TWI654324B - 有機材料氣相噴射沈積期間調變流之系統及方法 - Google Patents

Abstract

所揭示之標的物之實施例提供方法及系統，其包括噴嘴、與該噴嘴成流體連通之待沈積在基板上之材料源、與待用該噴嘴沈積之該材料源成流體連通之遞送氣體源、鄰近於該噴嘴安置之排氣通道、與該噴嘴及該排氣通道成流體連通且鄰近於該排氣通道安置之圍束氣體源以及用以調節該噴嘴之沈積噴嘴孔口與沈積靶之間的飛行高度分隔之致動器。對該飛行高度分隔之調節可停止及/或開始來自該噴嘴之材料之沈積。

Description

有機材料氣相噴射沈積期間調變流之系統及方法 相關申請案之交叉引用

本申請案為美國專利申請案第14/643,887號之部分繼續申請案，且主張2014年6月25日申請之美國臨時專利申請案第62/016,709號及2014年10月9日申請之美國臨時專利申請案第62/061,899號之權益，該等美國臨時專利申請案之揭示內容以全文引用的方式併入。本申請案係關於2013年5月17日申請之美國專利申請案第13/896,744號，該專利申請案之全部內容以全文引用的方式併入本文中。

聯合研究協議之各方

所主張之本發明由達成聯合大學公司研究協議之以下各方中之一或多者，按以下各方中之一或多者之名義及/或結合以下各方中之一或多者作出：密歇根大學董事會(Regents of the University of Michigan)、普林斯頓大學(Princeton University)、南加州大學(University of Southern California)及環宇顯示器公司(Universal Display Corporation)。該協議在作出所主張之本發明之日期當天及之前有效，且所主張之本發明由於在該協議之範疇內所進行之活動而作出。

本發明係關於有機發光裝置(OLED)，且更具體而言係關於在印刷圖案化有機薄膜時調變有機蒸氣冷凝至沈積靶上之速率。特定言 之，致動器可調節噴嘴之孔口與沈積靶之間的飛行高度分隔。對飛行高度分隔之調節可起始或停止挾帶在自噴嘴發出之射流內之有機材料之沈積。噴嘴可受控制以便根據腔室壓力、排氣壓力、排氣流、遞送流以及飛行高度中之至少一者來沈積特徵。所揭示之標的物之實施例提供系統及方法以提供所需特徵寬度、最小化之串擾及/或過度噴塗以及可控制地開始及停止材料之沈積。

出於若干原因，利用有機材料之光電子裝置變得越來越受歡迎。用於製造此類裝置之許多材料相對便宜，因此有機光電裝置具有優於無機裝置之成本優勢之潛力。另外，有機材料之固有性質(諸如其可撓性)可使其非常適合特定應用，諸如在可撓性基板上之製造。有機光電裝置之實例包括有機發光裝置(OLED)、有機光電晶體、有機光伏打電池以及有機光電偵測器。對於OLED，有機材料可具有優於習知材料之效能優勢。舉例而言，有機發射層發光之波長通常可容易地用適當摻雜劑調節。

OLED利用有機薄膜，其在電壓施加於裝置上時發光。OLED正成為用於諸如平板顯示器、照明以及背光之應用的越來越引人注目之技術。若干OLED材料及配置描述於美國專利第5,844,363號、第6,303,238號以及第5,707,745號中，該等專利以全文引用的方式併入本文中。

磷光發射分子之一個應用為全色顯示器。針對該種顯示器之行業標準需要適合於發射特定色彩(稱為「飽和」色彩)之像素。特定言之，此等標準需要飽和之紅色、綠色以及藍色像素。可使用此項技術中熟知之CIE座標來量測色彩。

綠色發射分子之一個實例為三(2-苯基吡啶)銥，其表示為Ir(ppy)₃，其具有以下結構：

在此圖及本文後面之圖中，吾人將自氮至金屬(在此為Ir)之配價鍵描繪為直線。

如本文所用，術語「有機」包括可用於製造有機光電裝置之聚合材料以及小分子有機材料。「小分子」係指不為聚合物之任何有機材料，且「小分子」可能實際上相當大。在一些情況下，小分子可包括重複單元。舉例而言，使用長鏈烷基作為取代基不會將分子自「小分子」類別中移除。小分子亦可例如作為聚合物主鏈上之側基或作為主鏈之一部分併入聚合物中。小分子亦可充當樹枝狀之核心部分，該樹枝狀由一系列建立在核心部分上之化學殼組成。樹枝狀之核心部分可為螢光或磷光小分子發射體。樹枝狀可為「小分子」，且據信目前用於OLED領域中之所有樹枝狀均為小分子。

如本文所用，「頂部」意指離基板最遠，而「底部」意指最靠近基板。在將第一層描述為「安置」在第二層「上」之情況下，第一層安置得距基板較遠。除非規定第一層「與」第二層「接觸」，否則第一層與第二層之間可存在其他層。舉例而言，即使陰極與陽極之間存在各種有機層，仍可將陰極描述為「安置在」陽極「上」。

如本文所用，「溶液可處理」意指能夠以溶液或懸浮液之形式在液體介質中溶解、分散或輸送及/或自液體介質沈積。

當據信配體直接有助於發射材料之光敏性質時，配體可稱為「光敏性的」。當據信配體不有助於發射材料之光敏性質時，配體可稱為「輔助性的」，但輔助性配體可改變光敏性配體之性質。

如本文所用，且如熟習此項技術者通常將理解，若第一能級較接近真空能級，則第一「最高佔用分子軌道」(HOMO)或「最低未佔 用分子軌道」(LUMO)能級「大於」或「高於」第二HOMO或LUMO能級。由於將電離電位(IP)量測為相對於真空能級之負能量，因此較高HOMO能級對應於具有較小絕對值之IP(較不負之IP)。類似地，較高LUMO能級對應於具有較小絕對值之電子親和性(EA)(較不負之EA)。在頂部為真空能級之習知能級圖上，材料之LUMO能級高於同一材料之HOMO能級。「較高」HOMO或LUMO能級表現為比「較低」HOMO或LUMO能級更靠近此圖之頂部。

如本文所用，且如熟習此項技術者通常將理解，若第一功函數具有較高絕對值，則第一功函數「大於」或「高於」第二功函數。因為通常將功函數量測為相對於真空能級之負數，所以此意指「較高」功函數為更負的(more negative)。在頂部為真空能級之習知能級圖上，將「較高」功函數說明為在向下方向上距真空能級較遠。因此，HOMO及LUMO能級之定義遵循與功函數不同之慣例。

關於OLED及上文所描述之定義之更多細節可在美國專利第7,279,704號中找到，該專利以全文引用的方式併入本文中。

有機氣相噴射印刷(OVJP)為在不使用遮蔽遮罩之情況下沈積特徵之真空沈積技術。有機材料(諸如用於OLED或有機電晶體)可加熱至昇華溫度且通過加熱管及噴嘴輸送至基板。此傳統遞送系統之一個缺陷為有機材料流無法迅速地切斷或開啟。舉例而言，此妨礙製造顯示器之能力，因為有機材料將覆蓋製造氣密密封件所需之區域。在所揭示之標的物之實施例中，噴嘴系統可提供調節沈積特徵尺寸、最小化串擾及/或過度噴塗之能力，且可開啟及關閉。

所揭示之標的物之一個實施例提供一種系統，其具有噴嘴；與噴嘴成流體連通之待沈積在基板上之材料源；與待用噴嘴沈積之材料源成流體連通之遞送氣體源；鄰近於噴嘴安置之排氣通道；以及與噴 嘴及排氣通道成流體連通且鄰近於排氣通道安置之圍束氣體源；以及調節噴嘴之沈積噴嘴孔口與沈積靶之間的飛行高度分隔之致動器。

所揭示之標的物之一個實施例提供一種方法，其包括將挾帶在遞送氣體中之蒸氣自噴嘴噴出至蒸氣在上面冷凝之基板上、提供具有與自噴嘴噴出之遞送氣體之流向相反流向之圍束氣體、提供鄰近於噴嘴之遞送氣體孔口之真空源以及藉由致動器調節噴嘴之沈積噴嘴孔口與沈積靶之間的飛行高度分隔。

所揭示之標的物之一個實施例提供一種顯示器，其為使用噴嘴、與噴嘴成流體連通之待沈積在基板上之材料源、與待沈積之材料源且與噴嘴成流體連通之載氣源、鄰近於噴嘴安置之排氣通風口、鄰近於排氣通風口安置之圍束氣體源以及調節噴嘴之沈積噴嘴孔口與沈積靶之間的飛行高度分隔之致動器來製造。

所揭示之標的物之一個實施例提供一種系統，其包括噴嘴、與噴嘴成流體連通之待沈積在基板上之材料源、與待用噴嘴沈積之材料源成流體連通之遞送氣體源、鄰近於噴嘴安置之排氣通道、與噴嘴及排氣通道成流體連通且鄰近於排氣通道安置之圍束氣體源以及具有複數個噴嘴之噴嘴塊，其中一或多個排氣通道定位在不鄰近於該複數個噴嘴中之一個噴嘴之噴嘴塊上。

