KR20230010874A - 잉크젯 프린팅 장치 - Google Patents

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KR20230010874A
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후토시 요시다
고우리
성기운
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치는 복수의 입자를 포함하는 잉크를 제공하는 제1 잉크 저장부, 상기 제1 잉크 저장부로부터 제1 배관을 통해 상기 잉크가 공급되는 제2 잉크 저장부, 상기 제2 잉크 저장부로부터 제2 배관을 통해 공급받은 상기 잉크를 토출하는 프린트 헤드 유닛, 및 상기 제1 잉크 저장부와 상기 제2 잉크 저장부 사이 및 상기 제2 잉크 저장부와 상기 프린트 헤드 유닛 사이에 각각 배치되며, 상기 잉크를 분기시키는 제1 분기부재 및 제2 분기부재를 포함하며, 상기 제1 분기부재 및 상기 제2 분기부재는 각각, 상기 잉크가 이동하는 제1 베이스부, 및 상기 제1 베이스부 내에 배치되며, 상기 제1 베이스부 내부를 분기시키는 제1 격벽 및 제2 격벽을 포함하는 제1 격벽부를 포함한다.

Description

잉크젯 프린팅 장치{Inkjet printing apparatus}
본 발명은 잉크젯 프린팅 장치에 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.
한편, 표시 장치에 포함되는 유기물층을 형성하거나 무기 발광 다이오드를 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 피처리 기판(예컨대, 대상 기판) 상에 상기 잉크나 용액을 분사하는 공정을 수행할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 잉크젯 프린팅 장치 내에 입자들이 침전하는 것을 방지하여, 잉크젯 프린팅 품질을 향상시킬 수 있는 잉크젯 프린팅 장치를 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 복수의 입자를 포함하는 잉크를 제공하는 제1 잉크 저장부, 상기 제1 잉크 저장부로부터 제1 배관을 통해 상기 잉크가 공급되는 제2 잉크 저장부, 상기 제2 잉크 저장부로부터 제2 배관을 통해 공급받은 상기 잉크를 토출하는 프린트 헤드 유닛, 및 상기 제1 잉크 저장부와 상기 제2 잉크 저장부 사이 및 상기 제2 잉크 저장부와 상기 프린트 헤드 유닛 사이에 각각 배치되며, 상기 잉크를 분기시키는 제1 분기부재 및 제2 분기부재를 포함하며, 상기 제1 분기부재 및 상기 제2 분기부재는 각각, 상기 잉크가 이동하는 제1 베이스부, 및 상기 제1 베이스부 내에 배치되며, 상기 제1 베이스부 내부를 분기시키는 제1 격벽 및 제2 격벽을 포함하는 제1 격벽부를 포함할 수 있다.
상기 제1 격벽은 상기 제1 베이스부의 내부를 이동하는 상기 잉크 중 일부가 이동되는 제1 개구부를 포함하고, 상기 제2 격벽은 상기 제1 베이스부의 내부를 이동하는 상기 잉크 중 나머지 일부가 이동되는 제2 개구부 및 제3 개구부를 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부의 중심은 상기 제1 베이스부의 중심과 중첩할 수 있다.
상기 제1 개구부의 직경은 상기 제1 베이스부의 직경에 대해 60 내지 80%일 수 있다.
상기 제2 개구부 및 상기 제3 개구부는 상기 제1 베이스부의 길이 방향에서 상기 제1 베이스부의 중심과 비중첩할 수 있다.
상기 제2 개구부 및 상기 제3 개구부는 상기 제1 개구부를 둘러싸며, 상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부의 상부에 배치되고, 상기 제3 개구부는 상기 제1 개구부의 하부에 배치될 수 있다.
상기 제1 분기부재는 상기 제1 잉크 저장부와 상기 제2 잉크 저장부 사이에 배치되며, 상기 제1 분기부재의 상기 제1 개구부는 상기 제1 배관에 연결되고, 상기 제2 분기부재는 상기 제2 잉크 저장부와 상기 프린트 헤드 유닛 사이에 배치되며, 상기 제2 분기부재의 상기 제1 개구부는 상기 제2 배관에 연결될 수 있다.
상기 제1 분기부재의 상기 제2 개구부 및 상기 제3 개구부와 연결되며 상기 제1 잉크 저장부에 연결된 제3 배관, 상기 제2 분기부재의 상기 제2 개구부 및 상기 제3 개구부와 연결되며 상기 제2 잉크 저장부에 연결된 제4 배관, 상기 제3 배관에 배치되며, 상기 제3 배관 내의 상기 잉크를 상기 제1 잉크 저장부로 재순환시키는 제1 압력 펌프; 및 상기 제4 배관에 배치되며, 상기 제4 배관 내의 상기 잉크를 상기 제2 잉크 저장부로 재순환시키는 제2 압력 펌프 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치는 복수의 입자를 포함하는 잉크를 제공하는 제1 잉크 저장부, 상기 제1 잉크 저장부로부터 제공된 상기 잉크가 저장되는 제2 잉크 저장부, 상기 제2 잉크 저장부에 가스를 제공하는 가스 저장부, 상기 제1 잉크 저장부의 상기 잉크 및 상기 가스 저장부의 상기 가스를 상기 제2 잉크 저장부로 공급하는 펌프, 상기 펌프로부터 상기 잉크 및 상기 가스가 상기 제2 잉크 저장부로 공급되는 메인 배관, 및 상기 제2 잉크 저장부로부터 공급받은 상기 잉크를 토출하는 프린트 헤드 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제1 잉크 저장부와 상기 펌프를 연결하며 제1 밸브가 구비된 제1 배관, 상기 가스 저장부와 상기 펌프를 연결하며 제2 밸브가 구비된 제2 배관, 및 상기 제2 잉크 저장부와 상기 가스 저장부를 연결하며 제3 밸브가 구비된 제3 배관을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 잉크 저장부에 존재하는 기체를 흡입하는 음압 챔버, 및 상기 음압 챔버와 상기 제2 잉크 저장부 사이에 연결되며, 제4 밸브가 구비된 제4 배관을 더 포함할 수 있다.
상기 가스 저장부의 상기 가스는 상기 제1 밸브, 상기 제3 밸브 및 상기 제4 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 오픈하고 상기 펌프를 구동하여 상기 메인 배관에 공급될 수 있다.
상기 제1 잉크 저장부의 상기 잉크는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 밸브를 오픈하고 상기 펌프를 구동하여 상기 메인 배관에 공급될 수 있다.
상기 메인 배관에 공급된 상기 잉크는 상기 제1 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 오픈한 후, 상기 펌프를 구동하여 상기 가스 저장부로부터 상기 가스를 상기 메인 배관에 공급하는 것에 의해 상기 제2 잉크 저장부로 공급될 수 있다.
상기 제2 잉크 저장부에 공급된 가스는 상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브 및 상기 제4 밸브를 폐쇄하고 상기 제3 밸브를 오픈하는 것에 의해 상기 가스 저장부로 재순환될 수 있다.
상기 음압 챔버는 상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브를 폐쇄하고 상기 제4 밸브를 오픈하는 것에 의해 상기 제2 잉크 저장부로부터 기체를 흡입할 수 있다.
상기 펌프는 정량 펌프이며, 잉크젯 프린팅 공정이 1회 수행되는 분량의 상기 잉크를 공급할 수 있다.
상기 정량 펌프는 다이아프램 펌프 또는 튜빙 펌프일 수 있다.
상기 가스는 공기 또는 질소 가스일 수 있다.
상기 제1 잉크 저장부는 상기 펌프에 직결될 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
실시예들에 따른 잉크젯 프린팅 장치에 의하면, 배관에 분기부재를 형성항여 침전된 입자들을 포함하는 잉크는 분리하여 재순환시키고 잉크 내에 입자들이 균일하게 분산된 잉크를 공급할 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 잉크젯 프린팅 장치에 의하면, 정량 펌프 및 가스 저장부를 포함함으로써, 배관 내에 잉크를 가스로 이동시켜 배관 내에 입자들이 침전되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 배관 내에서 잉크의 입자들의 침전에 의해 잉크 내에 포함된 입자들의 개수 또는 농도가 변동되는 것을 최소화하여, 잉크젯 프린팅의 품질을 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 표시 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부 서브 픽셀을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일 화소를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 Q1-Q1'선, Q2-Q2'선 및 Q3-Q3'선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 개략적인 저면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 동작을 나타내는 개략도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 프린트 프린트 장치의 잉크 순환부를 나타내는 개략도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 제1 분기부재를 나타낸 단면도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 제1 분기부재를 나타낸 단면도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 제1 분기부재를 나타낸 단면도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 제1 분기부재를 나타낸 단면도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 잉크 순환부를 나타낸 개략도이다.
도 15 내지 도 18은 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 잉크 순환부의 구동 방법을 나타낸 개략도들이다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 잉크 순환부를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
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.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다. 하기에서는 표시 장치에 대해 설명한 후, 이 표시 장치를 제조하기 위한 잉크젯 프린팅 장치 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 평면도이다.
도 1을 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)는 표시 화면을 제공하는 표시 패널을 포함한다. 표시 패널의 예로는 무기 발광 다이오드 표시 패널, 유기발광 표시 패널, 양자점 발광 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 전계방출 표시 패널 등을 들 수 있다. 이하에서는 표시 패널의 일 예로서, 무기 발광 다이오드 표시 패널이 적용된 경우를 예시하지만, 그에 제한되는 것은 아니며, 동일한 기술적 사상이 적용 가능하다면 다른 표시 패널에도 적용될 수 있다.
표시 장치(10)를 설명하는 도면에서는 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2) 및 제3 방향(DR3)이 정의되어 있다. 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)은 하나의 평면 내에서 서로 수직한 방향일 수 있다. 제3 방향(DR3)은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)이 위치하는 평면에 수직한 방향일 수 있다. 제3 방향(DR3)은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2) 각각에 대해 수직을 이룬다. 표시 장치(10)를 설명하는 실시예에서 제3 방향(DR3)은 표시 장치(10)의 두께 방향을 나타낸다.
표시 장치(10)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(10)는 평면상 제1 방향(DR1)이 제2 방향(DR2)보다 긴 장변을 포함하는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 다른 예로, 표시 장치(10)는 평면상 제2 방향(DR2)이 제1 방향(DR1)보다 긴 장변을 포함하는 직사각형 형상을 가질 수도 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 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 1에서는 제1 방향(DR1)이 제2 방향(DR2)보다 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. 각 화소(PX)는 스트라이프 타입 또는 펜타일 타입으로 교대 배열될 수 있다. 또한, 화소(PX)들 각각은 특정 파장대의 광을 방출하는 발광 소자(30)를 하나 이상 포함하여 특정 색을 표시할 수 있다.
표시 영역(DPA)의 주변에는 비표시 영역(NDA)이 배치될 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DPA)을 전부 또는 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 표시 영역(DPA)은 직사각형 형상이고, 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DPA)의 4변에 인접하도록 배치될 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 장치(10)의 베젤을 구성할 수 있다. 각 비표시 영역(NDA)들에는 표시 장치(10)에 포함되는 배선들 또는 회로 구동부들이 배치되거나, 외부 장치들이 실장될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부 서브 픽셀을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 표시 장치(10)의 표시 영역(DPA)은 제1 내지 제3 발광 영역(LA1, LA2, LA3)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 발광 영역(LA1, LA2, LA3) 각각은 표시 장치(10)의 발광 소자(30)에서 생성된 광이 표시 장치(10)의 외부로 방출되는 영역일 수 있다.
표시 장치(10)는 기판(11), 버퍼층(12), 트랜지스터층(TFTL), 발광 소자층(EML), 파장 변환층(WLCL), 컬러 필터층(CFL), 및 봉지층(TFE)을 포함할 수 있다.
기판(11)은 베이스 기판 또는 베이스 부재일 수 있고, 고분자 수지 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(11)은 벤딩(Bending), 폴딩(Folding), 롤링(Rolling) 등이 가능한 플렉서블(Flexible) 기판일 수 있다. 기판(11)은 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
버퍼층(12)은 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 버퍼층(12)은 공기 또는 수분의 침투를 방지할 수 있는 무기막으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(12)은 교번하여 적층된 복수의 무기막을 포함할 수 있다.
버퍼층(12) 상에 트랜지스터층(TFTL)이 배치될 수 있다. 트랜지스터층(TFTL)은 제1 트랜지스터(T1), 게이트 절연층(13), 층간 절연층(15), 및 비아층(17)을 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 버퍼층(12) 상에 배치될 수 있고, 복수의 화소 각각의 화소 회로를 구성할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(T1)는 화소 회로의 구동 트랜지스터 또는 스위칭 트랜지스터일 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)는 액티브층(ACT), 게이트 전극(G1), 소스 전극(SE), 및 드레인 전극(DE)을 포함할 수 있다. 액티브층(ACT)은 복수의 도체화 영역(ACTa, ACTb) 및 이들 사이의 채널 영역(ACTc)을 포함할 수 있다.
