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特許7563720複数のガス分配オリフィスプレートを含む有機気相ジェットマイクロプリントヘッド
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-30
(45)【発行日】2024-10-08
(54)【発明の名称】複数のガス分配オリフィスプレートを含む有機気相ジェットマイクロプリントヘッド
(51)【国際特許分類】
C23C 14/24 20060101AFI20241001BHJP
B81B 1/00 20060101ALI20241001BHJP
【ＦＩ】
C23C14/24 A
B81B1/00
【請求項の数】
8
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020001122
(22)【出願日】2020-01-08
(65)【公開番号】P2020117800
(43)【公開日】2020-08-06
【審査請求日】2022-07-08
(31)【優先権主張番号】62/794,265
(32)【優先日】2019-01-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/711,476
(32)【優先日】2019-12-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】503055897
【氏名又は名称】ユニバーサル ディスプレイ コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100107515
【弁理士】
【氏名又は名称】廣田 浩一
(74)【代理人】
【識別番号】100107733
【弁理士】
【氏名又は名称】流 良広
(74)【代理人】
【識別番号】100115347
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 奈緒子
(72)【発明者】
【氏名】グレゴリー・マグロウ
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアム・イー・クイン
(72)【発明者】
【氏名】ロマン・コロトコフ
【審査官】今井 淳一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００３８６４９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－００８３５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ １４／２４
Ｂ８１Ｂ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
連続して（ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ）接続された複数の堆積器を有する線状アレイであって、前記堆積器のそれぞれが、少なくともひとつの送達アパーチャと少なくともひとつの排出アパーチャとを有しており、前記複数の堆積器の第１の堆積器が、少なくとも１つの側面境界で第２の堆積器と面する（ｂｏｒｄｅｒ）線状アレイと；複数のオリフィスアレイであって、前記複数のオリフィスアレイにおける各オリフィスの幅が、流れに対するその断面の短軸で２０μｍ以下であり、送達ガス分配チャネル及び複数の排出分配チャネルを通る流れを調節する複数のオリフィスアレイと、
を含むマイクロノズルアレイを含むデバイスであって、
前記複数のオリフィスアレイが、送達オリフィスのオリフィスアレイと排出オリフィスのオリフィスアレイとを含み、
前記送達オリフィスが、前記堆積器の送達アパーチャに連結された送達チャネルと、送達ガス分配チャネルとの間に存在するオリフィスであって、前記送達チャネルと送達ガス分配チャネルとを流体連通させ、前記送達オリフィスを通る流れを調節し、
前記排出オリフィスが、前記堆積器の排出アパーチャに連結された排出チャネルと、排出分配チャネルとの間に存在するオリフィスであって、前記排出チャネルと排出分配チャネルとを流体連通させ、前記排出オリフィスを通る流れを調節し、
前記送達ガス分配チャネルと前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つが、前記複数の堆積器のそれぞれと別々の（ｓｅｐａｒａｔｅ）流体連通を有することを特徴とするデバイス。
【請求項2】
前記送達オリフィスのオリフィスアレイが、第１の方向に配置され、前記排出オリフィスのオリフィスアレイが、第２の方向に配置される請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
