專利名稱：可溶物質(zhì)的淀積的制作方法
本申請涉及可溶物質(zhì)的淀積，尤其涉及利用噴墨技術(shù)的可溶物質(zhì)淀積。
近年來，需要在固體表面淀積如聚合物、染料、膠體材料之類的有機或無機可溶或可分散物質(zhì)、并以此作為產(chǎn)品制造工藝的一部分的產(chǎn)品數(shù)量增長很快。這些產(chǎn)品的一個例子是有機聚合物電致發(fā)光顯示裝置。有機聚合物電致發(fā)光顯示裝置要求在固體襯底上將可溶聚合物淀積成預(yù)定圖形，以提供顯示裝置的發(fā)光象素。襯底例如由玻璃、塑料或硅構(gòu)成。
在半導(dǎo)體顯示裝置(例如發(fā)光二極管(LED)顯示器)的制造過程中，常規(guī)使用光刻技術(shù)。但是，光刻技術(shù)實施起來比較復(fù)雜、耗時、昂貴。另外，光刻技術(shù)不太適合用于制造結(jié)合了可溶有機聚合物材料的顯示裝置。某種程度上，與有機聚合物象素制造相關(guān)的問題阻礙了結(jié)合這種材料作為發(fā)光象素元件的產(chǎn)品(例如電致發(fā)光顯示裝置)的發(fā)展。因此人們已建議在制造電致發(fā)光顯示裝置的過程中采用噴墨技術(shù)來淀積可溶有機聚合物。
按照定義，噴墨技術(shù)在理論上適合上述可溶或可分散材料的淀積。它是用起來快速而廉價的技術(shù)。與旋涂或汽相淀積之類的可選擇技術(shù)相比，該技術(shù)能立刻形成圖形而無需將刻蝕步驟與平版印刷技術(shù)結(jié)合起來。但是，利用噴墨技術(shù)將可溶有機物淀積到固體表面上與將墨水淀積到紙張上使用的常規(guī)技術(shù)不同，前者會遇到很多困難。具體而言，在顯示裝置中，主要要求光輸出的均勻性和電特性的均勻性。此外在裝置制造方面還強加了空間限制。照此，不尋常的一個問題是利用噴墨印刷頭非常精確地將可溶聚合物淀積到襯底上。對于彩色顯示器而言，它要求將發(fā)紅、綠和蘭光的各種聚合物淀積到顯示器的每個象素上，因此該問題尤其嚴重。
為了幫助可溶物質(zhì)的淀積，人們建議提供具有這樣一種層體的襯底該層體包括用不濕潤材料限定的壁結(jié)構(gòu)圖形，從而提供由堤結(jié)構(gòu)限定的池或細長的溝陣列，用以接收要淀積的材料。后面將該預(yù)先形成圖形的襯底稱為堤結(jié)構(gòu)。在將有機聚合物溶液淀積到池中時，有機聚合物溶液和堤結(jié)構(gòu)材料的潤濕性能差異使溶液自己就對準到襯底表面上設(shè)置的池中。但仍然必需將有機聚合物材料的液滴淀積得與堤結(jié)構(gòu)中的池基本對準。即使在使用這種堤結(jié)構(gòu)的情況下，淀積的有機聚合物溶液在某種程度上也會附著到限定該池的材料壁上。這會讓每個淀積液滴的中央?yún)^(qū)域充其量只有薄薄的一層淀積材料，與淀積在堤結(jié)構(gòu)壁上的材料相比，前者也許低至后者的10％。池中央的淀積聚合物材料作為顯示裝置中的有源發(fā)光材料，如果將聚合物材料未能與池精確對準地淀積，那么有源發(fā)光材料的量和厚度會進一步減少。這種有源發(fā)光材料變薄是非常嚴重的問題，這是因為，在顯示器使用過程中通過這些材料的電流會增加，這會降低顯示器發(fā)光裝置的預(yù)期壽命和效率。如果未能精確地控制淀積對準，該淀積聚合物材料變薄也會因象素的不同而變化。因為有機材料構(gòu)成的LED是電流驅(qū)動裝置，而且按照上面所述的，通過淀積的聚合物材料的電流會隨淀積材料厚度的減少而增加，因此不同象素的有機聚合物材料的發(fā)光性能也會變化。該象素之間的性能變化導(dǎo)致了顯示圖像的不均勻性，從而讓顯示圖形的質(zhì)量變差。該圖形質(zhì)量變差也會加速顯示器發(fā)光二極管(LED)的工作效率和工作壽命的降低。因此可以看出，聚合物材料的精確淀積對于提供良好的圖像質(zhì)量和提供效率、耐用性可接受的顯示裝置是十分必要的。
現(xiàn)在主要有兩種噴墨頭。一種噴墨頭使用熱敏印刷頭，它們一般被稱為氣泡式噴墨頭。第二種使用壓電印刷頭，其中一壓電裝置位于與儲液槽連通的膜片后方。在該第二種類型的噴墨頭中，給壓電裝置通電，膜片偏轉(zhuǎn)向儲液槽施壓，從而壓迫儲液槽內(nèi)容納的液體，該情況下為顯示器提供發(fā)光象素的聚合物材料溶液以聚合物材料的細小液滴形式噴出噴嘴。對于任何一類印刷頭來說，噴嘴都有非常小的噴出孔，其直徑一般約為30微米。有機聚合物一般溶解在相對揮發(fā)的有機溶劑中，這樣這些聚合物能以溶液的方式淀積。
淀積過程中，保持噴墨印刷頭盡量向帶有堤結(jié)構(gòu)的襯底靠攏。一般，噴墨印刷頭按照在襯底上方約0.5mm到1.0mm的間隔距離布置。該間隔范圍還可用于對上述印刷頭的θ對準進行初步光學(xué)檢查。但是，堤結(jié)構(gòu)中的池的尺寸非常小，因此為了進行該光學(xué)對準檢查就需要高倍顯微鏡。因為要使用高倍顯微鏡，觀察圖像時景深非常小，因此通常不可能同時對堤結(jié)構(gòu)中的池和噴墨頭的噴嘴進行聚焦。
