專(zhuān)利名稱(chēng)：用于控制膜沉積的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及一種用于在襯底上有效率地沉積膜圖案的方法和設(shè)備。更具體而言， 本公開(kāi)涉及在可以形成LED或者其他類(lèi)型顯示器的一部分的襯底上沉積膜的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
制造有機(jī)發(fā)光器件(OLED)需要在襯底上沉積一個(gè)或多個(gè)有機(jī)膜，并且將膜疊堆 的頂部和底部耦合到電極。膜厚度是主要的考慮因素?？偟膶盈B堆厚度為約lOOnm，并且每 層以?xún)?yōu)于+/_111111的精確度來(lái)進(jìn)行最佳地均勻沉積。膜純度同樣重要。傳統(tǒng)設(shè)備使用以下 兩種方法中的一種來(lái)形成膜疊堆(l)在相對(duì)真空的環(huán)境下進(jìn)行有機(jī)材料的熱蒸發(fā)，并且 有機(jī)蒸氣隨后冷凝在襯底上；或者(2)將有機(jī)材料溶解在溶劑中，用得到的溶液涂覆襯底， 并且隨后去除溶劑。 沉積OLED的有機(jī)薄膜的另一個(gè)考慮因素是將膜精確放置在所需的位置。根據(jù) 膜沉積的方法，存在兩種用于執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)的傳統(tǒng)技術(shù)。對(duì)于熱蒸發(fā)而言，使用蔭罩屏蔽 (shadow masking)來(lái)形成所需構(gòu)造的OLED膜。蔭罩屏蔽技術(shù)需要將限定分明的掩模放置 在襯底區(qū)域上方，隨后在整個(gè)襯底區(qū)域上方沉積膜。 一旦完成沉積，就去除蔭罩掩模。通過(guò) 掩模暴露的區(qū)域限定了襯底上沉積的材料圖案。這種工藝的效率低，這是因?yàn)榧词怪挥型?過(guò)蔭罩掩模暴露的區(qū)域需要膜，也必須涂覆整個(gè)襯底。另外，隨著每次使用，對(duì)蔭罩掩模進(jìn) 行越來(lái)越多地涂覆，所以最終必須被丟棄或者被清潔。最后，在大區(qū)域上方使用蔭罩掩模很 困難，這是因?yàn)樾枰褂梅浅１〉难谀?用于實(shí)現(xiàn)小的特征尺寸)，而這使得所述掩模的結(jié) 構(gòu)不穩(wěn)定。然而，蒸氣沉積技術(shù)以高均勻性、高純度和優(yōu)良的厚度控制來(lái)生產(chǎn)0LED膜。
對(duì)于溶劑沉積而言，噴墨印刷可以用于沉積OLED膜的圖案。噴墨印刷需要將有機(jī) 材料溶解在溶劑中，生產(chǎn)出可印刷的墨。另外，噴墨印刷傳統(tǒng)上限于使用單層OLED膜疊堆， 這通常具有比多層疊堆更差的性能。造成這種單層限制的原因在于，印刷通常造成任何下 面有機(jī)層的破壞性溶解。最終，除非首先將襯底制備成限定要沉積墨的區(qū)域，否則這個(gè)步驟 增加該工藝的成本和復(fù)雜性，噴墨印刷也被限于厚度均勻性比蒸氣沉積膜差的圓形沉積區(qū) 域。材料質(zhì)量通常也較差，這是由于在干燥工藝中出現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)上的變化并且在墨中存在 材料雜質(zhì)。然而，噴墨印刷技術(shù)能夠以良好的材料效率在非常大的區(qū)域上提供0LED膜圖 案。 對(duì)于有機(jī)薄膜而言，沒(méi)有傳統(tǒng)技術(shù)將噴墨印刷的大面積構(gòu)圖能力與使用蒸氣沉積 實(shí)現(xiàn)的高均勻性、純度和厚度控制結(jié)合起來(lái)。因?yàn)榻?jīng)過(guò)噴墨處理的單層0LED器件對(duì)于普遍 的商業(yè)化而言質(zhì)量不足，而熱蒸發(fā)對(duì)于按比例縮小大面積而言是不現(xiàn)實(shí)的，所以在OLED工 業(yè)方面存在的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)出一種技術(shù)能夠提供高的膜質(zhì)量和有成本效益的大面 積可伸縮性。
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最后，制造0LED顯示器還會(huì)需要構(gòu)圖沉積的金屬、有機(jī)半導(dǎo)體和/或無(wú)機(jī)絕緣體 的薄膜。傳統(tǒng)上，使用蒸氣沉積和/或?yàn)R射來(lái)沉積這些層。使用先前的襯底制備(例如，用 絕緣體進(jìn)行構(gòu)圖涂覆)、如上所述的蔭罩屏蔽、當(dāng)采用未經(jīng)處理的襯底或保護(hù)層時(shí)的傳統(tǒng)光 刻，來(lái)完成構(gòu)圖過(guò)程。與所需圖案的直接沉積相比，這些方法中的每個(gè)方法的效率都低，這 是因?yàn)槠淅速M(fèi)材料或者需要附加的加工步驟。因此，用于沉積高質(zhì)量、有成本效益、大面積 可伸縮膜的方法和設(shè)置也需要這些材料。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及在襯底上沉積墨的設(shè)備，該設(shè)備包括腔室，該腔室 用于容納墨；排放噴嘴，該排放噴嘴具有入口端口和出口端口，排放噴嘴在入口處接收來(lái)自 腔室的一定數(shù)量的墨，并且分配來(lái)自出口的一定數(shù)量的墨；以及分配器，該分配器用于計(jì)量 從腔室到排放噴嘴的入口的一定數(shù)量的墨，其中，該腔室容納具有多個(gè)懸浮顆粒的處于液 體形式的墨，并且以脈動(dòng)方式計(jì)量從腔室到排放噴嘴的一定數(shù)量的墨，并且排放噴嘴蒸發(fā) 載液并且將基本固體的顆粒沉積在襯底上。 在另一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及一種在襯底上沉積墨的方法，該方法包括使用具 有第一頻率的脈動(dòng)能量，以計(jì)量到達(dá)排放噴嘴的墨的數(shù)量，該墨由載液中的多個(gè)固體顆粒 來(lái)限定；接收排放噴嘴處計(jì)量的墨的數(shù)量并且從計(jì)量的墨的數(shù)量中蒸發(fā)載液，以提供一定 數(shù)量的基本上為固體的墨顆粒；分配來(lái)自排放噴嘴的基本上為固體的墨顆粒，并且將基本 上為固體的墨顆粒沉積在襯底上；以及其中，在從排放噴嘴排放期間，基本上為固體的墨顆 粒的至少一部分被轉(zhuǎn)換成氣相，作為蒸氣被導(dǎo)向襯底，并且在襯底表面上冷凝成為基本上 固體的形式。 在又一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及一種在襯底上沉積墨的方法，該方法包括向腔室 提供液體墨，該液體墨由載液中的多個(gè)懸浮顆粒來(lái)限定；脈動(dòng)地激勵(lì)分配器，以根據(jù)脈沖幅 度、脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖頻率中的至少一個(gè)來(lái)計(jì)量從腔室到排放噴嘴的液體墨的數(shù)量；接 收在排放噴嘴處經(jīng)過(guò)計(jì)量的墨，排放噴嘴具有引導(dǎo)所述經(jīng)過(guò)計(jì)量的墨的多個(gè)導(dǎo)管；加熱多 個(gè)導(dǎo)管處的計(jì)量的墨，以蒸發(fā)載液；以及將來(lái)自排放噴嘴的多個(gè)懸浮顆粒排放到襯底上； 其中，多個(gè)懸浮顆粒以基本上固體的形式沉積在襯底上。 在又一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及一種用于在襯底上沉積墨的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括腔 室，所述腔室具有一定數(shù)量的墨，所述墨由載液中的多個(gè)懸浮墨顆粒來(lái)限定；排放噴嘴，所 述排放噴嘴毗鄰所述腔室設(shè)置，用于接收通過(guò)分配器以脈動(dòng)方式從所述腔室輸送的計(jì)量的 墨，所述排放噴嘴蒸發(fā)所述載液，以形成基本上固體的一定數(shù)量的墨顆粒；以及控制器，所 述控制器與所述排放噴嘴連通，所述控制器激勵(lì)排放噴嘴，以將來(lái)自排放噴嘴的基本上固 體墨顆粒的數(shù)量連通到所述襯底上。 在又一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及一種用于在襯底上沉積墨的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括腔 室，所述腔室用于接收一定數(shù)量的墨，所述墨具有載液中的多個(gè)懸浮顆粒；墨分配器，所述 墨分配器用于以脈動(dòng)方式對(duì)從所述腔室輸送的墨進(jìn)行計(jì)量；排放噴嘴，所述排放噴嘴用于 接收從所述腔室輸送的計(jì)量的墨，并且蒸發(fā)來(lái)自所接收到的一定數(shù)量的墨中的所述載液， 以形成基本為固體的一定數(shù)量的顆粒；第一控制器，所述第一控制器與所述墨分配器連通， 所述第一控制器以脈動(dòng)方式激勵(lì)分配器，以對(duì)從所述腔室輸送的墨進(jìn)行計(jì)量；以及第二控制器，所述第二控制器與所述排放噴嘴連通，所述第二控制器激勵(lì)排放噴嘴，以將來(lái)自排放 噴嘴的經(jīng)過(guò)計(jì)量的顆粒連通到襯底上。 在又一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及一種用于提供墨在襯底上的精確沉積的方法，所 述方法包括向腔室提供一定數(shù)量的墨，所述墨具有在載液中的多個(gè)懸浮顆粒；通過(guò)激活 分配器，對(duì)從腔室輸送到排放噴嘴入口的墨的至少一部分進(jìn)行計(jì)量；在排放噴嘴處接收所 述經(jīng)過(guò)計(jì)量的墨，排放噴嘴具有入口端口和出口端口 ；將來(lái)自所述入口端口的所述經(jīng)過(guò)計(jì) 量的墨傳輸?shù)剿雠欧艊娮斓某隹诙丝?，形成基本上為固體的顆粒；以及通過(guò)激勵(lì)排放噴 嘴，將來(lái)至少一部分基本上為固體的顆粒脈動(dòng)地噴射到襯底上，來(lái)將來(lái)自排放噴嘴的出口 端口的基本上為固體的顆粒沉積在襯底上。 在又一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及一種用于在襯底上精確沉積墨的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括存儲(chǔ)裝置，該存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)載液中的墨顆粒的成分；計(jì)量裝置，該計(jì)量裝置與存儲(chǔ) 裝置連通，以脈動(dòng)地計(jì)量所述成分的至少一部分；傳輸裝置，該傳輸裝置用于將墨從腔室傳 輸?shù)脚欧艊娮?；蒸發(fā)裝置，該蒸發(fā)裝置用于蒸發(fā)載液，以在排放噴嘴處形成基本上為固體的 一定數(shù)量的墨顆粒；以及排放裝置，該排放裝置用于將基本上為固體的墨顆粒從排放噴嘴 排放到襯底上。 