KR20220062479A - 패턴 조성물용 노즐 출구 컨투어 - Google Patents

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Abstract

본원에서는, 증착 어퍼쳐의 임의 측면 상에 배기 어퍼쳐들 사이에 배치된 오프셋 증착 어퍼쳐를 포함하는 증착 노즐이 제공된다. 제공된 노즐 배열은 OLED와 같은 디바이스에서의 용도에 적합한 증착 프로필을 갖는 물질의 증착을 가능하게 한다.

Description

패턴 조성물용 노즐 출구 컨투어{NOZZLE EXIT CONTOURS FOR PATTERN COMPOSITION}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 2016년 4월 11일자 출원된 미국 특허 출원 제62/320,981호 및 2016년 10월 18일자 출원된 제62/409,404호의 비가출원이자 이들의 우선권을 주장하며, 이들 각각의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.
공동 연구 협약의 당사자
청구된 발명은 공동 산학 연구 협약에 대한 다음의 당사자들: 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시건, 프린스턴 유니버시티, 유니버시티 오브 써던 캘리포니아 및 더 유니버셜 디스플레이 코포레이션 중 하나 이상에 의하여, 그 하나 이상을 대신하여, 및/또는 그 하나 이상과 관련하여 완성되었다. 상기 협약은 청구된 발명이 완성된 일자에 및 그 일자 이전에 발효되었으며, 청구된 발명은 그 협약의 범주 내에서 수행된 활동들의 결과로서 완성되었다.
기술분야
본 발명은 1 이상의 노즐을 경유하는 것과 같은 증착 재료용 배열, 및 유기 발광 다이오드와 같은 디바이스 및 이를 포함하는 기타 디바이스에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 디바이스는 여러 이유로 인하여 점차로 중요해지고 있다. 이와 같은 디바이스를 제조하는데 사용되는 다수의 물질들은 비교적 저렴하기 때문에, 유기 광전자 디바이스는 무기 디바이스에 비하여 비용 잇점면에서 잠재성을 갖는다. 또한, 유기 물질의 고유한 특성, 예컨대 이의 가요성은 그 유기 물질이 가요성 기판 상에서의 제작과 같은 특정 적용예에 매우 적합하게 할 수 있다. 유기 광전자 디바이스의 예로는 유기 발광 디바이스(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기를 들 수 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능 면에서의 잇점을 가질 수 있다. 예를 들어, 유기 방출층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조절될 수 있다.
OLED는 디바이스를 가로질러 전압을 인가할 때 광을 방출하는 유기 필름을 사용한다. OLED는 평판 디스플레이, 조명 및 백라이팅(backlighting)과 같은 적용예의 용도에 있어 점차로 중요해지는 기술이다. 여러가지의 OLED 재료 및 구성은 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
인광 방출 분자에 대한 하나의 적용예는 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업적 기준은 "포화" 색상으로 지칭되는 특정 색상을 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 특히, 이러한 기준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 색상은 당업계에 주지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
녹색 방출 분자의 한 예는, Ir(ppy)3으로 표기되는, 하기 화학식을 갖는 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐이다:
Figure pat00001
본원에서의 이와 같은 화학식 및 하기의 화학식에서, 본 출원인은 질소로부터 금속(여기에서는 Ir)에의 배위 결합을 직선으로 도시한다.
본원에서 사용한 바와 같이, 용어 "유기"는 유기 광전자 디바이스를 제작하는 데 사용될 수 있는 중합체 물질뿐 아니라, 소분자 유기 물질도 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 일부의 상황에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하는 것은 "소분자" 유형으로부터 분자를 제외시키지 않는다. 소분자는 또한 예를 들면 중합체 주쇄 상에서의 펜던트 기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 혼입될 수 있다. 소분자는 또한 코어 모이어티 상에 생성된 일련의 화학적 셸로 이루어진 덴드리머의 코어 모이어티로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 형광 또는 인광 소분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에서 현재 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 여겨진다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상단부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "하단부"는 기판에 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층의 "상부에 배치되는" 것으로 기재되는 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층과 "접촉되어 있는" 것으로 명시되지 않는다면 제1층과 제2층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드와 애노드의 사이에 다양한 유기층이 존재한다고 해도, 캐소드는 애노드의 "상부에 배치되는" 것으로 기재될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, "용액 가공성"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매체에 용해, 분산 또는 수송될 수 있고/있거나 액체 매체로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드가 방출 물질의 광활성 특성에 직접적으로 기여하는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "광활성"으로서 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 특성을 변경시킬 수 있을지라도, 리간드가 방출 물질의 광활성 특성에 기여하지 않는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "보조적"인 것으로 지칭될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 더 근접하는 경우, 제1 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 대하여 음의 에너지로서 측정되므로, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절댓값을 갖는 IP(더 적게 음성인 IP)에 해당한다. 마찬가지로, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 절댓값이 더 작은 전자 친화도(EA)(더 적게 음성인 EA)에 해당한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 상기 다이아그램의 상단부에 더 근접하게 나타난다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1 일함수의 절댓값이 더 클 경우, 제1 일함수는 제2 일함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일함수는 일반적으로 진공 준위에 대하여 음의 수로서 측정되므로, 이는 "더 높은" 일함수가 더 음성임을 의미한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, "더 높은" 일함수는 진공 준위로부터 아래 방향으로 더 먼 것으로서 예시된다. 따라서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일함수와는 상이한 관례를 따른다.
OLED에 대한 더욱 상세한 내용 및 전술한 정의는, 미국 특허 제7,279,704호에서 찾을 수 있으며, 이의 전문은 본원에 참고로 포함된다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상대 이동 방향", 또는, 보다 일반적으로, 방향에의 "평행"은, 증착되는 물질 또는 제작되는 디바이스에 의해 요구되는 허용치 내에서 기판과 기구가 서로에 대해 이동하면서 기판 상에 물질을 증착시키는 데 기구가 사용될 때 기판과 증착 기구의 상대 이동 방향에 대략적으로 평행한 방향을 지칭한다. 따라서, 증착 디바이스의 어퍼쳐 또는 다른 피쳐는, 피쳐의 가장 긴 변 등의 주축이 상기 두 가지가 정확히 평행이지 않더라도 요구되는 허용치 내에서의 상대 이동 방향에 평행일 때 상대 이동 방향으로 배열되었거나 또는 이에 평행하다고 기술될 수 있다. 예를 들어, OLED에서의 용도를 위한 방출 물질의 스트립을 증착하는 경우, 스트립 설치에서의 5 ㎛ 이하의 편차, 또는 기판의 표면 위로의 증착 정확성이 있도록 요구될 수 있으며, 이 경우, 증착 어퍼쳐는 요구된 편차 또는 그 이하를 달성하기에 충분한 정확성으로 이동의 상대적 방향에 평행하게, 즉 상대 이동의 방항에 평행하게 배열될 수 있다. 마찬가지로, 피쳐는 이것이 제작 허용치가 허용하는 것처럼 완전히 평행 또는 수직에 가깝고/가깝거나 시스템에 대해 임의 요구되는 디자인 또는 제작 허용치 내인 경우 방향 또는 다른 피쳐에 평행하거나 수직일 수 있다.
한 실시양태에 따라, 기판 상에 물질을 증착시키기 위한 디바이스, 예컨대 프린트 헤드 또는 프린트 헤드를 포함하는 증착이 제공되며, 이는 제1 배기 어퍼쳐, 제2 배기 어퍼쳐, 제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐 사이에, 제2 배기 어퍼쳐보다 제1 배기 어퍼쳐에 더 가깝게 배치된 제1 증착 어퍼쳐, 및 제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐 사이에, 제1 배기 어퍼쳐보다 제2 배기 어퍼쳐에 더 가깝게 배치된 제2 증착 어퍼쳐를 갖는 증착 노즐을 포함하고, 노즐의 축을 따라 제2 증착 어퍼쳐가 제1 증착 어퍼쳐로부터 오프셋되어 있다.