還必需保證觀察軸與襯底精確垂直，否則就會在池與噴墨頭的噴嘴之間發(fā)現(xiàn)偏移。在實踐中這也很難實現(xiàn)。因此不能達到所需精度的噴墨頭與堤結(jié)構(gòu)的池的光學(xué)對準，于是就需要觀察材料液滴的實際淀積以檢查對準。但是，在噴墨印刷過程中，液滴的飛行速度一般在2到10m/sec的范圍內(nèi)。襯底與印刷頭之間的相對速度一般在10到100mm/sec的范圍內(nèi)。假設(shè)液滴速度約為5m/sec、噴墨頭與襯底之間的間隔為1mm，那么噴出的液滴到達襯底所花的時間約為2毫秒。如果印刷頭相對淀積襯底的橫向速度為100mm/sec，就會在噴射點與襯底上的實際淀積點之間產(chǎn)生20μm的偏移。該偏移對于噴墨印刷頭的所有噴嘴而言都是規(guī)則和相等的。對于襯底是紙張的傳統(tǒng)印刷(這是該技術(shù)的常規(guī)用法)而言，該偏移不成問題，這是因為整個印刷圖像上的偏移都相同，而且紙張上印刷圖像的微小位置偏移對于觀察印刷圖象的人而言是辨別不出來的。
但是，有機聚合物要溶解在相對易揮發(fā)的溶劑中，隨著溶液從噴嘴噴出孔噴出，一些溶劑會產(chǎn)生蒸發(fā)。于是，在噴墨嘴的孔口周圍形成聚合物材料的淀積物是很平常的。這些淀積物傾向于按照不均勻的方式形成，于是會在噴孔周圍產(chǎn)生不規(guī)則的分布，從而在材料從印刷頭噴嘴噴出時引起材料偏轉(zhuǎn)。由于噴出材料的偏轉(zhuǎn)，噴出的液滴的飛行角度總是不會與襯底成垂直的飛行角度。這就在襯底上淀積液滴的理想位置和實際位置之間產(chǎn)生了更遠而且還不規(guī)則的偏移。此外，噴孔周圍的淀積物在淀積過程中通常要變化，同樣，于是在淀積液滴期間，理想和實際淀積位置之間的偏移也會以不規(guī)則的方式變化。因此，非常需要重復(fù)地監(jiān)測液滴的淀積，以保證在裝置制造過程中能維持所需的淀積精度。如果確認了未能維持淀積精度，就必需為噴墨頭噴嘴清掉這些淀積物。噴墨頭位置與淀積位置間的不規(guī)則偏移產(chǎn)生了與檢查噴墨頭噴嘴與堤結(jié)構(gòu)中的池對準相關(guān)的其它問題。
噴墨頭通常包括噴嘴陣列，這樣當(dāng)噴墨頭在淀積區(qū)域上方平移時，能同時淀積出若干滴有機聚合物。但是，由于淀積物的形成本質(zhì)上完全是隨機的，噴頭第一噴嘴的不規(guī)則偏移沿一個方向(與噴嘴的飛行軌跡相比，不形成任何淀積物)，例如這會引起噴出的液滴沿噴墨頭前進的方向進一步行進，而噴墨頭第二噴嘴上的淀積物例如會沿著與第一方向相反的方向產(chǎn)生偏移，即沿著與噴墨頭的前進方向相反的方向產(chǎn)生偏移。按照上面所述的，就存在著由液滴的飛行時間和噴墨頭的移動速度引起的規(guī)則偏移。例如，如果襯底相對噴墨頭移動，由于堤結(jié)構(gòu)中的目標池在液滴橫穿噴墨頭與襯底之間的間隙前已移過飛行軌跡接觸點，因此液滴實際上會淀積到目標池的一側(cè)。這就是上面所謂的規(guī)則偏移，這能在初始的光學(xué)對準過程中得到補償。但是在這種情況下規(guī)則偏移將由淀積引起的不規(guī)則偏移抵消掉。因此如果是在淀積了液滴后才觀察堤結(jié)構(gòu)中的這個特定池，就會給出這樣一個印象由于淀積液滴顯得與它在堤結(jié)構(gòu)中的目標池非常完美地對準，因此不存在對準問題，這是由于會在淀積過程中變化的不規(guī)則偏移引起的。但是，第二噴嘴的不規(guī)則偏移的方向與第一噴嘴的偏移方向相反。因此，在該第二種情況下，規(guī)則與不規(guī)則偏移將累加起來，從而讓正從第二噴嘴噴出的液滴與它在堤結(jié)構(gòu)的目標池之間的不對準達到不可接受的程度，但由于對第一液滴的對準檢查已經(jīng)表示出噴墨頭與堤結(jié)構(gòu)精確對準，因此不會注意到該不可接受的對準。在制造大型電致發(fā)光顯示裝置的過程中，因為要求在較長的時間內(nèi)進行淀積，可變偏移的可能性會增加，所以更是會出現(xiàn)上述情況。
如果襯底的尺寸相對較大，由于例如因淀積區(qū)域的環(huán)境條件變化引起的襯底熱膨脹或收縮，就會進一步產(chǎn)生更多的不規(guī)則偏移。
由于噴墨頭平移系統(tǒng)發(fā)生彎曲也會引起額外的可變偏移。正如從

圖1所看到的，噴墨印刷頭受通常水平布置的橫梁支撐。作為物理結(jié)構(gòu)，該橫梁在重力作用下會略微彎曲。如圖2所示，橫梁的中心部分基本上維持它的水平布置，以便讓由定位于中心位置A上的印刷頭淀積出的液滴維持垂直于襯底的飛行軌跡A1。但是，隨著印刷頭從橫梁的該中心部分平移開，例如平移到圖2中所述的位置B上，它將不再受真正水平的橫梁的支撐，這樣該第二位置B上的飛行軌跡B1將不再垂直于襯底。于是，如果印刷頭沿橫梁移動X cm，就會引起襯底上的淀積點變化X+α，其中α是由于橫梁的略微彎曲引起的額外可變偏移量。即使在較小的襯底上也能發(fā)現(xiàn)該可變偏移量的存在，隨著襯底變大，由于平移系統(tǒng)變長，偏移就變得更明顯，這引起垂直于襯底的飛行軌跡的偏差增大。
所有上述偏移都會引起有機材料在堤結(jié)構(gòu)的池內(nèi)的最佳厚度的變化，按照上面所述的，這會導(dǎo)致顯示圖像的不均勻性，從而產(chǎn)生圖像質(zhì)量不可接受的顯示器。
正如上面所提到的，堤材料的池圖形可用于通過物理方式幫助淀積的聚合物材料對準。但是，聚合物材料只能淀積到每個池中一次，這些池最終要形成顯示裝置的有源象素。因此，如果不對準發(fā)展到不可接受的水平，也不可能將噴嘴重置在任何被認為有缺陷的堤結(jié)構(gòu)的特定池上方，以便進一步向有缺陷的池中淀積聚合物材料液滴。因此，如果任何淀積出的聚合物材料液滴未能與它的對應(yīng)池對準，就已經(jīng)在襯底的一定區(qū)域上產(chǎn)生了有缺陷的聚合物材料池，該區(qū)域最后要提供最終顯示裝置的部分有源區(qū)域，從而讓顯示圖像質(zhì)量變差。