前記堆積器の線状アレイが、複数の排出アパーチャの間に配置される、１つ以上の送達アパーチャを含む平面表面を有し；
前記複数の排出アパーチャの少なくとも１つと前記１つ以上の送達アパーチャのそれぞれとがスペーサーによって隔てられている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項4】
前記１つ以上の送達アパーチャが、複数のセクションに分割される請求項３に記載のデバイス。
【請求項5】
前記送達アパーチャ及び前記排出アパーチャの少なくとも１つが、長方形である請求項３に記載のデバイス。
【請求項6】
前記排出チャネルに連結された前記排出アパーチャが、前記送達チャネルと同一線上に配置される請求項１に記載のデバイス。
【請求項7】
前記排出チャネルが、前記排出アパーチャよりも大きな流れ制限を有するオリフィスアレイを通って前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つに接続する請求項６に記載のデバイス。
【請求項8】
デバイスが蓋と；
前記蓋に隣接する第１の表面及び第２の表面を有する第１のプレートと；
前記第１のプレートに隣接する第１の表面及び第２の表面を有する第２のプレートと；を含み、
前記第１のプレート及び前記第２のプレートが、それぞれ、第１の表面及び第２の表面に孔、トレンチ、ポケットの少なくともいずれかでパターン化され、
前記蓋は、前記第１のプレートの前記第１の表面上を覆い、貫通孔である送達ビア及び排出ビアを有し、
前記第１のプレートは、
隣接する前記蓋に覆われた、前記第１の表面上の少なくとも１つのトレンチが送達ガス分配チャネルを形成する、分配層と、
前記第２の表面上の少なくとも１つのポケットが排出オリフィスを形成し、少なくとも１つの孔が送達オリフィスを形成する、オリフィス層と、を有し、
前記分配層及び前記オリフィス層は貫通孔である排出ビアを有し、
前記第２のプレートは、
前記第１のプレートに隣接する前記第１の表面上の少なくとも１つのトレンチが排出分配チャネルを形成し、貫通孔のパターンが送達チャネル及び排出チャネルを形成し、前記第２の表面に前記送達チャネルに連結された送達アパーチャと、前記排出チャネルに連結された排出アパーチャとを有する前記堆積器を有するデバイス層であり、
前記蓋の前記送達ビアと前記分配層の前記送達ガス分配チャネルとは流体連通しており、前記分配層の前記送達ガス分配チャネルと前記デバイス層の前記送達チャネルとは前記オリフィス層の前記送達オリフィスを介して流体連通しており、
前記蓋、前記分配層及び前記オリフィス層の前記排出ビアと、前記デバイス層の前記排出分配チャネルとは流体連通しており、前記デバイス層の前記排出分配チャネルと前記排出チャネルとは、前記オリフィス層の前記排出オリフィスを介して流体連通している、
請求項１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本願は、その開示内容の全体を参照によって援用する、２０１９年１月１８日出願の米国特許出願第６２／７９４，２６５号の優先権を主張する。
本願は、その開示内容の全体を参照によって援用する、２０１９年１月１８日出願の米国特許出願第６２／７９４，２６５号の優先権を主張する。
【0002】
本発明は、有機気相ジェットプリンティング（ＯＶＪＰ）のためのマイクロノズルアレイに関する。特に、堆積器（ｄｅｐｏｓｉｔｏｒ）は、２つ以上のオリフィスプレートを通って、マイクロノズルアレイダイ内で２つ以上のガス分配チャネルと流体連通して配される。
【背景技術】
【0003】
有機材料を利用する光電子デバイスは、いくつもの理由から、次第に望ましいものとなりつつある。そのようなデバイスを作製するために使用される材料の多くは比較的安価であるため、有機光電子デバイスは無機デバイスを上回るコスト優位性の可能性を有する。加えて、柔軟性等の有機材料の固有の特性により、該材料は、フレキシブル基板上での製作等の特定用途によく適したものとなり得る。有機光電子デバイスの例は、有機発光ダイオード／デバイス（ＯＬＥＤ）、有機光トランジスタ、有機光電池及び有機光検出器を含む。ＯＬＥＤについて、有機材料は従来の材料を上回る性能の利点を有し得る。例えば、有機発光層が光を放出する波長は、概して、適切なドーパントで容易に調整され得る。
【0004】
ＯＬＥＤはデバイス全体に電圧が印加されると光を放出する薄い有機膜を利用する。ＯＬＥＤは、フラットパネルディスプレイ、照明及びバックライティング等の用途において使用するためのますます興味深い技術となりつつある。数種のＯＬＥＤ材料及び構成は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、特許文献１、特許文献２及び特許文献３において記述されている。
