KR20200079378A - 잉크젯 프린팅 장치, 잉크 분사 방법 및 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

잉크젯 프린팅 장치, 잉크 분사 방법 및 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린팅 장치, 입자 분사 방법 및 표시 장치의 제조 방법이 제공된다. 잉크젯 프린팅 장치는 적어도 하나의 입자를 포함하는 잉크가 저장되는 잉크 저장소, 상기 잉크 저장소로부터 상기 잉크가 전달되고, 대상 기판에 상기 잉크를 분사하는 잉크젯 헤드 유닛 및 상기 잉크 저장소를 회전하는 구동부를 포함한다.

Description

잉크젯 프린팅 장치, 잉크 분사 방법 및 표시 장치의 제조 방법{Ink-jet printing apparatus, method of spraying ink and method of fabricating display device}
본 발명은 잉크젯 프린팅 장치, 잉크 분사 방법 및 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 침전이 일어날 수 있는 프린팅 대상 물질을 수회 공정을 반복하여도 균일한 품질로 프린팅할 수 있는 잉크젯 프린팅 장치, 잉크 분사 방법 및 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 유기발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD) 등과 같은 여러 종류의 표시 장치가 사용되고 있다.
표시 장치의 화상을 표시하는 장치로서 유기 발광 표시 패널이나 액정 표시 패널과 같은 표시 패널을 포함한다. 그 중, 발광 표시 패널로써, 발광 소자를 포함할 수 있는데, 예를 들어 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 경우, 유기물을 형광 물질로 이용하는 유기 발광 다이오드(OLED), 무기물을 형광물질로 이용하는 무기 발광 다이오드 등이 있다.
형광물질로 무기물 반도체를 이용하는 무기 발광 다이오드는 고온의 환경에서도 내구성을 가지며, 유기 발광 다이오드에 비해 청색 광의 효율이 높은 장점이 있다. 또한, 기존의 무기 발광 다이오드 소자의 한계로 지적되었던 제조 공정에 있어서도, 유전영동(Dielectrophoresis, DEP)법을 이용한 전사방법이 개발되었다. 이에 유기 발광 다이오드에 비해 내구성 및 효율이 우수한 무기 발광 다이오드에 대한 연구가 지속되고 있다.
한편, 유전영동법을 이용하여 무기 발광 다이오드 소자를 전사하거나 표시 장치에 포함되는 유기물층을 형성하기 위해, 잉크젯 프린팅 장치가 이용될 수 있다. 임의의 잉크나 용액을 잉크젯으로 프린팅한 뒤, 후처리 공정을 수행하여 상기 무기 발광 다이오드 소자를 전사하거나 유기물층을 형성할 수도 있다. 잉크젯 프린팅 장치는 소정의 잉크나 용액이 잉크젯 헤드로 공급되고, 잉크젯 헤드는 소정의 기판 상에 상기 잉크나 용액을 분사하는 공정을 수행할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정 시간에 따라 입자의 침전에 의해 분사되는 잉크 내 입자 분산도가 낮아지는 것을 방지할 수 있는 잉크젯 프린팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 제조 공정을 수회 반복하여도 분사된 잉크의 품질이 유지되는 입자 분사 방법 및 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치는 적어도 하나의 입자를 포함하는 잉크가 저장되는 잉크 저장소, 상기 잉크 저장소로부터 상기 잉크가 전달되고, 대상 기판에 상기 잉크를 분사하는 잉크젯 헤드 유닛 및 상기 잉크 저장소를 회전하는 구동부를 포함한다.
상기 구동부는 상기 잉크 저장소의 상기 잉크가 받는 중력 방향에 대해 수직하거나 예각으로 기울어진 기준 평면 상에 놓이는 구동축을 회전축으로 하여 상기 잉크 저장소를 회전할 수 있다.
상기 잉크 저장소는 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하고, 상기 기준 평면은 상기 일면과 상기 타면으로부터 등거리에 위치할 수 있다.
상기 잉크 저장소는 상기 일면에 배치된 제1 배출구 및 상기 타면에 배치된 제2 배출구를 포함할 수 있다.
제1 배관 및 제2 배관을 더 포함하되, 상기 제1 배출구는 상기 제1 배관을 통해 상기 잉크젯 헤드 유닛과 연결되고, 상기 제2 배출구는 상기 제2 배관을 통해 상기 잉크젯 헤드 유닛과 연결될 수 있다.
상기 제1 배출구 및 상기 제2 배출구 중 적어도 어느 하나는 상기 잉크의 상기 잉크젯 헤드 유닛으로의 이동을 차단할 수 있다.
상기 제1 배관 및 상기 제2 배관과 연결되는 밸브 및 상기 밸브와 상기 잉크젯 헤드 유닛과 연결되는 제3 배관을 더 포함하고, 상기 밸브는 상기 제1 배관, 상기 제2 배관 및 상기 제3 배관 중 적어도 어느 하나는 연결을 차단할 수 있다.
상기 잉크 저장소에 저장된 상기 잉크 내 상기 입자의 분산도를 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
상기 잉크 저장소 내에서 상기 잉크가 받는 중력 방향을 따라 감지영역이 정의되고, 상기 센서부는 상기 감지영역 내에서 상기 입자의 분산도를 측정할 수 있다.
상기 잉크젯 헤드 유닛은 헤드 베이스부 및 상기 입자를 포함하는 상기 잉크를 분사하는 복수의 노즐을 포함하는 잉크젯 헤드를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 입자 분사 방법은, 복수의 입자가 분산된 잉크를 잉크 저장소에 준비하고, 상기 잉크 저장소 내에서 상기 입자의 제1 분산도를 측정하는 단계, 대상 기판 상에 상기 잉크를 분사하며 상기 잉크 저장소 내에서 침전된 상기 입자의 제2 분산도를 측정하는 단계 및 상기 측정된 제1 분산도와 상기 제2 분산도의 비율을 계산하여 상기 비율이 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크 저장소를 회전시키는 단계를 포함한다.
상기 잉크 저장소의 상기 잉크가 받는 중력 방향에 대해 수직하거나 예각으로 기울어진 기준 평면 상에 놓이는 구동축을 회전축으로 하여 회전할 수 있다.
상기 잉크 저장소는 적어도 하나의 배출구를 포함하고, 상기 배출구는 상기 잉크 저장소의 일 면에 배치되는 제1 배출구 및 상기 일 면과 대향하는 타 면에 배치되는 제2 배출구를 포함할 수 있다.
상기 잉크는 상기 입자가 상기 제1 분산도를 갖는 시점에서 상기 제1 배출구를 통해 분사되고, 상기 잉크 저장소가 회전된 이후 상기 제2 배출구를 통해 분사될 수 있다.
상기 입자는 쌍극자를 갖는 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 대상 기판 상에 상기 잉크를 분사한 뒤, 상기 대상 기판 상에 전계를 형성하고 상기 전계에 의해 상기 입자의 배향 방향이 정렬되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은, 제 1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판과 잉크 저장소에 발광 소자를 포함하는 잉크를 준비하는 단계, 상기 대상 기판 상에 상기 잉크를 분사하며, 상기 잉크 저장소 내에서 침전되는 상기 발광 소자의 분산도를 측정하는 단계 및 상기 발광 소자가 침전됨에 따라 상기 분산도가 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크 저장소를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 잉크 저장소는 상기 잉크가 받는 중력 방향에 대해 수직하거나 예각으로 기울어진 기준 평면 상에 놓이는 구동축을 회전축으로 하여 회전되고, 상기 회전된 잉크 저장소 내에서 상기 침전된 발광 소자는 상기 잉크 내에 분산될 수 있다.
상기 발광 소자의 분산도를 측정한 후, 상기 분산도가 상기 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크의 분사를 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 잉크를 분사한 후, 상기 대상 기판 상에 전계를 형성하고 상기 전계에 의해 상기 발광 소자의 배향 방향이 정렬되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 발광 소자가 랜딩되는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치는, 공정을 수회 반복하여도 잉크 저장소 내의 입자 분산도를 유지할 수 있다. 또한, 잉크젯 프린팅 장치를 이용하여 대상 기판 상에 잉크를 분사할 때, 균일한 품질을 갖는 잉크를 분사하여 제조된 표시 장치의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 잉크젯 프린팅 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 유닛의 부분적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 일 시점에서의 단면도이다.
도 6은 도 5에서 잉크가 토출되는 것을 확대한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 구동 상태에 따른 개략적인 사시도들이다.
도 9는 도 8의 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 잉크 분사 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11 내지 도 14는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 잉크 분사 방법을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 사시도이다.
도 16은 도 15의 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 단면도이다.
도 17 내지 도 19는 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 공정 단계에 따른 구조를 나타내는 개략도들이다.
도 20은 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 사시도이다.
도 21 및 도 22은 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 쌍극자 정렬 공정을 나타내는 개략도이다.
도 23은 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 24는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 25는 일 실시예에 따른 방법으로 제조된 표시 장치의 평면도이다.
도 26은 도 25의 I-I'선을 따라 자른 표시 장치의 부분 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 사시도이다. 도 2는 도 1의 잉크젯 프린팅 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도면에서 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)이 정의되어 있다. 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)은 일 평면 상에 위치하며 서로 직교하는 방향이고, 제3 방향(D3)은 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)에 각각 수직한 방향이다.
한편, 도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 구성을 설명하기 위한 예시적인 도면이며, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 구조 및 배치가 도 1 및 도 2에 제한되는 것은 아니다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 더 많은 부재들은 포함할 수 있고, 도 1 및 도 2와 다른 구조를 가질 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 저장소(600), 잉크 탱크(700), 압력 제어부(800) 및 잉크젯 헤드 유닛(900)을 포함할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 복수의 배관(LT)들을 포함하며, 잉크 탱크(700), 압력 제어부(800) 및 잉크젯 헤드 유닛(900)은 각각 적어도 하나의 배관(LT)을 통해 잉크 저장소(600)와 연결될 수 있다. 잉크 탱크(700)로부터 잉크 저장소(600)에 공급되는 잉크(30)는 잉크젯 헤드 유닛(900)을 통해 대상 기판 상에 분사 또는 토출될 수 있다.
잉크 탱크(700)는 제조된 잉크(30)를 저장하고, 이를 잉크 저장소(600)에 공급하는 역할을 할 수 있다. 잉크 탱크(700)의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 도면에서는 원기둥의 형상을 갖는 경우를 도시하였다. 일 예로, 잉크 탱크(700)는 잉크 카트리지, 잉크 용기(vessel) 등일 수도 있다. 도면에서는 도시하지 않았으나, 잉크 탱크(700)는 잉크 저장소(600)로 잉크(30)를 공급하는 압력을 전달할 수 있는 공압형성장치를 더 포함할 수도 있다.
한편, 일 실시예에서, 잉크(30)는 용매(35)와 용매(35) 내에 포함된 복수의 입자(31)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 잉크(30)는 용액 또는 콜로이드(colloide) 상태로 제공될 수 있다. 예컨대, 용매(35)는 아세톤, 물, 알코올, 톨루엔, 프로필렌글리콜(Propylene glycol, PG) 또는 프로필렌글리콜메틸아세테이트(Propylene glycol methyl acetate, PGMA) 등일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 복수의 입자(31)는 용매(35) 내에 분산된 상태로 포함되어 잉크 저장소(600)에 공급되고, 최종적으로 잉크젯 헤드 유닛(900)을 통해 잉크젯 프린팅 장치(1000)에서 분사 또는 토출될 수 있다.
다만, 경우에 따라서 입자(31)는 초기의 분산상태를 일정 시간 유지한 뒤에 용매(35) 내에서 침전 또는 침강될 수 있다. 도 2에서는 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 초기 시점(제1 시점, t=t1)일 때의 상태를 도시한 것이며, 일정 시간이 경과한 후에는 잉크(30) 내의 입자(31)는 침전에 의해 단위 부피당 분산도가 달라질 수 있다. 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 저장소(600)가 수행하는 동작에 의해 침전 또는 침강된 입자(31)를 다시 분산시킬 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
압력 제어부(800)는 잉크 저장소(600)에 공급된 잉크(30)에 압력(P)을 전달할 수 있다. 잉크(30)는 압력 제어부(800)로부터 압력(P)을 전달 받고, 잉크젯 헤드 유닛(900)을 통해 흐르지 않고 일정 압력을 가지고 분사 또는 토출될 수 있다. 압력 제어부(800)의 형상 및 종류는 제한되지 않는다. 일 예로, 압력 제어부(800)는 메니스커스 압력 제어기(Meniscus pressur controller)일 수 있고, 압력 제어부(800)에서 잉크 저장소(600)로 전달되는 상기 압력(P)은 음압일 수 있다.
