流体ジェットプリント用のプリント流体
本発明は、流体ジェットプリント用のプリント流体に関する。プリント流体は、第1粒径分布内にある第1粒径s1を有する第1粒子及び、第2粒径分布内にある第2粒径s2を有する第2粒子を有し、前記第1粒子及び前記第2粒子は実質的に同一材料から構成される。そのようなプリント流体を使用することで、厚さの均一性が改善された膜をプリントすることが可能となることが示された。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体ジェットプリントに適したプリント流体に関する。本発明はさらに、そのようなプリント流体の製造方法及び、プリント流体を使用した液体ジェットプリント方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上への比較的高精度なプリントを行うため、従来インクジェットプリントの名前でよく知られている流体ジェットプリントは多くの用途で現在使用されている。これらの用途のうちの一が多結晶LEDディスプレイの製造である。
【０００３】
多結晶LEDディスプレイは、多数の発光ダイオードを有する。ここで、各発光ダイオード（一般にLEDと呼ばれている）は画素中の溶媒に溶解する個々の層から構成される積層構造を有し、画素は、所定の大きさを有する限られた領域である。基板に膜を供することを目的としてプリントヘッドによって滴下されるインク液滴は、溶媒と膜の材料を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多結晶LEDディスプレイ画素のようなインクジェットプリントされた構造を乾燥させ、溶媒を蒸発させることで大抵の場合、その構造に膜厚変化が生じてしまう。これらの変化は小さなスケール（たとえば画素範囲内）でも存在するし、また大きなスケール（たとえば基板上）でも存在する可能性がある。
【０００５】
しかし、たとえば蒸発速度の小さな変化でも基板上の局所的な膜厚プロファイルの変化が起こるため、従来のインクで実行されるそのようなインクジェットプリントプロセスの成功する条件(process window)は非常に狭い。蒸発速度のそのような変化は回避するのが難しく、実際には常に存在する。
【０００６】
ほとんど多くの電子デバイスでは、大きなスケールにおける膜の均一性が求められる。小さなスケールでも、一定の厚さを有する膜が大抵の場合において必要とされる。このことは、膜厚がプリントされる構造の範囲内で一定でなくてはならないことを意味する。しかし、従来のプリント流体では、一定膜厚を得るのは困難に見える。
【０００７】
本発明の目的は、プリントされた膜厚の均一性を改善する、流体ジェットプリント用のプリント流体の提供である。この目的のため、「特許請求の範囲」における請求項1の記載に従った流体ジェットプリントに適したプリント流体が供される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
二の粒子粒径分布を有する粒子を有するプリント流体を使用することで、より均一な膜厚を有する膜をプリントすることが可能となることが、発明者らによって、実験的にも、そして数値計算によっても示された。
【０００９】
乾燥中、蒸発によって誘起される物質の移動(mass transport)が起こる。この移動により、プリントされた構造又は線の膜厚分布はかなり不均一になってしまうだろう。物質の移動は、二の主過程からなる。第1の過程は、接触線に向かってインクが流動(convection)することである。これは蒸発によって生じる（“コーヒーリング(coffee-ring)”効果としても知られている）。それによって、接触線が、インクを有する領域とインクを有していない外側の領域との境界線として画定される。第2の過程は、粒子が、粒子濃度が最も高い接触線から遠ざかるように拡散することである。この結果、二の乾燥モードが存在する。
【００１０】
第1モードでは、流動が支配的で、その結果膜厚プロファイルは、接触線近傍に二の隆線(ridge)を有する。第2モードでは、拡散が支配的で、膜厚プロファイルは球帽形状を有する。
【００１１】
乾燥プロセスが二のモードの間にあるとき、平坦でかつ均一な膜厚を有する膜厚プロファイルを得ることができる。しかし欠点は、たとえば蒸発速度のわずかな変化が基板上の局所的膜厚プロファイルを変化させてしまうため、そのようなプロセス成功条件が非常に狭いことである。