트랜지스터층(TFTL) 상에 발광 소자층(EML)이 배치될 수 있다. 발광 소자층(EML)은 제1 패턴(BNL1), 발광 소자(30), 및 제2 패턴(BNL2)을 포함할 수 있다. 발광 소자(30)는 제1 트랜지스터(T1) 상에 배치될 수 있다. 발광 소자(30)는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고 제1 연결 전극과 제2 연결 전극에 각각 연결될 수 있다.
전술한 트랜지스터층(TFTL)과 발광 소자층(EML)의 구체적인 설명은 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
발광 소자층(EML) 상에 제1 평탄화층(41)이 배치되어 발광 소자층(EML)의 상단을 평탄화시킬 수 있다. 제1 평탄화층(41)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 평탄화층(41)은 아크릴 수지(Acryl Resin), 에폭시 수지(Epoxy Resin), 페놀 수지(Phenolic Resin), 폴리아미드 수지(Polyamide Resin), 및 폴리이미드 수지(Polyimide Resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
파장 변환층(WLCL)은 제1 캡핑층(CAP1), 제1 차광 부재(BK1), 제1 파장 변환부(WLC1), 제2 파장 변환부(WLC2), 광 투과부(LTU), 제2 캡핑층(CAP2), 및 제2 평탄화층(43)을 포함할 수 있다.
제1 캡핑층(CAP1)은 발광 소자층(EML)의 제1 평탄화층(41) 상에 배치될 수 있다. 제1 캡핑층(CAP1)은 제1 및 제2 파장 변환부(WLC1, WLC2)와 광 투과부(LTU)의 하면을 밀봉할 수 있다. 제1 캡핑층(CAP1)은 무기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 캡핑층(CAP1)은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 세륨 산화물, 및 실리콘 산질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 차광 부재(BK1)는 제1 캡핑층(CAP1) 상의 제1 내지 제3 차광 영역(BA1, BA2, BA3)에 배치될 수 있다. 제1 차광 부재(BK1)는 제2 패턴(BNL2)과 두께 방향으로 중첩될 수 있다. 제1 차광 부재(BK1)는 광의 투과를 차단할 수 있다. 제1 차광 부재(BK1)는 제1 내지 제3 발광 영역(LA1, LA2, LA3) 간에 광이 침범하여 혼색되는 것을 방지함으로써, 색 재현율을 향상시킬 수 있다. 제1 차광 부재(BK1)는 평면 상에서 제1 내지 제3 발광 영역(LA1, LA2, LA3)을 둘러싸는 격자 형태로 배치될 수 있다.
제1 차광 부재(BK1)는 유기 차광 물질과 발액 성분을 포함할 수 있다. 여기에서, 발액 성분은 불소 함유 단량체 또는 불소 함유 중합체로 이루어질 수 있고, 구체적으로 불소 함유 지방족 폴리카보네이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 차광 부재(BK1)는 발액 성분을 포함한 블랙 유기 물질로 이루어질 수 있다. 제1 차광 부재(BK1)는 발액 성분을 포함한 유기 차광 물질의 코팅 및 노광 공정 등을 통해 형성될 수 있다.
제1 차광 부재(BK1)는 발액 성분을 포함함으로써, 제1 및 제2 파장 변환부(WLC1, WLC2)와 광 투과부(LTU)를 대응되는 발광 영역(LA)으로 분리시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 파장 변환부(WLC1, WLC2)와 광 투과부(LTU)가 잉크젯 방식으로 형성되는 경우, 잉크 조성물이 제1 차광 부재(BK1)의 상면에 흐를 수 있다. 이 경우, 제1 차광 부재(BK1)는 발액 성분을 포함함으로써, 잉크 조성물이 각각의 발광 영역으로 흘러가도록 유도할 수 있다. 따라서, 제1 차광 부재(BK1)는 잉크 조성물이 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
제1 파장 변환부(WLC1)는 제1 캡핑층(CAP1) 상의 제1 발광 영역(LA1)에 배치될 수 있다. 제1 파장 변환부(WLC1)는 제1 차광 부재(BK1)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제1 파장 변환부(WLC1)는 제1 베이스 수지(BS1), 제1 산란체(SCT1) 및 제1 파장 시프터(WLS1)를 포함할 수 있다.
제1 베이스 수지(BS1)는 광 투과율이 상대적으로 높은 물질을 포함할 수 있다. 제1 베이스 수지(BS1)는 투명 유기 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 수지(BS1)는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 카도계 수지 및 이미드계 수지 등의 유기 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 산란체(SCT1)는 제1 베이스 수지(BS1)와 상이한 굴절률을 가질 수 있고, 제1 베이스 수지(BS1)와 광학 계면을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 산란체(SCT1)는 투과광의 적어도 일부를 산란시키는 광 산란 물질 또는 광 산란 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 산란체(SCT1)는 산화 티타늄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 알루미늄(AlxOy), 산화 인듐(In2O3), 산화 아연(ZnO) 또는 산화 주석(SnO2) 등과 같은 금속 산화물 입자를 포함하거나, 아크릴계 수지 또는 우레탄계 수지 등의 유기 입자를 포함할 수 있다. 제1 산란체(SCT1)는 입사광의 피크 파장을 실질적으로 변환시키지 않으면서, 입사광의 입사 방향과 무관하게 광을 랜덤 방향으로 산란시킬 수 있다.
제1 파장 시프터(WLS1)는 입사광의 피크 파장을 제1 피크 파장으로 변환 또는 시프트시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 시프터(WLS1)는 표시 장치(10)에서 제공된 청색 광을 610nm 내지 650nm 범위의 단일 피크 파장을 갖는 적색 광으로 변환하여 방출할 수 있다. 제1 파장 시프터(WLS1)는 양자점, 양자 막대 또는 형광체일 수 있다. 양자점은 전자가 전도대에서 가전자대로 전이하면서 특정한 색을 방출하는 입자상 물질일 수 있다.
예를 들어, 양자점은 반도체 나노 결정 물질일 수 있다. 양자점은 그 조성 및 크기에 따라 특정 밴드 갭을 가져 빛을 흡수한 후 고유의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 양자점의 반도체 나노 결정의 예로는 IV족계 나노 결정, II-VI족계 화합물 나노 결정, III-V족계 화합물 나노 결정, IV-VI족계 나노 결정 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다.
예를 들어, 양자점은 전술한 나노 결정을 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 양자점의 쉘은 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할과, 양자점에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(Charging Layer)의 역할을 수행할 수 있다. 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(Gradient)를 가질 수 있다. 양자점의 쉘은 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
제1 파장 시프터(WLS1)가 방출하는 광은 45nm 이하, 또는 40nm 이하, 또는 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼 반치폭(Full Width of Half Maximum, FWHM)을 가질 수 있고, 표시 장치(10)가 표시하는 색의 색 순도와 색 재현성을 더욱 개선할 수 있다. 제1 파장 시프터(WLS1)가 방출하는 광은 입사광의 입사 방향과 무관하게 여러 방향을 향하여 방출될 수 있다. 따라서, 제1 발광 영역(LA1)에서 표시되는 적색의 측면 시인성을 향상시킬 수 있다.
발광 소자층(EML)에서 제공된 청색 광의 일부는 제1 파장 시프터(WLS1)에 의해 적색 광으로 변환되지 않고 제1 파장 변환부(WLC1)를 투과할 수 있다. 발광 소자층(EML)에서 제공된 청색 광 중 제1 파장 변환부(WLC1)에 의해 변환되지 않고 제1 컬러 필터(CF1)에 입사한 광은 제1 컬러 필터(CF1)에 의해 차단될 수 있다. 그리고, 발광 소자층(EML)에서 제공된 청색 광 중 제1 파장 변환부(WLC1)에 의해 변환된 적색 광은 제1 컬러 필터(CF1)를 투과하여 외부로 출사될 수 있다. 따라서, 제1 발광 영역(LA1)은 적색 광을 방출할 수 있다.
제2 파장 변환부(WLC2)는 제1 캡핑층(CAP1) 상의 제2 발광 영역(LA2)에 배치될 수 있다. 제2 파장 변환부(WLC2)는 제1 차광 부재(BK1)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제2 파장 변환부(WLC2)는 제2 베이스 수지(BS2), 제2 산란체(SCT2) 및 제2 파장 시프터(WLS2)를 포함할 수 있다.
제2 베이스 수지(BS2)는 광 투과율이 상대적으로 높은 물질을 포함할 수 있다. 제2 베이스 수지(BS2)는 투명 유기 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 베이스 수지(BS2)는 제1 베이스 수지(BS1)와 동일 물질로 이루어지거나, 제1 베이스 수지(BS1)에서 예시된 물질로 이루어질 수 있다.
제2 산란체(SCT2)는 제2 베이스 수지(BS2)와 상이한 굴절률을 가질 수 있고, 제2 베이스 수지(BS2)와 광학 계면을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 산란체(SCT2)는 투과광의 적어도 일부를 산란시키는 광 산란 물질 또는 광 산란 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 산란체(SCT2)는 제1 산란체(SCT1)와 동일 물질로 이루어지거나, 제1 산란체(SCT1)에서 예시된 물질로 이루어질 수 있다. 제2 산란체(SCT2)는 입사광의 피크 파장을 실질적으로 변환시키지 않으면서, 입사광의 입사 방향과 무관하게 광을 랜덤 방향으로 산란시킬 수 있다.
제2 파장 시프터(WLS2)는 입사광의 피크 파장을 제1 파장 시프터(WLS1)의 제1 피크 파장과 다른 제2 피크 파장으로 변환 또는 시프트시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 파장 시프터(WLS2)는 표시 장치(10)에서 제공된 청색 광을 510nm 내지 550nm 범위의 단일 피크 파장을 갖는 녹색 광으로 변환하여 방출할 수 있다. 제2 파장 시프터(WLS2)는 양자점, 양자 막대 또는 형광체일 수 있다. 제2 파장 시프터(WLS2)는 제1 파장 시프터(WLS1)에서 예시된 물질과 동일 취지의 물질을 포함할 수 있다. 제2 파장 시프터(WLS2)의 파장 변환 범위는 제1 파장 시프터(WLS1)의 파장 변환 범위와 다르도록 양자점, 양자 막대 또는 형광체로 이루어질 수 있다.
광 투과부(LTU)는 제1 캡핑층(CAP1) 상의 제3 발광 영역(LA3)에 배치될 수 있다. 광 투과부(LTU)는 제1 차광 부재(BK1)에 의해 둘러싸일 수 있다. 광 투과부(LTU)는 입사광의 피크 파장을 유지하여 투과시킬 수 있다. 광 투과부(LTU)는 제3 베이스 수지(BS3) 및 제3 산란체(SCT3)를 포함할 수 있다.
제3 베이스 수지(BS3)는 광 투과율이 상대적으로 높은 물질을 포함할 수 있다. 제3 베이스 수지(BS3)는 투명 유기 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제3 베이스 수지(BS3)는 제1 또는 제2 베이스 수지(BS1, BS2)와 동일 물질로 이루어지거나, 제1 또는 제2 베이스 수지(BS1, BS2)에서 예시된 물질로 이루어질 수 있다.
제3 산란체(SCT3)는 제3 베이스 수지(BS3)와 상이한 굴절률을 가질 수 있고, 제3 베이스 수지(BS3)와 광학 계면을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제3 산란체(SCT3)는 투과광의 적어도 일부를 산란시키는 광 산란 물질 또는 광 산란 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 산란체(SCT3)는 제1 또는 제2 산란체(SCT1, SCT2)와 동일 물질로 이루어지거나, 제1 또는 제2 산란체(SCT1, SCT2)에서 예시된 물질로 이루어질 수 있다. 제3 산란체(SCT3)는 입사광의 피크 파장을 실질적으로 변환시키지 않으면서, 입사광의 입사 방향과 무관하게 광을 랜덤 방향으로 산란시킬 수 있다.
파장 변환층(WLCL)은 발광 소자층(EML)의 제1 평탄화층(41) 상에 직접 배치됨으로써, 표시 장치(10)는 제1 및 제2 파장 변환부(WLC1, WLC2)와 광 투과부(LTU)를 위한 별도의 기판을 필요로 하지 않을 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 파장 변환부(WLC1, WLC2)와 광 투과부(LTU)는 제1 내지 제3 발광 영역(LA1, LA2, LA3) 각각에 용이하게 얼라인될 수 있고, 표시 장치(10)의 두께가 상대적으로 감소될 수 있다.