잉크 저장소(600)는 잉크 탱크(700)로부터 잉크(30)를 공급받아 이를 잉크젯 헤드 유닛(900)으로 전달하는 역할을 할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 탱크(700)에서 잉크젯 헤드 유닛(900)으로 잉크(30)를 직접 공급하지 않고 잉크 저장소(600)를 통해 잉크(30)를 잉크젯 헤드 유닛(900)으로 전달할 수 있다. 이에 따라 후술할 바와 같이 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 저장소(600)를 통해 공급된 잉크(30)의 품질을 조절할 수 있다.
잉크 저장소(600)는 잉크(30)를 저장 또는 수용할 수 있는 하우징(610)을 포함하고, 하우징(610)은 일 면 상에 형성되어 적어도 하나의 배관(LT)과 연결될 수 있는 복수의 배출구(IE), 센서부(670, 680) 및 구동부(690)를 포함할 수 있다.
하우징(610)은 잉크 탱크(700)로부터 공급된 잉크(30)를 임시적으로 저장 또는 수용할 수 있다. 하우징(610)의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 도면에서는 예시적으로 하우징(610)이 각 변이 일 방향으로 연장된 육면체의 형상을 갖는 것을 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 하우징(610)은 잉크(30)를 저장하거나 수용할 수 있도록 소정의 공간을 형성하는 형상, 예컨대 원기둥이나 구형 등의 형상을 가질 수 있다. 또한, 하우징(610)은 후술하는 압력 제어부(800)로부터 전달되는 압력에 그 형상이 변하지 않는 재질로 이루어질 수 있으나 특별히 제한되지 않는다.
복수의 배출구(IE)는 하우징(610)의 적어도 일 면에 형성되어 적어도 하나의 배관(LT)과 연결될 수 있다. 배출구(IE)는 연결된 배관(LT)을 통해 잉크(30)를 공급 또는 전달할 수 있고, 소정의 압력(P)을 하우징(610) 내부에 전달할 수도 있다. 복수의 배출구(IE)는 제1 내지 제6 배출구(IE1, IE2, IE3, IE4, IE5, IE6)을 포함하며, 도면에서는 하우징(610)의 제3 방향(D3)의 양 면, 즉 상부면과 하부면에 각각 3개의 배출구(IE)가 형성된 것을 도시하고 있다. 잉크 저장소(600)의 제1 면(A1)인 상면에는 제1 배출구(IE1), 제3 배출구(IE3) 및 제6 배출구(IE6)가 위치하고, 제2 면(A2)인 하면에는 제2 배출구(IE2), 제4 배출구(IE4) 및 제5 배출구(IE5)가 위치할 수 있다. 다만, 배출구(IE)의 수와 배치는 이에 제한되지 않는다. 배출구(IE)의 수는 더 많거나 적을 수 있고 경우에 따라서, 배출구(IE)들 중 적어도 일부는 하우징(610)의 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)의 측면에 형성될 수도 있다. 이 경우, 잉크(30)는 하우징(610)의 측면에서 공급되고 잉크젯 헤드 유닛(900)으로 전달될 수 있다. 다만, 바람직하게는 배출구(IE)의 형성 위치는 하우징(610)의 상면 또는 하면일 수 있으며, 특히 압력 제어부(800)와 연결되는 배출구(IE)는 압력(P)이 전달될 때 배출구(IE)가 잉크(30)와 접촉하지 않도록 하우징(610)의 상면에 형성될 수 있다. 또한, 도면에서는 도시하지 않았으나, 배출구(IE)는 잉크(30) 또는 압력(P)의 전달을 차단하는 차단부재가 구비될 수 있다. 후술하는 단계에서 잉크 저장소(600)가 회전할 때, 배출구(IE)의 차단부재는 잉크(30)나 압력(P)의 전달을 차단할 수 있다.
센서부(670, 680)는 하우징(610)의 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)의 측면 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 센서부(670, 680)는 제1 센서부(670) 및 제2 센서부(680)로 구성되고, 제1 센서부(670)와 제2 센서부(680)는 하우징(610)의 서로 대향하는 측면에 각각 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 센서부(670, 680)는 하우징(610)에 배치되지 않을 수 있으며 별도의 장치로 잉크젯 프린팅 장치(1000)에 포함될 수도 있다.
센서부(670, 680)는 잉크 저장소(600) 내에 공급된 잉크(30)의 농도, 입자(31)의 분산도 등을 감지할 수 있다. 구체적으로, 제1 센서부(670)는 소정의 신호를 생성하고, 이를 하우징(610)에 제공된 잉크(30)를 통과하여 제2 센서부(680)에 제공할 수 있다. 제2 센서부(680)는 상기 신호를 수신하여 하우징(610)에 제공된 잉크(30)의 농도나 입자(31)의 분산도 등을 측정할 수 있다. 일 예로, 센서부(670, 680)는 광 센서, 레이저 센서 등일 수 있으며, 이 경우, 제1 센서부(670)는 광 또는 레이저를 생성하는 부재이고, 제2 센서부(680)는 상기 광 또는 레이저를 수신하는 부재일 수 있다.
구동부(690)는 일 방향을 회전축으로 하여 회전 동작할 수 있다. 구동부(690)는 하우징(610)의 적어도 일 면, 예컨대 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)의 일 측면 상에 배치될 수 있다. 구동부(690)는 센서부(670, 680)가 배치되지 않은 일 측면 상에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구동부(690)는 일 방향 또는 양 방향으로 회전동작이 가능하며, 이에 따라 구동부(690)와 연결된 하우징(610)도 회전할 수 있다. 구동부(690)의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 도면에 도시된 바와 같이 구동부(690)는 단면이 원형인 원기둥 형상을 갖고 회전할 수 있다. 구동부(690)는 다른 부재와 연결되어 회전동작을 수행하는 동작부와, 동작부 및 하우징(610)과 연결되어 회전동작에 의한 회전력을 전달하는 전달부재를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 예로, 구동부(690)는 회전모터일 수 있으며, 경우에 따라서는 구동부(690)도 하우징(610)에 배치되지 않고 별도의 장치로 잉크젯 프린팅 장치(1000)에 구비될 수 있다.
잉크젯 헤드 유닛(900)은 잉크 저장소(600)에서 전달되는 잉크(30)를 대상 기판(미도시) 상에 분사 또는 토출할 수 있다. 도면에서는 도시되지 않았으나, 잉크젯 헤드 유닛(900)은 프레임 부재에 배치될 수 있고, 프레임 부재의 하부에 준비된 대상 기판에 잉크(30)를 분사 또는 토출할 수 있다.
잉크젯 헤드 유닛(900)은 베이스부(910), 베이스부(910)의 하면에 배치되고 복수의 노즐(925)을 포함하는 적어도 하나의 잉크젯 헤드(920)를 포함할 수 있다. 베이스부(910)는 일 방향을 따라 연장된 형상을 가질 수 있다. 일 예로 베이스부(910)의 연장 방향은 프레임 부재의 연장 방향과 동일할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 베이스부(910)는 제1 방향(D1)으로 연장된 장변과 제2 방향(D2)으로 연장된 단변을 포함할 수 있다. 다만, 베이스부(910)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 도시하지 않았으나, 잉크젯 헤드 유닛(900)의 베이스부(910)는 제1 방향(D1)으로 연장된 프레임 부재에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 베이스부(910)는 프레임 부재 상에 배치된 이동부재에 배치되어 일 방향, 예컨대 베이스부(910)의 단변이 연장된 제2 방향(D2)으로 이동할 수도 있다. 이에 따라 대상 기판이 베이스부(910)의 단면적보다 넓은 면적을 갖는 경우, 잉크젯 헤드 유닛(900)이 일 방향으로 이동하면서 잉크(30)를 분사 또는 토출할 수 있다.
베이스부(910)의 상면에는 부분적으로 돌출된 영역이 형성되고, 상기 돌출된 영역에서 배관(LT)과 연결될 수 있다. 베이스부(910)는 내부에 배관(LT)과 연결되는 제1 내부관(911, 도 3에 도시)을 포함하고, 잉크 저장소(600)로부터 전달되는 잉크(30)는 배관(LT)을 통해 제1 내부관(911)으로 이동할 수 있다.
복수의 잉크젯 헤드(920)는 베이스부(910)의 하면에 배치되며, 베이스부(910)가 연장된 방향을 따라 배열될 수 있다. 복수의 잉크젯 헤드(920)는 1열 또는 복수열로 배열될 수 있으며, 도면에서는 제1 방향(D1)으로 배열된 잉크젯 헤드(920)가 2열로 배열된 것을 도시하고 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 잉크젯 헤드 유닛(900)은 더 많은 수의 잉크젯 헤드(920)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하나의 잉크젯 헤드 유닛(900)에 포함된 잉크젯 헤드(920)의 수는 128개 내지 1800개일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
잉크젯 헤드(920)는 하나 이상의 노즐(925)을 포함하고, 베이스부(910)로부터 전달되는 잉크(30)는 노즐(925)을 통해 분사될 수 있다. 잉크젯 헤드(920)는 내부에 배치되는 제2 내부관(921)을 포함하고, 제2 내부관(921)은 베이스부(910)의 제1 내부관(911) 및 노즐(925)과 연결될 수 있다. 잉크(30)는 제1 내부관(911)과 제2 내부관(921)을 따라 흐르다가 각 노즐(925)을 통해 분사될 수 있다. 잉크젯 헤드(920)에서 잉크(30)가 노즐(925)에서 분사될 때, 압력 제어부(800)에서 전달된 음압은 노즐(925)에 전달되어 잉크(30)가 흐르지 않을 수 있다. 노즐(925)을 통한 잉크(30)의 분사량은 각 잉크젯 헤드(920)에 인가되는 전압에 따라 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 잉크젯 헤드(920)의 하나의 노즐(925)에서 1회 토출되는 잉크(30)의 양은 1 내지 50 pl(picoliter)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 유닛의 부분적인 단면도이다. 도 4는 도 3의 A부분의 확대도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 잉크 저장소(600)로부터 공급되는 잉크(30)는 베이스부(910)의 제1 내부관(911)과 잉크젯 헤드(920)의 제2 내부관(921) 및 노즐(925)을 통해 분사 또는 토출될 수 있다. 여기서, 압력 제어부(800)에서 전달되는 음압에 의해 노즐(925)의 출구에서는 잉크(30)가 도면상 상측으로 오목한 계면을 형성할 수 있다. 압력 제어부(800)에 의해 음압이 전달되지 않는 경우, 노즐(925)의 출구에서는 잉크(30)가 도면상 하측으로 볼록한 계면을 형성할 수 있다.
이 경우, 노즐(925)에서 1회 토출되는 잉크(30)의 양이나 잉크(30)가 분사될 때의 형상을 제어하기 어려울 수 있다. 또는 경우에 따라서 원하지 않는 상태에서 잉크(30)가 흐를 수도 있고, 잉크젯 헤드(920)로부터 잉크(30)의 계면이 노출됨에 따라 잉크(30)가 건조되어 노즐(925) 주변에서 응집될 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 압력 제어부(800)를 포함하여 노즐(925)의 출구에서 잉크(30)는 오목한 계면을 형성할 수 있다.
노즐(925)을 통해 토출된 잉크(30)는 용매(35) 내에 분산된 입자(31)를 포함할 수 있다. 잉크(30)는 입자(31)가 분산된 상태로 노즐(925)에서 토출되어 대상 기판(SUB)의 상부에 분사될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 후속 공정을 통해 잉크(30)는 건조 또는 용매(35)가 휘발되어 대상 기판(SUB) 상에는 입자(31)만이 랜딩될 수도 있다. 이에 따라 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 대상 기판(USB) 상에 입자(31)를 포함하는 잉크(30)를 분사하고, 후속 공정을 통해 입자(31)만 랜딩 또는 인쇄할 수도 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 복수의 배관(LT), 예컨대 제1 내지 제9 배관(LT9)을 포함할 수 있다. 복수의 배관(LT) 중 제1 내지 제6 배관(LT1, LT2, LT3, LT4, LT5, LT6)은 잉크 저장소(600)와 연결되고, 제7 내지 제9 배관(LT9)은 잉크 탱크(700), 압력 제어부(800) 및 잉크젯 헤드 유닛(900)과 각각 연결될 수 있다. 특히, 제1 내지 제6 배관(LT1, LT2, LT3, LT4, LT5, LT6)은 각각 잉크 저장소(600)의 제1 내지 제6 배출구(IE1, IE2, IE3, IE4, IE5, IE6)와 연결될 수 있다.
잉크 탱크(700)는 제7 배관(LT7)과 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제7 배관(LT7)은 제1 밸브(VA1)를 통해 제1 배관(LT1) 및 제2 배관(LT2)과 연결되고, 잉크 탱크(700)는 연결된 배관(LT)을 통해 잉크 저장소(600)에 잉크(30)를 공급할 수 있다.