100‧‧‧有機發光裝置

110‧‧‧基板

115‧‧‧陽極

120‧‧‧電洞注入層

125‧‧‧電洞輸送層

130‧‧‧電子阻擋層

135‧‧‧發射層

140‧‧‧電洞阻擋層

145‧‧‧電子輸送層

150‧‧‧電子注入層

155‧‧‧保護層

160‧‧‧陰極

162‧‧‧第一導電層

164‧‧‧第二導電層

170‧‧‧障壁層

200‧‧‧倒置式OLED

210‧‧‧基板

215‧‧‧陰極

220‧‧‧發射層

225‧‧‧電洞輸送層

230‧‧‧陽極

301‧‧‧噴嘴陣列

302‧‧‧基板

303‧‧‧所需印刷區域

304‧‧‧分子

305‧‧‧分子

310‧‧‧致動器

320‧‧‧控制器

330‧‧‧位移感測器

400‧‧‧噴嘴總成

401‧‧‧遞送通道

402‧‧‧排氣通道

403‧‧‧圍束氣體

404‧‧‧遞送通道隔板

501‧‧‧遞送流

502‧‧‧圍束氣流

503‧‧‧各流交叉

504‧‧‧區域

505‧‧‧遞送氣體流

511‧‧‧遞送圍束氣流

512‧‧‧遞送圍束氣流

513‧‧‧印刷頭與噴嘴總成之間的區域

514‧‧‧排氣通道

601‧‧‧含有高濃度有機蒸氣之羽流

602‧‧‧濃度梯度

603‧‧‧排氣通孔

701‧‧‧極清晰界定之特徵

702‧‧‧α=0.5

703‧‧‧α=0.1

704‧‧‧α=1

705‧‧‧α=0.5

706‧‧‧α=0.1

801‧‧‧高有機通量之區域

802‧‧‧灰度級

901‧‧‧遞送通道

902‧‧‧加寬進料通道

903‧‧‧分支線

904‧‧‧排氣孔口

905‧‧‧排氣通道

906‧‧‧晶粒

1001‧‧‧遞送孔口

1002‧‧‧排氣通道

1003‧‧‧噴嘴總成

1004‧‧‧噴嘴孔口

1005‧‧‧焊接點

1011‧‧‧玻璃基板

1012‧‧‧發射層

1013‧‧‧陽極層、電洞注入層以及電洞輸送層

1014‧‧‧電子輸送層及電子注入層

1015‧‧‧陰極

1101‧‧‧中心部分

1102‧‧‧暗場

1103‧‧‧此兩個區之間的過渡區

1104‧‧‧印刷線部分之中心

1105‧‧‧發光邊界

1401‧‧‧沈積噴嘴總成

1402‧‧‧部分噴嘴總成

圖1展示一種有機發光裝置。

圖2展示不具有獨立電子輸送層之倒置式有機發光裝置。

圖3展示在習知OVJP或類似系統中之過度噴塗之示意性代表圖。

圖4展示根據所揭示之標的物之實施例的沈積結構之截面圖。

圖5展示根據所揭示之標的物之實施例的遞送氣體流之流線。

圖6展示根據所揭示之標的物之實施例的流場中之有機蒸氣濃度之曲線圖。

圖7A展示隨距離噴嘴中心線之平面內距離而變的薄膜線之厚度，其為根據用於沈積具有非統一黏著係數之材料之習知過度噴塗減少技術。

圖7B展示隨距離噴嘴中心線之平面內距離而變的薄膜線之厚度，其為根據所揭示之標的物之實施例。

圖8展示習知有機氣相噴射印刷(OVJP)系統。

圖9展示來自習知OVJP系統之截面厚度分佈。

圖10A展示自習知線性陣列之四個噴嘴流出之流線。

圖10B展示習知線性陣列之來自圖10A之流出流線的所得沈積分佈。

圖11展示根據所揭示之標的物之實施例的OVJP噴嘴陣列。

圖12展示根據所揭示之標的物之實施例的圍束氣體流之流線，其自其各別源進入、在印刷頭與噴嘴總成之間的區域中交叉且通過排氣通道離開。

圖13展示根據所揭示之標的物之實施例的分支遞送通道。

圖14A展示根據所揭示之標的物之實施例的三元件噴嘴總成之孔口配置。

圖14B展示根據所揭示之標的物之實施例在圖14A之噴嘴總成上之流動通道的截面視圖。

圖14C展示根據所揭示之標的物之實施例來自噴嘴總成之平衡流。

圖14D展示根據所揭示之標的物之實施例的四個噴嘴之三元件噴嘴陣列之模型化厚度分佈。

圖14E展示根據所揭示之標的物之實施例的部分噴嘴總成，其中一些部分噴嘴總成不具有遞送孔口。

圖15展示根據所揭示之標的物之實施例的二維陣列，其中沈積 孔口經對準以使得來自連續列中之孔口之沈積與來自第一列之沈積相加。

圖16展示根據所揭示之標的物之實施例的二維陣列，其具有對準沈積噴嘴與交錯沈積噴嘴兩者。

圖17展示根據所揭示之標的物之實施例的噴嘴總成，其包括圍束分佈通道。

圖18展示根據本發明之實施例自噴嘴總成至基板上之有機材料空間解析通量，其係藉由計算流體動力學模型預測。

圖19展示根據所揭示之標的物之實施例由矽(Si)晶圓蝕刻之噴嘴總成之內部通道的掃描電子顯微照片。

圖20A展示根據所揭示之標的物之實施例的Si晶粒之面向基板之邊緣的顯微照片，其包括噴嘴、排氣孔口以及其他特徵。

圖20B展示根據本發明之實施例製造的OLED結構之示意性圖解。

圖21A展示電致發光材料線之一個實例，其係藉由根據所揭示之標的物之實施例的技術印刷。

圖21B展示電致發光材料線之一個實例，其係藉由在本發明之前使用之習知技術印刷。

圖22展示根據所揭示之標的物之實施例的噴嘴總成之截面視圖。

圖23A展示根據所揭示之標的物之實施例的噴嘴陣列及基板之框圖，其中噴嘴陣列與基板之間的距離受控制器及致動器控制。

圖23B至23C展示根據所揭示之標的物之實施例的增加飛行高度亦可增加圍束氣體朝向排氣之流動，其可增加自沈積區之有機蒸氣移除之效率。

圖24展示根據所揭示之標的物之實施例的在矽晶粒上之噴嘴孔 口之仰視圖。

圖25展示根據所揭示之標的物之實施例的藉由UV(紫外線)顯微法獲得之光致發光，其展示經印刷特徵之開始及停止。

圖26展示根據所揭示之標的物之實施例的計算流體動力學(CFD)模型，該模型展示在排氣流、沈積流以及飛行高度產生相對於基板之近似抬升條件之條件下沿著X方向之流線。

圖27展示根據所揭示之標的物之實施例的模型化資料之Y平面視圖，其展示圍束氣體及載氣在抬升條件期間之流動，其中該視圖係沿著孔口狹縫之長度。

圖28展示根據所揭示之標的物之實施例的模型化三維(3D)曲線圖，其展示流線及抬升。

圖29展示根據所揭示之標的物之實施例的在各種製程條件下印刷之線之輪廓測定結果。

圖30展示根據所揭示之標的物之實施例的對於各種飛行高度及遞送氣體流速率之有機蒸氣沈積速率之曲線圖。

一般而言，OLED包含至少一個有機層，其安置在陽極與陰極之間且與陽極及陰極電連接。當施加電流時，陽極注入電洞且陰極注入電子至一或多個有機層中。所注入之電洞及電子各自朝帶相反電荷之電極遷移。當電子及電洞定位在同一分子上時，形成「激子」，其為具有激發能態之定域電子-電洞對。當激子藉由光發射機制弛豫時，發射光。在一些情況下，激子可定位在準分子或激發複合物上。非輻射機制(諸如熱弛豫)亦可能發生，但通常視為不合需要的。

最初之OLED使用自單態發光(「螢光」)之發射分子，如例如美國專利第4,769,292號中所揭示，該專利以全文引用的方式併入。螢光發射通常在小於10奈秒之時間範圍中發生。

最近，已論證具有自三重態發射光(「磷光」)之發射材料之OLED。Baldo等人之「Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices」,Nature，第395卷，第151至154頁，1998；(「Baldo-I」)及Baldo等人之「Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence」,Appl.Phys.Lett.，第75卷，第3期，4-6(1999)(「Baldo-II」)，其以全文引用的方式併入本文中。以引用的方式併入之美國專利第7,279,704號第5至6行中更詳細地描述磷光。

有機發光裝置及印刷噴嘴在下文中結合圖1至18論述。涉及本文中所揭示之印刷噴嘴結構之實驗結果係結合圖19至21B及圖25至30在「實驗(EXPERIMENTAL)」部分中論述。使用印刷噴嘴結構及控制沈積材料之開始及停止操作之實例係結合圖22至24論述。

圖1展示有機發光裝置100。圖不一定按比例繪製。裝置100可包括基板110、陽極115、電洞注入層120、電洞輸送層125、電子阻擋層130、發射層135、電洞阻擋層140、電子輸送層145、電子注入層150、保護層155、陰極160以及障壁層170。陰極160為具有第一導電層162及第二導電層164之複合陰極。裝置100可藉由依序沈積所描述之層來製造。此等各種層以及實例材料之性質及功能在US 7,279,704第6至10行中更詳細地描述，其以引用的方式併入。

可獲得此等層中之每一者之更多實例。舉例而言，可撓性且透明之基板-陽極組合在以全文引用的方式併入之美國專利第5,844,363號中揭示。經p摻雜之電洞輸送層之實例為以50：1之莫耳比摻雜有F₄-TCNQ之m-MTDATA，如以全文引用的方式併入之美國專利申請公開案第2003/0230980號中所揭示。發射材料及主體材料之實例在以全文引用的方式併入之頒予Thompson等人之美國專利第6,303,238號中揭示。經n摻雜之電子輸送層之實例為以1：1之莫耳比摻雜有Li之 BPhen，如以全文引用的方式併入之美國專利申請公開案第2003/0230980號中所揭示。以全文引用的方式併入之美國專利第5,703,436號及第5,707,745號揭示陰極之實例，其包括具有含上覆之透明、導電、濺鍍沈積之ITO層之金屬(諸如Mg：Ag)薄層的複合陰極。阻擋層之理論及用途在以全文引用的方式併入之美國專利第6,097,147號及美國專利申請公開案第2003/0230980號中更詳細地描述。注入層之實例在以全文引用的方式併入之美國專利申請公開案第2004/0174116號中提供。保護層之描述可在以全文引用的方式併入之美國專利申請公開案第2004/0174116號中找到。

圖2展示倒置式OLED 200。該裝置包括基板210、陰極215、發射層220、電洞輸送層225以及陽極230。裝置200可藉由依序沈積所描述之層來製造。因為最常見OLED配置具有安置在陽極上之陰極，且裝置200具有安置在陽極230下之陰極215，所以裝置200可稱為「倒置式」OLED。與關於裝置100所描述之材料類似之材料用於裝置200之對應層中。圖2提供可如何自裝置100之結構省略一些層之一個實例。

圖1及2中所說明之簡單分層結構作為非限制性實例提供，且應理解，可結合多種多樣之其他結構使用本發明之實施例。所描述之特定材料及結構本質上為例示性的，且可使用其他材料及結構。可基於設計、效能及成本因素，藉由以不同方式組合所描述之各種層來實現功能性OLED，或可完全省略各層。亦可包括未具體描述之其他層。可使用除具體描述之材料以外之材料。儘管本文所提供之實例中之多數將各種層描述為包含單一材料，但應理解，可使用材料之組合(諸如主體與摻雜劑之混合物)，或更一般而言，混合物。此外，該等層可具有各種子層。本文中給予各種層之名稱不意欲具有嚴格限制性。舉例而言，在裝置200中，電洞輸送層225輸送電洞且將電洞注入至發射層220中，且可描述為電洞輸送層或電洞注入層。在一個實施例 中，可將OLED描述為具有安置在陰極與陽極之間的「有機層」。此有機層可包含單個層，或可進一步包含如例如關於圖1及2所描述之不同有機材料之多個層。

亦可使用未具體描述之結構及材料，諸如包含聚合材料之OLED(PLED)，諸如以全文引用的方式併入之頒予Friend等人之美國專利第5,247,190號中所揭示。作為另一實例，可使用具有單個有機層之OLED。OLED可堆疊，例如如在以全文引用的方式併入之頒予Forrest等人之美國專利第5,707,745號中所描述。OLED結構可偏離圖1及2中所說明之簡單分層結構。舉例而言，基板可包括有角度之反射表面以改良出耦(out-coupling)，諸如如在頒予Forrest等人之美國專利第6,091,195號中所描述之台式結構，及/或如在頒予Bulovic等人之美國專利第5,834,893號中所描述之凹點結構，該等專利以全文引用的方式併入本文中。

