專利名稱：用于噴墨印刷有機(jī)發(fā)光二極管矩陣的結(jié)構(gòu)化聚合物襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制印在襯底上的液體的在所述襯底上的像素組件，更具體地說，本發(fā)明涉及一種制造這種像素組件的方法和材料。
有機(jī)電致發(fā)光顯示器例如PolyLED是一種平板顯示器，其由具有陽極、陰極和一薄層半導(dǎo)體材料的像素的矩陣構(gòu)成，每個(gè)像素構(gòu)成一個(gè)發(fā)光二極管。像素的橫向尺寸和顯示器的分辨率有關(guān)，例如每英寸100個(gè)像素(100PPI)的單色顯示器具有254×254微米的像素。一個(gè)127PPI全色顯示器具有66.7×200微米的像素。半導(dǎo)體材料的薄層大約0.3微米厚。每個(gè)像素中的化合物一般在溶解在溶劑中之后通過噴墨印刷處理被沉積。為了控制印刷的液體，這些像素被限定為通過襯底上形成的隔離物分開的小隔室的矩陣。借助于在這種像素或隔室中印刷，印刷的材料將限定一個(gè)像素。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，借助于光刻法在玻璃襯底上的薄膜抗蝕劑層中形成一種結(jié)構(gòu)一直是用于制造顯示器的矩陣的襯底的優(yōu)選的方法。光刻法是用于在玻璃或硅襯底上制造細(xì)微結(jié)構(gòu)和薄層的熟知技術(shù)。光刻法使用旋轉(zhuǎn)涂覆方法作為形成薄層的方法，所述薄層通過光刻方法構(gòu)成。用于彩色的PolyLED顯示器的材料不能在彼此的頂上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂覆，使得實(shí)際上利用這種方法生產(chǎn)彩色顯示器是不可能的。
一般地說，當(dāng)要把溶解在溶劑中的活性化合物沉積在襯底的表面上時(shí)，噴墨印刷是一種優(yōu)選的技術(shù)。重要的是，印刷的液體不流過隔離物并污染相鄰像素的液體或者和相鄰像素的液體混和，因?yàn)檫@將以不可控的方式引起發(fā)光區(qū)的顏色改變。在濕的層干燥之后，形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
US6143450披露了一種按照現(xiàn)有技術(shù)的彩色濾光器襯底的典型的制造方法。在玻璃襯底上同時(shí)形成一個(gè)對準(zhǔn)掩模和由隔離物隔離的像素的矩陣。所述矩陣通過沉積一個(gè)或多個(gè)薄膜層，通過光刻法把所述薄膜層成形為預(yù)定形狀的圖案來構(gòu)成。接著，在所述矩陣上形成油墨接收層，此后，把顏色印在油墨接收層上。對準(zhǔn)掩模用于確保印刷的液滴的精度，以便避免混色，其幾何形狀使得表面的弄濕和平面化的填實(shí)效果最佳。
最通常使用的玻璃襯底是剛性的和不能變形的。因此借助于沉積光刻材料并利用光刻法在光刻材料中形成隔離物來制造用于構(gòu)成隔離物的結(jié)構(gòu)。這種制造方法限制了設(shè)計(jì)隔離物的自由度以及可獲得的分辨率和所述結(jié)構(gòu)的高度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的有創(chuàng)造性的用于制造具有用于接收和保持液體的像素的襯底的方法，所述方法提供了設(shè)計(jì)隔離物的自由度，并提供亞微米的分辨率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種用于制造具有用于接收和保持液體的像素的襯底的方法，所述方法使得能夠簡單地和廉價(jià)地大量生產(chǎn)顯示器襯底。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種具有用于接收和保持液體的像素的襯底，所述像素由隔離物隔開，所述隔離物被較小地傾斜，以便使得液體能夠在相鄰的像素之間溢出，借以使得對于液滴布置的精度的敏感較小，并使得兩個(gè)相鄰的像素能夠被同時(shí)被填充而沒有混淆。
如權(quán)利要求1到22所述的本發(fā)明提供一種用于制造物品的方法和用于制造所述物品的工具，所述物品包括具有用于接收和保持液滴或液體的線的結(jié)構(gòu)的襯底，用于使用噴墨印刷技術(shù)沉積材料。本發(fā)明的一個(gè)重要的特征在于，所述襯底以及所述結(jié)構(gòu)的至少一部分由相同的聚合物材料制成。這使得能夠得到這種物品的一種新的制造方法，這種方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。下面詳細(xì)說明本發(fā)明的主要方面以及它們的優(yōu)點(diǎn)。
按照第一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于制造用于接收和保持液滴或液體保持沉積材料的線的物品的方法，所述方法包括以下步驟-提供一種具有包括預(yù)定結(jié)構(gòu)的表面部分的成形工具，-提供一種可變形的聚合物材料，以及-通過使用所述成形工具處理可變形的聚合物材料，使得形成預(yù)定的結(jié)構(gòu)來形成由所述材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)化表面部分，所述預(yù)定的結(jié)構(gòu)包括升高結(jié)構(gòu)的柵格，其在所述可變形的聚合物材料的所述表面部分中限定隔室的矩陣，所述隔室適用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線，所述可變形的聚合物材料的結(jié)構(gòu)化表面部分至少基本上是所述成形工具的所述表面部分的預(yù)定結(jié)構(gòu)的印記。
