CN1290712C - 可溶物质的淀积 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用喷墨头(10)将有机聚合物之类的可溶材料淀积到衬底(14)上的方法和装置。在将有机聚合物液滴淀积到堤结构内设置的池中的过程中，利用CCD显微镜(22)从下侧观察衬底。由于是在有机聚合物液滴处于湿润状态时观察液滴的，因此液滴更加清晰可见，利用所测得的淀积液滴与池之间的任何偏移或偏差来重置支撑着衬底的台板。要用波长能让衬底透明的光来观察衬底，优选的是，所述光不包括波长在聚合物吸收区内的波长成分。

Description

可溶物质的淀积

本申请涉及可溶物质的淀积，尤其涉及利用喷墨技术的可溶物质淀积。

近年来，需要在固体表面淀积如聚合物、染料、胶体材料之类的有机或无机可溶或可分散物质、并以此作为产品制造工艺的一部分的产品数量增长很快。这些产品的一个例子是有机聚合物电致发光显示装置。有机聚合物电致发光显示装置要求在固体衬底上将可溶聚合物淀积成预定图形，以提供显示装置的发光象素。衬底例如由玻璃、塑料或硅构成。

在半导体显示装置(例如发光二极管(LED)显示器)的制造过程中，常规使用光刻技术。但是，光刻技术实施起来比较复杂、耗时、昂贵。另外，光刻技术不太适合用于制造结合了可溶有机聚合物材料的显示装置。某种程度上，与有机聚合物象素制造相关的问题阻碍了结合这种材料作为发光象素元件的产品(例如电致发光显示装置)的发展。因此人们已建议在制造电致发光显示装置的过程中采用喷墨技术来淀积可溶有机聚合物。

按照定义，喷墨技术在理论上适合上述可溶或可分散材料的淀积。它是用起来快速而廉价的技术。与旋涂或汽相淀积之类的可选择技术相比，该技术能立刻形成图形而无需将刻蚀步骤与平版印刷技术结合起来。但是，利用喷墨技术将可溶有机物淀积到固体表面上与将墨水淀积到纸张上使用的常规技术不同，前者会遇到很多困难。具体而言，在显示装置中，主要要求光输出的均匀性和电特性的均匀性。此外在装置制造方面还强加了空间限制。照此，不寻常的一个问题是利用喷墨印刷头非常精确地将可溶聚合物淀积到衬底上。对于彩色显示器而言，它要求将发红、绿和兰光的各种聚合物淀积到显示器的每个象素上，因此该问题尤其严重。

为了帮助可溶物质的淀积，人们建议提供具有这样一种层体的衬底：该层体包括用不湿润材料限定的壁结构图形，从而提供由堤结构限定的池或细长的沟阵列，用以接收要淀积的材料。后面将该预先形成图形的衬底称为堤结构。在将有机聚合物溶液淀积到池中时，有机聚合物溶液和堤结构材料的润湿性能差异使溶液自己就对准到衬底表面上设置的池中。但仍然必需将有机聚合物材料的液滴淀积得与堤结构中的池基本对准。即使在使用这种堤结构的情况下，淀积的有机聚合物溶液在某种程度上也会附着到限定该池的材料壁上。这会让每个淀积液滴的中央区域充其量只有薄薄的一层淀积材料，与淀积在堤结构壁上的材料相比，前者也许低至后者的10％。池中央的淀积聚合物材料作为显示装置中的有源发光材料，如果将聚合物材料未能与池精确对准地淀积，那么有源发光材料的量和厚度会进一步减少。这种有源发光材料变薄是非常严重的问题，这是因为，在显示器使用过程中通过这些材料的电流会增加，这会降低显示器发光装置的预期寿命和效率。如果未能精确地控制淀积对准，该淀积聚合物材料变薄也会因象素的不同而变化。因为有机材料构成的LED是电流驱动装置，而且按照上面所述的，通过淀积的聚合物材料的电流会随淀积材料厚度的减少而增加，因此不同象素的有机聚合物材料的发光性能也会变化。该象素之间的性能变化导致了显示图像的不均匀性，从而让显示图形的质量变差。该图形质量变差也会加速显示器发光二极管(LED)的工作效率和工作寿命的降低。因此可以看出，聚合物材料的精确淀积对于提供良好的图像质量和提供效率、耐用性可接受的显示装置是十分必要的。

现在主要有两种喷墨头。一种喷墨头使用热敏印刷头，它们一般被称为气泡式喷墨头。第二种使用压电印刷头，其中一压电装置位于与储液槽连通的膜片后方。在该第二种类型的喷墨头中，给压电装置通电，膜片偏转向储液槽施压，从而压迫储液槽内容纳的液体，该情况下为显示器提供发光象素的聚合物材料溶液以聚合物材料的细小液滴形式喷出喷嘴。对于任何一类印刷头来说，喷嘴都有非常小的喷出孔，其直径一般约为30微米。有机聚合物一般溶解在相对挥发的有机溶剂中，这样这些聚合物能以溶液的方式淀积。