在又一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及一種用于在襯底上沉積顆粒的設(shè)備，該設(shè)備包括 腔室，該腔室用于容納墨，該腔室容納在載液中具有多個(gè)顆粒的液體形式的墨；分配器，該 分配器與腔室相關(guān)聯(lián)，分配器計(jì)量從腔室輸送到排放噴嘴的墨的數(shù)量，排放噴嘴蒸發(fā)載液， 以形成基本上為固體的一定數(shù)量的墨顆粒；其中，排放噴嘴相對(duì)于腔室軸向地旋轉(zhuǎn)，以排放 基本上為固體的一定數(shù)量的墨顆粒；以及其中，排放噴嘴將基本上為固體的顆粒沉積在襯 底上。 在又一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及一種用于控制印刷裝置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一 控制器，該第一控制器具有與第一存儲(chǔ)器電路連通的第一處理器電路，第一存儲(chǔ)器電路包 含用于引導(dǎo)第一處理器進(jìn)行如下操作的指令識(shí)別多個(gè)腔室，每個(gè)腔室接收在載液中具有 多個(gè)溶解或懸浮顆粒的液體墨，接合多個(gè)腔室中的每個(gè)，以計(jì)量用于分配的液體墨的數(shù)量； 第二控制器，該第二控制器具有與第二存儲(chǔ)器電路連通的第二處理器電路，第二存儲(chǔ)器電 路包含用于引導(dǎo)第二處理器進(jìn)行如下操作的指令識(shí)別多個(gè)排放噴嘴，多個(gè)排放噴嘴中的 每個(gè)從多個(gè)腔室中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)腔室接收一定數(shù)量的液體)，激活多個(gè)排放噴嘴中的每個(gè) 以蒸發(fā)載液的至少一部分，引導(dǎo)多個(gè)排放噴嘴中的每個(gè)，以將基本上為固體的墨顆粒沉積 在襯底上。


將參照下面的非限制性示例性示意圖來(lái)討論本公開(kāi)的這些和其他實(shí)施例，在這些 示意圖中，相同的元件被類(lèi)似地編號(hào)，并且其中 圖1A是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的具有熱墨分配機(jī)構(gòu)的示例性印刷頭的示 意圖； 圖1B是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的具有壓電墨分配機(jī)構(gòu)的示例性印刷頭的 示意圖； 圖1C是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的示例性印刷頭的示意圖，該示例性印刷頭具
7有物理分隔開(kāi)的腔室殼體和排放噴嘴殼體； 圖1D是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的示例性印刷頭的示意圖，該示例性印刷頭具 有物理分隔開(kāi)的腔室殼體和排放噴嘴殼體以及在排放噴嘴與相關(guān)聯(lián)的殼體之間的隔離空
間； 圖IE示出排放噴嘴的示例性實(shí)施的頂視圖； 圖2A至圖2D示意性示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的使用印刷頭設(shè)備來(lái)沉積無(wú)溶劑材料 的工藝； 圖3A示意性示出具有多個(gè)排放噴嘴并使用熱墨分配元件的印刷頭設(shè)備； 圖3B示意性示出具有多個(gè)排放噴嘴并使用壓電墨分配元件的印刷頭設(shè)備； 圖4是具有多個(gè)貯存器的印刷頭設(shè)置的示意圖； 圖5示意性示出使用一個(gè)或多個(gè)印刷頭和定位系統(tǒng)來(lái)沉積材料薄膜的設(shè)備，所述
多個(gè)印刷頭中的至少一個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)排放噴嘴； 圖6示意性示出具有包含錐形側(cè)壁的微孔的多孔排放噴嘴； 圖7示出用于微孔排放噴嘴的示例性多孔圖案； 圖8A和圖8B(統(tǒng)稱(chēng)圖8)示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的染料升華印刷 機(jī)； 圖9A和圖9B示出使用用于空間局部化化學(xué)合成的排放設(shè)備； 圖9C和圖9D示出使用排放設(shè)備作為微反應(yīng)器； 圖10A是根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的示例性印刷頭的示意圖； 圖10B至圖10E示出使用圖10A所示的印刷頭來(lái)沉積膜的方法； 圖11A示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的熱激活印刷頭； 圖IIB至圖IIE示出使用圖IIA所示的印刷頭設(shè)備來(lái)沉積膜的方法； 圖12示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例在襯底上沉積顆粒的方法；以及 圖13是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的用于控制具有排放噴嘴的印刷頭的控制系統(tǒng)
的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及用于在襯底上沉積基本上為固體形式的膜的方法和 設(shè)備。例如，在OLED和大面積晶體管電路的設(shè)計(jì)和構(gòu)造中可以使用這種膜。在一個(gè)實(shí)施 例中，本公開(kāi)涉及用于在襯底上沉積基本上為固體形式的材料膜的方法和設(shè)備。在另一個(gè) 實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及用于在襯底上沉積基本上沒(méi)有溶劑的材料膜的方法和設(shè)備。例如，在 OLED和大面積晶體管電路的設(shè)計(jì)和構(gòu)造中可以使用這種膜?？梢杂杀疚拿枋龅脑O(shè)備和方法 沉積的這些材料包括有機(jī)材料、金屬材料以及無(wú)機(jī)半導(dǎo)體和絕緣體，諸如無(wú)機(jī)氧化物、硫族 化物、IV族半導(dǎo)體、III-V族化合物半導(dǎo)體和II-VI族半導(dǎo)體。 圖1A是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的用于沉積材料的設(shè)備的示意圖。S卩，圖1A提 供了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的熱噴射印刷頭的示意圖。 參照?qǐng)D1A，用于在襯底上沉積材料的示例性設(shè)備包括腔室130、開(kāi)口 170、噴嘴 180和微孔導(dǎo)管160。腔室130容納液體形式的墨，并且使墨從開(kāi)口 170連通到排放噴嘴 180。墨可以包括載液中的懸浮或溶解的顆粒。這些顆?？梢园▎蝹€(gè)分子或原子、分子和
8/或原子的集合體。開(kāi)口 170與排放噴嘴180之間的路徑限定輸送路徑。在圖1A的實(shí)施例 中，排放噴嘴180包括通過(guò)分隔物165分隔開(kāi)的導(dǎo)管160。導(dǎo)管160在其內(nèi)可以包括微孔材 料。毗鄰開(kāi)口 170的排放噴嘴180的表面限定了到排放噴嘴180的入口端口，而排放噴嘴 180的遠(yuǎn)端表面限定了出口端口。襯底(未示出)可以設(shè)置成毗鄰排放噴嘴180的出口端 口 ，用于接收來(lái)自排放噴嘴的沉積的墨。 圖1中的熱噴射印刷頭還包括底部結(jié)構(gòu)140，該底部結(jié)構(gòu)140容納了排放噴嘴 180。排放噴嘴180可以被構(gòu)造為底部結(jié)構(gòu)140的一部分。可替選地，排放噴嘴180可以單 獨(dú)地制造，并且隨后與底部結(jié)構(gòu)140組合在一起形成一體的結(jié)構(gòu)。頂部結(jié)構(gòu)142容納腔室 130。頂部結(jié)構(gòu)142可以由用于形成腔室的合適的腔和導(dǎo)管形成。頂部結(jié)構(gòu)142和底部結(jié) 構(gòu)140通過(guò)粘合劑120耦合，以形成殼體。該殼體使得熱噴射印刷頭在壓力下或在真空下 進(jìn)行操作。該殼體還可以包括入口端口 (未示出)，所述入口端口用于接受將材料從排放 噴嘴運(yùn)送到襯底(未示出)的輸送氣體?？商孢x地，端口 (未示出)可以集成到頂部結(jié)構(gòu) 142中，以接收輸送氣體。該端口可以包括適于接收輸送氣體的法蘭，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的輸 送氣體包括基本上惰性的一種或多種氣體的混合物。當(dāng)與典型的有機(jī)材料一起使用時(shí)，該 混合物可以包括與設(shè)備沉積的材料基本上不反應(yīng)的氣體，諸如氮?dú)饣驓鍤狻］斔蜌怏w可以 通過(guò)流過(guò)微孔160來(lái)輸送來(lái)自排放噴嘴180的顆粒。 可以可選地向腔室130添加加熱器110，用于加熱和/或分配墨。在圖1A中，加熱 器110設(shè)置在腔室130內(nèi)部。加熱器110可以是耦合到腔室130的任何熱能量源，用于向液 體墨提供脈動(dòng)能量，并由此通過(guò)開(kāi)口 170排放液體墨的液滴。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器110 以持續(xù)時(shí)間為1分鐘或更短時(shí)間的脈動(dòng)來(lái)傳遞熱。例如，可以用具有可變占空比和lkHz的 周期頻率的方波，來(lái)激勵(lì)加熱器。因此，加熱器能量可以用于對(duì)從腔室130傳遞到排放噴嘴 180的墨進(jìn)行計(jì)量。除了墨之外，腔室130還可以包含形成在制造OLED或晶體管的過(guò)程中 使用的膜所需的材料。開(kāi)口 170可以被構(gòu)造成使得腔室130中液體的表面張力防止在激活 用于分配墨的機(jī)構(gòu)之前排放液體。 在圖1A的實(shí)施例中，排放噴嘴180包括由導(dǎo)管160分隔開(kāi)的分隔物(或剛性部 分)165。導(dǎo)管160和剛性部分165可以一起限定微多孔環(huán)境。該微多孔環(huán)境可以由多種材 料組成，所述多種材料包括微多孔氧化鋁或者硅或碳化硅的固體膜并且具有微加工孔。微 孔160防止在液體中溶解或懸浮的材料在沒(méi)有合適激活介質(zhì)之前就通過(guò)排放噴嘴180流 出。當(dāng)液體的排放液滴遭遇排放噴嘴180時(shí)，液體由于毛細(xì)管作用而被吸入微孔160中。墨 中的液體在排放噴嘴180被激活之前會(huì)蒸發(fā)，在微孔壁上留下懸浮或溶解顆粒的涂層。墨 中的液體可以包括蒸氣壓相對(duì)較低的一個(gè)或多個(gè)溶劑。墨中的液體還可以包括蒸氣壓相對(duì) 較高的一個(gè)或多個(gè)溶劑。 可以通過(guò)加熱排放噴嘴來(lái)加速墨中液體的蒸發(fā)。例如，通過(guò)使氣體流過(guò)一個(gè)或多 個(gè)排放噴嘴面，被蒸發(fā)的液體可以從腔室中被去除，并且隨后被收集(未示出)。根據(jù)所需 的應(yīng)用，多孔160可以提供最大線(xiàn)性橫截面距離W為幾納米至數(shù)百微米的導(dǎo)管(或通道)。 根據(jù)所需的應(yīng)用，包括排放噴嘴180的微多孔區(qū)將呈現(xiàn)不同的形狀并且覆蓋不同的區(qū)域， 并且通常的最大線(xiàn)性橫截面尺寸D的范圍從幾百納米至數(shù)十毫米。在一個(gè)實(shí)施例中，W/D之 比的范圍為約1/10至約1/1000。 在圖1A的示例性設(shè)備中，排放噴嘴180由排放噴嘴加熱器150來(lái)制動(dòng)。排放噴嘴加熱器150毗鄰排放噴嘴180來(lái)設(shè)置。噴嘴加熱器150可以包括薄金屬膜。薄金屬膜可以 包含例如鉬。當(dāng)被激活時(shí)，噴嘴加熱器150向排放噴嘴180提供脈動(dòng)熱能，這起到的作用是 驅(qū)逐包含在微孔或?qū)Ч?60內(nèi)可以隨后流出排放噴嘴的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，脈動(dòng)可以 以1分鐘或更短時(shí)間的時(shí)間標(biāo)度來(lái)變化。 驅(qū)逐墨顆粒可以包括蒸發(fā)，無(wú)論是通過(guò)升華或熔化還是隨后的沸騰。應(yīng)該再次注 意的是，術(shù)語(yǔ)"顆粒"被一般地使用，并且包括從單個(gè)分子或原子到分子或原子的團(tuán)簇的任 意物質(zhì)。通常，可以采用與排放噴嘴耦合的任意能量源，只要該能量源能夠激勵(lì)排放噴嘴 180并且由此由微孔160例如機(jī)械地(振動(dòng)地)排放材料。在本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，使用 壓電材料來(lái)替代排放噴嘴加熱器150，或者除了排放噴嘴加熱器150之外，使用壓電材料。