除非另外規定，否則可藉由任何適合方法來沈積各種實施例之層中之任一者。對於有機層，較佳方法包括熱蒸發、噴墨(諸如在以全文引用的方式併入之美國專利第6,013,982號及第6,087,196號中所描述)、有機氣相沈積(OVPD)(諸如在以全文引用的方式併入之頒予Forrest等人之美國專利第6,337,102號中所描述)以及藉由有機氣相噴射印刷(OVJP)之沈積(諸如在以全文引用的方式併入之美國專利第7,431,968號中所描述)。其他適合沈積方法包括旋塗及其他基於溶液之處理。基於溶液之處理較佳在氮氣或惰性氣氛中進行。對於其他層，較佳方法包括熱蒸發。較佳之圖案化方法包括通過遮罩之沈積、冷焊(諸如在以全文引用的方式併入之美國專利第6,294,398號及第6,468,819號中所描述)及與諸如噴墨及OVJP之沈積方法中之一些方法相關聯的圖案化。亦可使用其他方法。可將待沈積之材料改性以使其與特定沈積方法兼容。舉例而言，可在小分子中使用分支鏈或非分支 鏈且較佳含有至少3個碳之諸如烷基及芳基之取代基來增強該等小分子經受溶液處理之能力。可使用具有20個或20個以上碳之取代基，且3個至20個碳為較佳範圍。具有不對稱結構之材料可比具有對稱結構之材料具有更好之溶液可處理性，因為不對稱材料可具有更低之再結晶傾向。可使用樹枝狀取代基來增強小分子經受溶液處理之能力。

根據本發明之實施例製造之裝置可進一步視情況包含障壁層。障壁層之一個目的為保護電極及有機層免於因有害地暴露於環境中之有害物質(包括水分、蒸氣及/或氣體等)而受損。障壁層可沈積在基板、電極上，沈積在基板、電極下或沈積在基板、電極旁，或沈積在裝置之任何其他部分(包括邊緣)上。障壁層可包含單個層或多個層。障壁層可藉由各種已知之化學氣相沈積技術形成，且可包括具有單一相之組合物以及具有多個相之組合物。任何適合材料或材料組合均可用於障壁層。障壁層可併入有無機化合物或有機化合物或兩者。較佳之障壁層包含聚合材料與非聚合材料之混合物，如在以全文引用的方式併入本文中之美國專利第7,968,146號、PCT專利申請案第PCT/US2007/023098號及第PCT/US2009/042829號中所描述。為視為「混合物」，構成障壁層之前述聚合材料及非聚合材料應在相同反應條件下及/或在同時沈積。聚合材料與非聚合材料之重量比可在95：5至5：95範圍內。聚合材料及非聚合材料可由同一前體材料產生。在一個實例中，聚合材料與非聚合材料之混合物基本上由聚合矽與無機矽組成。

根據本發明之實施例製造之裝置可併入至多種多樣之可併入至多種電子產品或中間組件中之電子組件模組(或單元)中。該等電子產品或中間組件之實例包括可為終端使用者產品製造商所利用之顯示螢幕、照明裝置(諸如離散光源裝置或照明面板)等。該等電子組件模組可視情況包括驅動電子裝置及/或電源。根據本發明之實施例製造之 裝置可併入至多種多樣之其中併入有電子組件模組(或單元)中之一或多者的消費型產品中。該等消費型產品應包括含一或多個光源及/或某種類型之視覺顯示器中之一或多者的任何種類之產品。該等消費型產品之一些實例包括平板顯示器、電腦監視器、醫療監視器、電視、告示牌、用於內部或外部照明及/或發信號之燈、抬頭顯示器、全透明或部分透明顯示器、可撓性顯示器、雷射印刷機、電話、行動電話、平板電腦、平板電話、個人數位助理(PDA)、膝上型電腦、數位相機、攝錄影機、取景器、微顯示器、3-D顯示器、運載工具、大面積牆壁、劇院或體育館螢幕或指示牌。可使用各種控制機制來控制根據本發明製造之裝置，包括被動型矩陣及主動型矩陣。裝置中之多數意欲在對人類而言舒適之溫度範圍中使用，諸如18℃至30℃，且更佳在室溫下(20℃至25℃)使用，但可在此溫度範圍外(例如-40℃至+80℃)使用。

本文所描述之材料及結構可應用於除OLED以外之裝置中。舉例而言，諸如有機太陽能電池及有機光電偵測器之其他光電裝置可使用該等材料及結構。更一般而言，諸如有機電晶體之有機裝置可使用該等材料及結構。

儘管本申請案所主張優先權且以引用的方式併入本文中之美國臨時專利申請案第62/016,709號可能利用與本申請案不同之術語，但在術語之含義方面不存在差異。舉例而言，沖洗氣體在本申請案中可稱為圍束氣體，載氣可稱為遞送氣體，抽空通道可稱為排氣通道，載氣噴嘴可稱為遞送孔口，吹掃氣體可稱為圍束氣體，噴嘴孔口可稱為噴嘴孔口或遞送通道，且真空通風口可稱為排氣通道，及其類似情況。

如本文所用，術語圍束流及/或圍束氣體係指可自沈積區外部進來且可藉由反作用於遞送氣流之基板內平面運動來減小有機蒸氣擴散 之氣體及氣流。圍束流及/或圍束氣體可將剩餘有機材料驅動至耦接至排氣通道之排氣孔口中。亦即，圍束流可包括圍束氣體，其通常具有比遞送氣體高之分子量。

圍束氣體可自腔室環境抽取或通過特定噴嘴(例如耦接至圍束通道之圍束孔口)引入。當圍束氣體來自腔室時，圍束通道可為在處於飛行高度之噴嘴陣列下方之間隙，其可為在噴嘴與基板之間的間隙。

遞送孔口可為遞送通道與接近基板之印刷頭之邊緣的交叉點。其可再分為較小孔口。

遞送流及/或遞送氣體可能挾帶來自源烘箱之有機蒸氣且攜帶其經過遞送通道達至在基板上之接近印刷頭尖端之沈積區。遞送流可為來自多個源烘箱之流之混合物。遞送氣體可為氦氣及/或任何其他適合氣體。遞送氣體可為一或多種氣體，且可為氣體混合物。遞送氣體之一或多種氣體及/或氣體混合物可來自一或多個源。

遞送通道可將來自一或多個源之有機蒸氣導向基板。遞送通道可通常沿著基板法線定向，但其亦可成角度。遞送通道與印刷頭邊緣之交叉點可界定遞送孔口。

排氣孔口及/或排氣通道可包圍遞送通道。其可與遞送通道平行定向或相對於其成角度定向。典型地，排氣經配置以自沈積區移除遞送氣體。當存在圍束氣體時，建立於圍束流源與排氣通道之間的圍束流自沈積區移除剩餘有機蒸氣。圍束氣體可為一或多種氣體，且可為氣體混合物。圍束氣體之一或多種氣體及/或氣體混合物可來自一或多個源。排氣通道與印刷頭邊緣之交叉點界定排氣孔口。

噴嘴可為噴嘴總成之單一、顯微製造單元，其包括遞送孔口及排氣孔口以及圍束孔口(當存在時)。

噴嘴塊(nozzle block)可為具有一或多個噴嘴之一片式顯微製造總成。噴嘴塊可藉由經加熱夾具保持在基板上。

印刷頭可包括噴嘴塊及加熱固持器(其含有將噴嘴塊與一或多個源(諸如源烘箱)連接所必需之流體連接)、至腔室外部之排氣管線以及圍束氣體源。

如先前所描述，各種技術可用於製造OLED及其他類似裝置，包括有機氣相噴射印刷(OVJP)。在OVJP中，有機薄膜特徵之圖案化陣列可在不使用液態溶劑或遮蔽遮罩之情況下沈積。惰性遞送氣體將有機蒸氣自蒸發源輸送至噴嘴陣列。噴嘴陣列產生衝擊在基板上之氣體-蒸氣混合物之射流。有機蒸氣在明確界定之點中冷凝在基板上。特徵可藉由相對於印刷頭移動基板來抽取。主體與摻雜劑之共沈積(就磷光OLED而言可為合乎需要的)可藉由混合來自噴嘴上游之不同源之蒸氣來實現。已證實顯微製造噴嘴陣列實現與顯示器應用所需之印刷解析度相當之印刷解析度。

有機材料之沈積超出印刷特徵之預期邊界或過度噴塗為OVJP之常見問題。與基板接觸之有機蒸氣分子可不可逆地吸附至該基板上或自其反射開。吸附材料冷凝以變成印刷特徵之一部分。不冷凝之材料散射回至周圍氣體環境中。黏著係數α定義為有機蒸氣分子每次與基板相遇冷凝之概率。0.8至0.9之黏著係數在OLED材料中為典型的。

有機蒸氣分子可自基板反射開而非吸附至其上。此可能導致超出預期邊界之沈積，且蒸氣具有污染相鄰特徵之可能性。多種輸送機制可將稀釋有機蒸氣帶離噴嘴。當氣流受分子間相互作用支配時，即努森數(Knudsen number)Kn低於1(Kn=λ/l，其中λ為遞送氣體場中之平均自由行程且l為噴嘴總成之特性長度)，自噴嘴流出之有機蒸氣羽流由對流與擴散兩者加寬。當Kn大於1時，印刷特徵由蒸氣分子橫向於基板法線之彈道式運動加寬。在任一情況下，若有機分子不在與基板接觸之後吸附，則特徵加寬可能加劇。

可藉由在極低之背景壓力(例如低於10^-4托)下操作OVJP處理來使 對流及擴散性加寬最小化。然而，過度噴塗可能由於如圖3中展示之非統一α而持續存在。精細特徵可用OVJP印刷，其例如藉由將加熱噴嘴陣列301置放接近於基板302。未能吸附在基板302上之有機分子可反射回至噴嘴陣列301之下側上且散射出所需印刷區域303以外。可最初吸附至基板302上之有機分子(例如分子304)停留在所需印刷區域303內，而不吸附之分子(例如分子305)可能散射得更遠。可加熱噴嘴陣列301之噴嘴以使得有機分子(例如分子305)不黏著至其下側，且替代地可重導向至基板302上，其中其可能降落在所需沈積區域(例如所需印刷區域303)之外。因此，需要不吸附至基板上之材料快速移除以最小化及/或防止特徵加寬，如本文中另外詳細描述。

圖4展示根據所揭示之標的物之一個實施例的沈積結構(例如噴嘴總成400)之截面圖。遞送通道401可鄰近於一或多個排氣通道402或由其包圍。運輸待沈積在基板302上之材料之遞送氣體可自遞送通道401之孔口朝向基板302噴出。不吸附至基板上之有機分子(例如分子305)可通過排氣通道402移除。圍束氣體403可在與自噴嘴之遞送通道之孔口噴出的材料流相反之方向上提供。圍束氣體403可由源(諸如噴嘴、環境源或其類似物)自低於噴嘴(即在噴嘴之孔口與基板302之間)且鄰近於噴嘴及/或排氣通道402之位置提供。在一些配置中，圍束氣體可藉由與噴嘴塊整合在一起或整體地為噴嘴塊之一部分之噴嘴提供。此類噴嘴甚至可在圍束氣流由周圍環境提供之情況下使用。舉例而言，噴嘴塊可包括一或多個蝕刻至噴嘴塊底部中之通道，藉由該或該等通道可導向圍束氣體403。一或多個外部噴嘴(即不與噴嘴塊整合)可用於將圍束氣體導向至沈積區域中。提供至噴嘴總成400與基板302之間的區域中之圍束氣體可冷卻以使得其具有低於進行沈積之腔室之環境溫度的平均溫度。其亦可在環境溫度下，或在高於環境之溫度下提供。