淀积过程中，保持喷墨印刷头尽量向带有堤结构的衬底靠拢。一般，喷墨印刷头按照在衬底上方约0.5mm到1.0mm的间隔距离布置。该间隔范围还可用于对上述印刷头的θ对准进行初步光学检查。但是，堤结构中的池的尺寸非常小，因此为了进行该光学对准检查就需要高倍显微镜。因为要使用高倍显微镜，观察图像时景深非常小，因此通常不可能同时对堤结构中的池和喷墨头的喷嘴进行聚焦。

还必需保证观察轴与衬底精确垂直，否则就会在池与喷墨头的喷嘴之间发现偏移。在实践中这也很难实现。因此不能达到所需精度的喷墨头与堤结构的池的光学对准，于是就需要观察材料液滴的实际淀积以检查对准。但是，在喷墨印刷过程中，液滴的飞行速度一般在2到10m/sec的范围内。衬底与印刷头之间的相对速度一般在10到100mm/sec的范围内。假设液滴速度约为5m/sec、喷墨头与衬底之间的间隔为1mm，那么喷出的液滴到达衬底所花的时间约为2毫秒。如果印刷头相对淀积衬底的横向速度为100mm/sec，就会在喷射点与衬底上的实际淀积点之间产生20μm的偏移。该偏移对于喷墨印刷头的所有喷嘴而言都是规则和相等的。对于衬底是纸张的传统印刷(这是该技术的常规用法)而言，该偏移不成问题，这是因为整个印刷图像上的偏移都相同，而且纸张上印刷图像的微小位置偏移对于观察印刷图象的人而言是辨别不出来的。

但是，有机聚合物要溶解在相对易挥发的溶剂中，随着溶液从喷嘴喷出孔喷出，一些溶剂会产生蒸发。于是，在喷墨嘴的孔口周围形成聚合物材料的淀积物是很平常的。这些淀积物倾向于按照不均匀的方式形成，于是会在喷孔周围产生不规则的分布，从而在材料从印刷头喷嘴喷出时引起材料偏转。由于喷出材料的偏转，喷出的液滴的飞行角度总是不会与衬底成垂直的飞行角度。这就在衬底上淀积液滴的理想位置和实际位置之间产生了更远而且还不规则的偏移。此外，喷孔周围的淀积物在淀积过程中通常要变化，同样，于是在淀积液滴期间，理想和实际淀积位置之间的偏移也会以不规则的方式变化。因此，非常需要重复地监测液滴的淀积，以保证在装置制造过程中能维持所需的淀积精度。如果确认了未能维持淀积精度，就必需为喷墨头喷嘴清掉这些淀积物。喷墨头位置与淀积位置间的不规则偏移产生了与检查喷墨头喷嘴与堤结构中的池对准相关的其它问题。

喷墨头通常包括喷嘴阵列，这样当喷墨头在淀积区域上方平移时，能同时淀积出若干滴有机聚合物。但是，由于淀积物的形成本质上完全是随机的，喷头第一喷嘴的不规则偏移沿一个方向(与喷嘴的飞行轨迹相比，不形成任何淀积物)，例如这会引起喷出的液滴沿喷墨头前进的方向进一步行进，而喷墨头第二喷嘴上的淀积物例如会沿着与第一方向相反的方向产生偏移，即沿着与喷墨头的前进方向相反的方向产生偏移。按照上面所述的，就存在着由液滴的飞行时间和喷墨头的移动速度引起的规则偏移。例如，如果衬底相对喷墨头移动，由于堤结构中的目标池在液滴横穿喷墨头与衬底之间的间隙前已移过飞行轨迹接触点，因此液滴实际上会淀积到目标池的一侧。这就是上面所谓的规则偏移，这能在初始的光学对准过程中得到补偿。但是在这种情况下规则偏移将由淀积引起的不规则偏移抵消掉。因此如果是在淀积了液滴后才观察堤结构中的这个特定池，就会给出这样一个印象：由于淀积液滴显得与它在堤结构中的目标池非常完美地对准，因此不存在对准问题，这是由于会在淀积过程中变化的不规则偏移引起的。但是，第二喷嘴的不规则偏移的方向与第一喷嘴的偏移方向相反。因此，在该第二种情况下，规则与不规则偏移将累加起来，从而让正从第二喷嘴喷出的液滴与它在堤结构的目标池之间的不对准达到不可接受的程度，但由于对第一液滴的对准检查已经表示出喷墨头与堤结构精确对准，因此不会注意到该不可接受的对准。在制造大型电致发光显示装置的过程中，因为要求在较长的时间内进行淀积，可变偏移的可能性会增加，所以更是会出现上述情况。

如果衬底的尺寸相对较大，由于例如因淀积区域的环境条件变化引起的衬底热膨胀或收缩，就会进一步产生更多的不规则偏移。

由于喷墨头平移系统发生弯曲也会引起额外的可变偏移。正如从图1所看到的，喷墨印刷头受通常水平布置的横梁支撑。作为物理结构，该横梁在重力作用下会略微弯曲。如图2所示，横梁的中心部分基本上维持它的水平布置，以便让由定位于中心位置A上的印刷头淀积出的液滴维持垂直于衬底的飞行轨迹A¹。但是，随着印刷头从横梁的该中心部分平移开，例如平移到图2中所述的位置B上，它将不再受真正水平的横梁的支撑，这样该第二位置B上的飞行轨迹B¹将不再垂直于衬底。于是，如果印刷头沿横梁移动X cm，就会引起衬底上的淀积点变化X+α，其中α是由于横梁的略微弯曲引起的额外可变偏移量。即使在较小的衬底上也能发现该可变偏移量的存在，随着衬底变大，由于平移系统变长，偏移就变得更明显，这引起垂直于衬底的飞行轨迹的偏差增大。