圖1B是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的用于沉積膜的設(shè)備的示意圖。參照?qǐng)D1B，用于 在襯底上沉積材料的示例性設(shè)備與圖1A中的實(shí)施例類(lèi)似，不同之處在于，腔室130的形狀 不同，并且通過(guò)脈動(dòng)激活壓電元件115來(lái)分配墨。當(dāng)被激活時(shí)，壓電元件115脈動(dòng)，以通過(guò) 開(kāi)口 170將腔室130內(nèi)包含的液體液滴向著排放噴嘴180排放。因此，用壓電元件115替 代腔室加熱器110。雖然沒(méi)有在圖1B中示出，但是除了腔室加熱器之外還可以使用壓電元 件，或者可以將壓電元件與腔室加熱器耦合起來(lái)使用。 圖1C是根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例的用于沉積膜的設(shè)備的示意圖。參照?qǐng)D1C，用 于在襯底上沉積材料的示例性設(shè)備包括與圖1B類(lèi)似的元件，不同之處在于，去除了粘合劑 120，以示出頂部結(jié)構(gòu)142和底部結(jié)構(gòu)140可以是結(jié)構(gòu)上不同的組件。在圖1C的構(gòu)造中，可 以單獨(dú)觸及和定位頂部結(jié)構(gòu)142和底部結(jié)構(gòu)140，如當(dāng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修時(shí)所需要的。
圖1D是根據(jù)本公開(kāi)的又一個(gè)實(shí)施例的用于沉積膜的設(shè)備的示意圖。圖1D中的示 例性設(shè)備包括與圖1C中的設(shè)備類(lèi)似的元件，不同之處在于，引入了限制壁145。該結(jié)構(gòu)機(jī) 械地限制了從墨腔室130通過(guò)腔室開(kāi)口 170提供到排放噴嘴180的墨或任意其他材料。該 結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)墨加載到微孔160中的均勻性，并且可以校正從墨腔室130提供到排放噴嘴 180的墨材料位置的定位錯(cuò)誤。 圖1D中實(shí)施例的另一個(gè)區(qū)別在于存在連接區(qū)域155。在圖1A至圖1C的每個(gè)中， 排放噴嘴180被示出為與底部結(jié)構(gòu)140是一體的。相比之下，圖1D中的排放噴嘴180被制 造成用包含不同材料的連接區(qū)域155實(shí)現(xiàn)物理上區(qū)別的底部結(jié)構(gòu)140和的排放噴嘴180。 區(qū)域155用于將排放噴嘴180連接到底部結(jié)構(gòu)140。連接區(qū)域155延伸超過(guò)底部結(jié)構(gòu)140， 以留下開(kāi)口 156?？梢愿鶕?jù)將180與140物理分隔開(kāi)的殼體和目標(biāo)物的尺寸，來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)口 156。例如，該構(gòu)造可以提供改進(jìn)的排放噴嘴180與環(huán)繞結(jié)構(gòu)的熱隔離。圖1D還示出加熱 器150，加熱器150在托架155下面延伸以達(dá)到排放噴嘴180。應(yīng)該注意的是，可以利用用 于輸送脈動(dòng)能量的壓電元件或者其他機(jī)電裝置來(lái)增大地替代或者替代加熱器150。
圖1E是排放噴嘴180的圖像，排放噴嘴180作為在襯底上沉積膜的設(shè)備的一部 分。在圖1E中，排放噴嘴加熱器150由硅殼體140上的薄鉑膜組成。在排放噴嘴180的中 心還示出了與先前附圖中表示的微孔160相對(duì)應(yīng)的排放噴嘴微孔。 圖2A至圖2D示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的在襯底上沉積墨的過(guò)程。雖 然可以使用在此公開(kāi)的實(shí)施例沉積不同的膜和材料，但是在一個(gè)實(shí)施例中，以基本上固體 的形式沉積墨。在圖2A中，墨101被分配到腔室130。墨101可以具有傳統(tǒng)的成分。在一 個(gè)實(shí)施例中，墨101是由載液中的多個(gè)顆粒限定的液體墨。載液可以包含一種或多種溶劑，所述一種或多種溶劑具有的蒸發(fā)壓使得在傳輸或沉積工藝的過(guò)程中溶劑基本上蒸發(fā)并且 載液中的多個(gè)顆粒被沉積為固體顆粒。因此，所沉積的多個(gè)固體顆粒被沉積，構(gòu)成在襯底上 的膜。 再次參照?qǐng)D2A，腔室加熱器110包括墨分配機(jī)構(gòu)并且將熱能脈動(dòng)地賦予墨101 。熱 能驅(qū)動(dòng)至少一部分墨液體101通過(guò)開(kāi)口 170，以形成墨液滴102。墨液滴102可以限定液體 墨101的全部或一部分。來(lái)自能量源(例如，加熱器110)的能量的脈動(dòng)賦予確定了從腔室 130流出要被計(jì)量的墨數(shù)量。當(dāng)液滴102從腔室130流出被計(jì)量時(shí)，液滴102被導(dǎo)向排放噴 嘴180。 在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，壓電元件(未示出)可以設(shè)置在腔室130中或者在腔 室130附近，以對(duì)出通過(guò)開(kāi)口 170的所需要的墨101進(jìn)行計(jì)量，由此形成液滴101。在又一 個(gè)示例性實(shí)施例中，液體(通過(guò)例如保持正的墨壓力)可以通過(guò)開(kāi)口 170流出腔室130，并 且該流體可以由機(jī)械或靜電力來(lái)脈動(dòng)地中斷，使得計(jì)量的液滴由該流體產(chǎn)生并且進(jìn)一步導(dǎo) 向排放噴嘴180。如果利用了機(jī)械力，則通過(guò)引入以脈動(dòng)方式貫穿該流體的短槳，可以提供 該機(jī)械力。如果利用了靜電力，則可以通過(guò)引入流體周?chē)碾娙萜?未示出)以脈動(dòng)方式 對(duì)整個(gè)流體施加電磁場(chǎng)，來(lái)提供該靜電力。因此，可以利用任何脈動(dòng)的能量源，所述能量源 激活分配機(jī)構(gòu)，并由此計(jì)量從腔室130通過(guò)開(kāi)口 170輸送到排放噴嘴180的液體102。每 個(gè)能量脈動(dòng)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間可以由以下討論的控制器(未示出)來(lái)限定。另外，如上所 述，主要當(dāng)墨從腔室130通過(guò)開(kāi)口 170噴射出時(shí)會(huì)發(fā)生這種測(cè)定；可替選地，主要當(dāng)墨從開(kāi) 口 170進(jìn)入到排放噴嘴180時(shí)會(huì)發(fā)生這種測(cè)定。 如關(guān)于圖1A至圖1E討論的，排放噴嘴180包括用于接收和輸送所計(jì)量的液滴102 的導(dǎo)管。排放噴嘴加熱器150毗鄰排放噴嘴180設(shè)置，以加熱排放噴嘴。在示例性實(shí)施例 (未示出)中，加熱器與排放噴嘴一體化，使得分隔物165限定加熱元件。
排放噴嘴180具有毗鄰表面(可替選地，入口端口 ) 181和遠(yuǎn)端表面(可替選地， 出口端口)182。毗鄰表面181和遠(yuǎn)端表面182是由多個(gè)分隔物160和導(dǎo)管165分隔。毗 鄰表面181面對(duì)腔室130，并且遠(yuǎn)端表面182面對(duì)襯底190。排放噴嘴加熱器150可以被激 活，使得排放噴嘴180的溫度超過(guò)使得能夠從現(xiàn)在容納在導(dǎo)管160中的液滴102迅速蒸發(fā) 出載液的環(huán)境溫度。在激勵(lì)墨分配器(并且當(dāng)墨液滴102從腔室130通過(guò)開(kāi)口 170進(jìn)入排 放噴嘴180時(shí)測(cè)定墨液滴102)之前或者在液滴102落在排放噴嘴180上之后，還可以激活 噴嘴加熱器150。換言之，腔室加熱器110和排放加熱器150可以被組合起來(lái)，以同時(shí)或順 序地脈動(dòng)。 在該工藝的下一步驟中，液體墨103(之前的液滴102)被導(dǎo)向限制壁145之間的 排放噴嘴180的入口端口 181。液體墨103然后通過(guò)導(dǎo)管160流向出口端口 182。如所討論 的，導(dǎo)管160可以包括多個(gè)微孔?？梢蕴畛鋵?dǎo)管160的墨103中的液體延伸到環(huán)繞表面上， 該延伸的程度部分地由限制壁145的設(shè)計(jì)來(lái)控制，并且在排放噴嘴180被激活之前墨103 中的液體會(huì)蒸發(fā)，在微孔壁上留下基本上為固體并且可以沉積在襯底190上的顆粒104(圖 2C)?？商孢x地，在激活排放噴嘴加熱器150期間，墨103中的載液(圖2B)可以蒸發(fā)。
激活圖2C中的噴嘴加熱器150，向排放噴嘴180提供了脈動(dòng)能量，并且從導(dǎo)管160 驅(qū)逐材料104。在圖2D中示出了該結(jié)果。每個(gè)能量脈動(dòng)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間可以由控制器 (未示出)來(lái)限定。激活能可以是熱能?？商孢x地，可以使用任何能量源，這些能量源被導(dǎo)
11向排放噴嘴180，能夠激勵(lì)排放噴嘴180以由此(例如，機(jī)械、振動(dòng)、超聲地)從導(dǎo)管160排 放材料104。所沉積的膜105因此沉積成基本上在墨101中沒(méi)有存在載液的固體形式(圖 2A)。即，當(dāng)墨103經(jīng)過(guò)排放噴嘴180時(shí)，從墨103中蒸發(fā)出基本上全部載液?？梢酝ㄟ^(guò)一 個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管(未示出)從殼體輸送通常包括一種或多種溶劑混合物的被蒸發(fā)的載液。
