KR20210077847A - 잉크젯 프린팅 장치, 쌍극성 소자의 프린팅 방법 및 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

잉크젯 프린팅 장치, 쌍극성 소자의 프린팅 방법 및 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린팅 장치, 쌍극성 소자의 프린팅 방법 및 표시 장치의 제조 방법이 제공된다. 잉크젯 프린팅 장치는 스테이지, 상기 스테이지 상부에 위치하고 일 방향으로 연장된 쌍극성 소자를 포함하는 잉크가 토출되는 복수의 노즐을 포함하는 잉크젯 헤드, 상기 잉크젯 헤드에 상기 잉크를 공급하고, 상기 잉크젯 헤드로부터 토출되고 남은 상기 잉크가 공급되는 잉크 순환부, 및 상기 잉크젯 헤드와 상기 잉크 순환부 사이에 배치되고, 상기 노즐을 통해 토출되는 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 적어도 하나의 센싱 유닛을 포함한다.

Description

잉크젯 프린팅 장치, 쌍극성 소자의 프린팅 방법 및 표시 장치의 제조 방법{Inkjet printing apparatus, method of printing dipolar elements and method of fabricating display device}
본 발명은 잉크젯 프린팅 장치, 쌍극성 소자의 프린팅 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 토출된 잉크의 단위 액적 당 균일한 개수의 쌍극성 소자를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 잉크젯 프린팅 장치를 이용하여 단위 액적 내 분산된 쌍극성 소자의 개수를 일정하게 유지할 수 있는 쌍극성 소자 프린팅 방법, 및 발광 소자를 포함하는 표시 장치의 제조 방법을 제공하고자 하는 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 스테이지, 상기 스테이지 상부에 위치하고 일 방향으로 연장된 쌍극성 소자를 포함하는 잉크가 토출되는 복수의 노즐을 포함하는 잉크젯 헤드, 상기 잉크젯 헤드에 상기 잉크를 공급하고, 상기 잉크젯 헤드로부터 토출되고 남은 상기 잉크가 공급되는 잉크 순환부, 및 상기 잉크젯 헤드와 상기 잉크 순환부 사이에 배치되고, 상기 노즐을 통해 토출되는 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 적어도 하나의 센싱 유닛을 포함한다.
상기 센싱 유닛은 상기 잉크에 광을 조사하는 발광부 및 상기 발광부와 이격 대향하도록 배치되며 상기 발광부에서 방출된 상기 광이 입사되는 수광부를 포함할 수 있다.
상기 노즐은 외벽이 투명한 재질로 이루어지고, 상기 잉크에 조사된 광의 적어도 일부는 상기 쌍극성 소자에 의해 산란되며, 상기 수광부는 상기 발광부에서 방출된 광 및 상기 산란된 광을 수신하여 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정할 수 있다.
상기 센싱 유닛은 상기 토출된 잉크 내 상기 쌍극성 소자의 개수 변화를 감지하고, 상기 잉크 순환부는 상기 센싱 유닛에서 감지된 상기 쌍극성 소자의 개수 변화를 수신할 수 있다.
상기 잉크 순환부와 상기 잉크젯 헤드를 연결하는 복수의 연결관들을 더 포함하고, 상기 센싱 유닛은 상기 연결관에 배치될 수 있다.
상기 잉크젯 헤드는 베이스부, 상기 베이스부 중 상기 복수의 노즐이 배치된 토출부 및 상기 잉크가 공급되는 내부관을 포함하고, 상기 센싱 유닛의 상기 발광부 및 상기 수광부는 상기 노즐을 사이에 두고 상기 토출부에 배치될 수 있다.
상기 노즐은 상기 내부관과 연결되어 상기 잉크가 유입되는 유입구 및 상기 유입구와 연결되고 상기 잉크가 토출되는 배출구를 포함하고, 상기 잉크젯 헤드는 상기 토출부에 배치되어 상기 노즐을 둘러싸도록 배치된 액츄에이터를 더 포함하며, 상기 센싱 유닛은 상기 액츄에이터와 상기 내부관 사이에 배치되어 상기 노즐의 유입구와 인접하여 배치된 제1 센싱 유닛을 포함할 수 있다.
상기 센싱 유닛은 상기 액츄에이터를 사이에 두고 상기 제1 센싱 유닛과 이격 배치되며 상기 배출구와 인접하여 배치된 제2 센싱 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 센싱 유닛은 상기 발광부 및 상기 수광부가 상기 내부관을 사이에 두고 상기 베이스부에 배치된 제3 센싱 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 수광부는 상기 토출부 내에 삽입 배치되고 상기 발광부는 상기 베이스부의 외면에 배치되며, 상기 센싱 유닛은 상기 토출부 내에 삽입되고 상기 노즐과 상기 발광부 사이에 배치되어 상기 발광부에서 방출된 광을 상기 노즐 내에 전달하는 광 전달부를 더 포함할 수 있다.
상기 잉크젯 헤드는 상기 노즐 내에 전계를 생성하는 전계 생성 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 쌍극성 소자의 프린팅 방법은 복수의 쌍극성 소자가 분산된 잉크가 저장된 잉크 순환부를 준비하고, 상기 잉크를 잉크젯 헤드에 공급하는 단계, 상기 잉크젯 헤드에서 상기 잉크를 토출하며 상기 토출된 잉크 내 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 단계 및 상기 잉크 내 쌍극성 소자의 개수가 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크젯 헤드에 공급되는 상기 잉크 내 쌍극성 소자의 개수를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 단계는 상기 잉크젯 헤드와 상기 잉크 순환부 사이에 배치된 적어도 하나의 센싱 유닛에 의해 수행되고, 상기 센싱 유닛은 상기 잉크에 광을 조사하는 발광부 및 상기 발광부와 이격 대향하도록 배치되며 상기 발광부에서 방출된 상기 광이 입사되는 수광부를 포함할 수 있다.
상기 잉크에 조사된 광의 적어도 일부는 상기 쌍극성 소자에 의해 산란되고, 상기 수광부는 상기 발광부에서 방출된 광 및 상기 산란된 광이 조사되어 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정할 수 있다.
상기 잉크 내 쌍극성 소자의 개수를 제어하는 단계는 상기 센싱 유닛이 감지한 상기 쌍극성 소자의 개수 변화를 상기 잉크 순환부가 수신하는 단계 및 상기 잉크 순환부가 상기 잉크 내 상기 쌍극성 소자의 분산도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 잉크젯 헤드에서 토출된 상기 잉크는 대상 기판 상에 분사되고, 상기 대상 기판 상에 상기 쌍극성 소자를 안착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 대상 기판 상에 상기 쌍극성 소자를 분사하는 단계는 잉크젯 프린팅 장치를 이용하여 진행되고, 상기 잉크젯 프린팅 장치는 스테이지, 상기 스테이지 상부에 위치하고 일 방향으로 연장된 상기 쌍극성 소자를 포함하는 상기 잉크가 토출되는 복수의 노즐을 포함하는 상기 잉크젯 헤드, 상기 잉크젯 헤드에 상기 잉크를 공급하고, 상기 잉크젯 헤드로부터 토출되고 남은 상기 잉크가 공급되는 상기 잉크 순환부 및 상기 잉크젯 헤드와 상기 잉크 순환부 사이에 배치되고, 상기 노즐을 통해 토출되는 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 적어도 하나의 상기 센싱 유닛을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 제1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판을 준비하는 단계, 잉크에 분산된 발광 소자의 개수를 제어하며 상기 대상 기판 상에 상기 복수의 발광 소자가 분산된 상기 잉크를 분사하는 단계 및 상기 발광 소자를 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 안착시키는 단계를 포함한다.
상기 잉크에 분산된 상기 발광 소자의 개수를 제어하는 단계는 상기 대상 기판 상에 분사된 잉크 내 상기 발광 소자의 개수를 측정하는 단계 및 상기 잉크 내 상기 발광 소자의 개수가 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크에 분산된 상기 발광 소자의 개수를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자의 개수를 측정하는 단계는 상기 잉크에 광을 조사하는 단계, 상기 광 및 상기 광 중 적어도 일부가 상기 발광 소자에 의해 산란된 산란광을 수신하는 단계 및 상기 광 및 상기 산란광으로부터 상기 발광 소자의 개수를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치는 토출되는 잉크 내 쌍극성 소자의 개수를 측정할 수 있는 센싱 유닛을 포함한다. 센싱 유닛은 발광부와 수광부를 포함하여 잉크에 조사된 광이 쌍극성 소자에 의해 산란된 산란광을 통해 잉크 내 쌍극성 소자의 개수를 측정할 수 있다. 또한, 잉크를 토출하면서 쌍극성 소자의 개수 변화를 감지할 수 있고, 이를 피드백하여 잉크 내 쌍극성 소자의 개수를 제어할 수 있다.
이에 따라, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 쌍극성 소자의 프린팅 방법은 토출된 잉크의 단위 액적 당 쌍극성 소자의 개수가 균일하게 유지될 수 있고, 이를 이용하여 제조된 발광 소자를 포함하는 표시 장치는 각 화소 별 발광 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 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 개략적인 저면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 동작을 나타내는 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 잉크 순환부 및 프린트 헤드 유닛을 나타내는 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5의 Q1 부분의 확대도이다.
도 7은 도 6의 Q2 부분을 나타내는 개략도이다.
도 8 및 도 9는 잉크젯 헤드 내에 흐르는 쌍극성 소자의 개수가 달라지는 것을 나타내는 개략도들이다.
도 10은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드에서 토출된 잉크를 나타내는 개략도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 프로브 장치의 개략적인 평면도이다.
도 12 및 도 13은 일 실시예에 따른 프로브 유닛의 동작을 도시하는 개략도들이다.
도 14는 일 실시예에 따른 프로브 장치에 의해 대상 기판 상에 전계가 생성된 것을 도시하는 개략도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 쌍극성 소자의 프린팅 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16 내지 도 21은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 쌍극성 소자의 프린팅 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 22 및 도 23은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 일부 단면도이다.
도 24는 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 일부 단면도이다.
도 25는 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 개략적인 일부 단면도이다.
도 26은 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 일부 단면도이다.
도 27은 일 실시예에 따른 잉크 순환부 및 프린트 헤드 유닛을 나타내는 개략도이다.
도 28은 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 29는 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 평면도이다.
도 30은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일 화소를 나타내는 평면도이다.
도 31은 도 30의 Xa-Xa'선, Xb-Xb'선 및 Xc-Xc'선을 따라 자른 단면도이다.
도 32 내지 도 34는 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법 중 일부를 나타내는 단면도들이다.
도 35 및 도 36은 다른 실시예에 발광 소자의 개략도들이다.
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. 이와 마찬가지로, "하(Below)", "좌(Left)" 및 "우(Right)"로 지칭되는 것들은 다른 소자와 바로 인접하게 개재된 경우 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소재를 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 평면도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 개략적인 평면도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 동작을 나타내는 개략도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 잉크 순환부 및 프린트 헤드 유닛을 나타내는 개략도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛(100)과, 스테이지(STA) 상에 배치된 프로브 장치(700)를 정면에서 바라본 형상을 도시하고 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 복수의 잉크젯 헤드(300)를 포함하는 프린트 헤드 유닛(100)을 포함한다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 스테이지(STA), 잉크 순환부(500), 프로브 장치(700) 및 베이스 프레임(600)을 더 포함할 수 있다.
도 1에서는 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2) 및 제3 방향(DR3)이 정의되어 있다. 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)은 동일 면 상에 위치하며 서로 직교하는 방향이고, 제3 방향(DR3)은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)에 각각 수직한 방향이다. 제1 방향(DR1)은 도면 상 가로 방향을 의미하고, 제2 방향(DR2)은 도면 상 세로 방향을 의미하며, 제3 방향(DR3)은 도면 상 상부 및 하부 방향을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
잉크젯 프린팅 장치(1000)는 프린트 헤드 유닛(100)을 이용하여 소정의 잉크(90)를 대상 기판(SUB) 상에 분사할 수 있다. 잉크(90)가 분사된 대상 기판(SUB) 상에는 프로브 장치(700)에 의해 전계가 생성되고, 잉크(90)에 포함된 쌍극성 소자와 같은 입자들은 대상 기판(SUB) 상에서 정렬될 수 있다.
대상 기판(SUB)은 프로브 장치(700) 상에 제공될 수 있으며, 프로브 장치(700)는 대상 기판(SUB)의 상부에 전계를 형성하고, 상기 전계는 대상 기판(SUB) 상에 분사된 잉크(90)에 전달될 수 있다. 잉크(90)에 포함된 쌍극성 소자(95)와 같은 입자는 일 방향으로 연장된 형상을 갖고, 상기 전계에 의해 연장된 방향이 일 방향을 향하도록 정렬될 수 있다.
일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크젯 헤드(300) 및 적어도 잉크 순환부(500)와 잉크젯 헤드(300) 사이에 배치된 검출 유닛(도 5의 '400')을 포함할 수 있다. 잉크젯 헤드(300)는 쌍극성 소자(95)를 포함하는 잉크(90)를 대상 기판(SUB) 상에 분사, 토출, 또는 프린팅할 수 있고, 센싱 유닛(400)은 잉크젯 헤드(300)에서 프린팅, 또는 토출되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 검출할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 토출되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 감지할 수 있고, 이를 피드백(Feedback)하여 잉크젯 헤드(300)에서 토출된 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 수가 균일하도록 유지할 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 잉크젯 프린팅 장치(1000)에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
스테이지(STA)는 프로브 장치(700)가 배치되는 영역을 제공할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 제2 방향(DR2)으로 연장된 제1 레일(RL1) 및 제2 레일(RL2)을 포함하고, 스테이지(STA)는 제1 레일(RL1)과 제2 레일(RL2) 상에 배치된다. 스테이지(STA)는 제1 레일(RL1)과 제2 레일(RL2) 상에서 별도의 이동부재를 통해 제2 방향(DR2)으로 이동할 수 있다. 프로브 장치(700)는 스테이지(STA)와 함께 제2 방향(DR2)으로 이동할 수 있고, 프린트 헤드 유닛(100)을 통과하며 그 상부에 잉크(90)가 분사될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 도면에서는 스테이지(STA)가 이동하는 구조가 도시되어 있으나, 몇몇 실시예에서 스테이지(STA)는 고정되고 프린트 헤드 유닛(100)이 이동할 수도 있다. 이 경우, 프린트 헤드 유닛(100)은 제1 레일(RL1)과 제2 레일(RL2) 상에 배치되는 프레임 상에 거치될 수도 있다.
프린트 헤드 유닛(100)은 복수의 잉크젯 헤드(300)를 포함하여 베이스 프레임(600)에 배치될 수 있다. 프린트 헤드 유닛(100)은 별도의 잉크 저장부와 연결된 잉크젯 헤드(300)를 이용하여 프로브 장치(700)에 제공되는 대상 기판(SUB) 상에 소정의 잉크(90)를 분사할 수 있다.
베이스 프레임(600)은 지지부(610) 및 이동 유닛(630)을 포함할 수 있다. 지지부(610)는 수평 방향인 제1 방향(DR1)으로 연장된 제1 지지부(611) 및 제1 지지부(611)와 연결되고 수직 방향인 제3 방향(DR3)으로 연장된 제2 지지부(612)를 포함할 수 있다. 제1 지지부(611)의 연장 방향은 프로브 장치(700)의 장변 방향인 제1 방향(DR1)과 동일할 수 있다. 프린트 헤드 유닛(100)은 제1 지지부(611) 상에 거치된 이동 유닛(630)에 배치될 수 있다.
이동 유닛(630)은 제1 지지부(611)에 거치되고 일 방향으로 이동할 수 있는 이동부(631) 및 이동부(631)의 하면에 배치되어 프린트 헤드 유닛(100)이 배치되는 고정부(632)를 포함할 수 있다. 이동부(631)는 제1 지지부(611) 상에서 제1 방향(DR1)으로 이동할 수 있고, 프린트 헤드 유닛(100)은 고정부(632)에 고정되어 이동부(631)와 함께 제1 방향(DR1)으로 이동할 수 있다.
프린트 헤드 유닛(100)은 베이스 프레임(600)에 배치되고, 잉크 저장소로부터 제공되는 잉크(90)를 잉크젯 헤드(300)를 통해 대상 기판(SUB) 상에 분사할 수 있다. 프린트 헤드 유닛(100)은 베이스 프레임(600)의 하부에서 통과하는 스테이지(STA)로부터 특정 간격 이격될 수 있다. 프린트 헤드 유닛(100)이 스테이지(STA)와 이격된 간격은 베이스 프레임(600)의 제2 지지부(612)의 높이에 의해 조절될 수 있다. 프린트 헤드 유닛(100)과 스테이지(STA)의 이격 거리는 스테이지(STA) 상에 프로브 장치(700)와 대상 기판(SUB)이 배치되었을 때 프린트 헤드 유닛(100)이 대상 기판(SUB)으로부터 어느 정도의 간격을 가져 프린팅 공정에 필요한 공간이 확보될 수 있는 범위 내에서 조절될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프린트 헤드 유닛(100)은 복수의 노즐(350)을 포함하는 잉크젯 헤드(300)를 포함할 수 있다. 잉크젯 헤드(300)는 프린트 헤드 유닛(100)의 하면에 배치될 수 있다.
복수의 잉크젯 헤드(300)는 일 방향으로 서로 이격되어 배치되고, 하나의 열 또는 복수의 열로 배열될 수 있다. 도면에서는 잉크젯 헤드(300)들이 2열로 배치되고 각 열의 잉크젯 헤드(300)들이 서로 엇갈리게 배치된 것을 도시하고 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 잉크젯 헤드(300)들은 더 많은 수의 열로 배열될 수 있고 서로 엇갈리지 않고 중첩되도록 배치될 수도 있다. 잉크젯 헤드(300)의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 일 예로 잉크젯 헤드(300)는 사각형의 형상을 가질 수 있다.
잉크젯 헤드(300)는 적어도 하나, 예컨대 2개의 잉크젯 헤드(300)가 하나의 팩(pack)을 형성하여 서로 인접하게 배치될 수 있다. 다만, 하나의 팩에 포함되는 잉크젯 헤드(300)의 수는 이에 제한되지 않으며, 일 예로 하나의 팩에 포함되는 잉크젯 헤드(300)의 수는 1개 내지 5개일 수 있다. 또한, 도면에는 프린트 헤드 유닛(100)에 배치된 잉크젯 헤드(300)를 6개만 도시하고 있으나, 이는 프린트 헤드 유닛(100)을 개략적으로 도시하기 것이며 잉크젯 헤드(300)의 수는 이에 제한되지 않는다.
프린트 헤드 유닛(100)에 배치된 잉크젯 헤드(300)는 스테이지(STA) 상부에 배치되는 대상 기판(SUB) 상에 잉크(90)를 분사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프린트 헤드 유닛(100)은 제1 지지부(611) 상에서 일 방향으로 이동할 수 있고, 잉크젯 헤드(300)는 상기 일 방향으로 이동하여 대상 기판(SUB) 상부에 잉크(90)를 분사할 수 있다.