제1 증착 어퍼쳐 및 제2 증착 어퍼쳐는 동일한 치수를 가질 수 있으며, 각각은, 디바이스가 작동 중일 때 각 증착 어퍼쳐의 가장 긴 변이 디바이스와 기판의 상대 이동 방향을 따라 배열될 수 있다. 어퍼쳐는 직사각형 또는 임의 다른 적합한 형상일 수 있다. 배기 어퍼쳐는 연속하고/하거나 직사각형일 수 있으며, 디바이스가 작동 중일 때 각각의 가장 긴 변이 디바이스와 기판의 상대 이동 방향을 따라 배열될 수 있다. 어퍼쳐는 다양한 상대적 위치에 배열될 수 있다. 예를 들어, 어퍼쳐는, 제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐 사이에 이들에 수직으로 그려진 임의의 선에 대해, 상기 선이 제1 증착 어퍼쳐와 제2 증착 어퍼쳐 중 1개 이하만을 가로지르도록 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 배기 어퍼쳐는, 디바이스가 작동 중일 때 디바이스와 기판의 상대 이동 방향으로 제1 증착 어퍼쳐와 제2 증착 어퍼쳐 각각의 앞으로 및 뒤로 연장될 수 있다. 제1 증착 어퍼쳐 및 제2 증착 어퍼쳐와 유체 연통하는, 기판 상에 증착시킬 물질의 공급원을 포함할 수 있다. 디바이스는 배기 어퍼쳐 중 1 이상과 유체 연통하는 외부 진공원을 포함할 수 있다. 디바이스는 배기 어퍼쳐 중 1 이상과 유체 연통하는 구속 기체(confinement gas)의 공급원을 포함할 수 있다. 배기 어퍼쳐는 각각 기판과 디바이스의 상대 이동 방향을 따라 일정한 너비를 가질 수 있다.
한 실시양태에서, OLED를 포함하는 디바이스가 제공된다. OLED는 기판 위에 배치된 제1 전극, 제1 전극 위에 배치된 제1 방출층, 및 방출층 위에 배치된 제2 전극을 포함할 수 있다. 제1 방출층은, 기판의 인쇄면 상의 각 지점 상의 증착의 개시와 종료 사이를 1.0 s 이하로 하여, 기판 위로 증착시킬 물질의 공급원과 유체 연통하는 노즐을 포함하는 증착 디바이스의 1 이하의 패스(pass)를 이용하여 제작될 수 있다. 디바이스는, 예를 들어, 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이(heads-up display), 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대전화, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로 디스플레이, 가상 현실 디스플레이, 증강 현실 스플레이, 3-D 디스플레이, 자동차, 대면적 벽, 극장 또는 스타디움 스크린, 간판 또는 이들의 조합일 수 있다.
한 실시양태에서, 웨이퍼 쌍을 다이싱(dicing)하여, 각 웨이퍼의 가장자리를 따라 복수의 증착 어퍼쳐를 포함하는 마이크로노즐 어레이 채널을 형성하는 단계로서, 여기서 각 어퍼쳐는 채널과 다이싱 선의 교선에 의해 획정되는 단계, 및 웨이퍼 쌍을 접합하여 증착 노즐을 형성시키는 단계를 포함하는 증착 디바이스를 제작하는 방법이 제공된다. 상기 증착 노즐은 제1 배기 어퍼쳐, 제2 배기 어퍼쳐, 제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐 사이에, 제2 배기 어퍼쳐보다 제1 배기 어퍼쳐에 더 가깝게 배치된 제1 증착 어퍼쳐, 및 제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐 사이에, 제1 배기 어퍼쳐보다 제2 배기 어퍼쳐에 더 가깝게 배치된 제2 증착 어퍼쳐를 포함할 수 있고, 노즐의 축을 따라 제2 증착 어퍼쳐가 제1 증착 어퍼쳐로부터 오프셋되어 있다.
도 1은 본원에 개시된 디바이스 및 기술에 따라 제작될 수 있는 것과 같은 유기 발광 디바이스를 나타낸다.
도 2는 본원에 개시된 디바이스 및 기술에 따라 제작될 수 있는 것과 같은 별도 전자 수송층을 갖지 않는 역전된 유기 발광 디바이스를 나타낸다.
도 3은 본원에 개시된 실시양태에 따라 달성될 수 있는 일반적인 증착 프로필을 나타낸다.
도 4는 본원에 개시된 것과 같은 증착 프로필 및 관련 분포형(distribution type)의 예를 나타낸다.
도 5는 본원에 개시된 한 실시양태에 따라 높은 등질성을 갖는 중앙 너비를 갖는 증착 패턴의 예를 나타낸다.
도 6은 3가지 증착으로부터 형성된 증착 프로필의 예를 나타낸다.
도 7은 본원에 개시된 실시양태에 따른 예시적 노즐 어퍼쳐 배열을 나타낸다.
도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 본원에 개시된 실시양태에 따른 예시적 노즐 어퍼쳐 배열을 나타낸다.
도 9 및 도 10은 본원에 개시된 노즐 어퍼쳐 배열의 상이한 섹션들로부터 유래한 예시적 증착 프로필을 나타낸다.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 각각, 도 8a, 도 8b, 및 도 8c에 나타난 것과 같은 배열로부터 유래한 증착의 상이한 y-섹션에서 x-방향으로의 부분 기여를 나타낸다.
도 12a, 도 12b, 및 도 12c는 각각, 도 8a, 도 8b, 및 도 8c에 나타난 것과 같은 배열로부터 유래한 증착의 프로필의 가중 합계를 나타낸다.
도 13은 본원에 개시된 한 실시양태에 따른 OVJP 공정 및 마이크로노즐 어레이에서 사용되는 예시적인 증착기를 나타낸다.
도 14는 본원에 개시된 한 실시양태에 따라 도 13에 나타난 것과 같은 증착기에 의해 생성된 공정 기체 플로우의 유선을 나타낸다.
도 15a는 본원에 개시된 한 실시양태에 따라 1 패스로 단일 전달 어퍼쳐를 갖는 증착기에 의해 인쇄된 박막 피쳐의 두께의 단면 프로필을 나타낸다.
도 15b는 본원에 개시된 한 실시양태에 따라 2 패스로 단일 전달 어퍼쳐를 갖는 증착기에 의해 인쇄된 박막 피쳐의 두께의 단면 프로필을 나타낸다.
도 16a는 본원에 개시된 한 실시양태에 따른 다양한 배기 유량 및 어퍼쳐 오프셋에 대한 증착기의 상반부에 의해 인쇄된 피쳐의 두께 프로필 및 스플릿 및 오프셋 전달 어퍼쳐를 갖는 증착기를 나타낸다.
도 16b는 본원에 개시된 한 실시양태에 따른 DE 스페이서의 비대칭으로부터 유래한 증착 프로필을 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는, 본원에 개시된 한 실시양태에 따른 어퍼쳐 오프셋 및 각각 9 sccm 및 18 sccm의 배기 유량에 대한 스플릿 전달 어퍼쳐를 갖는 증착기에 의해 인쇄된 피쳐의 단면 두께 프로필을 나타낸다.
도 18은 본원에 개시된 한 실시양태에 따른 스플릿 증착기로부터 기판으로의 유기 증기 플럭스의 컨투어 플롯을 나타내며, 여기서 증착기 어퍼쳐는 공정 기체 플로우의 다양한 영역을 분리하는 정체 평면(stagnation plane)의 컨투어와 같이, 오버레이되어 있다.
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 이에 전기 접속되는 하나 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 유기층(들)에 정공을 주입하고, 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자와 정공이 동일한 분자상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 생성된다. 엑시톤이 광방출 메카니즘을 통해 이완될 경우 광이 방출된다. 일부의 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메카니즘, 예컨대 열 이완이 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같은 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 방출 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 프레임으로 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 방출 물질을 갖는 OLED가 제시되었다. 문헌[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998; ("Baldo-I")] 및 문헌[Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999)("Baldo-II")]을 참조하며, 이들 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 인광은 참고로 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스(100)를 나타낸다. 도면은 반드시 축척에 의하여 도시하지는 않았다. 디바이스(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 방출층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160) 및 배리어층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 디바이스(100)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 이들 다양한 층뿐 아니라, 예시 물질의 특성 및 기능은 참고로 포함되는 US 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
이들 층 각각에 대한 더 많은 예도 이용 가능하다. 예를 들면 가요성이고 투명한 기판-애노드 조합은 미국 특허 제5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA이며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 방출 및 호스트 물질의 예는 미국 특허 제6,303,238호(Thompson 등)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이고, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 그 전문이 참고로 포함되는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에는, 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터-증착된 ITO 층을 갖는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예가 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국 특허 제6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 주입층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 보호층의 설명은 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다.