最好是，可變形的聚合物材料，至少在形成結(jié)構(gòu)化表面部分之后，形成自支承的襯底。借以使得用于接收和保持液滴或液體的線的物品包括所述材料的自支承襯底，具有在所述材料的表面部分中形成的預(yù)定的結(jié)構(gòu)。當(dāng)描述一種材料形成自支承襯底時(shí)，指的是這樣一種狀態(tài)所述材料不需要支承基板(例如玻璃襯底)保持，以便保持其結(jié)構(gòu)或形狀。因而，所述材料不是沉積在另一個(gè)襯底上的薄膜，但不意味著排除所述材料可以被另一個(gè)板或襯底保持，例如為了獲得一種正確的處理。
本發(fā)明的所有方面的一個(gè)基本特征在于，所述限定所述隔室的升高結(jié)構(gòu)的柵格被形成在可變形的聚合物材料中，使得所述升高結(jié)構(gòu)和保持所述升高結(jié)構(gòu)的物品的部分被形成在可變形的聚合物材料中。因而，用于控制液體沉積材料所需的在襯底上的隔離物可以由襯底材料本身制成，因?yàn)檫@種材料是可變形的聚合物材料。這使得能夠不利用光刻處理步驟來制造具有附加的抗蝕劑材料的隔離物。聚合物材料的可變形性和柔性使得升高結(jié)構(gòu)能夠被制成利用現(xiàn)有技術(shù)的材料和制造方法不能制成的形狀。
按照第一個(gè)方面的制造方法的優(yōu)點(diǎn)在于，其使得能夠快速并成本有效地大量生產(chǎn)襯底。所述方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，所述結(jié)構(gòu)可以以亞微米的分辨率被構(gòu)成，而不用對制造工藝進(jìn)行任何特定的修改。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，復(fù)制處理提供了形成利用光刻法不能形成的形狀的可能性。
要求保護(hù)的方法和按照現(xiàn)有技術(shù)的制造材料和制造方法比較如下。按照現(xiàn)有技術(shù)，形成所述結(jié)構(gòu)的材料層被沉積在玻璃襯底上。通過相掩模照射抗蝕劑，然后通過刻蝕除去未照射到的區(qū)域使這些層形成結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)的光刻設(shè)備具有大約10微米的有限的分辨率。為了獲得增加的分辨率，必須在制造工藝中引入昂貴的額外設(shè)備(分檔器)。
在按照第一方面的制造方法中，制造一種制造工具(原版，印版，印模等)，然后復(fù)制許多襯底，這是一種廉價(jià)而快速的方法。
最好是，成形工具是一種模制印版，在這種情況下，形成所述材料的結(jié)構(gòu)化表面部分的步驟包括把可變形的聚合物材料施加到所述模制印版內(nèi)的步驟。或者，所述成形工具是一種凸出的印模，在這種情況下，形成可變形的聚合物材料的結(jié)構(gòu)化表面的步驟包括利用凸出的印模對可變形的聚合物材料進(jìn)行凹凸印制的步驟。在另一個(gè)方案中，成形工具是一種加壓印版，在這種情況下，用于成形可變形的聚合物材料的結(jié)構(gòu)化表面的步驟包括利用所述加壓印版擠壓可變形的聚合物材料的步驟。
因而，按照第二方面，本發(fā)明提供一種用于按照第一方面的制造方法的成形工具，所述成形工具具有帶有一個(gè)預(yù)定結(jié)構(gòu)的表面部分，所述預(yù)定結(jié)構(gòu)對應(yīng)于襯底的形狀、輪廓和預(yù)定的功能。
按照第三方面，本發(fā)明提供另一種用于制造用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線的物品的方法，所述方法包括以下步驟-提供一種可以光聚合的材料，以及-借助于光聚合，形成可光聚合的材料的結(jié)構(gòu)化襯底，至少包括以下步驟-以一個(gè)第一預(yù)定圖案照射所述可光聚合的材料的一個(gè)或多個(gè)第一層，-以第二預(yù)定圖案照射所述可光聚合的材料的一個(gè)或多個(gè)第二層，其中被照射的第一層形成襯底，被照射的第二層形成用于在所述襯底上限定隔室的矩陣的升高結(jié)構(gòu)的柵格，所述隔室適用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線。
按照第三方面的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，幾乎可以制造任何形狀的結(jié)構(gòu)。這使得能夠非常詳細(xì)地構(gòu)造所述結(jié)構(gòu)的至少一些的輪廓，其將大大加強(qiáng)印刷的液體的接收和保持。所述方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，所制成的結(jié)構(gòu)可以具有亞微米的分辨率而在制造工藝上沒有任何具體的改變。
按照第四方面，本發(fā)明提供一種用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線的物品，所述物品包括由可變形的聚合物材料形成的襯底，所述襯底具有帶有升高結(jié)構(gòu)的柵格。所述柵格限定適用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線的隔室的矩陣。
按照第五方面，本發(fā)明提供一種用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線的物品，所述物品包括由可變形的聚合物材料形成的襯底，所述襯底具有包括被至少部分地形成在襯底內(nèi)的升高結(jié)構(gòu)的柵格的表面部分，至少一些升高結(jié)構(gòu)具有一個(gè)特征輪廓，所述柵格限定隔室的矩陣，其中所述升高結(jié)構(gòu)使得所述隔室能夠接收和保持液滴或液體沉積材料的線，其中通過利用凹凸印、吹氣模制、注射模制或擠壓的制造方法借助于把成形工具的形狀壓印在可變形的聚合物材料上來制成所述柵格、升高結(jié)構(gòu)和特征輪廓。