另外，還有相當(dāng)大的困難與觀察堤結(jié)構(gòu)的池中的聚合物材料有關(guān)，通過以下描述將使它們變得更清楚。當(dāng)聚合物材料干燥以后，這些困難變得更加嚴重。因此，在制造電致發(fā)光顯示裝置的過程中，非常需要能夠在電致發(fā)光顯示裝置的制造過程中監(jiān)測有機聚合物材料的淀積過程，尤其是在淀積實際發(fā)生之時或者在這之后立刻監(jiān)測液滴淀積。這被稱為“原位觀察”。
依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種利用噴墨印刷頭選擇性地將可溶材料以一連串液滴的形式淀積到襯底的第一表面上的方法，該方法還包括通過與襯底第一表面相反的另一表面檢測第一表面上的液滴。
優(yōu)選的是，在材料從濕潤狀態(tài)變?yōu)楦稍餇顟B(tài)之前檢測液滴。
在本發(fā)明的優(yōu)選方面中，要在液滴淀積到襯底的第一表面上時觀察液滴。
有利的是，襯底的第一表面設(shè)有用于接收淀積液滴的預(yù)先形成圖案的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的最優(yōu)選方面中，要用一定波長的光照射襯底的另一面，在觀察液滴淀積到第一表面上時，所述波長能讓襯底基本上透明。
優(yōu)選利用電荷耦合裝置檢測液滴的淀積。
在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種制造顯示裝置的方法，所述方法包括依照本發(fā)明的第一方面來制造發(fā)光元件。
在本發(fā)明的第三方面中，提供了一種顯示裝置，該裝置包括依照本發(fā)明第一方面的方法制造的發(fā)光元件。
依照本發(fā)明的第四方面，提供了一種噴墨裝置，它包括噴墨頭，它能選擇性地將一連串可溶材料的液滴淀積到襯底的第一表面上；支撐部件，用以支撐襯底，它被布置成能相對噴墨頭移動；以及檢測裝置，用以通過與襯底的第一表面相反的另一表面檢測位于襯底第一表面上的液滴。
現(xiàn)在參照附圖，僅以進一步舉例的方式描述本發(fā)明，附圖中圖1是噴墨淀積機的示意性表示圖，其中可直接觀察可溶材料淀積到襯底上；圖2表示由于圖1所示機器的噴墨頭平移系統(tǒng)發(fā)生彎曲而導(dǎo)致的可變偏移。
圖3表示帶有池的堤圖形的部分襯底的平面圖，它表示干燥和新近淀積的聚合物材料液滴的例子；圖4示意性地表示噴墨印刷頭，它示出了噴出液滴的飛行軌跡偏差；圖5表示襯底上處于濕潤狀態(tài)的聚合物材料液滴；圖6示意性地示出了明視場成像系統(tǒng)；圖7表示看作明場像時的圖5的液滴；圖8表示襯底上處于干燥狀態(tài)的聚合物材料滴；圖9表示看作明場像時的圖8的液滴；圖10示意性地示出了暗視場成像系統(tǒng)；圖11表示看作暗場像時的圖5的液滴；圖12表示看作暗場像時的圖8的液滴；圖13表示共軛聚合物材料的吸光和發(fā)光特性；圖14表示共軛聚合物材料的部分聚合物鏈；圖15示意性地表示共軛聚合物在入射輻射條件下的電子激發(fā)；圖16表示圖14所示聚合物鏈的氧化過程；圖17是用于對圖1所示的機器實施偏移控制或噴墨清潔的系統(tǒng)的示意性表示圖。
圖18表示電光裝置的方框圖；圖19是結(jié)合了依照本發(fā)明制造的顯示裝置的移動式個人計算機的示意圖；圖20是結(jié)合了依照本發(fā)明制造的顯示裝置的移動電話的示意圖21是結(jié)合了依照本發(fā)明制造的顯示裝置的數(shù)碼照像機的示意圖。
參照圖1，噴墨淀積機1包括支撐著一對直立柱子4的基座2。柱子4支撐著橫梁6，在該橫梁上安裝了支撐著噴墨印刷頭10的運載裝置8?；?還支撐著臺板12，在該臺板上安裝了襯底14。臺板12借助計算機控制的機動支撐件16安裝在基座2上，用以影響臺板12相對噴墨印刷頭按圖1中的軸X和Y所示的橫向和縱向移動。
依照本發(fā)明，基座2還支撐著電荷耦合裝置(CCD)顯微鏡18，它布置在臺板12下方，并略微偏移開臺板，用以借助鏡子20觀察襯底14的下表面或底表面。同樣，還可在臺板12下方豎直地布置CCD顯微鏡，將它布置成能與臺板12同步移動，從而避免了對鏡子20的需求。任選的是，噴墨淀積機1還包括從基座2上安裝的第二CCD顯微鏡22和頻閃觀測器24。運載裝置8可沿橫梁6移動，以便讓噴墨頭10位于CCD顯微鏡22和頻閃觀測器24之間的空間內(nèi)，這樣就能直接觀察液滴從噴墨頭10噴出。這就要根據(jù)需要噴到襯底14上的各種溶液和聚合物調(diào)整噴墨頭10的驅(qū)動狀態(tài)。當(dāng)臺板12的移動、以及襯底14相對噴墨頭10的移動處于計算機控制之下，就能通過噴墨頭10噴出適當(dāng)材料將任意的圖形印刷到襯底上。
