정확도가 개선될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 상기 간헐적 전달(T)을 상기 하이 표면 에너지 영역들(4h) 및 로우 표면 에너지 영역들(4l) 간의 경계(4hl 또는 4lh)의 통로와 동기화하기 위한 실시예를 나타내는 도면이다. 스위칭 백(back) 및 포드(forth)에 대한 보여진 특정 타임 시퀀스들(time sequences)에서, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 및 기판 표면(1s) 간의 전달 상태는 불능하게 되고(T=0), 전달 상태는 가능하게 된다(T=1).
이러한 실시예에서, 상기 간헐적 전달(T)을 동기화 하는 것은 상기 코팅 방향(X)을 따라 측정된 제1 옵셋(offset)(Xhl) 및/또는 제2 옵셋(Xlh)을 설정하는 것을 포함한다. 상기 제1 옵셋(Xhl)은 상기 기판 표면(1s)에 걸친 유출 틈(2a)의 위치 여기에서 전달은 중단됨(T=1→0) 및 하이 표면 에너지 영역(4h)으로부터 로우 표면 에너지 영역(4l)으로의 경계(4hl) 간의 거리를 나타낸다. 상기 제2 옵셋(Xlh)은 상기 기판 표면(1s)에 걸친 유출 틈(2a)의 위치 여기에서 전달은 재개됨(T=0→1) 및 로우 표면 에너지 영역(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역(4h)으로의 경계(4lh) 간의 거리를 나타낸다. 상기 제1 옵셋(Xhl) 및/또는 제2 옵셋(Xlh)은 양(positive) 또는 음(negative)의 값, 다시 말해 각각의 경계들(4hl 및 4lh) 이전 또는 이후일 수 있다.
이것은 옵셋들(Xhl 및 Xlh)이 각각의 경계들(4hl, 4lh)로부터 특정 거리 또는 시간으로서 정의될 수 있는 것으로 이해될 수 있고, 상기 코팅 유체의 전달을 중단 또는 재개하도록, 예를 들어 밸브를 열고/닫거나 상기 코팅 헤드 및 기판 표면 간의 거리를 증가/감소시키도록 상기 제어기에 의해 신호가 제공된다.
일 실시예에서, 도 3에 보여진 것과 같이, 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 하이 표면 에너지 영역(4h)으로부터 로우 표면 에너지 영역(4l)으로의 경계(4hl)를 통과한 직후에 중단되도록(T=1→0) 설정될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도 5에 보여진 것과 같이, 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 하이 표면 에너지 영역(4h)으로부터 로우 표면 에너지 영역(4l)으로의 경계(4hl)를 통과하기 직전에 중단되도록(T=1→0) 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 도 4에 보여진 것과 같이, 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 로우 표면 에너지 영역(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역(4h)으로의 경계(4lh)를 통과한 직후에 재개되도록(T=0→1) 설정될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도 6에 보여진 것과 같이, 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 로우 표면 에너지 영역(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역(4h)으로의 경계(4lh)를 통과하기 직전에 재개되도록(T=0→1) 설정될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 로우 표면 에너지 영역(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역(4h)으로의 경계(4lh)를 걸쳐 코팅 방향(X)으로 움직이는 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 상기 코팅 유체(3f)는 기판 표면(1s)보다 슬롯-다이 코팅 헤드(2)에 고정되는 경향을 갖는다. 이것은 예를 들어, 유출 속도(flow rate), 상기 코팅 헤드의 노즐 사이즈, 상기 코팅 헤드 및 기판 간의 거리, 상기 코팅 헤드 및 기판 간의 상대적 속도, 레이어 두께, 점도와 같은 코팅 유체 특성, 상기 기판 상에서뿐만 아니라 코팅 헤드 상에서 코팅 유체의 표면 에너지 차이의 정도와 같은 코팅 파라미터들에 의해 야기될 수 있다. 이러한 코팅 파라미터들을 위한 전형적인 값들은: 상기 코팅 헤드 및 기판간의 거리 25500㎛; 상기 코팅 유체의 점도 1100 mPa s; 노즐 단면 지름 25250㎛; 상기 코팅 헤드 및 기판 간의 상대적 속도 330 m/m(metres per minute); ? 코팅 레이어 두께(wet coating layer thickness) 530㎛이다. 코팅 파라미터들은, 예를 들어 실험적으로 및/또는 모델 계산들에 의해 결정될 수 있다.
처음에, 도 3a에 보여진 것과 같이, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 상기 경계(4hl)에 도달하는 동안, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 전달이 가능하게 된다(T=1). 이것은 상기 하이 표면 에너지 영역(4h)의 상위(top)에 코팅된 영역(3c)을 만든다.
그러면, 도 3b에 보여진 것과 같이, 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 경계(4hl)를 통과하여 상기 옵셋(Xhl)에 도달하는 지점에서 중단된다(T=1→0). 이러한 실시예에서, 전달은 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 거리(Z)를 증가시킴으로써 중단된다. 유리하게, 상기 코팅 유체(3f)가 로우 표면 에너지 영역들(4l)에 대하여 낮은 접착력(adhesion)을 갖고, 로우 표면 에너지 영역들(4h)에 대하여 높은 접착력을 갖기 때문에, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)를 뒤따르는 코팅 유체(3f)의 자취(trace)가 이러한 영역들(4h 및 4l) 간의 경계(4hl)에서 정확하게 브레이크-업(break-up)을 시작(화살표 2i로 나타낸)하도록 더 높은 기회를 갖는 것을 알 수 있다. 어떤 경우에, 상기 경계(4hl) 직전 또는 직후에 브레이크-업이 발생함에도 불구하고, 영역들(4h 및 4l) 간의 표면 에너지에서 차이의 구동력(driving force)은 상기 코팅된 영역들(3c)이 경계(4hl)까지 연장 또는 수축(retract)하도록 촉진할 수 있다.
결국, 도 3c에 보여진 것과 같이, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 상기 로우 표면 에너지 영역(4l)을 이동하는 동안 전달이 불능하게 된다(T=0). 상기 코팅 유체(3f)에서 결합력(cohesion forces) 및/또는 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)와의 접착력(adhesion forces) 때문에, 상기 유출 틈(2a)에 가까운 슬롯-다이 코팅 헤드(2)의 끝(tip)에서 과도한 코팅 유체(3f)의 투하(drop)가 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 로우 표면 에너지 영역(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역(4h)으로의 경계(4lh)를 걸쳐 코팅 방향(X)으로 이동하는 실시예를 나타낸다.
처음에, 도 4a에 보여진 것과 같이, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 경계(4lh)에 도달하는 동안, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 전달이 불능하게 된다(T=0). 이것은 상기 로우 표면 에너지 영역(4l)의 상위에 코팅되지 않은 영역(3u)을 만든다. 상기 과도한 코팅 유체(3fd)의 투하가 예를 들어, 도 3a 내지 도 3c에서 설명된 시퀀스에서 상기 유출 틈(2a)에 가까운 슬롯-다이 코팅 헤드(2)에 매달려(hangs from) 형성된다.