【0005】
リン光性発光分子の１つの用途は、フルカラーディスプレイである。そのようなディスプレイの業界標準は、「飽和（ｓａｔｕｒａｔｅｄ）」色と称される特定の色を放出するように適合された画素を必要とする。特に、これらの標準は、飽和した赤色、緑色及び青色画素を必要とする。若しくは、ＯＬＥＤは、白色光を照射するように設計することができる。従来の、白色バックライトからの液晶ディスプレイ発光は、吸収フィルターを用いてフィルタリングされ、赤色、緑色、及び青色発光を生成する。同様の技術は、ＯＬＥＤでも用いられることができる。白色ＯＬＥＤは、単一のＥＭＬデバイス又は積層体構造のいずれかであることができる。色は、当技術分野において周知のＣＩＥ座標を使用して測定することができる。
【0006】
本明細書において使用される場合、用語「有機」は、有機光電子デバイスを製作するために使用され得るポリマー材料及び小分子有機材料を含む。「小分子」は、ポリマーでない任意の有機材料を指し、且つ「小分子」は実際にはかなり大型であってよい。小分子は、幾つかの状況において繰り返し単位を含み得る。例えば、長鎖アルキル基を置換基として使用することは、「小分子」クラスから分子を排除しない。小分子は、例えばポリマー骨格上のペンダント基として、又は該骨格の一部として、ポリマーに組み込まれてもよい。小分子は、コア部分上に構築された一連の化学的シェルからなるデンドリマーのコア部分として役立つこともできる。デンドリマーのコア部分は、蛍光性又はリン光性小分子発光体であってよい。デンドリマーは「小分子」であってよく、ＯＬＥＤの分野において現在使用されているデンドリマーはすべて小分子であると考えられている。
【0007】
本明細書において使用される場合、「頂部」は基板から最遠部を意味するのに対し、「底部」は基板の最近部を意味する。第一層が第二層「の上に配置されている」と記述される場合、第一層のほうが基板から遠くに配置されている。第一層が第二層「と接触している」ことが指定されているのでない限り、第一層と第二層との間に他の層があってもよい。例えば、間に種々の有機層があるとしても、カソードはアノード「の上に配置されている」と記述され得る。
【0008】
本明細書において使用される場合、「溶液プロセス可能な」は、溶液又は懸濁液形態のいずれかの液体媒質に溶解、分散若しくは輸送することができ、且つ／又は該媒質から堆積することができるという意味である。
【0009】
配位子は、該配位子が発光材料の光活性特性に直接寄与していると考えられる場合、「光活性」と称され得る。配位子は、該配位子が発光材料の光活性特性に寄与していないと考えられる場合には「補助」と称され得るが、補助配位子は、光活性配位子の特性を変化させることができる。
【0010】
本明細書において使用される場合、当業者には概して理解されるであろう通り、第一の「最高被占分子軌道」（ＨＯＭＯ）又は「最低空分子軌道」（ＬＵＭＯ）エネルギー準位は、第一のエネルギー準位が真空エネルギー準位に近ければ、第二のＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位「よりも大きい」又は「よりも高い」。イオン化ポテンシャル（ＩＰ）は、真空準位と比べて負のエネルギーとして測定されるため、より高いＨＯＭＯエネルギー準位は、より小さい絶対値を有するＩＰ（あまり負でないＩＰ）に相当する。同様に、より高いＬＵＭＯエネルギー準位は、より小さい絶対値を有する電子親和力（ＥＡ）（あまり負でないＥＡ）に相当する。頂部に真空準位がある従来のエネルギー準位図において、材料のＬＵＭＯエネルギー準位は、同じ材料のＨＯＭＯエネルギー準位よりも高い。「より高い」ＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位は、「より低い」ＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位よりもそのような図の頂部に近いように思われる。
【0011】
本明細書において使用される場合、当業者には概して理解されるであろう通り、第一の仕事関数がより高い絶対値を有するならば、第一の仕事関数は第二の仕事関数「よりも大きい」又は「よりも高い」。仕事関数は概して真空準位と比べて負数として測定されるため、これは「より高い」仕事関数が更に負であることを意味する。頂部に真空準位がある従来のエネルギー準位図において、「より高い」仕事関数は、真空準位から下向きの方向に遠く離れているものとして例証される。故に、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯエネルギー準位の定義は、仕事関数とは異なる慣例に準ずる。
【0012】