제2 캡핑층(CAP2)은 제1 및 제2 파장 변환부(WLC1, WLC2), 광 투과부(LTU), 및 제1 차광 부재(BK1)를 덮을 수 있다. 예를 들어, 제2 캡핑층(CAP2)은 제1 및 제2 파장 변환부(WLC1, WLC2)와 광 투과부(LTU)를 밀봉하여 제1 및 제2 파장 변환부(WLC1, WLC2)와 광 투과부(LTU)의 손상 또는 오염을 방지할 수 있다. 제2 캡핑층(CAP2)은 제1 캡핑층(CAP1)과 동일 물질로 이루어지거나, 제1 캡핑층(CAP1)에서 예시된 물질로 이루어질 수 있다.
제2 평탄화층(43)은 제2 캡핑층(CAP2)의 상부에 배치되어, 제1 및 제2 파장 변환부(WLC1, WLC2)와 광 투과부(LTU)의 상단을 평탄화시킬 수 있다. 제2 평탄화층(43)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 평탄화층(43)은 아크릴 수지(Acryl Resin), 에폭시 수지(Epoxy Resin), 페놀 수지(Phenolic Resin), 폴리아미드 수지(Polyamide Resin), 및 폴리이미드 수지(Polyimide Resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
컬러 필터층(CFL)은 제2 차광 부재(BK2), 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3), 및 보호층(PRT)을 포함할 수 있다.
제2 차광 부재(BK2)는 파장 변환층(WLCL)의 제2 평탄화층(43) 상에서, 제1 내지 제3 차광 영역(BA1, BA2, BA3)에 배치될 수 있다. 제2 차광 부재(BK2)는 제1 차광 부재(BK1) 또는 제2 패턴(BNL2)과 두께 방향으로 중첩될 수 있다. 제2 차광 부재(BK2)는 광의 투과를 차단할 수 있다. 제2 차광 부재(BK2)는 제1 내지 제3 발광 영역(LA1, LA2, LA3) 간에 광이 침범하여 혼색되는 것을 방지함으로써, 색 재현율을 향상시킬 수 있다. 제2 차광 부재(BK2)는 평면 상에서 제1 내지 제3 발광 영역(LA1, LA2, LA3)을 둘러싸는 격자 형태로 배치될 수 있다.
제1 컬러 필터(CF1)는 제2 평탄화층(43) 상의 제1 발광 영역(LA1)에 배치될 수 있다. 제1 컬러 필터(CF1)는 제2 차광 부재(BK2)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제1 컬러 필터(CF1)는 제1 파장 변환부(WLC1)와 두께 방향으로 중첩될 수 있다. 제1 컬러 필터(CF1)는 제1 색의 광(예를 들어, 적색 광)을 선택적으로 투과시키고, 제2 색의 광(예를 들어, 녹색 광) 및 제3 색의 광(예를 들어, 청색 광)을 차단하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(CF1)는 적색 컬러 필터일 수 있으며, 적색의 색재(Red Colorant)를 포함할 수 있다. 적색의 색재(Red Colorant)는 적색 염료(Red Dye) 또는 적색 안료(Red Pigment)로 이루어질 수 있다.
제2 컬러 필터(CF2)는 제2 평탄화층(43) 상의 제2 발광 영역(LA2)에 배치될 수 있다. 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 차광 부재(BK2)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 파장 변환부(WLC2)와 두께 방향으로 중첩될 수 있다. 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 색의 광(예를 들어, 녹색 광)을 선택적으로 투과시키고, 제1 색의 광(예를 들어, 적색 광) 및 제3 색의 광(예를 들어, 청색 광)을 차단하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제2 컬러 필터(CF2)는 녹색 컬러 필터일 수 있으며, 녹색의 색재(Green Colorant)를 포함할 수 있다. 녹색의 색재(Green Colorant)는 녹색 염료(Green Dye) 또는 녹색 안료(Green Pigment)로 이루어질 수 있다.
제3 컬러 필터(CF3)는 제2 평탄화층(43) 상의 제3 발광 영역(LA3)에 배치될 수 있다. 제3 컬러 필터(CF3)는 제2 차광 부재(BK2)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제3 컬러 필터(CF3)는 광 투과부(LTU)와 두께 방향으로 중첩될 수 있다. 제3 컬러 필터(CF3)는 제3 색의 광(예를 들어, 청색 광)을 선택적으로 투과시키고, 제1 색의 광(예를 들어, 적색 광) 및 제2 색의 광(예를 들어, 녹색 광)을 차단하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제3 컬러 필터(CF3)는 청색 컬러 필터일 수 있으며, 청색의 색재(Blue Colorant)를 포함할 수 있다. 청색의 색재(Blue Colorant)는 청색 염료(Blue Dye) 또는 청색 안료(Blue Pigment)로 이루어질 수 있다.
제1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)는 표시 장치(10)의 외부에서 유입되는 광의 일부를 흡수하여 외광에 의한 반사광을 저감시킬 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)는 외광 반사에 의한 색의 왜곡을 방지할 수 있다.
제1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)는 파장 변환층(WLCL)의 제2 평탄화층(43) 상에 직접 배치됨으로써, 표시 장치(10)는 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)를 위한 별도의 기판을 필요로 하지 않을 수 있다. 따라서, 표시 장치(10)의 두께가 상대적으로 감소될 수 있다.
제3 보호층(PRT)은 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)를 덮을 수 있다. 제3 보호층(PRT)은 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)를 보호할 수 있다.
봉지층(TFE)은 컬러 필터층(CFL)의 제3 보호층(PRT) 상에 배치될 수 있다. 봉지층(TFE)은 표시층의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 예를 들어, 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 무기막을 포함하여, 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 유기막을 포함하여, 표시 장치(10)를 먼지와 같은 이물질로부터 보호할 수 있다. 예를 들어, 봉지층(TFE)은 2개의 무기막들 사이에 적어도 하나의 유기막이 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 무기막들은 각각 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 세륨 산화물, 실리콘 산질화물, 리튬 플로라이드 등을 포함할 수 있다. 유기막은 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리이소프렌, 비닐계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지 및 페릴렌계 수지 등을 포함할 수 있다. 다만, 봉지층(TFE)의 구조가 전술한 예에 한정되는 것은 아니며 적층 구조는 다양하게 변경될 수 있다.
이하, 일 실시예에 따른 표시 장치의 일 화소의 평면과 단면 구조를 통해 트랜지스터층(TFTL)과 발광 소자층(EML)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일 화소를 나타내는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 복수의 화소(PX)들 각각은 복수의 서브 화소(SPXn, n은 1 내지 3의 정수)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 화소(PX)는 제1 서브 화소(SPX1), 제2 서브 화소(SPX2) 및 제3 서브 화소(SPX3)를 포함할 수 있다. 제1 서브 화소(SPX1)는 제1 색의 광을 발광하고, 제2 서브 화소(SPX2)는 제2 색의 광을 발광하며, 제3 서브 화소(SPX3)는 제3 색의 광을 발광할 수 있다. 일 예로, 제1 색은 청색, 제2 색은 녹색, 제3 색은 적색일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 각 서브 화소(SPXn: SPX1, SPX2, SPX3)들은 동일한 색의 광을 발광할 수도 있다. 또한, 도 3에서는 화소(PX)가 3개의 서브 화소(SPXn)들을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 제한되지 않고, 화소(PX)는 더 많은 수의 서브 화소(SPXn)들을 포함할 수 있다.
표시 장치(10)의 각 서브 화소(SPXn)들은 발광 영역(EMA) 및 비발광 영역(미도시)을 포함할 수 있다. 발광 영역(EMA)은 발광 소자(30)가 배치되어 특정 파장대의 광이 출사되는 영역이고, 비발광 영역은 발광 소자(30)가 배치되지 않고, 발광 소자(30)에서 방출된 광들이 도달하지 않아 광이 출사되지 않는 영역일 수 있다. 발광 영역은 발광 소자(30)가 배치된 영역을 포함하여, 발광 소자(30)와 인접한 영역으로 발광 소자(30)에서 방출된 광들이 출사되는 영역을 포함할 수 있다.
이에 제한되지 않고, 발광 영역은 발광 소자(30)에서 방출된 광이 다른 부재에 의해 반사되거나 굴절되어 출사되는 영역도 포함할 수 있다. 복수의 발광 소자(30)들은 각 서브 화소(SPXn)에 배치되고, 이들이 배치된 영역과 이에 인접한 영역을 포함하여 발광 영역을 형성할 수 있다.
또한, 각 서브 화소(SPXn)는 비발광 영역에 배치된 절단부 영역(CBA)을 포함할 수 있다. 절단부 영역(CBA)은 발광 영역(EMA)의 제2 방향(DR2) 일 측에 배치될 수 있다. 절단부 영역(CBA)은 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 서브 화소(SPXn)들의 발광 영역(EMA) 사이에 배치될 수 있다. 표시 장치(10)의 표시 영역(DPA)에는 복수의 발광 영역(EMA)과 절단부 영역(CBA)들이 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 발광 영역(EMA)들과 절단부 영역(CBA)들은 각각 제1 방향(DR1)으로 반복 배열되되, 발광 영역(EMA)과 절단부 영역(CBA)은 제2 방향(DR2)으로 교대 배열될 수 있다. 또한, 절단부 영역(CBA)들의 제1 방향(DR1)으로 이격된 간격은 발광 영역(EMA)의 제1 방향(DR1)으로 이격된 간격보다 작을 수 있다. 절단부 영역(CBA)들 및 발광 영역(EMA)들 사이에는 제2 패턴(BNL2)이 배치되고, 이들 사이의 간격은 제2 패턴(BNL2)의 폭에 따라 달라질 수 있다. 절단부 영역(CBA)에는 발광 소자(30)가 배치되지 않아 광이 출사되지 않으나, 각 서브 화소(SPXn)에 배치된 전극(21, 22) 일부가 배치될 수 있다. 각 서브 화소(SPXn)마다 배치되는 전극(21, 22)들은 절단부 영역(CBA)에서 서로 분리되어 배치될 수 있다.
도 4는 도 3의 Q1-Q1'선, Q2-Q2'선 및 Q3-Q3'선을 따라 자른 단면도이다. 도 4는 도 3의 제1 서브 화소(SPX1)에 배치된 발광 소자(30)의 양 단부를 가로지르는 단면을 도시하고 있다.
도 3에 결부하여 도 4를 참조하면, 표시 장치(10)는 기판(11), 및 기판(11) 상에 배치되는 반도체층, 복수의 도전층, 및 복수의 절연층들을 포함할 수 있다. 상기 반도체층, 도전층 및 절연층들은 각각 표시 장치(10)의 회로층과 발광 소자층을 구성할 수 있다.
차광층(BML)은 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 차광층(BML)은 표시 장치(10)의 제1 트랜지스터(T1)의 액티브층(ACT)과 중첩하도록 배치될 수 있다. 차광층(BML)은 광을 차단하는 재료를 포함하여, 제1 트랜지스터(T1)의 액티브층(ACT)에 광이 입사되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 차광층(BML)은 광의 투과를 차단하는 불투명한 금속 물질로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 경우에 따라서 차광층(BML)은 생략될 수 있다. 또한, 차광층(BML)은 소스 전극(SE)과 전기적으로 연결되어 트랜지스터의 전압이 변하는 것을 억제하는 역할을 할 수도 있다. 또한, 차광층(BML)은 배선, 예컨대 전원 배선, 데이터 배선 또는 게이트 배선 등으로 이용될 수도 있다.
버퍼층(12)은 차광층(BML)을 포함하여 기판(11) 상에 전면적으로 배치될 수 있다. 버퍼층(12)은 투습에 취약한 기판(11)을 통해 침투하는 수분으로부터 화소(PX)의 제1 트랜지스터(T1)들을 보호하기 위해 기판(11) 상에 형성되며, 표면 평탄화 기능을 수행할 수 있다. 버퍼층(12)은 교번하여 적층된 복수의 무기층들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(12)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기층이 교번하여 적층된 다중층으로 형성될 수 있다.
반도체층은 버퍼층(12) 상에 배치될 수 있다. 반도체층은 제1 트랜지스터(T1)의 액티브층(ACT)을 포함할 수 있다. 이들은 후술하는 제1 게이트 도전층의 게이트 전극(G1)등과 부분적으로 중첩하도록 배치될 수 있다.
한편 도면에서는 표시 장치(10)의 서브 화소(SPXn)에 포함된 트랜지스터들 중 제1 트랜지스터(T1)만을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 표시 장치(10)는 더 많은 수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(10)는 서브 화소(SPXn)마다 제1 트랜지스터(T1)에 더하여 하나 이상의 트랜지스터들을 더 포함하여 2개 또는 3개의 트랜지스터들을 포함할 수도 있다.