그러면, 도 4b에 보여진 것과 같이, 상기 유출 틈(2a)가 경계(4lh)를 통과하여 상기 옵셋(Xlh)에 도달하는 지점에서 전달이 재개된다(T=0→1). 이러한 실시예에서, 전달은 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 거리(Z)를 감소시킴으로써 재개된다.
결국, 도 4c에 보여진 것과 같이, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 상기 하이 표면 에너지 영역(4h)을 이동하는 동안 전달이 가능하게 된다(T=1). 보여진 것과 같이 과도한 코팅 유체(3fd)의 투하는 옵셋(Xlh)에서 코팅 레이어의 에지에 초기 불균일성을 만들 수 있고, 여기에서 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)는 상기 기판 표면(1s)에 제1 접촉을 갖는다. 유리하게, 이러한 불균일성은 화살표(3r)에 의해 나타낸 것과 같이 경계(4lh)를 향한 코팅 유체(3f)의 다음 재배열(subsequent rearrangement)에 의해 완화되는 경향이 있다.
도 5a 내지 도 5c는 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 로우 표면 에너지 영역(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역(4h)으로의 경계(4lh)를 걸쳐 코팅 방향(X)으로 이동하는 실시예를 나타낸다. 도 3a 내지 도 3V에 보여진 실시예와는 대조적으로, 본 실시예에서, 상기 코팅 유체(3f)는 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)보다 상기 기판 표면(1s)에 고정되는 경향이 있다.
처음에, 도 5a에 보여진 것과 같이, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 상기 경계(4hl)에 도달하는 동안 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 전달이 가능하게 된다(T=1). 이것은 상기 하이 표면 에너지 영역(4h)의 상위에 코팅된 영역(3c)를 만든다.
그러면, 도 5b에 보여진 것과 같이, 상기 유출 틈(2a)이 경계(4hl)를 통과하여 옵셋(Xhl)에 도달하는 지점에서 전달이 중단된다(T=1→0). 이러한 실시예에서, 전달은 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 거리(Z)를 증가시킴으로써 중단된다. 이러한 실시예에서, 상기 코팅 유체(3f)는 하이 표면 에너지 영역(4h)에 고정되도록 높은 친화력(affinity)을 갖고, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)에는 더 작은 친화력을 갖기 때문에, 과도한 코팅 유체(3f)의 투하가 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)의 제거 시 기판 표면(1s) 상에 형성된다. 상기 전달이 경계(4hl)로부터 옵셋(Xhl)으로 중단되기 때문에(T=1→0), 상기 과도한 코팅 유체(3f)의 투하는 그것이 로우 표면 에너지 영역(4l)에 도달할 때까지 상기 높은 표면 에너지 영역(4h)의 나머지 영역을 채우도록 여전히 확장될 수 있다. 이것은 화살표(3r)에 의해 나타내었다.
결국, 도 5c에 보여진 것과 같이, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 로우 표면 에너지 영역(4l)을 걸쳐 이동하는 동안 전달이 불능하게 된다(T=0). 보여진 것과 같이, 과도한 코팅 유체(3f)의 투하는 상기 하이 표면 에너지 영역(4h)의 나머지 영역을 채우도록 확장되고, 에지 두께의 균일성이 개선된다. 이것을 상기 과도한 코팅 유체(3f)의 투하 양(size)에 대한 옵셋(Xhl)을 조절, 예를 들어 실험적 또는 코팅 파라미터들의 주어진 설정을 갖는 모델링 의해 조절하는 것에 의해 만들어진 코팅된 영역들(3c)의 레이어 두께 변화는 최소화될 수 있는 것으로 이해할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 로우 표면 에너지 영역(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역(4h)으로의 경계(4lh)를 걸쳐 코팅 방향 X로 이동하는 실시예를 나타낸다.
처음에, 도 6a에 보여진 것과 같이, 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 경계(4lh)에 도달하는 동안 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 및 기판 표면(1s) 간의 전달이 불능하게 된다(T=0). 이것은 로우 표면 에너지 영역(4l)의 상위에 코팅되지 않은 영역(3u)을 만든다. 보여진 것과 같이, 이러한 실시예에서, 상기 코팅 유체(3f)는, 예를 들어 도 5a 내지 도 5c에서 설명된 것과 같은 코팅 유체의 브레이크업 때문에 유출 틈(2a)으로 어느 정도 멀어진다.
그러면, 도 6b에 보여진 것과 같이, 유출 틈(2a)가 경계(4lh) 이전에 옵셋(Xlh)에 도달하는 지점에서 전달이 재개된다(T=0→1). 이러한 실시예에서, 전달은 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 거리(Z)를 감소시킴으로써 재개된다. 상기 코팅 유체(3f)가 유출 틈(2a)으로 멀어지기 때문에, 정확한 지점에 약간의 변화가 있을 수 있고, 여기에서 코팅 유체(3f)는 상기 기판 표면(1s)에 접촉하게 된다. 유리하게, 상기 로우 표면 에너지 영역(4l)은 상기 기판 표면(1s)에 고정하는 것으로부터 코팅 유체(3f)를 부분적으로 철회할 수 있다. 이것은 코팅 유체(3f)가 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)에 의해 그것이 하이 표면 에너지 영역(4h)에 도달할 때까지 드래그되도록 할 수 있다.
결국, 도 6c에 보여진 것과 같이, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)가 하이 표면 에너지 영역(4h)을 걸쳐 이동하는 동안 전달이 가능하게 된다(T=1). 보여진 것과 같이, 이미 경계(3fd) 이전에 유출하도록 시작된 코팅 유체는 하이 표면 에너지 영역(4h)의 경계(4lh)에서 기판 표면(1s)에 고정하도록 시작할 수 있다. 상기 로우 표면 에너지 영역(4l)의 에지 상에 증착된 어떤 코팅 유체(3f)는 화살표(3r)에 의해 나타낸 것과 같이 여전히 하이 표면 에너지 영역(4h)으로 이동할 수 있다. 이것은 프리-패턴화된 기판이 설계된 하이 표면 에너지 영역(4h)에 대하여 코팅된 레이어의 위치 정확도를 개선하는 것으로 이해할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 트레일링 에지(trailing edge)(3u)의 두께 및 리딩 에지(leading edge)(3cu)가 변화하는 기판(1)의 실시예를 나타낸다. 도 3 내지 도 6에서 설명된 것과 같이, 상기 에지 두께 및 그 결과로 인한 코팅 레이어(3)의 균일성은 다른 코팅 파라미터들에 대한 옵셋들(Xlh 및 Xhl)을 조절함으로써 제어될 수 있다.