圍束氣體可自沈積區外部朝內流動且將剩餘材料導引至排氣通道402中。若大部分圍束氣流主要在與大部分材料自噴嘴流噴出之方向反平行之方向上，則圍束氣流可抵抗自噴嘴噴出之材料流。在沈積區中之出自噴嘴(例如遞送通道401)之流可主要由噴嘴塊與基板302之間的間隙，而非由噴嘴自身之幾何形狀界定。因此可認為無論噴嘴之定向如何，在基板302之平面中之圍束氣流抵抗噴嘴流(例如來自遞送通道401之孔口之流)。舉例而言，若噴嘴(例如遞送通道401之孔口)經定向以在垂直於基板302之平面之方向上噴出材料，則自該噴嘴噴出之材料由基板302重導向以使得其在基板302之平面中行進。噴出材料隨後在噴嘴(例如遞送通道401之孔口)之更下游處重導向出基板302之平面，在該更下游處該噴出材料與在相反方向上移動之圍束氣流交叉。圍束氣流可源自腔室環境或源自連接至外部氣體源之專用噴嘴。

排氣通道402可連接至真空源，即低於噴嘴(例如遞送通道401之孔口)與基板302之間的區域之壓力之壓力源。真空源可在沈積結構(例如噴嘴總成400)外部。舉例而言，噴嘴塊或其他沈積機制可包括經配置以連接排氣通道402與外部真空源之連接器。排氣通道402可相對於遞送通道401成角度以允許在噴嘴塊內之排氣通道402與遞送通道401之間存在充足材料。此配置可在噴嘴塊中於通道(例如遞送通道401及排氣通道402)之間提供充足材料以使得噴嘴塊結構堅固。在噴嘴塊內之排氣通道402可相對於遞送通道401成角度。此配置可改良在基板上之沈積材料之均一性。與具有垂直於基板之流動軸線之「直」排氣通道通路相比，成角度之通路可最小化及/或防止銳角形成從而圍束氣體、遞送氣體及/或未沈積之材料將必須流動，如在本文中所揭示之實例及模擬中更詳細地展示。

排氣通道402可包圍噴嘴塊(例如噴嘴總成400)內之噴嘴通路(例如遞送通道401)。舉例而言，排氣通道402可在噴嘴塊(例如噴嘴總成 400)內具有足夠寬度以使得在遞送通道401與排氣通道402之間的最小距離在相對於噴嘴之至少兩個方向上相同。在一些配置中，噴嘴孔口可由噴嘴塊之平面邊緣及在噴嘴塊內之通道來界定。亦即，如本文中所揭示之噴嘴可不需要延伸超出噴嘴塊之下表面之額外錐形及/或其他延長物理部分。

噴嘴孔口(例如遞送通道401)可由遞送通道隔板404分支或以其他方式分隔以包括多個孔口(例如多個遞送通道401，如圖4中展示)。由遞送通道隔板404分隔之遞送通道401可改良至沈積區內之基板302上之有機材料通量的均一性。舉例而言，在不分支之情況下(例如在遞送通道隔板404不存在之情況下)，可能產生凸起或圓形之沈積分佈。相反，當噴嘴分支(例如遞送通道401由遞送通道隔板404分隔)時，在噴嘴中心之阻擋件可防止材料在沈積區域中間沈積，從而產生更扁平之「平台(plateau)」型沈積分佈。更一般而言，如本文中所揭示之噴嘴可包括多個孔口。

如本文中所揭示之噴嘴可垂直定向，即經安置以使得遞送通道之軸線垂直於由噴嘴噴出之材料待沈積在上面之基板。或者或另外，一或多個噴嘴可以相對於基板之角度安置，諸如在0°與90°之間的角度。

如本文中所揭示之噴嘴塊可包括多個遞送孔口及/或多個排氣通道，其可以任何適合佈置安置在噴嘴塊內。舉例而言，多個遞送孔口可安置在噴嘴塊內，其中排氣通道安置在相鄰噴嘴之間。當在單個噴嘴塊內使用多個噴嘴時，該等噴嘴可以任何適合佈置安置，諸如線性、交錯或分層佈置。各噴嘴佈置可用於執行不同之有序或同步沈積。舉例而言，在線性佈置中，各噴嘴可在按順序移動經過線性佈置中之各噴嘴之單個基板上沈積不同層。

在所揭示之標的物之一些實施例中，可將噴嘴塊或噴嘴塊之一 部分加熱至高於由噴嘴噴出之遞送氣體中之最不揮發性有機材料的蒸發點之溫度。此可進一步最小化及/或防止材料在沈積設備之各種部分上冷凝。

如本文中所揭示之沈積系統亦可包括基板固持器或其他經配置以將基板302安置在噴嘴(例如遞送通道401)下方之佈置。在一些配置中，基板固持器可相對於噴嘴安置以使得置放在基板固持器上之基板302安置於低於噴嘴孔口約10μm至1000μm處。

在所揭示之標的物之一些實施例中，冷卻板(例如熱電冷卻器)或其他低溫裝置或區域可鄰近於噴嘴塊(例如噴嘴總成400)之噴嘴表面(例如具有遞送通道401之孔口之表面)安置。舉例而言，冷卻板可鄰近於噴嘴塊面對基板302之下表面鄰近於一或多個噴嘴安置。冷卻板亦可鄰近於噴嘴塊安置，但可不與噴嘴塊物理接觸。

在所揭示之標的物之一些實施例中，本文中所揭示之沈積系統及技術可在沈積腔室內進行。腔室可用一或多種氣體填充，該或該等氣體可用於提供如先前所揭示之圍束氣流。在一些實施例中，沈積腔室可用一或多種氣體填充以使得腔室中之周圍環境具有不同於圍束氣體及/或遞送氣體或如本文中揭示所使用之氣體之組成的組成。如上文詳細論述，圍束氣體及/或遞送氣體可為一或多種氣體，其可來自一或多個源。沈積腔室可維持在任何適合壓力下，包括10托、100托、760托或其類似壓力。

如本文中所揭示之沈積系統可用以沈積如先前所揭示之OLED或類似裝置之各種組件。或者或另外，其可在基板上經光柵化以便在基板上沈積均一材料膜。舉例而言，沈積系統可包括對準系統，其基於基板上之基準標記之存在及位置而光柵化一或多個噴嘴。

圖5展示根據所揭示之標的物之實施例的遞送氣體流之流線。遞送流501沿著連接遞送通道401之孔口與排氣通道402之流線。圍束氣 流502沿著連接氣體入口403與排氣通道402之流線。

圍束氣流502通常抵對遞送流501。各流交叉503且轉向排氣通道402。此繼而形成障壁(其可稱為「氣簾」)以沿著基板(例如圖4之基板302)之平面擴散有機材料。不在區域504中之噴嘴下之基板上冷凝的有機蒸氣可保持挾帶在進入排氣(例如圖4之排氣通道402)之遞送氣體流505內。材料隨後在此流穿過排氣(例如圖4中展示之排氣通道402)時自沈積區域移除。

圖6展示流場中之有機蒸氣濃度之曲線圖。如圖所示，含有高濃度有機蒸氣之羽流601可自遞送孔口流出。此羽流中之材料跨越濃度梯度602向基板擴散性輸送。蒸氣之剩餘部分與離開排氣通孔603之羽流部分一起自基板輸送。穿過流線擴散至圍束氣流中之有機蒸氣可隨著圍束氣體離開而通過排氣通道移除。來自圍束氣流之對流將有機蒸氣驅使向上且離開基板。因此，有機蒸氣向基板由圍束氣流覆蓋之區域上之輸送可忽略。

皮克列數(Peclet number)Pe可用以描述在該種流中之對流與擴散性輸送之比率：Pe=lu/D，其中l為特性長度，u為特性速度，且D為在氣體環境中之有機蒸氣之擴散率。在關於圖3至6所描述之佈置中，Pe在噴嘴下方為1至10數量級，且在圍束氣流中為10至100數量級。因此，對流輸送在圍束氣流中起支配作用，其准許通過排氣通道有效移除有機蒸氣。

此對流輸送技術之有效性，尤其在沈積黏著係數低於1之有機組分時，在圖7A及7B中展示。如圖7A中展示，當α=1時，可實現極清晰界定之特徵701。在α=0.5(702)及α=0.1(703)之情況下，存在顯著加寬且預期特徵由較寬之過度噴塗尾包圍，如圖7A中展示。如圖7B中展示，如本文中所揭示之氣簾技術在α=1(704)之情況下可導致 與普通噴嘴相比更寬之特徵分佈，但該沈積分佈就α=0.5(705)及α=0.1(706)而言可保持幾乎不變。亦即，氣簾之過度噴塗減輕能力可幾乎與黏著係數無關，從而使其適用於沈積更寬範圍之OLED材料。

所揭示之標的物之實施例的沈積系統可使用任何適合技術製造。舉例而言，噴嘴塊之特徵可使用光刻法、反應性離子蝕刻或其類似方式蝕刻至矽晶圓中。結構亦可藉由將通道蝕刻至多個晶圓中，隨後例如使用晶圓黏合及/或光學對準技術將該等晶圓黏合在一起以形成所需之三維結構來製造。適合晶圓黏合技術可包括例如陽極、金共晶焊料、Si熔接及其類似技術。作為另一實例，可諸如藉由隱形切割將個別晶粒單一化來形成晶圓結構，從而允許噴嘴尖端、排氣通道以及在噴嘴塊上之其他端口由晶粒邊緣界定。

用以製造OLED顯示器之有機材料典型地藉由真空熱蒸發(VTE)通過遮蔽遮罩沈積。遮蔽遮罩可由薄金屬板製造，該等薄金屬板在框架上拉伸且隨後與基板上之圖案對準。遮蔽遮罩中之穿孔可界定基板將沈積覆蓋之區域。對於大面積顯示器，由於遮罩加熱及下垂，遮蔽遮罩典型地難以使用，其可能不利地影響產率。

有機氣相噴射印刷(OVJP)為能夠在不使用遮蔽遮罩之情況下在大面積上印刷窄、像素寬度線之氣相沈積技術。挾帶在惰性遞送氣體中之有機蒸氣可自噴嘴噴出且衝擊在蒸氣在上面冷凝之基板上，從而產生沈積膜。噴嘴之設計可決定沈積物之大小及形狀。

圖8展示第一代OVJP系統，其使用形成於金屬或玻璃中之具有限制於約0.3mm(以直徑計)之大小的圓形噴嘴，其能夠沈積寬度為若干毫米之線。與該噴嘴相關之截面厚度分佈在圖9中展示。為使用單個OVJP噴嘴沈積線以便諸如製造大面積顯示器或形成二維圖案，噴嘴典型地在基板上方經光柵化，或基板在固定噴嘴下光柵化。作為一個特定實例，高清4K HD顯示器典型地具有3840列垂直像素。用單個噴 嘴一次一列來印刷該種顯示器可為極耗時的。完成各顯示步驟所需之時間(節拍時間(TAKT time))可為2至5分鐘數量級。為滿足節拍時間要求，將需要噴嘴陣列。