프린트 헤드 유닛(100)은 제1 지지부(611)가 연장된 제1 방향(DR1)으로 이동할 수 있고, 잉크젯 헤드(300)는 제1 방향(DR1)으로 이동하며 대상 기판(SUB) 상부에 잉크(90)를 분사할 수 있다.
일 실시예에서, 잉크(90)는 용매(91)와 용매(91) 내에 포함된 복수의 쌍극성 소자(95)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 잉크(90)는 용액 또는 콜로이드(Colloid) 상태로 제공될 수 있다. 예컨대, 용매(91)는 아세톤, 물, 알코올, 톨루엔, 프로필렌글리콜(Propylene glycol, PG) 또는 프로필렌글리콜메틸아세테이트(Propylene glycol methyl acetate, PGMA) 등일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 복수의 쌍극성 소자(95)는 용매(91) 내에 분산된 상태로 포함되어 프린트 헤드 유닛(100)에 공급되어 토출될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 대상 기판(SUB)은 제1 방향(DR1)으로 측정된 폭이 프린트 헤드 유닛(100)의 폭보다 클 수 있다. 이 경우, 프린트 헤드 유닛(100)은 제1 방향(DR1)으로 이동하며 대상 기판(SUB) 상에 전면적으로 잉크(90)를 분사할 수 있다. 또한, 프로브 장치(700) 상에는 복수 개의 대상 기판(SUB)이 제공되는 경우 프린트 헤드 유닛(100)은 제1 방향(DR1)으로 이동하면서 복수 개의 대상 기판(SUB) 상에 잉크(90)를 각각 분사할 수 있다.
다만, 이에 제한되지 않고, 프린트 헤드 유닛(100)은 제1 레일(RL1)과 제2 레일(RL2)의 외측에 위치하다가 제1 방향(DR1)으로 이동하여 대상 기판(SUB) 상부에 잉크(90)를 분사할 수 있다. 프린트 헤드 유닛(100)은 스테이지(STA)가 제2 방향(DR2)으로 이동하여 베이스 프레임(600)의 하부에 위치하게 되면, 제1 레일(RL1)과 제2 레일(RL2) 사이로 이동하여 잉크젯 헤드(300)를 통해 잉크(90)를 분사할 수 있다. 이러한 잉크젯 헤드(300)의 동작은 이에 제한되지 않으며, 유사한 공정을 구현할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 순환부(500)를 더 포함할 수 있다. 잉크 순환부(500)는 잉크(90)를 프린트 헤드 유닛(100)에 공급할 수 있고, 잉크젯 헤드(300)는 공급받은 잉크(90)를 토출할 수 있다. 잉크(90)는 잉크 순환부(500)와 잉크젯 헤드(300)를 순환하며 잉크젯 헤드(300)로 공급된 잉크(90) 중 일부는 잉크젯 헤드(300)에서 토출되고, 잔부는 다시 잉크 순환부(500)로 공급될 수 있다.
잉크 순환부(500)는 제1 연결관(IL1) 및 제2 연결관(IL2)을 통해 잉크젯 헤드(300)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 잉크 순환부(500)는 제1 연결관(IL1)을 통해 잉크젯 헤드(300)에 잉크(90)를 공급할 수 있고, 공급되는 잉크(90)의 유량은 제1 밸브(VA1)를 통해 조절될 수 있다. 또한, 잉크 순환부(500)는 제2 연결관(IL2)을 통해 잉크젯 헤드(300)로부터 토출되고 남은 잉크(90)의 잔부가 공급될 수 있다. 제2 연결관(IL2)을 통해 잉크 순환부(500)에 공급되는 잉크(90)의 유량은 제2 밸브(VA2)를 통해 조절될 수 있다. 잉크(90)가 잉크 순환부(500)를 통해 순환됨에 따라 잉크젯 헤드(300)에서 토출된 잉크(90) 내에 포함된 쌍극성 소자(95) 수의 편차가 최소화될 수 있다.
도면에서는 잉크 순환부(500)가 베이스 프레임(600)에 거치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 잉크 순환부(500)는 잉크젯 프린팅 장치(1000)에 구비되되, 그 위치 또는 형태는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대 잉크 순환부(500)는 별도의 장치를 통해 배치될 수 있으며 잉크젯 헤드(300)와 연결된다면 그 범위 내에서 다양한 배치가 가능하다.
몇몇 실시예에서, 잉크 순환부(500)는 제1 잉크 저장부(510), 제2 잉크 저장부(520), 제3 잉크 저장부(530), 압력 펌프(550), 컴프레셔(560) 및 플로우미터(580)를 포함할 수 있다. 잉크 순환부(500)는 제2 잉크 저장부(520), 압력 펌프(550) 및 제3 잉크 저장부(530)가 잉크젯 헤드(300)와 연결되고, 이들은 하나의 잉크 순환 시스템을 형성할 수 있다.
제1 잉크 저장부(510)는 제조된 잉크(90)가 준비되는 저장부일 수 있다. 용매(91) 및 쌍극성 소자(95)를 포함하는 잉크(90)는 잉크 순환부(500)의 제1 잉크 저장부(510)에 준비되고, 잉크 순환 시스템에 잉크(90)가 공급될 수 있다.
제2 잉크 저장부(520)는 제1 잉크 저장부(510)와 연결되어 준비된 잉크(90)가 공급될 수 있다. 또한, 제2 잉크 저장부(520)는 잉크젯 헤드(300)로부터 토출되고 남은 잉크(90)들이 제2 연결관(IL2)을 통해 공급될 수 있다. 제2 잉크 저장부(520)는 제3 잉크 저장부(530)와 잉크젯 헤드(300) 및 제1 잉크 저장부(510) 사이에 위치하여 잉크 순환 시스템을 구성할 수 있다. 제2 잉크 저장부(520)가 생략되는 경우, 제3 잉크 저장부(530)에 과량의 잉크(90)가 공급되어 쌍극성 소자(95)의 분산이 원활하지 않을 수 있다. 잉크 순환부(500)는 제2 잉크 저장부(520)를 더 포함하여 제3 잉크 저장부(530)에 과량의 잉크(90)까 공급되는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 제2 잉크 저장부(520)는 잉크 순환 시스템에서 순환되는 잉크(90) 중 일부가 저장되는 버퍼 저장부의 역할을 할 수 있다.
제2 잉크 저장부(520)에 공급된 잉크(90)는 압력 펌프(550)를 통해 제3 잉크 저장부(530)로 공급될 수 있다. 압력 펌프(550)는 잉크 순환 시스템 내 잉크(90)가 순환될 수 있도록 유체에 동력을 전달하는 펌프(Pump)일 수 있다. 제2 잉크 저장부(520)에 공급된 잉크(90)는 압력 펌프(550)에 의해 제3 잉크 저장부(530)로 공급될 수 있다. 압력 펌프(550)와 제3 잉크 저장부(530) 사이에는 플로우미터(580)가 구비될 수 있고, 플로우미터(580)는 제3 잉크 저장부(530)로 공급되는 잉크(90)의 유량을 측정할 수 있다. 압력 펌프(550)는 플로우미터(580)로부터 측정된 잉크(90)의 유량에 따라 제3 잉크 저장부(530)로 공급되는 잉크(90)의 유량을 조절할 수 있다.
또한, 잉크 순환부(500)는 컴프레셔(560)를 더 구비하고, 컴프레셔(560)는 제3 잉크 저장부(530) 내의 압력을 조절할 수 있다. 컴프레셔(560)는 제3 잉크 저장부(530) 내부를 진공 상태가 되도록 기체를 제거하거나, 일정 압력을 갖도록 외부의 비활성 기체를 유입할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 잉크 순환부(500)의 컴프레셔(560)는 생략될 수도 있다.
제3 잉크 저장부(530)는 압력 펌프(550)를 통해 제2 잉크 저장부(520)와 연결되어 잉크(90)가 공급될 수 있다. 또한, 제3 잉크 저장부(530)는 제1 연결관(IL1)을 통해 잉크젯 헤드(300)로 잉크(90)를 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 잉크 저장부(530)는 교반기(ST)를 포함할 수 있고, 교반기(ST)는 잉크(90) 내의 쌍극성 소자(95)를 분산시킬 수 있다. 제3 잉크 저장부(530)로 공급된 잉크(90)는 교반기(ST)가 회전함에 따라 쌍극성 소자(95)들이 가라앉지 않고 분산된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 제3 잉크 저장부(530)의 교반기(ST)는 쌍극성 소자(95)들이 제3 잉크 저장부(530)의 하부에 가라앉아 잉크젯 헤드(300)를 통해 토출되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 수가 감소되는 것을 방지할 수 있다. 제3 잉크 저장부(530)는 쌍극성 소자(95)가 원활하게 분산된 잉크(90)를 잉크젯 헤드(300)에 공급할 수 있고, 잉크젯 헤드(300)는 일정 수준 이상의 쌍극성 소자(95)를 포함하는 잉크(90)를 토출할 수 있다.
한편, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크젯 헤드(300)에서 토출된 잉크(90)의 단위 액적량이 일정할 것이 요구됨과 동시에, 단위 액적량 내에 분산된 쌍극성 소자(95)의 수가 균일하게 제어될 필요가 있다. 잉크 순환 시스템에 의해 잉크젯 헤드(300)에서 잉크(90)들이 토출되는 동안, 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 수가 균일하지 않는 경우, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 신뢰도가 문제될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 순환부(500)와 잉크젯 헤드(300) 사이에 배치된 적어도 하나의 센싱 유닛(도 5의 '400')을 포함하고, 잉크젯 헤드(300)로부터 토출되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 감지할 수 있고, 이를 잉크 순환부(500) 또는 잉크젯 헤드(300)에 피드백하여 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 개수를 균일하게 유지할 수 있다. 이하, 잉크젯 헤드(300) 및 센싱 유닛(400)에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 개략적인 단면도이다. 도 6은 도 5의 Q1 부분의 확대도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 잉크젯 헤드(300)는 복수의 노즐(350)을 포함하여 노즐(350)을 통해 잉크(90)를 토출할 수 있다. 노즐(350)로부터 토출된 잉크(90)는 스테이지(STA) 또는 프로브 장치(700) 상에 제공된 대상 기판(SUB)에 분사될 수 있다. 노즐(350)은 잉크젯 헤드(300)의 저면에 위치하고, 잉크젯 헤드(300)가 연장된 일 방향을 따라 배열될 수 있다.
잉크젯 헤드(300)는 베이스부(310), 내부관(330), 및 복수의 노즐(350)을 포함할 수 있다. 잉크젯 헤드(300)는 토출부(370)와 액츄에이터(390)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 센싱 유닛(400)은 잉크젯 헤드(300)에 배치될 수 있다.
베이스부(310)는 잉크젯 헤드(300)의 본체를 구성할 수 있다. 베이스부(310)는 프린트 헤드 유닛(100)에 부착될 수 잇다. 베이스부(310)는 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 베이스부(310)는 원형의 형상을 가질 수도 있다.
토출부(370)는 잉크젯 헤드(300)의 베이스부(310) 중 노즐(350)이 배치되는 부분일 수 있다. 도면에서는 베이스부(310)와 연결된 토출부(370) 및 이와 이격된 토출부(370)들이 배치되고, 이들 사이에 노즐(350)이 형성된 것이 도시되어 있다. 다만, 실질적으로 토출부(370)는 서로 이격되지 않고 일체화된 하나의 부재일 수 있으며, 노즐(350)은 토출부(370)를 관통하는 홀의 형상으로 형성된 것일 수 있다. 즉, 복수의 토출부(370)는 서로 이격되어 배치되지 않고 하나의 부재로 형성된 것일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 몇몇 실시에서 잉크젯 헤드(300)는 노즐(350)이 형성된 토출부(370)를 포함하는 유닛이 복수 개 배치된 것일 수도 있다. 이 경우 복수의 토출부(370)는 서로 이격되어 베이스부(310)와 연결되어 배치될 수도 있다.
내부관(330)은 베이스부(310) 내에 배치되어 프린트 헤드 유닛(100)의 내부 유로와 연결되고, 잉크 순환부(500)로부터 잉크(90)가 공급될 수 있다. 내부관(330)은 잉크 순환부(500)와 연결된 제1 연결관(IL1)을 통해 잉크(90)가 공급되고, 노즐(350)에서 토출되고 남은 잉크(90)는 제2 연결관(IL2)을 통해 잉크 순환부(500)로 공급될 수 있다. 베이스부(310)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있고, 내부관(330)은 베이스부(310)의 연장 방향을 따라 형성될 수 있다. 프린트 헤드 유닛(100)을 통해 공급된 잉크(90)는 내부관(330)을 통해 흐르다가 잉크젯 헤드(300)의 노즐(350)을 통해 토출될 수 있다.
복수의 노즐(350)은 베이스부(310)의 일 면, 예컨대 하면에 위치하여 토출부(370)에 배치될 수 있다. 복수의 노즐(350)은 서로 이격되어 베이스부(310)의 연장 방향을 따라 배열되고, 베이스부(310)의 토출부(370)를 관통하여 내부관(330)과 연결되어 잉크(90)를 토출할 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 복수의 노즐(350)은 1열 또는 복수열로 배열될 수 있다. 또한, 도면에서는 잉크젯 헤드(300)에 4개의 노즐(350)이 형성된 것이 도시되어 있으나 이에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 잉크젯 헤드(300)에 포함된 노즐(350)의 수는 128개 내지 1800개일 수 있다. 노즐(350)은 내부관(330)을 따라 유입된 잉크(90)를 토출할 수 있다. 노즐(350)을 통한 잉크(90)의 분사량은 각 노즐(350)에 인가되는 전압에 따라 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 각 노즐(350)에서 1회 토출되는 잉크(90)의 양은 1 내지 50 pl(Pico-litter)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 노즐(350)은 유입구(351) 및 배출구(353)를 포함할 수 있다. 유입구(351)는 내부관(330)과 직접 연결되고, 내부관(330)을 따라 흐르는 잉크(90)가 노즐(350)로 공급되는 부분일 수 있다. 배출구(353)는 유입구(351)와 연결되고, 유입구(351)로부터 공급된 잉크(90)가 노즐(350)로부터 토출되는 부분일 수 있다. 한편, 노즐(350)의 유입구(351)와 배출구(353)가 동일한 직경을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 노즐(350)은 토출부(370)의 형상에 따라 유입구(351) 및 배출구(353)의 직경이 서로 다를 수도 있다. 토출부(370)는 서로 구분되는 부분을 포함하여 노즐(350)의 직경에 따라 다른 형상을 가질 수 있다.
노즐(350)을 통해 토출되는 잉크(90)는 용매(91) 및 용매(91)에 분산된 쌍극성 소자(95)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 쌍극성 소자(95)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 쌍극성 소자(95)는 잉크(90) 내에서 무작위로 분산되어 내부관(330)을 따라 흐르다가 노즐(350)로 공급될 수 있다. 쌍극성 소자(95)는 일 방향으로 연장된 형상을 가짐에 따라, 장축이 향하는 방향인 배향 방향을 가질 수 있다. 또한, 쌍극성 소자(95)는 제1 극성을 갖는 제1 단부와 제2 극성을 갖는 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부 및 제2 단부는 쌍극성 소자(95)의 장축 방향의 양 단부일 수 있다. 일 방향으로 연장된 쌍극성 소자(95)는 제1 단부가 향하는 방향을 기준으로 배향 방향이 정의될 수 있다. 잉크젯 헤드(300)의 내부관(330) 및 노즐(350) 내에 흐르는 쌍극성 소자(95)들은 배향 방향이 일정하지 않고 무작위의 방향으로 분산될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 쌍극성 소자(95)들은 특정 배향 방향을 가진 상태로 내부관(330) 및 노즐(350) 내에서 흐를 수 있다.
액츄에이터(390)는 베이스부(310)의 토출부(370)에 배치될 수 있다. 액츄에이터(390)는 노즐(350)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 액츄에이터(390)는 노즐(350)을 통해 잉크(90)가 원활하게 토출될 수 있도록 노즐(350)에 유입된 잉크(90)에 유압을 인가할 수 있다. 액츄에이터(390)는 토출부(370)와 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 액츄에이터(390)는 노즐(350)에 대응하여 이를 둘러싸도록 배치되고, 노즐(350)이 이격된 간격만큼 다른 액츄에이터(390)들과 이격 배치될 수도 있다. 다만, 액츄에이터(390)는 생략될 수도 있다.
센싱 유닛(400)은 베이스부(310)의 토출부(370)에 배치될 수 있다. 센싱 유닛(400)은 토출부(370) 내부에 구비되어 각 노즐(350)에 대응하여 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 센싱 유닛(400)들은 토출부(370) 내에 삽입된 형태로 배치될 수 있으며, 제1 방향(DR1)으로 배열된 노즐(350)들을 따라 제1 방향(DR1)으로 배열될 수 있다. 또한, 복수의 센싱 유닛(400)들은 제2 방향(DR2)으로 배열된 노즐(350)들을 따라 제2 방향(DR2)으로도 배열될 수 있다. 센싱 유닛(400)들은 이웃하는 다른 센싱 유닛(400)과 이격되어 배치될 수 있으며, 이들은 각 노즐(350)에 대응하여 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센싱 유닛(400)은 토출부(370)에 배치된 액츄에이터(390)의 상부에 배치될 수 있다. 센싱 유닛(400)은 액츄에이터(390)와 내부관(330) 사이에서 노즐(350)의 유입구(351)에 인접하게 배치될 수 있으며, 후술할 바와 같이 내부관(330)으로부터 노즐(350)로 유입된 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 센싱 유닛(400)은 잉크(90)가 액츄에이터(390)를 통과하여 토출되기 전의 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정하여 노즐(350)에서 토출된 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 센싱 유닛(400)은 잉크(90)가 흐르는 경로를 따라 다른 위치에 더 배치될 수 있다. 예를 들어, 센싱 유닛(400)은 잉크젯 헤드(300)의 내부관(330)이 위치한 베이스부(310)에도 배치되거나, 잉크 순환부(500)와 잉크젯 헤드(300) 사이에서 이들을 연결하는 제1 연결관(IL1)에 배치될 수 있다. 이에 대한 설명은 다른 실시예가 참조된다.
센싱 유닛(400)은 발광부(410) 및 수광부(420)를 포함하고, 이들은 노즐(350)을 사이에 두고 이격되어 배치될 수 있다. 센싱 유닛(400)의 발광부(410)는 노즐(350)의 일 측에 배치되고 수광부(420)는 노즐(350)의 타 측에 배치될 수 있다. 도면에서는 발광부(410)와 수광부(420)가 노즐(350)의 외벽에 맞닿아 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 발광부(410) 및 수광부(420)는 노즐(350)의 외벽으로부터 이격될 수도 있다.