圖3表示部分襯底14的放大圖。由圖3可以看到，襯底14載有堤材料的池陣列26形式的預(yù)制圖形，所述池要接收噴墨頭10噴出的有機聚合物材料。在本領(lǐng)域采用堤圖形是公知的，因此在本發(fā)明的上下文中不再對它作進一步描述。可以理解的是，為了讓顯示裝置達到所需的分辨率，每個象素上構(gòu)成發(fā)光二極管的光致發(fā)光有機聚合物必需非常精確地淀積到襯底14上。對于彩色顯示器而言，由于必需將發(fā)紅、綠或蘭光的聚合物材料的各點設(shè)置在顯示器的每個象素上以提供彩色圖像，因此尤其需要該精確淀積。一般而言，在這樣的顯示裝置中有機聚合物是共軛聚合物，它們例如包括F8/F8BT/TFB，其中F8是[聚19，9-二辛基芴]，F(xiàn)8BT是[聚9，9-二辛基芴-聯(lián)-2，1，3-苯并噻二唑]，TFB是[聚19，9-二辛基芴-聯(lián)-(4-丁基苯基)二苯胺]。
限定池26用的堤材料具有不濕潤表面，而池26本身具備濕潤表面。正如從圖3所看到的，由此能讓聚合物材料得到相對良好的限制和對準。但是，參照圖3，噴墨印刷頭10一般包括用于容納要通過噴嘴30噴出的聚合物材料的儲液槽28，所述噴嘴30一般具有直徑大約為30微米的噴孔。按照上面所述的，對于電致發(fā)光顯示裝置的制造而言，要噴射的材料是溶解在諸如甲苯或二甲苯之類的適當(dāng)溶劑中的有機聚合物。這些溶劑是相對揮發(fā)性的，要理解的是，噴出的液滴的體積非常小，其數(shù)量級一般為幾個微微升。在噴射聚合物材料時，由于存在著溶液表面張力，一開始會在噴嘴30上會形成聚合物溶液的氣泡。隨著噴墨頭內(nèi)的壓力升高，就會克服該表面張力，聚合物溶液的液滴與噴嘴分離，并從噴墨頭上噴出來。在溶液氣泡與噴嘴接觸的同時，溶劑部分蒸發(fā)，從而讓一些噴出的聚合物材料在噴嘴30的出口孔上形成淀積物32。淀積物32以不規(guī)則的方式形成，并讓噴出的液滴34沿圖3箭頭所示的不垂直路徑到達襯底，從而在實際和所需的淀積位置即池26之間產(chǎn)生偏差。噴墨頭中經(jīng)常會發(fā)生部分噴嘴30阻塞，這會將噴出液滴34的不垂直飛行軌跡的影響減到最小，淀積過程中噴墨頭10保持盡可能靠近襯底14。但是，必需要維持印刷頭與襯底之間的有限間隔，這會引起實際與目標淀積位置之間的偏差或偏移。另外，在大面積顯示器的制造過程中，可卷繞的卷式柔性塑料板或柔性塑料是非常方便的。這些柔性塑料襯底可設(shè)置在剛性的平坦表面上，或被拉緊，以便為印刷頭下進行的淀積提供一個平坦的襯底。任何情況下都能發(fā)現(xiàn)襯底發(fā)生變形，這種變形隨襯底在印刷頭下方的移動而變化。另外，該襯底的物理尺寸隨溫度和濕度之類的環(huán)境條件變化而改變。所有這些因素也會引起液滴的實際和目標淀積位置之間的偏差或偏移。
于是能夠看到，非常需要監(jiān)測向襯底上淀積有機聚合物材料液滴的過程。目前為止，可通過在淀積液滴之后利用適當(dāng)?shù)娘@微鏡檢查液滴來檢查液滴被淀積的精度。還可周期性地從襯底的淀積側(cè)觀察淀積后的液滴。但是，噴墨頭一般由噴嘴陣列構(gòu)成。由于噴墨頭和觀察顯微鏡物鏡的物理尺寸，在當(dāng)前正被淀積的液滴與正被觀察的液滴之間必然有一定間隔距離。在實際的液滴淀積與觀察之間還存在著較大的時間延遲。這些液滴的體積非常小，它含有很高比例的揮發(fā)性溶劑。因此一旦被淀積出來，它們很快就會干燥。于是，總是在能夠觀察這些液滴以前，這些液滴已經(jīng)達到干燥狀態(tài)了，于是很難將它們分辨出來，尤其在淀積材料透明時更是如此。
在利用目前已知的觀察技術(shù)從襯底的淀積側(cè)觀察干燥液滴的過程中還存在其它問題，即液滴在干燥時可移動。液滴一般由1％到5％體積的有機聚合物材料、剩余的95％到99％的溶劑構(gòu)成。因此可以理解的是，一旦液滴達到干燥，實際留在襯底上的材料的體積要遠小于實際淀積到襯底上的液滴的體積。剩余材料所占的面積也比淀積時液滴所占的面積小得多。如果襯底表面是均勻的，那么剩下作為干燥的有機聚合物滴的材料通常位于淀積時液滴所占區(qū)域的中心。但是，如果襯底表面包括不均勻點(這是很常見的情況，尤其對塑料襯底而言)，淀積液滴中的聚合物材料在干燥過程中就會受這樣的不均勻點吸引。于是留在襯底上的干燥材料就會置于淀積時液滴在襯底上占據(jù)的區(qū)域的一側(cè)或末端，或者大體留在中心，這取決于不均勻點的位置。于是，對干燥液滴的觀察結(jié)果并不能真正代表淀積對準，這是因為，對于特定的淀積液滴而言，由于在襯底表面的實際淀積了液滴的位置上出現(xiàn)了不均勻點，因此在干燥過程中有機聚合物材料可“移動”到與目標淀積位置精確對準。
還可能發(fā)生以下現(xiàn)象干燥時液滴的這種移動引起堤結(jié)構(gòu)的目標池與部分干燥的淀積液滴之間不能重疊，該情況下讓液滴與堤結(jié)構(gòu)材料之間的潤濕性差異不起作用，從而使液滴與堤結(jié)構(gòu)中的池對準變得更困難。
人們建議通過暫時將噴墨頭從正淀積的區(qū)域上移開、然后將適當(dāng)顯微鏡置于最后淀積的液滴上方來觀察淀積的液滴。但是，已經(jīng)證明該建議還是有問題的，這是因為在將顯微鏡移到觀察位置之前，液滴干燥了，而且隨著顯示器尺寸增大，確定襯底上最后淀積的液滴的位置也變得特別困難。這種情況的主要原因是不容易從背景襯底材料中辨別出所采用的許多干燥了的聚合物材料。
此外，重復(fù)地將噴墨頭從淀積位置上移來移去是沒有效果的，由于不存在對淀積的實時監(jiān)測，所以不能使基于觀察的反饋最佳化。