반도체층은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 산화물 반도체 등을 포함할 수 있다. 반도체층이 산화물 반도체를 포함하는 경우, 각 액티브층(ACT)은 복수의 도체화 영역(ACTa, ACTb) 및 이들 사이의 채널 영역(ACTc)을 포함할 수 있다. 상기 산화물 반도체는 인듐(In)을 함유하는 산화물 반도체일 수 있다. 예를 들어, 상기 산화물 반도체는 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide, ITO), 인듐-아연 산화물(Indium-Zinc Oxide, IZO), 인듐-갈륨 산화물(Indium-Gallium Oxide, IGO), 인듐-아연-주석 산화물(Indium-Zinc-Tin Oxide, IZTO), 인듐-갈륨-주석 산화물(Indium-Gallium-Tin Oxide, IGTO), 인듐-갈륨-아연 산화물(Indium-Gallium-Zinc Oxide, IGZO), 인듐-갈륨-아연-주석 산화물(Indium-Gallium-Zinc-Tin Oxide, IGZTO) 등일 수 있다.
다른 실시예에서, 반도체층은 다결정 실리콘을 포함할 수도 있다. 다결정 실리콘은 비정질 실리콘을 결정화하여 형성될 수 있으며, 이 경우, 액티브층(ACT)의 도체화 영역은 각각 불순물로 도핑된 도핑 영역일 수 있다.
게이트 절연층(13)은 반도체층 및 버퍼층(12)상에 배치될 수 있다. 게이트 절연층(13)은 반도체층을 포함하여, 버퍼층(12) 상에 배치될 수 있다. 게이트 절연층(13)은 각 트랜지스터들의 게이트 절연막으로 기능할 수 있다. 게이트 절연층(13)은 무기물, 예컨대 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy)을 포함하는 무기층으로 이루어지거나, 이들이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
제1 도전층은 게이트 절연층(13) 상에 배치될 수 있다. 제1 도전층은 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극(G1)을 포함할 수 있다. 게이트 전극(G1)은 액티브층(ACT)의 채널 영역(ACTc)과 두께 방향으로 중첩하도록 배치될 수 있다.
제1 도전층은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
층간 절연층(15)은 제1 도전층 상에 배치될 수 있다. 층간 절연층(15)은 제1 도전층과 그 위에 배치되는 다른 층들 사이에서 절연막의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 층간 절연층(15)은 제1 도전층을 덮도록 배치되어 이를 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 층간 절연층(15)은 무기물, 예컨대 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy)을 포함하는 무기층으로 이루어지거나, 이들이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
제2 도전층은 층간 절연층(15) 상에 배치될 수 있다. 제2 도전층은 제1 트랜지스터(T1)의 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)을 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)의 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 층간 절연층(15)과 게이트 절연층(13)을 관통하는 컨택홀을 통해 액티브층(ACT)의 도핑 영역(ACTa, ACTb)과 각각 접촉할 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터(T1)의 소스 전극(SE)은 또 다른 컨택홀을 통해 차광층(BML)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제2 도전층은 제1 전압 배선(VL1), 제2 전압 배선(VL2), 및 제1 도전 패턴(CDP)을 포함할 수 있다. 제1 전압 배선(VL1)은 제1 트랜지스터(T1)에 공급되는 고전위 전압(또는, 제1 전원 전압)이 인가되고, 제2 전압 배선(VL2)은 제2 전극(22)에 공급되는 저전위 전압(또는, 제2 전원 전압)이 인가될 수 있다. 또한, 제2 전압 배선(VL2)은 표시 장치(10)의 제조 공정 중, 발광 소자(30)를 정렬시키기 데에 필요한 정렬 신호가 인가될 수도 있다.
제1 도전 패턴(CDP)은 트랜지스터(T1)의 소스 전극(SE)과 일체화될 수 있고, 제1 도전 패턴(CDP)은 제1 소스 전극(SE)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 도전 패턴(CDP)은 후술하는 제1 전극(21)과도 접촉하며, 제1 트랜지스터(T1)는 제1 전압 배선(VL1)으로부터 인가되는 제1 전원 전압을 제1 도전 패턴(CDP)을 통해 제1 전극(21)으로 전달할 수 있다. 한편, 도면에서는 제2 도전층이 하나의 제2 전압 배선(VL2)과 하나의 제1 전압 배선(VL1)을 포함하는 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제2 도전층은 더 많은 수의 제1 전압 배선(VL1)과 제2 전압 배선(VL2)들을 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 도전층이 전원 전압 등의 신호를 전달하는 역할을 할 수도 있으며, 이 경우 제2 도전층은 생략될 수도 있다.
제2 도전층은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
비아층(17)은 제2 도전층 상에 배치될 수 있다. 비아층(17)은 유기 절연 물질, 예를 들어 폴리이미드(Polyimide, PI)와 같은 유기 물질을 포함하여, 표면 평탄화 기능을 수행할 수 있다.
비아층(17) 상에는 복수의 제1 패턴(BNL1)들, 복수의 전극(21, 22)들, 발광 소자(30), 복수의 연결 전극(CNE1, CNE2)들 및 제2 패턴(BNL2)이 배치될 수 있다. 또한, 비아층(17) 상에는 복수의 절연층(PAS1, PAS2, PAS3, PAS4)들이 배치될 수 있다.
복수의 제1 패턴(BNL1)들은 비아층(17) 상에 직접 배치될 수 있다. 복수의 제1 패턴(BNL1)들은 각 서브 화소(SPXn) 내에서 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 갖되, 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 다른 서브 화소(SPXn)로 연장되지 않으며 발광 영역(EMA) 내에 배치될 수 있다. 또한, 복수의 제1 패턴(BNL1)들은 제1 방향(DR1)으로 서로 이격되어 배치되고, 이들 사이에 발광 소자(30)가 배치될 수 있다. 복수의 제1 패턴(BNL1)들은 각 서브 화소(SPXn)마다 배치되어 표시 장치(10)의 표시 영역(DPA)에서 선형의 패턴을 형성할 수 있다. 도면에서는 2개의 제1 패턴(BNL1)들이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 전극(21, 22)의 수에 따라 더 많은 수의 제1 패턴(BNL1)들이 배치될 수도 있다.
제1 패턴(BNL1)은 비아층(17)의 상면을 기준으로 적어도 일부가 돌출된 구조를 가질 수 있다. 제1 패턴(BNL1)의 돌출된 부분은 경사진 측면을 가질 수 있고, 발광 소자(30)에서 방출된 광은 제1 패턴(BNL1) 상에 배치되는 전극(21, 22)에서 반사되어 비아층(17)의 상부 방향으로 출사될 수 있다. 제1 패턴(BNL1)은 발광 소자(30)가 배치되는 영역을 제공함과 동시에 발광 소자(30)에서 방출된 광을 상부 방향으로 반사시키는 반사격벽의 기능을 수행할 수도 있다. 제1 패턴(BNL1)의 측면은 선형의 형상으로 경사질 수 있으나, 이에 제한되지 않고 제1 패턴(BNL1)은 외면이 곡률진 반원 또는 반타원의 형상을 가질 수도 있다. 제1 패턴(BNL1)들은 폴리이미드(Polyimide, PI)와 같은 유기 절연 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
복수의 전극(21, 22)들은 제1 패턴(BNL1)과 비아층(17) 상에 배치될 수 있다. 복수의 전극(21, 22)은 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 포함할 수 있다. 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 제2 방향(DR2)으로 연장되고, 이들은 서로 제1 방향(DR1)으로 이격되도록 배치될 수 있다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 서브 화소(SPXn) 내에서 제2 방향(DR2)으로 연장되되, 절단부 영역(CBA)에서 다른 전극(21, 22)들과 분리될 수 있다. 예를 들어, 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 서브 화소(SPXn)의 발광 영역(EMA)들 사이에는 절단부 영역(CBA)이 배치되고, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 절단부 영역(CBA)에서 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 서브 화소(SPXn)에 배치된 다른 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 분리될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 몇몇 전극(21, 22)들은 각 서브 화소(SPXn) 마다 분리되지 않고 제2 방향(DR2)으로 이웃하는 서브 화소(SPXn) 넘어 연장되어 배치되거나, 제1 전극(21) 또는 제2 전극(22) 중 어느 한 전극만 분리될 수도 있다.
제1 전극(21)은 제1 컨택홀(CT1)을 통해 제1 트랜지스터(T1)와 전기적으로 연결되고, 제2 전극(22)은 제2 컨택홀(CT2)을 통해 제2 전압 배선(VL2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(21)은 제2 패턴(BNL2)의 제1 방향(DR1)으로 연장된 부분에서 비아층(17)을 관통하는 제1 컨택홀(CT1)을 통해 제1 도전 패턴(CDP)과 접촉할 수 있다. 제2 전극(22)도 제2 패턴(BNL2)의 제1 방향(DR1)으로 연장된 부분에서 비아층(17)을 관통하는 제2 컨택홀(CT2)을 통해 제2 전압 배선(VL2)과 접촉할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에서 제1 컨택홀(CT1)과 제2 컨택홀(CT2)은 제2 패턴(BNL2)과 중첩하지 않도록 제2 패턴(BNL2)이 둘러싸는 발광 영역(EMA) 내에 배치될 수도 있다.
도면에서는 각 서브 화소(SPXn)마다 하나의 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 배치된 것이 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 각 서브 화소(SPXn)마다 배치되는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 수는 더 많을 수 있다. 또한, 각 서브 화소(SPXn)에 배치된 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 반드시 일 방향으로 연장된 형상을 갖지 않을 수 있으며, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 다양한 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 부분적으로 곡률지거나, 절곡된 형상을 가질 수 있고, 어느 한 전극이 다른 전극을 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 각각 제1 패턴(BNL1)들 상에 직접 배치될 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 제1 패턴(BNL1)보다 큰 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 제1 패턴(BNL1)의 외면을 덮도록 배치될 수 있다. 제1 패턴(BNL1)의 측면 상에는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 각각 배치되고, 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 간격은 제1 패턴(BNL1) 사이의 간격보다 좁을 수 있다. 또한, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 적어도 일부 영역이 비아층(17) 상에 직접 배치되어 이들은 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라 각 전극(21, 22)들은 그 폭이 제1 패턴(BNL1)보다 작을 수도 있다. 다만, 각 전극(21, 22)들은 적어도 제1 패턴(BNL1)의 일 측면은 덮도록 배치되어 발광 소자(30)에서 방출된 광을 반사시킬 수 있다.
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 포함하거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 란타늄(La) 등을 포함하는 합금일 수 있다. 각 전극(21, 22)은 발광 소자(30)에서 방출되어 제1 패턴(BNL1)의 측면으로 진행하는 광을 각 서브 화소(SPXn)의 상부 방향으로 반사시킬 수 있다.
다만, 이에 제한되지 않고 각 전극(21, 22)은 투명성 전도성 물질을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 전극(21, 22)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin-Zinc Oxide) 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서 각 전극(21, 22)은 투명성 전도성 물질과 반사율이 높은 금속층이 각각 한층 이상 적층된 구조를 이루거나, 이들을 포함하여 하나의 층으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 각 전극(21, 22)은 ITO/은(Ag)/ITO/, ITO/Ag/IZO, 또는 ITO/Ag/ITZO/IZO 등의 적층 구조를 가질 수 있다.
복수의 전극(21, 22)들은 발광 소자(30)들과 전기적으로 연결되고, 발광 소자(30)가 광을 방출하도록 소정의 전압이 인가될 수 있다. 복수의 전극(21, 22)들은 연결 전극(CNE1, CNE2)을 통해 발광 소자(30)와 전기적으로 연결되고, 전극(21, 22)들로 인가된 전기 신호를 연결 전극(CNE1, CNE2)을 통해 발광 소자(30)에 전달할 수 있다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22) 중 어느 하나는 발광 소자(30)의 애노드(Anode) 전극과 전기적으로 연결되고, 다른 하나는 발광 소자(30)의 캐소드(Cathode) 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 그 반대의 경우일 수도 있다.
또한, 각 전극(21, 22)은 발광 소자(30)를 정렬하기 위해 서브 화소(SPXn) 내에 전기장을 형성하는 데에 활용될 수도 있다. 발광 소자(30)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 형성된 전계에 의해 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 배치될 수 있다. 표시 장치(10)의 발광 소자(30)는 잉크젯 프린팅 공정을 통해 전극(21, 22)들 상에 분사될 수 있다. 전극(21, 22) 상에 발광 소자(30)를 포함하는 잉크가 분사되면, 전극(21, 22)에 정렬 신호를 인가하여 전계를 생성한다. 잉크 내에 분산된 발광 소자(30)는 전극(21, 22) 상에 생성된 전계에 의해 유전영동힘을 받아 전극(21, 22) 상에 정렬될 수 있다.
제1 절연층(PAS1)은 비아층(17) 상에 배치될 수 있다. 제1 절연층(PAS1)은 제1 패턴(BNL1)들, 및 제1 전극(21)과 제2 전극(22)들을 덮도록 배치될 수 있다. 제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 보호함과 동시에 이들을 상호 절연시킬 수 있다. 또한, 제1 절연층(PAS1) 상에 배치되는 발광 소자(30)가 다른 부재들과 직접 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 부분적으로 노출하는 개구부(OP)를 포함할 수 있다. 각 개구부(OP)는 각 전극(21, 22)들 중 제1 패턴(BNL1)의 상면에 배치된 부분을 일부 노출시킬 수 있다. 연결 전극(CNE1, CNE2) 중 일부는 개구부(OP)를 통해 노출된 각 전극(21, 22)과 접촉할 수 있다.