도 2는 역전된 OLED(200)를 나타낸다. 디바이스는 기판(210), 캐소드(215), 방출층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 디바이스(200)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구성이 애노드의 위에 캐소드가 배치되어 있는 것이고, 디바이스(200)는 애노드(230)의 아래에 배치된 캐소드(215)를 갖고 있으므로, 디바이스(200)는 "역전된" OLED로 지칭될 수 있다. 디바이스(100)에 관하여 기재된 것과 유사한 물질이 디바이스(200)의 해당 층에 사용될 수 있다. 도 2는 디바이스(100)의 구조로부터 일부 층이 어떻게 생략될 수 있는지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조는 비제한적인 예로서 제공되며, 본 발명의 실시양태는 다양한 기타의 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 기재된 특정한 물질 및 구조는 사실상 예시를 위한 것이며, 기타의 물질 및 구조도 사용될 수 있다. 기능성 OLED는 기재된 다양한 층을 상이한 방식으로 조합하여 달성될 수 있거나, 또는 층은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략될 수 있다. 구체적으로 기재되지 않은 기타의 층도 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 기재된 물질과 다른 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예가 단일 물질을 포함하는 것으로 다양한 층을 기재하기는 하나, 물질의 조합, 예컨대 호스트와 도펀트의 혼합물, 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 층은 다양한 하부층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들면, 디바이스(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공을 수송하고 정공을 방출층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로서 기재될 수 있다. 한 실시양태에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 유기층은 단일 층을 포함할 수 있거나, 또는 예를 들면 도 1 및 도 2와 관련하여 기재된 바와 같은 상이한 유기 물질들의 복수의 층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 기재하지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국 특허 제5,247,190호(Friend 등)에 개시된 바와 같은 중합체 물질을 포함하는 OLED(PLED)를 또한 사용할 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들면 미국 특허 제5,707,745호(Forrest 등)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 미국 특허 제6,091,195호(Forrest 등)에 기재된 바와 같은 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국 특허 제5,834,893호(Bulovic 등)에 기재된 피트형(pit) 구조와 같은 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시키기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층은 임의의 적합한 방법에 의하여 증착될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌들은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국 특허 제6,337,102호(Forrest 등)(이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 기상 증착(OVPD) 및 미국 특허 제7,431,968호(이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적합한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액계 공정을 포함한다. 용액계 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌들은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및 잉크-제트 및 OVJP와 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 다른 방법들도 또한 사용될 수 있다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬 및 아릴기와 같은 치환기는 소분자에 사용되어 이의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3개 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 물질은 더 낮은 재결정화 경향성을 가질 수 있기 때문에, 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 물질보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있다. 덴드리머 치환기를 사용하여 소분자의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 배리어층을 임의로 더 포함할 수 있다. 배리어층의 한 목적은 수분, 증기 및/또는 기체 등을 포함하는 환경 중의 유해종으로의 손상적인 노출로부터 전극 및 유기층을 보호하는 것이다. 배리어층은 기판 또는 전극 위에, 아래에 또는 그 옆에, 또는 가장자리를 포함하는 디바이스의 임의 다른 성분 위에 증착될 수 있다. 배리어층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 배리어층은 다양한 공지의 화학 기상 증착 기법에 의하여 형성될 수 있으며 복수의 상을 갖는 조성물뿐 아니라 단일 상을 갖는 조성물을 포함할 수 있다.　 임의의 적합한 물질 또는 물질의 조합을 배리어층에 사용할 수 있다.　 배리어층은 무기 또는 유기 화합물 또는 둘 다를 포함할 수 있다.　 바람직한 배리어층은 미국 특허 제7,968,146호, PCT 특허 출원 번호 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기재된 바와 같은 중합체 물질 및 비-중합체 물질의 혼합물을 포함하며, 이들 문헌은 본원에 그 전문이 참고로 포함된다.　"혼합물"로 간주되기 위해, 배리어층을 포함하는 전술한 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 반응 조건 하에서 및/또는 동일한 시간에 증착되어야만 한다.　 중합체 대 비-중합체 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위 내일 수 있다.　 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예에서, 중합체 및 비-중합체 물질의 혼합물은 본질적으로 중합체 규소 및 무기 규소로 이루어진다.　
본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 다양한 전자 제품 또는 중간 부품 내에 포함될 수 있는 광범위하게 다양한 전자 부품 모듈(또는 유닛) 내에 포함될 수 있다. 이러한 전자 제품 또는 중간 부품의 예는 디스플레이 스크린, 발광 디바이스, 예컨대 개별 광원 디바이스 또는 최종 소비자 제품 생산자에 의해 사용될 수 있는 조명 패널 등을 포함한다. 이러한 전자 부품 모듈은 임의로 구동 전자 장치 및/또는 동력원(들)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 하나 이상의 전자 부품 모듈(또는 유닛)을 그 안에 포함하는 광범위하게 다양한 소비자 제품 내에 포함될 수 있다. 이러한 소비자 제품은 하나 이상의 광원(들) 및/또는 하나 이상의 어떤 종류의 영상 디스플레이를 포함하는 임의 종류의 제품을 포함할 것이다. 이러한 소비자 제품의 일부 예는 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대전화, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로 디스플레이, 가상 현실 디스플레이, 증강 현실 스플레이, 3-D 디스플레이, 자동차, 대면적 벽, 극장 또는 스타디움 스크린 또는 간판을 포함한다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 조절 메카니즘을 사용하여 본 발명에 따라 제작된 디바이스를 조절할 수 있다. 다수의 디바이스는 사람에게 안락감을 주는 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20℃ 내지 25℃)에서 사용하고자 하지만, 상기 온도 범위 밖의 온도, 예컨대 -40℃ 내지 +80℃에서도 사용될 수 있다.
상기 기술된 바와 같이, OVJP 인쇄 기술은 통상적으로 증발된 분자와 함께 벌크 캐리어 기체의 증기 플로우를 이용하며, 이는 노즐을 통해 기판 상에 스프레이된다. 분자는 기체 혼합물이 표면에 부딪힐 때 기판 상에서 승화한다. 물질은 통상적으로 너비(x-방향) 및 길이(y-방향)를 갖는 직사각형 또는 원형 노즐로부터 증착된다. 선은 y-방향으로 기판에 대해 노즐을 이동시킴으로써 스프레이된다. OVJP에 의해 인쇄된 박막 피쳐의 가우시안 두께 프로필은 OLED 인쇄 응용분야에 대해 이상적이지 않을 수 있는데, 이는 OLED가 통상적으로 이의 활성 영역에 걸쳐 등질의 두께를 필요로 하기 때문이다. 현재 두께 등질성은 복수의 오프셋 패스를 통한 피쳐의 인쇄에 의해 얻어진다. 본 개시내용은 보다 바람직한 증착 프로필을 제공하고 보다 등질의 두께를 갖는 피쳐를 인쇄할 수 있게 하는 스플릿 전달 어퍼쳐를 갖는 증착기를 기술한다. 이 증착기의 기하 구조는 이것이 보다 적은 패스로 OLED 어레이를 인쇄할 수 있게 하기 때문에 TAKT 시간을 감소시킬 것으로 기대된다. 더 나아가, 상기 기하 구조는 인쇄된 OLED의 작동 수명을 향상시키고 오염원 노출을 감소시킬 것으로 기대되는데, 이는 상기 기하 구조가 어레이에서 각 OLED에 대한 EML 증착의 개시와 완료 사이의 기간을 최소화하기 때문이다. 이 증착기의 기하 구조는, 미국 특허 제9,583,707호에 기술된 것과 같은, DEC(전달-배기-구속; delivery-exhaust-confinement) OVJP 마이크로노즐 어레이를 제작하는 데 이미 사용되는 기술을 이용하여 용이하게 제작될 수 있으며, 상기 문헌의 개시내용은 그 전체가 참고로 포함된다.
예를 들어, 많은 응용분야에서, 도 3에 나타난 것과 같은, 등질의 상단면 및 가파른 스큐화된(skewed) 챔퍼(chamfer)를 갖는 것과 같이, 형상이 사다리꼴인 증착 프로필을 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 종래 OVJP 배열을 이용하여 이렇게 수행하는 기술은 제한된다. 특정 노즐의 이용으로부터 유래한 증착 프로필은 통계적 분포형 및 파라미터에 의해 기술될 수 있고, 여기서 분포의 첨도는 결과로 나타나는 형상을 기술한다. 원형 또는 직사각형 노즐 형상으로부터 유래한 x 방향으로의 증착 프로필은 노즐로부터 기판으로의 거리를 증가시키면서 넓어지는 통상적인 가우시안 형상 분포를 가질 것이다. 이러한 증착 프로필 및 관련된 분포형의 예는 도 4에 나타나 있다. 높은 첨도 또는 급첨 분포는 측면의 강한 스큐성 및 중앙의 높은 피크를 제공한다. 음수의 첨도는 낮은 스큐성을 제공하며 중앙에 플라토(plateau)를 나타내는 저첨 프로필을 유도할 수 있다.