襯底190毗鄰排放噴嘴180設(shè)置，用于接收被驅(qū)逐的材料以形成薄膜105。與圖 2B至圖2D所示的步驟同時(shí)地，腔室130提供有用于下一沉積周期的新數(shù)量的液體墨101。
圖3A示出使用用于沉積材料的加熱元件的排放陣列。圖3A中的設(shè)備包括用于容 納液體301的腔室330。液體301可以包括用于在襯底上沉積的溶解的或懸浮的顆粒。腔 室330還包括多個(gè)腔室開(kāi)口 370。圖3A中的實(shí)施例包括墨分配加熱器310，所述加熱器310 用于以脈動(dòng)方式計(jì)量通過(guò)每個(gè)腔室開(kāi)口 370并且到排放噴嘴380的液體墨。排放噴嘴380 以陣列的方式布置，使得每個(gè)排放噴嘴380與對(duì)應(yīng)的腔室開(kāi)口 370連通。噴嘴加熱器350 設(shè)置在排放噴嘴380附近，以蒸發(fā)基本上全部載液并且使得固體顆粒通過(guò)排放噴嘴陣列來(lái) 沉積。 圖3B示出使用壓電元件的排放陣列。具體來(lái)講，圖3B示出壓電墨分配元件315， 該分配元件315以脈動(dòng)方式計(jì)量通過(guò)腔室開(kāi)口 370并且到排放噴嘴380的液體墨301。通 常，可以使用能夠計(jì)量墨的任何能量源。排放噴嘴380還提供有噴嘴加熱器350。雖然沒(méi) 有在圖3A和圖3B示出，但是液體墨通過(guò)與墨貯存器連通的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管輸送腔室330。 另外地，一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管(未示出)可以被構(gòu)造成從殼體去除任何被蒸發(fā)的氣體。在 操作中，壓電元件315以猝發(fā)或脈沖方式來(lái)激勵(lì)。采用能量的每個(gè)脈沖，壓電元件振動(dòng)和分 散液體墨301，液體墨通過(guò)其分子力和表面張力保持就位。脈沖激勵(lì)壓電元件370的持續(xù)時(shí) 間可以確定由每個(gè)腔室開(kāi)口 370計(jì)量出的液體墨370的數(shù)量。因此，增加例如方形脈沖的 幅度或持續(xù)時(shí)間可以增加被分配的液體墨的數(shù)量。所選擇墨的粘度或觸變性性能將影響將 從腔室330輸送到排放噴嘴380的所計(jì)量的墨的脈沖形狀、幅度和持續(xù)時(shí)間。
在圖3A和圖3B中，排放噴嘴380包括微多孔開(kāi)口 、居間剛性區(qū)和加熱器350。示 例性設(shè)備還可以包括構(gòu)造成用于在真空或受壓環(huán)境下進(jìn)行操作的殼體。該殼體還可以包括 用于接收輸送氣體的入口端口，該輸送氣體將材料從排放噴嘴380運(yùn)送到襯底(未示出)。 該入口端口可以由適于接收輸送氣體的法蘭來(lái)限定，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的輸送氣體包括基本 上惰性的一種或多種氣體(例如，氮?dú)饣驓鍤?混合物。當(dāng)沉積傳統(tǒng)有機(jī)材料時(shí)，氮?dú)夂蜌?氣是特別合適的。輸送氣體還可以通過(guò)流過(guò)導(dǎo)管或微孔來(lái)輸送來(lái)自排放噴嘴380的墨。應(yīng) 該注意的是，圖3A和圖3B所示的實(shí)施例限定了多個(gè)設(shè)備、或用于形成多排放噴嘴沉積系統(tǒng) 的排放噴嘴(圖1A和圖1B所示)或者印刷頭的集成，并且限定了每個(gè)單獨(dú)的噴嘴可以包 括參照?qǐng)D1A至圖1E中設(shè)備描述的所有特征和元件。 另外，在圖3A和圖3B中的實(shí)施例中，腔室能量源和排放噴嘴能量源可以單獨(dú)地和 /或同時(shí)地以脈動(dòng)方式激活，并且由控制器(未示出)來(lái)限定每個(gè)脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。 可以重點(diǎn)考慮的是，使用圖3A和圖3B中的沉積設(shè)備以利用多個(gè)同時(shí)或單獨(dú)激活的排放噴 嘴的情況。 圖4是具有多個(gè)貯存器的印刷頭設(shè)備的示意圖。圖4包括貯存器430、431和423。 每個(gè)貯存器包含不同的沉積液體。因此，貯存器430包含液體墨401、貯存器431包含墨 402，并且貯存器432包含墨403。另外，貯存器401與腔室410和412連通，貯存器402與
12腔室413和414連通，而貯存器403與腔室415、416和417連通。以此方式，同時(shí)使用單個(gè) 印刷頭來(lái)印刷不同的材料。例如，液體401 、402和403可以包含確定發(fā)光顏色的0LED材料， 使得液體401可以包含用于構(gòu)造紅色0LED的材料，液體402可以包含用于構(gòu)造綠色0LED的 材料，并且液體403可以包含用于構(gòu)造藍(lán)色0LED的材料。腔室410、412、413、414、415、416 和417中的每個(gè)與各個(gè)排放噴嘴440、442、443、444、445、446和447連通。
圖5示出使用一個(gè)或多個(gè)多孔印刷頭和定位系統(tǒng)來(lái)沉積材料薄膜的設(shè)備。印刷頭 單元530可以包括相對(duì)于圖1A至圖1D討論的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備或者如圖3至圖4所示的其 排列。圖5中的印刷頭單元530可以連接到定位系統(tǒng)520，定位系統(tǒng)520可以通過(guò)沿著導(dǎo)向 裝置522行進(jìn)來(lái)調(diào)節(jié)印刷頭單元530與襯底540之間的距離。在一個(gè)實(shí)施例中，印刷頭單 元530剛性連接到定位系統(tǒng)520。印刷頭單元530、定位系統(tǒng)520和導(dǎo)向裝置522可以一起 (并且可選地剛性)連接到定位系統(tǒng)510，定位系統(tǒng)510可以在襯底540的平面中調(diào)節(jié)相對(duì) 于襯底540的印刷頭單元530的位置。可以通過(guò)沿著導(dǎo)向裝置523和521行進(jìn)，來(lái)完成由 定位系統(tǒng)510執(zhí)行的位置調(diào)節(jié)。圖5中的示例性設(shè)備還可以包括多個(gè)獨(dú)立的印刷頭單元和 定位系統(tǒng)(未示出)的組合。在圖5中的設(shè)備中，可以固定襯底的位置。可以構(gòu)造相關(guān)設(shè) 備，其中將固定印刷頭單元的位置，并且襯底將相對(duì)于印刷頭移動(dòng)。可以構(gòu)造又一個(gè)相關(guān)的 設(shè)備，其中印刷頭單元和襯底同時(shí)并且相對(duì)于彼此移動(dòng)。 當(dāng)提供任意圖案的高速印刷時(shí)，包括具有多噴嘴微多孔印刷頭的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具有實(shí) 際的優(yōu)點(diǎn)。圖5的設(shè)備中利用的定位系統(tǒng)可以控制印刷頭單元530和襯底540之間的距離， 使得該距離在1微米和lcm之間。在不脫離在此所公開(kāi)的原理的情況下，可以設(shè)計(jì)其他容 限?？刂葡到y(tǒng)可以主動(dòng)保持恒定的分隔距離，并且可以利用光學(xué)或電容性反饋(未示出)。 該控制基于之前的校正還可以是被動(dòng)的。定位系統(tǒng)還可以具有通過(guò)利用光學(xué)反饋在襯底 540的平面中相對(duì)于特定位置來(lái)對(duì)準(zhǔn)印刷頭單元530的能力。光學(xué)反饋可以包括數(shù)碼相機(jī) 和用于將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成定位指令的處理系統(tǒng)。根據(jù)適于應(yīng)用的要求，定位系統(tǒng)可以在每 個(gè)方向具有在10nm與10cm之間的絕對(duì)定位分辨率。例如，對(duì)于一些OLED應(yīng)用，可以采用 對(duì)于每個(gè)方向的1微米的定位分辨率。 圖6示出具有錐形側(cè)壁的具有微孔的微多孔排放噴嘴。排放噴嘴680、居間剛性部 分665、微多孔開(kāi)口 660和加熱元件650對(duì)應(yīng)于圖1A中的元件180、 165、 160和150，不同之 處在于，微孔660的側(cè)壁是錐形的。該錐形的設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足微孔的較寬部分與較窄部分相 比更靠近襯底690。錐形的設(shè)計(jì)可以是有利的，這是因?yàn)樵诩せ盍伺欧艊娮旌碗S后的驅(qū)逐材 料的情況下，該錐形使得能夠沿著微孔660中較寬部分的方向進(jìn)行排放。在圖6的示例性實(shí) 施例中，與具有直型側(cè)壁的微孔相比，該錐形被示出使得用加熱元件650激活排放噴嘴680 可以增大流向襯底690的材料比率。雖然圖6中的側(cè)壁具有基本上直型錐形，但是可以利 用任意的側(cè)壁外形，所述側(cè)壁外形被設(shè)計(jì)成在一端比另一端具有更大的開(kāi)口 ，使得沿著一 個(gè)方向或者另一個(gè)方向從噴嘴流出的一部分材料發(fā)生變化。這種錐形側(cè)壁的另一個(gè)示例包 括具有彎曲外形從一端到另一端單調(diào)變寬的側(cè)面。用于剛性部分665的又一個(gè)外形可以是 梯形形狀。 圖7示出用于微多孔排放噴嘴的示例性微孔圖案。形狀701、702和703表現(xiàn)出了 示例性的圖案。復(fù)雜的像素形狀701限定出矩形，復(fù)雜的像素形狀702被限定為L(zhǎng)形圖案， 而復(fù)雜的像素形狀703限定出三角形。在不脫離在此所公開(kāi)原理的情況下，還可以設(shè)計(jì)其他復(fù)雜的像素形狀，諸如橢圓、八角形、不對(duì)稱(chēng)圖案等。每個(gè)像素圖案可以包括一個(gè)或多個(gè) 微孔704。這樣的像素圖案的優(yōu)點(diǎn)在于，用微多孔排放噴嘴沉積材料的均勻薄膜，使薄膜覆 蓋不是簡(jiǎn)單的方形或圓形的區(qū)域。使用復(fù)雜的微孔圖案沉積膜可以?xún)?yōu)于使用圓形或方形微 孔圖案沉積用多個(gè)沉積來(lái)沉積等價(jià)的區(qū)域，這是因?yàn)樵趩为?dú)的沉積重疊的情況下，通過(guò)后 一方法進(jìn)行的沉積產(chǎn)生了厚度不均勻的膜。另外，除了通過(guò)使用不現(xiàn)實(shí)的小方形或圓形微 孔圖案之外，再現(xiàn)某些形狀(例如三角形的點(diǎn))的小特征是不可能的。