도 7a는 에지들(3uc 및 3cu)이 모두 코팅된 레이어(3)의 나머지보다 더 두꺼운 기판(1)의 실시예를 보여준다. 상기 에지(3uc)는, 예를 들어 도 4a 내지 도 4c에서 설명된 것과 같은 프로세스에서 경계(4lh)에 대하여 너무 빨리 전달을 재개하는 것으로부터 초래될 수 있다. 상기 에지(3cu)는, 예를 들어 도 3a 내지 도 3c 또는 도 5a 내지 도 5c에서 설명된 것과 같은 프로세스에서 경계(4hl)에 대하여 너무 늦게 전달을 중단하는 것으로부터 초래될 수 있다.
도 7b는 에지들(3uc 및 3cu)가 코팅된 레이어(3c)의 나머지와 균일한 두께를 갖는 기판(1)의 실시예를 보여준다. 이것은 주어진 코팅의 설정을 위한 옵셋들(Xlh 및 Xhl)에 대하여 요구된 값일 수 있다. 이러한 경우에 옵셋들(Xlh 및 Xhl)에 대하여 요구된 값은 코팅 헤드의 관점(도시하지 않음)으로부터 경계(4lh) 후에 놓인다. 게다가 옵셋들(Xlh 및 Xhl)에 대하여 요구된 값은 코팅 헤드의 관점으로부터 경계(4hl) 후에 놓인다. 이러한 기판(1)은, 예를 들어 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c에서 설명된 제조 프로세서에 해당할 수 있다.
도 7c는 에지들(3uc 및 3cu)이 모두 코팅된 레이어(3c)의 나머지보다 더 얇은 기판(1)의 실시예를 보여준다. 상기 에지(3uc)는, 예를 들어 도 4a 내지 도 4c 또는 도 6a 내지 도 6c에서 설명된 것과 같은 프로세스에서 경계(4lh)에 대하여 너무 늦게 전달을 재개하는 것으로부터 초래될 수 있다. 상기 에지(3cy)는, 예를 들어 도 3a 내지 도 3c 또는 도 5a 내지 도 5c에서 설명된 것과 같은 프로세스에서 경계(4hl)에 대하여 너무 일찍 전달을 중단하는 것으로부터 초대될 수 있다.
일 실시예에서, 주어진 코팅 파라미터들의 설정에 대한 옵셋들(Xlh 및 Xhl)은 상기 전달이 각각 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간의 경계(4lh 및 4hl)에 도달하기 직전 및/또는 직후에 각각 중단 및 재개하도록 변화된다. 주어진 코팅 파라미터들 설정 및 변화하는 옵셋들에 대하여 만들어진 코팅된 영역들(3c)은, 예를 들어 현미경에 의해 점검되고, 최소 에지 불균일성을 갖는 기판에 해당하는 옵셋들(Xlh 및 Xhl)이 선택된다. 옵셋들(Xlh 및 Xhl)에 대한 이러한 설정들과 함께, 최소 에지 불균일 성을 갖는 패턴화된 레이어들로 기판의 배치 생산(batch production)이 생산된다. 이것은 옵셋들(Xlh 및 Xhl)의 하나 또는 모두가 음수 또는 양수, 다시 말해 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간의 경계들 이전 또는 이후가 될 수 있는 것을 알 수 있다. 상기 옵셋들(Xlh 및 Xhl)에 대한 값들은 전달을 중단 및 재개하는 유출 틈에 가까운 과도하거나 또는 부족한 유체 물질 간의 상호관계 때문에 상호 관련될 수는 있지만 반드시 같지는 않다.
따라서, 일 실시예에서, 제1 및/또는 제2 옵셋들(Xlh 및 Xhl)은 코팅된 영역들(3c)의 레이어 두께 변화를 최소화하도록 조절될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 하이 표면 에너지 영역들(4h) 및 로우 표면 에너지 영역들(4l)을 포함하는 기판(1) 상에서 코팅 유체(3f)의 모델을 설명한다.
도 8a는 필름 두께 "FT"를 갖는 코팅 유체(3f)의 유체 레이어를 보여준다. 유체 레이어의 리딩 에지(3cu)는 로우 표면 에너지 영역(4l) 상에, 예를 들어 소수성(hydrophobic) 레이어에 배열된다. 하이 표면 에너지 영역(4h)으로 회수하기 위해, 상기 유체 레이어 에지(3cu)는 소수성 거리(hydrophobic distance) "HD"를 가로지를 수 있다. 상기 유체 레이어 에지(3cu)는 로우 표면 에너지 영역(4l)과 함께 접촉각 "CA"를 갖는다. 이것은 기판 표면(1s)의 더 낮은 표면 에너지가 전형적으로 코팅 유체(3f)의 더 높은 접촉각 "CA"에 해당하는 것을 알 수 있다.
일 실시예에서, 표면 영역은상기 표면 영역 상에 사용된 코팅 유체의 접촉각이 90도의 평면 각(plane angle)보다 더 클 때, 바람직하게는 110 도의 평면 각보다 더 클 때, "로우 표면 에너지 영역"으로서 특성화될 수 있다. 일 실시예에서, 표면 영역은 상기 표면 영역 상에 사용된 코팅 유체의 접촉각이 50도의 평면 각(plane angle)보다 더 작을 때, 바람직하게는 10 도의 평면 각보다 더 작을 때, "하이 표면 에너지 영역"으로서 특성화될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 "로우 표면 에너지 영역" 및 "하이 표면 에너지 영역"은 또한 각각의 접촉각들에서 차이, 예를 들어 바람직하게는 30도의 평면각보다 더 큰 차이, 60도의 평면각보다 더 큰 차이, 가장 바람직하게는 90도의 평면각보다 더 큰 차이의 용어로 정의될 수 있다.
한 측면에서, 상기 기판은 하이 표면 에너지 영역들 및 로우 표면 에너지 영역들의 프리-패턴화된 레이어를 포함하는 프리-패턴화된 레이어를 포함한다. 이것은 마스크를 형성하고, 수성(aqueous) 또는 비-수성(non-aqueous) 액체의 패터닝을 각각 허용하도록 상기 기판 표면을 소수성(hydrophobic) 또는 친유성(oleophobic) 물질로 패터닝함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 소수성 또는 친유성 표면 패턴이 생성될 수 있다. 프리-패턴화된 레이어를 제조하는 것은 예를 들어 미국 특허 출원 2008/0075837에서 설명되었다.