특정 너비에 걸쳐 90% 등질성을 갖는 사다리꼴형에 접근하는 패턴을 증착하기 위해, 50% 또는 FWHM(반치전폭; Full Width Half Maximum) 수준에서 개별 가우시안 패턴을 스티칭(stitch)하는 것이 가능하다. 이후 전체 너비는 스프레이 등질성 너비 및 챔퍼 또는 테일(tail) 둘 모두의 합계이다. 디스플레이의 제작과 같은 OVJP를 사용하여 서브픽셀을 증착하는 일부 적용예에서, 스프레이 등질성 너비가 서브픽셀 활성 영역의 너비 이상인 것이 바람직할 수 있다. 또한, 일반적으로 제작 중 상이한 색상의 방출 물질들의 혼합을 방지하기 위해 두 이웃한 서브픽셀 선 사이의 거리보다 증착된 선의 총 너비가 좁은 것이 바람직하거나 필요하다. 많은 경우 중앙 플라토에서 패턴의 등질 부분이 1차적 증착 목표이고, 프로필의 측면은 바람직하게는 충분히 억제되어 이웃 영역의 오염을 회피하도록 한다. 바람직하게는, 최종 증착의 측면은 수직이거나 대략적으로 수직이거나, 또는 가능한 한 가파른 측면각을 가진다.
도 5는, 등질성이 높은 중앙 너비를 갖는 이러한 패턴의 예시를 나타낸다. 전체적인 결과로 생성된 증착 패턴(540)은, 예를 들어 2 이상의 노즐 패스 또는 2 이상의 순차적 시프트된 노즐로부터 유래하는, 2 이상의 시프트된 가우시안 프로필(510, 520, 530)의 증착에 의해 달성될 수 있다. 보다 일반적으로, 임의 수의 노즐 및/또는 1 이상의 노즐의 패스를 사용하여 원하는 증착 프로필을 제작하거나 이에 근접할 수 있다.
동일한 시프트를 갖는 두 노즐로부터 유래한 두 이웃한 증착 패턴의 x-방향에서의 시프트가 증착 프로필의 FWHM보다 작은 경우, 조합된 패턴은 개별 패턴보다 더 넓고 더 높은 가우시안 프로필일 것이다. 도 6은 세 증착(610, 620, 630)으로부터 형성된 이러한 프로필(640)의 예를 나타낸다.
두 증착의 시프트가 개별 증착 프로필의 FWHM보다 큰 경우, 조합된 프로필은 저첨 프로필 또는 (보다 큰 시프트를 갖는) 두 이웃한 피크를 갖는 프로필을 산출할 것이다. 대략적인 FWHM보다 아주 약간만 더 큰 시프트는 90% 등질성 요구를 만족시키는 너비를 갖는 중앙 섹션을 갖는 증착 프로필을 유도한다. 이러한 플라토의 너비는 시프트의 양에 의해 단일 프로필에서의 좁은 플라토보다 넓다. 예를 들어 1 이상의 노즐을 이용하여 추가 패스를 생성하는 것에 의해 보다 많은 프로필을 추가하면, 동일한 방식의 이웃한 프로필에 대해 시프트된 각각은 마찬가지로 90% 등질성을 갖는 영역을 넓힐 것이다.
종래 원하는 사다리꼴형을 달성하기 위해, 베이스의 너비는 이것이 이웃한 서브픽셀 활성 영역을 커버하도록 너무 넓어서는 안 된다. 그러나, 베이스 너비는 시프트된 패턴으로부터 추가된 너비에 비례하여 증가한다. 90% 등질성을 갖는 원하는 너비를 달성하면서 베이스 너비를 제한하는 한 접근방법은 보다 높은 첨도 프로필을 갖는 증착을 더 추가하는 것, 즉 보다 좁은 프로필을 더 추가하는 것이다. 이는 90% 등질성의 동일한 영역을 갖지만, 프로필에 더 가파른 측면벽을 갖는 조합된 프로필을 유도할 수 있고, 조합된 프로필의 보다 좁은 베이스를 유도한다. 이러한 기술은 더 많고 더 좁은 프로필들의 조합을 필요로 하며, 몇가지 문제점을 가진다. 예를 들어, 보다 좁은 프로필은 원하는 프로필 형상을 달성하기 위해 노즐과 기판 및/또는 보다 좁은 노즐들 사이의 보다 짧은 거리를 필요로 한다. 또 다른 예시로서, 보다 좁은 프로필을 조합하는 것은 한 프로필이 다른 프로필에 대해 보다 정확히 위치하는 것을 필요로 하며, 증착 기구의 훨씬 더 정확한 제어를 필요로 한다. 보다 일반적으로, 단일 노즐로부터 보다 많은 패턴을 조합하는 것은 증가된 공정 시간을 필요로 하며, 한편 보다 많은 노즐로부터 조합된 프로필을 생성하는 것은 한 임의의 시각에 가동되는 노즐의 수를 증가시키고 따라서 증착 시스템의 복잡성 및 비용을 증가시킨다.
이에 따라, 원하는 증착 프로필을 달성하는 바람직한 해결책은, 다수의 좁은 노즐 어퍼쳐에 대한 필요 없이, 단일 패스로 원하는 복합 프로필의 모든 성분을 증착시키는 단일 노즐 배열이다. 이러한 배열의 실시양태는 본원에 제공되며, 이는 y-방향으로 이동함에 따라 실질적인 사다리꼴형의 누적 증착 프로필을 생성하는 일련의 증착 노즐 형상을 포함한다.
도 7은 본원에 개시된 실시양태에 따른 예시적 노즐 어퍼쳐 배열을 나타낸다. 형상은 증착 기구 위 또는 아래로부터 본 것으로, 예를 들어 물질이 증착되는 표면으로부터 반대의 방향으로 기판으로부터 증착 기구를 향해 본 것으로 나타낸다. 이러한 실시양태에서 단일 노즐 어퍼쳐의 형상은 실질적으로 별개인 섹션에서 노즐로부터 전체 증착 패턴에 기여하는 영역을 가진다. 각 실시예에서, 중앙 영역 I은 그 아래 증착 그래프에 나타나는 중앙 프로필 I을 유도한다. 마찬가지로, 다른 노즐 어퍼쳐 영역 II 및 III은 그 아래 나타낸 상응하는 증착 프로필에 나타난 것과 같이 중앙 프로필 I로부터 시프트된 보다 작은 증착 프로필을 유도한다. 상기 기술된 바와 같이, 각 실시예에서 y-축은 물질이 증착되는 기판과 증착 시스템의 이동의 상대적 방향을 나타낸다.
노즐 형상은 각 중앙 섹션 I이 낮은 첨도를 갖는 넓은 가우시안 형상을 제공하도록 하는 방식으로 디자인되어 있다. 이는, 노즐 어퍼쳐가 중앙 섹션 I만을 포함하는 경우, 결과로 생성되는 증착 프로필이 낮은 첨도를 갖는 가우시안일 것이라는 것이다. 외측 측면에서, 증착 프로필은 비교적 보다 좁은 노즐 섹션으로부터 유도되어 보다 높은 첨도를 갖는 프로필 부분을 증착한다. 상기 논의된 바와 같이, 이러한 기여의 중첩은 사다리꼴이거나 사다리꼴에 근접하는 형상을 제공할 수 있다. 구체적으로, 결과로 생성되는 형상은 가운데에 비교적 평평한 메사 영역, 및 양 측면에 비교적 급격한 수직의 벽을 포함할 수 있다.
도 7에 나타낸 노즐 어퍼쳐 형상에 대한 다른 변형이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c는 도 7에 나타난 제3 배열에 대한 변형을 나타낸다. 일부 배열, 예컨대 도 8a 및 도 8b에서, 증착 노즐은 상이한 영역들을 갖는 단일 연속 어퍼쳐를 포함할 수 있다. 다른 배열에서, 증착 노즐은 도 8c에 나타난 것과 같은 복수의 별도 영역을 포함할 수 있다. 1개 또는 복수의 어퍼쳐가 존재하는지와 관계 없이, 영역 1, 2 및 3 중 각각은 상기 개시된 것과 같은 조합된 증착 프로필에 모두 기여할 것이다.