발광부(410)는 특정 파장대의 광을 방출할 수 있고, 수광부(420)는 발광부(410)에서 방출된 광이 입사될 수 있다. 발광부(410)는 노즐(350) 내에 흐르는 잉크(90)에 상기 광을 조사할 수 있고, 상기 광은 노즐(350) 및 노즐(350) 내의 잉크(90)를 통과하여 수광부(420)로 입사될 수 있다. 발광부(410)의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 발광부(410)는 자외선의 광을 방출할 수 있는 자외선 레이저(UV Laser) 조사 장치 또는 램프(Lamp)이거나, 가시광선 또는 백색광을 방출할 수 있는 광 조사 장치 또는 램프일 수 있다. 다만, 본 실시예가 이에 제한되지 않으며, 발광부(410)는 노즐(350) 내에 흐르는 잉크(90)에 광을 조사할 수 있는 장치로써 본 기술분야에서 채용될 수 있는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
잉크(90)가 내부관(330)을 흐르다가 노즐(350)에 유입되면, 발광부(410)에서 방출된 광이 쌍극성 소자(95)에 입사될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 노즐(350)은 센싱 유닛(400)의 발광부(410)에서 방출된 광이 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)에 조사될 수 있도록 외벽이 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 노즐(350)의 외벽은 실질적으로 베이스부(310) 또는 토출부(370)와 동일한 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 노즐(350)의 외벽은 발광부(410) 및 수광부(420)와 맞닿아 위치할 수 있고, 투명한 재질의 상기 외벽은 발광부(410)에서 방출된 광이 잉크(90)를 통과하여 수광부(420)로 입사될 수 있다.
상기 광은 쌍극성 소자(95)의 간섭에 의해 일부가 산란될 수 있고, 수광부(420)는 발광부(410)에서 방출된 광과 산란된 광을 수신하여 노즐(350) 내에 흐르는 쌍극성 소자(95)의 수를 측정할 수 있다.
도 7은 도 6의 Q2 부분을 나타내는 개략도이다.
도 6에 더하여 도 7을 참조하면, 센싱 유닛(400)의 발광부(410)는 노즐(350)을 기준으로 반대편에 배치된 수광부(420)를 향해 광(도 7의 'L')을 조사할 수 있다. 광(L)은 노즐(350)을 통과하여 수광부(420)로 입사되는 동안 적어도 일부분이 노즐(350) 내에 흐르는 쌍극성 소자(95)에 조사될 수 있다. 잉크(90) 내에 분산된 쌍극성 소자(95)에 상기 광(L)이 조사되면 광(L)의 일부가 산란될 수 있고(도 7의 'L''), 수광부(420)는 발광부(410)에서 방출된 광(L)에 더하여 쌍극성 소자(95)에 의해 산란된 광(L')이 입사될 수 있다. 쌍극성 소자(95)에 의해 산란된 광(L')은 쌍극성 소자(95)의 브라운 운동(Brownian motion)에 따른 특정 파형을 가질 수 있다. 수광부(420)는 쌍극성 소자(95)에 의해 산란된 광(L')의 파형을 분석하여 쌍극성 소자(95)의 크기를 측정할 수 있고, 이를 통해 노즐(350) 내 단위 공간에 흐르는 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 센싱 유닛(400)은 측정된 쌍극성 소자(95)의 개수와 노즐(350)에서 토출된 잉크(90)의 액적량을 통해, 토출된 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수, 또는 분산도를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센싱 유닛(400)은 잉크젯 프린팅 장치(1000)가 잉크(90)를 토출하는 것과 동시에 토출된 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있고, 프린팅 공정 중 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 분산도 및 개수 변화를 감지할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 상기 쌍극성 소자(95)의 개수 변화가 기준 설정값을 초과하는 경우, 이를 실시간으로 피드백하여 노즐(350)에 유입되는 쌍극성 소자(95)의 개수, 또는 잉크젯 헤드(300)에 유입되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 분산도 등을 제어할 수 있다. 이러한 과정을 통해 잉크젯 헤드(300)에서 토출된 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수가 균일하게 유지될 수 있다.
도 8 및 도 9는 잉크젯 헤드 내에 흐르는 쌍극성 소자의 개수가 달라지는 것을 나타내는 개략도들이다.
도 8을 참조하면, 잉크젯 헤드(300)에 유입되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수가 작아질 경우, 노즐(350)에서 토출되는 쌍극성 소자(95)의 개수도 감소할 수 있다. 예를 들어, 잉크 순환부(500)에서 제3 잉크 저장부(530)의 교반기(ST)가 작동이 원활하지 않아 쌍극성 소자(95)가 가라앉을 경우, 잉크 순환부(500)에서 잉크젯 헤드(300)로 유입되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수가 작아질 수 있다. 잉크젯 헤드(300)의 내부관(330) 및 노즐(350)에는 적은 개수의 쌍극성 소자(95)만이 유입되고, 노즐(350)을 통해 토출된 쌍극성 소자(95)의 개수도 감소할 수 있다.
또는 도 9를 참조하면, 쌍극성 소자(95)가 일 방향으로 연장된 형상을 가짐에 따라 노즐(350)의 유입구(351)에서 쌍극성 소자(95)들이 뭉치게 되어 노즐(350)에 유입되는 쌍극성 소자(95)의 개수가 작아질 수 있다. 이 경우, 내부관(330)에 유입된 쌍극성 소자(95)의 개수는 변함이 없으나, 노즐(350)을 통해 토출된 쌍극성 소자(95)의 개수가 감소할 수 있다.
상술한 바와 같이, 수광부(420)는 쌍극성 소자(95)에 의해 산란된 광(L')의 파형을 분석하여 쌍극성 소자(95)의 크기를 측정하고, 이를 통해 노즐(350) 내 단위 공간에 흐르는 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 노즐(350)을 통해 토출되는 쌍극성 소자(95) 개수, 또는 노즐(350)에 유입되는 쌍극성 소자(95)의 수가 감소할 경우, 센싱 유닛(400)의 수광부(420')로 입사되는 광의 광량 또는 그 파형이 달라질 수 있다. 센싱 유닛(400)은 수광부(420')로 입사되는 광의 변화를 통해 노즐(350) 내 흐르는 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 감지할 수 있다.
잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크젯 헤드(300)에 배치된 센싱 유닛(400)을 포함하여 적어도 노즐(350)에서 토출되는 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정하여 그 변화를 감지할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 센싱 유닛(400)에서 감지된 변화를 잉크 순환부(500) 또는 잉크젯 헤드(300)가 수신하여 노즐(350)에서 토출되는 쌍극성 소자(95)의 개수를 제어할 수 있다. 도 8의 경우와 같이 잉크젯 헤드(300)에 유입되는 쌍극성 소자(95)의 개수가 감수할 경우, 그 변화량을 잉크 순환부(500)에 피드백할 수 있고, 도 9의 경우와 같이 노즐(350)에 유입되는 쌍극성 소자(95)의 개수가 감소할 경우, 그 변화량을 잉크젯 헤드(300)에 피드백할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 쌍극성 소자(95)의 개수 변화에는 다양한 원인이 존재할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 더 많은 수의 센싱 유닛(400)들을 포함하여, 쌍극성 소자(95)의 개수 변화에 대하여 정확한 피드백을 제공할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 센싱 유닛(400)으로부터 제공된 피드백을 통해 잉크젯 헤드(300)에서 토출되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 균일하게 유지할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드에서 토출된 잉크를 나타내는 개략도이다.
도 10을 참조하면, 잉크젯 헤드(300)에서 토출된 잉크(90)는 대상 기판(SUB) 상에 분사된다. 센싱 유닛(400)에서 측정된 잉크(90) 내의 쌍극성 소자(95)의 수는 대상 기판(SUB) 상에 분사된 잉크(90) 내의 쌍극성 소자(95)의 수에 대응될 수 있다. 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 센싱 유닛(400)을 포함하여 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 감지하여 토출된 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 수를 균일하게 유지할 수 있고, 대상 기판(SUB) 상에는 단위 면적당 균일한 개수의 쌍극성 소자(95)를 포함하는 잉크(90)들이 분사될 수 있다. 즉, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 일정 면적 내에 균일한 개수의 쌍극성 소자(95)들을 프린팅, 또는 분사할 수 있다. 후술할 바와 같이, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 쌍극성 소자(95)를 포함하는 장치의 영역 별 쌍극성 소자(95)의 개수 오차를 최소화할 수 있고, 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
한편, 쌍극성 소자(95)들은 특정 배향 방향을 갖고 대상 기판(SUB) 상에 분사된 후, 프로브 장치(700)가 생성하는 전계에 의해 일정한 배향 방향을 갖고 대상 기판(SUB) 상에 안착될 수 있다. 즉, 쌍극성 소자(95)들은 프로브 장치(700)가 생성하는 전계에 의해 대상 기판(SUB) 상에서 일 방향으로 정렬될 수 있다. 이하, 다른 도면을 참조하여 프로브 장치(700)에 대하여 설명하기로 한다.
도 11은 일 실시예에 따른 프로브 장치의 개략적인 평면도이다.
도 1 및 도 11을 참조하면, 프로브 장치(700)는 서브 스테이지(710), 프로브 지지대(730), 프로브 유닛(750) 및 얼라이너(780)를 포함할 수 있다.
프로브 장치(700)는 스테이지(STA) 상에 배치되고, 스테이지(STA)와 함께 제2 방향(DR2)으로 이동할 수 있다. 대상 기판(SUB)이 배치된 프로브 장치(700)는 스테이지(STA)를 따라 이동하며 그 상부에 잉크(90)가 분사될 수 있다. 프로브 장치(700)는 잉크(90)가 분사되면 대상 기판(SUB)의 상부에 전계를 생성할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서 스테이지(STA)는 이동하지 않고, 프린트 헤드 유닛(100)이 제2 방향(DR2)을 따라 이동하며 스테이지(STA) 상에 잉크(90)를 분사할 수도 있다.
서브 스테이지(710)는 대상 기판(SUB)이 배치되는 공간을 제공할 수 있다. 또한, 서브 스테이지(710) 상에는 프로브 지지대(730), 프로브 유닛(750) 및 얼라이너(780)가 배치될 수 있다. 서브 스테이지(710)의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 일 예로, 서브 스테이지(710)는 도면에 도시된 바와 같이 양 변이 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)으로 연장된 사각형의 형상을 가질 수 있다. 서브 스테이지(710)는 제1 방향(DR1)으로 연장된 장변과 제2 방향(DR2)으로 연장된 단변을 포함할 수 있다. 다만, 서브 스테이지(710)의 전반적인 평면 형상은 대상 기판(SUB)의 평면상 형상에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 대상 기판(SUB)이 평면상 직사각형일 경우, 도면에 도시된 바와 같이 서브 스테이지(710)의 형상은 직사각형일 수 있고, 대상 기판(SUB)이 원형의 평면을 갖는 경우, 서브 스테이지(710)도 평면상 형상이 원형일 수 있다.
얼라이너(780)는 서브 스테이지(710) 상에 적어도 하나 배치될 수 있다. 얼라이너(780)는 서브 스테이지(710)의 각 변 상에 배치되며, 복수의 얼라이너(780)들이 둘러싸는 영역은 대상 기판(SUB)이 배치되는 영역일 수 있다. 도면에서는 서브 스테이지(710)의 각 변 상에 2개의 얼라이너(780)가 이격되어 배치되고, 서브 스테이지(710) 상에는 총 8개의 얼라이너(780)들이 배치된 것이 도시되어 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 얼라이너(780)의 수와 배치 등은 대상 기판(SUB)의 형상 또는 종류에 따라 달라질 수 있다.
프로브 지지대(730) 및 프로브 유닛(750)은 서브 스테이지(710) 상에 배치된다. 프로브 지지대(730)는 서브 스테이지(710) 상에서 프로브 유닛(750)이 배치되는 공간을 제공할 수 있다. 구체적으로 프로브 지지대(730)는 서브 스테이지(710) 상의 적어도 일 측에 배치되어, 일 측부가 연장된 방향을 따라 연장될 수 있다. 일 예로, 도면에 도시된 바와 같이 프로브 지지대(730)는 서브 스테이지(710) 상의 좌우측 측부에서 제2 방향(DR2)으로 연장되어 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 프로브 지지대(730)는 더 많은 수 포함될 수 있으며 경우에 따라서는 서브 스테이지(710)의 상하측에도 배치될 수 있다. 즉, 프로브 지지대(730)는 프로브 장치(700)에 포함되는 프로브 유닛(750)의 수, 또는 배치나 구조 등에 따라 그 구조가 달라질 수 있다.
프로브 유닛(750)은 프로브 지지대(730) 상에 배치되어 서브 스테이지(710)에 준비되는 대상 기판(SUB) 상에 전계를 형성할 수 있다. 프로브 유닛(750)은 프로브 지지대(730)와 같이 일 방향, 예컨대 제2 방향(DR2)으로 연장되며 상기 연장된 길이는 대상 기판(SUB) 전체를 커버할 수 있다. 즉, 프로브 지지대(730)와 프로브 유닛(750)의 크기 및 형상은 대상 기판(SUB)에 따라 달라질 수 있다.
일 실시예에서, 프로브 유닛(750)은 프로브 지지대(730) 상에 배치되는 프로브 구동부(753), 프로브 구동부(753)에 배치되어 전기 신호가 전달되는 프로브 지그(751), 및 프로브 지그(751)에 연결되어 상기 전기 신호를 대상 기판(SUB) 상에 전기 신호를 전달하는 프로브 패드(758)를 포함할 수 있다.
프로브 구동부(753)는 프로브 지지대(730) 상에 배치되어 프로브 지그(751) 및 프로브 패드(758)를 이동시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 프로브 구동부(753)는 프로브 지그(751)를 수평 방향 및 수직 방향, 예컨대 수평 방향인 제1 방향(DR1)과 수직 방향인 제3 방향(DR3)으로 이동시킬 수 있다. 프로브 구동부(753)의 구동에 의해 프로브 패드(758)는 대상 기판(SUB)과 연결되거나 분리될 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 공정 중에, 대상 기판(SUB)에 전계를 형성하는 단계에서는 프로브 구동부(753)가 구동하여 프로브 패드(758)를 대상 기판(SUB)에 연결시키고, 그 이외의 단계에서는 프로브 구동부(753)가 다시 구동하여 프로브 패드(758)를 대상 기판(SUB)과 분리시킬 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 다른 도면을 참조하여 후술한다.
프로브 패드(758)는 프로브 지그(751)로부터 전달되는 전기 신호를 통해 대상 기판(SUB) 상에 전계를 형성할 수 있다. 프로브 패드(758)는 대상 기판(SUB)에 연결되어 상기 전기 신호를 전달하여 대상 기판(SUB) 상에 전계를 형성할 수 있다. 일 예로, 프로브 패드(758)는 대상 기판(SUB)의 전극 또는 전원 패드 등에 접촉되고, 프로브 지그(751)의 전기 신호는 상기 전극 또는 전원 패드로 전달될 수 있다. 대상 기판(SUB)에 전달된 상기 전기 신호는 대상 기판(SUB) 상에 전계를 형성할 수 있다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 프로브 패드(758)는 프로브 지그(751)로부터 전달된 전기 신호를 통해 전계를 형성하는 부재일 수 있다. 즉, 프로브 패드(758)에서 상기 전기 신호를 전달받아 전계를 형성하는 경우, 프로브 패드(758)는 대상 기판(SUB)과 연결되지 않을 수도 있다.
프로브 패드(758)의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 예시적인 실시예에서, 프로브 패드(758)는 대상 기판(SUB) 전체를 커버하도록 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다.
프로브 지그(751)는 프로브 패드(758)에 연결되고, 별도의 전압 인가 장치와 연결될 수 있다. 프로브 지그(751)는 상기 전압 인가 장치에서 전달되는 전기 신호를 프로브 패드(758)에 전달하여 대상 기판(SUB) 상에 전계를 형성할 수 있다. 프로브 지그(751)로 전달되는 전기 신호는 전계를 형성하기 위한 전압, 일 예로 교류 전압일 수 있다.
프로브 유닛(750)은 복수 개의 프로브 지그(751)를 포함할 수 있으며 그 수는 특별히 제한되지 않는다. 도면에서는 3개의 프로브 지그(751)와 3개의 프로브 구동부(753)가 배치된 것을 도시하고 있으나, 프로브 유닛(750)은 더 많은 수의 프로브 지그(751) 및 프로브 구동부(753)를 포함하여 대상 기판(SUB) 상에 더 높은 밀도를 갖는 전계를 형성할 수도 있다.
일 실시예에 따른 프로브 유닛(750)은 이에 제한되지 않는다. 도면에서는 프로브 유닛(750)이 프로브 지지대(730), 즉 프로브 장치(700)에 배치된 것으로 도시하고 있으나, 경우에 따라서 프로브 유닛(750)은 별도의 장치로 배치될 수도 있다. 프로브 장치(700)는 전계를 형성할 수 있는 장치를 포함하여 대상 기판(SUB) 상에 전계를 형성할 수 있으면, 그 구조나 배치는 제한되지 않는다.
도 12 및 도 13은 일 실시예에 따른 프로브 유닛의 동작을 도시하는 개략도들이다.
상술한 바와 같이, 프로브 유닛(750)의 프로브 구동부(753)는 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 공정 단계에 따라 동작될 수 있다. 도 12 및 도 13을 참조하면, 프로브 장치(700)에 전계를 형성하지 않는 제1 상태에서는 프로브 유닛(750)은 프로브 지지대(730) 상에 배치되어 대상 기판(SUB)과 이격될 수 있다. 프로브 유닛(750)의 프로브 구동부(753)는 수평 방향인 제2 방향(DR2)과 수직 방향인 제3 방향(DR3)으로 구동하여 프로브 패드(758)를 대상 기판(SUB)과 이격시킬 수 있다.
다음으로, 대상 기판(SUB) 상에 전계를 형성하는 제2 상태에서는 프로브 유닛(750)의 프로브 구동부(753)가 구동하여 프로브 패드(758)를 대상 기판(SUB)과 연결시킬 수 있다. 프로브 구동부(753)가 수직 방향인 제3 방향(DR3)과 수평 방향인 제1 방향(DR1)으로 구동하여 프로브 패드(758)는 대상 기판(SUB)과 접촉할 수 있다. 프로브 유닛(750)의 프로브 지그(751)는 프로브 패드(758)에 전기 신호를 전달하고, 대상 기판(SUB) 상에는 전계가 형성될 수 있다.