通過上述描述可以明白的是，聚合物材料滴是以濕潤狀況或狀態(tài)淀積的，但是鑒于它們的尺寸很小和以及它們包括溶解在相對易揮發(fā)的溶劑中的聚合物材料的事實，它們能迅速固化或干燥到干燥狀態(tài)。本發(fā)明已經(jīng)確定，從襯底的相對或非淀積側(cè)觀察和辨別淀積液滴要容易得多。于是，就確定了以下內(nèi)容在淀積液滴處于濕潤狀態(tài)(介于淀積和達到其干燥狀態(tài)之間的狀態(tài))時利用適當(dāng)?shù)难b置(例如顯微鏡)能夠觀察到淀積液滴，于是就要在淀積液滴達到很難看到的狀態(tài)之前、即在達到干燥狀態(tài)之前觀察這些液滴，為了檢查聚合物材料的淀積精度，能利用聚合物材料的淀積液滴在干燥前的這種特性獲得顯著優(yōu)點。
按照上面所述，聚合物材料液滴在淀積后會非常迅速地變?yōu)楦稍餇顟B(tài)，因此可以理解的是，對于利用處于濕潤狀態(tài)的聚合物材料液滴的這種特性而言，還強烈需要原位觀察淀積的材料液滴。
參照圖3能夠容易地理解與觀察淀積聚合物材料有關(guān)的問題。如果聚合物材料達到了它們的干燥狀態(tài)(圖3中液滴38所示)，就很難在襯底上將它們辨別出來。
但是，正如另外從圖3中看到的，越是新淀積的液滴(即還沒有從淀積時的濕潤狀態(tài)達到干燥狀態(tài)的那些液滴)，就越容易分辯。由該附圖還可以看出，在新近淀積的兩排液滴40、42中，最后和最近淀積的液滴44最明顯，其可見隨淀積以來的時間的增加而降低。
已知的是，通過利用適當(dāng)?shù)某上裣到y(tǒng)能將對象看成“明視場”或“暗視場”圖像。
圖5表示襯底上處于濕潤狀態(tài)的聚合物材料的液滴Dw。如果通過圖6所示的明場像光學(xué)裝置從襯底下側(cè)觀察濕潤液滴Dw，那么來自成像光源的光線就進入液滴。那些與液滴的中心軸不重合的光線經(jīng)歷內(nèi)部反射。但是，在液滴的中心軸區(qū)域內(nèi)，液滴的上表面基本上與襯底平行。于是，那些通過液滴中心軸附近的光線能夠從液滴中射出。因此如圖7所示，在觀察液滴時，它們顯現(xiàn)為與暗淡的圓底區(qū)域相對照的非常亮的斑點，它的周圍是明視場背景。位于圖像中心的亮斑點基本上與液滴的中心軸重合。因此可利用該明場像的有益效果確定已淀積的液滴的精度。
圖8表示一旦達到干燥狀態(tài)的液滴，表示為DD?？梢钥闯?，已假設(shè)半球形的濕潤液滴Dw的形狀為相對平坦的薄盤形。如果采用玻璃襯底，干燥液滴的折射率基本上與襯底材料的折射率相同。該情況下產(chǎn)生輕微的先線散射，從而僅在液滴邊緣產(chǎn)生很輕微的圖象對比度，這讓干燥液滴很難檢測。但是，如果下部結(jié)構(gòu)和淀積材料的相應(yīng)折射率不同，并且如果采用圖7所示的明視場成像系統(tǒng)觀察干燥液滴DD，光線就會穿過液滴，而且在液滴的遠邊經(jīng)歷反射。反射后的光線彼此干涉，從而產(chǎn)生各種顏色的干涉環(huán)，所述顏色取決于液滴厚度。在圖9中示意性地示出了這種圖像。在所觀察的圖像中該圖像被表示成具有彼此融合傾向的彩色干涉環(huán)。因此很難辨析出所觀察圖像的陡峭輪廓。通過圖7所示濕潤液滴的明場像和圖9所示干燥液滴的明場像之間的比較容易看出，利用圖7的圖像檢查淀積液滴的對準比利用圖9的圖像要容易得多。
圖10表示暗視場成像系統(tǒng)，如果利用該系統(tǒng)觀察圖5所示的濕潤液滴Dw，來自光源的光進入液滴，并在材料的濕潤液滴內(nèi)經(jīng)歷反射。某些光在液滴邊緣發(fā)生散射，于是濕潤液滴顯現(xiàn)為明亮的，但被很好地限定成與暗色背景相對照的同心圓，該同心圓有一個暗色中心。由于很好地限定出了亮環(huán)，因此利用圖11所示的圖像檢查淀積液滴的對準要比利用圖9所示的干燥液滴的明場像有利得多。
如果利用圖10所示的暗視場成像系統(tǒng)觀察圖8所示的干燥液滴DD，液滴上的絕大多數(shù)光沖擊就會被散射，并穿過成像透鏡視場外部。因此干燥后的液滴DD相對暗背景顯現(xiàn)為非常淡的圓形圖像，該圖像很難檢測到，也不能用于檢查液滴對準。
由上述干燥和濕潤液滴的明視場和暗場像可以理解的是，如果在淀積液滴仍處于濕潤狀態(tài)的同時原位觀察該液滴，就能獲得顯著而且意料不到的好處。原位觀察可利用圖1所示的裝置來實施。但是，在圖1中觀察時，有機聚合物材料是淀積在襯底的上表面上的，于是，對于原位觀察來說必需通過襯底觀察聚合物材料的淀積。如果用光照射襯底，就能讓液滴觀察變得更簡單一些。由于要通過襯底觀察材料，因此第一要求是讓襯底在用于觀察的光的波長上是透明的。當(dāng)襯底是玻璃或透明塑料時，可以采用可見光或更長波長的光輻射。當(dāng)襯底由硅制成時，就要求使用紅外光，它的波長長于1.1微米。
對于原位觀察通過噴墨技術(shù)印刷的共軛聚合物而言，還有第二個考慮事項。在圖11中示出了共軛聚合物的光吸收和光發(fā)射(發(fā)光)特性。從圖11可以看出，吸光和發(fā)光特性有重疊區(qū)域。共軛聚合物將吸收入射到聚合物上的、波長小于λ1的光達到不同的程度。在圖11中將其表示為吸收區(qū)。共軛聚合物僅對波長大于λ1的入射光是透明的，在圖11中將其表示成透明區(qū)。