상기 기판은 어떤 적합한 물질, 예를 들어 PEN, PET, PEEK, PI, 또는 PEI을 포함하는 박막(foil) 또는 금속 박막(metal foil), 예를 들어 구리, 스테인리스 스틸, 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 선택적으로 상기 박막 상에 수분 장벽(moisture barrier)이 증착될 수 있다. 상기 프리-패턴화된 레이어가 상기 기판상에, 예를 들어 셀프 어셈들리된 모노레이어(monolayers), 소수성 코팅(hydrophobic coatings), 플라즈마 처리(plasma treatments), 거칠기 처리(roughness treatments), 플렛소 프린터 롤러(flexographic printer roller), 그라비어 코팅(gravure coating), 옵셋 프린팅(offset printing), 스크린 프린팅(screen printing), 플라즈마 증착(plasma deposition) 또는 처리(treatment), 포토리소그래피(photolithography), 마이크로-콘택트 프린팅(micro-contact printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 레이저 또는 다른 에칭 기법에 의한 재료(material)의 균일한 레이어의 선택적 제거, 빛(light) 또는 레이저로 선택적 쓰기, 정전 스프레이(electrostatic spray) 또는 플라즈마 처리에 의해 또는 그것들의 조합들을 사용하여 증착될 수 있다. 예를 들어, 소수성(hydrophobicity)과 결합하여 거칠기를 사용하는 초소수성(superhydrophobic) 패터닝이 상기 코팅 유체의 회수(retraction)를 개선하기 위해 또한 사용될 수 있다. 상기 프리-패터닝을 위해 사용되는 재료(Material)는, 예를 들어 하나 이상의 소수성, 소액성 성분(lyophobic moieties) 및 하나 이상의 접착 성분(adhesive moieties)을 포함하는 화학적 종류를 포함할 수 있다. 예시는 플루오로폴리머(fluoropolymer) 또는 수성 기반 실리콘 이형체(silicone release agents)를 포함할 수 있다. 또한 예시는, 예를 들어 셀프 어셈블리된 모노레이어 및 플라즈마 처리의 수단에 의한 표면 에너지 수정, 예를 들어 CF4 플라즈마 노출에 의한 소수성 플라스틱 필름(hydrophobizing plastic films)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 프리-패턴화된 레이어는 상기 기판의 구성 요소(integral part)이다. 대안적으로 또는 추가적으로 분리된 패턴화된 레이어가 도포될 수 있다. 이것은 상기 유체 동작(fluid behaviour)이 주로 프리-패턴화된 레이어의 노출된 표면에 의해 영향을 받기 때문에 상기 프리-패턴화된 레이어가 매우 얇은 것을 알 수 있다.
상기 코팅 유체는 프리-패터닝에 의존하는 수성 또는 비-수성일수 있다. 상기 코팅 구성 요소는 제조된 장치, 예를 들어 발광(light emitting) 및/또는 광전지 소자(photovoltaic devices)와 같은 광전자 장치(optoelectronic devices)의 사용에 의존하는 특정 성질들, 예를 들어 전도성 또는 광 특성(photonic properties)에 대하여 선택될 수 있다. 상기 코팅 유체가 상기 기판 상에 증착되고 상기 로우 표면 에너지 영역으로부터 회수된 후에, 상기 유체는 건조 또는 경화될 수 있다. 제1 패스(pass)에서 증착된 코팅된 레이어가 건조되면, 예를 들어 도 11a 및 도 11b를 참조하여 아래에서 설명된 것과 같이 추가적인 레이어가 증착될 수 있다.
일 실시예에서, 기판 표면은 다음과 같이 패턴화될 수 있다. 로우 표면 에너지는 질화규소(SiN) 레이어로 마감 처리된 수분 장벽으로 커버된 플라스틱 필름 상에 화학적 증착(chemical vapour deposition)에 의한 퍼플루오로 옥틸 트리클로로 실란(Perfluorooctyltrichlorosilane)과 같은 플루오로 알킬 트리클로(fluorinated alkyl trichlorosilane)의 셀프 어셈블리 모노레이어의 증착에 의해 달성될 수 있다. 그러면 상기 소수성 레이어는 선택적 플라즈마 처리, 예를 들어 마스크를 통한 플라즈마 처리 또는 플라즈마 프린팅에 의해 부분적으로 제거된다. 이러한 기판에 물(water) 기반 PEDOT:PSS 액체 또는 톨루엔(toluene) 기반 발광 폴리머들(light emitting polymers)의 액체와 같은 코팅 유체가 도포된다. 도포되면, 상기 코팅 유체는, 예를 들어 섭씨 25250도 사이의 온도에서 오븐에 의해 건조될 수 있다. 또한 다른 코팅 유체들, 예를 들어 UV 경화성 코팅 유체가 사용될 수 있다.
도 8b는 소수성 거리 "HD" 및 접촉각 "CA"의 성능으로서 기판 표면 상에서 코팅 유체 동작의 다른 영역들의 그래프(801)를 보여준다. 소수성 거리 "HD" 및 접촉각 "CA"의 높은 값에 대하여, 영역 DR이 관찰되고, 여기에서 코팅 유체의 드랍릿(droplet)은, 예를 들어 긴 거리에 걸친 코팅 유체의 빠른 회수(rapid withdrawal)때문에 로우 표면 에너지 영역에 남아있을 수 있다. 소수성 거리 "HD" 및 접촉각 "CA"의 낮은 값에 대하여, 영역 "SF"가 관찰되고, 여기에서 코팅 유체의 액체 필름은 로우 표면 에너지 영역에 남아있을 수 있다. 소수성 거리 "HD" 및 접촉각 "CA"의 중간 값에 대하여, 영역"CD"가 관찰되고, 여기에서 코팅 유체는 로우 표면 에너지 영역을 완전히 건조(dewet)시킬 수 있다. 일 실시예에서, 소수성 거리 "HD"는 완전히 건조하는 "CD"의 영역 내에 떨어지도록 주어진 접촉각 "CA"을 조절될 수 있다. 소수성 거리는, 예를 들어 도 3 내지 도 6에서 설명된 옵셋들(Xlh 및 Xhl)을 설정함으로써 조절될 수 있다.
도 8c는 필름 두께의 로그(logarithm) "log(FT)" 및 접촉각 "CA"의 성능으로서 기판 표면 상에서 코팅 유체 동작의 다른 영역들의 그래프(802)를 보여준다. 필름 두께의 로그 "log(FT)"의 높은 값 및 접촉각 "CA"의 낮은 값에 대하여, 영역 "SF"가 관찰되고, 여기에서 코팅 유체의 액체 필름은 상기 로우 표면 에너지 영역에 남아있을 수 있다. 필름 두께의 로그 "log(FT)"의 낮은 값 및 접촉각 "CA"의 높은 값에 대하여, 영역 DR이 관찰되고, 여기에서 코팅 유체의 드랍릿은 로우 표면 에너지 영역에 남아있을 수 있다. 필름 두께의 로그 "log(FT)" 및 접촉각 "CA"의 중간 값에 대하여, 영역 "CD"가 관찰되고, 여기에서 코팅 유체는 로우 표면 에너지 영역을 완전히 건조시킬 수 있다. 일 실시예에서, 코팅 유체의 필름 두께 "FR"는 완전히 건조하는 "CD"의 영역 내에 떨어지도록 주어진 접촉각 "CA"에 대하여 조절될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 상기 기판에 대하여 코팅 방향(X)으로 움직이는 코팅 헤드(도시하지 않음)와 함께 다른 슬롯-다이 코팅 프로세스를 사용하여 패턴화된 코팅 레이어들을 포함하는 기판들의 투시 사진들(perspective photos)을 보여준다. 보여진 것과 같이 상기 코팅 레이어들은 코팅되지 않은 영역들(3u)에 의해 분리된 코팅된 영역들(3c)을 포함한다. 사진 상에서 어두운 영역들은 상기 코팅 레이어의 불균일성 및/또는 드랍릿 형성을 나타낼 수 있다.