한편, 도면에서는 프로브 장치(700)의 양 측에 프로브 유닛(750)이 각각 하나씩 배치되고, 두 개의 프로브 유닛(750)이 동시에 대상 기판(SUB)에 연결되는 것을 도시하고 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 복수의 프로브 유닛(750)은 각각 별개로 구동될 수도 있다. 예를 들어, 서브 스테이지(710) 상에 대상 기판(SUB)이 준비되고, 잉크(90)가 분사되면, 임의의 제1 프로브 유닛(750)이 먼저 대상 기판(SUB) 상에 전계를 형성하고, 제2 프로브 유닛(750)은 대상 기판(SUB)에 연결되지 않을 수 있다. 이후, 제1 프로브 유닛(750)이 대상 기판(SUB)에서 분리되고 제2 프로브 유닛(750)이 대상 기판(SUB)과 연결되어 전계를 형성할 수도 있다. 즉, 복수의 프로브 유닛(750)은 동시에 구동하여 전계를 형성하거나, 각각 순차적으로 구동하여 순차적으로 전계를 형성할 수도 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 프로브 장치에 의해 대상 기판 상에 전계가 생성된 것을 도시하는 개략도이다.
도 14를 참조하면, 상술한 바와 같이 쌍극성 소자(95)는 극성을 갖는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 소정의 전계에 놓였을 때 유전영동힘이 전달되어 위치 또는 배향 방향이 변할 수 있다. 대상 기판(SUB) 상에 분사된 잉크(90) 내의 복수의 쌍극성 소자(95)들은 프로브 장치(700)가 생성하는 전계(IEL)에 의해 위치 및 배향 방향이 변하면서 대상 기판(SUB) 상에 안착될 수 있다.
프로브 장치(700)는 대상 기판(SUB) 상에 전계(IEL)를 생성할 수 있고, 잉크젯 헤드(300)의 노즐(350)에서 토출된 잉크(90)는 전계(IEL)를 통과하여 대상 기판(SUB) 상에 분사될 수 있다. 쌍극성 소자(95)는 잉크(90)가 대상 기판(SUB) 상에 도달할 때까지, 또는 대상 기판(SUB) 상에 도달한 후에도 전계(IEL)에 의해 유전영동힘을 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 쌍극성 소자(95)는 잉크젯 헤드(300)로부터 토출된 후에는 프로브 장치(700)가 생성하는 전계(IEL)에 의해 배향 방향 및 위치가 변할 수 있다.
프로브 장치(700)가 생성하는 전계(IEL)는 대상 기판(SUB)의 상면에 평행한 방향으로 형성될 수 있다. 대상 기판(SUB) 상에 분사된 쌍극성 소자(95)는 전계(IEL)에 의해 장축이 연장된 방향이 대상 기판(SUB)의 상면에 수평한 방향을 향하도록 배향될 수 있다. 또한, 쌍극성 소자(95)들은 극성을 갖는 제1 단부가 특정 방향으로 배향되어 대상 기판(SUB) 상에 안착될 수 있다.
복수의 쌍극성 소자(95)들은 대상 기판(SUB) 상에 안착되면, 이들이 갖는 배향 방향의 편차, 또는 대상 기판(SUB) 상에 안착된 위치 등의 편차를 고려하여 정렬도가 측정될 수 있다. 대상 기판(SUB) 상에 안착된 쌍극성 소자(95)들은 어느 하나의 쌍극성 소자(95)를 기준으로 다른 쌍극성 소자(95)들의 배향 방향의 편차 및 안착된 위치의 편차가 측정될 수 있고, 이를 통해 쌍극성 소자(95)들의 정렬도가 측정될 수 있다. 쌍극성 소자(95)들이 갖는 '정렬도'는 대상 기판(SUB) 상에서 정렬된 쌍극성 소자(95)들의 배향 방향 및 안착된 위치의 편차를 의미하는 것일 수 있다. 예를 들어, 쌍극성 소자(95)들의 배향 방향 및 안착된 위치 등의 편차가 클 경우, 쌍극성 소자(95)들의 정렬도가 낮은 것이고, 쌍극성 소자(95)들의 배향 방향 및 안착된 위치 등의 편차가 작을 경우, 쌍극성 소자(95)들의 정렬도가 높거나 개선된 것으로 이해될 수 있다.
한편, 프로브 장치(700)가 대상 기판(SUB)의 상부에 전계(IEL)를 생성하는 시점은 특별히 제한되지 않는다. 도면에서는 잉크(90)가 노즐(350)에서 토출되어 대상 기판(SUB) 상에 도달하는 동안 프로브 유닛(750)에서 전계(IEL)를 생성하는 것을 도시하고 있다. 이에 따라 쌍극성 소자(95)는 노즐(350)에서 토출되어 대상 기판(SUB)에 도달할 때까지 전계(IEL)에 의해 유전영동힘을 받을 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 경우에 따라서 프로브 유닛(750)은 잉크(90)가 대상 기판(SUB) 상에 안착한 뒤에 전계(IEL)를 생성할 수도 있다. 즉, 프로브 장치(700)는 잉크젯 헤드(300)으로부터 잉크(90)가 분사될 때, 또는 그 이후에 전계(IEL)를 생성할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 몇몇 실시예에서 서브 스테이지(710) 상에는 전계 생성 부재가 더 배치될 수 있다. 전계 생성 부재는 후술하는 프로브 유닛(750)과 같이 상부(즉, 제3 방향(DR3)), 또는 대상 기판(SUB) 상에 전계를 형성할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전계 생성 부재는 안테나 유닛이나, 복수의 전극을 포함한 장치 등이 적용될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지 않았으나, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 대상 기판(SUB) 상에 분사된 잉크(90)를 휘발시키는 공정이 수행되는 열처리 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 열처리 유닛은 대상 기판(SUB) 상에 분사된 잉크(90)에 열을 조사하여 잉크(90)의 용매(91)는 휘발되어 제거되고, 쌍극성 소자(95)는 대상 기판(SUB) 상에 배치될 수 있다. 잉크(90)에 열을 조사하여 용매(91)를 제거하는 공정은 통상적인 열처리 유닛을 이용하여 수행될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용한 쌍극성 소자(95)의 프린팅 방법에 대하여 자세하게 설명하기로 한다.
도 15는 일 실시예에 따른 쌍극성 소자의 프린팅 방법을 나타내는 순서도이다. 도 16 내지 도 21은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치를 이용한 쌍극성 소자의 프린팅 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 1, 및 도 15 내지 도 21을 참조하면, 일 실시예에 따른 쌍극성 소자(95) 정렬 방법은 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 세팅하는 단계(S100), 노즐(350)을 통해 쌍극성 소자(95)를 토출하며, 노즐(350)에서 토출된 쌍극성 소자(95)의 수를 측정하는 단계(S200), 쌍극성 소자(95)의 수가 기준 설정값을 초과하는지 판단하는 단계(S300) 및 상기 판단에 기초하여 노즐(350)에 흐르는 쌍극성 소자(95)의 수를 제어하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 쌍극성 소자(95)의 프린팅 방법은 도 1을 참조하여 상술한 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용하여 수행될 수 있으며, 잉크젯 헤드(300)에서 토출된 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정하며 쌍극성 소자(95)를 토출할 수 있다. 본 명세서에서, 쌍극성 소자(95)의 '프린팅(printing)'은 잉크젯 프린팅 장치(1000)에서 쌍극성 소자(95)를 일정 대상에 토출, 또는 분사하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 쌍극성 소자(95)를 프린팅하는 것은 쌍극성 소자(95)를 잉크젯 헤드(300)의 노즐(350)을 통해 직접 토출하거나 잉크(90) 내에 분산된 상태로 토출하는 것을 의미할 수 있다. 이에 제한되지 않고, 쌍극성 소자(95)를 프린팅하는 것은 대상 기판(도 10의 'SUB') 상에 쌍극성 소자(95), 또는 쌍극성 소자(95)가 분산된 잉크(90)를 분사하여 상기 쌍극성 소자(95) 또는 잉크(90)가 대상 기판(SUB)에 안착하는 것을 의미할 수 있다.
잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용한 쌍극성 소자(95)의 프린팅 방법은 잉크젯 헤드(300) 내에 흐르는 쌍극성 소자(95)의 수를 측정하여 기준 설정값을 초과하는지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 판단에 기초하여 노즐(350)을 통해 토출된 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 감지할 수 있고, 이를 잉크 순환부(500) 또는 잉크젯 헤드(300)에 피드백할 수 있다. 쌍극성 소자(95)의 개수 제어가 필요할 경우, 잉크 순환부(500) 및 잉크젯 헤드(300)의 피드백 이후, 쌍극성 소자(95)의 프린팅을 지속할 수 있다.
먼저, 잉크젯 프린트 장치(1000)를 세팅(S100)한다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 세팅하는 단계(S100)는 잉크젯 프린트 장치(1000)를 대상 공정에 맞게 튜닝하는 단계이다. 정밀한 튜닝을 위해 검사용 기판에 대한 잉크젯 프린트 테스트 공정을 진행하고 그 결과에 따라 잉크젯 프린트 장치(1000)의 설정 값을 조절할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 검사용 기판을 먼저 준비한다. 검사용 기판은 대상 기판(SUB)과 동일한 구조를 가질 수도 있지만, 유리 기판 등과 같은 베어 기판이 사용될 수도 있다.
이어, 검사용 기판의 상면을 발수 처리한다. 발수처리는 플루오린 코팅 또는 플라즈마 표면처리 등으로 진행될 수 있다.
이어, 검사용 기판의 상면에 잉크젯 프린트 장치(1000)를 이용하여 쌍극성 소자(95)를 포함하는 잉크(90)를 분사하고, 각 잉크젯 헤드(300) 별 액적량을 측정한다. 잉크젯 헤드(300) 별 액적량의 측정은 카메라를 이용하여 분사되는 순간의 액적의 크기 및 기판에 도포된 액적의 크기를 확인하는 방식으로 진행될 수 있다. 측정된 액적량이 기준 액적량과 상이하면 해당 잉크젯 헤드(300) 별 전압을 조정하여 기준 액적량이 토출될 수 있도록 조절한다. 이와 같은 검사 방법은 각 잉크젯 헤드(300)가 정확한 액적량을 토출할 때까지 수회 반복될 수 있다.
여기서, 일 실시예에 따르면 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 세팅하는 단계는 검사용 기판 상에 분사된 액적 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 검사용 기판 상에 분사된 기준 액적량 내에 포함된 쌍극성 소자(95)의 개수는 잉크젯 프린팅 장치(1000)에서 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 개수가 갖는 기준 설정값을 의미할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)에서 설정된 기준 설정값에 기초하여, 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 감지하여 노즐(350) 내에 흐르는 쌍극성 소자(95)의 개수, 또는 노즐(350)을 통해 토출된 쌍극성 소자(95)의 개수를 제어할 수 있다.
또한, 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 세팅하는 단계에서, 상기 기준 설정값의 설정이 완료되면 복수의 쌍극성 소자(95)가 분산된 잉크(90)를 잉크 순환부(500)에 준비하고, 잉크(90)는 잉크젯 헤드(300)에 공급될 수 있다. 잉크 순환부(500)와 잉크젯 헤드(300)는 잉크 순환 시스템에 의해 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)들이 균일한 분산도를 갖도록 유지될 수 있다.
다만, 이에 제한되지 않으며, 상술한 잉크젯 프린트 장치를 세팅하는 단계(S100)는 생략될 수도 있다.
다음으로, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 세팅이 완료되면, 도 16에 도시된 바와 같이, 대상 기판(SUB)을 준비한다. 예시적인 실시예에서 대상 기판(SUB) 상에는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 배치될 수 있다. 도면에서는 한 쌍의 전극이 배치된 것을 도시하고 있으나, 대상 기판(SUB) 상에는 더 많은 수의 전극쌍이 형성될 수 있고, 복수의 잉크젯 헤드(300)가 각 전극쌍에 동일한 방식으로 잉크(90)를 분사할 수 있다.
이어, 도 17에 도시된 바와 같이, 대상 기판(SUB) 상에 쌍극성 소자(95)가 분산된 용매(91)를 포함하는 잉크(90)를 분사한다. 잉크(90)는 잉크젯 헤드(300)로부터 토출될 수 있으며, 대상 기판(SUB) 상에 배치된 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 분사될 수 있다. 잉크(90)는 대상 기판(SUB)에 배치된 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 분사되고, 잉크(90)에 분산된 쌍극성 소자(95)들은 일 방향으로 연장된 상태로 대상 기판(SUB) 상에 분사될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 잉크(90)에 분산된 쌍극성 소자(95)들은 연장된 일 방향이 대상 기판(SUB)의 상면에 수직한 방향으로 배향될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서 각 쌍극성 소자(95)들은 제1 극성 갖는 제1 단부 또는 제2 극성을 갖는 제2 단부가 동일한 방향을 갖도록 정렬된 상태로 분사될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 센싱 유닛(400)을 포함하여 노즐(350)을 통해 잉크(90)를 토출, 또는 분사하며 노즐(350)에서 토출된 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 센싱 유닛(400)은 적어도 노즐(350)에 유입되는 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정하여 노즐(350)에서 토출된 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 몇몇 실시예에서 잉크젯 헤드(300)에 흐르는 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정하기 위해, 노즐(350)에 유입되는 쌍극성 소자(95)에 더하여 내부관(330)에 흐르는 쌍극성 소자(95), 및 내부관(330)에 유입되는 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수도 있다. 상기 측정된 쌍극성 소자(95)의 개수 정보는 각 센싱 유닛(400)들이 취합하여 노즐(350)을 통해 토출된 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정하는 데에 활용될 수 있다. 이에 대한 설명은 다른 실시예가 참조된다.
센싱 유닛(400)은 노즐(350)에서 토출된 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정하고, 그 변화를 감지할 수 있다. 예컨대 도 18에 도시된 바와 같이, 노즐(350)을 통해 토출된 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 개수가 감소할 경우, 센싱 유닛(400)은 그 감소량이 기준 설정값을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S300). 또는 노즐(350)을 통해 토출된 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 개수가 증가할 경우, 센싱 유닛(400)은 그 증가량이 기준 설정값을 초과하는지 여부를 판단할 수도 있다(S300). 상술한 바와 같이, 센싱 유닛(400)의 수광부(420')는 입사되는 광의 광량 또는 파형 변화로부터 노즐(350) 내에 흐르는 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 감지할 수 있고, 쌍극성 소자(95)의 개수 변화에 따라 기준 설정값을 초과하는지 여부를 판단하여 그 결과를 잉크 순환부(500) 또는 잉크젯 헤드(300)에 피드백할 수 있다. 도 8 및 도 9를 참조하여 상술한 바에 따라, 쌍극성 소자(95)의 개수 변화에는 다양한 원인이 존재할 수 있고, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 센싱 유닛(400)을 포함하여, 쌍극성 소자(95)의 개수 변화에 대하여 적절한 피드백을 제공할 수 있다.
예를 들어 도 19에 도시된 바와 같이, 센싱 유닛(400)은 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 감지하여 잉크 순환부(500)에 피드백할 수 있다. 잉크 순환부(500)는 센싱 유닛(400)으로부터 제공된 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 수신하여 제3 잉크 저장부(530)의 교반기(ST)의 작동 조건을 조절하거나, 압력 펌프(550), 또는 각 연결관(IL1, IL2)들의 밸브(VA1, VA2)의 작동을 조절할 수 있다. 이러한 피드백은 센싱 유닛(400)에서 측정된 쌍극성 소자(95)의 개수, 또는 잉크(90)내 분산도가 기준 설정값을 초과하지 않는 범위 내로 돌아올 때까지 반복될 수 있다. 이를 통해, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 토출된 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 개수를 균일하게 유지할 수 있고, 제조된 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 쌍극성 소자(95)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있고, 연장된 방향의 각 단부는 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 일 실시예에 따른 쌍극성 소자(95)의 프린팅 방법은 쌍극성 소자(95)의 연장된 방향이 일 방향을 향하도록 안착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 20을 참조하면, 쌍극성 소자(95)가 분산된 잉크(90)가 대상 기판(SUB) 상에 분사되면, 대상 기판(SUB) 상에 전계(IEL)를 생성한다. 쌍극성 소자(95)들은 전계(IEL)에 의해 일 방향으로 배향되면서 대상 기판(SUB) 상에 안착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 쌍극성 소자(95)는 대상 기판(SUB) 상부에 생성된 전계(IEL)에 의해 유전영동힘이 전달되어 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로 설명하면 프로브 유닛(750)을 이용하여 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 전기 신호를 인가한다. 프로브 유닛(750)은 대상 기판(SUB) 상에 구비된 소정의 패드와 연결되고, 상기 패드와 연결된 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 전기 신호를 인가할 수 있다. 예시적인 실시예에서 상기 전기 신호는 교류 전압일 수 있고, 상기 교류 전압은 ±(10 ~50)V의 전압 및 10kHz 내지 1MHz의 주파수를 가질 수 있다. 상기 교류 전압이 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 인가되면, 이들 사이에는 전계(IEL)가 형성되고, 쌍극성 소자(95)는 전계(IEL2)에 의한 유전영동힘(Dielectrophoretic Force)을 전달받는다. 유전영동힘이 전달된 쌍극성 소자(95)는 배향 방향 및 위치가 바뀌면서 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 배치될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 잉크(90) 내에서 일 방향이 연장된 형상의 쌍극성 소자(95)들은 전계(IEL)의 방향에 따라 배향 방향이 달라질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 쌍극성 소자(95)는 연장된 일 방향이 전계(IEL)가 향하는 방향을 향하도록 정렬될 수 있다. 대상 기판(SUB) 상에 생성되는 전계(IEL)가 대상 기판(SUB)의 상면에 평행하게 생성되는 경우, 쌍극성 소자(95)는 연장된 방향이 대상 기판(SUB)에 평행하도록 정렬되어 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 쌍극성 소자(95)를 배향시키는 단계는 쌍극성 소자(95)를 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 안착시키는 단계이고, 쌍극성 소자(95)의 적어도 일 단부는 제1 전극(21) 또는 제2 전극(22) 중 적어도 어느 하나 상에 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 쌍극성 소자(95)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 대상 기판(SUB) 상에 직접 배치될 수 있다.
다음으로, 도 21에 도시된 바와 같이 대상 기판(SUB) 상에 분사된 잉크(90)의 용매(91)를 제거한다. 용매(91)를 제거하는 단계는 열처리 장치를 통해 수행되며, 열처리 장치는 대상 기판(SUB) 상에 열 또는 적외선을 조사할 수 있다. 대상 기판(SUB) 상에 분사된 잉크(90)에서 용매(91)가 제거됨으로써 쌍극성 소자(95)의 유동이 방지되고, 전극(21, 22) 상에 안착될 수 있다.
일 실시예에 따른 쌍극성 소자(95)의 프린팅 방법은 도 1의 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용하여 토출된 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 수가 균일하도록 유지할 수 있다. 이에 더하여, 쌍극성 소자(95)의 프린팅 방법은 쌍극성 소자(95)들이 일 방향으로 배향되도록 안착시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 일 방향으로 배향된 쌍극성 소자(95)들을 포함하는 장치를 제조할 수 있고, 상기 장치는 단위 면적 당 균일한 개수의 쌍극성 소자(95)를 포함하여 제품의 신뢰도가 향상될 수 있다.