參照?qǐng)D7，每個(gè)微孔704的寬度可以為wl。在示例性實(shí)施例中，wl在O. liim至 100iim之間。根據(jù)微孔的數(shù)量、尺寸和間隔，每個(gè)微孔圖案的寬度w2可以在0. 5iim與lcm 之間。通過(guò)排放設(shè)備將復(fù)雜的微孔圖案轉(zhuǎn)換成襯底上所沉積材料的對(duì)應(yīng)圖案，可以取決于 排放設(shè)備中的微孔數(shù)目、每個(gè)微孔的直徑、微孔的間隔、微孔側(cè)壁的形狀以及排放設(shè)備與襯 底之間的距離。例如，排放設(shè)備可以具有復(fù)雜的微孔圖案701，每個(gè)微孔可以具有1. 0 ii m的 直徑(wl)，具有2.0微米的中心與中心的間隔并且具有直型側(cè)壁。微孔可以被定位成距離 襯底約100 ym。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，該方法可以用于再現(xiàn)與復(fù)雜的微孔圖案701相對(duì)應(yīng)的所沉 積材料的大致矩形圖案。 在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的排放設(shè)備可以用于在襯底上沉積基本上固體形式 的墨。墨可以由在襯底上沉積的材料組成，該材料的形式初始為在載液中懸浮或溶解的顆 粒。載液可以是有機(jī)的，例如丙酮、氯仿、異丙醇、氯苯和甲苯，或者可以是水。載液還可以是 以上指出的材料的混合物。將在襯底上沉積的一個(gè)或多個(gè)成分可以是有機(jī)分子化合物，例 如，并五苯、三-(8-羥基喹啉)合鋁(A1Q3)，N，N' -二苯基-N，N'-雙(3-甲基苯基)-(l， 1' -二苯基)-4，4' -二元胺(TPD)、浴銅靈(bathocuproine， BCP)或者面式-三(2-苯 基吡啶)合銥(Irppy)。將在襯底上沉積的一個(gè)或多個(gè)成分還可以是聚合物。將在襯底上 沉積的一個(gè)或多個(gè)成分可以是無(wú)機(jī)的，例如半導(dǎo)體或絕緣體或?qū)w。 一個(gè)或多個(gè)沉積材料 可以是電子注入材料。 一個(gè)或多個(gè)沉積材料可以是電子傳輸材料。 一個(gè)或多個(gè)沉積材料可 以是發(fā)光材料。 一個(gè)或多個(gè)沉積材料可以是空穴傳輸材料。 一個(gè)或多個(gè)沉積材料可以是空 穴注入材料。 一個(gè)或多個(gè)沉積材料可以是激子阻擋材料。 一個(gè)或多個(gè)沉積材料可以是吸光 材料。 一個(gè)或多個(gè)沉積材料可以是化學(xué)感測(cè)材料。沉積材料可以用作例如OLED、晶體管、光 電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池和化學(xué)傳感器中的例如導(dǎo)體、發(fā)光體、吸光體、電荷阻擋體、激子阻擋 體和絕緣體。 墨的特性可以限定沉積膜的過(guò)程中的重要因素。對(duì)于墨的一個(gè)重要性能標(biāo)準(zhǔn)可以
是將墨材料從腔室有效、可靠并均勻地加載到排放噴嘴中。相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)包括墨的能力
(1)弄濕一個(gè)或多個(gè)排放噴嘴表面；(2)快速流入排放噴嘴孔中；以及(3)在包含排放噴嘴
孔的排放噴嘴區(qū)域上方快速擴(kuò)散。對(duì)于墨的另一個(gè)重要性能標(biāo)準(zhǔn)是將所需質(zhì)量的材料一直
輸送到排放噴嘴中，所以所需數(shù)量的材料在每次排放噴嘴排放其材料時(shí)一致地沉積。墨可
以被修改成使得墨可靠地從腔室開(kāi)口可靠輸送到具有一致的墨容積的排放噴嘴。通過(guò)設(shè)計(jì)
墨液體和在墨中溶解或懸浮的材料的物理和化學(xué)特性，由發(fā)明者對(duì)目標(biāo)墨執(zhí)行這些修改。
這些特性包括但不限于粘度、觸變性、沸點(diǎn)、材料溶解性、表面能量和蒸氣壓。 在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所公開(kāi)實(shí)施例的排放設(shè)備可以用于在襯底上沉積金屬材
料。沉積金屬材料可以沉積成基本上固體形式。沉積材料可以包括利用溶劑中溶解或懸浮
的有機(jī)-金屬前驅(qū)體材料或者在溶劑中溶解或懸浮的金屬的金屬合成。在溶劑中溶解或懸
14浮的金屬可以包括，至少部分包括可以用有機(jī)化合物涂覆的納米顆粒。金屬可以是例如金、 銀、鋁、鎂或銅。金屬可以是多個(gè)金屬的合金或混合物。這種金屬材料在許多應(yīng)用中是有用 的，例如可以用作薄膜電極、電子電路元件之間的電互連和被動(dòng)吸收性或反射性的圖案。排 放設(shè)備所沉積的金屬膜可以用于沉積在包括諸如OLED、晶體管、光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池和 化學(xué)傳感器的有機(jī)電子器件的電路中利用的電極和電子互連。有機(jī)-金屬或金屬材料可以 輸送到排放噴嘴，并且激活排放噴嘴時(shí)可以被輸送到襯底。在將液體從腔室輸送到排放噴 嘴之前或者在此期間、在從排放噴嘴輸送到襯底期間或隨后在襯底上沉積期間，可以執(zhí)行 將有機(jī)_金屬材料轉(zhuǎn)換成金屬材料的反應(yīng)。當(dāng)將金屬材料從排放噴嘴輸送到襯底時(shí)，有利 的是利用納米顆粒，這是因?yàn)檫@樣降低了從微孔驅(qū)逐金屬所需的能量。利用排放設(shè)備在襯 底上沉積的金屬的優(yōu)點(diǎn)在于有效利用了材料并且采用了沉積技術(shù)，而所述材料和沉積技術(shù) 不會(huì)對(duì)在其上沉積有金屬膜的、包括下面的襯底和任何其他的沉積層的材料造成損害。
在另一個(gè)實(shí)施例中，排放設(shè)備用于在襯底上沉積基本上為固體形式的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體 或絕緣體材料。沉積材料可以包括利用在載液中溶解或懸浮的有機(jī)和無(wú)機(jī)前驅(qū)體材料或者 在載液中溶解或懸浮的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體或絕緣體的合成。在液體中溶解或懸浮的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體或 絕緣體可以由可以被有機(jī)化合物覆蓋的所有或者部分納米顆粒組成。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體或絕緣 體可以是例如IV族半導(dǎo)體(例如，碳、硅、鍺)、III-V族化合物半導(dǎo)體(例如，氮化鎵、磷 化銦、砷化鎵)、II-VI化合物半導(dǎo)體(例如，硒化鎘、硒化鋅、硫化鎘、碲化滎)、無(wú)機(jī)氧化物 (例如，銦錫氧化物、氧化鋁、氧化鈦、氧化硅)和其他硫族化物。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體或絕緣體可以 是多個(gè)無(wú)機(jī)化合物的合金或化合物。半導(dǎo)體或絕緣體材料可以用于許多應(yīng)用中，例如，用作 電極的透明導(dǎo)體和電子電路元件之間的電互連、絕緣層和鈍化層，以及用作電子器件和光 電子器件中的有源層。當(dāng)耦合在一起時(shí)，這些層可以用于包含諸如OLED、晶體管、光電探測(cè) 器、太陽(yáng)能電池和化學(xué)傳感器的有機(jī)電子器件的電路中。 在另一個(gè)實(shí)施例中，前驅(qū)體或無(wú)機(jī)半導(dǎo)體或絕緣體材料可以輸送到排放噴嘴，并 且在激活排放噴嘴時(shí)可以被輸送到襯底。在將液體從腔室輸送到排放噴嘴之前或者在此期 間、在從排放噴嘴輸送到襯底期間或者隨后在襯底上沉積期間，可以執(zhí)行將前驅(qū)體材料轉(zhuǎn) 換成所需的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體或絕緣體材料的反應(yīng)。當(dāng)將無(wú)機(jī)半導(dǎo)體或絕緣體材料從排放噴嘴輸 送到襯底時(shí)，可以有利的是利用納米顆粒，用于降低從微孔驅(qū)逐材料所需的能量。利用排放 設(shè)備在襯底上沉積的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體或絕緣體材料的優(yōu)點(diǎn)在于有效利用了材料并且采用了沉 積技術(shù)，而所述材料和沉積技術(shù)不會(huì)對(duì)在其上沉積有膜的、包括下面的襯底和任何其他的 沉積層的材料造成損害。 圖8A和圖8B(合稱(chēng)為圖8)示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的染料升華印刷
機(jī)。在圖8A中，墨液滴809包括在載液中溶解或懸浮的墨顏料。載液可以包括一個(gè)或多個(gè)
成分，包括有機(jī)溶劑和水。墨液滴809被導(dǎo)向排放設(shè)備850的背面。液滴809流入其中液
體墨的溶劑部分蒸發(fā)的微孔840中，留下在微孔840壁上沉積的顏料顆粒810。 接著，參照?qǐng)D8B，可以激活加熱器830，以從微孔840蒸發(fā)出顏料顆粒810并且從
排放噴嘴825排放出顏料顆粒。排放出的顏料顆粒濃縮在襯底表面860上，形成印刷顏料
的像素圖案870。加熱器830也可以用于蒸發(fā)像素圖案870中任何剩余的溶劑。 圖9A和圖9B示出用于空間局部化學(xué)合成的排放設(shè)備的使用。在圖9A的實(shí)施例
中，反應(yīng)氣體910在整個(gè)排放噴嘴825上流動(dòng)。反應(yīng)氣體910可以附加地幫助蒸發(fā)和去除所蒸發(fā)的溶劑。氣體與沉積墨809 —起可以流入排放噴嘴微孔840中。
在圖9B中，可蒸發(fā)反應(yīng)物920導(dǎo)向排放噴嘴825并且受壓通過(guò)微孔840?？烧舭l(fā) 反應(yīng)物920可以可選地包含形成合成材料930的懸浮顆粒?？梢约せ罴訜崞?30，以加熱 包含待沉積的固體墨顆粒的反應(yīng)氣體流909。可以使用流出的氣體(未示出)使來(lái)自微孔 840的可蒸發(fā)反應(yīng)物(未示出)輸送到系統(tǒng)外部。然后，來(lái)自830的熱量可以激活所需的化 學(xué)反應(yīng)，以在襯底860上生成所需的材料930。在另一個(gè)實(shí)施例中，排放設(shè)備850可以用作 在氣體環(huán)境或液體環(huán)境中浸沒(méi)的有效的空間局部加熱元件，其中，來(lái)自加熱器830的熱用 于激活化學(xué)合成工藝。 在又一個(gè)實(shí)施例中，具有在載液(未示出)中溶解或懸浮的顆粒的墨被輸送到排 放噴嘴825。排放噴嘴825包括用于容納墨的微孔840。在蒸發(fā)了載液之后，加熱器830加 熱多孔840的孔壁上所沉積的顆粒，其中，在環(huán)境氣體和/或液體環(huán)境下蒸發(fā)并混合顆粒。 在另一個(gè)實(shí)施例中，排放設(shè)備可以用作有效的空間局部加熱元件，其中，來(lái)自加熱器830的 熱用于激活襯底中所限定區(qū)域上的化學(xué)合成工藝。 圖9C和圖9D示出使用排放設(shè)備作為微反應(yīng)器。如圖9C所示，可以在排放設(shè)備850 的背面上沉積可選的反應(yīng)氣體流或者墨沉積物909或者可蒸發(fā)反應(yīng)物911。排放設(shè)備850 可以集成到具有微尺寸腔室閥922和924的微尺寸腔，所述微尺寸腔室閥922和924用于 控制氣體和液體產(chǎn)品、反應(yīng)物和解析或合成產(chǎn)物970的流入和流出。