聚合物材料是在骨架中具有至少一個(gè)碳分子的有機(jī)材料。借助于比較所述材料的分子量可以看出和無機(jī)材料的不同。聚合物具有從幾千到幾百萬克/摩爾的范圍內(nèi)的質(zhì)量平均分子量。無機(jī)材料例如玻璃或金屬一般具有低得多的分子量。另外，聚合物材料可以利用其彈性模數(shù)和其它材料分離。對于聚合物材料，彈性模數(shù)小于20千兆帕斯卡，而玻璃、金屬和其它無機(jī)襯底材料具有大于35千兆帕斯卡的彈性模數(shù)。
由于它們的可變形性和柔性，聚合物材料尤其適用于按照本發(fā)明的制造方法和物品?？勺冃涡栽诔尚翁幚碇惺侵匾?，所述成形處理可以在高壓與/或高溫下進(jìn)行，以便獲得更高的可變形性和柔性。此外，柔性對于在表面內(nèi)形成懸臂結(jié)構(gòu)是重要的，此時(shí)聚合物材料必須彎曲，以便在成形之后把襯底和成形工具分開。
最好是，在襯底的表面部分上形成至少一些具有這樣的輪廓的升高結(jié)構(gòu)，所述輪廓允許隔室保持的液體沉積材料的體積大于隔室的容積，并允許兩個(gè)相鄰的隔室被完全充滿而不混淆液體沉積材料。起著分開兩個(gè)相鄰的隔室的作用的升高結(jié)構(gòu)也被稱為隔離物。
當(dāng)液體被填充到增加更多的液體將使液體流到相鄰的隔室時(shí)，一個(gè)隔室被完全充滿。當(dāng)然，一個(gè)完全充滿的隔室能夠保持多少液體取決于隔室的容積，一般由底面積乘以最低的隔離物的高度來限定(假定隔離物是完全垂直的，認(rèn)為計(jì)算任何形狀的容積是公知常識(shí))。由于要被保持的液體的表面張力，隔室可以保持的液體的體積大于隔室的容積。這可以被表示為填充比R填充＝由隔室保持的最大體積/隔室的容積填充比取決于液體的參數(shù)。對于給定的液體，填充比還取決于形成隔室的隔離物的頂部的材料的成分和隔離物的頂部的輪廓的幾何形狀。
在現(xiàn)有技術(shù)的隔離物中，完全充滿隔室的液體的表面延伸到隔離物的遠(yuǎn)邊，因此，兩個(gè)相鄰的隔室不能被同時(shí)填充。
因而，用于制造物品和隔離物的所述方法的優(yōu)點(diǎn)是，能夠形成具有高的分辨率并具有非常不同的非常復(fù)雜的形狀的至少一些結(jié)構(gòu)的輪廓。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的矩陣襯底的問題，升高結(jié)構(gòu)中的至少一些可以形成細(xì)長的隔離物，用于分開第一和第二相鄰的隔室。在許多優(yōu)選實(shí)施例中，所述至少一些升高結(jié)構(gòu)的輪廓至少具有第一和第二邊沿，所述第一邊沿由頂面部分和背離第二隔室的側(cè)面部分構(gòu)成，第二邊沿由頂面部分和背離第一隔室的側(cè)面部分構(gòu)成，第一邊沿比第二邊沿接近第二隔室，第二邊沿比第一邊沿接近第一隔室。換句話說，隔離物沿著其中心線被分開，借以形成兩個(gè)升高的構(gòu)成物或子隔離物，使得每個(gè)隔室在隔離物的自身的一半具有背離該隔室的邊沿。最好是，頂面部分至少基本上和襯底平行，并且形成第一和第二邊沿的頂面部分和側(cè)面部分以小于90度的角度相交，使得形成尖銳的邊沿。
優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，它們使得隔室能夠具有較大的填充率R填充。如在下面要詳細(xì)說明的，液體表面中的表面張力能夠使液滴懸掛在隔離物的邊沿上，借以增加由相應(yīng)的隔室保持的最大體積。液體能夠懸掛到邊沿上的程度取決于液體的性能和隔離物的輪廓。通過在隔離物的輪廓中形成背離隔室的尖銳的邊沿，和按照現(xiàn)有技術(shù)的隔離物相比，隔室能夠保持較大的液體體積。
至少一些結(jié)構(gòu)的輪廓升高到大于10微米，5微米，2微米，1微米或0.5微米的高度。此外，按照本發(fā)明在襯底上的結(jié)構(gòu)的高度的范圍比按照現(xiàn)有技術(shù)的襯底大得多。按照現(xiàn)有技術(shù)的制造方法，這些結(jié)構(gòu)最好具有相同的高度。因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)借助于掩模和刻蝕形成，一般需要幾個(gè)掩模與/或刻蝕步驟才能制成具有不同高度的結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)檫@樣的事實(shí)對于一種給定的材料和刻蝕技術(shù)，在一個(gè)給定的比率下通過刻蝕來除去材料。
按照本發(fā)明的在襯底上的不同的結(jié)構(gòu)可以具有大的范圍內(nèi)的不同的高度。當(dāng)原版已被制成時(shí)，結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸對于復(fù)制只具有小的影響。所述結(jié)構(gòu)最好由隔離物構(gòu)成，每個(gè)隔離物可以包括由間隙分開的兩個(gè)或多個(gè)子隔離物構(gòu)成的復(fù)雜的輪廓。
隔離物的尺寸(隔離物和子隔離物的寬度、高度)可以非常取決于顯示器的類型，即，單色顯示器或全色顯示器。
一般地說，感興趣的是使得隔離物的寬度最小，尤其是對于全色顯示器，這是因?yàn)樵谶@種情況下填充因數(shù)(即像素的有源區(qū)域的尺寸)是重要的。在另一方面，隔離物的尺寸不應(yīng)當(dāng)太小，因?yàn)檫@容易使像素之間的液體混和。
隔離物的寬度最好小于40微米，或者最好小于20微米，更好小于10微米，甚至更好小于5微米。
隔離物的高度最好大于2微米、5微米、或10微米。不過，因?yàn)楸景l(fā)明的制造技術(shù)和材料使得能夠制造更高的隔離物，在優(yōu)選實(shí)施例中的隔離物大于20微米、30微米甚至大于50微米。
在子隔離物之間的間隙最好小于20微米，例如小于10微米、5微米或2.5微米。子隔離物的高度最好是總隔離物的高度的1/4，更好是總隔離物的高度的1/2，甚至更好是總隔離物的高度的3/4。