已分析使用個別或獨立OVJP噴嘴之沈積，但該分析典型地忽略氣流及藉由相鄰噴嘴產生之沈積圖案之影響。來自獨立噴嘴之沈積圖案可展現如圖9中展示之高斯(Gaussian)厚度分佈。圖案之寬度可隨噴嘴直徑、噴嘴與基板之間的距離、沈積腔室壓力以及遞送氣體及有機蒸氣流而變。用於此類型之簡單噴嘴，沈積分佈寬度典型地比噴嘴直徑寬得多。已自單個噴嘴或自噴嘴陣列獲得實驗結果，其中噴嘴以2mm或2mm以上分隔以消除鄰近效應。當噴嘴置放得緊密接近時(例如以數百微米之範圍)，流自一個噴嘴之氣體可改變相鄰噴嘴之沈積圖案。為實現所需節拍時間以產生大面積顯示器，必須使用許多噴嘴。為實現所需像素尺寸，噴嘴必須緊密置放在一起，其中鄰近效應將支配沈積概況。

可在遞送氣體中將有機材料自昇華源攜帶至噴嘴，該遞送氣體不在基板表面上冷凝。在真空腔室中之二維噴嘴陣列中，在陣列中心之噴嘴可能經歷與在邊緣處之噴嘴相比較高之背景壓力，此係由於在基板與噴嘴陣列之間的小間隙之導電性限制。對於較大陣列(例如具有約五個或五個以上噴嘴之陣列)及比噴嘴塊之厚度小得多之基板至噴嘴陣列間隙，在陣列中心處之壓力變化可為實質性的。當以受限制之壓力及流量範圍操作時，OVJP噴嘴典型地產生最窄之線寬。將壓力增加至噴嘴流動之程度可改變線寬且減小沈積速率。亦即，對於所揭示之標的物之實施例的噴嘴設計，壓力範圍可為100托至200托，但噴嘴可經配置以在10托至760托下工作。OVJP噴嘴可經配置以在廣泛範圍之沈積壓力下操作，但鄰近效應可限制陣列之大小及噴嘴之間的間距以用於操作壓力。

圖10A至10B顯示四個30微米寬簡單噴嘴(其間隔開500微米)之習知線性陣列之計算流體動力學(CFD)模型化沈積(厚度)分佈。此模擬之遞送氣體壓力為15,000Pa且腔室壓力為10,000Pa。圖10A展示自四個噴嘴流出之流線。在第二噴嘴與第三噴嘴之間不存在流動。來自第二及第三噴嘴之流可經噴嘴總成邊緣處之低壓區域分別驅向第一及第四噴嘴。圖10B展示所得沈積分佈。兩個內部噴嘴展現與外部噴嘴相比更低之沈積速率，且由於指向噴嘴總成外邊緣之噴嘴之間的氣流，所有沈積分佈均極寬。

為減小及/或消除不合需要之沈積，必須減少及/或消除在噴嘴之間的加寬氣流。所揭示之標的物之實施例提供一種噴嘴，其減少及/或消除最近鄰近效應且實現密集封裝之OVJP噴嘴陣列，如圖11中展示。藉由在各噴嘴總成中包括平衡之氣體供應與排氣，噴嘴之間的壓力及氣流之淨變化消除。各噴嘴總成包括三個流動元件：用於遞送氣體及有機材料之遞送通道、排氣通道以及圍束氣體通道(例如三元件噴嘴)。遞送氣體與沖洗氣體之組合流藉由由排氣通道抽空當量流量來平衡。用於遞送氣體、圍束氣體以及排氣流通道中之每一者之孔口經佈置以圍束由衝擊在基板上之有機材料產生之沈積物且移除不吸附至基板上之剩餘有機材料。圖11展示一種具有成角度排氣通道之流動通道配置。其他流動通道配置亦為可能的。

圖12展示遞送511及512圍束氣流之模型化流線，該等流自其各別源進入、在印刷頭與噴嘴總成之間的區域513中交叉且通過排氣通道514離開。遞送氣體之擴散可能受圍束氣體之相反流動限制。

如圖11中展示，各噴嘴均可在遞送通道處於噴嘴總成中心之情況下構建。排氣通道可定位在鄰近於遞送孔口側處。兩個圍束通道可安置在鄰近於排氣通道且距離中心噴嘴較遠處。

通道可形成具有五個流動通道(例如一個遞送通道、兩個排氣通 道以及兩個圍束氣體通道)之由非流動區域分隔之分層結構。自邊緣觀察，通道形成五個孔口。孔口可包括連通地耦接至圍束氣體通道、排氣通道以及遞送通道之孔口。圖13展示分支遞送通道，其呈現為一對窄孔口。在圖13之襯仰視圖中，各孔口均顯示為形狀大體上為矩形，其中短軸線垂直於在基板上方之行進方向。如圖13中展示，遞送孔口具有與排氣及圍束孔口相比更短之長度(噴嘴之長軸)。孔口之間距及形狀以及各通道中之氣流可經配置以便產生所需之印刷線寬，其具有有限之過度噴塗或不具有過度噴塗。可設定製程條件以使得來自各噴嘴總成之淨流量為零，進入噴嘴總成之流量等於自噴嘴總成流出之流量，且在相鄰噴嘴之間不存在淨壓力變化。

圖14A至14D展示簡單噴嘴之線性陣列及對沈積圖案之最近鄰近效應之計算流體動力學(CFD)分析的示意圖。圖14A展示三元件噴嘴總成(例如遞送通道、排氣通道以及圍束氣體通道)之孔口配置，且圖14B為展示噴嘴總成上之流動通道之截面圖。圖14C(即「平衡流」)展示用於模型化四個噴嘴之三元件噴嘴陣列(即該四噴嘴陣列之各噴嘴均具有三個元件)之噴嘴配置，其中使用噴嘴陣列獲得之模型化厚度分佈在圖14D中展示。圖14A至14D之製程條件在表1中列出。所揭示之標的物之另一實施例在圖14E中展示，其中一或多個排氣通道或圍束通道位於噴嘴總成線性陣列之各側上之外部位置上。此等部分噴嘴總成1402不具有遞送孔口。排氣及/或圍束通道可單獨、成對或多個存在於此等部分噴嘴總成中。排氣及/或圍束通道可減小對於更靠近陣列中心之沈積噴嘴總成1401的流場之邊緣效應。

圖10B及14D展示來自簡單噴嘴之四噴嘴陣列(圖10B)及三元件噴嘴之四噴嘴陣列(圖14D)之模型化結果的比較。單噴嘴流線之比較展示，由相鄰噴嘴產生之流沿氣流方向朝向噴嘴陣列之周界使沈積圖案移位。該移位具有兩個影響：(1)移動沈積物之中心，及(2)加寬沈積。三元件沈積分佈展示寬度為150μm之明確界定之峰形狀(圖14D)。簡單噴嘴分佈(圖10B)展示具有寬沈積之不規則成形之峰。來自兩個內部噴嘴之沈積與來自外部噴嘴之分佈合併。顯示器中之像素可每隔一定間隔經間隔，且用於彼像素之有機材料必須經沈積以使得沒有來自各別像素之材料衝擊在相鄰像素上。當來自噴嘴之通量由於相鄰噴嘴而移位時，沈積分佈之尾部可能移動至相鄰像素中。若材料確實沈積在相鄰像素上，則色彩、功效以及使用壽命可能受不利影響。在各像素內，沈積之有機材料必須具有均一厚度及合成物分佈。若來自噴嘴之通量改變，則厚度分佈將變得較不均一，且自各像素發射之光之質量將不等同。

除噴嘴上之線性陣列之外，亦可製得二維陣列，如圖15及16中所展示。圖15展示二維陣列，其中沈積孔口經對準以使得來自連續列中之孔口之沈積將與來自第一列之沈積相加。圖16展示具有對準沈積噴嘴與交錯沈積噴嘴兩者之二維陣列。如在圖15中，此配置由於交錯噴嘴而可以圖15中之陣列間距之一半印刷線，且將藉由具有兩個對準 噴嘴而印刷重影(double print)各線。

鑒於上文，所揭示之標的物之實施例可包括一種裝置，其具有噴嘴；與噴嘴成流體連通之待沈積在基板上之材料源；與待用噴嘴沈積之材料源成流體連通之遞送氣體源；鄰近於噴嘴安置之排氣通道；以及與噴嘴及排氣通道成流體連通且鄰近於排氣通道安置之圍束氣體源。

如本文中所揭示之沈積裝置或系統可包括經配置以與外部真空源連接之連接器。當與外部真空源連接時，該連接器將耦接至排氣通道之排氣孔口置放成與外部真空源成流體連通。

裝置之排氣通道可遠離遞送氣體孔口成角度，其中遞送氣體孔口與遞送氣體源成流體連通。

來自圍束氣體源之圍束氣體可在低於遞送氣體溫度之溫度下提供。圍束氣體可由圍束氣體源在與遞送氣體相同之溫度下通過噴嘴之額外孔口提供。或者，來自圍束氣體源之圍束氣體可在大於遞送氣體溫度之溫度下提供。

裝置之噴嘴可包括複數個孔口。噴嘴可包括安置在遞送通道開口內之遞送通道隔板，其中該遞送通道隔板將該遞送開口分成兩個或兩個以上不同孔口，且其中遞送通道開口與遞送氣體源成流體連通。

裝置可包括具有遞送孔口及排氣孔口之噴嘴塊，其中遞送孔口與遞送氣體源成流體連通且排氣孔口與排氣通道成流體連通。一或多個排氣孔口可至少部分地包圍在噴嘴塊內之遞送孔口。遞送孔口可由噴嘴塊之邊緣及噴嘴塊中之通道界定。排氣孔口可至少部分地包圍在噴嘴塊中之通道。

噴嘴塊可包括一或多個與圍束氣體源成流體連通之圍束氣體孔口。噴嘴塊可包括鄰近於噴嘴安置之冷卻板。噴嘴塊可包括複數個噴嘴。在一些實施例中，複數個噴嘴可以線性佈置安置在噴嘴塊內。或 者，複數個噴嘴可以交錯佈置安置在噴嘴塊內。

來自圍束氣體源之圍束氣體可具有至少與來自遞送氣體源之遞送氣體相同之平均莫耳質量。或者，來自圍束氣體源之圍束氣體具有與來自遞送氣體源之遞送氣體相比更高之平均莫耳質量。圍束氣體源可與在裝置外部之外部圍束氣體源成流體連通。如上文所論述，圍束氣體可為純氣體(即單一氣體)或兩種或兩種以上氣體之混合物。

裝置可包括安置在噴嘴下方之基板固持器，例如如圖11中展示。基板固持器准許加載及卸載基板且在印刷期間相對於噴嘴總成移動基板。基板固持器可安置成距噴嘴足夠遠以將基板安置成距噴嘴10μm至1000μm。基板固持器可受溫度控制以移除在印刷期間轉移至基板之熱且將基板維持在對於印刷有機材料最優之溫度下。溫度控制可用基板固持器內部之冷卻迴路實現，該冷卻迴路准許熱交換流體在基板固持器與散熱片之間的閉合電路中流動。溫度控制亦可用熱電裝置及/或用氦氣背側冷卻來實現。