在圖9C中，可選的反 應(yīng)氣體流或墨沉積物909或者可蒸發(fā)反應(yīng)物911流入微孔840中。激活加熱器830，以加熱 來(lái)自微孔840的可選的反應(yīng)氣體流或墨沉積物909或可蒸發(fā)反應(yīng)物911，并且將其從排放噴 嘴825排放出來(lái)。然后，來(lái)自加熱器830的熱可以激活所需的化學(xué)合成工藝，以在襯底860 上生成解析或合成產(chǎn)物970。 在另 一個(gè)實(shí)施例中，排放設(shè)備可以用于產(chǎn)生用于顯示的子像素，諸如紅色子像素、 綠色子像素和藍(lán)色子像素。每個(gè)子像素具有的橫向尺寸寬度可以從20iim至5mm。在不脫 離在此所公開(kāi)原理的情況下，其他尺寸是可利用的。子像素可以包括使用相對(duì)于圖1A至圖 1D討論的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備沉積或者其變形的一個(gè)或多個(gè)膜(例如，如圖3至圖4所示，或 者在圖10至圖11中，如以下進(jìn)一步討論的)，這里被稱(chēng)作"熱噴射"和作為"熱噴射沉積方 法"的對(duì)應(yīng)的沉積方法。多個(gè)這些子像素可以沉積在襯底上方，以形成一個(gè)或多個(gè)顯示器。 當(dāng)在襯底上沉積多個(gè)顯示器，襯底可以被細(xì)分為各個(gè)顯示器。使用熱噴射沉積方法的沉積 可以?xún)?yōu)于蔭罩屏蔽，這是因?yàn)槭a罩屏蔽會(huì)需要具有孔的長(zhǎng)薄金屬片，其可以在大面積上發(fā) 生扭曲和彎曲和/或會(huì)難以保持干凈和/或產(chǎn)生灰塵顆粒。 圖IOA是示例性印刷頭的示意圖。參照?qǐng)DIOA，將材料沉積在襯底上的示例性設(shè)備 包括腔室1030，用于容納具有在載液中懸浮或溶解的、在襯底上沉積的材料顆粒的墨。腔室 1030包括開(kāi)口 1070和從開(kāi)口 1070至排放噴嘴1080的輸送路徑。排放噴嘴1080由可以包 含多個(gè)微多孔導(dǎo)管1060的表面限定，所述多個(gè)微多孔導(dǎo)管1060用于接收來(lái)自腔室1030通 過(guò)開(kāi)口 1070連通的材料。這些導(dǎo)管延伸到支撐材料1040中，但不通過(guò)支撐材料1040，所述 支撐材料1040提供用于排放噴嘴1080的機(jī)械支撐。使用托架或連接材料1020，殼體1040 可以接合到腔室1030的殼體。 腔室激活器1015還包括與腔室1030耦合的壓電制動(dòng)器1015，用于提供脈動(dòng)能 量，以激活墨分配機(jī)構(gòu)，并由此計(jì)量從腔室1030通過(guò)開(kāi)口 1070到排放噴嘴1080的液體液
16滴。脈動(dòng)能量可以以l分鐘或更少時(shí)間的時(shí)間標(biāo)度來(lái)變化。例如，可以用具有可變占空比 和1kHz的周期頻率的方形脈沖來(lái)激勵(lì)壓電制動(dòng)器1015。腔室1030可以包含用于形成在制 造OLED或晶體管的過(guò)程中使用的膜所需的材料。開(kāi)口 1070被構(gòu)造成使得腔室1030中液 體的表面張力防止在壓電墨分配機(jī)構(gòu)被激活之前排放出液體。 排放噴嘴1080可以包括由多孔1060分隔的剛性部分(可互換地，分隔物)1065。 微孔區(qū)域可以由多種材料組成，所述多種材料例如是微多孔氧化鋁或者硅或碳化硅的固體 膜并且具有微加工孔。在一個(gè)實(shí)施例中，微孔1060容納在液體中溶解或懸浮的材料，并且 防止在介質(zhì)被適當(dāng)激活之前材料再次從排放噴嘴1080釋放出。排放噴嘴1080還可以包括 粗糙表面(未示出)，用于接收在載液中溶解或懸浮的并且從腔室開(kāi)口 1070輸送的材料。 表面可以類(lèi)似地包含該材料，直到排放噴嘴被正確制動(dòng)為止?？商孢x地，排放噴嘴1080可 以包括光滑表面(未示出)，用于接收在液體中溶解或懸浮的并且從腔室開(kāi)口 1070輸送的 材料。光滑表面可以適于包含該材料，直到排放噴嘴被正確制動(dòng)為止。這類(lèi)修改可以包括 表面化學(xué)性質(zhì)或者相對(duì)于液體的選擇的排放噴嘴材料的適當(dāng)選擇的修改。
在圖10A的示例性器件中，當(dāng)排放出的液體液滴遭遇排放噴嘴1080時(shí)，液體由于 毛細(xì)管作用而流入微孔1060中。墨中的液體可以在排放噴嘴1080被激活之前會(huì)蒸發(fā)，在 微孔壁上留下懸浮或溶解材料的涂層。通過(guò)加熱排放噴嘴1080，會(huì)加速墨中液體的蒸發(fā)。 通過(guò)使氣體在一個(gè)或多個(gè)排放噴嘴面上流動(dòng)，被蒸發(fā)的液體可以從腔室中被去除并且隨后 被收集(未示出)。 根據(jù)所需的應(yīng)用，微孔1060可以提供具有最大的橫截面距離W為幾納米至幾百微 米的容器。根據(jù)所需的應(yīng)用，包括排放噴嘴1080的微孔區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)不同形狀并且覆蓋不同 區(qū)域，并且通常的尺寸D的范圍從幾百納米到數(shù)十毫米。如果排放噴嘴1080被修改成使得 用粗糙化的表面區(qū)域或光滑表面區(qū)域(未示出)替代微多孔區(qū)域，排放噴嘴1080以基本上 的相同方式來(lái)操作，由此(通過(guò)對(duì)表面和材料特性的正確控制得到的表面張力)，以液體形 式從腔室1030輸送到排放噴嘴1080的材料保持在表面上，直到排放噴嘴1080被激活為 止。通過(guò)加熱排放噴嘴，會(huì)加速墨中液體的蒸發(fā)。再次，通過(guò)使氣體在一個(gè)或多個(gè)排放噴嘴 面上流動(dòng)，被蒸發(fā)的液體可以從腔室中被去除并且隨后被收集(未示出)。
在圖10A的示例性設(shè)備中，腔室開(kāi)口 1070和排放噴嘴1080表面的相對(duì)取向被設(shè) 置成使得腔室1030中的液體可以從腔室開(kāi)口 1070(例如，通過(guò)以受控速度和室開(kāi)口 1070 外的軌跡來(lái)噴射液滴)直接輸送到排放噴嘴表面上。另外，排放噴嘴表面還被定位成使得 當(dāng)被激活時(shí)，輸送到排放噴嘴表面的材料可以基本上向著襯底流動(dòng)。在圖IOA的示例性實(shí) 施例中，這是通過(guò)以下步驟來(lái)完成的相對(duì)于通過(guò)腔室開(kāi)口 170所提供液體的輸入軌跡以 及襯底的角度來(lái)將排放噴嘴表面與居間角度對(duì)準(zhǔn)，所述襯底將會(huì)放置在印刷頭下面(圖 10B所示)。 另外，在圖10A的示例性實(shí)施例中，通過(guò)與排放噴嘴1080毗鄰設(shè)置的加熱器1050 激活排放噴嘴。排放噴嘴加熱器1050可以包括由例如鉑組成的薄金屬膜。當(dāng)被激活時(shí)，排 放噴嘴加熱器1050向排放噴嘴1080提供脈動(dòng)熱能，所述熱能驅(qū)逐在微孔1060中包含的材 料，使得材料能夠從排放噴嘴流出。驅(qū)逐材料可以包括無(wú)論是通過(guò)升華或熔化還是隨后 的沸騰，使基本上固體的墨顆粒蒸發(fā)。通常，可以采用耦合到排放噴嘴的、能夠激勵(lì)排放噴 嘴1080并且由此將材料從微孔1060中排出的任何能量源。例如，可以使用機(jī)械(例如，振
17動(dòng))能量。 圖IOB至圖IOE示出使用圖IOA所示的印刷頭沉積膜的方法。圖IOB中的方法在 此被稱(chēng)作熱表面噴射沉積法。參照?qǐng)DIOB，腔室1030用于墨1002，墨1002包括將在襯底上 沉積的、在載液中溶解或懸浮的材料顆粒。在液體1002從腔室1030通過(guò)開(kāi)口 1070行進(jìn) 時(shí)，壓電元件1015脈動(dòng)地計(jì)量液體1002，以形成自由的液滴1001。在替選的實(shí)施例(未示 出)中，設(shè)置加熱器來(lái)取代壓電元件1015，用于脈動(dòng)地激活熱墨分配機(jī)構(gòu)，并由此驅(qū)動(dòng)腔室 1030中的至少一部分液體1002通過(guò)開(kāi)口 1070，以形成自由的液滴1001。通常，可以利用任 何脈動(dòng)能量源，所述能量源激活墨分配機(jī)構(gòu)，以由此在液體1002通過(guò)開(kāi)口 1070向著排放噴 嘴1080行進(jìn)時(shí)計(jì)量液體1002。每個(gè)能量脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間可以由控制器(未示出) 來(lái)限定。 參照?qǐng)DIOB，可以激活排放噴嘴加熱器1050，使得排放噴嘴溫度被升高至環(huán)境溫 度之上。加熱循環(huán)有助于在墨中的液體沉積在排放噴嘴之后將其快速蒸發(fā)。還可以在激勵(lì) 墨分配機(jī)構(gòu)(并且將來(lái)自腔室1030的墨液滴1001通過(guò)開(kāi)口 1070排放)之前或者在液滴 1001落到排放噴嘴1080上之后，激活排放噴嘴加熱器1050。 在圖10C中，液滴1001從腔室開(kāi)口 1070行進(jìn)至排放噴嘴1080，其中，墨流入到微 孔1060中。在排放噴嘴1080被激活之前，可以填充微孔的墨1003中的溶劑或載液會(huì)蒸 發(fā)，在微孔壁上留下材料1004，所述材料1004基本上是沒(méi)有溶劑的并且基本上為固體形式 并且將沉積在襯底上。這在圖10D中示出。可替選地，在排放噴嘴1080被激活期間，溶劑 或液體1003會(huì)蒸發(fā)。 圖10E示出激活排放噴嘴加熱器1030以提供脈動(dòng)能量以使排放噴嘴1080驅(qū)逐微 孔1060中材料的步驟。每個(gè)脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間可以由控制器(未示出)來(lái)限定。激活 能量可以是熱能，但是可替選地，能量源可以耦合到排放噴嘴1080，以激勵(lì)排放噴嘴1080 并且將材料從微孔1060中排放出來(lái)。例如，對(duì)于該步驟而言，還可以使用機(jī)械(例如，振 動(dòng))能量。襯底1090可以毗鄰排放噴嘴1080設(shè)置，以接收被驅(qū)逐的材料，以由此形成薄膜 1005。 圖IIA示意性示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的熱激活印刷頭。圖IIA所示的設(shè)備 包括用于容納墨的腔室1130、腔室開(kāi)口 1170以及從開(kāi)口 1170到排放噴嘴1180的輸送路 徑。排放噴嘴1180包括含有多個(gè)微多孔導(dǎo)管1160的表面，所述多個(gè)微多孔導(dǎo)管1160用于 接收液體墨、包含將在襯底上沉積的、在載液中溶解或懸浮的材料顆粒、通過(guò)開(kāi)口 1170與 腔室1130連通。導(dǎo)管1160延伸到托架1142中但是不穿過(guò)托架1142，所述托架1142在結(jié) 構(gòu)上支撐排放噴嘴1180。托架1142通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭1141接合到支撐側(cè)壁1140。然后，側(cè)壁 1140可以連接到較大的框架，以形成腔室1130的殼體(未示出)。 腔室激活器1110可選地限定與腔室1130耦合的加熱器，其用于提供脈動(dòng)能量，所 述脈動(dòng)能量激活墨分配機(jī)構(gòu)，以計(jì)量從腔室1130內(nèi)通過(guò)開(kāi)口 1170到排放噴嘴1180的液體 液滴。如所示出的，可以以l分鐘或更短時(shí)間的時(shí)間標(biāo)度來(lái)變化脈動(dòng)能量。例如，可以用具 有可變占空比和lkHz的周期頻率的方形脈沖來(lái)激勵(lì)制動(dòng)器1110。腔室1030可以包含用于 形成在制造OLED或晶體管的過(guò)程中使用的膜所需的材料。開(kāi)口 1070可以被構(gòu)造成使得 腔室1030中液體的表面張力將會(huì)防止在墨分配機(jī)構(gòu)被激活之前排放液體。