所有上述偏移都会引起有机材料在堤结构的池内的最佳厚度的变化，按照上面所述的，这会导致显示图像的不均匀性，从而产生图像质量不可接受的显示器。

正如上面所提到的，堤材料的池图形可用于通过物理方式帮助淀积的聚合物材料对准。但是，聚合物材料只能淀积到每个池中一次，这些池最终要形成显示装置的有源象素。因此，如果不对准发展到不可接受的水平，也不可能将喷嘴重置在任何被认为有缺陷的堤结构的特定池上方，以便进一步向有缺陷的池中淀积聚合物材料液滴。因此，如果任何淀积出的聚合物材料液滴未能与它的对应池对准，就已经在衬底的一定区域上产生了有缺陷的聚合物材料池，该区域最后要提供最终显示装置的部分有源区域，从而让显示图像质量变差。

另外，还有相当大的困难与观察堤结构的池中的聚合物材料有关，通过以下描述将使它们变得更清楚。当聚合物材料干燥以后，这些困难变得更加严重。因此，在制造电致发光显示装置的过程中，非常需要能够在电致发光显示装置的制造过程中监测有机聚合物材料的淀积过程，尤其是在淀积实际发生之时或者在这之后立刻监测液滴淀积。这被称为“原位观察”。

依照本发明的第一方面，提供了一种利用喷墨印刷头选择性地将可溶材料以一连串液滴的形式淀积到衬底的第一表面上的方法，该方法还包括通过与衬底第一表面相反的另一表面检测第一表面上的液滴。

优选的是，在材料从湿润状态变为干燥状态之前检测液滴。

在本发明的优选方面中，要在液滴淀积到衬底的第一表面上时观察液滴。

有利的是，衬底的第一表面设有用于接收淀积液滴的预先形成图案的结构。

在本发明的最优选方面中，要用一定波长的光照射衬底的另一面，在观察液滴淀积到第一表面上时，所述波长能让衬底基本上透明。

优选利用电荷耦合装置检测液滴的淀积。

在本发明的第二方面中，提供了一种制造显示装置的方法，所述方法包括依照本发明的第一方面来制造发光元件。

在本发明的第三方面中，提供了一种显示装置，该装置包括依照本发明第一方面的方法制造的发光元件。

依照本发明的第四方面，提供了一种喷墨装置，它包括：喷墨头，它能选择性地将一连串可溶材料的液滴淀积到衬底的第一表面上；支撑部件，用以支撑衬底，它被布置成能相对喷墨头移动；以及检测装置，用以通过与衬底的第一表面相反的另一表面检测位于衬底第一表面上的液滴。

特别是，本发明提出一种制造图案的方法，该方法包括：利用喷墨头将包括一材料淀积到衬底第一表面上；检查淀积在第一表面上的液滴；所述液滴的检查是通过一种CCD检测器所进行，CCD检测器通过观察与第一表面相反的衬底第二表面来获得液滴图像。

所述液滴的检查是通过借助在衬底的第二表面与CCD检测器之间的镜子所进行，从而CCD检测器是水平地设置。

还提出一种喷墨装置，它包括：将用于淀积在衬底的第一表面上的液滴喷出的喷墨头；用以支撑衬底的支撑装置；以及通过观察与第一表面相反的衬底第二表面来获得淀积在衬底上的液滴图像的CCD检测器。

还包括：在衬底的第二表面与CCD检测器之间的镜子，从而CCD检测器是水平地设置。另外，机动台板被布置成能相对喷墨头移动。

现在参照附图，仅以进一步举例的方式描述本发明，附图中：

图1是喷墨淀积机的示意性表示图，其中可直接观察可溶材料淀积到衬底上；

图2表示由于图1所示机器的喷墨头平移系统发生弯曲而导致的可变偏移。

图3表示带有池的堤图形的部分衬底的平面图，它表示干燥和新近淀积的聚合物材料液滴的例子；

图4示意性地表示喷墨印刷头，它示出了喷出液滴的飞行轨迹偏差；

图5表示衬底上处于湿润状态的聚合物材料液滴；

图6示意性地示出了明视场成像系统；

图7表示看作明场像时的图5的液滴；

图8表示衬底上处于干燥状态的聚合物材料滴；

图9表示看作明场像时的图8的液滴；

图10示意性地示出了暗视场成像系统；

图11表示看作暗场像时的图5的液滴；

图12表示看作暗场像时的图8的液滴；

图13表示共轭聚合物材料的吸光和发光特性；

图14表示共轭聚合物材料的部分聚合物链；

图15示意性地表示共轭聚合物在入射辐射条件下的电子激发；

图16表示图14所示聚合物链的氧化过程；

图17是用于对图1所示的机器实施偏移控制或喷墨清洁的系统的示意性表示图。

图18表示电光装置的方框图；

图19是结合了依照本发明制造的显示装置的移动式个人计算机的示意图；

图20是结合了依照本发明制造的显示装置的移动电话的示意图；

图21是结合了依照本发明制造的显示装置的数码照像机的示意图。

参照图1，喷墨淀积机1包括支撑着一对直立柱子4的基座2。柱子4支撑着横梁6，在该横梁上安装了支撑着喷墨印刷头10的运载装置8。基座2还支撑着台板12，在该台板上安装了衬底14。台板12借助计算机控制的机动支撑件16安装在基座2上，用以促使台板12相对喷墨印刷头按图1中的轴X和Y所示的横向和纵向移动。