按照不同的目的，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明允許矩陣襯底具有高得多的結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實(shí)施例中，在相鄰隔室中的液體借助于形成非常高的隔離物被有效地分開，使得至少一些升高結(jié)構(gòu)從襯底的表面部分升高到至少10微米的高度，例如至少20微米。
另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，升高結(jié)構(gòu)的頂部的表面部分由疏水材料制成，使得隔離物的頂部是非濕潤的，并阻止溢出。最好是，升高結(jié)構(gòu)的頂部的這個(gè)表面部分由多腔注射模制制成。形成非濕潤的隔離物的頂部的另一種方法可以是使隔離物的頂部包括小的結(jié)構(gòu)(支柱)的圖案。支柱最好具有小于10平方微米的截面積，例如小于1平方微米，或者小于0.1平方微米。支柱的高度最好大于截面積的方根的一半，例如大于截面積的方根，最好大于截面積的方根的3倍。
本發(fā)明的內(nèi)容描述了一種襯底結(jié)構(gòu)以及利用在塑料上進(jìn)行噴墨印刷來制造這種結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明可用于制造有源的和無源的矩陣顯示器。本發(fā)明將針對噴墨印刷的聚合物層進(jìn)行說明，所述聚合物層用作聚合物電致發(fā)光的矩陣顯示器的聚合物發(fā)光二極管，不過，本發(fā)明可用于所有這些應(yīng)用，其中必須利用一種選擇的印刷技術(shù)在塑料襯底上施加活性材料。


圖1表示一般矩陣襯底的頂視圖；圖2表示圖1的矩陣襯底的放大的截面圖；圖3表示具有不同的液面高度的矩陣襯底的截面圖；圖4表示只具有一個(gè)液面高度的圖3的矩陣襯底的放大的截面圖；圖5A表示隔離物、沉積的液體的數(shù)量和相關(guān)的角度的放大的截面圖；圖5B表示隔離物、沉積的液體的數(shù)量和相關(guān)的角度的放大的截面圖；圖6A-D表示在襯底上的隔離物和液體之間的接觸角和濕潤角；圖7，8，9，10和11表示在矩陣襯底上的不同的隔離物輪廓的實(shí)施例；圖12表示矩形的隔離物輪廓、沉積的液體的數(shù)量和隔離物高度的
具體實(shí)施例方式
圖1表示一般的矩陣襯底1的頂視圖，具有隔離物的柵格形成隔室或像素7的矩陣。隔室7由水平隔離物2和垂直隔離物6構(gòu)成。在水平隔離物2之間形成的一行隔室下文被稱為溝道5。當(dāng)溝道5被印刷時(shí)，液體4便遍布整個(gè)溝道5。
圖2表示按照現(xiàn)有技術(shù)的矩陣襯底201例如圖1的矩陣襯底的隔離物的放大的截面圖。其中示出了水平隔離物202的截面圖，還示出了垂直隔離物206的側(cè)視圖，以便清楚地表示物理布局。隔離物一般借助于光刻法構(gòu)成一個(gè)沉積的光刻層來形成。由于在光刻處理中的低的分辨率，不能在隔離物202和206中形成特殊輪廓的結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的矩陣襯底由聚合物材料或塑料制成，這些材料是可變形的、柔性的，并提供不同于在玻璃襯底上進(jìn)行的光刻膠的標(biāo)準(zhǔn)的光刻法的制造方法的可能性。
使用聚合物或塑料材料處理領(lǐng)域得知的處理技術(shù)可以形成、成形和構(gòu)成聚合物或塑料矩陣襯底。聚合物或塑料處理領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用例如凹凸印、吹氣模制、注射模制、擠壓、壓延以及光聚合技術(shù)由聚合材料或塑料材料來形成結(jié)構(gòu)化襯底，例如矩陣襯底。這些處理技術(shù)比光刻法能夠提供更好的分辨率。此外，新的處理技術(shù)和聚合物或塑料材料的組合，這些材料比光刻膠和玻璃更易于彎曲而不易碎裂，使得能夠形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
利用凹凸印構(gòu)成聚合物或塑料襯底凹凸印是一種通過在某個(gè)時(shí)間期間施加高的壓力來把印模上的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到塑料襯底上的方法。所述壓力如此之高，以至通過襯底材料的塑性變形發(fā)生轉(zhuǎn)印，以便和印模上的結(jié)構(gòu)一致。為了縮短加壓時(shí)間，在加壓期間的溫度必須增加到幾乎為襯底材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。分辨率可以和光盤制造中達(dá)到的分辨率相當(dāng)，隔離物的間距小到0.5微米，高度大到100納米。凹凸印通常在平的襯底上進(jìn)行。
利用吹氣模制/注射模制構(gòu)成聚合物或塑料襯底注射模制是一種借助于把熔融的塑料擠壓到模型中利用聚合物材料大量生產(chǎn)產(chǎn)品的方法。材料的熔化在一個(gè)往復(fù)的螺桿擠壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行。在熔化期間，螺桿向后運(yùn)動(dòng)，在螺桿的前方收集熔化的材料，在模型的填充期間，螺桿向前運(yùn)動(dòng)，其作用和活塞類似。模型被保持在一個(gè)低的溫度下，從而使得能夠快速冷卻。在填充之后，螺桿在高的壓力下把材料保持在模型中，從而補(bǔ)償在冷卻期間的收縮。在材料的大部分處于低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，模型被打開，并把產(chǎn)品取出。就在關(guān)閉模型之后，可以制造下一個(gè)產(chǎn)品。為了得到模型內(nèi)部的結(jié)構(gòu)到產(chǎn)品上的好的轉(zhuǎn)印，壁的溫度應(yīng)當(dāng)接近玻璃轉(zhuǎn)變溫度。其分辨率可以和光盤制造所達(dá)到的分辨率相比，隔離物的間距小到0.5微米，高度大到100納米。注射模制使得能夠生產(chǎn)任何形狀的產(chǎn)品。