所揭示之標的物之實施例亦可提供一種方法，其包括自噴嘴噴出遞送氣體及待沈積在基板上之材料、提供具有與自噴嘴噴出之遞送氣體之流向相反流向的圍束氣體；以及提供鄰近於噴嘴之遞送氣體孔口之真空源。

方法可包括在噴嘴下方提供溫度低於環境溫度之圍束氣體。

方法可包括在與遞送氣體相同之溫度下通過噴嘴之額外孔口提供圍束氣體。或者，方法可提供溫度大於遞送氣體溫度之圍束氣體。圍束氣體可由環境腔室提供。

圍束氣體可由一或多個與在安置噴嘴之處理腔室外部之圍束氣體源成流體連通的噴嘴提供。圍束氣體可通過一對噴嘴孔口提供。方法可包括冷卻圍束氣體。

方法可包括在鄰近於噴嘴安置之基板上方光柵化噴嘴以在基板 上方形成連續膜。

方法可包括提供複數種遞送氣體及複數種待經由噴嘴沈積在基板上之材料，其中噴嘴具有一或多個孔口。

所揭示之標的物之實施例可提供一種具有複數個噴嘴之噴嘴總成，其中各噴嘴包含至少三種單獨類型之流動通道，包括用以提供包括有機材料之遞送氣體之遞送通道；鄰近於遞送通道佈置之用以自安置在噴嘴總成與基板之間的區域抽出氣體之排氣通道；以及鄰近於排氣通道佈置之用以供應圍束氣流之圍束氣體通道。

噴嘴陣列之噴嘴可經佈置以形成線性陣列。或者，噴嘴總成之噴嘴可經佈置以形成二維陣列。

來自遞送通道與圍束氣體通道之氣流總和可等於來自排氣通道之氣流。來自排氣通道之氣流可大於來自噴嘴總成之遞送通道與圍束氣體通道之氣流總和。或者，來自排氣通道之氣流可低於來自噴嘴總成之遞送通道與圍束氣體通道之氣流總和。

噴嘴總成可包括噴嘴塊，其具有複數個以線性或二維(2D)陣列佈置之噴嘴及安置在噴嘴塊之底部表面上之氣體通道。

如圖17中展示，噴嘴總成之噴嘴塊可包括圍束分佈通道，其為來自處理腔室環境之圍束氣體流提供低阻抗路徑或向各噴嘴總成之圍束通道提供獨立之氣體供應。在此情況下，圍束分佈通道可為在噴嘴總成與鄰近於遞送及排氣孔口下方之沈積區之基板之間的區域。圍束分佈通道可將腔室環境置放成與各噴嘴總成成流體連通。圍束分佈通道可整合在噴嘴塊內或其可為鄰近於基板之噴嘴塊表面中之凹部。形成於晶粒表面與基板之間的加寬氣流路徑形成圍束分佈通道。在所揭示之標的物之一個實施例中，圍束分佈通道可由噴嘴塊之與基板鄰近之邊緣中的凹部形成，該等凹部在與噴嘴塊平面平行之平面上具有恆定橫截面。圍束分佈通道可經佈置以使得有一個圍束分佈通道鄰近於 各噴嘴之各側。

遞送氣體可具有與圍束氣體相比更低之分子量。在一些實施例中，遞送氣體及圍束氣體可為相同氣體。遞送氣體之分子量可大於圍束氣體之分子量。

在所揭示之標的物之一些實施例中，來自噴嘴總成之各噴嘴之沈積圖案可彼此相同。

所揭示之標的物之實施例可提供形成具有複數個噴嘴之噴嘴總成，其中各噴嘴包含至少三種單獨類型之流動通道，包括形成用以提供包括有機材料之遞送氣體之第一通道；形成鄰近於第一通道佈置之用以自安置在噴嘴總成與基板之間的區域抽出氣體之複數第二通道；以及形成鄰近於複數個第二通道佈置之用以供應圍束氣流之複數個圍束氣體通道。

所揭示之標的物之實施例亦可提供一種沈積系統，其具有含複數個噴嘴之噴嘴總成，其中各噴嘴包含至少三種單獨類型之流動通道，包括用以提供包括有機材料之遞送氣體之第一通道；鄰近於第一通道佈置之用以自安置在噴嘴總成與基板之間的區域抽出氣體之複數個第二通道；以及鄰近於複數個第二通道佈置之用以供應圍束氣流之一對圍束氣體通道。

所揭示之標的物之實施例可進一步提供一種使用噴嘴總成沈積有機材料而製造之顯示器，該噴嘴總成具有複數個噴嘴，其中各噴嘴包含複數種單獨類型之流動通道，包括用以提供包括有機材料之遞送氣體之第一通道；鄰近於第一通道佈置之用以自安置在噴嘴總成與基板之間的區域抽出氣體之複數個第二通道；以及鄰近於複數個第二通道佈置之用以供應圍束氣流之複數個圍束氣體通道。

上文結合圖1至21所論述之OVJP沈積噴嘴可用於例如顯示裝置之沈積印刷。沈積印刷可為在平面表面(諸如平面基板)上，及/或可為在 非平面表面(諸如彎曲基板及/或用於卷至卷沈積方法之可撓性基板)上。典型地，習知OVJP印刷頭設計依賴於停止載氣流來停止印刷。由於在印刷頭與昇華源閥門之間的在載氣流停止之後仍可離開系統之較大體積載氣，此典型地為無效的。在習知OVJP印刷頭中，印刷噴嘴充當限流器，且截留在停滯氣體管線中之氣體及有機蒸氣體積緩慢流動穿過噴嘴直至載氣體積耗盡，其可能導致材料不合需要地沈積在基板上。其他停止印刷之習知技術依賴於將源排放成真空(其快速抽空氣體管線)或關閉源載氣。通常，此等技術之兩者均不能以良好之控制逆轉以迅速地開始印刷(參見例如，Digital-Mode Organic Vapor Jet Printing(D-OVJP)：Advanced Jet-on-Demand Control of Organic Thin film deposition,Yun等人，Adv.Mater.2012)。相反，所揭示之標的物之實施例提供一種印刷頭，其藉由調節一或多個製程參數而具有快速開始及停止能力。在一些實施例中，致動器可調節噴嘴之飛行高度以便迅速地停止及開始印刷。

如本文中所揭示之OVJP沈積噴嘴能夠生產相對較小之特徵(例如較小線寬)，其係在超出預期印刷區之有機材料之最小化過度噴塗沈積的情況下實現。過度噴塗通常係指可能圍繞基板之有意印刷區域的不合需要之印刷材料之薄塗層。舉例而言，延伸超出特徵之在5%峰高度處之全寬(full-width at 5% peak height，FW5M))的10%之沈積可視為過度噴塗。過度噴塗之存在可使得材料印刷在不希望之區域中從而產生不合需要之後果。

噴嘴可使用預先確定之低質量載氣、鄰近於沈積通道之抽空通道與額外氣體源之組合來將沈積圍束至沈積及排氣通道下方之窄區域上。

在所揭示之標的物之一個例示性實施例中，系統可包括如先前所描述之噴嘴、與噴嘴成流體連通之待沈積在基板上之材料源、與待 用噴嘴沈積之材料源成流體連通之遞送氣體源、鄰近於噴嘴安置之排氣通道、與噴嘴及排氣通道成流體連通且鄰近於排氣通道安置之圍束氣體源以及用以調節噴嘴之沈積噴嘴孔口與沈積靶之間的飛行高度分隔之致動器。飛行高度分隔之調節可停止來自噴嘴之材料之沈積。亦即，飛行高度之調節可防止遞送氣體流衝擊在基板上。用於停止有機材料沈積之必需但不充分之條件為，穿過排氣孔口之流等於或超出穿過在給定飛行高度下之噴嘴總成之遞送孔口的流。該種系統可例如在圖22至23中展示。特定言之，圖22展示噴嘴總成之截面，該噴嘴總成類似於圖4中展示且在上文中所描述之噴嘴總成。亦即，圖22展示材料通過其沈積至基板上之通道，以及具有印刷頭之腔室之真空及圍束通道。

圖23A展示根據一實施例之實例噴嘴陣列301，其可包括一或多個噴嘴。舉例而言，噴嘴陣列301可為如先前關於圖11至13所描述之一或多個噴嘴，或其可為噴嘴陣列或多個噴嘴之其他佈置，諸如關於圖14A至B、圖15以及16所描述。噴嘴陣列301可根據噴嘴陣列301之飛行高度將材料沈積至基板302上，其中「飛行高度」係指噴嘴陣列301之沈積噴嘴孔口與沈積靶(例如基板302)之間的分隔。噴嘴陣列301之飛行高度可藉由致動器310調節，該致動器310受控制器320控制。位移感測器330可確定噴嘴陣列301與基板302之間的距離。藉由位移感測器330偵測到之距離可提供至控制器320以便控制致動器310。亦即，位移感測器330可為用以確定在沈積靶(例如基板302)上方之飛行高度之感測器，該沈積靶例如在平行於噴嘴陣列301之沈積噴嘴孔口之平面上移動。

控制器320可為任何用以控制致動器310之操作之處理器、集成電路、現場可編程門陣列及/或可編程邏輯裝置。如由控制器320控制之致動器310可調節噴嘴陣列301之飛行高度以便開啟或關閉材料至基 板上之沈積。亦即，當飛行高度增加以使得噴嘴陣列與基板相距第一距離時，可停止材料沈積至基板上。當飛行高度降低以使得噴嘴陣列與基板相距第二距離時，可將材料沈積至基板上。材料沈積或不沈積在基板上之距離可針對特定製程參數組來預先確定，從而允許沈積迅速且簡單地開始及停止。通常，當飛行高度增加至超出特定點時沈積可停止，因為一旦飛行高度增加至超出彼點，圍束流以及藉由排氣之材料移除即可阻止材料達至基板。增加噴嘴陣列與基板之間的飛行高度可增加遞送流將橫穿以達至基板之長度，從而增加有機蒸氣由排氣捕獲之部分。增加飛行高度亦可增加圍束氣體朝向排氣之流動，從而進一步增加自沈積區之有機蒸氣移除之效率，如圖23B至23C中展示。一或多個位移感測器330可位於鄰近於噴嘴陣列301處以感測噴嘴陣列與基板302之間的分隔。此飛行高度分隔可由致動器310控制，該致動器310相對於印刷頭改變基板之位置。當基板與印刷頭可為密切接近的(如圖23B中展示)時，遞送流501之流線延伸至基板。有機蒸氣可輸送至基板。圍束流502可圍繞基板上之沈積區流動。當印刷頭保持遠離基板(如圖23C中展示)時，遞送流之流線不延伸至基板且沒有有機材料輸送至基板表面。圍束氣流502之流線位於遞送氣體流與基板之間。當飛行高度超出規定值時，遞送流中之有機蒸氣可藉由排氣通道收集以便允許印刷藉由控制飛行高度來開啟及關閉。