圖14示出了共軛聚合物鏈，沿該聚合物鏈存在著不定域的π鍵軌道電子。這些電子與聚合物中還存在的西格馬(∑)鍵軌道電子相比，前者的能帶隙較窄。如果共軛聚合物吸收紫外(UV)或可見光，正如在圖15示意性示出的，π鍵電子就會從π鍵軌道(主態(tài))激發(fā)到π*反鍵軌道(激發(fā)態(tài))。相對于原子間的π鍵而言，激發(fā)態(tài)比主態(tài)更不穩(wěn)定。如果氧原子出現(xiàn)并發(fā)生了這種激發(fā)，π鍵就會被破壞，在環(huán)境氣氛中的氧原子與共軛聚合物的碳原子之間發(fā)生某種鍵合，從而產(chǎn)生圖16所示的光氧化聚合物鏈。當(dāng)共軛聚合物的環(huán)境氣氛中有氧原子、并且暴露給共軛聚合物的光具有共軛聚合物吸收區(qū)中的成分、即圖11所示的波長小于λ1的成分時，就能發(fā)生這種鍵合。
氧和碳原子的鍵合讓共軛聚合物退化，從而讓LED中的發(fā)光效率降低，并讓有機薄膜晶體管(TFT)的電荷移動性降低。避免該聚合物退化的一項選擇是在不含氧的氣氛中印刷共軛聚合物。這需要將圖1所示的裝置設(shè)置在這樣的腔室中能夠小心地控制腔室內(nèi)的環(huán)境氣氛，以保證不存在氧。但是，這會增加工藝復(fù)雜性，另外還會增加制造成本。因此更為現(xiàn)實的建議是將用于原位觀察的光的波長控制在共軛聚合物的透明區(qū)內(nèi)，即圖11所示的大于λ1的波長。
在制造多彩色顯示器時，發(fā)紅光的聚合物的能帶隙最窄(對于吸收限λ1而言，波長最長)。該情況下，用于液滴淀積原位觀察的成像系統(tǒng)的光不應(yīng)當(dāng)包括波長比發(fā)紅光聚合物的吸收限波長更短的光譜成分。另外，檢測用CCD顯微鏡的硅檢測器的靈敏度隨著所用光的波長增加而降低，當(dāng)入射光的波長約為1.1μm時，它就變成透明的了。人們發(fā)現(xiàn)，對于電荷耦合裝置(CCD)而言，波長約為900nm的光能仍舊能提供可按受的靈敏度。因此，對于多彩色顯示器而言，應(yīng)當(dāng)采用波長約在600-900nm范圍內(nèi)的深紅或紅外光，以便在允許高效利用檢測用CCD的同時，避免光氧化，并由此防止發(fā)紅光的聚合物退化。
對于本發(fā)明來說，由于要在淀積液滴達到干燥狀態(tài)之前對這些液滴進行原位觀察，因此能夠很容易看到淀積液滴與堤結(jié)構(gòu)內(nèi)的池之間的偏移。此外，由于在整個淀積循環(huán)的持續(xù)期內(nèi)能連續(xù)或周期性地監(jiān)測淀積材料中的潛在偏移，于是能很迅速地檢測到任何落在容許極限范圍之外的偏差增加量，并可通過計算機控制的機動支架16提供臺板與噴墨頭之間的適當(dāng)位置補償。如果認為清潔噴墨頭噴嘴是適當(dāng)?shù)?，那么淀積機就可為噴墨頭實施清潔循環(huán)，以此作為偏移控制的可選擇方案或作為補充。該系統(tǒng)示于圖17中。
已經(jīng)通過舉例方式參照電致發(fā)光顯示器的制造對本發(fā)明作了描述，其中能大大減少制造出偏移不可接受的有源象素元件。但是，本發(fā)明還可用于制造共軛聚合物TFT，LED或TFT的連接線、結(jié)合了共軛聚合物的太陽能電池、噴墨刻蝕、或者其中噴墨頭與襯底上的淀積位置的精確對齊是非常重要的任何其它應(yīng)用。
圖18是表示結(jié)合了利用本發(fā)明的方法或裝置制造的電-光元件(例如作為電-光裝置優(yōu)選例子的有機電致發(fā)光元件)的有源矩陣型顯示裝置(或儀器)以及尋址方案的方框圖。在該圖所示的顯示裝置200中，多根掃描線“gate”、多根沿著與掃描線“gate”延伸的方向交叉的方向延伸的數(shù)據(jù)線“sig”，多根基本上平行于數(shù)據(jù)線“sig”延伸的公共電源線“com”、以及多個在襯底上方形成的、位于數(shù)據(jù)線“sig”和掃描線“gate”的交點上的象素201。
每個象素201都包括第一TFT202，在其中通過掃描柵極向柵電極提供掃描信號；保存電容器“cap”，它保存著由數(shù)據(jù)線“sig”經(jīng)第一TFT202提供的圖像信號；第二TFT203，其中將保存電容器“cap”保存的圖像信號供應(yīng)給柵電極(第二柵電極)；以及電致發(fā)光元件(表示成電阻)之類的電-光元件204，當(dāng)元件204通過第二TFT203與公共電源線“com”電連接時，驅(qū)動電流從公共電源線“com”流到這些電-光元件中。掃描線“gate”與第一驅(qū)動電路205相連，數(shù)據(jù)線“sig”與第二驅(qū)動電路206相連。第一電路205和第二電路206中至少有一個電路優(yōu)選設(shè)置在襯底上方，在它們上方形成了第一TFT202和第二TFT203。依照本發(fā)明的方法制造的TFT陣列優(yōu)選應(yīng)用到第一TFT202和第二TFT203陣列、第一驅(qū)動電路205和第二驅(qū)動電路206中的至少一個上。
于是本發(fā)明可用于制造顯示器和要結(jié)合到多種類型的設(shè)備中去的其它裝置，這些設(shè)備例如移動顯示器(例如移動電話)、便攜式個人電腦、DVD唱機、照相機、野外設(shè)備；例如臺式計算機、CCTV(工業(yè)電視)或者相冊之類的便攜式顯示器；例如汽車或者航空器儀器面板之類的儀器面板；或者例如控制室設(shè)備顯示器之類的工業(yè)顯示器。換句話說，能根據(jù)上面所舉的例子將按照上述方式應(yīng)用了通過依照本發(fā)明的方法制造的TFT陣列的電-光裝置或顯示器結(jié)合到多種設(shè)備中。