제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에서 상면의 일부가 함몰되도록 단차가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(PAS1)은 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 덮도록 배치됨에 따라 그 하부에 배치된 전극(21, 22)의 형상에 따라 그 상면이 단차질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
제2 패턴(BNL2)은 제1 절연층(PAS1) 상에 배치될 수 있다. 제2 패턴(BNL2)은 평면상 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)으로 연장된 부분을 포함하여 표시 영역(DPA) 전면에서 격자형 패턴으로 배치될 수 있다. 제2 패턴(BNL2)은 각 서브 화소(SPXn)들의 경계에 걸쳐 배치되어 이웃하는 서브 화소(SPXn)들을 구분할 수 있다.
또한, 제2 패턴(BNL2)은 서브 화소(SPXn)마다 배치된 발광 영역(EMA)과 절단부 영역(CBA)을 둘러싸도록 배치되어 이들을 구분할 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 제2 방향(DR2)으로 연장되어 제2 패턴(BNL2)의 제1 방향(DR1)으로 연장된 부분을 가로질러 배치될 수 있다. 제2 패턴(BNL2)의 제2 방향(DR2)으로 연장된 부분은 발광 영역(EMA) 사이에 배치된 부분은 절단부 영역(CBA) 사이에 배치된 부분보다 큰 폭을 가질 수 있다. 이에 따라, 절단부 영역(CBA)들 사이의 간격은 발광 영역(EMA)들 사이의 간격보다 작을 수 있다.
제2 패턴(BNL2)은 제1 뱅크(BNL1)보다 더 큰 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 제2 패턴(BNL2)은 표시 장치(10)의 제조 공정의 잉크젯 프린팅 공정에서 잉크가 인접한 서브 화소(SPXn)로 넘치는 것을 방지하여 다른 서브 화소(SPXn)마다 다른 발광 소자(30)들이 분산된 잉크가 서로 혼합되지 않도록 이들을 분리시킬 수 있다. 제2 패턴(BNL2)은 제1 패턴(BNL1)과 같이 폴리이미드(Polyimide, PI)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
발광 소자(30)는 제1 절연층(PAS1) 상에 배치될 수 있다. 복수의 발광 소자(30)들은 각 전극(21, 22)들이 연장된 제2 방향(DR2)을 따라 서로 이격되어 배치되며 실질적으로 상호 평행하게 정렬될 수 있다. 발광 소자(30)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있고, 각 전극(21, 22)들이 연장된 방향과 발광 소자(30)가 연장된 방향은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 발광 소자(30)는 각 전극(21, 22)들이 연장된 방향에 수직하지 않고 비스듬히 배치될 수도 있다.
각 서브 화소(SPXn)에 배치된 발광 소자(30)들은 서로 다른 물질을 포함하는 발광층(도 5의 '36')을 포함하여 서로 다른 파장대의 광을 외부로 방출할 수 있다. 이에 따라 제1 서브 화소(SPX1), 제2 서브 화소(SPX2) 및 제3 서브 화소(SPX3)에서는 각각 제1 색, 제2 색 및 제3 색의 광이 출사될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 각 서브 화소(SPXn)들은 동일한 종류의 발광 소자(30)를 포함하여 실질적으로 동일한 색의 광을 방출할 수도 있다.
발광 소자(30)는 제1 패턴(BNL1)들 사이에서 양 단부가 각 전극(21, 22) 상에 배치될 수 있다. 발광 소자(30)의 연장된 길이는 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 간격보다 길고, 발광 소자(30)의 양 단부가 각각 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(30)는 일 단부가 제1 전극(21) 상에 놓이고, 타 단부가 제2 전극(22) 상에 놓이도록 배치될 수 있다.
발광 소자(30)는 기판(11) 또는 비아층(17)의 상면에 수직한 방향으로 복수의 층들이 배치될 수 있다. 발광 소자(30)는 연장된 일 방향이 비아층(17)의 상면과 평행하도록 배치되고, 발광 소자(30)에 포함된 복수의 반도체층들은 비아층(17)의 상면과 평행한 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 발광 소자(30)가 다른 구조를 갖는 경우 복수의 반도체층들은 비아층(17)의 상면에 수직한 방향으로 배치될 수도 있다.
발광 소자(30)의 양 단부는 각각 연결 전극(CNE1, CNE2)들과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(30)는 연장된 일 방향측 단부면에는 절연막(도 5의 '38')이 형성되지 않고 반도체층(도 5의 '31', '32') 또는 전극층(도 5의 '37) 일부가 노출될 수 있고, 상기 노출된 반도체층(도 5의 '31', '32') 또는 전극층(도 5의 '37)은 연결 전극(CNE1, CNE2)과 접촉할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 발광 소자(30)는 절연막(38) 중 적어도 일부 영역이 제거되어 반도체층(도 5의 '31', '32')의 양 단부 측면이 부분적으로 노출될 수 있다. 상기 노출된 반도체층 반도체층(도 5의 '31', '32')의 측면은 연결 전극(CNE1, CNE2)과 직접 접촉할 수도 있다.
제2 절연층(PAS2)은 발광 소자(30) 상에 부분적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 절연층(PAS2)은 발광 소자(30)를 감싸면서 발광 소자(30)의 양 단부가 노출되도록 발광 소자(30)의 길이보다 작은 폭을 갖고 발광 소자(30) 상에 배치될 수 있다. 제2 절연층(PAS2)은 표시 장치(10)의 제조 공정 중 발광 소자(30), 전극(21, 22)들 및 제1 절연층(PAS1)을 덮도록 배치된 뒤 발광 소자(30)의 양 단부를 노출하도록 제거될 수 있다. 제2 절연층(PAS2)은 평면상 제1 절연층(PAS1) 상에서 제2 방향(DR2)으로 연장되어 배치됨으로써 각 서브 화소(SPXn) 내에서 선형 또는 섬형 패턴을 형성할 수 있다. 제2 절연층(PAS2)은 발광 소자(30)를 보호함과 동시에 표시 장치(10)의 제조 공정에서 발광 소자(30)를 고정시킬 수 있다.
제2 절연층(PAS2) 상에는 복수의 연결 전극(CNE1, CNE2)들과 제3 절연층(PAS3)이 배치될 수 있다.
복수의 연결 전극(CNE1, CNE2)들은 일 방향으로 연장된 형상을 갖고 각 전극(21, 22) 상에 배치될 수 있다. 연결 전극(CNE1, CNE2)은 제1 전극(21) 상에 배치된 제1 연결 전극(CNE1)과 제2 전극(22) 상에 배치된 제2 연결 전극(CNE2)을 포함할 수 있다. 각 연결 전극(CNE1, CNE2)들은 서로 이격되거나 대향하며 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 연결 전극(CNE1)과 제2 연결 전극(CNE2)은 각각 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 상에 배치되어 서로 제1 방향(DR1)으로 이격될 수 있다. 각 연결 전극(CNE1, CNE2)들은 각 서브 화소(SPXn)의 발광 영역(EMA) 내에서 스트라이프형 패턴을 형성할 수 있다.
복수의 연결 전극(CNE1, CNE2)들은 각각 발광 소자(30)와 접촉할 수 있다. 제1 연결 전극(CNE1)은 발광 소자(30)들의 일 단부와 접촉하고, 제2 연결 전극(CNE2)은 발광 소자(30)의 타 단부와 접촉할 수 있다. 발광 소자(30)는 연장된 방향의 양 단부면에서 반도체층이 노출되고, 각 연결 전극(CNE1, CNE2)들은 발광 소자(30)의 반도체층과 접촉하여 이와 전기적으로 연결될 수 있다. 연결 전극(CNE1, CNE2)들은 발광 소자(30)의 양 단부와 접촉하는 일 측이 제2 절연층(PAS2) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제1 연결 전극(CNE1)은 제1 전극(21)의 상면 일부를 노출하는 개구부(OP)를 통해 제1 전극(21)과 접촉하고, 제2 연결 전극(CNE2)은 제2 전극(22)의 상면 일부를 노출하는 개구부(OP)를 통해 제2 전극(22)과 접촉할 수 있다.
각 연결 전극(CNE1, CNE2)들은 일 방향으로 측정된 폭이 각각 전극(21, 22)들의 상기 일 방향으로 측정된 폭보다 작을 수 있다. 연결 전극(CNE1, CNE2)들은 각각 발광 소자(30)의 일 단부 및 타 단부와 접촉함과 동시에, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)의 상면 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 연결 전극(CNE1, CNE2)들은 그 폭이 전극(21, 22)보다 크게 형성되어 전극(21, 22)의 양 측변들을 덮을 수도 있다.
연결 전극(CNE1, CNE2)은 투명성 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, ITO, IZO, ITZO, 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. 발광 소자(30)에서 방출된 광은 연결 전극(CNE1, CNE2)을 투과하여 전극(21, 22)들을 향해 진행할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도면에서는 하나의 서브 화소(SPXn)에 2개의 연결 전극(CNE1, CNE2)들이 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 각 연결 전극(CNE1, CNE2)들의 개수는 각 서브 화소(SPXn)마다 배치되는 전극(21, 22)의 개수에 따라 달라질 수 있다.
제3 절연층(PAS3)은 제1 연결 전극(CNE1)을 덮도록 배치될 수 있다. 제3 절연층(PAS3)은 제1 연결 전극(CNE1)을 포함하여 제2 절연층(PAS2)을 기준으로 제1 연결 전극(CNE1)이 배치된 일 측을 덮도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 절연층(PAS3)은 제1 연결 전극(CNE1)과 제1 전극(21) 상에 배치된 제1 절연층(PAS1)들을 덮도록 배치될 수 있다. 이러한 배치는 제3 절연층(PAS3)을 이루는 절연 물질층이 발광 영역(EMA)에 전면적으로 배치된 후, 제2 연결 전극(CNE2)을 형성하기 위해 상기 절연 물질층을 일부 제거하는 공정에 의해 형성된 것일 수 있다. 상기 공정에서 제3 절연층(PAS3)을 이루는 절연 물질층은 제2 절연층(PAS2)을 이루는 절연 물질층과 함께 제거될 수 있고, 제3 절연층(PAS3)의 일 측은 제2 절연층(PAS2)의 일 측과 상호 정렬될 수 있다. 제2 연결 전극(CNE2)은 일 측이 제3 절연층(PAS3) 상에 배치되며, 이를 사이에 두고 제1 연결 전극(CNE1)과 상호 절연될 수 있다.
제4 절연층(PAS4)은 기판(11)의 표시 영역(DPA)에 전면적으로 배치될 수 있다. 제4 절연층(PAS4)은 기판(11) 상에 배치된 부재들 외부 환경에 대하여 보호하는 기능을 할 수 있다. 다만, 제4 절연층(PAS4)은 생략될 수도 있다.
상술한 제1 절연층(PAS1), 제2 절연층(PAS2), 제3 절연층(PAS3) 및 제4 절연층(PAS4) 각각은 무기물 절연성 물질 또는 유기물 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(PAS1), 제2 절연층(PAS2), 제3 절연층(PAS3) 및 제4 절연층(PAS4)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy), 산화 알루미늄(AlxOy), 질화 알루미늄(AlN)등과 같은 무기물 절연성 물질을 포함할 수 있다. 또는, 이들은 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 5는 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 5를 참조하면, 상술한 발광 소자(30)는 입자형 소자로서, 소정의 종횡비를 갖는 로드 또는 원통형 형상일 수 있다. 발광 소자(30)는 나노미터(nano-meter) 스케일(1nm 이상 1um 미만) 내지 마이크로미터(micro-meter) 스케일(1um 이상 1mm 미만)의 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 발광 소자(30)는 직경과 길이가 모두 나노미터 스케일의 크기를 갖거나, 모두 마이크로미터 스케일의 크기를 가질 수 있다. 몇몇 다른 실시예에서, 발광 소자(30)의 직경은 나노미터 스케일의 크기를 갖는 반면, 발광 소자(30)의 길이는 마이크로미터 스케일의 크기를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 일부의 발광 소자(30)는 직경 및/또는 길이가 나노미터 스케일의 크기를 갖는 반면, 다른 일부의 발광 소자(30)는 직경 및/또는 길이가 마이크로미터 스케일의 크기를 가질 수도 있다.