ＯＬＥＤについての更なる詳細及び上述した定義は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる特許文献４において見ることができる。
【発明の概要】
【0013】
一実施形態によれば、有機発光ダイオード／デバイス（ＯＬＥＤ）も提供される。 ＯＬＥＤは、アノード、カソード、及びアノードとカソードとの間に配置された有機層を含むことができる。一実施形態によれば、有機発光デバイスは、消費者製品、電子部品モジュール、及び／又は照明パネルから選択される１以上のデバイスに組み込まれる。
【0014】
実施形態によれば、連続して（ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ）接続された複数の堆積器を有する線状アレイを含むマイクロノズルアレイを有するデバイスが提供されることができ、前記複数の堆積器の第１の堆積器は、少なくとも１つの側面境界で第２の堆積器と面する（ｂｏｒｄｅｒ）ことができる。前記マイクロノズルアレイは、複数のオリフィスアレイを含むことができ、前記複数のオリフィスアレイにおける各オリフィスの幅は、流れに対するその断面の短軸で２０μｍ以下であり、送達ガス分配チャネルを通る流れを調節する。前記マイクロノズルアレイは、複数の排出分配チャネルを含むことができ、前記送達ガス分配チャネルと少なくとも１つの前記複数の排出分配チャネルは、前記複数の堆積器のそれぞれと別々の流体連通を有する。
【0015】
前記複数のオリフィスアレイの第１のオリフィスアレイは、第１の方向に配置され、前記送達ガス分配チャネルを制御することができる。前記複数のオリフィスアレイの第２のオリフィスアレイは、第２の方向に配置され、前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つを制御することができる。
【0016】
堆積器の線状アレイは、前記送達ガス分配チャネルと流体連通し、排出チャネルを介して前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つと流体連通する複数の排出アパーチャ間に配置される、１つ以上の送達アパーチャを含む平面表面を含むことができる。スペーサーは、前記複数の排出アパーチャの少なくとも１つから前記１つ以上の送達アパーチャのそれぞれを分離することができる。前記１つ以上の送達アパーチャは、複数のセクションに分割されることができる。前記送達アパーチャ及び前記排出アパーチャの少なくとも１つは長方形である。前記送達アパーチャ及び前記排出アパーチャの少なくとも１つは、プリンティングの方向に平行な長軸で配列されることができる。前記送達アパーチャの少なくとも１つの送達チャネルは、送達オリフィスを通って前記送達ガス分配チャネルに接続されることができる。前記排出チャネルに連結された前記排出アパーチャは、前記送達チャネルと同一線上に配置されることができる。前記排出チャネルは、前記排出アパーチャよりも大きな流れ制限を有するオリフィスアレイを通って前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つに接続できる。
【0017】
前記デバイスは、複数の列の前記堆積器の線状アレイを含むことができ、各堆積器の第１のエッジ又は第２のエッジは、前記マイクロノズルアレイの第１のエッジ又は第２のエッジによって画定されることができる。
【0018】
前記複数の堆積器を有する線状アレイは、少なくとも前記第１の堆積器と前記第２の堆積器との間に配置された閉じ込め（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）ガス分配トレンチを含むことができる。前記複数の堆積器を有する前記線状アレイは、複数の送達アパーチャを含むことができ、前記送達ガス分配チャネルから供給される。前記アレイにおける前記堆積器の各アパーチャのプリント方向における長さは、５０μｍ～５ｍｍであることができる。前記複数の堆積器を有する前記線状アレイの各堆積器は、一方の側にある第１のスペーサーともう一方の側にある第２のスペーサーによって、１つの排出から分離されることができ、前記第１のスペーサーは、前記第２のスペーサーよりも狭い。
【0019】
前記マイクロノズルアレイは、ダイの反対面上のキャリアプレートに固定されたダイの片面に配置されることができる。前記キャリアプレートは、前記ダイ上のそれぞれのビアに接続する前記複数の排出ガス分配チャネルの少なくとも１つから、前記送達ガス分配チャネルからの送達ガス及び排出ガスのための開口（ポート；ｐｏｒｔ）を有することができる。前記キャリアプレートは、ガスケットを用いてマニホールドにシールされることができる。前記キャリアプレートは、マニホールドにボルト締めされることができる。
【0020】