現(xiàn)在對采用了依照本發(fā)明制造的電-光顯示裝置的各種電子設(shè)備進行描述。
<1移動式計算機>
現(xiàn)在描述將依照上面的一個實施例制造的顯示裝置用于移動式個人計算機的例子。
圖19是表示該個人計算機的結(jié)構(gòu)的等距視圖。該圖中，個人計算機1100設(shè)有包括鍵盤1102的主體1104和顯示單元1106。按照上面所述的，顯示單元1106是利用依照本發(fā)明的圖形形成方法制造的顯示面板來實現(xiàn)的。
<2移動式電話>
下面要描述將顯示裝置用于移動式電話的顯示部分的例子。圖20是表示移動式電話的結(jié)構(gòu)的等距視圖。該圖中，移動式電話1200設(shè)有多個操作按鍵1202、聽筒1204、話筒1206、和顯示面板100。按照上面所述，該顯示面板100是利用依照本發(fā)明的方法制造的顯示裝置來實現(xiàn)的。
<3數(shù)字靜態(tài)照相機>
下面描述利用OEL顯示裝置作為尋象器的數(shù)字靜態(tài)照相機。圖21是簡要表示數(shù)字靜態(tài)照相機的結(jié)構(gòu)及其與外部設(shè)備的連接的等距視圖。
典型的照相機采用具有光敏涂層的敏感膜，它通過引起光敏涂層的化學(xué)變化記錄物體的光學(xué)圖像，而數(shù)字靜態(tài)照相機1300是例如采用電荷耦合裝置(CCD)通過對物體的光學(xué)圖像進行光電轉(zhuǎn)換從而產(chǎn)生成像信號。數(shù)字靜態(tài)照相機1300在機殼1302的背面設(shè)有OEL元件100，用以基于來自CCD的成像信號進行顯示。于是，顯示面板100用在顯示物體的尋象器。在機殼1302的前側(cè)(附圖后面)設(shè)有包括光學(xué)透鏡和CCD的光接收單元1304。
當(dāng)攝影師確定了OEL元件面板100上顯示的對象圖像并釋放快門時，就會將來自CCD的圖像信號傳送并存儲到電路板1308的存儲器中。在數(shù)字靜態(tài)照相機1300中，在機殼1302的一側(cè)設(shè)置了用于數(shù)據(jù)通信的視頻信號輸出端子1312和輸入/輸出端子1314。如圖所示，如果必要的話，就要分別將電視監(jiān)視器1430和個人計算機1440與視頻信號端子1312和輸入/輸出端子1314連接起來。電路板1308的存儲器中存儲的成像信號通過給定的操作輸出給電視監(jiān)視器1430和個人計算機1440。
除了圖19所示的個人計算機、圖20所示的移動式電話和圖21所示的數(shù)字靜態(tài)照相機之外，電子設(shè)備的例子還包括OEL元件電視機、錄相器類型和監(jiān)視類型的磁帶錄像機、汽車導(dǎo)航和儀表系統(tǒng)、尋呼機、電子筆記本、便攜式計算器、文字處理器、工作站、TV電話、電子收款機系統(tǒng)(POS)端子、以及設(shè)有觸摸板的裝置。當(dāng)然，利用本發(fā)明的方法制造的OEL裝置不僅可用于這些電子裝置的顯示部分，而且還可用于結(jié)合了顯示部分的任何其它形式的裝置。
此外，依照本發(fā)明制造的顯示裝置還適合屏幕型的大型電視，這種電視非常薄、柔韌、質(zhì)量輕。因此可將這種大型電視粘或掛到墻上。如果需要，在不用時可將該柔性的電視方便地卷起來。
利用本發(fā)明的技術(shù)還可制造印刷電路板。傳統(tǒng)的印刷電路板是通過光刻和刻蝕技術(shù)來制造的，這增加了制造成本，雖然與其它的微電子裝置(例如IC芯片或者無源裝置)相比，前者更為劃算。為了實現(xiàn)高密度封裝，還需要高分辨率的布線圖形。利用本發(fā)明能容易而且可靠地獲得電路板上的高分辨率的連接線。
利用本發(fā)明還可提供彩色顯示用途的濾色器。含染料或顏料的液滴能被精確地淀積到襯底的選定區(qū)域上。因為液滴彼此靠得非常近，矩陣格式要頻繁使用。因此能夠證明原位觀察是非常方便的。液滴中的染料或顏料干燥后用作濾光層。
利用本發(fā)明還可提供DNA傳感器陣列芯片。含不同DNA的溶液被淀積到由芯片提供的微小間隙隔開的接收位置陣列上。
前面的描述僅是通過舉例方式給出的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下做出各種改進。
權(quán)利要求
1.一種利用噴墨印刷頭選擇性地將一連串液滴形式的材料淀積到襯底第一表面上的方法，該方法還包括通過與第一表面相反的另一襯底表面檢查位于第一表面上的液滴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中要在淀積材料從濕潤狀態(tài)變?yōu)楦稍餇顟B(tài)以前檢測液滴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中要在液滴淀積到襯底的第一表面時檢測液滴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，包括提供具有接收淀積的液滴用的預(yù)形成圖案的結(jié)構(gòu)襯底的第一表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其中要用電荷耦合裝置檢測淀積的液滴。
6.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，包括將襯底支撐在被布置成能相對噴墨頭移動的機動臺板上。