依照本发明，基座2还支撑着电荷耦合装置(CCD)显微镜18，它布置在台板12下方，并略微偏移开台板，用以借助镜子20观察衬底14的下表面或底表面。同样，还可在台板12下方竖直地布置CCD显微镜，将它布置成能与台板12同步移动，从而避免了对镜子20的需求。任选的是，喷墨淀积机1还包括从基座2上安装的第二CCD显微镜22和频闪观测器24。运载装置8可沿横梁6移动，以便让喷墨头10位于CCD显微镜22和频闪观测器24之间的空间内，这样就能直接观察液滴从喷墨头10喷出。这就要根据需要喷到衬底14上的各种溶液和聚合物调整喷墨头10的驱动状态。当台板12的移动、以及衬底14相对喷墨头10的移动处于计算机控制之下，就能通过喷墨头10喷出适当材料将任意的图形印刷到衬底上。

图3表示部分衬底14的放大图。由图3可以看到，衬底14载有堤材料的池阵列26形式的预制图形，所述池要接收喷墨头10喷出的有机聚合物材料。在本领域采用堤图形是公知的，因此在本发明的上下文中不再对它作进一步描述。可以理解的是，为了让显示装置达到所需的分辨率，每个象素上构成发光二极管的光致发光有机聚合物必需非常精确地淀积到衬底14上。对于彩色显示器而言，由于必需将发红、绿或兰光的聚合物材料的各点设置在显示器的每个象素上以提供彩色图像，因此尤其需要该精确淀积。一般而言，在这样的显示装置中有机聚合物是共轭聚合物，它们例如包括F8/F8BT/TFB，其中F8是[聚19，9-二辛基芴]，F8BT是[聚9，9-二辛基芴-联-2，1，3-苯并噻二唑]，TFB是[聚19，9-二辛基芴-联-(4-丁基苯基)二苯胺]。

限定池26用的堤材料具有不湿润表面，而池26本身具备湿润表面。正如从图3所看到的，由此能让聚合物材料得到相对良好的限制和对准。但是，参照图3，喷墨印刷头10一般包括用于容纳要通过喷嘴30喷出的聚合物材料的储液槽28，所述喷嘴30一般具有直径大约为30微米的喷孔。按照上面所述的，对于电致发光显示装置的制造而言，要喷射的材料是溶解在诸如甲苯或二甲苯之类的适当溶剂中的有机聚合物。这些溶剂是相对挥发性的，要理解的是，喷出的液滴的体积非常小，其数量级一般为几个微微升。在喷射聚合物材料时，由于存在着溶液表面张力，一开始会在喷嘴30上会形成聚合物溶液的气泡。随着喷墨头内的压力升高，就会克服该表面张力，聚合物溶液的液滴与喷嘴分离，并从喷墨头上喷出来。在溶液气泡与喷嘴接触的同时，溶剂部分蒸发，从而让一些喷出的聚合物材料在喷嘴30的出口孔上形成淀积物32。淀积物32以不规则的方式形成，并让喷出的液滴34沿图3箭头所示的不垂直路径到达衬底，从而在实际和所需的淀积位置即池26之间产生偏差。喷墨头中经常会发生部分喷嘴30阻塞，这会将喷出液滴34的不垂直飞行轨迹的影响减到最小，淀积过程中喷墨头10保持尽可能靠近衬底14。但是，必需要维持印刷头与衬底之间的有限间隔，这会引起实际与目标淀积位置之间的偏差或偏移。另外，在大面积显示器的制造过程中，可卷绕的卷式柔性塑料板或柔性塑料是非常方便的。这些柔性塑料衬底可设置在刚性的平坦表面上，或被拉紧，以便为印刷头下进行的淀积提供一个平坦的衬底。任何情况下都能发现衬底发生变形，这种变形随衬底在印刷头下方的移动而变化。另外，该衬底的物理尺寸随温度和湿度之类的环境条件变化而改变。所有这些因素也会引起液滴的实际和目标淀积位置之间的偏差或偏移。

于是能够看到，非常需要监测向衬底上淀积有机聚合物材料液滴的过程。目前为止，可通过在淀积液滴之后利用适当的显微镜检查液滴来检查液滴被淀积的精度。还可周期性地从衬底的淀积侧观察淀积后的液滴。但是，喷墨头一般由喷嘴阵列构成。由于喷墨头和观察显微镜物镜的物理尺寸，在当前正被淀积的液滴与正被观察的液滴之间必然有一定间隔距离。在实际的液滴淀积与观察之间还存在着较大的时间延迟。这些液滴的体积非常小，它含有很高比例的挥发性溶剂。因此一旦被淀积出来，它们很快就会干燥。于是，总是在能够观察这些液滴以前，这些液滴已经达到干燥状态了，于是很难将它们分辨出来，尤其在淀积材料透明时更是如此。