압력 제어부(800)는 제8 배관(LT8)과 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제8 배관(LT8)은 제2 밸브(VA2)를 통해 제3 배관(LT3) 및 제4 배관(LT4)과 연결될 수 있으며, 압력 제어부(800)는 연결된 배관(LT)을 통해 잉크 저장소(600)의 잉크(30)에 압력을 전달할 수 있다.
잉크젯 헤드 유닛(900)은 제9 배관(LT9)과 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제9 배관(LT9)은 제3 밸브(VA3)를 통해 제5 배관(LT5) 및 제6 배관(LT6)과 연결될 수 있으며, 잉크젯 헤드 유닛(900)은 연결된 배관(LT)을 통해 잉크 저장소(600)의 잉크(30)를 전달받을 수 있다.
제7 내지 제9 배관(LT7, LT8, LT9)과 다른 배관들(LT1, LT2, LT3, LT4, LT5, LT6)의 연결은 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 공정 단계에 따라 달라질 수 있다. 후술할 바와 같이, 잉크(30) 내 입자(31)의 분산도에 따라 각 배관(LT)들 간의 연결이 제어되고, 잉크(30)가 이동하는 배관(LT)과 배출구(IE)가 달리질 수 있다.
일 실시예에서, 임의의 배관, 예컨대 제7 내지 제9 배관(LT7, LT8, LT9)은 밸브(VA)를 통해 서로 다른 배관(LT)과 연결될 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 구동 시 공정 단계에 따라 밸브(VA)를 통해 배관(LT)들 간의 연결을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 공정에 따라 밸브(VA)를 제어함으로써 각 배관(LT)들이 상기 시점에 따라 다른 배관(LT)과 연결될 수 있다. 각 배관(LT)과 밸브(VA)의 연결관계에 대해서는 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 잉크(30)가 노즐(925)에서 1회 토출될 때 잉크(30) 내에 포함된 입자(31)의 수는 잉크 저장소(600)의 잉크(30)에서 단위 부피당 포함된 입자(31)의 수에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 도 2와 같이, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 초기 공정 단계(제1 시점, t=t1)에서는 잉크 저장소(600)의 잉크(30)는 입자(31)가 균일하게 분산되고, 도 4와 같이 각 노즐(925)에서 1회 토출되는 잉크(30)들은 서로 균일한 수의 입자(31)를 포함하고, 잉크(30)는 단위 부피당 많은 수의 입자(31)를 포함할 수 있다.
다만, 상술한 바와 같이 입자(31)는 용매(35) 내에서 침전 또는 침강될 수 있으며, 이 경우 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용하여 프린팅 공정을 수행함에 따라 잉크(30)의 단위 부피당 분산된 입자(31)의 수는 편차가 생길 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 일 시점에서의 단면도이다. 도 6은 도 5에서 잉크가 토출되는 것을 확대한 단면도이다. 도 5는 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 일정 시간 경과 후(제2 시점, t=t2)의 잉크 저장소(600)를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 프린팅 공정을 수행하는 동안, 잉크 저장소(600)에서 잉크(30)에 분산된 입자(31)는 제3 방향(D3)의 반대방향으로 중력이 작용될 수 있다. 용매(35)에 비해 비중이 큰 입자(31)는 잉크 저장소(600)의 제2 면(A2), 예컨대 하면에 침전 또는 침강되어 잉크(30) 내에서 불균일한 분산도를 갖고, 잉크(30)의 상부에는 용매(35)만 존재하는 영역이 생길 수 있다. 특히, 입자(31)가 하우징(610)의 하면에 침전되어 서로 응집되는 경우, 잉크 저장소(600)와 연결된 배관(LT)으로 이동되지 않고, 잉크젯 헤드 유닛(900)에 전달되는 입자(31)의 비중이 감소하게 된다.
도 6을 참조하면, 도 4에 비해 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 제2 시점(t=t2)에서 토출되는 잉크(30')는 입자(31)의 분산도가 균일하지 않고 포함된 입자(31)의 수가 적을 수 있다. 이에 따라, 대상 기판(SUB) 상에 분사된 잉크(30') 분자들 간에 포함된 입자(31)의 수가 편차를 갖게 되고, 최종적으로 프린팅 공정이 종료된 대상 기판(SUB)은 각 영역별로 불균일한 수의 입자(31)가 배치될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 저장소(600) 내 입자(31)의 분산도를 감지하는 센서부(670, 680)를 포함하고, 감지된 입자(31)의 분산도에 따라 잉크 저장소(600)를 회전시키는 구동부(690)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 구동 상태에 따른 개략적인 사시도들이다. 도 9는 도 8의 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 단면도이다. 도 7은 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 제3 시점(t=t3)일 때의 상태를 도시한 것이고, 도 8 및 도 9는 제4 시점(t=t4)일 때의 상태를 도시한 것이다.
일 실시예에 따르면, 잉크 저장소(600)는 구동부(690)와 동일한 회전축으로 회전할 수 있고, 구동부(690)의 회전축은 중력이 인가되는 방향과 다른 방향일 수 있다. 즉, 구동부(690)는 중력이 인가되는 방향인 제3 방향(D3)과 다른 방향, 예컨대 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)을 회전축으로 회전할 수 있다.
도 8 및 도 9에서는 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 구동부(690)의 동작에 의해 잉크 저장소(600)가 회전하여 각 밸브(VA)의 위치가 도 2와 달라질 수 있다. 다만, 각 밸브(VA)의 위치나 형상은 잉크 저장소(600)가 회전한 것을 표시하기 위해 예시적으로 도시된 것이며, 잉크젯 프린팅 장치(1000)가 반드시 도면과 같은 구조를 갖는 것은 아니다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 잉크 저장소(600) 내의 입자(31)가 침전 또는 침강되면 센서부(670, 680)가 감지하고 구동부(690)가 구동될 수 있다. 입자(31)가 침전되는 방향은 중력 방향과 동일하므로, 잉크 저장소(600)는 중력 방향에 평행하지 않은 방향으로 회전될 수 있다. 일 실시예에서, 구동부(390)는 잉크(30)가 받는 중력 방향에 대해 수직하거나 예각으로 기울어진 기준 평면 상에 놓이는 구동축을 회전축으로 하여 회전할 수 있다. 즉, 구동부(690)의 구동 또는 회전 방향은 그 회전축이 중력이 인가되는 방향, 예컨대 제3 방향(D3)과 다른 방향일 수 있다. 이에 따라, 잉크 저장소(600)는 구동부(690)와 동일한 방향으로 회전하여 인가되는 중력에 의해 입자(31)가 침전되는 방향이 달라질 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 5와 같이 제1 시점(t=t1)과 제2 시점(t=t2)에서는 잉크(30)에 중력이 인가되어 잉크 저장소(600)의 제2 면(A2)을 향해 입자(31)들이 침전 또는 침강될 수 있다. 제3 시점(t=t3)에서는 구동부(690)의 동작에 의해 잉크 저장소(600)가 회전한다. 도 8 및 도 9와 같이 잉크 저장소(600)가 회전한 후, 제4 시점(t=t4)에서는 잉크(30)에 인가되는 중력이 잉크 저장소(600)의 제1 면(A1')을 향하고, 입자(31)들도 제1 면(A1')을 향해 이동될 수 있다. 이에 따라, 제2 면(A2)에 침전된 입자(31)들이 제1 면(A1')을 향해 이동되면서 잉크(30)의 용매(35) 내에서 입자(31)들이 다시 분산될 수 있다. 제4 시점(t=t4)에서 입자(31)는 잉크(30)에 다시 분산된 상태로 잉크젯 헤드 유닛(900)으로 전달될 수 있고, 노즐(925)에서 토출되는 잉크(30)당 포함된 입자(31)의 수는 다시 증가할 수 있다.
잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 저장소(600)의 센서부(670, 680)이 입자(31)의 분산도를 감지하고 구동부(690)가 동작하는 단계가 수회 반복될 수 있다. 즉, 잉크 저장소(600)의 센서부(670, 680)는 공정 중에 지속적으로 잉크(30) 내 입자(31)의 분산도를 측정하고, 입자(31)의 분산도가 일정 수준 이하로 낮아지는 경우 구동부(690)는 회전하는 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크(30)가 침전 또는 침강될 수 있는 입자(31)를 포함하더라도, 공정을 반복함에 따라 초기에 설정된 입자(31)의 분산도를 유지할 수 있다. 또한, 대상 기판(SUB)에 분사되는 잉크(30) 내 입자(31)의 수를 유지하여 최종적으로 제조된 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 잉크 저장소(600)의 회전에 따라 잉크 탱크(700), 압력 제어부(800) 및 잉크젯 헤드 유닛(900)은 잉크 저장소(600)와 연결되는 배관(LT)과 배출구(IE)가 달라질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 잉크 저장소(600)는 하나 이상의 배출구(IE)가 잉크 탱크(700), 압력 제어부(800) 및 잉크젯 헤드 유닛(900) 중 적어도 어느 하나와 동시에 연결될 수 있다. 즉, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 공정 단계에 따라 각각의 부재들이 서로 다른 배관(LT) 및 배출구(IE)를 통해 잉크 저장소(600)와 연결될 수 있다.
구체적으로 하우징(610)은 잉크 탱크(700)와 배관(LT)을 통해 연결되는 제1 배출구(IE1) 및 제2 배출구(IE2), 압력 제어부(800)와 배관(LT)을 통해 연결되는 제3 배출구(IE3) 및 제4 배출구(IE4) 및 잉크젯 헤드 유닛(900)과 배관(LT)을 통해 연결되는 제5 배출구(IE5) 및 제6 배출구(IE6)를 포함할 수 있다. 복수의 배출구(IE)는 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 구동 시점에 따라 잉크(30)를 공급 또는 전달하거나 소정의 압력을 하우징(610)에 전달할 수 있다.
잉크 탱크(700)와 잉크 저장소(600)와의 연결을 예시적으로 설명하면, 도 2와 같이, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 제1 시점(t=t1)에서는 잉크 탱크(700)는 제7 배관(LT7)과 제1 배관(LT1)을 통해 잉크 저장소(600)와 연결된다. 반면에 도 8과 같이 제4 시점(t=t4)에서는 잉크 탱크(700)는 제7 배관(LT7)과 제2 배관(LT2)을 통해 잉크 저장소(600)와 연결된다. 즉, 잉크 저장소(600)의 회전에 따라, 잉크(30)를 공급하는 동일한 기능을 수행하는 배관(LT)이 달라질 수 있다.
또한, 제1 시점(t=t1)에서는 제1 배출구(IE1)를 통해 잉크(30)가 하우징(610)에 공급되고, 제3 배출구(IE3)를 통해 소정의 압력이 전달되며 제5 배출구(IE5)를 통해 하우징(610)의 잉크(30)가 잉크젯 헤드 유닛(900)으로 전달된다. 반면에 제4 시점(t=t4)에서는 제2 배출구(IE2)와 제6 배출구(IE6)를 통해 잉크(30)가 공급 또는 전달되고 제4 배출구(IE4)를 통해 압력이 전달된다.
즉, 잉크(30)는 각 시점(t) 중 도면상 상면에 위치하는 배출구(IE)를 통해 공급되고, 하면에 위치하는 배출구(IE)를 통해 잉크젯 헤드 유닛(900)으로 전달될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 잉크 탱크(700), 압력 제어부(800) 및 잉크젯 헤드 유닛(900)은 각각 서로 다른 배출구(IE) 또는 배관(LT)을 통해 잉크 저장소(600)와 연결될 수 있다. 이들은 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 공정 단계에 따라 서로 다른 배관(LT) 및 배출구(IE)를 통해 잉크(30)를 공급 또는 전달하고 압력을 인가할 수 있다. 이때 서로 다른 배관(LT)과 배출구(IE)는 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 공정 단계에서 동일한 기능을 수행할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 복수의 밸브(VA), 예컨대 제1 밸브(VA1), 제2 밸브(VA2) 및 제3 밸브(VA3)를 포함하고, 하나의 밸브(VA)는 잉크 탱크(700), 압력 제어부(800) 및 잉크젯 헤드 유닛(900)과 연결된 하나의 배관(LT) 및 잉크 저장소(600)와 연결된 적어도 하나의 배관(LT)과 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 각 밸브(VA1, VA2, VA3)는 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 공정 단계에 따라 어느 하나의 배관(LT)을 서로 다른 배출구(IE)에 연결된 배관(LT)에 연결할 수 있다.