도 9a는 액티브 패터닝(active patterning), 다시 말해 간헐적 코팅 전달 프로세스, 예를 들어 코팅 헤드를 기판으로부터 주기적으로 이동(removing)하고 및/또는 코팅 유체의 유출을 주기적으로 중단하는, 프로세스만을 사용하여 생성된 패턴화된 코팅 레이어를 보여준다. 이러한 프로세스는 스스로 코팅된 영역(3c)의 불균일한 에지들(3uc)을 초래할 수 있고, 이것은 코팅된 영역들(3c)의 에지에서 어두운 영역으로부터 관찰될 수 있다.
도 9b는 예를 들어 코팅 유체를 연속적으로 도포하기 전에 기판 상에 하이 표면 에너지의 영역들 및 로우 표면 에너지의 영역들을 제공하는, 프리-패터닝만을 사용하여 생성된 패턴화된 코팅 레이어를 보여준다. 이러한 프로세스가 스스로 불균일성 및 불규칙한 에지들(3uc 및 3cu)을 초래할 수 있고, 이것은 기판 상에서 코팅된 영역들(3c)의 에지에서 어두운 영역들로부터 관찰될 수 있다. "DR"을 참조하여 나타낸 것과 같이, 코팅 유체의 드랍릿이 남은 것은 코팅되지 않은 영역들(3u)에서 어두운 스팟들(dark spot)에 의해 더 관찰될 수 있다.
도 9c는 여기에 설명될 것과 같이 액티브 패터닝 및 프리-패터닝 모두의 조합을 사용하여 생성된 패턴화된 코팅 레이어를 보여준다. 이러한 기법의 조합은 각각의 다른 기법들과 비교하여 에지 균일성이 개선되는 것이 관찰될 수 있다. "CD"를 참조하여 나타낸 것과 같이, 예를 들어 도 9b와 비교하여 코팅되지 않은 영역들(3c)의 건조(dewetting)가 개선되는 것은 코팅되지 않은 영역들(3u)에서 어두운 스팟들의 부재 또는 감소에 의해 더 관찰될 수 있다. 이것은 도 8b 및 도 8c에서 설명된 파라미터 영역 "CD"에 해당한다.
도 10은 패턴화된 코팅 레이어들을 포함하는 기판의 평면도를 보여준다. 상기 코팅 레이어들은 상기 기판에 대한 코팅 방향(X)으로 이동하는 코팅 헤드(도시하지 않음)와 함께 슬롯-다이 코팅 프로세스들의 다른 조합들을 사용하여 제조된다. 상기 사진들 상에서 어두운 영역들은 코팅 레이어의 불균일성 및/또는 드랍릿 형성을 나타낼 수 있다.
"A" 및 "C"를 참조하여 나타낸 코팅된 레이어들 간의 통로들은 숫자들(2s)을 참조하여 나타낸 대쉬-점선표시된(dash-dotted) 영역들에서 슬릿 방향(Y)으로 쐐기들을 포함하는 슬릿-다이 코팅 헤드로 제조된다. 상기 쐐기들은 슬롯-다이 코팅 헤드의 유출 틈을, 예를 들어 도 2에서 설명된 복수의 슬릿들로 구분한다. "B" 및 "C"를 참조하여 나타낸 영역들은 대쉬-점선표시된 영역들(2s)과 일치하는 로우 표면 에너지 영역들로 프리-패턴화되고, 여기에서 상기 쐐기들은 코팅 유체의 유출을 차단한다.
그러면 "A"를 참조하여 나타낸 상기 통로는 패터닝 없이 쐐기들만으로 제조되고; "B"를 참조하여 나타낸 상기 통로는 쐐기들 없이 프리-패터닝만으로 제조되고; "C"를 참조하여 나타낸 상기 통로는 쐐기들 및 프리-패터닝의 조합을 사용하여 제조된다. 모든 영역들에 대하여, 슬릿 방향(Y)으로 패터닝뿐만 아니라, 코팅 유체의 전달은 코팅 방향(X)으로 간헐적으로 중단된다. 이것은 이차원의 사각형 패턴을 갖는 코팅된 영역들을 만든다. 이것은 쐐기 코팅 및 프리-패터닝의 조합이 상기 코팅된 영역들 간의 경로 상에 더 적은 드랍릿을 남기고, 또한 상기 에지들이 더 잘 결정되는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 통로 "A"에 대하여, 상기 쐐기들이 지나간 후에 에지들(3e)이 다시 유입되는 것을 볼 수 있다. 게다가, 상기 쐐기들이 기판을 걸쳐 지나간 상기 통로들 C는, 예를 들어 경로 B와 비교하여 실제로 드랍릿(3d)이 거의 없다. 그러므로 프리-패터닝 및 쐐기 코팅의 조합은 각각의 기법 모두의 장점을 제공하는 것을 알 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 기판(1) 상에 제공된 다중 패턴화된 코팅 레이어들의 실시예를 나타낸다. 도 11a는 이러한 실시예에 대한 슬롯-다이 코팅 장치(10)의 단면도를 보여준다. 도 11b는 다중 레이어들 3, 13, 23, 33을 갖는 기판(1)을 만드는 실시예를 보여준다.
보여지는 것과 같이, 상기 패턴화된 코팅 레이어는 제1 패턴화된 코팅 레이어(3) 및 상기 제1 패턴화된 코팅 레이어(13)에 도포된 제2 패턴화된 코팅 레이어(13)를 형성한다. 유리하게; 상기 제2 패턴화된 코팅 레이어(13)의 코팅 유체(13f)는 상기 기판 표면(1s)의 코팅되지 않은 영역들(3u) 상에서보다 상기 제1 패턴화된 코팅 레이어(3)의 코팅된 영역들(3c) 상에서 더 낮은 접촉각을 갖는다. 상기 코팅 유체(13f)는, 예를 들어 밸브(13v)를 통해 제2 코팅 유체 공급기(13s)로부터 제공될 수 있고, 이것은 상기 제1 코팅 유체 공급기 및 밸브와 같은 코팅 헤드(2) 또는 분리된 코팅 헤드와 연결될 수 있다. 이러한 방법에서 제1 코팅 레이어의 증착에 대하여 유사한 효과가 달성될 수 있다. 유리하게, 상기 제2 패턴화된 코팅 레이어(13) 및 상기 제1 패턴화된 코팅 레이어(3) 간의 정렬은 개선될 수 있다.