通過擠壓/壓延構(gòu)成聚合物或塑料襯底擠壓是一種連續(xù)的處理。熔化的材料從縫中被擠出并冷卻。縫的形狀被轉(zhuǎn)移到連續(xù)的板上。只能和板的運(yùn)動(dòng)垂直地構(gòu)成結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵诓牧蠌募?xì)縫擠出的期間材料必須保持熔化狀態(tài)，將發(fā)生尖的邊沿的某種程度的倒圓。壓延是一種用于在高壓下把圓柱旋轉(zhuǎn)體上的小的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到材料的薄板上的方法。大體上可以獲得和通過凹凸印或注射模制獲得的分辨率相當(dāng)?shù)姆直媛省?br> 通過光聚合作用構(gòu)成聚合物或塑料襯底所謂的2P處理(光聚合)利用在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的表面上沉積低粘度的低分子的單體流體并利用UV光開始聚合(UV固化)的可能性。這種方法被凹凸印、注射模制、擠壓或壓延更復(fù)雜，不過分辨率幾乎是分子分辨率，并且成形的自由度是巨大的。
因而，使用用于矩陣襯底的聚合物或塑料材料能夠獲得上述的處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，從而大大改進(jìn)用于接收和保持印刷的液體的矩陣襯底。利用這些優(yōu)點(diǎn)使得能夠設(shè)計(jì)隔室和隔離物的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)使得能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的矩陣襯底遇到的問題。
在下面的部分中，參照優(yōu)選實(shí)施例說明按照本發(fā)明的隔室和隔離物的設(shè)計(jì)和功能，然后，給出幾個(gè)其它的優(yōu)選實(shí)施例。
如圖1所示的像素的形狀不必是矩形的，其可以是具有圓的拐角的矩形、圓形或任何其它形狀的。
圖3表示按照本發(fā)明的矩陣襯底301的截面圖。由圖可見，在襯底中形成隔離物302，其作為襯底的一部分。隔離物302的上部具有第一升高的構(gòu)成物或子隔離物303，用于限定隔室308，以及第二升高的構(gòu)成物或子隔離物305，用于限定隔室307。形成隔離物和子隔離物是為了阻止液體304溢出而進(jìn)入相鄰的隔室308。壁303和305是矩形的，具有邊沿311和312。該圖表示液體304處于兩種狀態(tài)，即第一狀態(tài)，在此狀態(tài)下隔室307未被完全充滿，因?yàn)橐后w304被內(nèi)壁邊沿321包含，以及第二狀態(tài)，在此狀態(tài)下，液體304被背離隔室的邊沿312包含。在第二狀態(tài)下，液體304只弄濕最靠近保持液體的隔室307的壁305的頂面部分。此外，阻止液體進(jìn)一步擴(kuò)散的邊沿312是用于限定隔室的壁305的邊沿。完全充滿隔室307的液體被背離隔室308的邊沿312包含，不會(huì)干擾完全充滿的隔室307中的液體。壁303和305把隔離物302分成兩個(gè)實(shí)際上單獨(dú)的隔離物。液體可以懸于隔離物的邊沿的程度可以參照圖6A-D進(jìn)行進(jìn)一步的討論。
圖4表示圖3的隔離物的放大的示意圖。角度θ1和θ2描述邊沿311和312的形狀，每個(gè)所述邊沿背離其最接近的各自的隔室。當(dāng)液體304完全充滿隔室307時(shí)，表面張力使得液面能夠懸于邊沿312上，形成相對于背離隔室307的壁315的側(cè)面部分的角度α。角度α主要由液體和隔離物的材料成分的性能決定。因而，借助于使背離隔室的側(cè)面部分傾斜，同時(shí)保持頂面部分水平，可以增加懸掛的液體的數(shù)量。邊沿312越尖(頂面部分仍然至少基本上是水平的)，可由給定尺寸的隔室保持的液體越多。
如圖4所示，隔離物302具有由位于該隔離物的每一側(cè)上的兩個(gè)子隔離物構(gòu)成的頂部。每個(gè)壁分別具有兩個(gè)側(cè)面部分314和316，一個(gè)頂面部分318以及內(nèi)外邊沿311和320。邊沿320面向隔室308，邊沿311面向隔室307。邊沿311被形成使得在側(cè)表面部分314和頂面部分318之間的角度為θ。因而，這種結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)相對的側(cè)面部分314和315，它們在隔離物的頂面中形成一個(gè)間隙。在超過液體304的最大數(shù)量并且液體溢出的情況下，間隙322則作為在第一壁和第二壁之間的排水溝。這消除了液體溢出而進(jìn)入相鄰的隔室并使溢出的液體和相鄰隔室的液體混和的危險(xiǎn)。如果任何混和發(fā)生，則發(fā)生在隔室之間的間隙中的無源區(qū)域。
在圖5A和5B所示的另一個(gè)類型的優(yōu)選實(shí)施例中，背離隔室的邊沿形成有更尖銳的邊沿。具體地說，隔離物502和襯底501的平面之間的角度β被減小，同時(shí)保持隔離物的上表面部分水平；這相當(dāng)于減少隔離物(或子隔離物)的邊沿513的角度θ。
圖5A表示隔離物502的一部分、沉積的液體504的數(shù)量以及角度θw和相關(guān)的β。角度θw相應(yīng)于和隔離物邊沿513形成的液體濕潤角。