예를 들어, 제1 밸브(VA1)는 제1 시점(t=t1)에서 잉크 탱크(700)와 연결된 제7 배관(LT7)이 제1 배관(LT1)과 유로가 연결되도록 개방되고, 제4 시점(t=t4)에서는 제2 배관(LT2)과 유로가 연결되도록 개방될 수 있다. 이에 따라, 잉크(30)는 제1 배관(LT1) 또는 제2 배관(LT2)을 통해 잉크 저장소(600)로 공급될 수 있다. 또한, 제2 시점(t=t2)과 잉크 저장소(600)가 회전하는 제3 시점(t=t3)에서 제1 밸브(VA1)의 전 방향이 폐쇄되어 제7 배관(LT7)을 통과하는 잉크(30)의 공급을 차단할 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 저장소(600)의 센서부(670, 680)의 감지에 의해 각 밸브(VA)와 구동부(690)가 동작하여 잉크 저장소(600)가 회전할 수 있다. 이하에서는 다른 도면을 참조하여 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 공정 단계에 대하여 보다 자세하게 설명하기로 한다.
도 10은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 잉크 분사 방법을 나타내는 순서도이다. 도 11 내지 도 14는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 잉크 분사 방법을 개략적으로 나타내는 단면도들이다. 도 11 내지 도 14는 잉크 저장소(600)를 중심으로 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 공정 단계에 대하여 개략적으로 도시하였다.
즉, 도 11 내지 도 14에서는 잉크 탱크(700), 압력 제어부(800) 및 잉크젯 헤드 유닛(900)은 생략되어 도시하였으며, 이들에 설명은 상술한 다른 도면들이 참조된다. 또한, 도 11 내지 도 14의 잉크 저장소(600)는 센서부(670, 680)를 가로지르는 단면으로 도시되어 있으며, 구동부(690)는 생략하여 도시하였다. 이하에서는 잉크(30) 분사 방법에서 잉크 저장소(600)의 동작에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 10 내지 도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 잉크(30) 분사 방법은 복수의 입자(31)가 분산된 잉크(30)를 잉크 저장소(600)에 준비하고, 잉크 저장소(600) 내에서 입자(31)의 제1 분산도를 측정하는 단계(S100), 대상 기판(SUB) 상에 잉크(30)를 분사하며, 잉크 저장소(600) 내에서 침전된 입자(31)의 제2 분산도를 측정하는 단계(S200) 및 제1 분산도와 제2 분산도의 비율을 계산하여 상기 비율이 기준 설정값을 초과하는 경우(S300) 잉크 저장소(600)를 회전시키는 단계(4300)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 시점(t=t1)에서, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 잉크 저장소(600)에 입자(31)를 포함하는 잉크(30)를 준비(S100)한다. 잉크(30)는 잉크 탱크(700)와 연결된 제7 배관(LT7)과 제1 배관(LT1)을 통해 제1 배출구(IE1)로 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 복수의 배관(LT)과 밸브(VA)를 포함하고, 밸브(VA)는 각 공정에 따라 임의의 배관(LT)들의 유로가 서로 연결되도록 개방되거나, 상기 유로가 차단되도록 폐쇄될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 각 밸브(VA)는 삼방향 밸브(3-way valve)일 수 있다. 이러한 각 밸브(VA)의 동작은 센서부(670, 680)가 입자(31)의 분산도를 감지하고 이에 따른 피드백에 의해 수행될 수 있다.
도 11의 경우, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 제1 시점(t=t1)에서, 제1 밸브(VA1)는 잉크 탱크(700)와 연결된 제7 배관(LT7)을 제1 배관(LT1))에, 제2 밸브(VA2)는 압력 제어부(800)와 연결된 제8 배관(LT8)을 제3 배관(LT3)에, 제3 밸브(VA3)는 잉크젯 헤드 유닛(900)과 연결된 제9 배관(LT9)을 제5 배관(LT5)에 연결하고 있다.
각 밸브(VA1, VA2, VA3)의 동작에 대하여 설명하기 위해 제1 밸브(VA1)를 예시하여 설명하기로 한다. 자세하게 설명하지는 않았으나, 이하에서 서술되는 설명은 제2 밸브(VA2) 및 제3 밸브(VA3)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 11의 확대도에서는, 제1 밸브(VA1)는 제7 배관(LT7)과 제1 배관(LT1) 방향의 유로는 개방되고, 제2 배관(LT2) 방향의 유로는 폐쇄된 것을 도시하고 있다. 이에 따라 잉크 탱크(700)는 제7 배관(LT7)과 제1 배관(LT1)을 통해 제1 배출구(IE1)로 공급될 수 있다.
잉크 저장소(600)에 잉크(30)가 준비되면, 잉크 저장소(600)에 구비된 센서부(670, 680)를 통해 잉크(30) 내 입자(31)의 제1 분산도를 측정(S100)한다. 센서부(670, 680)의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 도 11에서는 제1 센서부(670)는 광 조사부이고 제2 센서부(680)는 수광부인 것을 도시하고 있다. 제1 센서부(670)에서 방출된 광은 잉크(30)를 통과하여 제2 센서부(680)로 입사되고, 제2 센서부(680)에서는 입사된 광의 광량을 측정하여 감지영역(SA) 내 입자(31)의 분산도를 계산할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센서부(670, 680)가 잉크(30) 내에서 입자(31)의 분산도를 감지하는 감지영역(SA)은 제3 방향(D3)으로 연장된 형상을 갖고, 센서부(670, 680)는 잉크(30)의 제3 방향(D3)에 따른 입자(31)의 분산도를 측정할 수 있다. 즉, 센서부(670, 680)는 잉크(30) 내에서 중력 방향에 따른 입자(31)의 분산도 변화를 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 입자(31)는 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 공정에 따라 침전 또는 침강될 수 있으므로, 센서부(670, 680)는 제3 방향(D3), 예컨대 중력 방향에 따른 입자(31)의 분산도를 측정한다. 공정 시간이 경과함에 따라, 입자(31)는 감지영역(SA)의 상부 영역과 하부 영역에 따라 분산도의 편차가 발생하고, 센서부(670, 680)는 이를 감지할 수 있다. 후술하는 도면에서 센서부(670, 680)는 상기 편차를 감지하여 각 밸브(VA)와 구동부(690)의 동작을 제어할 수 있다.
다음으로 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 시점(t=t2)에서 센서부(670, 680)는 침전 또는 침강된 입자(31)의 제2 분산도(S200)를 측정한다. 제2 시점(t=t2)에서는 입자(31)들이 중력에 의해 하우징(610)의 제2 면(A2)으로 침전 또는 침강될 수 있다. 센서부(670, 680)는 제1 시점(t=t1)에서 측정된 제1 분산도와 제2 시점(t=t2)에서 측정된 제2 분산도의 비율을 계산하고, 상기 비율이 기준 설정값을 초과하는 지를 판단(S300)할 수 있다. 센서부(670, 680)에서 측정된 제1 분산도는 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 통해 분사되는 잉크(30) 내 입자(31)의 초기 설정값일 수 있다.
잉크젯 프린팅 장치(1000)를 통해 입자(31)를 분산시킬 때, 잉크 저장소(600)에 공급되는 잉크(30)는 입자(31)의 분산도가 초기 설정값을 갖도록 공급될 수 있다. 초기 설정값을 갖는 제1 분산도와 입자(31)의 침전에 의해 측정된 제2 분산도의 비율이 일정 수준 이하, 즉 기준 설정값 이하로 떨어지면 센서부(670, 680)는 이를 감지하여 밸브(VA)와 구동부(690)를 동작시킬 수 있다. 이에 따라, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 수회 공정에 있어서 잉크(30) 내 입자(31)의 분산도와 초기 설정값인 제1 분산도 간에 편차를 최소화할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 기준 설정값은 초기 설정값인 제1 분산도 대비 제2 분산도로 정의되고, 상기 기준 설정값은 제2 분산도/제1 분산도로 계산된 수치가 0.6 내지 0.8의 범위를 가질 수 있다. 즉, 센서부(670, 680)는 제2 분산도가 제1 분산도에 비해 60 % 내지 80 % 의 수치보다 낮아지는 지 여부를 판단할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 센서부(670, 680)에서 측정된 제2 분산도가 기준 설정값 이하로 떨어지면, 센서부(670, 680)는 밸브(VA)와 구동부(690, 미도시)의 동작(S400)을 제어할 수 있다.
먼저, 센서부(670, 680)는 잉크 저장소(600)에 잉크(30)가 더 공급되지 않도록 제1 밸브(VA1)의 각 방향을 모두 폐쇄시킬 수 있다. 도 13의 확대도에 도시된 바와 같이, 제1 밸브(VA1)는 제7 배관(LT7), 제1 배관(LT1) 및 제2 배관(LT2) 방향의 유로를 폐쇄함으로써, 잉크(30)가 공급되는 것을 차단할 수 있다. 제2 밸브(VA2)와 제3 밸브(VA3)도 제1 밸브(VA1)와 동일하게 동작될 수 있다. 각 밸브(VA)가 각 방향을 모두 폐쇄시키는 동작은 제2 시점(t=t2)과 제3 시점(t=t3) 사이에 수행되거나, 제3 시점(t=t3)에서 동시에 수행될 수 있다. 각 밸브(VA)의 유로가 폐쇄되면, 센서부(670, 680)는 구동부(690)를 구동하여 잉크 저장소(600)를 회전축이 중력 방향과 평행하지 않는 방향, 예컨대 제3 방향(D3) 이외의 방향으로 회전(S400)시킬 수 있다.
마지막으로 도 14를 참조하면, 제4 시점(t=t4)에서 잉크 저장소(600)의 잉크(30)에는 제1 면(A1')으로 중력이 인가되고, 입자(31)들도 제1 면(A1')을 향해 이동될 수 있다. 제2 시점(t=t2)에서 침전된 입자(31)들은 중력에 의해 다시 잉크(30)내로 분산될 수 있고, 잉크젯 헤드 유닛(900)에서 토출되는 잉크(30)는 제1 시점(t=t1)의 잉크(30)와 유사한 수준의 입자(31) 분사도를 가질 수 있다.
또한, 각 밸브(VA), 예컨대 제1 밸브(VA1)의 경우, 잉크 저장소(600)의 회전에 의해 잉크(30)가 공급되는 제2 배출구(IE2)와 연결된 제2 배관(LT2) 방향의 유로를 개방할 수 있다. 도 14의 확대도에 도시된 바와 같이, 제1 밸브(VA1)는 제7 배관(LT7)과 제2 배관(LT2) 방향의 유로는 개방하고, 제1 배관(LT1) 방향의 유로는 폐쇄할 수 있다. 이에 따라, 잉크(30)는 제1 시점(t=t1)과 달리 제7 배관(LT7), 제2 배관(LT2)을 통해 제2 배출구(IE2)로 공급될 수 있다. 도면으로 도시하지 않았으나 제2 밸브(VA2)와 제3 밸브(VA3)도 동일하게 동작될 수 있다. 즉, 압력 제어부(800)의 압력(P)은 제8 배관(LT8), 제4 배관(LT4)을 통해 제4 배출구(IE4)로 전달되고, 잉크젯 헤드 유닛(900)은 제6 배관(LT6)과 제9배관(LT9)을 통해 잉크(30)를 전달받을 수 있다.
한편, 센서부(670, 680)는 제4 시점(t=t4) 이후에도 지속적으로 입자(31)의 분산도를 측정할 수 있다. 센서부(670, 680)는 각 시점(t)에서 측정되는 분산도와 제1 분산도의 비율을 계산하고, 기준 설정값을 초과하는지 여부를 지속적으로 판단할 수 있다. 상기 비율이 기준 설정값을 초과하는 경우, 잉크 저장소(600)를 회전시키는 동작을 수행하여 잉크(30) 내 입자(31)의 분산도를 유지할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치(1000)는 회전 가능한 잉크 저장소(600)를 포함하여 분사 또는 토출되는 잉크(30)의 품질을 유지할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 저장소(600)의 잉크(30)의 분산 상태를 유지할 수 있는 구조라면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 잉크 저장소(600)가 회전 가능하고 동일한 부재와 연결되는 배출구(IE)가 복수개이면 충분하다. 또한, 경우에 따라서 각 배출구(IE)마다 배관(LT)이 연결되지 않을 수도 있고, 각 부재는 하나의 배관(LT)을 통해 잉크 저장소(600)와 연결되되 상기 배관(LT)이 잉크 저장소(600)의 서로 다른 배출구(IE)와 연결될 수도 있다.
도 15는 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 사시도이다. 도 16은 도 15의 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 단면도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000_1)의 잉크 저장소(600_1)는 복수의 하우징(610_1, 620_1)을 포함하고, 각 배출구(IE_1)는 각 하우징(610_1, 620_1) 사이에서 배치되는 수의 체결부(630_1, 640_1)를 포함할 수 있다. 구동부(690_1)는 복수의 하우징(610_1, 620_1) 중 어느 한 하우징만을 회전시키고, 다른 하우징은 위치가 고정될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 도 15의 잉크 저장소(600_1)는 제1 하우징(610_1)과 제2 하우징(620_1)을 포함하고, 잉크(30)는 제2 하우징(620_1) 내에 공급될 수 있다. 제1 하우징(610_1)과 제2 하우징(620_1)은 실질적으로 동일한 형상을 가지며, 그 형상은 구동부(690_1)의 회전축과 동일한 방향으로 연장된 원기둥일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 하우징(610_1, 620_2)이 원기둥 형상을 가짐에 따라 잉크 저장소(600_1)의 형상은 전체적으로 원기둥일 수 있다.