일 실시예는 패턴화된 코팅 레이어들을 제조하는 것을 반복하는 단계를 포함하고, 이전에 코팅된 레이어의 상위에 각각의 다음 코팅 레이어는 패턴화된 다중 레이어 스택(patterned multi layer stack)을 생성하기 위한 것이다. 도 11b에 보여진 것과 같이, 이러한 프로세스는 복수의 코팅 레이어들(3, 13, 23, 33)을 생성하기 위해 반복될 수 있고, 여기에서 각각의 다음 코팅 레이어의 코팅 유체는 상기 기판 표면(1s)의 코팅되지 않은 영역들(3u)에서보다 이전의 코팅된 레이어 상에서 더 낮은 접촉각을 갖는다. 유리하게, 상기 슬롯-다이 코팅 방법은 다중 레이어 스택(multi layer stacks)의 패턴화된 어레이 제조, 예를 들어 태양 전지 어레이를 형성하는 것을 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 태양 전지 또는 발광 소자가 형성되고, 여기에서 참조 번호(3)은 수분 장벽 레이어(moisture barrier layer)를 나타내고, 참조 번호(13)은 애노드 레이어(anode layer)를 나타내고, 참조 번호(23)은 포토-액티브 레이어(photo-active layer) 또는 발광 레이어(light-emitting layer)를 나타내고, 이것은 또한 다중 레이어들을 포함할 수 있고, 참조 번호(33)는 캐소드 레이어(cathode layer)를 나타낸다. 일 실시예에서, 보여진 것과 같이, 실링 레이어(sealing layer)(40), 예를 들어 수분 장벽이 상기 패턴화된 다중 레이어 스택(3, 13, 23, 33)을 커버하기 위해 더 도포될 수 있고, 또한 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)을 커버하기 위해 선택적으로 확장될 수 있다. 상기 실링 레이어는, 예를 들어 물에 민감한 유기 레이어들(water-sensitive organic layers)의, 예를 들어 유기 발광 또는 광발전 레이어들(photo-voltaic layers)의 열화(deterioration)를 방지하는 기능을 할 수 있다.
도 12는 상기 슬롯 다이 코팅 방법 및 장치(10)의 또 다른 실시예를 보여준다. 상기 장치(10)는 기판(1)을 수송하기 위한 수송기(transporter)를 포함한다. 보여진 실시예에서, 상기 수송기는 드럼(drum)(11) 둘레에 부분적으로 감겨진 가요성 기판(1)을 다루기(handling) 위한 롤(roll) 또는 드럼(11)을 포함한다. 상기 드럼(11)은 웹 방향(web direction)(W)으로 상기 기판(1)이 움직이도록 회전한다. 이것은 코팅 방향(X)으로의 상기 기판(1)에 대하여 슬롯-다이 코팅 헤드(2)의 상대적 모션(relative motion)에 해당한다.
일 실시예에서, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)는 상기 유출 틈(2a)으로부터 중력 방향(G)에 대하여 60에서 120도의 평면각을 갖는 각θ를 갖는 유출 방향(3x)으로 유출을 제공하기 위한 각에서 기울어진다. 다시 말해, 상기 코팅 유체는 수평 방향을 가로질러 흐를 수 있다. 상기 기판(1)은 상기 유출 틈(2a)의 앞에서, 실질적으로 상기 유출 방향(3x)에 수직으로 이동될 수 있다. 코팅 유체가 수평 방향을 가로질러 흐르고, 코팅 헤드 또는 기판이 보여진 것과 같이 중력 방향으로 유출 틈 아래에 있지 않는 것은, 어떤 제어되지 않은 과도한 코팅 잉크/유체가 코팅 헤드 또는 유출 틈으로부터 떨어질 경우, 이러한 과도한 코팅 잉크/유체는 아래방향, 다시 말해 기판 또는 코팅 헤드 상이 아닌 방향으로 떨어지는 장점을 가질 수 있다. 이것은 이러한 배열이 코팅 공급기가 정기적으로 중단되는 제안된 방법 및 시스템에서 특히 유리할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
선택적으로 과도한 코팅 잉크/유체를 빨아들이기 위한 흡입기(8)가 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 유출 틈(2a)에 인접하여 틈을 갖는 흡입기 또는 진공 챔버(vacuum chamber)(8)는 상기 움직이는 기판(1)의 웹 방향(W)과 비교하여 상기 유출의 메니스커스(meniscus)를 뒤로 당기는 기능을 가질 수 있다. 이것은 상기 유출의 메니스커스를 웹 방향(W)로 당겨 빠르게 움직이는 기판을 보상할 수 있다. 기판의 움직임에 대하여 유출 틈(2a)의 반대 편 상에서 흡입을 제공하는 것은 더 빠른 상대적 움직임을 허용, 예를 들어 상기 코팅 레이어 아래에 공기 방울이 갇히게 되는 것을 방지할 수 있다.
또 다른 또는 추가의 실시예에서, 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)는 상기 유출 틈(2a)으로부터 중력 방향(G)에 대하여 90도 평면각보다 더 큰 각θ를 갖는 유출 방향(3x)으로 유출을 제공하기 위한 각에서 기울어질 수 있다. 다시 말해, 상기 유출 방향(3x)은 위쪽으로 기울어진다. 유출 방향(3x)이 위쪽을 향하는 것은, 상기 유체 공급기에 갇혀있고 상기 코팅 유체보다 더 가벼운 공기 방울들이 위로 이동함으로써 상기 유출 틈으로부터 배출될 수 있는 장점을 가질 수 있다. 이것은 특히 상기 유체 공급기가 제안된 방법 및 시스템에 따라 간헐적으로 중단될 때 유용할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
반면에 기판 상에 코팅 레이어를 제공하기 위한 예시적인 실시예들이 보여지고, 또한 대안적인 방법들이 유사한 기능 및 결과를 달성하기위한 본 발명의 이점을 갖는 당업자에 의해 예측될 수 있다. 논의되고 도시 된 바와 같이, 실시 예들의 다양한 요소들은 균일한 코팅 레이어를 제공하는 것과 같은 특정 장점을 제공한다 물론, 상기 실시 예 또는 프로세스 중 어느 하나는 설계 및 장점을 찾아 매칭하여 더 좋은 개선들을 제공하기 위해 하나 이상의 다른 실시예들 또는 프로세스들, 예를 들어 슬롯 다이 코팅, 간헐적 코팅, 쐐기 코팅 및/또는 프리-패터닝 기판과 조합될 수 있는 것으로 인식된다. 또한 본 발명은 태양 전지 어레이의 제조에 특히 장점이 있음을 알 수있고, 일반적으로 기판 또는 웹 상에 균일한 패턴화된 레이어들의 대량 생산의 어떠한 어플리케이션에 대하여 도포될 수 있다
마지막으로, 상기의 설명은 제안된 시스템의 단지 예시적인 것으로 의도되고, 임의의 특정 실시 예 또는 실시 예들의 그룹은 첨부 된 청구 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서, 제안된 시스템은 특정 실시 예를 참조하여 특히 상세하게 설명 하였지만, 이것은 또한 다양한 수정 및 대안적인 실시예들이 이하의 청구 범위에 기재된 시스템 및 방법의 범위를 내에서 당업자에 의해 고안될 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 예시적인 방법으로 간주되어야 하고, 첨부 된 청구항의 범위를 제한하는 것은 아니다.