일 실시예에서, 발광 소자(30)는 무기 발광 다이오드일 수 있다. 구체적으로 발광 소자(30)는 임의의 도전형(예컨대, p형 또는 n형) 불순물로 도핑된 반도체층을 포함할 수 있다. 반도체층은 외부의 전원으로부터 인가되는 전기 신호를 전달받고, 이를 특정 파장대의 광으로 방출할 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(30)는 길이 방향으로 순차 적층된 제1 반도체층(31), 발광층(36), 제2 반도체층(32), 및 전극층(37)을 포함할 수 있다. 발광 소자는 제1 반도체층(31), 제2 반도체층(32), 발광층(36)의 외표면을 감싸는 절연막(38)을 더 포함할 수 있다.
제1 반도체층(31)은 n형 반도체일 수 있다. 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, n형 도펀트는 Si, Ge, Sn 등일 수 있다. 예를 들어, 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 발광층(36) 상에 배치될 수 있다. 제2 반도체층(32)은 p형 반도체일 수 있으며 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, p형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Se, Ba 등일 수 있다. 예를 들어, 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. 발광층(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.
발광층(36)은 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32) 사이에 배치될 수 있다. 발광층(36)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함할 수 있다. 발광층(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. 발광층(36)은 제1 반도체층(31) 및 제2 반도체층(32)을 통해 인가되는 전기 신호에 따라 전자-정공 쌍의 결합에 의해 광을 발광할 수 있다. 발광층(36)이 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, AlGaN, AlGaInN 등의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 발광층(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. 예를 들어, 발광층(36)은 양자층으로 AlGaInN를, 우물층으로 AlInN를 포함하여 상술한 바와 같이, 발광층(36)은 중심 파장대역이 450nm 내지 495nm의 범위를 갖는 청색(Blue)광을 방출할 수 있다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 발광층(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. 발광층(36)이 방출하는 광은 청색 파장대의 광으로 제한되지 않고, 경우에 따라 적색, 녹색 파장대의 광을 방출할 수도 있다. 발광층(36)의 길이는 0.05㎛ 내지 0.10㎛의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 발광층(36)에서 방출되는 광은 발광 소자(30)의 길이방향 외부면뿐만 아니라, 양 측면으로 방출될 수 있다. 발광층(36)에서 방출되는 광은 하나의 방향으로 방향성이 제한되지 않는다.
전극층(37)은 오믹(Ohmic) 연결 전극일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 쇼트키(Schottky) 연결 전극일 수도 있다. 발광 소자(30)는 적어도 하나의 전극층(37)을 포함할 수 있다. 도 5에서는 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 연결 전극과 전기적으로 연결될 때, 발광 소자(30)와 전극 또는 연결 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 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연막(38)은 적어도 발광층(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. 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 발광층(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, AlxOy) 등을 포함할 수 있다. 절연막(38)은 절연 특성을 가진 물질들의 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다. 이에 따라 발광층(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 발광층(36)을 포함하여 발광 소자(30)의 외면을 보호하기 때문에, 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 절연막(38)은 외면이 표면처리될 수 있다. 발광 소자(30)는 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. 예를 들어, 절연막(38)은 스테아릭 산(Stearic acid), 2,3-나프탈렌 디카르복실산(2,3-Naphthalene dicarboxylic acid) 등과 같은 물질로 외면이 표면처리될 수 있다.
상술한 표시 장치(10) 중 제1 파장 변환부(WLC1), 제2 파장 변환부(WLC2) 및 광 투과부(LTU)는 표시 장치(10)의 제조 시, 베이스 수지(BS1, BS2, BS3)에 산란체(SCT1, SCT2, SCT3)가 분산된 상태로 소정의 잉크를 통해 기판(11) 상에 분사되어 형성될 수 있다. 또한, 표시 장치(10)의 발광 소자(30)도 소정의 잉크 내에서 분산된 상태로 기판(11) 상에 분사되어 정렬될 수 있다.
상술한 산란체(SCT1, SCT2, SCT3)와 발광 소자(30)는 미세 입자들로 이루어져 잉크에 분산되어 기판(11) 상에 분사될 수 있다. 잉크는 잉크젯 프린팅 장치의 프린트 헤드 유닛에 공급되고 노즐들을 통해 분산된 후 남은 잉크는 다시 잉크젯 프린팅 장치로 순환된다. 그러나, 잉크가 이동하는 배관에서 미세 입자들이 무게에 의해 하부에 침전될 수 있고, 또한 배관 내의 유속이 다름에 따라 미세 입자들이 침전될 수 있다. 이에 따라, 노즐들을 통해 분사되는 잉크 내에 미세 입자들의 개수가 감소할 수 있다.
이하, 잉크젯 프린팅 장치의 미세 입자들의 침전을 방지할 수 있는 잉크젯 프린팅 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 사시도이다. 도 7은 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 개략적인 저면도이다. 도 8은 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 동작을 나타내는 개략도이다. 도 9는 일 실시예에 따른 프린트 장치의 잉크 순환부를 나타내는 개략도이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)는 복수의 잉크젯 헤드(300)를 포함하는 프린트 헤드 유닛(100), 스테이지(STA), 잉크 순환부(500), 및 베이스 프레임(600)을 포함할 수 있다.
잉크젯 프린팅 장치(1000)는 프린트 헤드 유닛(100)을 이용하여 소정의 잉크(90)를 대상 기판(SUB) 상에 분사할 수 있다. 대상 기판(SUB)은 스테이지(STA) 상에 제공될 수 있다.
스테이지(STA)는 대상 기판(SUB)이 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. 스테이지(STA)는 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 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 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 저장부로부터 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 소정 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 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 위한 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 입자(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), 트리에틸렌 글리콜 모노뷰틸 에테르(Triethylene glycol monobutyl ether, TGBE), 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene glycol monophenyl ether, DGPE), 아마이드계 용매, 디카보닐계 용매, 디에틸렌 글리콘 디벤조에이트(Diethylene glycol dibenzoate), 트리카보닐계 용매, 트리에틸 시트레이트(Triethly citrate), 프탈레이트계 용매, 벤질 뷰틸 프탈레이트(Benzyl butyl phthalate), 비스(2-에틸헥실) 프탈레이트(Bis(2-ethlyhexyl) phthalate), 비스(2-에틸헥실) 이소프탈레이트(Bis(2-ethylhexyl) isophthalate), 에틸프탈릴 에틸 글리콜레이트(Ethyl phthalyl ethyl glycolate) 등일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 복수의 입자(95)는 용매(91) 내에 분산된 상태로 포함되어 프린트 헤드 유닛(100)에 공급되어 토출될 수 있다. 예시적인 실시예에서 복수의 입자(95)는 상술한 산란체 또는 발광 소자일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 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.
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 입자(95) 수의 편차가 최소화될 수 있다.
잉크 순환부(500)는 별도의 장치를 통해 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 잉크 순환부(500)는 잉크젯 프린팅 장치(1000)에 구비되되, 그 위치 또는 형태는 특별히 제한되지 않는다. 예컨데 잉크 순환부(500)는 베이스 프레임(600)에 거치될 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), 제1 압력 펌프(530) 및 제2 압력 펌프(540)를 포함할 수 있다. 잉크 순환부(500)는 제2 잉크 저장부(520)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 입자(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. 제2 잉크 저장부(520)는 제1 연결관(IL1)을 통해 잉크젯 헤드(300)로 잉크(90)를 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 잉크 저장부(520)는 교반기(ST)를 포함할 수 있고, 교반기(ST)는 잉크(90) 내의 입자(95)를 분산시킬 수 있다. 제2 잉크 저장부(520)로 공급된 잉크(90)는 교반기(ST)가 회전함에 따라 입자(95)들이 가라앉지 않고 분산된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 제2 잉크 저장부(520)의 교반기(ST)는 입자(95)들이 제2 잉크 저장부(520)의 하부에 가라앉아 잉크젯 헤드(300)를 통해 토출되는 잉크(90) 내 입자(95)의 수가 감소되는 것을 방지할 수 있다. 제2 잉크 저장부(520)는 입자(95)가 원활하게 분산된 잉크(90)를 잉크젯 헤드(300)에 공급할 수 있고, 잉크젯 헤드(300)는 일정 수준 이상의 입자(95)를 포함하는 잉크(90)를 토출할 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 연결관(IL2)에는 제1 압력 펌프(530)가 연결되어, 제1 압력 펌프(530)를 통해 남은 잉크(90)가 제2 잉크 저장부(520)로 순환될 수 있다. 제1 압력 펌프(530)는 잉크 순환 시스템 내 잉크(90)가 순환될 수 있도록 유체에 동력을 전달하는 펌프(Pump)일 수 있다.
도시하지 않았지만, 잉크 순환부(500)는 제1 잉크 저장부(510)와 제2 잉크 저장부(520) 사이에 플로우미터가 더 구비될 수도 있다. 플로우미터는 제2 잉크 저장부(520)로 공급되는 잉크(90)의 유량을 측정할 수 있다. 따라서, 플로우미터로부터 측정된 잉크(90)의 유량에 따라 제2 잉크 저장부(520)로 공급되는 잉크(90)의 유량을 조절할 수 있다.
또한, 잉크 순환부(500)는 제2 잉크 저장부(520)에 연결된 컴프레셔를 더 구비할 수도 있다. 컴프레셔는 제2 잉크 저장부(520) 내의 압력을 조절할 수 있다. 컴프레셔는 제2 잉크 저장부(520) 내부를 부압 상태가 되도록 기체를 제거하거나, 일정 압력을 갖도록 외부의 비활성 기체를 유입할 수 있다.
상술한 제1 잉크 저장부(510)와 제2 잉크 저장부(520) 사이 및 제2 잉크 저장부(520)와 프린트 헤드 유닛(100) 사이에는 각각 배관(PP1, PP2)들이 배치될 수 있다. 각 배관(PP1, PP2) 내에는 복수의 입자(95)를 포함하는 잉크(90)가 배치될 수 있다. 각 잉크 저장부(510, 520)들로부터 잉크(90)가 공급되지 않을 때, 배관들(PP1, PP2) 내에 배치된 복수의 입자(95)는 배관들(PP1, PP2) 바닥에 침전될 수 있다. 이에 따라, 잉크(90)가 공급되었을 때 침전된 복수의 입자(95)들로 인해 토출된 잉크(90)의 입자(95)들의 수가 달라질 수 있다.
본 실시예에서는 제1 잉크 저장부(510)와 제2 잉크 저장부(520) 사이에 제1 분기부재(550)와 제2 압력 펌프(540)를 구비하고, 제2 잉크 저장부(520)와 프린트 헤드 유닛(100) 사이에 제2 분기부재(570)를 포함할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 제1 분기부재를 나타낸 단면도이다. 도 11은 일 실시예에 따른 제1 분기부재를 나타낸 단면도이다. 도 12는 다른 실시예에 따른 제1 분기부재를 나타낸 단면도이다. 도 13은 다른 실시예에 따른 제1 분기부재를 나타낸 단면도이다.
도 9와 결부하여, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 분기부재(550)는 제1 잉크 저장부(510)와 제2 잉크 저장부(520) 사이에 배치되며, 제1 배관(PP1)에 구비될 수 있다.
제1 분기부재(550)는 제1 배관(PP1)에 연결된 제1 베이스부(BP1) 및 제1 베이스부(BP1) 내에 배치된 제1 격벽부(BR1)를 포함할 수 있다. 제1 베이스부(BP1)는 제1 배관(PP1)에 연결되어 유로를 분기시키기 위해 직경이 제1 배관(PP1)보다 크게 이루어질 수 있다. 제1 베이스부(BP1)는 제1 배관(PP1)과 같은 원형의 형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 사각형 등의 다양한 구조로도 이루어질 수 있다.
제1 격벽부(BR1)는 유로를 분기시키기 위한 것으로, 제1 격벽(PR1) 및 제1 격벽(PR1)의 주변에 배치되는 제2 격벽(PR2)을 포함할 수 있다. 제1 격벽(PR1)은 제1 베이스부(BP1)의 중심부에 배치되며, 단면이 원형인 제1 개구부(OP1)를 포함할 수 있다. 제1 격벽(PR1)의 전체적인 형상은 원형의 배관 형상일 수 있다. 제1 격벽(PR1)의 제1 개구부(OP1)의 중심(C)은 제1 베이스부(BP1)의 중심(C)과 중첩할 수 있다. 따라서, 제1 격벽(PR1)은 제1 베이스부(BP1)의 내부를 이동하는 잉크(90) 중 제1 베이스부(BP1)의 중심부에 해당하는 잉크(90)를 분기시키는 역할을 할 수 있다.
제2 격벽(PR2)은 제1 격벽(PR1)으로부터 연장되어 제1 베이스부(BP1)의 내벽을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 제2 격벽(PR2)은 제1 격벽(PR1)을 둘러싸며, 제2 개구부(OP2) 및 제3 개구부(OP3)를 포함할 수 있다. 제2 개구부(OP2) 및 제3 개구부(OP) 각각은 제1 베이스부(BP1)의 길이 방향에서 제1 베이스부(BP1)의 중심(C)과 비중첩할 수 있다.