제1 하우징(610_1)은 제2 하우징(620_1)의 외면을 둘러싸도록 형성되며, 이들은 서로 분리될 수 있다. 즉, 도 1의 잉크젯 프린팅 장치(1000)와 달리, 일 실시예에 따르면 잉크 저장소(600_1)는 서로 분리된 하우징(610_1, 620_1)을 포함하고, 적어도 하나의 하우징(610_1, 620_1), 예컨대 제1 하우징(610_1)은 고정되고 제2 하우징(620_1)은 일 방향으로 회전할 수 있다.
상술한 바와 같이, 잉크 저장소(600)는 침전 또는 침강되는 입자(31)의 분산도를 조절하기 위해 구동부(690)를 구비하여 일 방향, 예컨대 중력 방향의 반대방향으로 회전할 수 있다. 이 경우, 배관(LT)들이 잉크 저장소(600)에 연결된 상태로 회전함에 따라 배관(LT)들이 서로 교차될 수 있다. 반면에 도 15 및 도 16의 잉크 저장소(600_1)의 경우, 제1 하우징(610_1)은 위치가 고정되고 잉크(30)가 공급된 제2 하우징(620_1)만이 회전함으로써 잉크 저장소(600_1)에 연결된 배관(LT)의 위치가 유지될 수 있다. 즉, 잉크 저장소(600_1)의 구동부(690_1)는 제2 하우징(620_1)에 배치되어 회전 동작에 의해 제2 하우징(620_1)에만 회전력을 전달할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따르면, 잉크 저장소(600_1)의 복수의 배출구(IE_1)들에는 서로 분리된 제1 하우징(610_1)과 제2 하우징(620_2) 사이를 연결하는 체결부(630_1, 640_1)가 배치될 수 있다.
구체적으로, 제1 체결부(630_1)는 제1 하우징(610_1) 상에 배치되고, 제2 체결부(640_1)는 제2 하우징(620_1) 상에 배치된다. 제1 체결부(630_1) 및 제2 체결부(640_1)의 수는 각각 배출구(IE_1)의 수와 동일할 수 있다. 즉, 잉크 저장소(600_1)가 제1 내지 제6 배출구(IE1_1, IE2_1, IE3_1, IE4_1, IE5_1, IE6_1)를 포함하는 경우, 제1 체결부(630_1)와 제2 체결부(640_1)의 수는 각각 6개일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 체결부(630_1)는 배출구(IE_1)에 연결되는 복수의 배관(LT), 예컨대 제1 내지 제6 배관(LT1, LT2, LT3, LT4, LT5, LT6)과 인접하게 위치할 수 있다. 제2 체결부(640_1)는 제1 체결부(630_1)와 대향하도록 배치된다. 도면에서 도시하지 않았으나, 제1 체결부(630_1)와 제2 체결부(640_1)는 배출구(IE_1)에 구비되는 차단부재를 포함할 수도 있다.
제1 체결부(630_1)와 제2 체결부(640_1)는 서로 연결 또는 분리되는 동작을 수행함으로써 잉크(30)의 이동 또는 압력(P)의 전달을 제어할 수 있다. 즉, 제1 체결부(630_1)와 제2 체결부(640_1)는 실질적으로 상술한 밸브(VA)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000_1)의 공정 단계에 따라 센서부(670, 680)가 입자(31)의 분산도를 감지하고 각 밸브(VA), 구동부(690) 및 체결부(630_1, 640_1)의 동작이 제어될 수 있다.
도 17 내지 도 19는 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 공정 단계에 따른 구조를 나타내는 개략도들이다.
도 16 내지 도 19를 참조하여 도 15의 잉크젯 프린팅 장치(1000_1)의 공정에 대하여 설명하면, 먼저 도 16에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린팅 장치(1000_1)의 제1 시점(t=t1)에서는 제1 체결부(630_1)와 제2 체결부(640_1)가 연결되어 잉크 저장소(600_1)로 잉크(30)가 공급되거나 압력(P)이 전달될 수 있다. 제1 시점(t=t1)에서는 센서부(670, 680)에서 감지된 입자(31)의 분산도가 기준 설정값을 초과하지 않는 상태이며, 제1 체결부(630_1)와 제2 체결부(640_1)가 서로 연결될 수 있다. 여기서 각 밸브(VA)는 제1 배관(LT1), 제3 배관(LT3) 및 제5 배관(LT5)을 통해 잉크 저장소(600)로 잉크(30) 또는 압력(P)을 전달할 수 있다.
다음으로 도 17에 도시된 바와 같이, 제2 시점(t=t2)에서 센서부(670, 680)에서 감지한 입자(31)의 분산도가 기준 설정값보다 이하인 경우, 센서부(670, 680)는 이를 감지하여 밸브(VA)와 체결부(630_1, 640_1)의 동작을 제어한다. 도면에 도시된 바와 같이, 각 밸브(VA)는 서로 다른 배관(LT)의 연결을 차단하고, 제1 체결부(630_1)와 제2 체결부(640_1)도 서로 분리되어 잉크(30)나 압력(P)이 잉크 저장소(600)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 각 밸브(VA)가 폐쇄되고 체결부(630_1, 640_1)가 분리되는 동작은 제2 시점(t=t2) 또는 제3 시점(t=t3)과의 사이에서 수행될 수 있다.
다음으로 도 18에 도시된 바와 같이, 각 밸브(VA)와 체결부(630_1, 640_1)에 의해 잉크(30)와 압력(P)의 전달이 차단되면, 구동부(690_1)가 구동하여 제2 하우징(620_1)을 회전시킨다. 제2 하우징(620_1)의 회전 방향은 제3 방향(D3), 예컨대 중력 방향에 반대방향으로 회전되며, 침전된 입자(31)들이 다시 분산될 수 있다.
마지막으로 도 19에 도시된 바와 같이, 제2 하우징(620_1)의 회전이 완료되면, 각 밸브(VA)가 일 방향으로 다시 개방되고 체결부(630_1, 640_1)들이 서로 연결되어 잉크 저장소(600_1)로 잉크(30) 또는 압력(P)이 전달될 수 있다. 이때 제1 체결부(630_1)와 제2 체결부(640_1)가 다시 연결될 때, 구동부(690_1)의 회전각을 제어함으로써 제1 체결부(630_1)와 제2 체결부(640_1) 사이의 누수(leak)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 잉크젯 프린팅 장치(1000_1)는 구동부(690_1)의 상태를 감지하는 감지유닛을 더 포함하여 제1 시점(t=t1)의 구동부(690_1)와 제4 시점(t=t4)의 구동부(690_1) 간의 회전 상태를 제어할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 15의 잉크젯 프린팅 장치(1000_)는 도 1과 달리, 잉크 저장소(600_1)가 복수의 하우징(610_1, 620_2)을 포함하고, 각 배출구(IE_1)가 체결부(630_1, 640_1)를 포함하여 어느 하나의 하우징(610_1, 620_2) 만이 회전할 수 있다. 이를 통해 잉크(30) 내 입자(31)의 분산도를 유지함과 동시에, 잉크 저장소(600)의 회전에 의한 배관(LT)의 혼선을 방지할 수 있다.
도 20은 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 사시도이다.
도 20의 잉크젯 프린팅 장치(1000_2)는 도 15의 잉크젯 프린팅 장치(1000_1)에 비해 제2 배관(LT2), 제4 배관(LT4) 및 제6 배관(LT6)이 생략되고, 제1 체결부(630_2)의 수가 달라진 것을 제외하고는 동일하다. 이하에서는 차이점에 대하여만 설명하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000_2)는 복수의 배관(LT_2)이 잉크 저장소(600_2)의 복수의 배출구(IE_2) 중에서 적어도 일부에만 연결되되, 상기 배관(LT_2)과 연결된 배출구(IE_2)는 잉크젯 프린팅 장치(1000_2)의 공정에 따라 달라질 수 있다.
구체적으로, 도 20의 잉크젯 프린팅 장치(1000_2)는 제1 시점(t=t1)에서 제1 배관(LT1_2), 제3 배관(LT3_2) 및 제5 배관(LT5_2)이 각각 제1 배출구(IE1_2), 제3 배출구(IE3_2) 및 제5 배출구(IE5_2)에 연결될 수 있다. 반면에, 센서부(670, 680)의 감지에 의해 잉크젯 프린팅 장치(1000_2)의 제2 하우징(620_2)이 회전하는 경우, 상기 배관들(LT_2)과 연결된 배출구(IE_2)가 달라질 수 있다. 제2 하우징(620_2)이 회전된 제4 시점(t=t4, 미도시)에서는, 제1 배관(LT1_2), 제3 배관(LT3_2) 및 제5 배관(LT5_2)은 각각 제2 배출구(IE2_2), 제4 배출구(IE4_2) 및 제6 배출구(IE6_2)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 하우징(610_2)에 배치되어 제1 배관(LT1_2), 제3 배관(LT3_2) 및 제5 배관(LT5_2)과 연결되는 제1 체결부(630_2)의 수는 3개이고, 제2 하우징(620_2)에 배치되어 제1 체결부(630_2)와 연결될 수 있는 제2 체결부(640_2)의 수는 6개일 수 있다. 즉, 제1 체결부(630_2)의 수는 잉크 저장소(600_2)와 연결되는 배관(LT_2)의 수와 동일하고, 제2 체결부(640_2)의 수는 잉크 저장소(600_2)의 배출구(IE_2)의 수와 동일할 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000_2)는 적어도 하나의 배관(LT_2)이 동일한 기능을 수행하되 서로 다른 배출구(IE_2)에 연결될 수 있다.
한편, 일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)가 분사하는 잉크(30)는 용매(35)에 분산된 쌍극자(31')를 포함할 수 있고, 쌍극자(31')는 일 방향에 대한 방향성을 가짐으로써, 잉크젯 프린팅 장치(1000)로부터 분사되어 특정 방향을 향해 정렬될 수 있다.
도 21 및 도 22은 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 쌍극자 정렬 공정을 나타내는 개략도이다.
입자(31)는 그 종류가 특별히 제한되지 않으며, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 용매(35) 상에서 분산되어 침전 또는 침강될 수 있는 입자(31)를 대상 기판(SUB) 상에 분사할 수 있다. 예시적인 실시예에서 입자(31)는 침전 또는 침강될 수 있는 쌍극자(31')일 수 있다.
쌍극자(31')는 일 단부가 제1 극성을 띠고, 타 단부가 제1 극성과 다른 제2 극성을 띠는 물체일 수 있다. 예를 들어, 쌍극자(31')의 일 단부는 양의 극성을 띠고, 쌍극자(31')의 타 단부는 음의 극성을 띨 수 있다. 양 단부에 다른 극성을 갖는 쌍극자(31')는 소정의 전계에 놓였을 때 전기적인 힘(인력과 척력)을 받아 배향 방향이 제어될 수 있다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 잉크(30)는 쌍극자(31')를 포함하여, 잉크젯 헤드 유닛(900)의 노즐(925)로부터 토출될 수 있다. 잉크(30) 내의 쌍극자(31')는 양 단부가 서로 다른 극성, 예컨대 제1 극성과 제2 극성을 가짐으로써 방향성을 가질 수 있다. 다만, 도 21에 도시된 바와 같이, 쌍극자(31')를 포함하는 잉크(30)를 분사할 때, 쌍극자(31')는 외부의 힘이 작용하지 않는 경우에는 배향된 방향이 무작위일 수 있다. 이에 따라, 대상 기판(SUB) 상에 잉크(30)가 분사되면, 잉크(30) 내의 쌍극자(31')는 랜덤한 배향 방향을 갖는다.
반면에 도 22에 도시된 바와 같이, 쌍극자(31')를 포함하는 잉크(30)가 토출될 때 잉크(30)에 소정의 전계(E)를 인가하면, 잉크(30) 내의 쌍극자(31')는 일정한 배향 방향을 갖고 대상 기판(SUB) 상에 분사될 수 있다. 노즐(925)로부터 대상 기판(SUB) 상에 잉크(30)가 분사될 때까지, 쌍극자(31')는 전기적 힘을 받아 배향 방향이 전계 방향을 향하게 된다.