在利用目前已知的观察技术从衬底的淀积侧观察干燥液滴的过程中还存在其它问题，即液滴在干燥时可移动。液滴一般由1％到5％体积的有机聚合物材料、剩余的95％到99％的溶剂构成。因此可以理解的是，一旦液滴达到干燥，实际留在衬底上的材料的体积要远小于实际淀积到衬底上的液滴的体积。剩余材料所占的面积也比淀积时液滴所占的面积小得多。如果衬底表面是均匀的，那么剩下作为干燥的有机聚合物滴的材料通常位于淀积时液滴所占区域的中心。但是，如果衬底表面包括不均匀点(这是很常见的情况，尤其对塑料衬底而言)，淀积液滴中的聚合物材料在干燥过程中就会受这样的不均匀点吸引。于是留在衬底上的干燥材料就会置于淀积时液滴在衬底上占据的区域的一侧或末端，或者大体留在中心，这取决于不均匀点的位置。于是，对干燥液滴的观察结果并不能真正代表淀积对准，这是因为，对于特定的淀积液滴而言，由于在衬底表面的实际淀积了液滴的位置上出现了不均匀点，因此在干燥过程中有机聚合物材料可“移动”到与目标淀积位置精确对准。

还可能发生以下现象：干燥时液滴的这种移动引起堤结构的目标池与部分干燥的淀积液滴之间不能重叠，该情况下让液滴与堤结构材料之间的润湿性差异不起作用，从而使液滴与堤结构中的池对准变得更困难。

人们建议通过暂时将喷墨头从正淀积的区域上移开、然后将适当显微镜置于最后淀积的液滴上方来观察淀积的液滴。但是，已经证明该建议还是有问题的，这是因为在将显微镜移到观察位置之前，液滴干燥了，而且随着显示器尺寸增大，确定衬底上最后淀积的液滴的位置也变得特别困难。这种情况的主要原因是不容易从背景衬底材料中辨别出所采用的许多干燥了的聚合物材料。

此外，重复地将喷墨头从淀积位置上移来移去是没有效果的，由于不存在对淀积的实时监测，所以不能使基于观察的反馈最佳化。

通过上述描述可以明白的是，聚合物材料滴是以湿润状况或状态淀积的，但是鉴于它们的尺寸很小和以及它们包括溶解在相对易挥发的溶剂中的聚合物材料的事实，它们能迅速固化或干燥到干燥状态。本发明已经确定，从衬底的相对或非淀积侧观察和辨别淀积液滴要容易得多。于是，就确定了以下内容：在淀积液滴处于湿润状态(介于淀积和达到其干燥状态之间的状态)时利用适当的装置(例如显微镜)能够观察到淀积液滴，于是就要在淀积液滴达到很难看到的状态之前、即在达到干燥状态之前观察这些液滴，为了检查聚合物材料的淀积精度，能利用聚合物材料的淀积液滴在干燥前的这种特性获得显著优点。

按照上面所述，聚合物材料液滴在淀积后会非常迅速地变为干燥状态，因此可以理解的是，对于利用处于湿润状态的聚合物材料液滴的这种特性而言，还强烈需要原位观察淀积的材料液滴。

参照图3能够容易地理解与观察淀积聚合物材料有关的问题。如果聚合物材料达到了它们的干燥状态(图3中液滴38所示)，就很难在衬底上将它们辨别出来。

但是，正如另外从图3中看到的，越是新淀积的液滴(即还没有从淀积时的湿润状态达到干燥状态的那些液滴)，就越容易分辩。由该附图还可以看出，在新近淀积的两排液滴40、42中，最后和最近淀积的液滴44最明显，其可见随淀积以来的时间的增加而降低。

已知的是，通过利用适当的成像系统能将对象看成“明视场”或“暗视场”图像。

图5表示衬底上处于湿润状态的聚合物材料的液滴Dw。如果通过图6所示的明场像光学装置从衬底下侧观察湿润液滴Dw，那么来自成像光源的光线就进入液滴。那些与液滴的中心轴不重合的光线经历内部反射。但是，在液滴的中心轴区域内，液滴的上表面基本上与衬底平行。于是，那些通过液滴中心轴附近的光线能够从液滴中射出。因此如图7所示，在观察液滴时，它们显现为与暗淡的圆底区域相对照的非常亮的斑点，它的周围是明视场背景。位于图像中心的亮斑点基本上与液滴的中心轴重合。因此可利用该明场像的有益效果确定已淀积的液滴的精度。