일부 실시양태에서, 배기 채널 또는 어퍼쳐는 증착 노즐의 임의 측면 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c에 나타난 배열은 증착 어퍼쳐의 (x-축을 따라) 임의 측면 상에 배열된 배기 채널(810)을 포함한다. 보다 일반적으로 1개 또는 복수의 배기 채널의 임의의 배열이 사용될 수 있지만, 본 실시예에서 나타낸 배기 채녈은 조합된 증착 어퍼쳐의 임의 측면 상에 단일 직사각형 어퍼쳐로서 제공된다. 각각의 배기 채널은 기판과 증착 기구 사이의 영역 또는 영역들로부터 비증착된 물질을 제거하도록 저압 영역, 진공원 등과 유체 연통할 수 있다. 배기 채널은 또한 증착 노즐의 임의 측면 상에 상이한 압력 또는 활성 구속 플로우의 영역을 제공하여 본원에 개시된 바와 같은 결과로 생성되는 증착 프로필을 추가로 구속 및/또는 성형할 수 있다. 배기 및 구속 채널의 다양한 배열 및 예시는 2015년 3월 10일자 출원된 미국 출원 제14/643,887호, 2015년 6월 4일자 출원된 미국 출원 제14/730,768호 및 2016년 10월 11일자 출원된 미국 출원 제15/290,101호에 기술되어 있으며, 이들 각각의 개시내용은 그 전체가 참고로 포함된다. 일반적으로, 상기 출원들에 개시된 바와 같이, 배기 어퍼쳐에 의해 감싸진 증착 어퍼쳐 및 기체 구속 플로우의 조합을 이용하여 선 너비 및 오버스프레이를 구속하는 마이크로 어레이 기술은 증착, 배기, 및 구속의 개념을 이용하며, 이에 따라 DEC 공정 또는 디바이스로 지칭될 수 있다. 도 9는 합산하여 원하는 프로필을 형성하는 도 8c의 상단 및 하단 증착기에 의해 인쇄된 개별 피쳐 프로필을 나타낸다. 도 9는 섹션 1에 의해 생성된 좌측 스큐화된 증착 프로필을 나타내고 도 10은 섹션 3에 의해 생성된 우측 스큐화된 프로필을 나타낸다.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 각각 도 8a, 도 8b 및 도 8c에 도시된 어퍼쳐 세트에 의해 기판 상에 생성되는 유기 증기 플럭스를 나타낸다. 각각의 선은 x의 함수로서, y의 주어진 단면에서 생성되는 플럭스 프로필을 나타낸다. 섹션 1(1101) 및 섹션 3(1102) 하의 기판 섹션 상의 증착은 도 9에 나타난 바와 같이 한 측면으로 스큐화된다. 섹션 2는 x 차원에서 대칭인 높은 플럭스의 영역(1103)을 생성한다. 이 종류의 피쳐는 도 8a 및 도 8b의 구성에 의해 생성되지만, 도 8c의 구성으로는 생성되지 않는다. 유기 플럭스의 단면은 합산되어 도 12a 내지 도 12c에 플롯팅된 증착 프로필을 생성한다. 통합된 플럭스는 x의 함수로서 수직 축 상에 플롯팅된다. 각각 도 8a 및 도 8b의 어퍼쳐 구성에 상응하는 도 12a 및 도 12b는, 각 구성의 중앙에 개방된 증착 어퍼쳐로 인해 중앙에서 최대치를 가진다. 도 12c의 최대치는 대칭이며 중앙에서 벗어나며(off-center), 보다 넓은 상단 및 작은 첨도를 갖는, 보다 메사형인 증착 프로필을 생성한다. 따라서 도 8c에 도시된 노즐 디자인은 이 경우 바람직한 실시양태이다.
기체 구속의 이용은, 이것이 고진공보다는 50~300 Torr의 챔버 압력을 이용하기 때문에 종래 OVJP 개념으로부터 벗어난다. 오버스프레이는 원하는 증착 영역으로부터 벗어난 유기 물질의 확산성 수송을 방지하기 위해 구속 기체의 플로우를 이용함으로써 감소 또는 제거된다. 개략적인 증착기 디자인은 도 13에서 기판의 관점으로부터 나타나 있다. 이러한 배열은 상기 나타낸 것과 유사하며 도 8에 대해 기술된 직사각형 전달(1301) 및 배기 어퍼쳐(1302)를 이용하며, 이는 용이하게 제작될 수 있다. 전달 어퍼쳐를 통한 플로우는 불활성 전달 기체 중에 연행된 유기 증기를 함유한다. 배기 어퍼쳐는 전달 플로우를 초과하는 질량 유량에서 증착기 하의 영역으로부터 기체를 빼낸다. 이는 전달 플로우 및 그 안에 연행된 임의 과잉 유기 증기, 및 또한 증착기를 둘러싸는 주변으로부터 꺼내진 구속 기체의 잔량을 제거한다. DEC 디자인의 증착기는 일반적으로 이의 어퍼쳐의 긴 축이 상기 기술된 바와 같이 인쇄 방향(1303), 즉 y-축에 평행하도록 배열된다. 증착기(1304)는 보통 마이크로노즐 어레이(1305) 상에 선형으로 배열되어, 각각의 증착기가 하나 이상의 이의 측면 경계(1306) 상에 다른 증착기와 접하게 한다. 증착기의 상단 및 하단 가장자리(1307)는 나타난 바와 같이 복수의 마이크로노즐 배열을 포함하는 선형 마이크로노즐 어레이의 가장자리에 의해 획정될 수 있다. 증착기들 사이에 배치된 분포 채널(1308)은 각 증착기의 측면을 따라 구속 기체의 공급원을 제공할 수 있다. 구속 기체는 상기 채널을 생략하는 경우 마이크로노즐 어레이의 가장자리로부터 안쪽으로 흐른다. 어레이는 통상적으로 증착기들 사이의 누화를 최소화하도록 디자인되어 인쇄된 피쳐가 어레이의 너비에 걸쳐 등질하게 한다. 추가 배기 어퍼쳐는 예를 들어 가장자리 효과를 최소화하도록 어레이의 말단에 배치될 수 있다. 따라서 이러한 마이크로노즐 어레이 하의 플로우 필드는 주기적인 대칭성을 가진다.
인쇄된 필름의 평균 두께 t는 t = jτ/ρ로 주어지며, 여기서 j는 기판 상의 유기 증기의 질량 플럭스이고, τ는 기판이 어퍼쳐 하에 있는 주어진 지점 상의 기간이며, ρ는 압축된 유기 물질의 밀도이다. τ = l/v(여기서 l는 어퍼쳐의 길이이고, v는 기판의 상대적 속도임)이기 때문에, 보다 긴 전달 어퍼쳐는 기판 표면 상의 주어진 지점이 주어진 인쇄 속도에서 보다 긴 시간 동안 어퍼쳐 하에 머무르도록 허용한다. 이는 보다 신속한 인쇄를 가능하게 하며, 따라서 보다 긴 어퍼쳐가 다수의 실시양태에서 바람직할 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 실시양태는 OLED와 같은 방출층의 제작에 대해 1.0 s, 0.1 s, 또는 0.01 s 이하로 가능하게 할 수 있다. 그러나, 전달 어퍼쳐 치수는 증착 디바이스를 제작하는데 사용되는 제작 공정의 한계에 처해질 수 있다. 예를 들어, 이는 딥 반응성 이온 엣칭(deep reactive ion etching)을 이용하여 제작되는 경우 이의 너비보다 약 20-30 배 더 길 수 있다. 보다 작은 노즐은 보다 높은 해상도 피쳐를 인쇄하지만, 제작 및 작업은 보통 현실적인 최소 크기를 설정하는 것을 고려한다. 구체적인 실시예로서, 120 ㎛ 넓은 피쳐 인쇄를 위한 최적 전달 어퍼쳐는 일반적으로 15-20 ㎛의 너비를 가질 것이다. 원하는 피쳐 크기에 따라 다른 치수가 사용될 수 있다.
도 14는 인쇄 방향에 수직인 단면에서 증착 및 배기 채널의 배열 및 전달(1401) 및 구속 플로우(1402)의 유선을 나타낸다. 전달 플로우는 전달 채널(1403)로부터, 전달 어퍼쳐(1301)를 통과하고, 전달-배기(DE) 스페이서(1404) 아래로, 배기 어퍼쳐(1402)를 통과하여, 마지막으로 배기 채널(1405)을 통해 증착 구역 밖으로 이송된다. 구속 기체 플로우는 원거리장(far-field) 공급원(1406)으로부터 나와 배기 어퍼쳐를 통해 나가기 전에 증착기의 표면 아래를 이동한다. 전달 플로우는 기판의 표면을 따라 배기 어퍼쳐 내로 흐르는 구속 기체에 의해 배기 채널들 사이의 영역에 구속된다. 두 플로우가 만나는 표면은 정체 표면(1407)으로 정의되며, 여기서 정규 기판 및 선 인쇄의 방향 둘 다와 직교하는, x 방향으로의 속도는, v x = 0이다. 정체 표면에 의해 포괄되는 영역의 너비는 인쇄된 피쳐의 너비에 잘 상응하며, 따라서 정체 평면의 위치는 증착 구역(1408)의 형상을 제어한다.