이하에서는 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 다양한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크젯 헤드(300)와 잉크 순환부(500) 사이에 배치된 적어도 하나의 센싱 유닛(400)을 포함한다. 센싱 유닛(400)은 잉크젯 헤드(300)에서 흐르는 잉크(90)의 단위 부피 당 쌍극성 소자(95)의 개수를 통해 노즐(350)에서 토출된 잉크(90)의 단위 액적 당 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 더 많은 수의 센싱 유닛(400)들을 포함하여 토출된 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 정밀하게 측정할 수 있고, 개수 변화의 원인을 정확하게 판단할 수 있다.
도 22 및 도 23은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 일부 단면도이다.
도 22를 참조하면, 센싱 유닛(400_1)은 잉크젯 헤드(300_1)의 액츄에이터(390) 상부에 배치된 제1 센싱 유닛(400A) 및 액츄에이터(390) 하부에 배치된 제2 센싱 유닛(400B)을 포함할 수 있다. 도 22의 실시예는 잉크젯 헤드(300_1)에 제2 센싱 유닛(400B)이 배치된 점에서 도 6의 실시예와 차이가 있다. 이하 중복된 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
제1 센싱 유닛(400A)은 액츄에이터(390)와 내부관(330) 사이에 배치되어 노즐(350)의 유입구(351)와 인접하여 배치될 수 있다. 제1 센싱 유닛(400A)은 적어도 노즐(350)에 유입되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 제2 센싱 유닛(400B)은 액츄에이터(390)를 사이에 두고 제1 센싱 유닛(400A)과 이격 배치되고, 노즐(350)의 배출구(353)와 인접하여 배치될 수 있다. 제2 센싱 유닛(400B)은 액츄에이터(390)를 통과하여 잉크젯 헤드(300)에서 토출되기 직전의 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 더 많은 수의 센싱 유닛(400_1)들을 포함하여 토출된 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 보다 정밀하게 측정할 수 있다. 또한, 쌍극성 소자(95)의 개수 변화에 대하여 보다 정확하한 원인 분석이 가능하다. 예를 들어, 제1 센싱 유닛(400A)과 제2 센싱 유닛(400B)이 액츄에이터(390)를 사이에 두고 이격 배치되므로, 이들이 감지하는 쌍극성 소자(95)의 개수에 따라 액츄에이터(390)에 의하여 쌍극성 소자(95)의 개수가 변화하는 것인지 판단할 수 있다.
이와 유사하게, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 더 많은 수의 센싱 유닛(400)들을 포함하여 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 보다 정밀하게 감지할 수 있다.
도 23을 참조하면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 센싱 유닛(400_2)은 잉크젯 헤드(300_2)의 발광부(410) 및 수광부(420)가 내부관(330)을 사이에 두고 베이스부(310)에 배치된 제3 센싱 유닛(400C)을 더 포함할 수 있다. 도 23의 실시예는 잉크젯 헤드(300_2)에 제3 센싱 유닛(400C)이 배치된 점에서 도 22의 실시예와 차이가 있다. 이하 중복된 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
제3 센싱 유닛(400C)은 발광부(410)와 수광부(420)가 내부관(330)을 사이에 두고 베이스부(310)에 배치될 수 있다. 센싱 유닛(400_2)은 제1 센싱 유닛(400A) 및 제2 센싱 유닛(400B)에 더하여 제3 센싱 유닛(400C)을 더 포함함에 따라 내부관(330)을 따라 흐르는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 잉크젯 헤드(300_2)로 유입되는 잉크(90)는 잉크 순환부(500)에서 공급될 때 쌍극성 소자(95)의 분산도가 낮아지는 경우에 존재할 수 있다. 센싱 유닛(400_2)이 제1 센싱 유닛(400A) 및 제2 센싱 유닛(400B)만 포함하는 경우, 잉크 순환부(500)에서 공급된 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수가 감소한 것인지, 노즐(350)의 유입구(351)에서 쌍극성 소자(95)의 막힘에 의한 개수 감소인지 정확한 판단이 어려울 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센싱 유닛(400_2)은 내부관(330)에 흐르는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수 측정이 가능한 제3 센싱 유닛(400C)을 더 포함하여, 잉크젯 헤드(300_2)로 공급되는 잉크(90)에 의한 쌍극성 소자(95) 개수 변화를 정확하게 판단할 수 있다.
도 24는 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 일부 단면도이다.
도 24를 참조하면, 일 실시예에 따른 센싱 유닛(400_3)은 발광부(410) 및 수광부(420)가 노즐(350)을 감싸도록 배치될 수 있다. 잉크젯 헤드(300_3)의 노즐(350)은 일 방향으로 연장되되 단면 상 원형의 형상을 가질 수 있고, 발광부(410)와 수광부(420)는 노즐(350)의 외벽을 부분적으로 감싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라 발광부(410)에서 방출된 광은 보다 넓은 범위의 잉크(90)에 조사될 수 있고, 수광부(420)도 발광부(410)에서 방출된 광(L) 및 쌍극성 소자(95)에 의해 산란된 광(L')의 대부분이 수광부(420)로 입사될 수 있다. 센싱 유닛(400_3)은 노즐(350)을 감싸도록 형성되어 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 정확하게 측정할 수 있다. 이하, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 센싱 유닛(400)은 발광부(410)와 수광부(420)가 반드시 베이스부(310)의 토출부(370) 내에 배치되지 않을 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 센싱 유닛(400)은 발광부(410)와 수광부(420) 중 적어도 어느 하나는 토출부(370) 내에 삽입 배치되고, 다른 하나는 베이스부(310)의 외면에 배치될 수 있다.
도 25는 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 개략적인 일부 단면도이다.
도 25를 참조하면, 일 실시예에 따른 센싱 유닛(400_4)은 발광부(410)가 베이스부(310)의 외면에 배치되고, 수광부(420)는 베이스부(310)의 토출부(370) 내부에 삽입 배치될 수 있다. 센싱 유닛(400_4)은 토출부(370) 내에 삽입되고 노즐(350)과 발광부(410) 사이에 배치되어 발광부(410)에서 방출된 광(L)을 노즐(350) 내에 전달하는 광 전달부(450)를 더 포함할 수 있다. 도 25의 실시예는 센싱 유닛(400_4)이 광 전달부(450)를 더 포함하여 발광부(410) 및 수광부(420)의 배치가 다른 점에서 도 6의 실시예와 차이가 있다. 이하, 중복된 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
잉크젯 헤드(300_4)의 베이스부(310)는 토출부(370)와 일체로 형성됨으로써, 토출부(370) 내에 센싱 유닛(400_4)을 삽입 배치하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 센싱 유닛(400_4)은 발광부(410)와 수광부(420)는 노즐(350)을 사이에 두고 이격되어 배치되며, 이들 사이에 배치되어 발광부(410)의 광(L)을 노즐(350) 내에 전달하는 광 전달부(450)를 더 포함할 수 있다.
광 전달부(450)는 토출부(370)에 삽입될 수 있으며, 노즐(350)과 발광부(410) 사이에 배치될 수 있다. 광 전달부(450)는 적어도 노즐(350)의 외벽과 맞닿아 배치되고, 발광부(410)에서 방출된 광은 원활하게 노즐(350) 내에 조사될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광 전달부(450)는 발광부(410)에서 방출된 광(L)의 파형 변화를 최소화할 수 있도록 광 섬유(Optical fiber)로 이루어질 수 있다. 발광부(410)에서 방출된 광(L)은 광 전달부(450)를 통해 노즐(350) 내 잉크(90)에 조사될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
또한, 도면에서는 수광부(420)가 토출부(370) 내에 삽입 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 발광부(410)가 토출부(370) 내에 삽입 배치될 수도 있다. 다만, 발광부(410)에서 조사된 광(L)과 쌍극성 소자(95)에서 산란된 광(L')이 광 전달부(450)를 통해 수광부(420)로 입사되는 동안 파형의 변화가 발생할 여지가 있다. 따라서, 바람직하게는 광 전달부(450)를 포함하는 센싱 유닛(400_4)은 수광부(420)가 토출부(370) 내에 삽입 배치될 수 있다.
도 26은 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 일부 단면도이다.
도 26을 참조하면, 잉크젯 헤드(300_5)는 토출부(370)에 배치되는 전계 생성 전극(CE)을 포함하고, 전계 생성 전극(CE)은 잉크젯 헤드(300)의 노즐(350) 또는 내부관(330) 내에 전계(도 26의 'IEL'')를 생성할 수 있다. 쌍극성 소자(95)들은 내부관(330)을 따라 흐르면서 노즐(350)을 통해 토출되기 전, 전계 생성 전극(CE)이 생성하는 전계(IEL')를 통과할 수 있다. 쌍극성 소자(95)는 극성을 갖는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 전계(IEL')를 통과하면서 장축이 일 방향을 향하도록 배향될 수 있다.
전계 생성 전극(CE)은 잉크젯 헤드(300)의 베이스부(310)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 전계 생성 전극(CE)은 노즐(350)이 배치되는 베이스부(310)의 토출부(370)에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전계 생성 전극(CE)은 노즐(350)을 기준으로 일 측에 위치하는 토출부(370) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 전계 생성 전극(CE)은 토출부(370) 내에 배치되되, 노즐(350)의 일 측에 위치하는 부분에 배치되고, 노즐(350)의 타 측에 위치하는 부분에는 배치되지 않을 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 전계 생성 전극(CE)은 토출부(370)의 전면에 걸쳐 배치될 수도 있다. 상술한 바와 같이, 잉크젯 헤드(300)는 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 가질 수 있고, 전계 생성 전극(CE)은 토출부(370)에 배치되어 적어도 일 방향으로 연장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전계 생성 전극(CE)은 잉크젯 헤드(300)의 토출부(370) 내에 삽입된 형태로 배치될 수 있으며, 제2 방향(DR2)으로 배열된 복수의 노즐(350)들을 따라 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 또한, 전계 생성 전극(CE)은 제1 방향(DR1)으로 이격된 복수의 노즐(350)들 사이에 배치될 수 있다. 즉, 하나의 전계 생성 전극(CE)은 제2 방향(DR2)으로 연장되며 제1 방향(DR1)으로 이웃하는 다른 전계 생성 전극(CE)과 이격되어 배치될 수 있다. 하나의 전계 생성 전극(CE)과 제1 방향(DR1)으로 이웃하는 다른 전계 생성 전극(CE) 사이에는 적어도 하나의 노즐(350)들이 배열될 수 있다. 이에 따라, 하나의 노즐(350)에는 하나의 전계 생성 전극(CE)에 의해 전계(IEL')가 생성될 수 있다. 도면에서는 하나의 전계 생성 전극(CE)이 적어도 하나의 노즐(350)에 대응하여 노즐(350)의 일 측에 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 전계 생성 전극(CE)이 토출부(370) 전면에 걸쳐 배치되는 경우, 각 노즐(350)들은 전계 생성 전극(CE)에 의해 둘러싸인 형상을 가질 수도 있다.
전계 생성 전극(CE)은 제1 전계 생성 전극(CE1) 및 제2 전계 생성 전극(CE2)을 포함할 수 있다. 제1 전계 생성 전극(CE1)과 제2 전계 생성 전극(CE2)은 전기 신호가 인가될 수 있고, 이들 사이에는 전계(IEL')가 생성될 수 있다. 제1 전계 생성 전극(CE1)과 제2 전계 생성 전극(CE2)은 각각 노즐(350)이 연장된 방향으로 이격될 수 있고, 전계(IEL')는 이들이 이격된 방향을 따라 생성될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 전계 생성 전극(CE)은 잉크젯 헤드(300) 또는 프린트 헤드 유닛(100)에 포함된 전원 장치와 연결될 수 있고, 전계(IEL')를 생성하기 위한 전기 신호가 인가될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전기 신호는 교류 전압일 수 있다.
토출부(370)에 배치된 전계 생성 전극(CE)은 전기 신호가 인가되어 적어도 노즐(350) 내에 전계(IEL')를 생성할 수 있다. 노즐(350)을 통해 토출되는 쌍극성 소자(95)는 전계 생성 전극(CE)이 생성하는 전계(IEL')에 의해 극성을 갖는 제1 단부 및 제2 단부가 특정 방향을 향하도록 정렬될 수 있다. 즉, 잉크젯 헤드(300)는 전계 생성 전극(CE)을 포함하여 노즐(350)의 유입구(351)에서 쌍극성 소자(95)들이 뭉치는 것을 방지함과 동시에 노즐(350)의 배출구(353)에서 토출된 잉크(90) 내에는 쌍극성 소자(95)들이 특정 배향 방향을 가질 수 있다.
쌍극성 소자(95)는 노즐(350)을 통해 토출되기 전, 전계 생성 전극(CE)이 생성하는 전계(IEL')를 통과할 수 있다. 잉크(90)의 용매(91) 내에 분산된 쌍극성 소자(95)는 전계(IEL')를 통과하면서 유도 쌍극자 모멘트(Induced dipole moment)가 형성될 수 있고, 유도 쌍극자 모멘트가 형성된 쌍극성 소자(95)는 전계(IEL')에 의해 유전영동힘(Dielectrophoretic force)이 전달될 수 있다. 유전영동힘이 전달된 쌍극성 소자(95)는 잉크(90) 내에서 배향 방향이 변할 수 있다. 유도 쌍극자 모멘트는 쌍극성 소자(95)는 제1 극성을 갖는 제1 단부 또는 제2 극성을 갖는 제2 단부가 향하는 방향으로 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 내부관(330)으로 공급되는 잉크(90) 내에 분산된 쌍극성 소자(95)들은 무작위의 배향 방향을 가질 수 있다. 다만, 노즐(350)에 생성된 전계(IEL')를 통과하는 쌍극성 소자(95)들은 유전영동힘에 의해 일 단부, 예를 들어 극성을 갖는 제1 단부 또는 제2 단부가 특정 방향을 향하도록 배향될 수 있다. 즉, 노즐(350)에서 토출된 쌍극성 소자(95)들은 장축이 향하는 방향이 일정하게 배향될 수 있다. 전계 생성 전극(CE)은 노즐(350)이 연장된 방향을 향하는 전계(IEL')를 생성할 수 있고, 쌍극성 소자(95)는 장축의 일 방향이 전계(IEL')가 향하는 방향, 즉 노즐(350)이 연장된 방향을 향하도록 배열될 수 있다.
또한, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 쌍극성 소자(95)들이 무작위의 배향 방향을 갖고 내부관(330)으로 공급되더라도 전계 생성 전극(CE)이 생성하는 전계(IEL')에 의해 쌍극성 소자(95)들은 일 방향으로 배향될 수 있다. 이에 따라, 잉크젯 헤드(300)는 노즐(350)이 내부관(330)에 비하여 좁은 직경을 갖더라도 쌍극성 소자(95)들이 뭉침에 따라 노즐(350)의 유입구(351)가 막히는 현상을 방지할 수 있다.
이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이, 쌍극성 소자(95)들이 노즐(350)의 유입구(351)로 유입되는 과정에서 쌍극성 소자(95)들의 뭉침에 의한 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 방지할 수 있다. 또는, 쌍극성 소자(95)들이 뭉침에 따라 노즐(350)의 유입구(351)가 막히더라도, 센싱 유닛(400)에서 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 감지하여 이를 전계 생성 전극(CE)에 피드백할 수 있다. 전계 생성 전극(CE)은 센싱 유닛(400)에서 전달된 피드백을 수신하여 더 강한 전계(IEL')를 생성함으로써 노즐(350)의 유입구(351)가 막히는 것을 해결할 수도 있다.
또한, 쌍극성 소자(95)들은 제1 극성의 제1 단부와 제2 극성의 제2 단부를 포함하여, 전계(IEL')의 방향에 따라 제1 극성을 갖는 제1 단부가 향하는 방향이 제어될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 잉크젯 헤드(300)에서 토출된 쌍극성 소자(95)들은 임의의 극성을 갖는 일 단부가 동일한 방향을 향하도록 배향될 수 있다. 전계 생성 전극(CE)을 포함하는 잉크젯 헤드(300)는 복수의 쌍극성 소자(95)가 일정한 배향 방향을 갖는 상태로 분산된 잉크(90)를 토출할 수 있고, 상술한 바와 같이 잉크젯 헤드(300)에서 토출된 잉크(90)는 대상 기판(SUB) 상에 분사될 수 있다.
도 27은 일 실시예에 따른 잉크 순환부 및 프린트 헤드 유닛을 나타내는 개략도이다.
도 27을 참조하면, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크 순환부(500_5)와 잉크젯 헤드(300) 사이에 배치된 센싱 유닛(400_5) 및 전계 생성 전극(CE)을 더 포함할 수 있다. 센싱 유닛(400_5)과 전계 생성 전극(CE)은 잉크 순환부(500_5)에서 잉크젯 헤드(300)로 잉크(90)가 공급되는 제1 연결관(IL1)에 각각 적어도 하나 배치될 수 있다. 도면에서는 잉크 순환부(500_5)의 제3 잉크 저장부(530) 및 잉크젯 헤드(300)에 인접하여 센싱 유닛(400_5)과 전계 생성 전극(CE)이 하나씩 배치된 것이 도시되어 있으나 이에 제한되지 않는다.
잉크젯 헤드(300)로 공급되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수가 적은 경우, 잉크 순환부(500)와 전계 생성 전극(CE)은 센싱 유닛(400_5)에서 감지된 쌍극성 소자(95)의 개수 변화를 수신하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 잉크 순환부(500)는 제3 잉크 저장부(530)의 교반기(ST) 작동 조건을 조절하여 쌍극성 소자(95)의 분산도를 증가시키거나, 전계 생성 전극(CE)은 제1 연결관(IL1) 내에 전계(IEL')를 생성하여 제1 연결관(IL1) 내 쌍극성 소자(95)의 뭉침 현상을 방지할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 상술한 바와 동일하다.
도 27의 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 센싱 유닛(400_5)이 제1 연결관(IL1)을 통해 흐르는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 개수 변화가 잉크 순환부(500)로부터 공급되는 잉크(90) 내 쌍극성 소자(95)의 분산도가 원인인 경우를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
이상의 방법을 통해, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 대상 기판(SUB) 상에 쌍극성 소자(95)를 프린팅할 수 있다.
한편, 상술한 쌍극성 소자(95)는 복수의 반도체층을 포함하는 발광 소자일 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용하여 발광 소자를 포함하는 표시 장치를 제조할 수 있다.