控制器320及致動器310可調節飛行高度以使得遞送氣體流小於或等於來自排氣通道之排氣流。在噴嘴陣列301之噴嘴之沈積噴嘴孔口與沈積靶(例如基板302)之間的用以停止沈積之經調節飛行高度分隔可為例如用以沈積材料之飛行高度分隔之五至十倍。在一些實施例中，用以停止沈積之經調節飛行高度分隔可大於用以沈積材料之飛行高度分隔之10倍。控制器320可控制致動器310以根據沈積靶(例如基板302)之位置改變飛行高度，該沈積靶在平行於噴嘴陣列301之噴嘴 的沈積噴嘴孔口之平面上移動。

噴嘴陣列301之一或多個噴嘴可由控制器320控制以根據腔室壓力、排氣壓力、排氣流、遞送流以及飛行高度中之至少一者來沈積特徵。在一些實施例中，感測器330不僅可偵測飛行高度，亦可偵測腔室壓力、排氣壓力、排氣流及/或遞送流中之一或多者。在一些實施例中，控制器320可調節飛行高度以使得遞送氣體流小於或等於來自排氣通道之排氣流。

在一些實施例中，如由感測器330量測之25托至1000托之腔室壓力可停止來自噴嘴陣列301之噴嘴的材料之沈積。25托至500托及/或100托至200托之腔室壓力可停止來自噴嘴陣列301之噴嘴的材料之沈積。在一些實施例中，當材料係藉由噴嘴陣列301之噴嘴沈積時，飛行高度分隔可為25μm至75μm，且腔室壓力為50托至200托。通常，更高之腔室壓力可允許更小之飛行高度分隔以阻止或中斷材料沈積在基板上(對於在其他方面恆定之製程參數)，如下文中進一步詳細描述。

藉由噴嘴陣列301沈積之特徵可為例如線、像素或亞像素及/或圖案(諸如用於圖案化OLED或其他裝置)。特徵跨基板之寬度可為小於或等於1000μm。舉例而言，當沈積方形或矩形像素或亞像素時，像素或亞像素跨基板之最長寬度可為1000μm或更低。當沈積線時，線跨基板之寬度可為1000μm或更低，儘管可藉由例如基板與噴嘴之相對平移來沈積任何長度線。在一些實施例中，特徵可低於50μm半高全寬(FWHM)。亦即，控制器320可控制噴嘴陣列301以根據腔室壓力、排氣壓力、排氣流、遞送流以及飛行高度中之至少一者來沈積低於50微米FWHM之特徵。

控制器320可藉由改變飛行高度、氣流以及腔室壓力中之至少一者以控制噴嘴陣列301來停止材料之噴射。

圖24展示在矽晶粒上之如本文所揭示之實例噴嘴孔口(例如，圖23之噴嘴陣列301之噴嘴孔口)的仰視圖(例如，MEMS噴嘴，如自基板所看來查看噴嘴)。當用於在基板上方沈積材料時，噴嘴總成或印刷頭可定位在基板上方，間隙為約10至1000微米(參見例如圖22)。

沈積流可包括挾帶在載氣中之有機材料，且真空係由在小於腔室環境壓力之壓力下操作之真空泵提供。圍束氣體可由環境腔室氣體提供，或可由在如先前(例如)關於圖13至14所描述之獨立通道中之印刷頭供應。

對於使用OVJP印刷OLED顯示器或類似裝置，像素或亞像素可以線性列佈置以便在顯示器上形成有色線及/或條帶。像素可自主動(像素化)區域之一端至相對端印刷為連續特徵(例如線)。該印刷可為沿著各線連續的，且OLED材料沈積在沿著該線之像素之間的分隔區域上。典型地，習知OVJP技術之一個缺點為在主動顯示區域之起點及末端不能迅速地開始及停止印刷。

若印刷之有機特徵(例如，線、條帶、像素、圖案或其類似特徵)為連續的且延伸至防護玻璃罩密封件區域外部，則所製造之顯示器將由於濕氣及氧氣穿過暴露之有機特徵而具有縮短之使用壽命。

實驗

氣簾參數空間係使用二維DSMC與計算流體動力學(CFD)技術兩者研究。結構在如圖4中展示之截面中處理，其平面內延伸處理為無窮大。邊緣效應之重要性係藉由使用三維CFD模擬相同結構來評估。此用於在圖18中展示之基板之平面上產生有機通量圖。高有機通量之區域801與在噴嘴總成下方之印刷斑點大小之預期大小及形狀相關。有機通量之強度由灰度級802給出。該模擬預測受良好控制之預期不會降低總印刷效能之邊緣效應。

由一對Si晶圓使用深反應性離子刻蝕(DRIE)以形成直側壁溝槽來 製造一組含有氣簾沈積器之晶粒。使在晶圓之蝕刻面上之鏡像結構彼此對準且使用Au-Ge焊料黏合晶圓對。此處理在晶粒內形成通道。溝槽之垂直側壁變為通道之側面。一個Si晶圓之拋光表面與另一晶圓上之蝕刻溝槽之底部之間的突起界定一些通道之深度。

藉由匹配蝕刻溝槽以使得通道深度為蝕刻深度之總和來形成更深之通道。用DRIE蝕刻定址(address)通道之上游端之通孔穿過黏合晶圓對之外表面。有機蒸氣及遞送氣體通道通過在晶圓一側上之通孔定址，而排氣通道通過另一側上之通孔定址。由晶圓對使用DRIE或隱形切割以進行具有最小切口之極(<10μm)精密定位之切割來使晶粒單一化。噴嘴(例如遞送通道)與排氣通道兩者之孔口均為由晶粒內之內部通道與其由切割處理形成之下邊緣的交叉點界定。該結構包括一組五個噴嘴，其中之每一者含有中心有機供應通道，其側接排氣通道以移除退回之有機材料。

圖19展示蝕刻至晶圓對之一側中之特徵的掃描電子顯微照片，其說明根據所揭示之標的物之實施例的一個實例晶粒之內部結構。遞送通道901自加寬進料通道902延伸至在晶粒底部之分支線903(其界定晶粒之下側)。在噴嘴任一側上之排氣孔口904可允許剩餘有機蒸氣及遞送氣體通過排氣通道905逃逸至腔室外部之低壓區域中。蝕刻至晶粒906之下側中之凹部可充當圍束分佈通道，其促進自腔室環境至噴嘴總成下側之圍束氣體流且由此改良所得氣簾之均一性。使圖19中展示之結構對準且將其黏合至含有結構904及905之鏡像之第二Si晶圓上。此產生噴嘴由排氣孔口有效地包圍之密封結構。

當自邊緣觀察晶粒時，噴嘴總成之特徵自外面可見。晶粒之底部邊緣，其在操作期間面向基板，在圖20A中展示。有機蒸氣通過遞送孔口1001噴出至基板上。噴嘴總成在平行於遞送孔口之長軸之方向上相對於基板移動。遞送孔口在其兩個長邊上均由排氣通道1002之孔 口包圍。排氣通道之排氣孔口收集過量有機蒸氣以防止其在預期沈積區之外冷凝至基板上。排氣通道之排氣孔口之長軸延伸超出遞送孔口之長軸以防止有機蒸氣由於靠近中心噴嘴末端之邊緣效應而擴散。

圍束氣體沿著噴嘴總成之底面之邊緣進入。來自腔室環境之圍束氣體流受切入噴嘴總成1003之下側中之圍束分佈通道促進。此等通道在噴嘴總成之兩側上且平行於噴嘴孔口(例如遞送通道之孔口)之長軸延伸。其可產生自其內部邊緣至排氣通道之均一圍束氣體流，從而產生氣簾以防止有機蒸氣遷移至預期沈積區之外。圍束氣體亦可沿著平行於噴嘴孔口1004之短軸之晶粒邊緣進入。在晶粒內之連接至遞送及排氣孔口之通道係藉由將兩個Si晶圓之蝕刻表面與特徵(諸如圖19中展示之特徵)配對來製造。將晶圓與由其產生之單一化晶粒用Au-Ge共晶焊料黏合在一起，諸如美國專利公開案2014/0116331(其揭示內容以全文引用的方式併入本文中)中所描述。焊接點1005穿過晶粒之中部水平地延伸。

在即將進行之實驗之前進行模擬以識別一組有利之製程條件。預期在圍束氣體進口(諸如圖4中之進口403)處之100托之壓力接近最優。擴散係數增加及有機分子平均自由行程低於10托限制氣簾之有效性。相反，在顯著高於300托之壓力下操作往往會將有機蒸氣之擴散性輸送限制至基板。加熱噴嘴總成以防止有機蒸氣冷凝。其在大約300℃下操作，在其上游之蒸發及混合硬體亦為如此。噴嘴總成之底部保持在基板上方50μm。

圍束氣體可通過專用噴嘴進料至沈積區中或自腔室環境抽取，如在初始實驗中。由於有機氣相噴射遞送氣體及圍束氣體不必來自相同源，所以可使用相異之氣體。諸如氦氣之輕遞送氣體可用於增加在噴嘴下方之有機蒸氣之擴散速率。諸如氬氣或六氟化硫之較重氣體可在圍束氣體中抑制有機蒸氣擴散與向基板之熱傳遞兩者。使用輕遞送 氣體及重圍束氣體擴大適合環境操作壓力之範圍，可能達至大氣壓力。在大氣壓力下進行OVJP之能力先前已得以展現，但在實質上更粗之解析度下。

使用Bird之直接模擬蒙特卡洛方法(Direct Simulation Monte Carlo method)模型化有機蒸氣分子與遞送氣體之間的相互作用。首先計算遞送氣體流場。隨後將代表有機蒸氣之示蹤劑引入至此流場中。藉由與遞送氣體分子相互作用確定其軌線。將氦氣遞送氣體模型化為具有2.8×10^-10m之直徑及0.004kg/mol之質量之硬球體。將有機分子模型化為具有1×10^-9m之直徑及0.5kg/mol之質量，此在OLED材料中為典型的。

此方法最廣泛地用於Kn大於0.1之流，在該等流中分子具有相對於其容器而言較大之平均自由路徑。儘管所研究之大部分操作條件不為如此，但需要原子處理以確定黏著係數對路徑隨後為有機蒸氣分子之影響。可藉由將黏著係數α當作常用於模型化氣體分子與邊界之間的熱相互作用之適應係數來模型化非統一黏著。越過基板邊界之有機分子具有與其邊界熱化之α概率。由於基板低於分子之昇華溫度，所以熱化分子經吸附。相反，入射有機分子具有不與邊界熱化之1-α概率。若如此，則其保持在氣相中且驚人地自基板邊界反射。

一旦確定由噴嘴總成產生之特徵之厚度分佈對黏著係數相對不敏感，即使用計算流體動力學軟體(COMSOL，Burlington,MA)來模型化氣流及通過該氣流之有機蒸氣傳播。由動力學理論計算在氮氣中之有機蒸氣之輸送性質。使用以截面形式呈現噴嘴總成之二維模擬來研究其操作之參數空間，如圖5至7中展示。對於最有希望之案例，使用更為計算密集型之三維模型來確認較簡單模型之結果。圖18展示一個此類實例模擬之結果。