경우에 따라서, 예시적인 실시예에서, 대상 기판(SUB) 상에는 전극(21, 22)이 배치되고, 노즐(925)에서 토출된 잉크(30)는 전극(21, 22) 상에 분사될 수 있다. 쌍극자(31')는 도 22와 같이 대상 기판(SUB) 상에 분사된 후, 소정의 전극을 통해 인가되는 전계에 의해 일 방향으로 배향될 수도 있다. 전극(21, 22)을 통해 소정의 전기 신호가 인가되면, 전극(21, 22) 상에 분사된 잉크(30)에 전계가 형성되고, 쌍극자(31')는 전계에 영향을 받아 일 방향으로 배향될 수도 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상술한 쌍극자(31')는 도전형 반도체를 포함하는 발광 소자일 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용하여 발광 소자를 포함하는 표시 장치를 제조할 수 있다.
도 23은 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
발광 소자(300)는 임의의 도전형(예컨대, p형 또는 n형) 불순물로 도핑된 반도체 결정을 포함할 수 있다. 반도체 결정은 외부의 전원으로부터 인가되는 전기 신호를 전달받고, 이를 특정 파장대의 광으로 방출할 수 있다.
발광 소자(300)는 발광 다이오드(Light Emitting diode)일 수 있으며, 구체적으로 발광 소자(300)는 마이크로 미터(micro-meter) 또는 나노미터(nano-meter) 단위의 크기를 가지고, 무기물로 이루어진 무기 발광 다이오드일 수 있다. 발광 소자(300)가 무기 발광 다이오드일 경우, 서로 대향하는 두 전극들 사이에 특정 방향으로 전계를 형성하면, 무기 발광 다이오드는 극성이 형성되는 상기 두 전극 사이에 정렬될 수 있다. 발광 소자(300)는 전극으로부터 소정의 전기 신호를 인가받아 특정 파장대의 광을 방출할 수 있다.
도 23을 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자(300)는 복수의 도전형 반도체(310, 320), 활성층(330), 전극 물질층(370) 및 절연막(380)을 포함할 수 있다. 복수의 도전형 반도체(310, 320)는 발광 소자(300)로 전달되는 전기 신호를 활성층(330)으로 전달하고, 활성층(330)은 특정 파장대의 광을 방출할 수 있다.
구체적으로, 발광 소자(300)는 제1 도전형 반도체(310), 제2 도전형 반도체(320), 제1 도전형 반도체(310)와 제2 도전형 반도체(320) 사이에 배치되는 활성층(330), 제2 도전형 반도체(320) 상에 배치되는 전극 물질층(370)과, 이들의 외면을 둘러싸도록 배치되는 절연막(380)을 포함할 수 있다. 도 23의 발광 소자(300)는 제1 도전형 반도체(310), 활성층(330), 제2 도전형 반도체(320) 및 전극 물질층(370)이 길이방향으로 순차적으로 형성된 구조를 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 전극 물질층(370)은 생략될 수 있고, 몇몇 실시예에서는 제1 도전형 반도체(310) 및 제2 도전형 반도체(320)의 양 측면 중 적어도 어느 하나에 배치될 수도 있다. 후술되는 발광 소자(300)에 관한 설명은 발광 소자(300)가 다른 구조를 더 포함하더라도 동일하게 적용될 수 있다.
제1 도전형 반도체(310)는 n형 반도체층일 수 있다. 일 예로, 발광 소자(300)가 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, 제1 도전형 반도체(310)는 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료일 수 있다. 예를 들어, n형으로 도핑된 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 도전형 반도체(310)는 제1 도전성 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 제1 도전성 도펀트는 Si, Ge, Sn 등일 수 있다. 제1 도전형 반도체(310)의 길이는 1.5㎛ 내지 5㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 도전형 반도체(320)는 p형 반도체층일 수 있다. 일 예로, 발광 소자(300)가 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, 제2 도전형 반도체(320)는 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료일 수 있다. 예를 들어, p형으로 도핑된 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제2 도전형 반도체(320)는 제2 도전성 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 제2 도전성 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Se, Ba 등일 수 있다. 제2 도전형 반도체(320)의 길이는 0.08㎛ 내지 0.25㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도면에서는 제1 도전형 반도체(310)와 제2 도전형 반도체(320)가 하나의 층으로 구성된 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 경우에 따라서는 후술하는 활성층(330)의 물질에 따라 제1 도전형 반도체(310)와 제2 도전형 반도체(320)는 더 많은 수의 층을 포함할 수도 있다.
활성층(330)은 제1 도전형 반도체(310) 및 제2 도전형 반도체(320) 사이에 배치되며, 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함할 수 있다. 활성층(330)이 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함하는 경우, 양자층(Quantum layer)와 우물층(Well layer)가 서로 교번적으로 복수개 적층된 구조일 수도 있다. 활성층(330)은 제1 도전형 반도체(310) 및 제2 도전형 반도체(320)를 통해 인가되는 전기 신호에 따라 전자-정공 쌍의 결합에 의해 광을 발광할 수 있다. 일 예로, 활성층(330)이 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, AlGaN, AlInGaN 등의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 활성층(330)이 다중 양자 우물 구조로 양자층과 우물층이 교번적으로 적층된 구조인 경우, 양자층은 AlGaN 또는 AlInGaN, 우물층은 GaN 또는 AlGaN 등과 같은 물질을 포함할 수 있다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 활성층(330)은 밴드갭(Band gap) 에너지가 큰 종류의 반도체 물질과 밴드갭 에너지가 작은 반도체 물질들이 서로 교번적으로 적층된 구조일 수도 있고, 발광하는 광의 파장대에 따라 다른 3족 내지 5족 반도체 물질들을 포함할 수도 있다. 활성층(330)이 방출하는 광은 청색 파장대의 광으로 제한되지 않고, 경우에 따라 적색, 녹색 파장대의 광을 방출할 수도 있다. 활성층(330)의 길이는 0.05㎛ 내지 0.25㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 활성층(330)에서 방출되는 광은 발광 소자(300)의 길이방향 외부면 뿐만 아니라, 양 측면으로 방출될 수 있다. 활성층(330)에서 방출되는 광은 일 방향으로 방향성이 제한되지 않는다.
전극 물질층(370)은 오믹(ohmic) 접촉 전극일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 쇼트키(Schottky) 접촉 전극일 수도 있다. 전극 물질층(370)은 전도성이 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 물질층(370)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 인듐(In), 금(Au), 은(Ag), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin-Zinc Oxide) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전극 물질층(370)은 동일한 물질을 포함할 수 있고, 서로 다른 물질을 포함할 수도 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
절연막(380)은 제1 도전형 반도체(310), 제2 도전형 반도체(320), 활성층(330) 및 전극 물질층(370) 과 접촉하며 이들의 외면을 감싸도록 형성될 수 있다. 절연막(380)은 상기 부재들을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 절연막(380)은 상기 부재들의 측면부를 둘러싸도록 형성되되, 발광 소자(300)의 길이방향의 양 단부는 노출되도록 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되지는 않는다.
절연막(380)은 절연특성을 가진 물질들, 예를 들어, 실리콘 산화물(Silicon oxide, SiOx), 실리콘 질화물(Silicon nitride, SiNx), 산질화 실리콘(SiOxNy), 질화알루미늄(Aluminum nitride, AlN), 산화알루미늄(Aluminum oxide, Al2O3) 등을 포함할 수 있다. 이에 따라 활성층(330)이 발광 소자(300)가 전기 신호가 전달되는 전극과 직접 접촉하는 경우 발생할 수 있는 전기적 단락을 방지할 수 있다. 또한, 절연막(380)은 활성층(330)을 포함하여 발광 소자(300)의 외면을 보호하기 때문에, 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
도면에서는 절연막(380)이 발광 소자(300)의 길이방향으로 연장되어 제1 도전형 반도체(310)부터 전극 물질층(370)까지 커버할 수 있도록 형성된 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 절연막(380)은 제1 도전형 반도체(310), 활성층(330) 및 제2 도전형 반도체(320)만 커버하거나, 전극 물질층(370) 외면의 일부만 커버하여 전극 물질층(370)의 일부 외면이 노출될 수도 있다.
절연막(380)의 두께는 0.5 ㎛ 내지 1.5㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 몇몇 실시예에서, 절연막(380)은 외면이 표면처리될 수 있다. 발광 소자(300)는 표시 장치(10)의 제조 시, 소정의 잉크 내에서 분산된 상태로 전극 상에 분사되어 정렬될 수 있다. 여기서, 발광 소자(300)가 잉크 내에서 인접한 다른 발광 소자(300)와 응집되지 않고 분산된 상태를 유지하기 위해, 절연막(380)은 표면이 소수성 또는 친수성 처리될 수 있다.
발광 소자(300)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 발광 소자(300)는 나노 로드, 나노 와이어, 나노 튜브 등의 형상을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발광 소자(300)는 원통형 또는 로드형(rod)일 수 있다. 다만, 발광 소자(300)의 형태가 이에 제한되는 것은 아니며, 정육면체, 직육면체, 육각기둥형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 24는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 24를 참조하면, 발광 소자(300')는 복수의 층들이 일 방향으로 적층되지 않고, 각 층들이 어느 다른 층의 외면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 도 24의 발광 소자(300')는 각 층들의 형상이 일부 상이한 것을 제외하고는 도 23의 발광 소자(300)와 동일하다. 이하에서는 동일한 내용은 생략하고 차이점에 대하여 서술한다.
일 실시예에 따르면, 제1 도전형 반도체(310')는 일 방향으로 연장되고 양 단부가 중심부를 향해 경사지게 형성될 수 있다. 도 24의 제1 도전형 반도체(310')는 로드형 또는 원통형의 본체부와, 상기 본체부의 상부 및 하부에 각각 원뿔형의 단부가 형성된 형상일 수 있다. 상기 본체부의 상단부는 하단부에 비해 더 가파른 경사를 가질 수 있다.
활성층(330')은 제1 도전형 반도체(310')의 상기 본체부의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 활성층(330')은 일 방향으로 연장된 고리형의 형상을 가질 수 있다. 활성층(330')은 제1 도전형 반도체(310')의 상단부 및 하단부 상에는 형성되지 않는다. 즉, 활성층(330')은 제1 도전형 반도체(310')의 평행한 측면에만 접촉할 수 있다.
제2 도전형 반도체(320')는 활성층(330')의 외면과 제1 도전형 반도체(310')의 상단부를 둘러싸도록 배치된다. 제2 도전형 반도체(320')는 일 방향으로 연장된 고리형의 본체부와 측면이 경사지도록 형성된 상단부를 포함할 수 있다. 즉, 제2 도전형 반도체(320')는 활성층(330')의 평행한 측면과 제1 도전형 반도체(310')의 경사진 상단부에 직접 접촉할 수 있다. 다만, 제2 도전형 반도체(320')는 제1 도전형 반도체(310')의 하단부에는 형성되지 않는다.
전극 물질층(370')은 제2 도전형 반도체(320')의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 즉, 전극 물질층(370')의 형상은 실질적으로 제2 도전형 반도체(320')와 동일할 수 있다. 즉, 전극 물질층(370')은 제2 도전형 반도체(320')의 외면에 전면적으로 접촉할 수 있다.
절연막(380')은 전극 물질층(370') 및 제1 도전형 반도체(310')의 외면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 절연막(380')은 전극 물질층(370')을 포함하여, 제1 도전형 반도체(310')의 하단부 및 활성층(330')과 제2 도전형 반도체(320')의 노출된 하단부와 직접 접촉할 수 있다.
한편, 발광 소자(300)는 길이(h)가 1㎛ 내지 10㎛ 또는 2㎛ 내지 5㎛의 범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 4㎛ 내외의 길이를 가질 수 있다. 또한, 발광 소자(300)의 직경은 300nm 내지 700nm의 범위를 가질 수 있으며, 표시 장치(10)에 포함되는 복수의 발광 소자(300)들은 활성층(330)의 조성 차이에 따라 서로 다른 직경을 가질 수도 있다. 바람직하게는 발광 소자(300)의 직경은 500nm 내외의 범위를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 도 23 또는 도 24의 발광 소자(300, 300')를 잉크(30)에 분산시켜 대상 기판(SUB) 상에 분사 또는 토출시킬 수 있고, 이를 통해 발광 소자(300)를 포함하는 표시 장치(10)를 제조할 수 있다.
도 25는 일 실시예에 따른 방법으로 제조된 표시 장치의 평면도이다.
도 25를 참조하면, 표시 장치(10)는 복수의 화소(PX)를 포함할 수 있다. 화소(PX)들 각각은 특정 파장대의 광을 방출하는 발광 소자(300)를 하나 이상 포함하여 특정 색을 표시할 수 있다.
복수의 화소(PX)들 각각은 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)를 포함할 수 있다. 제1 서브 화소(PX1)는 제1 색의 광을 발광하고, 제2 서브 화소(PX2)는 제2 색의 광을 발광하며, 제3 서브 화소(PX3)는 제3 색의 광을 발광할 수 있다. 제1 색은 적색, 제2 색은 녹색, 제3 색은 청색일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 각 서브 화소(PXn)들이 동일한 색의 광을 발광할 수도 있다. 또한, 도 25에서는 화소(PX)들 각각이 3 개의 서브 화소들을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 제한되지 않고, 화소(PX)들 각각은 더 많은 수의 서브 화소들을 포함할 수 있다.