图8表示一旦达到干燥状态的液滴，表示为D_D。可以看出，已假设半球形的湿润液滴Dw的形状为相对平坦的薄盘形。如果采用玻璃衬底，干燥液滴的折射率基本上与衬底材料的折射率相同。该情况下产生轻微的光线散射，从而仅在液滴边缘产生很轻微的图象对比度，这让干燥液滴很难检测。但是，如果下部结构和淀积材料的相应折射率不同，并且如果采用图7所示的明视场成像系统观察干燥液滴D_D，光线就会穿过液滴，而且在液滴的远边经历反射。反射后的光线彼此干涉，从而产生各种颜色的干涉环，所述颜色取决于液滴厚度。在图9中示意性地示出了这种图像。在所观察的图像中该图像被表示成具有彼此融合倾向的彩色干涉环。因此很难辨析出所观察图像的陡峭轮廓。通过图7所示湿润液滴的明场像和图9所示干燥液滴的明场像之间的比较容易看出，利用图7的图像检查淀积液滴的对准比利用图9的图像要容易得多。

图10表示暗视场成像系统，如果利用该系统观察图5所示的湿润液滴Dw，来自光源的光进入液滴，并在材料的湿润液滴内经历反射。某些光在液滴边缘发生散射，于是湿润液滴显现为明亮的，但被很好地限定成与暗色背景相对照的同心圆，该同心圆有一个暗色中心。由于很好地限定出了亮环，因此利用图11所示的图像检查淀积液滴的对准要比利用图9所示的干燥液滴的明场像有利得多。

如果利用图10所示的暗视场成像系统观察图8所示的干燥液滴D_D，液滴上的绝大多数光冲击就会被散射，并穿过成像透镜视场外部。因此干燥后的液滴D_D相对暗背景显现为非常淡的圆形图像，该图像很难检测到，也不能用于检查液滴对准。

由上述干燥和湿润液滴的明视场和暗场像可以理解的是，如果在淀积液滴仍处于湿润状态的同时原位观察该液滴，就能获得显著而且意料不到的好处。原位观察可利用图1所示的装置来实施。但是，在图1中观察时，有机聚合物材料是淀积在衬底的上表面上的，于是，对于原位观察来说必需通过衬底观察聚合物材料的淀积。如果用光照射衬底，就能让液滴观察变得更简单一些。由于要通过衬底观察材料，因此第一要求是让衬底在用于观察的光的波长上是透明的。当衬底是玻璃或透明塑料时，可以采用可见光或更长波长的光辐射。当衬底由硅制成时，就要求使用红外光，它的波长长于1.1微米。

对于原位观察通过喷墨技术印刷的共轭聚合物而言，还有第二个考虑事项。在图13中示出了共轭聚合物的光吸收和光发射(发光)特性。从图13可以看出，吸光和发光特性有重叠区域。共轭聚合物将吸收入射到聚合物上的、波长小于λ₁的光达到不同的程度。在图13中将其表示为吸收区。共轭聚合物仅对波长大于λ₁的入射光是透明的，在图13中将其表示成透明区。

图14示出了共轭聚合物链，沿该聚合物链存在着不定域的π键轨道电子。这些电子与聚合物中还存在的西格马(∑)键轨道电子相比，前者的能带隙较窄。如果共轭聚合物吸收紫外(UV)或可见光，正如在图15示意性示出的，π键电子就会从π键轨道(主态)激发到π*反键轨道(激发态)。相对于原子间的π键而言，激发态比主态更不稳定。如果氧原子出现并发生了这种激发，π键就会被破坏，在环境气氛中的氧原子与共轭聚合物的碳原子之间发生某种键合，从而产生图16所示的光氧化聚合物链。当共轭聚合物的环境气氛中有氧原子、并且暴露给共轭聚合物的光具有共轭聚合物吸收区中的成分、即图11所示的波长小于λ₁的成分时，就能发生这种键合。

氧和碳原子的键合让共轭聚合物退化，从而让LED中的发光效率降低，并让有机薄膜晶体管(TFT)的电荷移动性降低。避免该聚合物退化的一项选择是在不合氧的气氛中印刷共轭聚合物。这需要将图1所示的装置设置在这样的腔室中：能够小心地控制腔室内的环境气氛，以保证不存在氧。但是，这会增加工艺复杂性，另外还会增加制造成本。因此更为现实的建议是将用于原位观察的光的波长控制在共轭聚合物的透明区内，即图11所示的大于λ₁的波长。

在制造多彩色显示器时，发红光的聚合物的能带隙最窄(对于吸收限λ₁而言，波长最长)。该情况下，用于液滴淀积原位观察的成像系统的光不应当包括波长比发红光聚合物的吸收限波长更短的光谱成分。另外，检测用CCD显微镜的硅检测器的灵敏度随着所用光的波长增加而降低，当入射光的波长约为1.1μm时，它就变成透明的了。人们发现，对于电荷耦合装置(CCD)而言，波长约为900nm的光能仍旧能提供可接受的灵敏度。因此，对于多彩色显示器而言，应当采用波长约在600-900nm范围内的深红或红外光，以便在允许高效利用检测用CCD的同时，避免光氧化，并由此防止发红光的聚合物退化。