藉由製造如圖20B中展示之結構測試如本文中關於圖20A所描述 之沈積系統之實施例，該製造係藉由生成磷光OLED之發射層1012。該發射層包括與用所揭示之標的物之實施例的有機氣相噴射印刷所沈積之有機主體混合之發綠色光有機電致磷光化合物。OLED在玻璃基板1011上製造且包括藉由標準方法沈積在發射層下方之陽極層、電洞注入層以及電洞輸送層1013。電子輸送層及電子注入層1014沈積在發射層上方，陰極1015亦為如此。當施加電流時，含有少至0.2Å之在層1013與1014之間的電致磷光材料之區域將明亮地發光，其使得此結構對於確定沈積材料之最終結果而言相對有效。

圖21A至21B展示由兩個不同有機氣相噴射噴嘴總成印刷之線之實例。圖21A中之線係藉由根據實施例之氣簾噴嘴總成(其類似於圖20A至20B中展示之結構)印刷。腔室環境為100托N₂。在4sccm下通過晶粒中之各20μm乘150μm噴嘴進料載有有機蒸氣之氦氣遞送氣體，同時通過側接噴嘴之每對40μm乘450μm排氣通道(例如遞送通道)抽取大約10sccm氣體。所得印刷特徵具有大約195μm寬之中心部分1101，其明亮地發磷光。其由暗場1102包圍，該暗場顯示無印刷材料污染之跡象。在此兩個區之間的過渡區1103為25μm寬。相反，圖21B展示在不使用氣簾之情況下實現之習知結果。印刷線部分之中心1104為162μm寬，但其在各側上均由130μm寬之發光邊界1105包圍，此指示外來材料之存在。藉由氣簾移除此外來材料產生窄46%之特徵。

對於OVJP印刷，重要沈積結果包括印刷特徵寬度(例如印刷線寬、印刷像素寬度、印刷圖案寬度或其類似寬度)、特徵輪廓或形狀(例如線、像素及/或圖案輪廓及/或形狀)、過度噴塗(及/或相鄰像素、圖案、線及/或特徵之間的串擾)、沈積速率以及突然開始及停止沈積之能力(例如，控制沈積之開始及停止)。重要製程參數為飛行高度(例如，噴嘴孔口之平面與印刷表面之間的距離，或者其稱為飛行高度分 隔，其為噴嘴之沈積噴嘴孔口與沈積靶之間的距離)、印刷表面溫度、印刷速度、腔室壓力及圍束氣體物質、沈積流速率及遞送氣體物質、排氣通道真空能級、沈積通道寬度、排氣通道寬度、沈積與排氣通道之間的分隔寬度以及輸送壓力(例如來自源)。至少前述製程參數中之一或多者可對印刷特徵寬度(例如，線寬、像素寬度、圖案寬度或其類似寬度)、輪廓以及沈積速率起作用。所需之特徵寬度可使用參數之不同組合來獲得。在所揭示之標的物之實施例中，過度噴塗、沈積膜跨特徵(例如，線、像素、圖案或其類似特徵)寬度之厚度分佈以及沈積速率對於不同組合可能不為相等的。

圖29展示根據所揭示之標的物之實施例的給定噴嘴幾何形狀之趨勢。特定言之，隨著腔室壓力增加(例如，自150托至175托、至200托及其類似壓力)，對於恆定遞送氣體流(例如，16標準立方公分/分鐘(SCCM)或其類似流)之沈積速率降低。隨著飛行高度增加(例如，自25μm至40μm、至50μm或其類似飛行高度)，對於恆定遞送氣體流(例如，16SCCM或其類似流)之沈積速率降低。然而，在一些實施例中，當噴嘴在低於預定距離(例如，1μm至2μm之間或其類似距離)處距離基板定位時，沈積速率亦可能降低。通常，輪廓寬度可隨著對於恆定遞送氣體流之腔室壓力增加(例如，自150托至175托、至200托及其類似壓力)而降低。然而，此一般趨勢可能不對所有條件均成立。

所揭示之標的物之噴嘴幾何形狀的其他一般趨勢可包括沈積速率隨著對於恆定飛行高度及腔室壓力之沈積流之增加而增加。另一趨勢可包括特徵寬度(例如，線寬、像素寬度、圖案寬度或其類似寬度)隨著對於恆定飛行高度及遞送氣體流之腔室壓力減小而增加。

另一趨勢可為，量測為沈積膜厚度之半高全寬(FWHM)之特徵寬度(例如，線寬、像素寬度、圖案寬度或其類似寬度)可能不因飛行高度變化改變(在所有其他條件均相同之情況下)。

在所揭示之標的物之實施例中，製程參數與印刷頭幾何形狀之組合可用於顯示器印刷或所需特徵形狀或尺寸之印刷。舉例而言，製程參數及幾何形狀可包括20：20：20(即，以微米為單位之沈積通道寬度：沈積通道與排氣通道分隔：排氣通道寬度)之印刷頭幾何形狀、175托之腔室壓力、16SCCM之載氣流以及40μm之飛行高度。此等條件可提供約90μm之印刷寬度。此可足以填充50μm寬之特徵(例如像素)，該特徵由用以隔離該特徵(例如像素)之50μm柵格包圍。藉由將飛行高度增加至高於350μm，沈積可停止，其產生極少或無殘餘沈積或過度噴塗。沈積氣體及有機蒸氣可藉由圍束氣體及排氣噴嘴之作用移除。作為一個實例，為迅速地開始沈積，可將飛行高度設定及/或調節至350μm，且可將飛行高度降低至40μm(印刷可在此點開始)。350μm或更大之飛行高度可用於使系統空閒，該系統可藉由減小飛行高度(例如，當致動器降低飛行高度時)來迅速地再次開始。圖25展示印刷在矽基板上之100μm寬之特徵(例如線)，其展示噴嘴設計之關閉及開啟能力。圖25中展示之圖像係使用UV顯微鏡獲得。

圖26展示沿著X方向(例如，垂直於印刷方向之方向)之流線及速度，其係由噴嘴總成之CFD模型產生，該模型展示實現「抬升(lift off)」或關閉印刷之條件。來自中心(沈積)噴嘴之流與圍束氣體流相互作用，且兩者均掃入排氣通道中。圍束流可大於沈積流，且因此沒有沈積流可達至基板。

圖27展示對於如圖26之相同製程條件但沿著Y方向(例如，平行於印刷方向之方向)之流線。來自在垂直通道(展示之九個通道)中心展示之沈積通道之流隨著該流掃入排氣中而迅速地反向。圍束流線展示在掃入排氣中之前黏附至基板。圖28為抬升條件之三維(3D)視圖，其展示最低程度之或無沈積氣體達至基板表面。

為自抬升或無印刷條件變為印刷條件，可作出三個變化。首 先，可降低飛行高度。第二，可增加沈積流。第三，可降低腔室壓力。此等參數可單獨地且獨立地改變，或其可以任何組合之形式改變以實現所需之沈積中斷及恢復。儘管三個變化描述為改變上升條件，但可能存在更大或更小之變化以改變上升條件。

可最快改變之參數為飛行高度，且此技術已用於停止及開始沈積，如圖25中展示。亦即，致動器(例如，圖23中展示之致動器310)可改變印刷頭之飛行高度，以使得當飛行高度增加時，沈積可停止，且當飛行高度降低時，沈積可開始。

將遞送流抬升遠離基板且完全停止沈積所需之飛行高度可取決於一或多個其他製程參數，包括遞送氣體流速率及腔室壓力。圖30展示在填充有100托Ar之腔室中操作的噴嘴之20：40：40(以微米為單位之沈積通道寬度：沈積通道與排氣通道分隔：排氣通道寬度)之有機材料的沈積速率，其係沿著沈積孔口中心線量測。沈積速率之依賴性可為幾乎線性關於飛行高度g。擬合線之橫軸截距大致對應於抬升發生之高度。此與圖25一致，其展示在飛行高度大於抬升所需之高度時沈積完全停止。擬合線之斜率可取決於遞送氣體流速率。5sccm/噴嘴之線具有與10sccm/噴嘴之線相比更陡之負斜率。抬升可能因此對於5sccm/噴嘴之遞送流與10sccm/噴嘴之遞送流相比在更小之飛行高度下發生。

腔室壓力亦可影響抬升行為。圖29中展示沿著線之寬度之膜厚度分佈，該等線係使用15：10：20噴嘴陣列(例如噴嘴陣列301)在16sccm/噴嘴遞送氣體流速率下印刷。除先前所提及之在更高腔室壓力下朝向更慢沈積速率及更窄特徵之趨勢之外，與在150托及175托下相比，在200托下，在40μm與50μm飛行高度之間的沈積速率分數變化可顯著增加。此表明用於在200托下抬升之飛行高度為大致50μm，但其在較低壓力下可更大。

應理解，本文所描述之各種實施例僅作為實例，且不意欲限制本發明之範疇。舉例而言，本文所描述之材料及結構中之多數可在不偏離本發明之精神之情況下用其他材料及結構取代。如所主張之本發明因此可包括本文所描述之特定實例及較佳實施例之變化，如熟習此項技術者將顯而易見。應理解，關於本發明為何起作用之各種理論不意欲為限制性的。

Claims (11)

1. 一種在氣相噴射沈積期間調變流之系統，其包含：一噴嘴；與該噴嘴成流體連通之待沈積在一基板上之一材料源；與待用該噴嘴沈積之該材料源成流體連通之一遞送氣體源；鄰近於該噴嘴安置之一排氣通道；與該噴嘴及該排氣通道成流體連通且鄰近於該排氣通道安置而可與該排氣通道同時操作之一圍束氣體源；以及一致動器，其用以調節該噴嘴之一沈積噴嘴孔口與一沈積靶之間的一飛行高度分隔。
2. 如請求項1之系統，其進一步包含：一位移感測器，其用以控制在平行於該沈積噴嘴孔口之一平面中移動之一沈積靶上方的該飛行高度。
3. 如請求項1之系統，其進一步包含具有複數個噴嘴之一噴嘴塊。
4. 如請求項3之系統，其進一步包含一控制器以控制該噴嘴塊之該複數個噴嘴之該等噴嘴之至少一者。
5. 如請求項1之系統，其中該飛行高度分隔之該調節係開始或停止來自該噴嘴之該材料之該沈積。
6. 如請求項5之系統，其中該飛行高度分隔之該調節使得該遞送氣體流小於或等於來自該排氣通道之一排氣流。
7. 如請求項1之系統，其中與該源成流體連通之該噴嘴以該材料沈積一特徵，及其中該材料為有機發光二極體(OLED)材料。
8. 如請求項7之系統，其中該噴嘴係經控制以根據選自由以下組成之群之至少一者來沈積該特徵：一腔室壓力、一排氣壓力、一排氣流、一遞送流、以及飛行高度。
9. 如請求項7之系統，其中該沈積特徵選自由以下組成之群：線、像素以及圖案。
10. 如請求項7之系統，其中該特徵小於或等於1000μm。
11. 如請求項7之系統，其中該特徵低於50μm半高全寬(FWHM)。