7.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，包括將襯底設(shè)置成玻璃、硅或塑料材料制成的剛性襯底。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的方法，包括提供柔性塑料材料的襯底。
9.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述材料包括共軛聚合物。
10.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，包括用一定波長的光照射襯底的另一面，所述波長能在檢查淀積到第一表面上的液滴時讓襯底基本上透明。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括照射另一表面，以便通過將淀積的液滴看作明視場圖象來檢查液滴。
12.根據(jù)從屬于權(quán)利要求9時的權(quán)利要求10或根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中將所述光選擇成波長大于共軛聚合物的吸收限波長的光。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中光的波長約在600nm到900nm的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，包括根據(jù)在淀積的可溶材料在從濕潤狀態(tài)變?yōu)楦稍餇顟B(tài)以前對液滴的檢測結(jié)果，控制噴墨頭與襯底之間的相對位置。
15.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，包括根據(jù)在淀積的可溶材料在從濕潤狀態(tài)變?yōu)楦稍餇顟B(tài)以前對液滴的檢測結(jié)果，為噴墨頭實施清潔循環(huán)。
16.一種用于制造顯示裝置的方法，包括利用權(quán)利要求1到15中任一項所述的方法制造發(fā)光元件。
17.一種利用權(quán)利要求1到15中任一項所述的方法制造共軛聚合物薄膜晶體管的方法。
18.一種利用權(quán)利要求1到15中任一項所述的方法進行噴墨刻蝕的方法。
19.一種利用權(quán)利要求1到15中任一項所述的方法制造濾色器的方法。
20.一種包含了利用權(quán)利要求1到15中任一項所述的方法制造的發(fā)光元件的顯示裝置。
21.一種利用權(quán)利要求1到15中任一項所述的方法制得的電子、光電、光學(xué)或傳感器裝置。
22.一種噴墨裝置，它包括噴墨頭，它能選擇性地將一連串材料液滴淀積到襯底的第一表面上；支撐裝置，用以支撐襯底，它被布置成能相對噴墨頭移動；以及檢測裝置，用以通過與第一表面相反的另一襯底表面檢測襯底第一表面上的液滴。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的噴墨裝置，其中檢測裝置包括電荷耦合裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的噴墨裝置，其中檢測裝置被布置成能將襯底第一表面上淀積的材料液滴看作明視場圖象來檢測材料液滴。
25.根據(jù)權(quán)利要求22到24中任一項所述的噴墨裝置，其中檢測裝置包括光學(xué)裝置，它利用波長能讓襯底基本透明的光照射襯底。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的噴墨裝置，其中材料包括共軛聚合物，光的波長大于共軛聚合物的吸收限波長。
27.根據(jù)權(quán)利要求22到26中任一項所述的噴墨裝置，包括控制裝置，用以根據(jù)對襯底第一表面上液滴的檢測結(jié)果控制噴墨頭與襯底之間的相對位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求22到27中任一項所述的噴墨裝置，還包括可根據(jù)對襯底第一表面上液滴的檢測結(jié)果為噴墨頭實施清潔循環(huán)的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用噴墨頭(10)將有機聚合物之類的可溶材料淀積到襯底(14)上的方法和裝置。在將有機聚合物液滴淀積到堤結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置的池中的過程中，利用CCD顯微鏡(22)從下側(cè)觀察襯底。由于是在有機聚合物液滴處于濕潤狀態(tài)時觀察液滴的，因此液滴更加清晰可見，利用所測得的淀積液滴與池之間的任何偏移或偏差來重置支撐著襯底的臺板。要用波長能讓襯底透明的光來觀察襯底，優(yōu)選的是，所述光不包括波長在聚合物吸收區(qū)內(nèi)的波長成分。
文檔編號B05D3/00GK1512940SQ02810919
公開日2004年7月14日 申請日期2002年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月10日
發(fā)明者川瀨健夫, C·紐索姆, 髂 申請人:精工愛普生株式會社