【００１２】
この問題は、二の粒子粒径分布を有するインクが供される本発明によって解決される。粒径の大きな粒子は流動が支配的なモードで乾燥する一方で、粒径の小さな粒子は拡散が支配的なモードで乾燥する。大きな粒子と小さな粒子とを適切に混合させることで、均一な膜厚プロファイルが得られる。
【００１３】
本発明のこの態様及び他の態様は独立請求項で定義される。
【００１４】
本発明の有利な実施例は従属請求項によって定義される。
【実施例】
【００１５】
本発明のこれら及び他の態様について、以降で説明する実施例を参照して説明する。
【００１６】
図1は、粒径と本発明に従ったプリント流体の体積割合(fraction)との関係を図示している。プリント流体は、第1粒径分布I内にある第1粒径s1を有する第1粒子及び、前記第1粒径分布とは異なる、第2粒径分布II内にある第2粒径s2を有する第2粒子を有する。第1粒子及び第2粒子は実質的に同一材料から構成される。粒径分布は大抵の場合、ある平均値を中心にとる正規（ガウス）分布である。図1では、粒径分布Iの平均値はsm1、及び粒径分布IIの平均値はsm2でそれぞれ表される。体積割合Vについても、分布Iの方が分布IIよりも大きいのが分かるだろう。
【００１７】
図2は、粒径3nm（従ってsm1は3nmに等しい）の粒子を80質量%含むプリント流体に起因する膜厚プロファイル及び、粒径30nm（従ってsm2は30nmに等しい）の粒子を20質量%含むプリント流体に起因する膜厚プロファイルの数値計算結果を図示している。前者は正方形、後者は三角形でそれぞれ示されている。簡明を期すため、数値計算においてはガウス分布をとらないと推定した（従って、分布の幅はゼロとなる）。二軸の大きさはμmである。この混合物（ダイアモンドで示され、図中で合計として表されている）の膜厚は、二成分の膜厚の合計である。
【００１８】
さらなる数値計算から、大きな粒子が小さな粒子の少なくとも十倍以上、つまりsm2≧10×sm1の場合に実質的に平坦な膜が得られることが結論づけられる。
【００１９】
数値計算はまた、第1粒径分布Iが3nm未満の第1粒径平均sm1を有し、かつ第2粒径分布IIが30nmから100nmの範囲内にある第2粒径平均sm2を有する場合に、良好な平坦膜厚プロファイルが得られることをも示している。
【００２０】
さらに、大きな粒子の質量比は、10質量%から40質量%でなくてはならないことが結論づけられる。小さな粒子の粒径は2nm以下でなくてはならず、かつ、大きな粒子の粒径は約30nm以上でなくてはならない。これらの条件が満足される場合、プリントされた膜は実質的に平坦な膜厚プロファイルを有する。
【００２１】
図3は、二のインクジェットプリントされた表面の膜厚分布を測定した結果を図示している。図中における大きさの単位はμmで表される。二の線は、それぞれ異なる粒子の混合物を有するプリント流体でプリントされた。曲線1及び曲線2は、プリントされた線の断面を図示している。ここで、互いに比較できるようにベースのスケールは統一されている。
【００２２】
曲線1は、粒径2nmの粒子を80質量%及び粒径30nmの粒子を20質量%の混合物を有するプリント流体を使用してプリントされた線の断面積の測定値を表す。曲線2は、粒径2nmの粒子を100質量%有するプリント流体を使用してプリントされた線の断面積の測定値を表す。
【００２３】
これらの実験結果から、ある粒径の粒子を有するプリント流体に、それより顕著に大きな粒径の粒子をわずかに加えることで、プリントされた膜の膜厚がより均一になることが結論づけられる。これらの測定結果は、図2で図示された数値計算結果を裏付けるものでもある。
【００２４】
本発明はとりわけ、導電性金属粒子（たとえば銀）を有するプリント流体に適用可能で、（発光）ポリマーを有するプリント流体にも適用可能である。水は、粒子を溶解させるのに適した溶媒である。
【００２５】
上述の実施例は本発明を限定するよりはむしろ本発明を例示するものであり、当業者は添付請求項の範囲から離れることなく多数の代替実施例を設計することが可能であることに粒子すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】粒径と本発明に従ったプリント流体の体積割合との関係を図示している。