对于本发明来说，由于要在淀积液滴达到干燥状态之前对这些液滴进行原位观察，因此能够很容易看到淀积液滴与堤结构内的池之间的偏移。此外，由于在整个淀积循环的持续期内能连续或周期性地监测淀积材料中的潜在偏移，于是能很迅速地检测到任何落在容许极限范围之外的偏差增加量，并可通过计算机控制的机动支架16提供台板与喷墨头之间的适当位置补偿。如果认为清洁喷墨头喷嘴是适当的，那么淀积机就可为喷墨头实施清洁循环，以此作为偏移控制的可选择方案或作为补充。该系统示于图17中。

已经通过举例方式参照电致发光显示器的制造对本发明作了描述，其中能大大减少制造出偏移不可接受的有源象素元件。但是，本发明还可用于制造共轭聚合物TFT，LED或TFT的连接线、结合了共轭聚合物的太阳能电池、喷墨刻蚀、或者其中喷墨头与衬底上的淀积位置的精确对齐是非常重要的任何其它应用。

图18是表示结合了利用本发明的方法或装置制造的电-光元件(例如作为电-光装置优选例子的有机电致发光元件)的有源矩阵型显示装置(或仪器)以及寻址方案的方框图。在该图所示的显示装置200中，多根扫描线“gate”、多根沿着与扫描线“gate”延伸的方向交叉的方向延伸的数据线“sig”，多根基本上平行于数据线“sig”延伸的公共电源线“com”、以及多个在衬底上方形成的、位于数据线“sig”和扫描线“gate”的交点上的象素201。

每个象素201都包括：第一TFT202，在其中通过扫描栅极向栅电极提供扫描信号；保存电容器“cap”，它保存着由数据线“sig”经第一TFT202提供的图像信号；第二TFT203，其中将保存电容器“cap”保存的图像信号供应给栅电极(第二栅电极)；以及电致发光元件(表示成电阻)之类的电-光元件204，当元件204通过第二TFT203与公共电源线“com”电连接时，驱动电流从公共电源线“com”流到这些电-光元件中。扫描线“gate”与第一驱动电路205相连，数据线“sig”与第二驱动电路206相连。第一电路205和第二电路206中至少有一个电路优选设置在衬底上方，在它们上方形成了第一TFT202和第二TFT203。依照本发明的方法制造的TFT阵列优选应用到第一TFT202和第二TFT 203阵列、第一驱动电路205和第二驱动电路206中的至少一个上。

于是本发明可用于制造：显示器和要结合到多种类型的设备中去的其它装置，这些设备例如移动显示器(例如移动电话)、便携式个人电脑、DVD唱机、照相机、野外设备；例如台式计算机、CCTV(工业电视)或者相册之类的便携式显示器；例如汽车或者航空器仪器面板之类的仪器面板；或者例如控制室设备显示器之类的工业显示器。换句话说，能根据上面所举的例子将按照上述方式应用了通过依照本发明的方法制造的TFT阵列的电-光装置或显示器结合到多种设备中。

现在对采用了依照本发明制造的电-光显示装置的各种电子设备进行描述。

<1：移动式计算机>

现在描述将依照上面的一个实施例制造的显示装置用于移动式个人计算机的例子。

图19是表示该个人计算机的结构的等距视图。该图中，个人计算机1100设有包括键盘1102的主体1104和显示单元1106。按照上面所述的，显示单元1106是利用依照本发明的图形形成方法制造的显示面板来实现的。

<2：移动式电话>

下面要描述将显示装置用于移动式电话的显示部分的例子。图20是表示移动式电话的结构的等距视图。该图中，移动式电话1200设有多个操作按键1202、听筒1204、话筒1206、和显示面板100。按照上面所述，该显示面板100是利用依照本发明的方法制造的显示装置来实现的。

<3：数字静态照相机>

下面描述利用OEL显示装置作为寻象器的数字静态照相机。图21是简要表示数字静态照相机的结构及其与外部设备的连接的等距视图。

典型的照相机采用具有光敏涂层的敏感膜，它通过引起光敏涂层的化学变化记录物体的光学图像，而数字静态照相机1300是例如采用电荷耦合装置(CCD)通过对物体的光学图像进行光电转换从而产生成像信号。数字静态照相机1300在机壳1302的背面设有OEL元件100，用以基于来自CCD的成像信号进行显示。于是，显示面板100用在显示物体的寻象器。在机壳1302的前侧(附图后面)设有包括光学透镜和CCD的光接收单元1304。

当摄影师确定了OEL元件面板100上显示的对象图像并释放快门时，就会将来自CCD的图像信号传送并存储到电路板1308的存储器中。在数字静态照相机1300中，在机壳1302的一侧设置了用于数据通信的视频信号输出端子1312和输入/输出端子1314。如图所示，如果必要的话，就要分别将电视监视器1430和个人计算机1440与视频信号端子1312和输入/输出端子1314连接起来。电路板1308的存储器中存储的成像信号通过给定的操作输出给电视监视器1430和个人计算机1440。

除了图19所示的个人计算机、图20所示的移动式电话和图21所示的数字静态照相机之外，电子设备的例子还包括：OEL元件电视机、录相器类型和监视类型的磁带录像机、汽车导航和仪表系统、寻呼机、电子笔记本、便携式计算器、文字处理器、工作站、TV电话、电子收款机系统(POS)端子、以及设有触摸板的装置。当然，利用本发明的方法制造的OEL装置不仅可用于这些电子装置的显示部分，而且还可用于结合了显示部分的任何其它形式的装置。