제2 격벽(PR2)은 제1 베이스부(BP1)의 내부를 이동하는 잉크(90) 중 제1 베이스부(BP1)의 중심부 외의 나머지 영역을 이동하는 잉크(90)를 분기시키는 역할을 할 수 있다. 제2 개구부(OP2)는 제1 베이스부(BP1)의 중심을 수평 방향으로 분할하였을 때 상부에 배치될 수 있고, 제3 개구부(OP3)는 하부에 배치될 수 있다. 따라서, 제2 개구부(OP2)는 제1 베이스부(BP1)의 중심에서 상부쪽으로 이동하는 잉크(90)를 분기시키고, 제3 개구부(OP3)는 제1 베이스부(BP1)의 중심에서 하부쪽으로 이동하는 잉크(90)를 분기시킬 수 있다.
일 실시예에서 제1 격벽(PR1)의 길이는 제2 격벽(PR2)의 길이보다 길게 이루어질 수 있다. 제1 격벽(PR1)의 길이가 제2 격벽(PR2)보다 길게 이루어짐으로써, 제1 베이스부(BP1)의 중심부의 잉크(90)를 분기시키기 용이할 수 있다.
또한, 제1 베이스부(BP1)의 직경(D1)에 대해, 제1 격벽(PR1)의 직경(D2)은 60% 내지 80%의 범위로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제1 베이스부(BP1)의 중심부에서 유속이 빠른 잉크(90)를 효율적으로 분기시킬 수 있다. 상대적으로 제2 격벽(PR2)은 제1 베이스부(BP1)의 직경(D1)에서 제1 격벽(PR1)의 직경을 뺀 나머지 영역을 이동하는 잉크(90)를 분기시킬 수 있다.
제1 격벽(PR1)은 제1 분기부재(550)로부터 제2 잉크 저장부(520)로 연결된 제1 배관(PP1)과 연결되어, 제1 격벽(PR1)에서 분리된 잉크(90)를 제2 잉크 저장부(520)로 공급할 수 있다. 제2 격벽(PR2)의 제2 개구부(OP2)는 제1 서브 배관(PS1)에 연결되고, 제3 개구부(OP3)는 제2 서브 배관(PS2)에 연결될 수 있다. 제1 서브 배관(PS1)과 제2 서브 배관(PS2)은 제2 배관(PP2)으로 합쳐져서 제1 잉크 저장부(510)로 공급될 수 있다. 본 실시예에서는 제2 압력 펌프(540)를 통해 제2 배관(PP2)으로 공급되는 잉크(90)를 제1 잉크 저장부(510)에 공급할 수 있다.
제1 베이스부(BP1) 내에서 이동하는 잉크(90)의 유속은 중심부가 가장 빠르고 외곽부에서 가장 느릴 수 있다. 유속이 상대적으로 느린 외곽부 중 특히 바닥부는 잉크(90)에 포함된 입자(95)들이 침전될 수 있다. 반면, 유속이 가장 빠른 중심부는 빠른 유속에 의해 입자(95)들이 침전되지 않고 빠르게 이동할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 베이스부(BP1)의 중심부의 잉크(90)를 분리시키는 제1 격벽(PR1)을 배치함으로써, 잉크(90) 내의 입자(95)들의 수가 균일한 잉크(90)를 제2 잉크 저장부(520)로 이동시킬 수 있다. 또한, 제1 베이스부(BP1)의 외곽부의 잉크(90)를 분리시키는 제2 격벽(PR2)을 배치함으로써, 입자(95)들이 침전되어 입자(95)들의 수가 불균일한 잉크(90)를 분리시킬 수 있다. 따라서, 입자(95)들의 침전에 의해 잉크(90) 내에 포함된 입자(95)들의 개수 또는 농도가 변동되는 것을 최소화하여, 잉크젯 프린팅의 품질을 향상시킬 수 있다.
제2 잉크 저장부(520) 및 프린트 헤드 유닛(100) 사이에 배치된 제3 배관(PP3)에 제2 분기부재(570)가 배치될 수 있다. 제2 분기부재(570)는 상술한 제1 분기부재(550)와 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 분기부재(570)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 베이스부(BP1) 내에 배치된 제1 격벽부(BR1)를 포함하며, 제1 격벽부(BR1)는 제1 격벽(PR1)과 제2 격벽(PR2)을 포함할 수 있다.
상술한 도 10 및 도 11에 도시된 제1 분기부재(550)는 제1 격벽(PR1)이 제1 배관(PP1)과 연결되었지만, 제2 분기부재(570)에서는 제1 연결관(IL1)에 연결된다는 차이가 있다. 또한, 제1 분기부재(550)는 제1 서브 배관(PS1)과 제2 서브 배관(PS2)이 제2 배관(PP2)으로 연결되었지만, 제2 분기부재(570)에서는 제4 배관(PP4)에 연결되어 제2 연결관(IL2)과 합져서 제1 압력 펌프(530)로 공급된다는 차이가 있다.
본 실시예에서는 제1 잉크 저장부(510)와 제2 잉크 저장부(520) 사이 및 제2 잉크 저장부(520)와 프린트 헤드 유닛(100) 사이에 각각 분기부재들(550, 570)을 배치함으로써, 복수의 입자(95)가 침전된 잉크(90)를 분리시키고 복수의 입자(95)가 균일한 잉크(90)를 공급할 수 있다. 따라서, 잉크(90)의 침전에 의해 잉크(90) 내에 포함된 입자(95)들의 개수 또는 농도가 변동되는 것을 최소화하여, 잉크젯 프린팅의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 9와 결부하여 도 12 및 도 13을 참조하면, 제1 분기부재(550) 및 제2 분기부재(570)는 다른 형상으로도 이루어질 수 있다. 도 12 및 도 13에서는 제1 분기부재(550)를 예로 설명하지만 제2 분기부재(570)도 동일하게 적용할 수 있다.
구체적으로, 제1 베이스부(BP1)는 제1 격벽(PR1)과 제2 격벽(PR2)을 포함할 수 있다. 제1 격벽(PR1)과 제2 격벽(PR2)은 제1 베이스부(BP1)의 내부를 이분할 수 있다. 제1 격벽(PR1)은 제1 개구부(OP1)를 포함하고 제2 격벽(PR2)은 제2 개구부(OP2)를 포함할 수 있다. 제1 격벽(PR1)은 제1 베이스부(BP1)의 내부의 최상단으로부터 중심(C)을 지나는 직경(D2)이 제1 베이스부(BP1)의 직경(D1)의 80% 내지 90%의 범위로 이루어질 수 있다. 특히, 제1 격벽(PR1)의 제1 개구부(OP1)는 제1 베이스부(BP1)를 수평방향으로 양분한 경우 상부 전체와 하부 일부를 차지하고, 제2 격벽(PR2)의 제2 개구부(OP2)는 하부 일부를 차지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 베이스부(BP1) 내에서 이동하는 잉크(90)의 유속은 중심부가 가장 빠르고 외곽부에서 가장 느릴 수 있다. 특히, 제1 베이스부(BP1)의 바닥부 또는 하부는 잉크(90)에 포함된 입자(95)들이 침전될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 베이스부(BP1)의 바닥부 또는 하부에 대응하는 제2 격벽(PR2)을 형성함으로써, 입자(95)들이 침전되어 입자(95)들의 수가 불균일한 잉크(90)를 분리시킬 수 있다. 반면, 제1 베이스부(BP1)의 중심부 및 상부에 대응하는 제1 격벽(PR1)을 형성함으로써, 상대적으로 잉크(90) 내의 입자(95)들의 수가 균일한 잉크(90)를 제2 잉크 저장부(520)로 이동시킬 수 있다. 따라서, 잉크(90)의 침전에 의해 잉크(90) 내에 포함된 입자(95)들의 개수 또는 농도가 변동되는 것을 최소화하여, 잉크젯 프린팅의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 잉크 순환부를 나타낸 개략도이다. 도 15 내지 도 18은 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 잉크 순환부의 구동 방법을 나타낸 개략도들이다. 도 19는 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 잉크 순환부를 나타낸 개략도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에서는 잉크 순환부(500)의 구성이 다르다는 점에서 상술한 도 6 내지 도 13의 실시예와 차이가 있다. 이하, 차이가 있는 잉크 순환부(500)에 대해 자세히 설명하기로 한다.
일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 잉크 순환부(500)는 제1 잉크 저장부(510), 제2 잉크 저장부(520), 가스 저장부(710), 펌프(700) 및 음압 챔버(730)를 포함할 수 있다. 잉크 순환부(500)는 제2 잉크 저장부(520)가 프린트 헤드 유닛(100)과 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 입자(95)를 포함하는 잉크(90)는 잉크 순환부(500)의 제1 잉크 저장부(510)에 준비되고, 잉크 순환 시스템에 잉크(90)를 공급할 수 있다.
제2 잉크 저장부(520)는 제1 잉크 저장부(510)와 연결되어 준비된 잉크(90)가 공급될 수 있다. 제2 잉크 저장부(520)는 제1 연결관(IL1) 및 제2 연결관(IL2)을 통해 프린트 헤드 유닛(100)으로 잉크(90)를 공급할 수 있다. 상술한 실시예와 다르게, 제2 잉크 저장부(520)는 프린트 헤드 유닛(100)으로부터 토출되고 남은 잉크(90)들이 재순환되지 않는 차이가 있다. 후술하는 바와 같이, 제2 잉크 저장부(520)에서는 1회 분량의 잉크젯 프린팅이 가능한 잉크(90)를 프린트 헤드 유닛(100)에 공급함으로써, 잉크(90)가 남지 않아 잉크(90)의 재순환이 불필요하다. 또한, 제2 잉크 저장부(520)는 가열 부재가 구비되어 잉크(90)의 온도를 제어할 수도 있다.
제1 잉크 저장부(510)와 제2 잉크 저장부(520) 사이에 펌프(700)가 배치될 수 있다. 펌프(700)는 제1 잉크 저장부(510)의 잉크(90)를 제2 잉크 저장부(520)에 공급하는 역할을 할 수 있다. 펌프(700)는 정량 펌프일 수 있으며, 예를 들어, 다이아프램(Diaphragm) 펌프, 튜빙(tubing) 펌프 등의 정량 펌프일 수 있다. 펌프(700)는 기체 및 액체를 이동시킬 수 있다. 펌프(700)는 제1 잉크 저장부(510)에 저장된 잉크(90)를 제2 잉크 저장부(520)로 이동시키되, 프린트 헤드 유닛(100)에서 1회 분량의 잉크(90)를 제2 잉크 저장부(520)에 공급할 수 있다.
제1 잉크 저장부(510)와 펌프(700) 사이에는 제1 배관(PP1)이 연결되어, 제1 배관(PP1)을 통해 제1 잉크 저장부(510)의 잉크(90)가 펌프(700)로 공급될 수 있다. 제1 배관(PP1)에는 제1 밸브(VA1)가 구비될 수 있다. 제1 밸브(VA1)는 제1 배관(PP1)을 개폐시켜 잉크(90)의 이동을 제어할 수 있다.
펌프(700)의 일단에는 가스 저장부(710)가 연결되어 배치될 수 있다. 가스 저장부(710)는 가스(GS)가 준비되는 저장부일 수 있다. 가스 저장부(710)에 저장된 가스(GS)는 잉크(90)와 반응하지 않는 가스일 수 있으며, 예를 들어, 공기(Air) 또는 질소 가스(N2)일 수 있다.
가스 저장부(710)와 펌프(700) 사이에는 제2 배관(PP2)이 연결되어, 제2 배관(PP2)을 통해 가스 저장부(710)의 가스(GS)가 펌프(700)로 공급될 수 있다. 제2 배관(PP2)에는 제2 밸브(VA2)가 구비될 수 있다. 제2 밸브(VA2)는 제2 배관(PP2)을 개폐시켜 가스(GS)의 이동을 제어할 수 있다.
펌프(700)와 제2 잉크 저장부(520) 사이에는 메인 배관(MP)이 배치될 수 있다. 메인 배관(MP)은 펌프(700)와 제2 잉크 저장부(520) 사이를 연결하여, 펌프(700)를 통해 공급되는 잉크(90)와 가스(GS)가 제2 잉크 저장부(520)로 공급되는 통로로 작용할 수 있다. 도면에서는 메인 배관(MP)의 직경이 배관들(PP1, PP2)보다 큰 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않으며 배관들(PP1, PP2)의 직경과 동일할 수 있다.
한편, 가스 저장부(710)와 제2 잉크 저장부(520) 사이에는 제3 배관(PP3)이 연결될 수 있다. 제3 배관(PP3)은 제2 잉크 저장부(520)에 존재하는 가스(GS)를 가스 저장부(710)로 재순환시킬 수 있다. 제3 배관(PP3)에는 제3 밸브(VA3)가 구비되어, 제3 배관(PP3)을 개폐시켜 가스(GS)의 이동을 제어할 수 있다.