청구항에서 단어 "포함하는(comprising)"은 다른 요소들 또는 단계를 배제하지 않고, 부정 관사 "a" 또는 "an" 은 복수를 배제하지 않는다. 단일 요소 또는 다른 단위(unit)는 청구 범위에 기재된 여러 항목의 기능을 수행 할 수있다 특정 방법들(measures)이 서로 다른 청구항들에 기재되어 있다는 사실은 이들 방법들(measures)의 결합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구항의 모든 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (15)
- 기판(1) 상에 패턴화된 코팅 레이어(patterned coating layer)(3)를 제조하기 위한 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 방법에 있어서,
기판 표면(1s)을 포함하는 상기 기판(1)을 제공하는 단계;
유출 틈(outflow opening)(2a) - 상기 유출 틈(2a)은, 사용에 있어서, 코팅 유체(3f)를 그로부터 흐르게함 -을 포함하는 슬롯-다이 코팅 헤드(slot-die coating head)(2)를 제공하는 단계 - 상기 유출 틈(2a)은 슬릿을 형성하고, 상기 슬릿은, 사용에 있어서, 상기 기판 표면(1s)에 걸친 슬릿 방향(Y)으로 배열됨 -;
상기 슬릿 방향(Y)을 가로지르는 코팅 방향(X)을 따라 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 상대적인 움직임을 제어하는 단계;
간헐적 전달(intermittent transfer)(T)에 의해 코팅되지 않은 영역들(3u)에 의해 분리되는 상기 기판 표면 상의 코팅 영역들(3c)을 제공하기 위해 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 상기 기판 표면(1s)으로의 상기 코팅 유체(3f)의 상기 간헐적 전달(T)을 제어하는 단계;
- 상기 기판 표면(1s)은 하이(high) 표면 에너지 영역들(4h) 및 로우(low) 표면 에너지 영역들(4l)의 프리 패턴화된 레이어(4)를 포함하고; 상기 기판 표면(1s) 상의 코팅 유체(3f)의 접촉각(contact angle)은 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)보다 상기 하이 표면 에너지 영역들(4h)에서 더 작고; 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간에 경계들(4hl, 4lh)은 상기 슬릿 방향(Y)을 따라 배열됨 -; 및
상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간에 경계들(4hl, 4lh)에 걸친 유출 틈(2a)의 통로와 상기 간헐적 전달(T)을 동기화하는 단계 - 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 하이 표면 에너지 영역들(4h)을 통과할 때 가능하게(enabled) 되고(T=1), 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 로우 표면 에너지 영역들(4l)을 통과할 때 불능하게(disabled) 됨(T=0) -
를 포함하는 슬롯-다이 코팅 방법. - 제1항에 있어서,
상기 간헐적 전달(T)을 동기화 하는 단계는,
상기 전달이 중단(interrupt)되는(T=1→0) 상기 코팅 방향(X)을 따라 상기 기판 표면(1s)에 걸친 상기 유출 틈(2a)의 위치 및 하이 표면 에너지 영역들(4h)으로부터 로우 표면 에너지 영역들(4l)으로의 경계(4hl) 간에 제1 옵셋(offset)(Xhl)을 설정하는 단계; 및/또는
상기 전달이 재개되는(T=0→1) 상기 코팅 방향(X)을 따라 상기 기판 표면(1s)에 걸친 상기 유출 틈(2a)의 위치 및 로우 표면 에너지 영역들(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역들(4h)으로의 경계(4hl) 간에 제1 옵셋(Xlh)을 설정하는 단계
를 포함하는 슬롯-다이 코팅 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및/또는 제2 옵셋들(Xlh,Xhl)은 상기 코팅된 영역들(3c)의 레이어 두께 변화를 최소화하기 위해 조절되는
슬롯-다이 코팅 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 로우 표면 에너지 영역들(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역들(4h)으로의 경계(4lh)을 통과하기 직전 또는 직후에 재개되도록(T=0→1) 설정되는
슬롯-다이 코팅 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 하이 표면 에너지 영역들(4h)으로부터 로우 표면 에너지 영역들(4l)으로의 경계(4hl)를 통과하기 직전 또는 직후에 중단되도록(T=1→0) 설정되는
슬롯-다이 코팅 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 상기 기판 표면(1s)으로 상기 코팅 유체(3f)의 간헐적 전달(T)을 제어하는 단계는,
상기 전달을 중단하도록(T=1→0) 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간에 거리(Z)를 증가시키는 단계; 및
상기 전달을 재개하도록(T=0→1) 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간에 거리(Z)를 감소시키는 단계
를 포함하는 슬롯-다이 코팅 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)는 중력 방향(G)에 대하여 90도의 평면각보다 더 큰 각(θ)을 갖는 유출 방향(3x)으로 상기 유출 틈(2a)로부터 유출을 제공하기 위한 각에서 기울어지는(tilted)
슬롯-다이 코팅 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리 패턴화된 레이어(4)는 상기 코팅 방향(X)을 따르는 하이 표면 에너지 영역들(4h)과 병렬 경계들(4s)을 갖는 로우 표면 에너지 영역들(4l)을 포함하고;
하나 이상의 쐐기(shim)들(2s)이 상기 유출 틈(2a)을 복수의 슬릿들(2as)로 분할하는 상기 유출 틈(2a)에 배치되고;
상기 하나 이상의 쐐기들(2s)은 상기 코팅 방향(X)을 따르는 하이 표면 에너지 영역들(4h)과 병렬 경계들(4s)을 갖는 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)에서 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 상기 기판 표면(1s)으로의 상기 코팅 유체(3f)의 전달(T)를 차단하기 위한 상기 병렬 경계들(4s)과 함께 정렬되는
슬롯-다이 코팅 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패턴화된 코팅 레이어는 제1 패턴화된 코팅 레이어(3) 및 상기 제1 패턴화된 코팅 레이어(3)에 도포(apply)된 제2 패턴화된 코팅 레이어(13)를 형성하고; 상기 제2 패턴된 코팅 레이어(13)의 코팅 유체(13f)는 상기 기판 표면(1s)의 코팅되지 않은 영역들(3u)상에서보다 상기 제1 패턴화된 코팅 레이어(3)의 코팅된 영역들(3c)상에서 더 작은 접촉각을 갖는