도 15a 및 도 15b는, 본원에 개시된 한 실시양태에 따라, 각각, 1 패스 또는 2 패스로, 단일 전달 어퍼쳐를 갖는 증착기에 의해 인쇄된 박막 피쳐의 두께의 단면 프로필을 나타낸다. 도 15a에 나타난 바와 같이, 개별 DEC 증착기에 의해 인쇄된 피쳐의 단면 두께 프로필(1501)은 대략적으로 가우시안이다. 수직 축(1502)은 임의 단위의 필름 두께이며 수평 축(1503)은 마이크론 단위의 x 방향에서의 전달 어퍼쳐 중심선으로부터의 변위이다. 증착된 피쳐의 형상에 대한 관심에서의 두가지 기본적인 기준점은, 너비 및 두께 등질성이다. 너비는 총(gross) 피쳐 및 이를 둘러싼 임의 오버스프레이 둘 모두를 포함하며, 이는 오버스프레이가 인접한 피쳐를 오염시키고 해상도를 제한할 수 있기 때문이다. 최대치의 5%에 대한 전폭(FW5M)은 최대 피쳐 두께(1505)의 5%인 피쳐 단면의 반대편 측면 상의 두 지점 사이의 너비(1504)이다. 인쇄된 피쳐에 대한 전체 허용 너비는 통상적으로, 오버스프레이에 의해 오염된 영역을 포함하여 평균 고해상도 디스플레이 응용분야에 대해 약 160 ㎛이다. 등질성은, 그 두께에 걸쳐 평균 두께로 나누어진, 피쳐의 중심을 가로질러, 통상적으로 50 ㎛인, 너비(1507)에 걸쳐 두께 최대치와 최소치 사이의 차(1506)를 지칭한다. 이 너비는 OLED 디스플레이의 통상적인 서브픽셀 상의 전극에 상응한다. 일반적으로 인쇄된 OLED에 있어서 적절하게 작동되도록 이의 활성 너비에 걸쳐 등질의 또는 거의 등질의 두께를 갖는 것이 요구된다.
본원에 개시된 바와 같이, 충분한 등질성은 인쇄 패스 사이의 픽셀 너비(1510)보다 어느정도 작은 오프셋을 갖는 두 패스(1508 및 1509)로 각 피쳐를 인쇄함으로써 달성될 수 있다. 두 오프셋 피쳐는 중첩되어 보다 메사형인 프로필을 갖는 복합 피쳐(1511)를 생성한다. 구체적인 예시로서, 40 ㎛의 오프셋이 등질성 인쇄에 대해 바람직한 경우(고해상도, 풀 컬러 디스플레이에 대해 통상적일 수 있는 것처럼), 각 패스에 의해 인쇄된 선의 너비는 120 ㎛ 이하여야 한다. 그러나, 이중 인쇄는 단일 패스 인쇄에 비해 TAKT 시간을 증가시키며 따라서 많은 적용예에서 피하는 것이 바람직할 수 있다.
더 나아가, 다중 패스로의 인쇄는 휴지기(interval)를 생성하며 이 때 OLED의 방출층(EML)은 부분적으로 인쇄되고, 따라서 완성된 피쳐에 비해 환경적 오염에 더 취약하다. 예를 들어, 이는 인광 OLED가 EML 생장의 개시와 완료 사이에 미량의 물 증기에 노출되는 경우 인광 OLED의 작동 수명이 현저히 감소한다는 문헌[H. Yamamoto, C. Adachi, M.S. Weaver, and J. J. Brown Appl. Phys. Lett. 100, 183306 (2012)] 에 나타나 있다. 일단 EML가 완성되면 오염에는 훨씬 덜 감수성이게 된다. 300Å 두께 EML의 시작과 완성 사이의 시간은 OVJP에 의해 인쇄된 서브픽셀에 대해 0.1 s 이하의 규모이다. 단일 인쇄 패스만이 요구되는 경우, 이는 EML이 오염될 수 있는 휴지기를 크게 단축시킨다. 대조적으로, 진공 열 증발(VTE)은 통상적으로 EML이 증착되는 데 1분 이상을 필요로 하며, 이는 단일 인쇄 패스 OVJP가 VTE보다 심지어 높은 순도 필름을 증착시키는 것이 가능함을 의미한다.
본원에 개시된 실시양태에 따라, 2 패스 인쇄의 효과는 대략적으로 단일 전달 어퍼쳐를 갖는 증착기에 의한 2 인쇄 패스 사이의 거리에 의한 오프셋인 두 섹션 내로 전달 어퍼쳐 스플릿을 갖는 증착기를 사용하는 단일 패스로 달성될 수 있다. 도 16a는 스플릿 노즐 디자인을 나타내며 도 16b은 결과로 생성된 증착 프로필을 나타낸다. 전달 어퍼쳐는 정중선(1603)을 따라 위쪽 어퍼쳐(1601) 및 아래쪽 어퍼쳐(1602)로 스플릿된다. 그러나, 배기 어퍼쳐는, 직선 및 연속으로 남을 수 있다. 위쪽 및 아래쪽 전달 어퍼쳐는 불연속일 수 있으며 각 어퍼쳐의 중심은 원하는 피쳐 크기 및 등질성에 대해 최적화될 수 있는 오프셋 거리(1604)에 의해 분리된다. 40 ㎛ 오프셋은 디스플레이 인쇄 분야에 효과적이다. 어퍼쳐의 각 측면 상의 DE 스페이서(1605)는 비대칭이며, 오프셋에 의해 너비가 달라진다. 증착기의 전면 및 후면 성분은 거의 독립적으로 작용하며, 따라서 인쇄된 피쳐의 두께 프로필에서의 변화는 대부분 기하학적인 영향이다.
이러한 구성에서, 배기 어퍼쳐는 보다 좁은 DE 스페이서의 측면 상에서 유기 증기를 보다 격렬하게 빼낸다. 이는 종합(aggregate) 피쳐의 외측 가장자리를 획정하는 가파른 측면벽(1608)을 유도한다. 보다 넓은 DE 스페이서의 측면 상에 증착된 물질(1609)은 가장자리를 가파르게 획정하지 않으며, 이는 이의 두께가 점차적으로 가늘어지기 때문이다. 보다 적은 유기 증기가 넓은 스페이스의 측면 상의 배기에 의해 제거되며, 따라서 물질 이용 효율은 오프셋 너비가 커짐에 따라 개선된다. 피쳐 프로필은 더 큰 오프셋과 함께 보다 넓어지고 보다 비대칭적이 된다.
더 나아가, 두 배기 채널 사이 또는 배기 채널의 두 영역 사이에 중심에서 벗어나 위치한 단일 증착 어퍼쳐는 일반적으로 비대칭 증착 프로필을 유도할 것이다. 예를 들어, 도 9 및 도 10은 도 8c에서 나타낸 예시적 배열에서 각각 어퍼쳐 섹션 1 및 3으로부터 유래한 예시적인 증착 프로필을 나타낸다. 이러한 스큐화된 프로필은 결과로 생성된 증착 프로필의 한 측면 상의 비교적 가파른 측면벽을 가진다. 이러한 비대칭 증착 프로필의 스큐성에서의 차이(도 9 및 도 10에서 양성 및 음성으로 나타남)은 도 8c에 나타낸 것과 같은 증착 노즐을 이용하여 조합되어 제한된 베이스 너비를 갖는 부등변 사각형(trapezium) 증착 프로필을 제공할 수 있다. 구체적으로, 나타낸 것과 같은 스큐화된 프로필의 조합은, 프로필들 사이의 거리가 올바르게 선택되는 경우 원하는 치수를 갖는 저첨 프로필을 유도할 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서 도 8c에 나타낸 것과 같은 증착 노즐의 배열은 비대칭 프로필에 대한 스큐에서의 가장 강한 차이를 증착시키는 데 바람직한 기하 구조를 제공한다.
상기 언급된 바와 같이, 도 8a 내지 도 8b의 예시적인 노즐 배열은 도 8c에서 나타난 것과 같은 배열로부터 생략된 증착 어퍼쳐 섹션 2를 포함할 수 있다. 이 어퍼쳐 섹션은 일반적으로 보다 넓고 보다 대칭적인 증착 패턴을 갖는 조합된 프로필의 중앙에 가우시안 프로필을 증착할 것이다. 이러한 증착 프로필은 어퍼쳐 영역 1 및 3을 통한 증착으로부터 유도되는 두 스큐화된 비대칭 프로필들 사이의 딥(dip)을 충전하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 도 8c 및 도 16a에 나타낸 것과 같은 배열에서 증착 어퍼쳐 영역 1 및 3은 Y 방향에서 거의 접촉할 수 있다. 이는, 두 영역의 가장 가까운 지점들 사이에 비교적 짧거나 0인 거리를 갖도록 두 영역이 배열될 수 있고, 이로써 이들이 증착 디바이스 내 두 개별 어퍼쳐이거나 두 개별 어퍼쳐로서 작동하게 한다. 어퍼쳐 영역의 근접성으로 인해, 증착이 어퍼쳐 영역들 밖으로 흘러나가는 영역들 사이의 영역이 상호작용한다. 이러한 상호작용은, "지름길(short-cutting)"로 지칭될 수 있으며, 이는 노즐 배열의 중앙 영역에서 증가된 증착을 야기하며, 어퍼쳐 1과 3 사이에 배치된 실제 증착 어퍼쳐 2의 효과와 유사하다. 사실상, 가장 외측에 위치한 배기를 향한 증착 플로우의 제거는 외측 증착 어퍼쳐 영역에 의해 부분적으로 또는 완전히 블록될 수 있다. 이는 증가된 효율을 갖는 국부 영역을 생성할 수 있고, 따라서 보다 높은 국부 증착 프로필을 생성할 수 있다. 시뮬레이션은 또한 일부 노즐 치수에 대해, 물리적 어퍼쳐 2의 부재가, 상기 개시된 바와 같이 두 증착 어퍼쳐 1 및 3으로부터 유래한 프로필에서의 두 딥 사이의 "충전" 효과를 여전히 유도할 수 있음을 나타낸다.