【図２】本発明に従ったプリント流体で成膜された膜の厚さの数値計算結果を図示している。
【図３】二のインクジェットプリントされた表面の膜厚分布を測定した結果を図示している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体ジェットプリントに適したプリント流体に関する。本発明はさらに、そのようなプリント流体の製造方法及び、プリント流体を使用した液体ジェットプリント方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上への比較的高精度なプリントを行うため、従来インクジェットプリントの名前でよく知られている流体ジェットプリントは多くの用途で現在使用されている。これらの用途のうちの一が多結晶LEDディスプレイの製造である。
【０００３】
多結晶LEDディスプレイは、多数の発光ダイオードを有する。ここで、各発光ダイオード（一般にLEDと呼ばれている）は画素中の溶媒に溶解する個々の層から構成される積層構造を有し、画素は、所定の大きさを有する限られた領域である。基板に膜を供することを目的としてプリントヘッドによって滴下されるインク液滴は、溶媒と膜の材料を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多結晶LEDディスプレイ画素のようなインクジェットプリントされた構造を乾燥させ、溶媒を蒸発させることで大抵の場合、その構造に膜厚変化が生じてしまう。これらの変化は小さなスケール（たとえば画素範囲内）でも存在するし、また大きなスケール（たとえば基板上）でも存在する可能性がある。
【０００５】
しかし、たとえば蒸発速度の小さな変化でも基板上の局所的な膜厚プロファイルの変化が起こるため、従来のインクで実行されるそのようなインクジェットプリントプロセスの成功する条件(process window)は非常に狭い。蒸発速度のそのような変化は回避するのが難しく、実際には常に存在する。
【０００６】
ほとんど多くの電子デバイスでは、大きなスケールにおける膜の均一性が求められる。小さなスケールでも、一定の厚さを有する膜が大抵の場合において必要とされる。このことは、膜厚がプリントされる構造の範囲内で一定でなくてはならないことを意味する。しかし、従来のプリント流体では、一定膜厚を得るのは困難に見える。
【０００７】
本発明の目的は、プリントされた膜厚の均一性を改善する、流体ジェットプリント用のプリント流体の提供である。この目的のため、「特許請求の範囲」における請求項1の記載に従った流体ジェットプリントに適したプリント流体が供される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
二の粒子粒径分布を有する粒子を有するプリント流体を使用することで、より均一な膜厚を有する膜をプリントすることが可能となることが、発明者らによって、実験的にも、そして数値計算によっても示された。
【０００９】
乾燥中、蒸発によって誘起される物質の移動(mass transport)が起こる。この移動により、プリントされた構造又は線の膜厚分布はかなり不均一になってしまうだろう。物質の移動は、二の主過程からなる。第1の過程は、接触線に向かってインクが流動(convection)することである。これは蒸発によって生じる（“コーヒーリング(coffee-ring)”効果としても知られている）。それによって、接触線が、インクを有する領域とインクを有していない外側の領域との境界線として画定される。第2の過程は、粒子が、粒子濃度が最も高い接触線から遠ざかるように拡散することである。この結果、二の乾燥モードが存在する。
【００１０】
第1モードでは、流動が支配的で、その結果膜厚プロファイルは、接触線近傍に二の隆線(ridge)を有する。第2モードでは、拡散が支配的で、膜厚プロファイルは球帽形状を有する。
【００１１】
乾燥プロセスが二のモードの間にあるとき、平坦でかつ均一な膜厚を有する膜厚プロファイルを得ることができる。しかし欠点は、たとえば蒸発速度のわずかな変化が基板上の局所的膜厚プロファイルを変化させてしまうため、そのようなプロセス成功条件が非常に狭いことである。
【００１２】