슬롯-다이 코팅 방법. - 제8항에 따른 슬롯-다이 코팅 방법을 사용하는 단계; 및
패턴화된 코팅 레이어들의 제조를 반복하는 단계
를 포함하고,
솔라 셀 어레이를 형성하는 패턴화된 멀티 레이어 스택(multi layer stack)을 생산하기 위해 각 다음 코팅 레이어(23)는 이전에 코팅된 레이어의 상단에 있고, 각 다음 코팅 레이어(23)의 코팅 유체(23f)는 상기 기판 표면(1s)의 코팅되지 않은 영역들(3u) 상에서보다 상기 이전에 코팅된 레이어(13) 상에서 더 낮은 접촉각을 갖는
솔라 셀 어레이를 생산하는 방법. - 기판(1) 상에 패턴화된 코팅 레이어(patterned coating layer)(3)를 제조하기 위한 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 장치에 있어서,
기판 표면(1s)을 포함하는 상기 기판(1)을 제공하기 위해 배치된 기판 캐리어(6);
유출 틈(2a) 상기 유출 틈(2a)은, 사용에 있어서, 코팅 유체(3f)를 그로부터 흐르게함 을 포함하는 슬롯다이 코팅 헤드(2) 상기 유출 틈(2a)은 슬릿을 형성하고, 상기 슬릿은, 사용에 있어서, 상기 기판 표면(1s)에 걸친 슬릿 방향(Y)으로 배열됨 ; 및
상기 슬릿 방향(Y)을 가로지르는 코팅 방향(X)을 따라 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간의 상대적인 움직임을 제어하기 위해 배치된 제어기(5);
상기 제어기(5)는 간헐적 전달(intermittent transfer)(T)에 의해 코팅되지 않은 영역들(3u)에 의해 분리되는 상기 기판 표면 상의 코팅 영역들(3c)을 제공하기 위해 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 상기 기판 표면(1s)으로의 상기 코팅 유체(3f)의 상기 간헐적 전달(T)을 제어하기 위해 더 배치되고;
-사용에 있어서, 상기 기판 표면(1s)은 하이 표면 에너지 영역들(4h) 및 로우 표면 에너지 영역들(4l)의 프리 패턴화된 레이어(4)를 포함하고; 상기 기판 표면(1s) 상의 코팅 유체(3f)의 접촉각(contact angle)은 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)보다 상기 하이 표면 에너지 영역들(4h)에서 더 작고; 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간에 경계들(4hl, 4lh)은 상기 슬릿 방향(Y)을 따라 배열됨 -; 및
상기 유출 틈(2a)에 대한 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간의 경계들(4hl, 4lh)을 결정하기 위해 배치된 동기화기(7) 상기 동기화기(7)는 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간에 경계들(4hl, 4lh)에 걸친 유출 틈(2a)의 통로와 간헐적 전달(T)을 동기화하기 위해 상기 제어기(5)에 동작적으로 연결되고, 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 하이 표면 에너지 영역들(4h)을 통과할 때 가능하게 되고(T=1), 상기 전달은 상기 유출 틈(2a)이 로우 표면 에너지 영역들(4l)을 통과할 때 불능하게(disabled) 됨(T=0) -
를 포함하는 슬롯-다이 코팅 장치. - 제11항에 있어서,
상기 간헐적 전달(T)을 동기화 하는 단계는,
상기 전달이 중단(interrupt)되는(T=1→0) 상기 코팅 방향(X)을 따라 상기 기판 표면(1s)에 걸친 상기 유출 틈(2a)의 위치 및 하이 표면 에너지 영역들(4h)으로부터 로우 표면 에너지 영역들(4l)으로의 경계(4hl) 간에 제1 옵셋(Xhl)을 설정하는 단계; 및/또는
상기 전달이 재개되는(T=0→1) 상기 코팅 방향(X)을 따라 상기 기판 표면(1s)에 걸친 상기 유출 틈(2a)의 위치 및 로우 표면 에너지 영역들(4l)으로부터 하이 표면 에너지 영역들(4h)으로의 경계(4hl) 간에 제1 옵셋(Xlh)을 설정하는 단계
를 포함하는 슬롯-다이 코팅 장치. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 장치는 모터를 포함하고, 상기 제어기(5)는 상기 모터가
상기 전달을 중단하도록(T=1→0) 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간에 거리(Z)를 증가시키고; 및
상기 전달을 재개하도록(T=0→1) 상기 유출 틈(2a) 및 상기 기판 표면(1s) 간에 거리(Z)를 감소시키도록 제어하기 위해 배치되는
슬롯-다이 코팅 장치. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
하나 이상의 쐐기들(2s)이 상기 유출 틈(2a)을 복수의 슬릿들(2as)로 분할하는 상기 유출 틈(2a)에 배치되고;
사용되는 상기 하나 이상의 쐐기들(2s)은 상기 코팅 방향(X)을 따르는 하이 표면 에너지 영역들(4h)과 병렬 경계들(4s)을 갖는 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)에서 상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 상기 기판 표면(1s)으로의 상기 코팅 유체(3f)의 전달(T)를 차단하기 위한 상기 병렬 경계들(4s)과 함께 배치되는
슬롯-다이 코팅 장치. - 슬롯-다이 코팅 헤드(2)로부터 기판 표면(1s)으로의 코팅 유체(3f)의 간헐적 전달에 의해 획득 가능한 패턴화된 코팅 레이어(3)를 포함하고;
상기 슬롯-다이 코팅 헤드(2)는 유출 틈(2a) - 상기 유출 틈(2a)은, 사용에 있어서, 코팅 유체(3f)를 그로부터 흐르게함 -을 포함하고, 상기 유출 틈(2a)은 슬릿을 형성하고, 상기 슬릿은, 사용에 있어서, 상기 기판 표면(1s)에 걸친 슬릿 방향(Y)으로 배열되고;
상기 기판 표면(1s)은 하이 표면 에너지 영역들(4h) 및 로우 표면 에너지 영역들(4l)의 프리 패턴화된 레이어(4)를 포함하고; 상기 기판 표면(1s) 상에 코팅 유체(3f)의 접촉각(contact angle)은 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)보다 상기 하이 표면 에너지 영역들(4h)에서 더 작고; 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l) 및 하이 표면 에너지 영역들(4h) 간에 경계들(4hl, 4lh)은 상기 슬릿 방향(Y)을 따라 배열되고;
패턴화된 코팅 레이어(3)의 코팅된 영역들(3c)은 상기 하이 표면 에너지 영역들(4h)을 커버하고; 및
상기 패턴화된 코팅 레이어(3)의 코팅되지 않은 영역들(3c)은 상기 코팅된 영역들(3c)을 분리하는 상기 로우 표면 에너지 영역들(4l)에서 형성되는
기판(1).
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