此外，依照本发明制造的显示装置还适合屏幕型的大型电视，这种电视非常薄、柔韧、质量轻。因此可将这种大型电视粘或挂到墙上。如果需要，在不用时可将该柔性的电视方便地卷起来。

利用本发明的技术还可制造印刷电路板。传统的印刷电路板是通过光刻和刻蚀技术来制造的，这增加了制造成本，虽然与其它的微电子装置(例如IC芯片或者无源装置)相比，前者更为划算。为了实现高密度封装，还需要高分辨率的布线图形。利用本发明能容易而且可靠地获得电路板上的高分辨率的连接线。

利用本发明还可提供彩色显示用途的滤色器。含染料或颜料的液滴能被精确地淀积到衬底的选定区域上。因为液滴彼此靠得非常近，矩阵格式要频繁使用。因此能够证明原位观察是非常方便的。液滴中的染料或颜料干燥后用作滤光层。

利用本发明还可提供DNA传感器阵列芯片。含不同DNA的溶液被淀积到由芯片提供的微小间隙隔开的接收位置阵列上。

前面的描述仅是通过举例方式给出的，本领域普通技术人员可以理解的是，可在不脱离本发明的范围的情况下做出各种改进。

Claims (30)

1.一种制造图案的方法，该方法包括：

利用喷墨头将包括一材料淀积到衬底的第一表面上；

检查淀积在第一表面上的液滴；

所述液滴的检查是通过一种CCD检测器所进行，CCD检测器通过观察与第一表面相反的衬底第二表面来获得液滴图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液滴的检查是借助在衬底的第二表面与CCD检测器之间的镜子所进行，从而CCD检测器是水平地设置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中要在淀积材料从湿润状态变为干燥状态以前检测液滴。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中要在液滴淀积到衬底的第一表面时检测液滴。

5.根据权利要求1或2所述的方法，包括提供具有接收淀积的液滴用的预形成图案的结构衬底的第一表面。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中衬底支撑在被布置成能相对喷墨头移动的机动台板上。

7.根据权利要求1或2所述的方法，包括将衬底设置成玻璃、硅或塑料材料制成的刚性衬底。

8.根据权利要求1或2所述的方法，衬底形成为柔性塑料材料。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述材料包括共轭聚合物。

10.根据权利要求1或2所述的方法，包括用一定波长的光照射衬底的第二表面，所述波长能在检查淀积到第一表面上的液滴时让衬底基本上透明。

11.根据权利要求10所述的方法，包括照射第二表面，以便通过将淀积的液滴看作明视场图象来检查液滴。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述材料包括共轭聚合物并且将所述光选择成波长大于共轭聚合物的吸收限波长的光。

13.根据权利要求12所述的方法，其中光的波长约在600nm到900nm的范围内。

14.根据权利要求1或2所述的方法，包括根据在材料从湿润状态变为干燥状态以前对液滴的检测结果，控制喷墨头与衬底之间的相对位置。

15.根据权利要求1或2所述的方法，包括根据在淀积的可溶材料在从湿润状态变为干燥状态以前对液滴的检测结果，为喷墨头实施清洁循环。

16.一种用于制造显示装置的方法，包括利用权利要求1或2所述的方法制造发光元件。

17.一种利用权利要求1或2所述的方法制造共轭聚合物薄膜晶体管的方法。

18.一种利用权利要求1或2所 述的方法进行喷墨刻蚀的方法。

19.一种利用权利要求1或2所述的方法制造滤色器的方法。

20.一种包含了利用权利要求1或2所述的方法制造的发光元件的显示装置。

21.一种利用权利要求1或2所述的方法制得的电子、光电、光学或传感器装置。

22.一种喷墨装置，它包括：

将用于淀积在衬底的第一表面上的液滴喷出的喷墨头；

用以支撑衬底的支撑装置；以及

通过观察与第一表面相反的衬底第二表面来获得淀积在衬底上的液滴图像的CCD检测器。

23.根据权利要求22所述的喷墨装置，它包括：

在衬底的第二表面与CCD检测器之间的镜子，从而CCD检测器是水平地设置。

24.根据权利要求22或23所述的喷墨装置，其中支撑装置为机动台板，并且检测器设置在机动台板之下。

25.根据权利要求22或23所述的喷墨装置，其中机动台板被布置成能相对喷墨头移动。

26.根据权利要求22或23所述的喷墨装置，其中检测器能将衬底第一表面上淀积的材料液滴看作明视场图象来检测材料液滴。

27.根据权利要求22或23所述的喷墨装置，其中检测器包括光学装置，它利用波长能让衬底基本透明的光照射衬底。

28.根据权利要求27所述的喷墨装置，其中材料包括共轭聚合物，光的波长大于共轭聚合物的吸收限波长。

29.根据权利要求22或23所述的喷墨装置，包括控制装置，用以根据对衬底第一表面上液滴的检测结果控制喷墨头与衬底之间的相对位置。

30.根据权利要求22或23所述的喷墨装置，还包括可根据对衬底第一表面上液滴的检测结果为喷墨头实施清洁循环的控制装置。

Images