표시 장치(10)의 각 서브 화소(PXn)들은 발광 영역과 비발광 영역으로 정의되는 영역을 포함할 수 있다. 발광 영역은 표시 장치(10)에 포함되는 발광 소자(300)가 배치되어 특정 파장대의 광이 방출되는 영역으로 정의된다. 비발광 영역은 발광 영역 이외의 영역으로, 발광 소자(300)가 배치되지 않고 광이 방출되지 않는 영역으로 정의될 수 있다.
표시 장치(10)의 서브 화소(PXn)는 복수의 격벽(400), 복수의 전극(210, 220)과 발광 소자(300)를 포함할 수 있다.
복수의 전극(210, 220)은 발광 소자(300)들과 전기적으로 연결되고, 발광 소자(300)가 발광하도록 소정의 전압을 인가 받을 수 있다. 또한, 각 전극(210, 220)의 적어도 일부는 발광 소자(300)를 정렬하기 위해, 서브 화소(PXn) 내에 전기장을 형성하는 데에 활용될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 경우에 따라서 상기 전기장은 별도의 정렬 신호 인가 장치에 의해 형성될 수도 있다.
도 25를 참조하여 구체적으로 설명하면, 복수의 전극(210, 220)은 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 전극(210)은 각 서브 화소(PXn) 마다 분리된 화소 전극이고, 제2 전극(220)은 각 서브 화소(PXn)를 따라 공통으로 연결된 공통전극일 수 있다. 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 중 어느 하나는 발광 소자(300)의 애노드(Anode) 전극이고, 다른 하나는 발광 소자(300)의 캐소드(Cathode) 전극일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 그 반대의 경우일 수도 있다.
제1 전극(210)과 제2 전극(220)은 각각 제1 방향(D1)으로 연장되어 배치되는 전극 줄기부(210S, 220S)와 전극 줄기부(210S, 220S)에서 제1 방향(D1)과 교차하는 방향인 제2 방향(D2)으로 연장되어 분지되는 적어도 하나의 전극 가지부(210B, 220B)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 전극(210)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 배치되는 제1 전극 줄기부(210S)와 제1 전극 줄기부(210S)에서 분지되되, 제2 방향(Y축 방향)으로 연장되는 적어도 하나의 제1 전극 가지부(210B)를 포함할 수 있다.
임의의 일 화소의 제1 전극 줄기부(210S)는 양 단이 각 서브 화소(PXn) 사이에서 이격되어 종지하되, 동일 행에 속하는(예컨대, 제1 방향(D1)으로 인접한) 이웃하는 서브 화소의 제1 전극 줄기부(210S)와 실질적으로 동일 직선 상에 놓일 수 있다. 이에 따라, 각 서브 화소(PXn)에 배치되는 제1 전극 줄기부(210S)는 각 제1 전극 가지부(210B)에 서로 다른 전기 신호를 인가할 수 있고, 제1 전극 가지부(210B)는 각각 별개로 구동될 수 있다.
제1 전극 가지부(210B)는 제1 전극 줄기부(210S)의 적어도 일부에서 분지되고, 제2 방향(D2)으로 연장되어 배치되되, 제1 전극 줄기부(210S)에 대향되어 배치되는 제2 전극 줄기부(220S)와 이격된 상태에서 종지될 수 있다.
제2 전극(220)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 제1 전극 줄기부(210S)와 이격되어 대향하도록 배치되는 제2 전극 줄기부(220S)와 제2 전극 줄기부(220S)에서 분지되되, 제2 방향(D2)으로 연장되어 배치되는 제2 전극 가지부(220B)를 포함할 수 있다. 다만, 제2 전극 줄기부(220S)는 타 단부가 제1 방향(D1)으로 인접한 복수의 서브 화소(PXn)로 연장될 수 있다. 이에 따라, 임의의 일 화소 제2 전극 줄기부(220S)는 양 단이 각 화소(PX) 사이에서 이웃 화소의 제2 전극 줄기부(220S)에 연결될 수 있다.
제2 전극 가지부(220B)는 제1 전극 가지부(210B)와 이격되어 대향하고, 제1 전극 줄기부(210S)와 이격된 상태에서 종지될 수 있다. 즉, 제2 전극 가지부(220B)는 일 단부가 제2 전극 줄기부(220S)와 연결되고, 타 단부는 제1 전극 줄기부(210S)와 이격된 상태로 서브 화소(PXn) 내에 배치될 수 있다.
도 25에서는 두개의 제1 전극 가지부(210B)가 배치되고, 그 사이에 제2 전극 가지부(220B)가 배치된 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다.
복수의 격벽(400)은 각 서브 화소(PXn)간의 경계에 배치되는 제3 격벽(430), 각 전극(210, 220) 하부에 배치되는 제1 격벽(410) 및 제2 격벽(420)을 포함할 수 있다. 도면에서는 제1 격벽(410) 및 제2 격벽(420)이 도시되지 않았으나, 제1 전극 가지부(210B)와 제2 전극 가지부(220B) 하부에는 각각 제1 격벽(410)과 제2 격벽(420)이 배치될 수 있다.
제3 격벽(430)은 각 서브 화소(PXn)간의 경계에 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극 줄기부(210S)는 각 단부가 제3 격벽(430)을 기준으로 서로 이격되어 종지할 수 있다. 제3 격벽(430)은 제2 방향(D2)으로 연장되어 제1 방향(D1)으로 배열된 서브 화소(PXn)들의 경계에 배치될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않으며, 제3 격벽(430)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 제2 방향(D2)으로 배열된 서브 화소(PXn)들의 경계에도 배치될 수 있다. 복수의 서브 화소(PXn)는 제3 격벽(430)을 기준으로 구분될 수 있다. 제3 격벽(430)은 제1 격벽(410) 및 제2 격벽(420)과 동일한 재료를 포함하여 실질적으로 동일한 공정에서 형성될 수 있다.
도 25에서는 도시하지 않았으나, 각 서브 화소(PXn)에는 제1 전극 가지부(210B)와 제2 전극 가지부(220B)를 포함하여 서브 화소(PXn)를 전면적으로 덮는 제1 절연층(510)이 배치될 수 있다. 제1 절연층(510)은 각 전극(210, 220)을 보호함과 동시에 이들이 직접 접촉하지 않도록 상호 절연시킬 수 있다.
제1 전극 가지부(210B)와 제2 전극 가지부(220B) 사이에는 복수의 발광 소자(300)가 정렬될 수 있다. 복수의 발광 소자(300) 중 적어도 일부는 일 단부가 제1 전극 가지부(210B)와 전기적으로 연결되고, 타 단부가 제2 전극 가지부(220B)와 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 발광 소자(300)들은 제2 방향(D2)으로 이격되고, 실질적으로 서로 평행하게 정렬될 수 있다. 발광 소자(300)들이 이격되는 간격은 특별히 제한되지 않는다. 경우에 따라서는 복수의 발광 소자(300)들이 인접하게 배치되어 무리를 이루고, 다른 복수의 발광 소자(300)들은 일정 간격 이격된 상태로 무리를 이룰 수도 있으며, 불균일한 밀집도를 가지되 일 방향으로 배향되어 정렬될 수도 있다.
제1 전극 가지부(210B)와 제2 전극 가지부(220B) 상에는 각각 접촉 전극(260)이 배치될 수 있다. 다만, 접촉 전극(260)은 실질적으로 제1 절연층(510) 상에 배치되며, 접촉 전극(260)의 적어도 일부가 제1 전극 가지부(210B) 및 제2 전극 가지부(220B)와 접촉하거나 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 접촉 전극(260)은 제2 방향(D2)으로 연장되어 배치되되, 제1 방향(D1)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 접촉 전극(260)은 발광 소자(300)의 적어도 일 단부와 컨택될 수 있으며, 접촉 전극(260)은 제1 전극(210) 또는 제2 전극(220)과 컨택되어 전기 신호를 인가받을 수 있다. 이에 따라, 접촉 전극(260)은 각 전극(210, 220)으로부터 전달되는 전기 신호를 발광 소자(300)에 전달할 수 있다.
접촉 전극(260)은 제1 접촉 전극(261)과 제2 접촉 전극(262)을 포함할 수 있다. 제1 접촉 전극(261)은 제1 전극 가지부(210B) 상에 배치되며, 발광 소자(300)의 일 단부와 컨택되고 제2 접촉 전극(262)은 제2 전극 가지부(220B) 상에 배치되며, 발광 소자(300)의 타 단부와 컨택될 수 있다.
제1 전극 줄기부(210S)와 제2 전극 줄기부(220S)는 각각 컨택홀, 예컨대 제1 전극 컨택홀(CNTD) 및 제2 전극 컨택홀(CNTS)을 통해 표시 장치(10)의 회로소자층과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에는 복수의 서브 화소(PXn)의 제2 전극 줄기부(220S)에 하나의 제2 전극 컨택홀(CNTS)이 형성된 것을 도시하고 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 경우에 따라서는 각 서브 화소(PXn) 마다 제2 전극 컨택홀(CNTD)이 형성될 수 있다.
또한, 도 25에서는 도시하지 않았으나, 표시 장치(10)는 각 전극(210, 220) 및 발광 소자(300)의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 제2 절연층(520, 도 22에 도시) 및 패시베이션층(550, 도 22에 도시)을 포함할 수 있다. 이들 간의 배치와 구조 등은 도 26을 참조하여 후술한다.
도 26은 도 25의 I-I'선을 따라 자른 표시 장치의 부분 단면도이다.
도 26은 제1 서브 화소(PX1)의 단면도만을 도시하고 있으나, 다른 화소(PX) 또는 서브 화소(PXn)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 도 22는 임의의 발광 소자(300)의 일 단부와 타 단부를 가로지르는 단면을 도시한다.
한편, 도 26에서는 도시하지 않았으나, 표시 장치(10)는 각 전극(210, 220)의 하부에 위치하는 회로소자층을 더 포함할 수 있다. 회로소자층은 복수의 반도체층 및 복수의 도전패턴을 포함하여, 적어도 하나의 트랜지스터와 전원 배선을 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 26을 참조하면, 표시 장치(10)는 비아층(200)과 비아층(200) 상에 배치되는 전극(210, 220), 발광 소자(300)등을 포함할 수 있다. 비아층(200)의 하부에는 회로소자층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 비아층(200)은 유기 절연 물질을 포함하여 표면 평탄화 기능을 수행할 수 있다.
비아층(200) 상에는 복수의 격벽(410, 420, 430)이 배치된다. 복수의 격벽(410, 420, 430)은 각 서브 화소(PXn) 내에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 격벽(410, 420, 430)은 서브 화소(PXn)의 중심부에 인접하여 배치된 제1 격벽(410) 및 제2 격벽(420), 서브 화소(PXn)간의 경계에 배치된 제3 격벽(430)을 포함할 수 있다.
제3 격벽(430)은 표시 장치(10)의 제조 시, 상술한 도 1의 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용하여 잉크(30)를 분사할 때, 잉크(30)가 서브 화소(PXn)의 경계를 넘지 않도록 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 또는, 표시 장치(10)가 다른 부재를 더 포함하는 경우, 제3 격벽(430) 상에 상기 부재가 배치되어 제3 격벽(430)이 이를 지지하는 기능을 수행할 수도 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 격벽(410)과 제2 격벽(420)은 서로 이격되어 대향하도록 배치된다. 제1 격벽(410) 상에는 제1 전극(210)이, 제2 격벽(420) 상에는 제2 전극(220)이 배치될 수 있다. 도 25와 도 26에서는 제1 격벽(410) 상에는 제1 전극 가지부(210B)가, 제2 격벽(420) 상에는 제2 격벽(420)이 배치된 것으로 이해될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 격벽(410), 제2 격벽(420) 및 제3 격벽(430)은 실질적으로 동일한 공정에서 형성될 수 있다. 이에 따라, 격벽(410, 420, 430)은 하나의 격자형 패턴을 이룰 수도 있다. 복수의 격벽(410, 420, 430)은 폴리이미드(Polyimide, PI)를 포함할 수 있다.
복수의 격벽(410, 420, 430)은 비아층(200)을 기준으로 적어도 일부가 돌출된 구조를 가질 수 있다. 격벽(410, 420, 430)은 발광 소자(300)가 배치된 평면을 기준으로 상부로 돌출될 수 있고, 상기 돌출된 부분은 적어도 일부가 경사를 가질 수 있다. 돌출된 구조의 격벽(410, 420, 430)의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1 격벽(410)과 제2 격벽(420)은 동일한 높이로 돌출되되, 제3 격벽(430)은 더 높은 위치까지 돌출된 형상을 가질 수 있다.