この問題は、二の粒子粒径分布を有するインクが供される本発明によって解決される。粒径の大きな粒子は流動が支配的なモードで乾燥する一方で、粒径の小さな粒子は拡散が支配的なモードで乾燥する。大きな粒子と小さな粒子とを適切に混合させることで、均一な膜厚プロファイルが得られる。
【００１３】
本発明のこの態様及び他の態様は独立請求項で定義される。
【００１４】
本発明の有利な実施例は従属請求項によって定義される。
【実施例】
【００１５】
本発明のこれら及び他の態様について、以降で説明する実施例を参照して説明する。
【００１６】
図1は、粒径と本発明に従ったプリント流体の体積割合(fraction)との関係を図示している。プリント流体は、第1粒径分布I内にある第1粒径s1を有する第1粒子及び、前記第1粒径分布とは異なる、第2粒径分布II内にある第2粒径s2を有する第2粒子を有する。第1粒子及び第2粒子は実質的に同一材料から構成される。粒径分布は大抵の場合、ある平均値を中心にとる正規（ガウス）分布である。図1では、粒径分布Iの平均値はsm1、及び粒径分布IIの平均値はsm2でそれぞれ表される。体積割合Vについても、分布Iの方が分布IIよりも大きいのが分かるだろう。
【００１７】
図2は、粒径3nm（従ってsm1は3nmに等しい）の粒子を80質量%含むプリント流体に起因する膜厚プロファイル及び、粒径30nm（従ってsm2は30nmに等しい）の粒子を20質量%含むプリント流体に起因する膜厚プロファイルの数値計算結果を図示している。前者は正方形、後者は三角形でそれぞれ示されている。簡明を期すため、数値計算においてはガウス分布をとらないと推定した（従って、分布の幅はゼロとなる）。二軸の大きさはμmである。この混合物（ダイアモンドで示され、図中で合計として表されている）の膜厚は、二成分の膜厚の合計である。
【００１８】
さらなる数値計算から、大きな粒子が小さな粒子の少なくとも十倍以上、つまりsm2≧10×sm1の場合に実質的に平坦な膜が得られることが結論づけられる。
【００１９】
数値計算はまた、第1粒径分布Iが3nm未満の第1粒径平均sm1を有し、かつ第2粒径分布IIが30nmから100nmの範囲内にある第2粒径平均sm2を有する場合に、良好な平坦膜厚プロファイルが得られることをも示している。
【００２０】
さらに、大きな粒子の質量比は、10質量%から40質量%でなくてはならないことが結論づけられる。小さな粒子の粒径は2nm以下でなくてはならず、かつ、大きな粒子の粒径は約30nm以上でなくてはならない。これらの条件が満足される場合、プリントされた膜は実質的に平坦な膜厚プロファイルを有する。
【００２１】
図3は、二のインクジェットプリントされた表面の膜厚分布を測定した結果を図示している。図中における大きさの単位はμmで表される。二の線は、それぞれ異なる粒子の混合物を有するプリント流体でプリントされた。曲線1及び曲線2は、プリントされた線の断面を図示している。ここで、互いに比較できるようにベースのスケールは統一されている。
【００２２】
曲線1は、粒径2nmの粒子を80質量%及び粒径30nmの粒子を20質量%の混合物を有するプリント流体を使用してプリントされた線の断面積の測定値を表す。曲線2は、粒径2nmの粒子を100質量%有するプリント流体を使用してプリントされた線の断面積の測定値を表す。
【００２３】
これらの実験結果から、ある粒径の粒子を有するプリント流体に、それより顕著に大きな粒径の粒子をわずかに加えることで、プリントされた膜の膜厚がより均一になることが結論づけられる。これらの測定結果は、図2で図示された数値計算結果を裏付けるものでもある。
【００２４】
本発明はとりわけ、導電性金属粒子（たとえば銀）を有するプリント流体に適用可能で、（発光）ポリマーを有するプリント流体にも適用可能である。水は、粒子を溶解させるのに適した溶媒である。
【００２５】
上述の実施例は本発明を限定するよりはむしろ本発明を例示するものであり、当業者は添付請求項の範囲から離れることなく多数の代替実施例を設計することが可能であることに粒子すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】粒径と本発明に従ったプリント流体の体積割合との関係を図示している。
【図２】本発明に従ったプリント流体で成膜された膜の厚さの数値計算結果を図示している。
【図３】二のインクジェットプリントされた表面の膜厚分布を測定した結果を図示している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ジェットプリントに適したプリント流体であって：