도 28은 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
발광 소자(30)는 발광 다이오드(Light Emitting diode)일 수 있으며, 구체적으로 발광 소자(30)는 마이크로 미터(Micro-meter) 또는 나노 미터(Nano-meter) 단위의 크기를 가지고, 무기물로 이루어진 무기 발광 다이오드일 수 있다. 무기 발광 다이오드는 서로 대향하는 두 전극들 사이에 특정 방향으로 전계를 형성하면 극성이 형성되는 상기 두 전극 사이에 정렬될 수 있다. 발광 소자(30)는 두 전극 상에 형성된 전계에 의해 전극 사이에 정렬될 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 발광 소자(30)는 로드, 와이어, 튜브 등의 형상을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발광 소자(30)는 원통형 또는 로드형(Rod)일 수 있다. 다만, 발광 소자(30)의 형태가 이에 제한되는 것은 아니며, 정육면체, 직육면체, 육각기둥형 등 다각기둥의 형상을 갖거나, 일 방향으로 연장되되 외면이 부분적으로 경사진 형상을 갖는 등 발광 소자(30)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 후술하는 발광 소자(30)에 포함되는 복수의 반도체들은 상기 일 방향을 따라 순차적으로 배치되거나 적층된 구조를 가질 수 있다.
발광 소자(30)는 임의의 도전형(예컨대, p형 또는 n형) 불순물로 도핑된 반도체층을 포함할 수 있다. 반도체층은 외부의 전원으로부터 인가되는 전기 신호가 전달되어 특정 파장대의 광을 방출할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 발광 소자(30)는 나노 로드, 나노 와이어, 나노 튜브 등의 형상을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발광 소자(30)는 원통형 또는 로드형(Rod)일 수 있다. 다만, 발광 소자(30)의 형태가 이에 제한되는 것은 아니며, 정육면체, 직육면체, 육각기둥형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 28을 참조하면, 발광 소자(30)는 제1 반도체층(31), 제2 반도체층(32), 활성층(36), 전극층(37) 및 절연막(38)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(31)은 n형 반도체일 수 있다. 일 예로, 발광 소자(30)가 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, 제1 반도체층(31)은 AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, n형으로 도핑된 AlGaInN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 반도체층(31)은 n형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 n형 도펀트는 Si, Ge, Sn 등일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체층(31)은 n형 Si로 도핑된 n-GaN일 수 있다. 제1 반도체층(31)의 길이는 1.5㎛ 내지 5㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 반도체층(32)은 후술하는 활성층(36) 상에 배치된다. 제2 반도체층(32)은 p형 반도체일 수 있으며 일 예로, 발광 소자(30)가 청색 또는 녹색 파장대의 광을 방출하는 경우, 제2 반도체층(32)은 AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, p형으로 도핑된 AlGaInN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제2 반도체층(32)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 p형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Se, Ba 등일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 반도체층(32)은 p형 Mg로 도핑된 p-GaN일 수 있다. 제2 반도체층(32)의 길이는 0.05㎛ 내지 0.10㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도면에서는 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32)이 하나의 층으로 구성된 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에 따르면 활성층(36)의 물질에 따라 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32)은 더 많은 수의 층, 예컨대 클래드층(Clad layer) 또는 TSBR(Tensile strain barrier reducing)층을 더 포함할 수도 있다.
활성층(36)은 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32) 사이에 배치된다. 활성층(36)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함할 수 있다. 활성층(36)이 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함하는 경우, 양자층(Quantum layer)과 우물층(Well layer)이 서로 교번적으로 복수 개 적층된 구조일 수도 있다. 활성층(36)은 제1 반도체층(31) 및 제2 반도체층(32)을 통해 인가되는 전기 신호에 따라 전자-정공 쌍의 결합에 의해 광을 발광할 수 있다. 일 예로, 활성층(36)이 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, AlGaN, AlGaInN 등의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 활성층(36)이 다중 양자 우물 구조로 양자층과 우물층이 교번적으로 적층된 구조인 경우, 양자층은 AlGaN 또는 AlGaInN, 우물층은 GaN 또는 AlInN 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 활성층(36)은 양자층으로 AlGaInN를, 우물층으로 AlInN를 포함하여 상술한 바와 같이, 활성층(36)은 중심 파장대역이 450nm 내지 495nm의 범위를 갖는 청색(Blue)광을 방출할 수 있다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 활성층(36)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(36)이 방출하는 광은 청색 파장대의 광으로 제한되지 않고, 경우에 따라 적색, 녹색 파장대의 광을 방출할 수도 있다. 활성층(36)의 길이는 0.05㎛ 내지 0.10㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 활성층(36)에서 방출되는 광은 발광 소자(30)의 길이방향 외부면뿐만 아니라, 양 측면으로 방출될 수 있다. 활성층(36)에서 방출되는 광은 하나의 방향으로 방향성이 제한되지 않는다.
전극층(37)은 오믹(Ohmic) 접촉 전극일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 쇼트키(Schottky) 접촉 전극일 수도 있다. 발광 소자(30)는 적어도 하나의 전극층(37)을 포함할 수 있다. 도 28에서는 발광 소자(30)가 하나의 전극층(37)을 포함하는 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라서 발광 소자(30)는 더 많은 수의 전극층(37)을 포함하거나, 생략될 수도 있다. 후술하는 발광 소자(30)에 대한 설명은 전극층(37)의 수가 달라지거나 다른 구조를 더 포함하더라도 동일하게 적용될 수 있다.
전극층(37)은 일 실시예에 따른 표시 장치(10)에서 발광 소자(30)가 전극 또는 접촉 전극과 전기적으로 연결될 때, 발광 소자(30)와 전극 또는 접촉 전극 사이의 저항을 감소시킬 수 있다. 전극층(37)은 전도성이 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극층(37)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. 또한 전극층(37)은 n형 또는 p형으로 도핑된 반도체 물질을 포함할 수도 있다. 전극층(37)은 동일한 물질을 포함할 수 있고, 서로 다른 물질을 포함할 수도 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
절연막(38)은 상술한 복수의 반도체층 및 전극층들의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 예시적인 실시예에서, 절연막(38)은 적어도 활성층(36)의 외면을 둘러싸도록 배치되고, 발광 소자(30)가 연장된 일 방향으로 연장될 수 있다. 절연막(38)은 상기 부재들을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 절연막(38)은 상기 부재들의 측면부를 둘러싸도록 형성되되, 발광 소자(30)의 길이방향의 양 단부는 노출되도록 형성될 수 있다.
도면에서는 절연막(38)이 발광 소자(30)의 길이방향으로 연장되어 제1 반도체층(31)으로부터 전극층(37)의 측면까지 커버하도록 형성된 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 절연막(38)은 활성층(36)을 포함하여 일부의 반도체층의 외면만을 커버하거나, 전극층(37) 외면의 일부만 커버하여 각 전극층(37)의 외면이 부분적으로 노출될 수도 있다. 또한, 절연막(38)은 발광 소자(30)의 적어도 일 단부와 인접한 영역에서 단면상 상면이 라운드지게 형성될 수도 있다.
절연막(38)의 두께는 10nm 내지 1.0㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 절연막(38)의 두께는 40nm 내외일 수 있다.
절연막(38)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(36)이 발광 소자(30)에 전기 신호가 전달되는 전극과 직접 접촉하는 경우 발생할 수 있는 전기적 단락을 방지할 수 있다. 또한, 절연막(38)은 활성층(36)을 포함하여 발광 소자(30)의 외면을 보호하기 때문에, 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 몇몇 실시예에서, 절연막(38)은 외면이 표면처리될 수 있다. 발광 소자(30)는 표시 장치(10)의 제조 시, 소정의 잉크 내에서 분산된 상태로 전극 상에 분사되어 정렬될 수 있다. 여기서, 발광 소자(30)가 잉크 내에서 인접한 다른 발광 소자(30)와 응집되지 않고 분산된 상태를 유지하기 위해, 절연막(38)은 표면이 소수성 또는 친수성 처리될 수 있다.
발광 소자(30)는 길이(h)가 1㎛ 내지 10㎛ 또는 2㎛ 내지 6㎛의 범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 3㎛ 내지 5㎛의 길이를 가질 수 있다. 또한, 발광 소자(30)의 직경은 30nm 내지 700nm의 범위를 갖고, 발광 소자(30)의 종횡비(Aspect ratio)는 1.2 내지 100일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 표시 장치(10)에 포함되는 복수의 발광 소자(30)들은 활성층(36)의 조성 차이에 따라 서로 다른 직경을 가질 수도 있다. 바람직하게는 발광 소자(30)의 직경은 500nm 내외의 범위를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 도 28의 발광 소자(30)를 잉크(90)에 분산시켜 대상 기판(SUB) 상에 분사 또는 토출시킬 수 있고, 이를 통해 발광 소자(30)를 포함하는 표시 장치(10)를 제조할 수 있다.
도 29는 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 평면도이다.
도 29를 참조하면, 표시 장치(10)는 동영상이나 정지영상을 표시한다. 표시 장치(10)는 표시 화면을 제공하는 모든 전자 장치를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 표시 화면을 제공하는 텔레비전, 노트북, 모니터, 광고판, 사물 인터넷, 모바일 폰, 스마트 폰, 태블릿 PC(Personal Computer), 전자 시계, 스마트 워치, 워치 폰, 헤드 마운트 디스플레이, 이동 통신 단말기, 전자 수첩, 전자 책, PMP(Portable Multimedia Player), 내비게이션, 게임기, 디지털 카메라, 캠코더 등이 표시 장치(10)에 포함될 수 있다.
표시 장치(10)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(10)는 가로가 긴 직사각형, 세로가 긴 직사각형, 정사각형, 코너부(꼭지점)가 둥근 사각형, 기타 다각형, 원형 등의 형상을 가질 수 있다. 표시 장치(10)의 표시 영역(DPA)의 형상 또한 표시 장치(10)의 전반적인 형상과 유사할 수 있다. 도 29에서는 가로가 긴 직사각형 형상의 표시 장치(10) 및 표시 영역(DPA)이 예시되어 있다.
표시 장치(10)는 표시 영역(DPA)과 비표시 영역(NDA)을 포함할 수 있다. 표시 영역(DPA)은 화면이 표시될 수 있는 영역이고, 비표시 영역(NDA)은 화면이 표시되지 않는 영역이다. 표시 영역(DPA)은 활성 영역으로, 비표시 영역(NDA)은 비활성 영역으로도 지칭될 수 있다.
표시 영역(DPA)은 대체로 표시 장치(10)의 중앙을 차지할 수 있다. 표시 영역(DPA)은 복수의 화소(PX)를 포함할 수 있다. 복수의 화소(PX)는 행렬 방향으로 배열될 수 있다. 각 화소(PX)의 형상은 평면상 직사각형 또는 정사각형일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니고 각 변이 일 방향에 대해 기울어진 마름모 형상일 수도 있다. 화소(PX)들 각각은 특정 파장대의 광을 방출하는 발광 소자(30)를 하나 이상 포함하여 특정 색을 표시할 수 있다.
도 30은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일 화소의 개략적인 평면도이다.
도 30을 참조하면, 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 청색, 제2 색은 녹색, 제3 색은 적색일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 각 서브 화소(PXn)들이 동일한 색의 광을 발광할 수도 있다. 또한, 도 30에서는 화소(PX)가 3개의 서브 화소(PXn)들을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 제한되지 않고, 화소(PX)는 더 많은 수의 서브 화소(PXn)들을 포함할 수 있다.
표시 장치(10)의 각 서브 화소(PXn)들은 발광 영역(EMA)으로 정의되는 영역을 포함할 수 있다. 제1 서브 화소(PX1)는 제1 발광 영역(EMA1)을, 제2 서브 화소(PX2)는 제2 발광 영역(EMA2)을, 제3 서브 화소(PX3)는 제3 발광 영역(EMA2)을 포함할 수 있다. 발광 영역(EMA)은 표시 장치(10)에 포함되는 발광 소자(30)가 배치되어 특정 파장대의 광이 출사되는 영역으로 정의될 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나, 표시 장치(10)의 각 서브 화소(PXn)들은 발광 영역(EMA) 이외의 영역으로 정의된 비발광 영역을 포함할 수 있다. 비발광 영역은 발광 소자(30)가 배치되지 않고, 발광 소자(30)에서 방출된 광들이 도달하지 않아 광이 출사되지 않는 영역일 수 있다.
표시 장치(10)의 각 서브 화소(PXn)는 복수의 전극(21, 22), 발광 소자(30), 복수의 접촉 전극(26), 복수의 내부 뱅크(41, 42 도 31에 도시)와 외부 뱅크(43) 및 적어도 하나의 절연층(51, 52, 53, 55, 도 31에 도시)을 포함할 수 있다.
복수의 전극(21, 22)은 발광 소자(30)들과 전기적으로 연결되고, 발광 소자(30)가 특정 파장대의 광을 방출하도록 소정의 전압이 인가될 수 있다. 또한, 각 전극(21, 22)의 적어도 일부는 발광 소자(30)를 정렬하기 위해 서브 화소(PXn) 내에 전기장을 형성하는 데에 활용될 수 있다.
복수의 전극(21, 22)은 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 전극(21)은 각 서브 화소(PXn) 마다 분리된 화소 전극이고, 제2 전극(22)은 각 서브 화소(PXn)를 따라 공통으로 연결된 공통 전극일 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 중 어느 하나는 발광 소자(30)의 애노드(Anode) 전극이고, 다른 하나는 발광 소자(30)의 캐소드(Cathode) 전극일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 그 반대의 경우일 수도 있다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 제4 방향(DR4)으로 연장되어 배치되는 전극 줄기부(21S, 22S)와 전극 줄기부(21S, 22S)에서 제4 방향(DR4)과 교차하는 방향인 제5 방향(DR5)으로 연장되어 분지되는 적어도 하나의 전극 가지부(21B, 22B)를 포함할 수 있다.
제1 전극(21)은 제4 방향(DR4)으로 연장되어 배치되는 제1 전극 줄기부(21S)와 제1 전극 줄기부(21S)에서 분지되어 제5 방향(DR5)으로 연장된 적어도 하나의 제1 전극 가지부(21B)를 포함할 수 있다.
임의의 일 화소의 제1 전극 줄기부(21S)는 양 단이 각 서브 화소(PXn) 사이에서 이격되어 종지하되, 동일 행(예컨대, 제4 방향(DR4)으로 인접한)에서 이웃하는 서브 화소의 제1 전극 줄기부(21S)와 실질적으로 동일 직선 상에 놓일 수 있다. 각 서브 화소(PXn)에 배치되는 제1 전극 줄기부(21S)들은 양 단이 상호 이격됨으로써 각 제1 전극 가지부(21B)에 서로 다른 전기 신호를 인가할 수 있고, 제1 전극 가지부(21B)는 각각 별개로 구동될 수 있다.
제1 전극 가지부(21B)는 제1 전극 줄기부(21S)의 적어도 일부에서 분지되고 제5 방향(DR5)으로 연장되어 배치되되, 제1 전극 줄기부(21S)와 대향하여 배치된 제2 전극 줄기부(22S)와 이격된 상태에서 종지할 수 있다.
제2 전극(22)은 제4 방향(DR4)으로 연장되어 제1 전극 줄기부(21S)와 제5 방향(DR5)으로 이격되어 대향하는 제2 전극 줄기부(22S)와 제2 전극 줄기부(22S)에서 분지되고 제5 방향(DR5)으로 연장된 제2 전극 가지부(22B)를 포함할 수 있다. 제2 전극 줄기부(22S)는 타 단부가 제4 방향(DR4)으로 인접한 다른 서브 화소(PXn)의 제2 전극 줄기부(22S)와 연결될 수 있다. 즉, 제2 전극 줄기부(22S)는 제1 전극 줄기부(21S)와 달리 제4 방향(DR4)으로 연장되어 각 서브 화소(PXn)들을 가로지르도록 배치될 수 있다. 각 서브 화소(PXn)를 가로지르는 제2 전극 줄기부(22S)는 각 화소(PX) 또는 서브 화소(PXn)들이 배치된 표시 영역(DPA)의 외곽부, 또는 비표시 영역(NDA)에서 일 방향으로 연장된 부분과 연결될 수 있다.
제2 전극 가지부(22B)는 제1 전극 가지부(21B)와 이격되어 대향하고, 제1 전극 줄기부(21S)와 이격된 상태에서 종지될 수 있다. 제2 전극 가지부(22B)는 제2 전극 줄기부(22S)와 연결되고, 연장된 방향의 단부는 제1 전극 줄기부(21S)와 이격된 상태로 서브 화소(PXn) 내에 배치될 수 있다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 컨택홀, 예컨대 제1 전극 컨택홀(CNTD) 및 제2 전극 컨택홀(CNTS)을 통해 표시 장치(10)의 회로소자층과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에는 제1 전극 컨택홀(CNTD)은 각 서브 화소(PXn)의 제1 전극 줄기부(21S)마다 형성되고, 제2 전극 컨택홀(CNTS)은 각 서브 화소(PXn)들을 가로지르는 하나의 제2 전극 줄기부(22S)에 하나만이 형성된 것을 도시하고 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 경우에 따라서는 제2 전극 컨택홀(CNTS)의 경우에도 각 서브 화소(PXn) 마다 형성될 수 있다.
외부 뱅크(43)는 각 서브 화소(PXn)간의 경계에 배치되고, 복수의 내부 뱅크(41, 42)는 각 서브 화소(PXn)의 중심부와 인접하여 각 전극(21, 22) 하부에 배치될 수 있다. 도면에서는 복수의 내부 뱅크(41, 42)가 도시되지 않았으나, 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B) 하부에는 각각 제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)가 배치될 수 있다.
외부 뱅크(43)는 각 서브 화소(PXn)간의 경계에 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극 줄기부(21S)는 각 단부가 외부 뱅크(43)를 기준으로 서로 이격되어 종지할 수 있다. 외부 뱅크(43)는 제5 방향(DR5)으로 연장되어 제4 방향(DR4)으로 배열된 서브 화소(PXn)들의 경계에 배치될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않으며, 외부 뱅크(43)는 제4 방향(DR4)으로 연장되어 제5 방향(DR5)으로 배열된 서브 화소(PXn)들의 경계에도 배치될 수 있다. 외부 뱅크(43)는 내부 뱅크(41, 42)들과 동일한 재료를 포함하여 하나의 공정에서 동시에 형성될 수 있다.