液體的接觸角θc被定義為液滴和襯底形成的角，如圖6A所示。接觸角θc可以用如下等式描述Cosθc=γsv-γslσ:]]>其中σ是液體的表面張力，γsv和γsl每個(gè)面積的襯底-蒸氣和襯底-液體的能量。這個(gè)公式表示，θc可以借助于增加液體的表面張力，或者通過改變襯底的性能來增加。濕潤角θw被定義為液體和襯底形成的角。這個(gè)角可以小于接觸角，如圖6B所示。
濕潤角θW小于接觸角θc，因而液體不會(huì)弄濕側(cè)面的隔離物。
當(dāng)液體的體積增加并且θw＞θc時(shí)，側(cè)面的隔離物將被弄濕，形成圖6C的情況。如果液體和襯底形成的角度大于接觸角，則液體弄濕側(cè)面的隔離物，如圖6D所示。
當(dāng)隔離物的角度β增加一個(gè)固定的值θ時(shí)，顯然，可以置于溝道中的液體的數(shù)量可被增加。例如，當(dāng)β＝0，θ＝0.1弧度時(shí)，液體和水平面形成的角度是π+0.1。當(dāng)β＝1時(shí)，則在2-D的情況下液體的角度可被增加到π+1。
因而，圖5A和5B表示具有特殊形狀的輪廓的隔離物502，用于增加可以由隔室保持的液體504的數(shù)量。
圖7表示按照本發(fā)明在襯底701上的另一個(gè)隔離物702的截面圖。所述隔離物被形成在襯底材料內(nèi)，其輪廓按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被成形。隔離物702是襯底701的一部分。隔離物702的上部分具有兩個(gè)升高的構(gòu)成物或子隔離物705，其形成有這樣的輪廓，使得隔室707能夠保持大于其容積的液體的體積，并使得兩個(gè)相鄰的隔室能夠被完全充滿而不發(fā)生液體的混淆。和圖4中的類似的構(gòu)成物305相比，子隔離物705具有平滑的凹形輪廓。子隔離物可以具有任何形狀。
圖8表示按照本發(fā)明的在襯底801上的另一種隔離物802的輪廓的截面圖。所述隔離物被形成在襯底材料內(nèi)，其輪廓按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被成形。隔離物802的上部分具有兩個(gè)升高的構(gòu)成物或子隔離物803。形成隔離物802和子隔離物803是為了阻止隔室807中的液體溢出而進(jìn)入相鄰的隔室。子隔離物803的形狀是矩形的。
圖9表示按照本發(fā)明在襯底901上的另一種隔離物902的輪廓的截面圖。所述隔離物被形成在襯底材料內(nèi)，其輪廓按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被成形。隔離物802的上部分具有兩個(gè)升高的構(gòu)成物或子隔離物903。形成隔離物902和子隔離物903是為了阻止隔室907中的液體溢出而進(jìn)入相鄰的隔室。
圖10表示按照本發(fā)明在襯底1001上的另一種隔離物1002的輪廓的截面圖。所述隔離物被形成在襯底材料內(nèi)，其輪廓按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被成形。這種隔離物由兩個(gè)向外傾斜的隔離物壁1010構(gòu)成。形成隔離物1002和向外傾斜的壁1010是為了阻止隔室1007中的液體溢出而進(jìn)入相鄰的溝道。
圖11表示按照本發(fā)明在襯底1101上的另一種隔離物1102的輪廓的截面圖。所述隔離物被形成在襯底材料內(nèi)，其輪廓按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被成形。向內(nèi)傾斜的懸掛的壁形成非常尖銳的邊沿以及在隔開所述壁的間隙中的大的容積。
圖12表示按照本發(fā)明的襯底1201的截面圖，表示矩形隔離物1202的輪廓。矩形隔離物1202被形成在按照本發(fā)明的襯底1201中。選擇制造材料和制造方法使得能夠形成非常高的隔離物例如具有25微米的高度的隔離物。因而，隔室1207的容積被顯著增加而不增加隔室的底面積。因?yàn)橐后w1204不會(huì)完全充滿隔室，液體的表面不會(huì)高于隔離物的頂部，不會(huì)溢出而進(jìn)入相鄰的隔室。因而，不需要隔離物的頂部的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
圖13表示在按照本發(fā)明的襯底1301上的另一種隔離物1302的輪廓的截面圖。在這種情況下的隔離物被形成有不同的濕潤性能。隔離物1302的底部1312的表面的特征在于具有好的濕潤性能，而隔離物1302的頂部表面1314的特征在于具有差的濕潤性能。這種效果類似于構(gòu)成這樣的隔離物的頂部，即使得液體表面朝向隔室后退，和差的可濕材料形成大的接觸角。
應(yīng)當(dāng)選擇材料的濕潤性能和液體相適應(yīng)。一般地說，親水材料例如尼龍6，尼龍11，尼龍6，6，尼龍10，10或聚碳酸脂對于極性液體具有好的濕潤性能，對于非極性液體具有差的濕潤性能。類似地，通過利用CF4處理在隔離物上施加一個(gè)含氟的單層，可以獲得對于極性液體具有差的濕潤性能，對于負(fù)非極性液體具有好的濕潤性能的疏水材料表面。一般地說，應(yīng)當(dāng)使用具有高的接觸角的液體。這種材料可以是聚乙烯，聚丙烯，聚異丁烯或聚苯乙烯。在通過使用不同的材料成分用于隔離物的底部1312和頂部1314從而獲得好的和差的濕潤性能的實(shí)施例中，只在襯底1301中形成底部1312，并應(yīng)當(dāng)由和襯底相同的材料構(gòu)成。在這種情況下，優(yōu)選的制造方法將是多腔注射模制方法。
另外，不使用不同的材料成分來獲得頂部1314的不良的濕潤性能。而是如圖14所示，通過使頂部1414的表面的至少一部分形成有較小的升高結(jié)構(gòu)1415，來獲得隔離物1402的頂部1414的濕潤性能，如圖14所示。所述小的結(jié)構(gòu)一般被形成為小的支柱的圖案，也被稱為蓮葉結(jié)構(gòu)，并已知是極難弄濕的。小的結(jié)構(gòu)1415可以使用按照本發(fā)明的材料和制造技術(shù)被形成在隔離物1402中。隔離物1402也被形成在襯底中(未示出)。