排放噴嘴1180可以包括由微孔(或?qū)Ч?1160分隔開(kāi)的剛性部分(可互換地，分隔物)1063。微多孔區(qū)域可以由多種材料組成，所述多種材料例如是微多孔氧化鋁或者硅或 碳化硅的固體膜并且具有微加工 L。微孔1160容納墨，并且防止在介質(zhì)被適當(dāng)激活之前材 料再次從排放噴嘴1180排放出。排放噴嘴1180還可以包括粗糙表面(未示出)，用于接收 液體中溶解或懸浮并且從腔室開(kāi)口 1170輸送的材料。這種表面可以一直保持材料，直到排 放噴嘴被正確制動(dòng)為止?？商孢x地，排放噴嘴1180還可以包含光滑表面，用于接收液體中 溶解或懸浮的并且從腔室開(kāi)口 1170輸送的材料。這種表面可以一直保持材料，直到排放噴 嘴被正確制動(dòng)為止。應(yīng)該注意的是，這種修改會(huì)需要更改表面化學(xué)性質(zhì)或者根據(jù)給定的液 體表面化學(xué)性質(zhì)來(lái)適當(dāng)選擇排放噴嘴構(gòu)造。 在圖IIA中，當(dāng)排放出的液體液滴遭遇排放噴嘴1180時(shí)，液體由于毛細(xì)管作用和 分子表面張力而流入微孔1160中。可以在排放噴嘴1180被激活時(shí)，液體會(huì)蒸發(fā)，在微孔壁 1160上留下懸浮或溶解顆粒的基本上固體的涂層。通過(guò)加熱排放噴嘴1180，會(huì)加速墨中液 體的蒸發(fā)。通過(guò)使氣體在一個(gè)或多個(gè)排放噴嘴表面上流動(dòng)，蒸發(fā)的液體可以從腔室中被去 除并且隨后被收集(未示出)。 根據(jù)所需的應(yīng)用，多孔1160可以提供具有最大橫截面距離W為幾納米至數(shù)百微米 的容器。根據(jù)所需的應(yīng)用，包括排放噴嘴180的微多孔區(qū)將呈現(xiàn)不同形狀并且覆蓋不同區(qū) 域，并且通常尺寸D的范圍從幾百納米至數(shù)十毫米。如果排放噴嘴1180被修改成使得用粗 糙化的表面區(qū)域或光滑表面區(qū)域(未示出)替代微多孔區(qū)域，排放噴嘴1180以基本上的相 同方式操作，由此以液體形式從腔室1130輸送到排放噴嘴1180的材料保持在表面上(通 過(guò)對(duì)表面和材料特性的正確控制得到的表面張力)，直到排放噴嘴1180被激活為止。液體 會(huì)在排放噴嘴1180被激活之前蒸發(fā)，在排放噴嘴表面上留下懸浮或溶解顆粒的基本上固 體的涂層。通過(guò)加熱排放噴嘴，會(huì)加速蒸發(fā)過(guò)程。此外，通過(guò)使氣體在一個(gè)或多個(gè)排放噴嘴 表面上流動(dòng)，蒸發(fā)的液體可以從腔室中被去除并且隨后被收集(未示出)。
腔室開(kāi)口 1170和排放噴嘴1080表面的相對(duì)取向被設(shè)置成使得腔室1130中的液 體可以從腔室開(kāi)口 1170(例如，通過(guò)以受控速度和穿過(guò)腔室開(kāi)口 1170的軌跡來(lái)噴射液滴) 直接輸送到排放噴嘴表面上。排放噴嘴1180可以集成到1142中，使得其可以相對(duì)于側(cè)壁 1140通過(guò)1141旋轉(zhuǎn)。使用旋轉(zhuǎn)來(lái)重新定向排放噴嘴1180的表面，使得當(dāng)被激活時(shí)，輸送到 排放噴嘴表面的材料可以直接流向襯底，或者以某一角度流向襯底。 在圖11A中，排放噴嘴可以被加熱器激活。排放噴嘴加熱器1150可以毗鄰排放噴 嘴1180設(shè)置。排放噴嘴加熱器1150可以包括薄金屬膜，該薄金屬膜可以由例如鉑組成。當(dāng) 被激活時(shí)，排放噴嘴加熱器1150向排放噴嘴1180提供脈動(dòng)熱能，這起到的作用是驅(qū)逐在 多孔1160內(nèi)包含的可以隨后從排放噴嘴流出的材料。無(wú)論是通過(guò)升華或熔化還是隨后的 沸騰，驅(qū)逐所述材料可以包括蒸發(fā)?？梢允褂民詈系脚欧艊娮斓?、能夠激勵(lì)排放噴嘴1180 以從微孔1160中排放出材料的任何能量源。采用與相對(duì)于圖1D公開(kāi)的相同方式來(lái)操作限 制壁1145。 圖llb至圖IIE示出圖IIA中的印刷頭設(shè)備的示例性實(shí)施。參照?qǐng)DIIB，第一步驟 是用墨1102填充腔室1130。液體墨可以包含在液體中溶解或懸浮的材料，并且可以被沉積 為薄膜。腔室加熱器1110將熱能脈動(dòng)地引入到腔室1130中的墨1102，并由此計(jì)量通過(guò)開(kāi) 口 1170的至少一部分液體1102，以形成自由的液滴1101。在另一個(gè)示例性實(shí)施例(未示 出)中，腔室壓電元件1115將機(jī)械能量脈動(dòng)地引入腔室1130中的墨1102中，并由此計(jì)量
19通過(guò)開(kāi)口 1170的至少一部分液體1102，以形成自由的液滴1101?？梢约せ钆欧艊娮旒訜?器1150，使得排放噴嘴溫度升高至環(huán)境溫度之上。這樣可以有助于當(dāng)墨中的液體沉積在排 放噴嘴上時(shí)使其迅速蒸發(fā)。還可以在激勵(lì)墨腔室(并且將來(lái)自腔室1130的墨液滴1101通 過(guò)開(kāi)口 1170排放)之前或者在液滴1101落到排放噴嘴1180上之后，激活排放噴嘴加熱器 1150。 在圖11C中，液滴1101從腔室開(kāi)口 1170行進(jìn)到排放噴嘴1180，其中，墨流入到微 孔1160中。在延伸的程度部分地由環(huán)繞表面的設(shè)計(jì)構(gòu)造控制的情況下，可以填充微孔并延 伸到環(huán)繞表面上的墨1103中的液體在排放噴嘴1180被激活之前會(huì)蒸發(fā)，在微孔壁上留下 基本上沒(méi)有溶劑的材料1104。在圖11D中示出了該工藝步驟。在排放噴嘴1180被激活期 間，溶液1103中的溶劑也會(huì)蒸發(fā)。 在激活排放噴嘴1180之前，排放噴嘴相對(duì)于側(cè)壁1140旋轉(zhuǎn)180度。如相對(duì)于圖 IIA所討論的，托架1142沿著接頭1141相對(duì)于側(cè)壁1140旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)使排放噴嘴表面更 靠近并且基本上平行于襯底1190，使得從排放噴嘴表面到襯底存在直接路徑。在圖11E中 示出了該工藝步驟。此后，激活噴嘴加熱器1130以向排放噴嘴1180提供脈動(dòng)能量，驅(qū)逐微 孔1160中的材料。每個(gè)脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間可以由控制器(未示出)來(lái)限定。在該示 例性實(shí)施例中，激活能量是熱能；可以可替選地采用耦合到排放噴嘴1180的、能夠激勵(lì)排 放噴嘴1180并由此從微孔1160中排放出材料的任何能量源。襯底1190可以毗鄰排放噴 嘴1180設(shè)置以接收被驅(qū)逐的材料，并且可以形成薄膜1105。 圖12示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例在襯底上沉積顆粒的方法。參照?qǐng)D12，在步驟 1200中，液體墨從貯存器提供到熱噴射印刷裝置的腔室。液體墨可以是液體載體和多個(gè)墨 顆粒的組合。在步驟1210中，計(jì)量出來(lái)自腔室的液體墨的所需數(shù)量?？梢允褂梅峙淦鱽?lái)計(jì) 量液體墨的所需數(shù)量。分配器可以包括被構(gòu)造成將能量導(dǎo)向腔室的機(jī)電或振動(dòng)裝置。在可 替選的實(shí)施例中，分配器包括加熱器。在另一個(gè)實(shí)施例中，分配器包括壓電元件。脈動(dòng)能量 可以提供到分配器，以計(jì)量墨的所需數(shù)量。在步驟1220中，計(jì)量數(shù)量的墨從腔室被導(dǎo)向排 放噴嘴。使用重力饋送、強(qiáng)制空氣傳導(dǎo)或者通過(guò)任何傳統(tǒng)的裝置，可以將墨導(dǎo)向排放噴嘴。 在步驟1230中，液體載體被蒸發(fā)，以留下基本上固體的墨顆粒。 在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)計(jì)量數(shù)量的墨離開(kāi)腔室時(shí)，就執(zhí)行蒸發(fā)步驟。在另一個(gè)實(shí)施例 中，當(dāng)液體墨已到達(dá)排放噴嘴時(shí)，蒸發(fā)就開(kāi)始了。在又一個(gè)實(shí)施例中，蒸發(fā)步驟繼續(xù)，直到基 本上所有的載液都已蒸發(fā)為止。在步驟1240中，基本上為固體的墨顆粒從排放噴嘴中分配 并且在步驟1250中沉積到襯底上。 圖13是用于控制分配裝置的控制系統(tǒng)的示意圖。在圖13中，腔室1330與貯存器 1399流體地連通。貯存器1399向腔室1330提供液體墨。液體墨包括載液1391和溶解或 懸浮的顆粒1396。分配器1310毗鄰腔室1330設(shè)置以攪動(dòng)腔室，并由此計(jì)量來(lái)自腔室的所 需的液體墨的數(shù)量。其中，分配器1310可以包括加熱器。分配器1310通過(guò)布線(xiàn)1353和 1352與控制器1395電連通。 控制器1395包括處理器1397和存儲(chǔ)器1398。存儲(chǔ)器1398可以包含用于引導(dǎo)處 理器來(lái)激活分配器1310以便計(jì)量來(lái)自腔室1330的液體墨精確數(shù)量的指令。例如，存儲(chǔ)器 1398可以包括用以脈動(dòng)地激活分配器1310以便將所需數(shù)量的墨分配到排放噴嘴1380上的 程序?？刂破?395還可以激活腔室1330，以便將所需數(shù)量的墨分配到排放噴嘴1380上。
排放噴嘴1380從腔室1330接收計(jì)量數(shù)量的液體墨。加熱器1348和1349毗鄰排放噴嘴1380設(shè)置，并且被構(gòu)造成加熱計(jì)量數(shù)量的墨，以由此蒸發(fā)了基本上全部的載液1391，留下基本上為固體的墨顆粒。加熱器1348和1349還可以進(jìn)一步加熱基本上為固體的墨顆粒，并由此使材料沸騰或升華，使得排放噴嘴1380可以向著襯底1390分配墨顆粒1396。當(dāng)顆粒1396落到襯底1390上并且冷凝時(shí)，它們形成基本上固體的膜。加熱器1348、 1349設(shè)置在排放噴嘴1380附近，以有助于蒸發(fā)液體載體1391并且分配固體顆粒1396。
在圖13的實(shí)施例中，控制器1395還分別通過(guò)電線(xiàn)1350和1351來(lái)控制對(duì)加熱器1348和1349的激活和操作。存儲(chǔ)器1398可以配置有指令以引導(dǎo)處理器1397來(lái)接合和脫離加熱器1348和1349，以由此蒸發(fā)液體載體1391并且將顆粒1396沉積在襯底1390上。