어퍼쳐 영역 1 및 3의 치수가 y-축, 즉, 인쇄 방향을 따라 증가함에 따라, 이러한 충전의 효과가 덜 두드러질 수 있다. 일정 길이 후에, 물리적 증착 어퍼쳐 영역 2의 추가는 영역 1 및 3으로부터 유래한 프로필들 사이에 생성된 딥을 충전하는 것이 바람직하거나 이것이 요구될 수 있다.
도 11 내지 도 12는 각각 도 8a 내지 도 8c에 예시된 노즐 및 배기 채널 배열을 유도하는 시뮬레이션을 나타낸다. 도 11a 내지 도 11c는 각각 상이한 y-섹션에서 x-방향으로의 부분적인 기여를 나타낸다. 도 12a 내지 도 12c는 각각 프로필의 가중 합산, 즉 예상된 증착 프로필(상단에서 기판 표면을 가짐)을 나타낸다. 특히, 결과는 도 8c에서 나타낸 배열이 또한 두 개별 노즐 섹션의 교차 평면에서의 누화로 인해 중앙에서 작은 대칭 가우시안 분포를 산출함을 나타낸다.
도 16b는 도 16a에 나타낸 증착기 배열의 상반부에 의해 생성된 증착 프로필을 나타낸다. 상단 전달 어퍼쳐로부터 유래한 유기 물질만이 이 분포에 나타난다. 아래쪽 전달 어퍼쳐로부터 유래한 물질은 생략된다. 분포는 도 10에 플롯팅된 프로필과 유사하다. 상단 전달 어퍼쳐의 중앙은 9 sccm(1606) 및 18 sccm(1607) 배기 플로우에 대해 20 ㎛, 30 ㎛, 40 ㎛, 및 50 ㎛으로의 하단 전달 어퍼쳐로부터의 오프셋(1604)이다. 이는 도 11 내지 도 12에 나타낸 시뮬레이션 결과와 일치한다. 배기 어퍼쳐들 사이의 전달 어퍼쳐 배치의 비대칭은 대칭 증착기의 증착 프로필보다 한쪽으로 치우친 증착 프로필을 생성한다. 최대 증착은 전달 및 배기 어퍼쳐가 가까운 측면을 향해 스큐화되고, 증착 프로필은 배기로부터 먼 측면 상에 더 긴 테일을 가진다.
도 16a에 도시된 전체 증착기에 의해 생성된 피쳐의 두께 프로필은 도 17a(9 sccm 배기 플로우) 및 도 17b(18sccm 배기 플로우)에 나타나 있다. 도 16b에 나타난 상단 전달 어퍼쳐로부터 유래한 증착은 다양한 오프셋에 대하여 하단 전달 어퍼쳐에 의해 생성된 유사한 분포로 합산된다. 20 ㎛(1701), 30 ㎛(1702), 40 ㎛(1703), 및 50 ㎛(1704) 오프셋을 갖는 스플릿 증착기에 의해 생성된 두께 프로필은 단일 어퍼쳐 증착기(1705)보다 평평한 상단을 특징으로 하면서, 유사한 정도의 측면벽 경사를 나타낸다. 이러한 디자인에 대한 FW5M, 등질성, 및 증착 속도는 하기 표 1에 나타나 있다. 해상도의 인쇄는 일반적으로 배기 플로우의 증가와 함께 개선되지만, 이는 유기 증기의 더 많은 양이 배기를 통해 빠져나가기 때문에 증착 속도의 감소를 야기한다. 증착 속도는 긴 DE 스페이서로부터 유래한 증가된 물질 이용 효율로 인해 오프셋 너비와 함께 개선된다. 너비는 예상한 바와 같이 오프셋과 선형적으로 증가한다. 프로필의 상단이 이의 성분 최대치들 사이의 보다 큰 오프셋과 함께 보다 평평해지므로 등질성이 또한 증가한다. 보다 낮은 배기 플로우는 또한 등질성을 개선하지만, 이는 너비의 증가를 야기한다. 이러한 효과는 하기 표 1에 요약되어 있다.
오프셋 (㎛)＼ 배기 FW5M (㎛) 등질성 (%) 증착 속도 (Arb.)
9 sccm 18 sccm 9 sccm 18 sccm 9 sccm 18 sccm
0 112 87.4 71.0 29.2 28,500 10,900
20 134 108 82.4 66.2 34,800 15,100
30 145 118 90.0 80.8 37,300 16,400
40 154 129 96.5 90.8 42,000 17,900
50 166 140 97.5 96.8 43,500 19,800
도 18은, 9 sccm 배기, 50 ㎛ 오프셋, 및 측면 공급된 구속의 경우에 대한 기판의 평면(1802)에서, 정체 표면(1801)의 단면, 즉 x 방향에서 기체의 속도가 0이고 플로우의 방향이 역전되는 영역을 나타낸다. 보다 가벼운 폐쇄 컨투어는 기판 상의 유기 증기 증착의 강도를 나타내며, 최내측 컨투어(1803)가 대부분의 물질을 입수한다. 증착은 최외측 컨투어(1804) 너머에서는 무시해도 될 정도가 된다. 전달 및 배기 어퍼쳐에 의해 커버된 영역은 음영 표시되어 있고 축은 마이크론 단위로 줄이 쳐 있다. 증착 영역의 너비는 외측 정체 표면 컨투어(1805)의 너비에 우수하게 상응한다.
배기 어퍼쳐의 정체 표면과 안쪽 가장자리 사이의 플로우는 전달 어퍼쳐로부터 유래한다. 특히, 정체 표면은 이것이 좁은 전달-배기 DE 스페이서에 인접할 때 배기 어퍼쳐의 외측 가장자리(1806)를 향하는 경향이 있고, 이것이 넓은 DE 스페이서에 인접할 때 어퍼쳐의 내측 가장자리(1807)를 향하는 경향이 있다. 이는 보다 가까운 배기 어퍼쳐가 전달 어퍼쳐로부터의 플로우의 더 큰 분율을 꺼내기 때문이다. 정체 표면의 가운데 섹션은 양 전달 어퍼쳐 밑으로 지나간다. 외측 섹션이 증착 구역의 가장자리를 나타내며, 내측 섹션은 스플릿 전달 어퍼쳐의 각 성분 하의 가장 빠른 증착의 영역을 통해 가로지른다. 정체 평면은 전달 플로우의 중앙을 통과하며, 여기서 플로우는 수직으로 아래를 향한다. 구속 기체는 말단과는 반대인, 증착기의 측면으로부터 공급되어 가장 가능한 구속 플로우를 배기 내로 보장해야 한다. 우수하게 구속되고 등질인 유기 증기 증착은 따라서 정체 표면의 외측 영역이 증착기의 전체 길이를 따라 배기 어퍼쳐에 평행하게 유지되는 경우 달성될 수 있다.
스플릿 어퍼쳐 증착기를 포함하는 마이크로노즐 어레이는 다양한 기술을 이용하여 용이하게 제작될 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 바와 같은 어레이는 SI 웨이퍼 쌍을 딥 반응성 이온 엣칭에 의해 형성된 이의 표면 상에 트렌치의 어레이와 접합시킴으로써 제작될 수 있다. 웨이퍼 쌍의 접합은 폐쇄 채널을 생성한다. 웨이퍼 쌍은 이의 가장자리를 따라 증착기로 개별 마이크로 노즐 어레이를 생성하도록 다이싱된다. 증착기의 어퍼쳐는 채널과 다이싱 선의 교선에 의해 획정된다. 이러한 공정은 2015년 3월 10일자로 출원된 미국 출원 제14/464,3887호(미국 공개공보 제2015/0376787호)에 상세히 기술되어 있다. 접합 선에 대해 대칭인 연속 어퍼쳐, 예컨대 배기 어퍼쳐는 다이싱 선에서 서로 오버레이된 거울상 트렌치로부터 형성된다. 대조적으로, 접합 선의 한 측면에서만 나타나는 어퍼쳐는 서로에 대해 오버레이되지 않는 트렌치로부터 형성된다. 스플릿 전달 어퍼쳐 쌍의 각 어퍼쳐는 비엣칭된 웨이퍼 표면에 의해 접합 선을 따라 획정되며 이의 둘레의 나머지를 둘러 반대편 웨이퍼의 엣칭된 표면의 엣칭된 트렌치에 의해 획정된다. 트렌치 중심선은 원하는 어퍼쳐 오프셋 거리에 의해 서로로부터 분리된다.