蓮葉結(jié)構(gòu)的尺寸(截面積和高度)比像素的尺寸小得多。目前，單色顯示器的像素尺寸一般在200-300mm之間，而彩色顯示器是其1/3，即100-66mm。不過，將來，這個(gè)尺寸將減少到50mm，甚至可以更小，例如25mm。蓮葉結(jié)構(gòu)(支柱)的尺寸是重要的，而其截面形狀可以是任意的，例如從方形到圓形，或者甚至更復(fù)雜的圖案。這些支柱的高度最好大于面積的方根的一半，或者，如果可能，甚至更大。
圖15表示按照本發(fā)明的襯底1501的截面圖，表示隔離物1502的輪廓。其中，隔離物的頂部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和不良的濕潤性能。隔離物包括兩個(gè)向內(nèi)傾斜的形成的壁1510，用于阻止液體溢出而進(jìn)入相鄰的溝道。隔離物也被形成具有不同的濕潤性能，如參照圖13所述。隔離物1502的底部1512的表面的特征在于具有好的濕潤性能，而隔離物1502的頂部1514的表面的特征在于具有不良的濕潤性能。
概括地說，本發(fā)明提供一種矩陣襯底，用于控制印刷在所述襯底上的液體，以及制造這種襯底的方法。按照本發(fā)明，用可變形的和可彎曲的材料制造用于保持用于接收和保持印刷的液體的像素矩陣的襯底，這使得升高結(jié)構(gòu)(隔離物)能夠分開要在襯底材料本身中形成的像素。這使得能夠利用許多新的制造方法制造矩陣襯底，所述襯底例如用于polyLED顯示器。按照本發(fā)明的制造材料和方法還消除了按照現(xiàn)有技術(shù)的制造材料和方法存在的對于設(shè)計(jì)自由度的許多限制。這使得能夠形成具有懸垂結(jié)構(gòu)的隔離物輪廓，改善了分辨率和新的尺寸范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于制造用于接收和保持液滴或液體保持沉積材料的線的物品的方法，所述方法包括以下步驟-提供具有包括預(yù)定結(jié)構(gòu)的表面部分的成形工具，-提供可變形的聚合物材料，以及-通過使用所述成形工具處理所述可變形的聚合物材料，使得形成預(yù)定的結(jié)構(gòu)來形成由所述可變形的聚合物材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)化表面部分，所述預(yù)定的結(jié)構(gòu)包括升高結(jié)構(gòu)的柵格(102，302，502，602，702，802，902，1002，1102，1202，1302，1402，1502)，其在所述可變形的聚合物材料的所述表面部分中限定隔室(107，307，707，807，907，1007，1207)的矩陣，所述隔室適用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線，所述可變形的聚合物材料的結(jié)構(gòu)化表面部分至少基本上是所述成形工具的所述表面部分的預(yù)定結(jié)構(gòu)的印記。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述可變形的聚合物材料，至少在形成結(jié)構(gòu)化表面部分之后，形成自支承的襯底(101，301，501，601，701，801，901，1001，1101，1201，1301，1501)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一些升高結(jié)構(gòu)被形成具有這樣的輪廓，所述輪廓允許隔室保持的液體沉積材料的體積大于隔室的容積，并允許兩個(gè)相鄰的隔室被完全充滿而不混淆所述液體。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成形工具是模制印版，并且其中形成可變形聚合物材料的結(jié)構(gòu)化表面部分的步驟包括把可變形的聚合物材料施加到所述模制印版內(nèi)的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成形工具是凸出的印模，并且其中形成可變形的聚合物材料的結(jié)構(gòu)化表面的步驟包括利用凸出的印模對可變形的聚合物材料進(jìn)行凹凸印制的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，成形工具是加壓印版，其中用于成形可變形的聚合物材料的結(jié)構(gòu)化表面的步驟包括利用所述加壓印版擠壓可變形的聚合物材料的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于成形可變形的聚合物材料的結(jié)構(gòu)化表面的步驟包括利用多腔注射模制由疏水材料形成至少一些升高結(jié)構(gòu)的頂部的表面部分(1314，1414，1514)的步驟。
8.一種用于按照權(quán)利要求1的制造方法的成形工具，所述成形工具具有帶有一個(gè)預(yù)定結(jié)構(gòu)的表面部分，所述預(yù)定結(jié)構(gòu)相應(yīng)于襯底的形狀、輪廓和預(yù)定的功能。