第1粒径分布の範囲内にある第1粒径s1を有する第1粒子；及び、
第2粒径分布の範囲内にある第2粒径s2を有する第2粒子；
を有し、
前記第1粒子及び前記第2粒子は実質的に同一材料から構成される、
ことを特徴とするプリント流体。
【請求項２】
流体ジェットプリントに適したプリント流体の製造方法であって：
第1粒径分布の範囲内にある第1粒径s1を有する第1粒子を製造する第1手順；及び、
第2粒径分布の範囲内にある第2粒径s2を有する第2粒子を製造する第2手順；
を有し、
前記第1粒子及び前記第2粒子は実質的に同一材料から構成される、
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項1に記載の液体又は、請求項2に記載の方法によって製造された液体を使用する、液体ジェットプリント方法。
【請求項４】
請求項3に記載の方法によって製造された製造物。
【請求項５】
前記第1粒径分布は第1粒径平均m1を有し、
前記第2粒径分布は第2粒径平均m2を有し、かつ、
m2≧10×m1の関係が成立している、
ことを特徴とする、請求項1に記載の液体。
【請求項６】
前記第1粒径分布は第1粒径平均m1を有し、
前記第2粒径分布は第2粒径平均m2を有し、かつ、
m1は3nm未満で、m2は30nmから100nmの間にある、
ことを特徴とする、請求項5に記載の液体。
【請求項７】
前記第2粒子の物質移動は10質量%から40質量%の間であることを特徴とする、請求項1に記載の液体。
【請求項１】
流体ジェットプリントに適したプリント流体であって：
第1粒径分布の範囲内にある第1粒径s1を有する第1粒子；及び、
第2粒径分布の範囲内にある第2粒径s2を有する第2粒子；
を有し、
前記第1粒子及び前記第2粒子は実質的に同一材料から構成される、
ことを特徴とするプリント流体。
【請求項２】
流体ジェットプリントに適したプリント流体の製造方法であって：
第1粒径分布の範囲内にある第1粒径s1を有する第1粒子を製造する第1手順；及び、
第2粒径分布の範囲内にある第2粒径s2を有する第2粒子を製造する第2手順；
を有し、
前記第1粒子及び前記第2粒子は実質的に同一材料から構成される、
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項1に記載の液体又は、請求項2に記載の方法によって製造された液体を使用する、液体ジェットプリント方法。
【請求項４】
請求項3に記載の方法によって製造された製造物。
【請求項５】
前記第1粒径分布は第1粒径平均m1を有し、
前記第2粒径分布は第2粒径平均m2を有し、かつ、
m2≧10×m1の関係が成立している、
ことを特徴とする、請求項1に記載の液体。
【請求項６】
前記第1粒径分布は第1粒径平均m1を有し、
前記第2粒径分布は第2粒径平均m2を有し、かつ、
m1は3nm未満で、m2は30nmから100nmの間にある、
ことを特徴とする、請求項5に記載の液体。
【請求項７】
前記第2粒子の物質移動は10質量%から40質量%の間であることを特徴とする、請求項1に記載の液体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００７−５３３７９３（Ｐ２００７−５３３７９３Ａ）
【公表日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０６８７５（Ｐ２００７−５０６８７５）
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５１０２３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９７９２０
【国際公開日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５１０２３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９７９２０
【国際公開日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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