한 실시양태에서, 최적화된 스플릿 증착기는 두 15x200 ㎛ 어퍼쳐를 가진다. 어퍼쳐는 도 16a에 나타낸 동일한 기본 배열에서 40 ㎛의 오프셋에 의해 분리된 말단 대 말단으로 배열된다. 전달 어퍼쳐는 30x500 ㎛ 배기 어퍼쳐의 쌍에 의해 둘러싸인다. 배기 어퍼쳐와 전달 어퍼쳐 사이의 스페이서는 좁은 측면에서 15 ㎛이고 넓은 측면에서 55 ㎛이다. 구속 기체는 선형 어레이로 배열된 증착기들 사이의 분포 채널들을 통해 증착기의 측면으로부터 공급된다.
상기 개시된 바와 같이, 본원에 개시된 실시양태는 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 이는 원하는 증착 프로필이 증착되는 물질의 선당 단일 패스만을 필요로 할 수 있어, 종래 기술을 이용하여 달성 가능한 동일한 시간에 노즐당 커버하는 거리가 더 길게 하기 때문이다. 더 나아가, 본원에 개시된 실시양태에 따른 노즐 배치에 대해 요구되는 정확성은 종래 기술과 같은 정확한 반복성을 필요로 하지 않으며, 여기서 2 이상의 패스가 사용되며 따라서 비교적 높은 오버레이 정확성이 요구된다. 본원에 개시된 실시양태는 또한 보다 효율적인 물질 사용을 제공할 수 있다. 노즐의 한 측면 상에 배열된 배기 채널과 증착 채널 사이에 더 긴 거리가 이용될 수 있기 때문에, 노즐의 전체 증착 효율(즉 기판 상에 궁극적으로 증착되는 노즐로부터 나오는 증착 플로우에 존재하는 유기 물질의 양)이 종래 배열에서보다 높을 것이며, 이는 물질이 배기를 통해 제거되기 전에 물질이 기판과 상호작용할 기회가 더 많기 때문이다. 더 나아가, 개시된 방법은 기판의 각 섹션에 대한 방출층 증착의 개시와 종료 사이의 휴지기를 감소시키며, 이는 등질의 증착이 보다 적은 패스로 수행될 수 있기 때문이다. 이는 디바이스 수명을 향상시킬 수 있다.
실험
증착기를 COMSOL MultiPhysics 5.2에서 전산 유체 역학(computational fluid dynamics; CFD)으로 시뮬레이션하였다. 6 sccm의 헬륨의 층류를 전달 어퍼쳐 또는 어퍼쳐 클러스터 내로 공급하였다. 배기 경계 조건을 또한 층류 유량으로서 특정하였다. 마이크로노즐 어레이를 250℃로 가열하고 기판은 20℃였다. 마이크로노즐 어레이 표면 및 기판은 50 ㎛의 비행높이에 의해 구분되고 증착기를 둘러싼 밀리미터 제곱 영역이 시뮬레이트되었다. 시뮬레이트된 부피를 둘러싸는 주위 헬륨 또는 아르곤의 압력은 200 Torr였다. 기체 혼합은 상이한 종의 기체의 전달 및 구속에 대해 COMSOL's Transport of Concentrated Species 모델을 이용하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이트된 영역을 통한 유기 증기의 수송은 정상상태 대류 확산 방정식으로 풀었다. 가스 혼합물의 확산도는 기체 운동론 및 페어뱅크(Fairbanks) 및 빌케(Wilke)의 모델(1950)로부터 계산하였다. 시뮬레이트된 기하 구조는 보다 큰 DE 스페이서의 너비가 증착기의 상단 전달 어퍼쳐와 하단 전달 어퍼쳐 사이의 오프셋을 변화시키도록 경우에 따라 변경한 것 외에는 상기 문단[0068]에 기술된 바람직한 실시양태의 기하 구조이다.
본원에 기재된 다양한 실시양태는 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 예를 들면, 본원에 기재된 다수의 물질 및 구조는 본 발명의 취지로부터 벗어나는 일 없이 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 특허 청구된 본 발명은 이에 따라 당업자에게 명백한 바와 같이 본원에 기재된 특정 예시 및 바람직한 실시양태로부터의 변형예를 포함할 수 있다. 본 발명이 어떻게 작동하는지에 대한 다양한 이론들은 제한되지 않도록 의도된 것으로 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 기판 상에 물질을 증착하기 위한 디바이스로서,
    긴 변 및 상기 긴 변보다 짧은 짧은 변을 갖는 제1 배기 어퍼쳐;
    긴 변 및 상기 긴 변보다 짧은 짧은 변을 갖는 제2 배기 어퍼쳐;
    제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐 사이에 배치되고, 제1 배기 어퍼쳐의 긴 변과 상기 제2 배기 어퍼쳐의 긴 변 사이에서 이들에 수직으로 연장되는 선을 부분적으로 가로지르며, 어떠한 배기 어퍼쳐도 가로지르지 않는 제1 증착 어퍼쳐로서, 제2 배기 어퍼쳐보다 제1 배기 어퍼쳐에 더 가깝게 배치되는 제1 증착 어퍼쳐; 및
    제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐 사이에, 제1 배기 어퍼쳐보다 제2 배기 어퍼쳐에 더 가깝게 배치되는 제2 증착 어퍼쳐
    를 포함하는 증착 노즐을 포함하고,
    제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐 사이에 이들에 수직으로 그려진 임의의 선에 대해, 상기 선이 제1 증착 어퍼쳐와 제2 증착 어퍼쳐 중 1개 이하만을 가로지르는 것인 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 제1 증착 어퍼쳐와 제2 증착 어퍼쳐가 동일 치수를 갖는 것인 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 디바이스가 작동 중일 때 각 증착 어퍼쳐의 가장 긴 변이 디바이스와 기판의 상대 이동 방향을 따라 배열되는 것인 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 제1 증착 어퍼쳐 및 제2 증착 어퍼쳐는 각각 직사각형인 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐가 연속하는 것인 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 제1 배기 어퍼쳐 및 제2 배기 어퍼쳐는 직사각형이고, 디바이스가 작동 중일 때 제1 배기 어퍼쳐 및 제2 배기 어퍼쳐 각각의 가장 긴 변이 디바이스와 기판의 상대 이동 방향을 따라 배열되는 것인 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 제1 배기 어퍼쳐와 제2 배기 어퍼쳐는, 디바이스가 작동 중일 때 디바이스와 기판의 상대 이동 방향으로 제1 증착 어퍼쳐와 제2 증착 어퍼쳐 각각의 앞으로 및 뒤로 연장되는 것인 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 제1 증착 어퍼쳐 및 제2 증착 어퍼쳐와 유체 연통하는, 기판 상에 증착시킬 물질의 공급원을 추가로 포함하는 것인 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 제1 배기 어퍼쳐 및 제2 배기 어퍼쳐와 유체 연통하는 외부 진공원을 추가로 포함하는 것인 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 제1 배기 어퍼쳐 및 제2 배기 어퍼쳐와 유체 연통하는 구속 기체(confinement gas)의 공급원을 추가로 포함하는 것인 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 제1 배기 어퍼쳐 및 제2 배기 어퍼쳐는 각각 기판과 디바이스의 상대 이동 방향을 따라 일정한 너비를 갖는 것인 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 프린트 헤드를 포함하는 것인 디바이스.
  13. 제12항의 프린트 헤드를 포함하는 증착 시스템.
  14. 기판 위에 배치된 제1 전극;
    제1 전극 위에 배치된 제1 방출층; 및
    방출층 위에 배치된 제2 전극
    을 포함하는 OLED를 포함하는 디바이스로서,
    상기 제1 방출층은, 기판의 인쇄면 상의 각 지점 상의 증착의 개시와 종료 사이를 1.0 s 이하로 하여, 기판 위로 증착시킬 물질의 공급원과 유체 연통하는 노즐을 포함하는 증착 디바이스의 1 이하의 패스(pass)를 이용하여 제작되는 것인 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이(heads-up display), 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대전화, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로 디스플레이, 가상 현실 디스플레이, 증강 현실 디스플레이, 3-D 디스플레이, 자동차, 대면적 벽, 극장 또는 스타디움 스크린 및 간판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인 디바이스.
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