9.一種用于制造用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線的物品的方法，所述方法包括以下步驟-提供可光聚合的材料，以及-借助于光聚合，形成所述可光聚合的材料的結(jié)構(gòu)化襯底(101，301，501，601，701，801，901，1001，1101，1201，1301，1501)，至少包括以下步驟-以第一預(yù)定圖案照射所述可光聚合的材料的一個(gè)或多個(gè)第一層，-以第二預(yù)定圖案照射所述可光聚合的材料的一個(gè)或多個(gè)第二層，其中被照射的第一層形成襯底，被照射的第二層形成用于在所述襯底上限定隔室(107，307，707，807，907，1007，1207)的矩陣的升高結(jié)構(gòu)(102，302，502，602，702，802，902，1002，1102，1202，1302，1402，1502)的柵格，所述隔室適用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，形成可光聚合的材料的結(jié)構(gòu)化襯底的步驟還包括以一個(gè)或多個(gè)其它的預(yù)定圖案照射所述可光聚合的材料的一個(gè)或多個(gè)其它的層，借以形成至少一些升高結(jié)構(gòu)的輪廓，所述輪廓使得隔室能夠保持一定體積的液體沉積材料，所述體積大于隔室的容積，并且使得兩個(gè)相鄰的隔室能夠被完全充滿而不會(huì)引起液體沉積材料的混和。
11.一種用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線的物品，所述物品包括由可變形的聚合物材料形成的襯底(101，301，501，601，701，801，901，1001，1101，1201，1301，1501)，所述襯底具有包括升高結(jié)構(gòu)(102，302，502，602，702，802，902，1002，1102，1202，1302，1402，1502)的柵格的表面部分，所述柵格限定適用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線的隔室(107，307，707，807，907，1007，1207)的矩陣。
12.如權(quán)利要求11所述的物品，其特征在于，至少一些升高結(jié)構(gòu)具有這樣的輪廓，所述輪廓使得隔室能夠保持一定體積的液體沉積材料，所述體積大于隔室的容積，并且使得兩個(gè)相鄰的隔室能夠被完全充滿而不會(huì)引起液體沉積材料的混和。
13.如權(quán)利要求11所述的物品，其特征在于，所述襯底是自支承的。
14.如權(quán)利要求11所述的物品，其特征在于，至少一些升高結(jié)構(gòu)形成細(xì)長的隔離物，其分開第一(307)和第二(308)相鄰的隔室，所述至少一些升高結(jié)構(gòu)的輪廓至少具有第一和第二邊沿，所述第一邊沿(311，811，911，1011)由頂面部分(318)和背離第二隔室的側(cè)面部分(314)形成，第二邊沿(312，812，912，1012)由頂面部分(305)和背離第一隔室的側(cè)面部分(315)形成，所述第一邊沿比第二邊沿更接近第二隔室，所述第二邊沿比第一邊沿更接近第一隔室。
15.如權(quán)利要求14所述的物品，其特征在于，所述項(xiàng)面部分至少基本上和襯底平行，并且其中形成第一和第二邊沿的項(xiàng)面部分和側(cè)面部分以小于90度的角度θ相交，使得形成尖銳的邊沿。
16.如權(quán)利要求11所述的物品，其特征在于，至少一些升高結(jié)構(gòu)包括小的支柱(1415)的圖案，所述小的支柱具有小于10平方微米的橫截面積和大于1.6微米的高度。
17.如權(quán)利要求11所述的物品，其特征在于，至少一些升高結(jié)構(gòu)的輪廓具有小于10平方微米的橫截面積。
18.如權(quán)利要求11所述的物品，其特征在于，至少一些升高結(jié)構(gòu)的輪廓具有小于5平方微米的橫截面積。
19.如權(quán)利要求11所述的物品，其特征在于，至少一些升高結(jié)構(gòu)的輪廓具有小于1平方微米的橫截面積。
20.如權(quán)利要求11所述的物品，其特征在于，至少一些升高結(jié)構(gòu)的高度至少為10微米。
21.如權(quán)利要求20所述的物品，其特征在于，至少一些升高結(jié)構(gòu)的高度至少為20微米。
22.一種用于接收和保持液滴或液體沉積材料的線的物品，所述物品包括由可變形的聚合物材料形成的襯底(101，301，501，601，701，801，901，1001，1101，1201，1301，1501)，所述襯底具有包括被至少部分地形成在襯底內(nèi)的升高結(jié)構(gòu)(102，302，502，602，702，802，902，1002，1102，1202，1302，1402，1502)的柵格的表面部分，至少一些升高結(jié)構(gòu)具有一個(gè)特征輪廓，所述柵格限定隔室(107，307，707，807，907，1007，1207)的矩陣，其中所述升高結(jié)構(gòu)使得所述隔室能夠接收和保持液滴或液體沉積材料的線，其中所述柵格、升高結(jié)構(gòu)和特征輪廓通過利用從凹凸印、吹氣模制、注射模制或擠壓中選擇的制造方法借助于把成形工具的形狀壓印在可變形的聚合物材料上被制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種矩陣襯底，用于控制印刷在所述襯底上的液體，以及制造這種襯底的方法。按照本發(fā)明，用可變形的和可彎曲的材料制造用于保持用于接收和保持印刷的液體的像素矩陣的襯底，這使得升高結(jié)構(gòu)(隔離物)能夠分開要在襯底材料本身中形成的像素。這使得能夠利用許多新的制造方法制造矩陣襯底，所述襯底例如用于polyLED顯示器。按照本發(fā)明的制造材料和方法還消除了按照現(xiàn)有技術(shù)的制造材料和方法存在的對于設(shè)計(jì)自由度的許多限制。這使得能夠形成具有懸垂結(jié)構(gòu)的隔離物輪廓，改善了分辨率和新的尺寸范圍。
文檔編號(hào)H01L51/52GK1625814SQ03803115
公開日2005年6月8日 申請日期2003年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月1日
發(fā)明者P·C·杜恩埃維德, J·F·迪克斯曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司