雖然圖13的示意圖提供了單個(gè)控制器(S卩，控制器1395)，但是所公開(kāi)的原理不限于此。事實(shí)上，可以使用多個(gè)控制器來(lái)精確控制熱分配系統(tǒng)，每個(gè)控制器具有一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的處理器和存儲(chǔ)器電路。例如，第一控制器(未示出)可以用于通過(guò)控制提供到分配器1310的脈動(dòng)參數(shù)來(lái)控制從腔室1330輸送的液體墨的計(jì)量。第二控制器(未示出)可以用于控制加熱器1348和1349。第二控制器可以用于激勵(lì)排放噴嘴1380，以蒸發(fā)載液。第二控制器可以接收識(shí)別墨的屬性的輸入。墨的示例性屬性包括墨的粘度、觸變性特性和分子 雖然已經(jīng)相對(duì)于在此所示的示例性實(shí)施例示出了本公開(kāi)的原理，但是本公開(kāi)的原理不限于此，并且包括其任何的修改形式、變化形式或置換形式。
權(quán)利要求
一種用于在襯底上精確沉積墨的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括存儲(chǔ)裝置，其用于存儲(chǔ)載液中的墨顆粒的成分；計(jì)量裝置，其與所述存儲(chǔ)裝置相連通，從而以脈動(dòng)方式計(jì)量所述成分的至少一部分；傳輸裝置，其用于將所述墨從所述腔室傳輸?shù)脚欧艊娮?；蒸發(fā)裝置，其用于蒸發(fā)所述載液，以在所述排放噴嘴處形成基本上為固體的一定數(shù)量的墨顆粒；以及排放裝置，其用于將所述基本上為固體的墨顆粒從所述排放噴嘴排放到襯底上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述存儲(chǔ)裝置包括腔室，所述腔室與用于容納所 述液體的外部貯存器以流體方式連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述存儲(chǔ)裝置限定用于存儲(chǔ)墨的所述成分的貯 存器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)量裝置被構(gòu)造成以離散脈沖的方式來(lái)加 熱所述腔室。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制裝置，其用于控制所述計(jì)量裝置和用 于排放懸浮的所述被蒸發(fā)顆粒的裝置中的至少一個(gè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述控制裝置進(jìn)一步包括處理器，其使用指令來(lái) 編程，以激活所述計(jì)量裝置來(lái)對(duì)所述墨進(jìn)行計(jì)量，并且此后激活所述排放裝置來(lái)將所述固 體墨顆粒輸送到所述襯底。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述控制裝置進(jìn)一步包括處理器，其使用指令來(lái) 編程，以使用脈動(dòng)能量來(lái)激活所述計(jì)量裝置和所述排放裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)量裝置被構(gòu)造成以離散脈沖的方式對(duì)所 述腔室進(jìn)行機(jī)械擠壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述排放裝置包括加熱器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述排放裝置包括壓電元件。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述蒸發(fā)裝置包括加熱器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述排放裝置包括壓電元件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述排放裝置包括加熱器。
14. 一種在襯底上沉積顆粒的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于容納墨的腔室，所述腔室容納呈液體形式的、在載液中具有多個(gè)顆粒的墨；與所述腔室相關(guān)聯(lián)的分配器，所述分配器對(duì)從所述腔室輸送到排放噴嘴的墨進(jìn)行計(jì) 量，所述排放噴嘴蒸發(fā)所述載液，以形成基本上為固體的一定數(shù)量的墨顆粒，其中，所述排放噴嘴相對(duì)于所述腔室軸向地旋轉(zhuǎn)，以排放所述基本上為固體的一定數(shù) 量的墨顆粒；以及其中，所述排放噴嘴將所述基本上為固體的顆粒沉積在襯底上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括殼體，其用于容納所述腔室和所述排放 噴嘴。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括墨貯存器，其與所述腔室以流體方式連通。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述分配器限定加熱器，所述加熱器用于對(duì)從所述腔室輸送出的墨進(jìn)行計(jì)量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述分配器限定壓電元件，所述壓電元件用于 對(duì)從所述腔室輸送出的墨進(jìn)行計(jì)量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述分配器向所述腔室提供具有幅度和頻率 的能量脈沖，以對(duì)來(lái)自所述腔室的墨進(jìn)行計(jì)量。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述排放噴嘴進(jìn)一步包括多個(gè)微孔，所述多個(gè) 微孔接收呈液體形式的所述經(jīng)過(guò)計(jì)量的墨，并將來(lái)自所述微孔的基本上為固體的一定數(shù)量 的墨分配到所述襯底上。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述排放噴嘴進(jìn)一步包括用于蒸發(fā)所述載液 的加熱器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述排放噴嘴蒸發(fā)所述基本上為固體的顆粒， 并將所述顆粒以基本上氣態(tài)的形式排放到所述襯底上。
23. —種用于控制印刷裝置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一控制器，其具有與第一存儲(chǔ)器電路相連通的第一處理器電路，所述第一存儲(chǔ)器電路包含用于引導(dǎo)所述第一處理器進(jìn)行如下操作的指令識(shí)別多個(gè)腔室，每個(gè)腔室對(duì)在載液中具有多個(gè)溶解或懸浮顆粒的液體墨進(jìn)行接收； 接合所述多個(gè)腔室中的每個(gè)腔室，以對(duì)用于分配的液體墨進(jìn)行計(jì)量； 第二控制器，其具有與第二存儲(chǔ)器電路相連通的第二處理器電路，所述第二存儲(chǔ)器電路包含用于引導(dǎo)所述第二處理器進(jìn)行如下操作的指令識(shí)別多個(gè)排放噴嘴，所述多個(gè)排放噴嘴中的每個(gè)排放噴嘴從所述多個(gè)腔室中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)腔室接收所述量的液體；激活所述多個(gè)排放噴嘴中的每個(gè)噴嘴，以蒸發(fā)所述載液的至少一部分； 引導(dǎo)所述多個(gè)排放噴嘴中的每個(gè)排放噴嘴，以將基本上為固體的墨顆粒沉積在襯底上。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述第一處理器從一組可用的腔室中識(shí)別出 所述多個(gè)腔室。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述第一處理器與每個(gè)腔室相接合，以對(duì)用于 分配的、基本上相同量的液體墨進(jìn)行計(jì)量。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述第一處理器接合所述多個(gè)腔室中的第一 腔室，以計(jì)量比所述多個(gè)腔室中的第二腔室相對(duì)更多的液體墨。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述第一處理器接合所述多個(gè)腔室中的每個(gè) 腔室，以通過(guò)激活與每個(gè)腔室相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)加熱器、壓電元件或閥門(mén)來(lái)對(duì)所述墨進(jìn) 行計(jì)量。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)相對(duì)于所述襯底來(lái)旋轉(zhuǎn)所述排放噴嘴的 表面，從而所述第二處理器引導(dǎo)所述多個(gè)排放噴嘴中的每個(gè)排放噴嘴來(lái)沉積固體墨顆粒。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)接合與所述排放噴嘴中的每個(gè)排放噴嘴 相對(duì)應(yīng)的多個(gè)壓電元件，從而所述處理器引導(dǎo)所述多個(gè)排放噴嘴中的每個(gè)排放噴嘴來(lái)沉積 固體墨顆粒。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)接合與所述排放噴嘴中的每個(gè)排放噴嘴相對(duì)應(yīng)的多個(gè)加熱器，從而所述第二處理器引導(dǎo)所述多個(gè)排放噴嘴中的每個(gè)排放噴嘴來(lái)沉 積固體墨顆粒。
全文摘要
本公開(kāi)涉及一種在可以形成LED或其他類(lèi)型顯示器的襯底上沉積膜的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)涉及在襯底上沉積墨的設(shè)備。該設(shè)備包括腔室，該腔室用于容納墨；排放噴嘴，該排放噴嘴具有入口端口和出口端口，排放噴嘴在入口端口處接收來(lái)自腔室的一定數(shù)量的墨，并且分配來(lái)自出口端口的一定數(shù)量的墨；以及分配器，該分配器用于計(jì)量從腔室到排放噴嘴的入口端口的一定數(shù)量的墨；其中，該腔室接收具有多個(gè)懸浮顆粒的處于液體形式的墨，并且脈動(dòng)地計(jì)量從腔室到排放噴嘴的所述數(shù)量的墨；以及排放噴嘴蒸發(fā)載液并且將固體顆粒沉積在襯底上。
文檔編號(hào)B41J2/32GK101754861SQ200880020151
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者康納爾·弗朗西斯·馬迪根, 弗拉基米爾·布洛維奇, 陳江龍, 馬丁·A·施密特 申請(qǐng)人:麻省理工學(xué)院