제2 잉크 저장부(520)의 일단에는 음압 챔버(730)가 배치될 수 있다. 음압 챔버(730)는 제2 잉크 저장부(520)의 압력을 낮춰 잉크(90) 내에 혼입된 기포와 같은 기체를 흡입하여 제거할 수 있고, 프린트 헤드 유닛(100) 내의 압력을 제어할 수도 있다.
음압 챔버(730)와 제2 잉크 저장부(520) 사이에는 제4 배관(PP4)이 연결될 수 있다. 제4 배관(PP4)은 제2 잉크 저장부(520)에 존재하는 기체가 음압 챔버(730)로 흡입되는 통로로 작용할 수 있다. 제4 배관(PP4)에는 제4 밸브(VA4)가 구비되어, 제4 배관(PP4)을 개폐시켜 기체의 이동을 제어할 수 있다.
상술한 본 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 잉크 순환부(500)는 다음과 같이 구동될 수 있다.
도 15를 참조하면, 잉크젯 프린팅 장치(1000)의 프린트 헤드 유닛(100)에 잉크(90)를 공급하기 위해, 먼저 제1 잉크 저장부(510)와 펌프(700) 사이에 배치된 제1 밸브(VA1)를 폐쇄한다. 가스 저장부(710)와 제2 잉크 저장부(520) 사이에 배치된 제3 밸브(VA3) 및 음압 챔버(730)와 제2 잉크 저장부(520) 사이에 배치된 제4 밸브(VA4)를 폐쇄한다. 그리고, 펌프(700)와 가스 저장부(710) 사이에 배치된 제2 밸브(VA2)를 오픈한다.
이어, 펌프(700)를 구동시켜 가스 저장부(710)로부터 가스(GS)를 메인 배관(MP)을 통해 제2 잉크 저장부(520)로 공급한다. 가스 저장부(710)에 저장된 가스(GS)는 오픈된 제2 밸브(VA2)에 의해 제2 배관(PP2) 및 메인 배관(MP)을 통해 제2 잉크 저장부(520)에 공급된다.
다음, 도 16을 참조하면, 펌프(700)와 가스 저장부(710) 사이에 배치된 제2 밸브(VA2)를 폐쇄하고, 제1 잉크 저장부(510)와 펌프(700) 사이에 배치된 제1 밸브(VA1)를 오픈한다. 이어, 펌프(700)를 구동시켜 제1 잉크 저장부(510)로부터 잉크(90)를 메인 배관(MP)에 공급한다. 이때, 펌프(700)는 1회 분량의 잉크젯 프린팅을 위한 잉크(90)를 정량으로 공급할 수 있다. 잉크(90)는 메인 배관(MP) 내에 충진된 가스(GS)를 밀어내면서 메인 배관(MP) 내에 충진될 수 있다.
여기서, 잉크(90)가 메인 배관(MP) 내에 머무는 시간이 길어져 메인 배관(MP)의 바닥 또는 하부에 입자(95)들이 침전될 수 있다. 본 실시예에서는 메인 배관(MP) 내에 가스(GS)를 공급하여 잉크(90)를 밀어냄으로써, 침전된 입자(95)들을 포함한 잉크(90)가 메인 배관(MP) 내에 잔존하지 않고 제2 잉크 저장부(520)로 모두 이동할 수 있다. 이로써, 메인 배관(MP) 내에 잉크(90)의 입자(95)들이 침전하여 잔존하는 것을 방지함으로써, 잉크(90) 내의 입자(95)들의 개수 또는 농도가 변하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 잉크젯 프린팅 공정의 품질을 향상시킬 수 있다.
다음, 도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 잉크 저장부(510)와 펌프(700) 사이에 배치된 제1 밸브(VA1)를 폐쇄하고, 펌프(700)와 가스 저장부(710) 사이에 배치된 제2 밸브(VA2)를 오픈한다. 이어, 펌프(700)를 구동시켜 가스 저장부(710)로부터 가스(GS)를 메인 배관(MP)에 공급한다. 메인 배관(MP) 내에서는 공급된 가스(GS)에 의해 잉크(90)가 이동하게 된다. 계속해서 가스(GS)가 메인 배관(MP)으로 공급되면, 잉크(90)는 제2 잉크 저장부(520)에 도달하여 저장될 수 있다.
결과적으로, 제2 잉크 저장부(520)에는 1회 분량의 잉크(90)가 저장될 수 있다. 이후, 1회의 잉크젯 프린팅 공정을 수행하게 된다. 여기서, 1회의 잉크젯 프린팅 공정은 1회 인쇄하는 것이 아닌 1회의 공정 사이클(cycle)을 의미할 수 있다.
제2 잉크 저장부(520) 내에 충진된 가스(GS)를 제거할 필요가 있는 경우, 제1 밸브(VA1), 제2 밸브(VA2) 및 제4 밸브(VA4)를 폐쇄하고 제3 밸브(VA3)를 오픈하여 제2 잉크 저장부(520)로부터 가스(GS)를 가스 저장부(710)로 재순환시킬 수 있다.
또한, 제2 잉크 저장부(520)에 기포나 가스를 제거할 필요가 있는 경우, 제1 밸브(VA1), 제2 밸브(VA2) 및 제3 밸브(VA3)를 폐쇄하고 제4 밸브(VA4)를 오픈하여 제2 잉크 저장부(520)로부터 기포나 가스(GS)를 음압 챔버(730)로 흡입하여 제거할 수 있다.
한편, 또 다른 실시예에서는 제1 잉크 저장부(510)와 펌프(700) 사이의 제1 배관(PP1)이 생략되고, 제1 잉크 저장부(510)와 펌프(700)가 직접 연결(또는 직결)될 수 있다.
도 19를 참조하면, 펌프(700) 상에 제1 잉크 저장부(510)가 배치될 수 있다. 제1 잉크 저장부(510)와 펌프(700)는 직결되어 이들 사이에 제1 배관(PP1)이 생략될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 잉크 저장부(510)와 펌프(700)를 직결함으로써, 제1 잉크 저장부(510)와 펌프(700) 사이의 배관에서 잉크(90)의 입자(95)들이 침전되는 것을 방지할 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.
90: 잉크 95: 입자
100: 프린트 헤드 유닛 300: 잉크젯 헤드
500: 잉크 순환부 510: 제1 잉크 저장부
520: 제2 잉크 저장부 530: 제1 압력 펌프
540: 제2 압력 펌프 550: 제1 분기부재
570: 제2 분기부재 710: 가스 저장부
700: 펌프 730: 음압 챔버
PP1~PP4: 제1 내지 제4 배관 MP: 메인 배관
VA1~VA4: 제1 내지 제4 밸브 BP1: 제1 베이스부
BR1: 제1 격벽부 PR1~PR2: 제1 및 제2 격벽
PS1~PS2: 제1 및 제2 서브 배관

Claims (20)

  1. 복수의 입자를 포함하는 잉크를 제공하는 제1 잉크 저장부;
    상기 제1 잉크 저장부로부터 제1 배관을 통해 상기 잉크가 공급되는 제2 잉크 저장부;
    상기 제2 잉크 저장부로부터 제2 배관을 통해 공급받은 상기 잉크를 토출하는 프린트 헤드 유닛; 및
    상기 제1 잉크 저장부와 상기 제2 잉크 저장부 사이 및 상기 제2 잉크 저장부와 상기 프린트 헤드 유닛 사이에 각각 배치되며, 상기 잉크를 분기시키는 제1 분기부재 및 제2 분기부재를 포함하며,
    상기 제1 분기부재 및 상기 제2 분기부재는 각각,
    상기 잉크가 이동하는 제1 베이스부; 및
    상기 제1 베이스부 내에 배치되며, 상기 제1 베이스부 내부를 분기시키는 제1 격벽 및 제2 격벽을 포함하는 제1 격벽부를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 격벽은 상기 제1 베이스부의 내부를 이동하는 상기 잉크 중 일부가 이동되는 제1 개구부를 포함하고, 상기 제2 격벽은 상기 제1 베이스부의 내부를 이동하는 상기 잉크 중 나머지 일부가 이동되는 제2 개구부 및 제3 개구부를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 개구부의 중심은 상기 제1 베이스부의 중심과 중첩하는 잉크젯 프린팅 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 개구부의 직경은 상기 제1 베이스부의 직경에 대해 60 내지 80%인 잉크젯 프린팅 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 개구부 및 상기 제3 개구부는 상기 제1 베이스부의 길이 방향에서 상기 제1 베이스부의 중심과 비중첩하는 잉크젯 프린팅 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 개구부 및 상기 제3 개구부는 상기 제1 개구부를 둘러싸며, 상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부의 상부에 배치되고, 상기 제3 개구부는 상기 제1 개구부의 하부에 배치되는 잉크젯 프린팅 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 분기부재는 상기 제1 잉크 저장부와 상기 제2 잉크 저장부 사이에 배치되며, 상기 제1 분기부재의 상기 제1 개구부는 상기 제1 배관에 연결되고,
    상기 제2 분기부재는 상기 제2 잉크 저장부와 상기 프린트 헤드 유닛 사이에 배치되며, 상기 제2 분기부재의 상기 제1 개구부는 상기 제2 배관에 연결되는 잉크젯 프린팅 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 분기부재의 상기 제2 개구부 및 상기 제3 개구부와 연결되며 상기 제1 잉크 저장부에 연결된 제3 배관;
    상기 제2 분기부재의 상기 제2 개구부 및 상기 제3 개구부와 연결되며 상기 제2 잉크 저장부에 연결된 제4 배관;
    상기 제3 배관에 배치되며, 상기 제3 배관 내의 상기 잉크를 상기 제1 잉크 저장부로 재순환시키는 제1 압력 펌프; 및
    상기 제4 배관에 배치되며, 상기 제4 배관 내의 상기 잉크를 상기 제2 잉크 저장부로 재순환시키는 제2 압력 펌프 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  9. 복수의 입자를 포함하는 잉크를 제공하는 제1 잉크 저장부;
    상기 제1 잉크 저장부로부터 제공된 상기 잉크가 저장되는 제2 잉크 저장부;
    상기 제2 잉크 저장부에 가스를 제공하는 가스 저장부;
    상기 제1 잉크 저장부의 상기 잉크 및 상기 가스 저장부의 상기 가스를 상기 제2 잉크 저장부로 공급하는 펌프;
    상기 펌프로부터 상기 잉크 및 상기 가스가 상기 제2 잉크 저장부로 공급되는 메인 배관; 및
    상기 제2 잉크 저장부로부터 공급받은 상기 잉크를 토출하는 프린트 헤드 유닛을 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 잉크 저장부와 상기 펌프를 연결하며 제1 밸브가 구비된 제1 배관;
    상기 가스 저장부와 상기 펌프를 연결하며 제2 밸브가 구비된 제2 배관; 및
    상기 제2 잉크 저장부와 상기 가스 저장부를 연결하며 제3 밸브가 구비된 제3 배관을 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 잉크 저장부에 존재하는 기체를 흡입하는 음압 챔버; 및
    상기 음압 챔버와 상기 제2 잉크 저장부 사이에 연결되며, 제4 밸브가 구비된 제4 배관을 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 가스 저장부의 상기 가스는 상기 제1 밸브, 상기 제3 밸브 및 상기 제4 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 오픈하고 상기 펌프를 구동하여 상기 메인 배관에 공급되는 잉크젯 프린팅 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 잉크 저장부의 상기 잉크는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 밸브를 오픈하고 상기 펌프를 구동하여 상기 메인 배관에 공급되는 잉크젯 프린팅 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 메인 배관에 공급된 상기 잉크는 상기 제1 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 오픈한 후, 상기 펌프를 구동하여 상기 가스 저장부로부터 상기 가스를 상기 메인 배관에 공급하는 것에 의해 상기 제2 잉크 저장부로 공급되는 잉크젯 프린팅 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 잉크 저장부에 공급된 가스는 상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브 및 상기 제4 밸브를 폐쇄하고 상기 제3 밸브를 오픈하는 것에 의해 상기 가스 저장부로 재순환되는 잉크젯 프린팅 장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 음압 챔버는 상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브를 폐쇄하고 상기 제4 밸브를 오픈하는 것에 의해 상기 제2 잉크 저장부로부터 기체를 흡입하는 잉크젯 프린팅 장치.
  17. 제9 항에 있어서,
    상기 펌프는 정량 펌프이며, 잉크젯 프린팅 공정이 1회 수행되는 분량의 상기 잉크를 공급하는 잉크젯 프린팅 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 정량 펌프는 다이아프램 펌프 또는 튜빙 펌프인 잉크젯 프린팅 장치.
  19. 제9 항에 있어서,
    상기 가스는 공기 또는 질소 가스인 잉크젯 프린팅 장치.
  20. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 잉크 저장부는 상기 펌프에 직결된 잉크젯 프린팅 장치.
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