발광 소자(30)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 배치될 수 있다. 발광 소자(30)는 일 단부가 제1 전극(21)과 전기적으로 연결되고, 타 단부가 제2 전극(22)과 전기적으로 연결될 수 있다. 발광 소자(30)는 후술하는 접촉 전극(26)을 통해 각각 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 발광 소자(30)들은 서로 이격되어 배치되며 실질적으로 상호 평행하게 정렬될 수 있다. 발광 소자(30)들이 이격되는 간격은 특별히 제한되지 않는다. 경우에 따라서 복수의 발광 소자(30)들이 인접하게 배치되어 무리를 이루고, 다른 복수의 발광 소자(30)들은 일정 간격 이격된 상태로 무리를 이룰 수도 있으며, 불균일한 밀집도를 가지되 일 방향으로 배향되어 정렬될 수도 있다. 또한, 예시적인 실시예에서 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가지며, 각 전극, 예컨대 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)가 연장된 방향과 발광 소자(30)가 연장된 방향은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 발광 소자(30)는 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)가 연장된 방향에 수직하지 않고 비스듬히 배치될 수도 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(30)는 서로 다른 물질을 포함하는 활성층(36)을 포함하여 서로 다른 파장대의 광을 외부로 방출할 수 있다. 표시 장치(10)는 제1 서브 화소(PX1)의 발광 소자(30)는 중심 파장대역이 제1 파장인 제1 광을 방출하고, 제2 서브 화소(PX2)의 발광 소자(30)는 중심 파장대역이 제2 파장인 제2 광을 방출하고, 제3 서브 화소(PX3)의 발광 소자(30)는 중심 파장대역이 제3 파장인 제3 광을 방출할 수 있다. 이에 따라 제1 서브 화소(PX1)에서는 제1 광이 출사되고, 제2 서브 화소(PX2)에서는 제2 광이 출사되고, 제3 서브 화소(PX3)에서는 제3 광이 출사될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 광은 중심 파장대역이 450nm 내지 495nm의 범위를 갖는 청색광이고, 제2 광은 중심 파장대역이 495nm 내지 570nm의 범위를 갖는 녹색광이고, 제3 광은 중심 파장대역이 620nm 내지 750nm의 범위를 갖는 적색광 일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
도 30에서는 도시하지 않았으나, 표시 장치(10)는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)의 적어도 일부를 덮는 제2 절연층(52)을 포함할 수 있다.
제2 절연층(52)은 표시 장치(10)의 각 서브 화소(PXn)에 배치될 수 있다. 제2 절연층(52)은 실질적으로 각 서브 화소(PXn)를 전면적으로 덮도록 배치될 수 있으며, 이웃한 다른 서브 화소(PXn)에도 연장되어 배치될 수 있다. 제2 절연층(52)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 적어도 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 제2 절연층(52)은 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)의 일부, 구체적으로 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)의 일부 영역을 노출하도록 배치될 수 있다.
복수의 접촉 전극(26)들은 적어도 일부 영역이 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 복수의 접촉 전극(26)들은 각각 발광 소자(30) 및 전극(21, 22)들과 접촉할 수 있고, 발광 소자(30)들은 접촉 전극(26)을 통해 제1 전극(21)과 제2 전극(22)으로부터 전기 신호가 전달될 수 있다.
접촉 전극(26)은 제1 접촉 전극(26a) 및 제2 접촉 전극(26b)을 포함할 수 있다. 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 각각 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B) 상에 배치될 수 있다.
제1 접촉 전극(26a)은 제1 전극(21), 또는 제1 전극 가지부(21B) 상에 배치되어 제5 방향(DR5)으로 연장될 수 있다. 제1 접촉 전극(26a)은 발광 소자(30)의 일 단부와 접촉할 수 있다. 또한, 제1 접촉 전극(26a)은 제2 절연층(52)이 배치되지 않고 노출된 제1 전극(21)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(30)는 제1 접촉 전극(26a)을 통해 제1 전극(21)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 접촉 전극(26b)은 제2 전극(22), 또는 제2 전극 가지부(22B) 상에 배치되어 제5 방향(DR5)으로 연장될 수 있다. 제2 접촉 전극(26b)은 제1 접촉 전극(26a)과 제4 방향(DR4)으로 이격될 수 있다. 제2 접촉 전극(26b)은 발광 소자(30)의 타 단부와 접촉할 수 있다. 또한, 제2 접촉 전극(26b)은 제2 절연층(52)이 배치되지 않고 노출된 제2 전극(22)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(30)는 제2 접촉 전극(26b)을 통해 제2 전극(22)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에서는 하나의 서브 화소(PXn)에 2개의 제1 접촉 전극(26a)과 하나의 제2 접촉 전극(26b)이 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)의 개수는 각 서브 화소(PXn)에 배치된 제1 전극(21)과 제2 전극(22), 또는 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)의 수에 따라 달라질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 일 방향으로 측정된 폭이 각각 제1 전극(21)과 제2 전극(22), 또는 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)의 상기 일 방향으로 측정된 폭보다 클 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 경우에 따라서 제1 접촉 전극(26a) 및 제2 접촉 전극(26b)은 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)의 일 측부만을 덮도록 배치될 수도 있다.
한편, 표시 장치(10)는 제2 절연층(52) 이외에도 각 전극(21, 22)의 하부에 위치하는 회로소자층과, 각 전극(21, 22) 및 발광 소자(30)의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 제3 절연층(53, 도 31에 도시) 및 패시베이션층(55, 도 31에 도시)을 포함할 수 있다. 이하에서는 도 31을 참조하여 표시 장치(10)의 구조에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 31은 도 30의 Xa-Xa'선, Xb-Xb'선 및 Xc-Xc'선을 따라 자른 단면도이다.
도 31은 제1 서브 화소(PX1)의 단면만을 도시하고 있으나, 다른 화소(PX) 또는 서브 화소(PXn)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 도 31은 제1 서브 화소(PX1)에 배치된 발광 소자(30)의 일 단부와 타 단부를 가로지르는 단면을 도시하고 있다.
한편, 도 31에서는 도시하지 않았으나, 표시 장치(10)는 각 전극(21, 22)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 30 및 도 31을 참조하면, 표시 장치(10)는 제1 절연층(51)과 제1 절연층(51) 상에 배치되는 전극(21, 22), 발광 소자(30)등을 포함할 수 있다. 제1 절연층(51)의 하부에는 회로소자층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 제1 절연층(51)은 유기 절연 물질을 포함하여 표면 평탄화 기능을 수행할 수 있다.
제1 절연층(51) 상에는 복수의 내부 뱅크(41, 42), 외부 뱅크(43), 복수의 전극(21, 22) 및 발광 소자(30)가 배치될 수 있다.
외부 뱅크(43)는 표시 장치(10)의 제조 시, 상술한 도 1의 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용하여 발광 소자(30)가 분산된 잉크를 분사할 때 잉크가 서브 화소(PXn)의 경계를 넘는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 외부 뱅크(43)는 서로 다른 서브 화소(PXn)마다 다른 발광 소자(30)들이 분산된 잉크가 서로 혼합되지 않도록 이들을 분리시킬 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
복수의 내부 뱅크(41, 42)는 각 서브 화소(PXn)의 중심부에 인접하여 배치된 제1 내부 뱅크(41) 및 제2 내부 뱅크(42)를 포함할 수 있다.
제1 내부 뱅크(41) 및 제2 내부 뱅크(42)는 서로 이격되어 대향하도록 배치된다. 제1 내부 뱅크(41) 상에는 제1 전극(21)이, 제2 내부 뱅크(42) 상에는 제2 전극(22)이 배치될 수 있다. 도 30 및 도 31을 참조하면 제1 내부 뱅크(41) 상에는 제1 전극 가지부(21B)가, 제2 내부 뱅크(42) 상에는 제2 전극 가지부(22B)가 배치된 것으로 이해될 수 있다.
제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)는 각 서브 화소(PXn) 내에서 제5 방향(DR5)으로 연장되어 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)는 각 서브 화소(PXn) 마다 배치되어 표시 장치(10) 전면에서 패턴을 이룰 수 있다. 복수의 내부 뱅크(41, 42)와 외부 뱅크(43)들은 폴리이미드(Polyimide, PI)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1 내부 뱅크(41) 및 제2 내부 뱅크(42)는 제1 절연층(51)을 기준으로 적어도 일부가 돌출된 구조를 가질 수 있다. 제1 내부 뱅크(41) 및 제2 내부 뱅크(42)는 발광 소자(30)가 배치된 평면을 기준으로 상부로 돌출될 수 있고, 상기 돌출된 부분은 적어도 일부가 경사를 가질 수 있다. 내부 뱅크(41, 42)는 제1 절연층(51)을 기준으로 돌출되어 경사진 측면을 갖기 때문에, 발광 소자(30)에서 방출된 광이 내부 뱅크(41, 42)의 경사진 측면에서 반사될 수 있다. 후술할 바와 같이, 내부 뱅크(41, 42) 상에 배치되는 전극(21, 22)들이 반사율이 높은 재료를 포함하는 경우, 발광 소자(30)에서 방출된 광은 전극(21, 22)에서 반사되어 제1 절연층(51)의 상부 방향으로 진행할 수 있다.
외부 뱅크(43)는 각 서브 화소(PXn)의 경계에 배치되어 격자형 패턴을 이루도록 형성되나, 내부 뱅크(41, 42)들은 각 서브 화소(PXn) 내에 배치되어 일 방향으로 연장된 형상을 갖는다.
복수의 전극(21, 22)은 제1 절연층(51) 및 내부 뱅크(41, 42) 상에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 각 전극(21, 22)은 전극 줄기부(21S, 22S)와 전극 가지부(21B, 22B)를 포함한다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 일부 영역은 제1 절연층(51) 상에 배치되고, 일부 영역은 제1 내부 뱅크(41) 및 제2 내부 뱅크(42) 상에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 전극(21)의 제1 전극 줄기부(21S)와 제2 전극(22)의 제2 전극 줄기부(22S)는 제4 방향(DR4)으로 연장되고, 제1 내부 뱅크(41)와 제2 내부 뱅크(42)는 제5 방향(DR5)으로 연장되어 제5 방향(DR5)으로 이웃하는 서브 화소(PXn)에도 배치될 수 있다.
제1 전극(21)의 제1 전극 줄기부(21S)에는 제1 절연층(51)을 관통하여 회로소자층의 일부를 노출하는 제1 전극 컨택홀(CNTD)이 형성될 수 있다. 제1 전극(21)은 제1 전극 컨택홀(CNTD)을 통해 회로소자층의 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극(21)은 상기 트랜지스터로부터 소정의 전기 신호가 전달될 수 있다.
제2 전극(22)의 제2 전극 줄기부(22S)는 일 방향으로 연장되어 발광 소자(30)들이 배치되지 않는 비발광 영역에도 배치될 수 있다. 제2 전극 줄기부(22S)에는 제1 절연층(51)을 관통하여 회로소자층의 일부를 노출하는 제2 전극 컨택홀(CNTS)이 형성될 수 있다. 제2 전극(22)은 제2 전극 컨택홀(CNTS)을 통해 전원 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(22)은 상기 전원 전극으로부터 소정의 전기 신호가 전달될 수 있다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 일부 영역, 예컨대 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)는 각각 제1 내부 뱅크(41) 및 제2 내부 뱅크(42) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 영역, 즉, 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)가 이격되어 대향하는 공간에는 복수의 발광 소자(30)들이 배치될 수 있다.
각 전극(21, 22)은 투명성 전도성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 각 전극(21, 22)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, 각 전극(21, 22)은 반사율이 높은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 전극(21, 22)은 반사율이 높은 물질로 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 전극(21, 22)으로 입사되는 광을 반사시켜 각 서브 화소(PXn)의 상부 방향으로 출사시킬 수도 있다.
또한, 전극(21, 22)은 투명성 전도성 물질과 반사율이 높은 금속층이 각각 한층 이상 적층된 구조를 이루거나, 이들을 포함하여 하나의 층으로 형성될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 각 전극(21, 22)은 ITO/은(Ag)/ITO/IZO의 적층구조를 갖거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 란타늄(La) 등을 포함하는 합금일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 절연층(52)은 제1 절연층(51), 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 상에 배치된다. 제2 절연층(52)은 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 부분적으로 덮도록 배치된다. 제2 절연층(52)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 상면을 대부분 덮도록 배치되되, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 일부를 노출시킬 수 있다. 제2 절연층(52)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 상면 중 일부, 예컨대 제1 내부 뱅크(41) 상에 배치된 제1 전극 가지부(21B)의 상면과 제2 내부 뱅크(42) 상에 배치된 제2 전극 가지부(22B)의 상면 중 일부가 노출되도록 배치될 수 있다. 즉, 제2 절연층(52)은 실질적으로 제1 절연층(51) 상에 전면적으로 형성되되, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 부분적으로 노출하는 개구부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제2 절연층(52)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에서 상면의 일부가 함몰되도록 단차가 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 절연층(52)은 무기물 절연성 물질을 포함하고, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 덮도록 배치된 제2 절연층(52)은 하부에 배치되는 부재의 단차에 의해 상면의 일부가 함몰될 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에서 제2 절연층(52) 상에 배치되는 발광 소자(30)는 제2 절연층(52)의 함몰된 상면 사이에서 빈 공간을 형성할 수 있다. 발광 소자(30)는 제2 절연층(52)의 상면과 부분적으로 이격된 상태로 배치될 수 있고, 후술하는 제3 절연층(53)을 이루는 재료가 상기 공간에 채워질 수도 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 제2 절연층(52)은 발광 소자(30)가 배치되도록 평탄한 상면을 형성할 수 있다.
제2 절연층(52)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 보호함과 동시에 이들을 상호 절연시킬 수 있다. 또한, 제2 절연층(52) 상에 배치되는 발광 소자(30)가 다른 부재들과 직접 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수도 있다. 다만, 제2 절연층(52)의 형상 및 구조는 이에 제한되지 않는다.
발광 소자(30)는 각 전극(21, 22) 사이에서 제2 절연층(52) 상에 배치될 수 있다. 예시적으로, 발광 소자(30)는 각 전극 가지부(21B, 22B) 사이에 배치된 제2 절연층(52) 상에 적어도 하나 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 도면에 도시되지 않았으나 각 서브 화소(PXn) 내에 배치된 발광 소자(30)들 중 적어도 일부는 각 전극 가지부(21B, 22B) 사이 이외의 영역에 배치될 수도 있다. 발광 소자(30)는 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B)가 서로 대향하는 각 단부 상에 배치되며 접촉 전극(26)을 통해 각 전극(21, 22)과 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 소자(30)는 제1 절연층(51)에 수평한 방향으로 복수의 층들이 배치될 수 있다. 일 실시예에 따른 표시 장치(10)의 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 갖고, 복수의 반도체층들이 일 방향으로 순차적으로 배치된 구조를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 발광 소자(30)는 제1 반도체층(31), 활성층(36), 제2 반도체층(32) 및 전극층(37)이 일 방향을 따라 순차적으로 배치되고, 이들의 외면을 절연막(38)이 둘러쌀 수 있다. 표시 장치(10)에 배치된 발광 소자(30)는 연장된 일 방향이 제1 절연층(51)과 평행하도록 배치되고, 발광 소자(30)에 포함된 복수의 반도체층들은 제1 절연층(51)의 상면과 평행한 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라서는 발광 소자(30)가 다른 구조를 갖는 경우, 복수의 층들은 제1 절연층(51)에 수직한 방향으로 배치될 수도 있다.
또한, 발광 소자(30)의 일 단부는 제1 접촉 전극(26a)과 접촉하고, 타 단부는 제2 접촉 전극(26b)과 접촉할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발광 소자(30)는 연장된 일 방향측 단부면에는 절연막(38)이 형성되지 않고 노출되기 때문에, 상기 노출된 영역에서 후술하는 제1 접촉 전극(26a) 및 제2 접촉 전극(26b)과 접촉할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라서 발광 소자(30)는 절연막(38) 중 적어도 일부 영역이 제거되고, 절연막(38)이 제거되어 발광 소자(30)의 양 단부 측면이 부분적으로 노출될 수 있다.
제3 절연층(53)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 배치된 발광 소자(30) 상에 부분적으로 배치될 수 있다. 제3 절연층(53)은 발광 소자(30)의 외면을 부분적으로 감싸도록 배치될 수 있다. 제3 절연층(53)은 발광 소자(30)를 보호함과 동시에 표시 장치(10)의 제조 공정에서 발광 소자(30)를 고정시키는 기능을 수행할 수도 있다. 또한, 예시적인 실시예에서, 제3 절연층(53)의 재료 중 일부는 발광 소자(30)의 하면과 제2 절연층(52) 사이에 배치될 수도 있다. 상술한 바와 같이 제3 절연층(53)은 표시 장치(10)의 제조 공정 중에 형성된 제2 절연층(52)과 발광 소자(30) 사이의 공간을 채우도록 형성될 수도 있다. 이에 따라 제3 절연층(53)은 발광 소자(30)의 외면을 감싸도록 형성될 수도 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
제3 절연층(53)은 평면상 제1 전극 가지부(21B)와 제2 전극 가지부(22B) 사이에서 제5 방향(DR5)으로 연장되어 배치될 수 있다. 일 예로, 제3 절연층(53)은 제1 절연층(51) 상에서 평면상 섬형 또는 선형의 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제3 절연층(53)은 발광 소자(30)의 상부에 배치될 수 있다.
제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 각각 전극(21, 22) 및 제3 절연층(53) 상에 배치된다. 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 제3 절연층(53) 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제3 절연층(53)은 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)이 직접 접촉하지 않도록 상호 절연시킬 수 있다.
제1 접촉 전극(26a)은 제1 내부 뱅크(41) 상에서 제1 전극(21)의 노출된 일부 영역과 접촉할 수 있고, 제2 접촉 전극(26b)은 제2 내부 뱅크(42) 상에서 제2 전극(22)의 노출된 일부 영역과 접촉할 수 있다. 제1 접촉 전극(26a)과 제2 접촉 전극(26b)은 각 전극(21, 22)으로부터 전달되는 전기 신호를 발광 소자(30)에 전달할 수 있다.
접촉 전극(26)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, ITO, IZO, ITZO, 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
패시베이션층(55)은 접촉 전극(26) 및 제3 절연층(53) 상에 배치될 수 있다. 패시베이션층(55)은 제1 절연층(51) 상에 배치되는 부재들을 외부 환경에 대하여 보호하는 기능을 할 수 있다.
상술한 제2 절연층(52), 제3 절연층(53) 및 패시베이션층(55) 각각은 무기물 절연성 물질 또는 유기물 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 절연층(52), 제3 절연층(53) 및 패시베이션층(55)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy), 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN)등과 같은 무기물 절연성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제2 절연층(52), 제3 절연층(53) 및 패시베이션층(55)은 유기물 절연성 물질로써, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리페닐렌 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 벤조사이클로부텐, 카도 수지, 실록산 수지, 실세스퀴옥산 수지, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트-폴리카보네이트 합성수지 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 32 내지 도 34는 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법 중 일부를 나타내는 단면도들이다.
도 32 내지 도 34를 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 도 1을 참조하여 상술한 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용하여 제조될 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 발광 소자(30)가 분산된 잉크(90)를 분사할 수 있고, 표시 장치(10)의 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 발광 소자(30)가 배치될 수 있다.