제1 격벽(410)과 제2 격벽(420) 상에는 반사층(211, 221)이 배치되고, 반사층(211, 221) 상에는 전극층(212, 222)이 배치될 수 있다. 반사층(211, 221)과 전극층(212, 222)은 각각 전극(210, 220)을 구성할 수 있다.
반사층(211, 221)은 제1 반사층(211)과 제2 반사층(221)을 포함한다. 제1 반사층(211)은 제1 격벽(410)을 덮고, 제2 반사층(221)은 제2 격벽(420)을 덮을 수 있다. 반사층(211, 221)의 일부는 비아층(200)을 관통하는 컨택홀을 통해 회로소자층과 전기적으로 된다.
반사층(211, 221)은 반사율이 높은 물질을 포함하여 발광 소자(300)에서 방출되는 광을 반사시킬 수 있다. 일 예로, 반사층(211, 221)은 은(Ag), 구리(Cu), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin-Zinc Oxide) 등과 같은 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전극층(212, 222)은 제1 전극층(212)과 제2 전극층(222)을 포함한다. 전극층(212, 222)은 실질적으로 반사층(211, 221)과 동일한 패턴을 가질 수 있다. 제1 반사층(211) 및 제1 전극층(212)은 제2 반사층(221) 및 제2 전극층(222)과 서로 이격되도록 배치된다.
전극층(212, 222)은 투명성 전도성 물질을 포함하여 발광 소자(300)에서 방출되는 방출광(EL)이 반사층(211, 221)으로 입사될 수 있다. 일 예로, 전극층(212, 222)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin-Zinc Oxide) 등과 같은 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 반사층(211, 221)과 전극층(212, 222)은 ITO, IZO, ITZO 등과 같은 투명도전층과 은, 구리와 같은 금속층이 각각 한층 이상 적층된 구조를 이룰 수 있다. 일 예로, 반사층(211, 221)과 전극층(212, 222)은 ITO/은(Ag)/ITO/IZO의 적층구조를 형성할 수도 있다.
한편, 몇몇 실시예에서, 제1 전극(210)과 제2 전극(220)은 하나의 층으로 형성될 수 있다. 즉, 반사층(211, 221)과 전극층(212, 222)이 하나의 단일층으로 형성되어 발광 소자(300)에 전기 신호를 전달함과 동시에 광을 반사할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 전극(210)과 제2 전극(220)은 반사율이 높은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 란타늄(La) 등을 포함하는 합금일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 절연층(510)은 제1 전극(210)과 제2 전극(220)을 부분적으로 덮도록 배치된다. 제1 절연층(510)은 제1 전극(210)과 제2 전극(220)의 상면을 대부분 덮도록 배치되되, 제1 전극(210)과 제2 전극(220)의 일부를 노출시킬 수 있다. 제1 절연층(510)은 제1 전극(210)과 제2 전극(220)이 이격된 영역과, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)의 상기 영역의 반대편도 부분적으로 덮도록 배치될 수 있다.
제1 절연층(510)은 제1 전극(210)과 제2 전극(220)의 비교적 평탄한 상면이 노출되도록 배치되며, 각 전극(210, 220)이 제1 격벽(410)과 제2 격벽(420)의 경사진 측면과 중첩하도록 배치된다. 제1 절연층(510)은 발광 소자(300)가 배치되도록 평탄한 상면을 형성하고, 상기 상면이 제1 전극(210)과 제2 전극(220)을 향해 일 방향으로 연장된다. 제1 절연층(510)의 상기 연장된 부분은 제1 전극(210)과 제2 전극(220)의 경사진 측면에서 종지한다. 이에 따라, 접촉 전극(260)은 상기 노출된 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)과 접촉하고, 제1 절연층(510)의 평탄한 상면에서 발광 소자(300)와 원활하게 접촉할 수 있다.
제1 절연층(510)은 제1 전극(210)과 제2 전극(220)을 보호함과 동시에 이들을 상호 절연시킬 수 있다. 또한, 제1 절연층(510) 상에 배치되는 발광 소자(300)가 다른 부재들과 직접 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수도 있다.
발광 소자(300)는 제1 절연층(510) 상에 배치될 수 있다. 발광 소자(300)는 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이의 제1 절연층(510) 상에 적어도 하나 배치될 수 있다. 발광 소자(300)는 비아층(200)에 수평한 방향으로 복수의 층들이 배치될 수 있다. 일 실시예에 따른 표시 장치(10)의 발광 소자(300)는 상기 제1 도전형 반도체(310), 활성층(330), 제2 도전형 반도체(320) 및 전극 물질층(370)이 비아층(200)에 수평한 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 발광 소자(300)의 복수의 층들이 배치된 순서는 반대방향일 수도 있으며, 경우에 따라서는 발광 소자(300)가 다른 구조를 갖는 경우, 복수의 층들은 비아층(200)에 수직한 방향으로 배치될 수도 있다.
제2 절연층(520)은 발광 소자(300) 상에 부분적으로 배치될 수 있다. 제2 절연층(520)은 발광 소자(300)를 보호함과 동시에 표시 장치(10)의 제조 공정에서 발광 소자(300)를 고정시키는 기능을 수행할 수도 있다. 제2 절연층(520)은 발광 소자(300)의 외면을 감싸도록 배치될 수 있다. 즉, 제2 절연층(520)의 재료 중 일부는 발광 소자(300)의 하면과 제1 절연층(510) 사이에 배치될 수도 있다. 제2 절연층(520)은 평면상 제1 전극 가지부(210B)와 제2 전극 가지부(220B) 사이에서 제2 방향(D2)으로 연장되어 섬형 또는 선형의 형상을 가질 수 있다.
접촉 전극(260)은 각 전극(210, 220) 및 제2 절연층(520) 상에 배치된다. 접촉 전극(260)은 제1 전극(210) 상에 배치되는 제1 접촉 전극(261)과 제2 전극(220) 상에 배치되는 제2 접촉 전극(262)을 포함한다. 제1 접촉 전극(261)과 제2 접촉 전극(262)은 제2 절연층(520) 상에서 서로 이격되어 배치된다. 이에 따라, 제2 절연층(520)은 제1 접촉 전극(261)과 제2 접촉 전극(262)을 상호 절연시킬 수 있다.
제1 접촉 전극(261)은 적어도 제1 절연층(510)이 패터닝되어 노출된 제1 전극(210) 및 발광 소자(300)의 일 단부와 접촉할 수 있다. 제2 접촉 전극(262)은 적어도 제1 절연층(510)이 패터닝되어 노출된 제2 전극(220) 및 발광 소자(300)의 타 단부와 접촉할 수 있다. 제1 및 제2 접촉 전극(261, 262)은 발광 소자(300)의 양 단부 측면, 예컨대 제1 도전형 반도체(310), 제2 도전형 반도체(320) 또는 전극 물질층(370)에 각각 접촉할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 절연층(510)은 평탄한 상면을 형성함으로써, 접촉 전극(260)이 발광 소자(300)의 측면에 원활하게 접촉할 수 있다.
접촉 전극(260)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, ITO, IZO, ITZO, 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
패시베이션층(550)은 제2 절연층(520) 및 접촉 전극(260)의 상부에 형성되어, 비아층(200) 상에 배치되는 부재들을 외부 환경에 대하여 보호하는 기능을 할 수 있다.
상술한 제1 절연층(510), 제2 절연층(520) 및 패시베이션층(550) 각각은 무기물 절연성 물질 또는 유기물 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 절연층(510) 및 패시베이션층(550)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy), 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN)등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 제2 절연층(520)은 유기물 절연성 물질로 포토레지스트 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 표시 장치
300: 발광 소자
600: 잉크 저장소
610, 620: 하우징
630, 640: 체결부
670, 680: 센서부
690: 구동부
700: 잉크 탱크
800: 압력 제어부
900: 잉크젯 헤드 유닛
920: 잉크젯 헤드
LT: 배관 VA: 밸브 IE: 주입부

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 입자를 포함하는 잉크가 저장되는 잉크 저장소;
    상기 잉크 저장소로부터 상기 잉크가 전달되고, 대상 기판에 상기 잉크를 분사하는 잉크젯 헤드 유닛; 및
    상기 잉크 저장소를 회전하는 구동부를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 잉크 저장소의 상기 잉크가 받는 중력 방향에 대해 수직하거나 예각으로 기울어진 기준 평면 상에 놓이는 구동축을 회전축으로 하여 상기 잉크 저장소를 회전하는 잉크젯 프린팅 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 잉크 저장소는 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하고,
    상기 기준 평면은 상기 일면과 상기 타면으로부터 등거리에 위치하는 잉크젯 프린팅 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 잉크 저장소는 상기 일면에 배치된 제1 배출구 및 상기 타면에 배치된 제2 배출구를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    제1 배관 및 제2 배관을 더 포함하되,
    상기 제1 배출구는 상기 제1 배관을 통해 상기 잉크젯 헤드 유닛과 연결되고,
    상기 제2 배출구는 상기 제2 배관을 통해 상기 잉크젯 헤드 유닛과 연결되는 잉크젯 프린팅 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 배출구 및 상기 제2 배출구 중 적어도 어느 하나는 상기 잉크의 상기 잉크젯 헤드 유닛으로의 이동을 차단하는 잉크젯 프린팅 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 배관 및 상기 제2 배관과 연결되는 밸브; 및
    상기 밸브와 상기 잉크젯 헤드 유닛과 연결되는 제3 배관을 더 포함하고,
    상기 밸브는 상기 제1 배관, 상기 제2 배관 및 상기 제3 배관 중 적어도 어느 하나는 연결을 차단하는 잉크젯 프린팅 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 잉크 저장소에 저장된 상기 잉크 내 상기 입자의 분산도를 측정하는 센서부를 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 잉크 저장소 내에서 상기 잉크가 받는 중력 방향을 따라 감지영역이 정의되고,
    상기 센서부는 상기 감지영역 내에서 상기 입자의 분산도를 측정하는 잉크젯 프린팅 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드 유닛은 헤드 베이스부 및 상기 입자를 포함하는 상기 잉크를 분사하는 복수의 노즐을 포함하는 잉크젯 헤드를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  11. 복수의 입자가 분산된 잉크를 잉크 저장소에 준비하고, 상기 잉크 저장소 내에서 상기 입자의 제1 분산도를 측정하는 단계;
    대상 기판 상에 상기 잉크를 분사하며 상기 잉크 저장소 내에서 침전된 상기 입자의 제2 분산도를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 제1 분산도와 상기 제2 분산도의 비율을 계산하여 상기 비율이 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크 저장소를 회전시키는 단계를 포함하는 입자 분사 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 잉크 저장소의 상기 잉크가 받는 중력 방향에 대해 수직하거나 예각으로 기울어진 기준 평면 상에 놓이는 구동축을 회전축으로 하여 회전하는 입자 분사 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 잉크 저장소는 적어도 하나의 배출구를 포함하고,
    상기 배출구는 상기 잉크 저장소의 일 면에 배치되는 제1 배출구 및 상기 일 면과 대향하는 타 면에 배치되는 제2 배출구를 포함하는 입자 분사 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 잉크는 상기 입자가 상기 제1 분산도를 갖는 시점에서 상기 제1 배출구를 통해 분사되고,
    상기 잉크 저장소가 회전된 이후 상기 제2 배출구를 통해 분사되는 입자 분사 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 입자는 쌍극자를 갖는 발광 소자를 포함하는 입자 분사 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 대상 기판 상에 상기 잉크를 분사한 뒤, 상기 대상 기판 상에 전계를 형성하고 상기 전계에 의해 상기 입자의 배향 방향이 정렬되는 단계를 더 포함하는 입자 분사 방법.
  17. 제1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판과 잉크 저장소에 발광 소자를 포함하는 잉크를 준비하는 단계;
    상기 대상 기판 상에 상기 잉크를 분사하며, 상기 잉크 저장소 내에서 침전되는 상기 발광 소자의 분산도를 측정하는 단계; 및
    상기 발광 소자가 침전됨에 따라 상기 분산도가 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크 저장소를 회전시키는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 잉크 저장소는 상기 잉크가 받는 중력 방향에 대해 수직하거나 예각으로 기울어진 기준 평면 상에 놓이는 구동축을 회전축으로 하여 회전되고,
    상기 회전된 잉크 저장소 내에서 상기 침전된 발광 소자는 상기 잉크 내에 분산되는 표시 장치의 제조방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 발광 소자의 분산도를 측정한 후, 상기 분산도가 상기 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크의 분사를 중지하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 잉크를 분사한 후, 상기 대상 기판 상에 전계를 형성하고 상기 전계에 의해 상기 발광 소자의 배향 방향이 정렬되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 발광 소자가 랜딩되는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조방법.
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