먼저, 도 32에 도시된 바와 같이, 제1 절연층(51), 제1 절연층(51) 상에 서로 이격되어 배치되는 제1 내부 뱅크(41) 및 제2 내부 뱅크(42), 제1 내부 뱅크(41) 및 제2 내부 뱅크(42) 상에 각각 배치되는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22), 및 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 덮는 제2 절연물층(52')을 준비한다. 제2 절연물층(52')은 후속 공정에서 일부 패터닝되어 표시 장치(10)의 제2 절연층(52)을 이룰 수 있다. 상기의 부재들은 통상적인 마스크 공정으로 금속, 무기물 또는 유기물 등을 패터닝하여 형성될 수 있다.
이어, 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 발광 소자(30)가 분산된 잉크(90)를 분사한다. 발광 소자(30)는 쌍극성 소자의 일종으로서, 발광 소자(30)가 분산된 잉크(90)의 분사는 상술한 잉크젯 프린팅 장치(1000) 및 쌍극성 소자의 프린팅 방법을 이용하여 이루어질 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 잉크(90) 내 발광 소자(30)의 개수를 균일하게 유지하며 잉크(90)를 토출할 수 있다. 이에 대한 설명은 상술한 바와 동일한 바, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 도 33에 도시된 바와 같이, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 전기 신호를 인가하여 발광 소자(30)가 분산된 잉크(90)에 전계(IEL)를 생성한다. 발광 소자(30)는 전계(IEL)에 의해 유전영동힘이 전달되고, 배향 방향 및 위치가 바뀌면서 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 안착될 수 있다.
다음으로, 도 34에 도시된 바와 같이, 잉크(90)의 용매(91)를 제거한다. 이상의 공정을 통해 발광 소자(30)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 배치될 수 있다. 이후, 도면으로 도시하지 않았으나 제2 절연물층(52')을 패터닝하여 제2 절연층(52)을 형성하고, 제3 절연층(53), 제1 접촉 전극(26a) 및 제2 접촉 전극(26b), 및 패시베이션층(55)을 형성하여 표시 장치(10)를 제조할 수 있다.
한편, 발광 소자(30)는 그 형상 및 재료가 도 28에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 발광 소자(30)는 더 많은 수의 층들을 포함하거나, 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 35 및 도 36은 다른 실시예에 발광 소자의 개략도들이다.
먼저, 도 35를 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자(30')는 제1 반도체층(31')과 활성층(36') 사이에 배치된 제3 반도체층(33'), 활성층(36')과 제2 반도체층(32') 사이에 배치된 제4 반도체층(34') 및 제5 반도체층(35')을 더 포함할 수 있다. 도 35의 발광 소자(30')는 복수의 반도체층(33', 34', 35') 및 전극층(37a', 37b')이 더 배치되고, 활성층(36')이 다른 원소를 함유하는 점에서 도 28의 실시예와 차이가 있다. 그 외에 절연막(38')의 배치 및 구조는 도 28과 실질적으로 동일하다. 도 35에서는 일부 부재들이 도 28과 동일한 부재이나 설명의 편의를 위해 새로운 도면 부호가 부여되었다. 이하에서는 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 서술하기로 한다.
상술한 바와 같이, 도 28의 발광 소자(30)는 활성층(36)이 질소(N)를 포함하여 청색(Blue) 또는 녹색(Green)의 광을 방출할 수 있다. 반면에, 도 35의 발광 소자(30')는 활성층(36') 및 다른 반도체층들이 각각 적어도 인(P)을 포함하는 반도체일 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 발광 소자(30')는 중심 파장 대역이 620nm 내지 750nm의 범위를 갖는 적색(Red)의 광을 방출할 수 있다. 다만, 적색광의 중심 파장대역이 상술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 본 기술분야에서 적색으로 인식될 수 있는 파장 범위를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
구체적으로, 제1 반도체층(31')은 n형 반도체층으로, 발광 소자(30')가 적색의 광을 방출하는 경우 제1 반도체층(31')은 InxAlyGa1-x-yP(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(31')은 n형으로 도핑된 InAlGaP, GaP, AlGaP, InGaP, AlP 및 InP 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 반도체층(31')은 n형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 n형 도펀트는 Si, Ge, Sn 등일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체층(31')은 n형 Si로 도핑된 n-AlGaInP일 수 있다. 제1 반도체층(31')의 길이는 1.5㎛ 내지 5㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 반도체층(32')은 p형 반도체층으로, 발광 소자(30')가 적색의 광을 방출하는 경우 제2 반도체층(32')은 InxAlyGa1-x-yP(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(32')은 p형으로 도핑된 InAlGaP, GaP, AlGaNP, InGaP, AlP 및 InP 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제2 반도체층(32')은 p형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 p형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Se, Ba 등일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 반도체층(32')은 p형 Mg로 도핑된 p-GaP일 수 있다. 제2 반도체층(32')의 길이는 0.08㎛ 내지 0.25㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
활성층(36')은 제1 반도체층(31')과 제2 반도체층(32') 사이에 배치될 수 있다. 도 28의 활성층(36)과 같이 도 35의 활성층(36')도 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함하여 특정 파장대의 광을 방출할 수 있다. 일 예로, 활성층(36')이 적색 파장대의 광을 방출하는 경우, 활성층(36')은 AlGaP, AlInGaP 등의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 활성층(36')이 다중 양자 우물 구조로 양자층과 우물층이 교번적으로 적층된 구조인 경우, 양자층은 AlGaP 또는 AlInGaP, 우물층은 GaP 또는 AlInP 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 활성층(36')은 양자층으로 AlGaInP를, 우물층으로 AlInP를 포함하여 620nm 내지 750nm의 중심 파장대역을 갖는 적색광을 방출할 수 있다.
도 35의 발광 소자(30')는 활성층(36')과 인접하여 배치되는 클래드층(Clad layer)을 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 활성층(36')의 상하에서 제1 반도체층(31') 및 제2 반도체층(32') 사이에 배치된 제3 반도체층(33')과 제4 반도체층(34')은 클래드층일 수 있다.
제3 반도체층(33')은 제1 반도체층(31')과 활성층(36') 사이에 배치될 수 있다. 제3 반도체층(33')은 제1 반도체층(31')과 같이 n형 반도체일 수 있으며, 일 예로 제3 반도체층(33')은 InxAlyGa1-x-yP(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체층(31')은 n-AlGaInP이고, 제3 반도체층(33')은 n-AlInP일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제4 반도체층(34')은 활성층(36')과 제2 반도체층(32') 사이에 배치될 수 있다. 제4 반도체층(34')은 제2 반도체층(32')과 같이 n형 반도체일 수 있으며, 일 예로 제4 반도체층(34')은 InxAlyGa1-x-yP(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 반도체층(32')은 p-GaP이고, 제4 반도체층(34')은 p-AlInP 일 수 있다.
제5 반도체층(35')은 제4 반도체층(34')과 제2 반도체층(32') 사이에 배치될 수 있다. 제5 반도체층(35')은 제2 반도체층(32') 및 제4 반도체층(34')과 같이 p형으로 도핑된 반도체일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제5 반도체층(35')은 제4 반도체층(34')과 제2 반도체층(32') 사이의 격자 상수(Lattice constant) 차이를 줄여주는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제5 반도체층(35')은 TSBR(Tensile strain barrier reducing)층일 수 있다. 일 예로, 제5 반도체층(35')은 p-GaInP, p-AlInP, p-AlGaInP 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제3 반도체층(33'), 제4 반도체층(34') 및 제5 반도체층(35')의 길이는 0.08㎛ 내지 0.25㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 전극층(37a')과 제2 전극층(37b')은 각각 제1 반도체층(31') 및 제2 반도체층(32') 상에 배치될 수 있다. 제1 전극층(37a')은 제1 반도체층(31')의 하면에 배치되고, 제2 전극층(37b')은 제2 반도체층(32')의 상면에 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 전극층(37a') 및 제2 전극층(37b') 중 적어도 어느 하나는 생략될 수 있다. 예를 들어 발광 소자(30')는 제1 반도체층(31') 하면에 제1 전극층(37a')이 배치되지 않고, 제2 반도체층(32') 상면에 하나의 제2 전극층(37b')만이 배치될 수도 있다.
이어, 도 36을 참조하면, 발광 소자(30")는 일 방향으로 연장된 형상을 갖되, 부분적으로 측면이 경사진 형상을 가질 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 발광 소자(30")는 부분적으로 원추형의 형상을 가질 수 있다.
발광 소자(30")는 복수의 층들이 일 방향으로 적층되지 않고, 각 층들이 어느 다른 층의 외면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 도 36의 발광 소자(30")는 복수의 반도체층들이 어느 다른 층의 외면 중 적어도 일부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 발광 소자(30")는 적어도 일부 영역이 일 방향으로 연장된 반도체 코어와 이를 둘러싸도록 형성된 절연막(38")을 포함할 수 있다. 상기 반도체 코어는 제1 반도체층(31"), 활성층(36"), 제2 반도체층(32") 및 전극층(37")을 포함할 수 있다. 도 36의 발광 소자(30")는 각 층들의 형상이 일부 상이한 것을 제외하고는 도 28의 발광 소자(30)와 동일하다. 이하에서는 동일한 내용은 생략하고 차이점에 대하여 서술한다.
일 실시예에 따르면, 제1 반도체층(31")은 일 방향으로 연장되고 양 단부가 중심부를 향해 경사지게 형성될 수 있다. 제1 반도체층(31")은 로드형 또는 원통형의 본체부와, 상기 본체부의 상부 및 하부에 각각 측면이 경사진 형상의 단부들이 형성된 형상일 수 있다. 상기 본체부의 상단부는 하단부에 비해 더 가파른 경사를 가질 수 있다.
활성층(36")은 제1 반도체층(31")의 상기 본체부의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 활성층(36")은 일 방향으로 연장된 고리형의 형상을 가질 수 있다. 활성층(36")은 제1 반도체층(31")의 상단부 및 하단부 상에는 형성되지 않을 수 있다. 활성층(36")은 제1 반도체층(31")의 경사지지 않은 측면에만 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이에 따라 활성층(36")에서 방출되는 광은 발광 소자(30")의 길이방향의 양 단부뿐만 아니라, 길이방향을 기준으로 양 측면으로 방출될 수 있다. 도 28의 발광 소자(30)에 비해 도 36의 발광 소자(30")는 활성층(36")의 면적이 넓어 더 많은 양의 광을 방출할 수 있다.
제2 반도체층(32")은 활성층(36")의 외면과 제1 반도체층(31")의 상단부를 둘러싸도록 배치된다. 제2 반도체층(32")은 일 방향으로 연장된 고리형의 본체부와 측면이 경사지도록 형성된 상단부를 포함할 수 있다. 즉, 제2 반도체층(32")은 활성층(36")의 평행한 측면과 제1 반도체층(31")의 경사진 상단부에 직접 접촉할 수 있다. 다만, 제2 반도체층(32")은 제1 반도체층(31")의 하단부에는 형성되지 않는다.
전극층(37")은 제2 반도체층(32")의 외면을 둘러싸도록 배치된다. 즉, 전극층(37")의 형상은 실질적으로 제2 반도체층(32")과 동일할 수 있다. 즉, 전극층(37")은 제2 반도체층(32")의 외면에 전면적으로 접촉할 수 있다.
절연막(38")은 전극층(37") 및 제1 반도체층(31")의 외면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 절연막(38")은 전극층(37")을 포함하여, 제1 반도체층(31")의 하단부 및 활성층(36")과 제2 반도체층(32")의 노출된 하단부와 직접 접촉할 수 있다.
일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)를 이용하여 각 화소(PX) 및 서브 화소(PXn) 당 배치되는 발광 소자(30)의 수가 균일한 표시 장치(10)를 제조할 수 있다. 표시 장치(10)는 각 화소(PX) 및 서브 화소(PXn) 당 발광 소자(30)의 개수 편차가 최소화될 수 있고, 각 화소(PX) 별 발광 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
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
30: 발광 소자
90: 잉크 95: 쌍극성 소자
100: 프린트 헤드 유닛
300: 잉크젯 헤드 400: 검출 유닛
500: 잉크 순환부 700: 프로브 장치
1000: 잉크젯 프린팅 장치

Claims (20)

  1. 스테이지;
    상기 스테이지 상부에 위치하고 일 방향으로 연장된 쌍극성 소자를 포함하는 잉크가 토출되는 복수의 노즐을 포함하는 잉크젯 헤드;
    상기 잉크젯 헤드에 상기 잉크를 공급하고, 상기 잉크젯 헤드로부터 토출되고 남은 상기 잉크가 공급되는 잉크 순환부; 및
    상기 잉크젯 헤드와 상기 잉크 순환부 사이에 배치되고, 상기 노즐을 통해 토출되는 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 적어도 하나의 센싱 유닛을 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센싱 유닛은 상기 잉크에 광을 조사하는 발광부 및
    상기 발광부와 이격 대향하도록 배치되며 상기 발광부에서 방출된 상기 광이 입사되는 수광부를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 노즐은 외벽이 투명한 재질로 이루어지고,
    상기 잉크에 조사된 광의 적어도 일부는 상기 쌍극성 소자에 의해 산란되며,
    상기 수광부는 상기 발광부에서 방출된 광 및 상기 산란된 광을 수신하여 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 잉크젯 프린팅 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 센싱 유닛은 상기 토출된 잉크 내 상기 쌍극성 소자의 개수 변화를 감지하고,
    상기 잉크 순환부는 상기 센싱 유닛에서 감지된 상기 쌍극성 소자의 개수 변화를 수신하는 잉크젯 프린팅 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 잉크 순환부와 상기 잉크젯 헤드를 연결하는 복수의 연결관들을 더 포함하고,
    상기 센싱 유닛은 상기 연결관에 배치된 잉크젯 프린팅 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드는 베이스부;
    상기 베이스부 중 상기 복수의 노즐이 배치된 토출부; 및
    상기 잉크가 공급되는 내부관을 포함하고,
    상기 센싱 유닛의 상기 발광부 및 상기 수광부는 상기 노즐을 사이에 두고 상기 토출부에 배치된 잉크젯 프린팅 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 내부관과 연결되어 상기 잉크가 유입되는 유입구; 및 상기 유입구와 연결되고 상기 잉크가 토출되는 배출구를 포함하고,
    상기 잉크젯 헤드는 상기 토출부에 배치되어 상기 노즐을 둘러싸도록 배치된 액츄에이터를 더 포함하며,
    상기 센싱 유닛은 상기 액츄에이터와 상기 내부관 사이에 배치되어 상기 노즐의 유입구와 인접하여 배치된 제1 센싱 유닛을 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 센싱 유닛은 상기 액츄에이터를 사이에 두고 상기 제1 센싱 유닛과 이격 배치되며 상기 배출구와 인접하여 배치된 제2 센싱 유닛을 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 센싱 유닛은 상기 발광부 및 상기 수광부가 상기 내부관을 사이에 두고 상기 베이스부에 배치된 제3 센싱 유닛을 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 수광부는 상기 토출부 내에 삽입 배치되고 상기 발광부는 상기 베이스부의 외면에 배치되며,
    상기 센싱 유닛은 상기 토출부 내에 삽입되고 상기 노즐과 상기 발광부 사이에 배치되어 상기 발광부에서 방출된 광을 상기 노즐 내에 전달하는 광 전달부를 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드는 상기 노즐 내에 전계를 생성하는 전계 생성 전극을 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  12. 복수의 쌍극성 소자가 분산된 잉크가 저장된 잉크 순환부를 준비하고, 상기 잉크를 잉크젯 헤드에 공급하는 단계;
    상기 잉크젯 헤드에서 상기 잉크를 토출하며 상기 토출된 잉크 내 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 단계; 및
    상기 잉크 내 쌍극성 소자의 개수가 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크젯 헤드에 공급되는 상기 잉크 내 쌍극성 소자의 개수를 제어하는 단계를 포함하는 쌍극성 소자의 프린팅 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 단계는 상기 잉크젯 헤드와 상기 잉크 순환부 사이에 배치된 적어도 하나의 센싱 유닛에 의해 수행되고,
    상기 센싱 유닛은 상기 잉크에 광을 조사하는 발광부 및 상기 발광부와 이격 대향하도록 배치되며 상기 발광부에서 방출된 상기 광이 입사되는 수광부를 포함하는 쌍극성 소자의 프린팅 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 잉크에 조사된 광의 적어도 일부는 상기 쌍극성 소자에 의해 산란되고,
    상기 수광부는 상기 발광부에서 방출된 광 및 상기 산란된 광이 조사되어 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 쌍극성 소자의 프린팅 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 잉크 내 쌍극성 소자의 개수를 제어하는 단계는 상기 센싱 유닛이 감지한 상기 쌍극성 소자의 개수 변화를 상기 잉크 순환부가 수신하는 단계 및
    상기 잉크 순환부가 상기 잉크 내 상기 쌍극성 소자의 분산도를 제어하는 단계를 포함하는 쌍극성 소자의 프린팅 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드에서 토출된 상기 잉크는 대상 기판 상에 분사되고,
    상기 대상 기판 상에 상기 쌍극성 소자를 안착시키는 단계를 더 포함하는 쌍극성 소자의 프린팅 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 대상 기판 상에 상기 쌍극성 소자를 분사하는 단계는 잉크젯 프린팅 장치를 이용하여 진행되고,
    상기 잉크젯 프린팅 장치는
    스테이지;
    상기 스테이지 상부에 위치하고 일 방향으로 연장된 상기 쌍극성 소자를 포함하는 상기 잉크가 토출되는 복수의 노즐을 포함하는 상기 잉크젯 헤드;
    상기 잉크젯 헤드에 상기 잉크를 공급하고, 상기 잉크젯 헤드로부터 토출되고 남은 상기 잉크가 공급되는 상기 잉크 순환부; 및
    상기 잉크젯 헤드와 상기 잉크 순환부 사이에 배치되고, 상기 노즐을 통해 토출되는 상기 쌍극성 소자의 개수를 측정하는 적어도 하나의 상기 센싱 유닛을 포함하는 쌍극성 소자의 프린팅 방법.
  18. 제1 전극 및 제2 전극이 형성된 대상 기판을 준비하는 단계;
    잉크에 분산된 발광 소자의 개수를 제어하며 상기 대상 기판 상에 상기 복수의 발광 소자가 분산된 상기 잉크를 분사하는 단계; 및
    상기 발광 소자를 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 안착시키는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 잉크에 분산된 상기 발광 소자의 개수를 제어하는 단계는 상기 대상 기판 상에 분사된 잉크 내 상기 발광 소자의 개수를 측정하는 단계 및
    상기 잉크 내 상기 발광 소자의 개수가 기준 설정값을 초과하는 경우 상기 잉크에 분산된 상기 발광 소자의 개수를 제어하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 발광 소자의 개수를 측정하는 단계는 상기 잉크에 광을 조사하는 단계;
    상기 광 및 상기 광 중 적어도 일부가 상기 발광 소자에 의해 산란된 산란광을 수신하는 단계 및
    상기 광 및 상기 산란광으로부터 상기 발광 소자의 개수를 측정하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조방법.
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