各堆積器は、突起（ｂｏｓｓ）上に形成されることができ、陥凹領域が突起間に配置されることができる。陥凹領域からの突起の高さは、０μｍ～２００μｍであることができる。前記線状アレイの前記複数の堆積器は、ずらされることができる。
【0021】
前記複数のオリフィスアレイの１つは、前記送達ガス分配チャネルのフロア（ｆｌｏｏｒ）を形成する送達ガスオリフィスアレイであることができる。前記複数の排出分配チャネルは、前記送達ガス分配チャネルに対して垂直に配置されることができる。前記排出分配チャネルは、前記複数の堆積器を有する前記線状アレイの前記第１の堆積器の少なくとも１つの側での対応（ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ）に位置される少なくとも１つの排出ビアに流体的に連結されることができる。前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つは、列内の前記線状アレイの隣接する堆積器によって共有されることができる。前記複数のオリフィスアレイの１つは、前記第１の堆積器の排出チャネルと前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つとの間に配置される排出ガスオリフィスアレイであることができ、前記第１の堆積器の排出チャネルから前記少なくとも１つの排出分配チャネルを分離する側壁を亘ってコンダクタンス（ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）経路を提供する。
【0022】
前記マイクロノズルアレイは、キャリアプレートに隣接する、第１の表面及び第２の表面を有する第１の層を含むことができる。前記マイクロノズルアレイは、基板に隣接する、第１の表面及び第２の表面を有する第２の層を含むことができる。デバイス層は、前記第１の層と前記第２の層との間に配置されることができ、孔のパターンを含み、前記第１の層及び前記第２の層は、それぞれ、第１の表面及び第２の表面に孔とトレンチでパターン化される。前記第１の層及び前記第２の層の厚みは、前記デバイス層よりも大きいことがある。前記第１の層と前記第２の層の少なくとも１つは、３００μｍ超の厚みを有することができ、前記デバイス層は、１００μｍ以下の厚みを有することができる。
【0023】
前記マイクロノズルアレイは、複数の両面研磨（ＤＳＰ；ｄｏｕｂｌｅ ｓｉｄｅ ｐｏｌｉｓｈｅｄ）ウェーハ及びシリコンオンインシュレーターウェーハを含むことができる。シリコンオンインシュレーターウェーハのハンドル層は、３００μｍ～６００μｍの厚みを有し、シリコンオンインシュレーターウェーハのデバイス層は、１０μｍ～５０μｍの厚みを有する。
【0024】
前記複数のオリフィスアレイの１つは、送達チャネルを介して前記送達ガス分配チャネルに連結されるアパーチャを含む送達チャネルオリフィスアレイであることができる。前記アパーチャは、チャネル軸に沿って１０μｍの一定の長さで、３つのグループにクラスター化されることができる。前記アパーチャは、送達ビアからの距離が長くなるにつれて広くなることがあり、前記アパーチャの幅は、１１０μｍから１８４μｍに増加することができる。
【0025】
前記送達ガス分配チャネルは、前記複数の堆積器のそれぞれと別々に流体連通する複数のチャネルを含むことができる。前記複数の堆積器は、５％～７５％のフィルファクターで表面に形態（フィーチャー；ｆｅａｔｕｒｅ）を形成することができる。前記デバイスは、前記デバイスの面に対する法線ベクトルに平行に配置された固体材料の切れ目のない（ｕｎｂｒｏｋｅｎ）熱伝導経路であることができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【発明を実施するための形態】
【0058】
概して、ＯＬＥＤは、アノード及びカソードの間に配置され、それらと電気的に接続された少なくとも１つの有機層を含む。電流が印加されると、アノードが正孔を注入し、カソードが電子を有機層（複数可）に注入する。注入された正孔及び電子は、逆帯電した電極にそれぞれ移動する。電子及び正孔が同じ分子上に局在する場合、励起エネルギー状態を有する局在電子正孔対である「励起子」が形成される。光は、励起子が緩和した際に、光電子放出機構を介して放出される。幾つかの事例において、励起子はエキシマー又はエキサイプレックス上に局在し得る。熱緩和等の無輻射機構が発生する場合もあるが、概して望ましくないとみなされている。
【0059】
初期のＯＬＥＤは、例えば、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第４，７６９，２９２号において開示されている通り、その一重項状態から光を放出する発光分子（「蛍光」）を使用していた。蛍光発光は、概して、１０ナノ秒未満の時間枠で発生する。
【0060】
ごく最近では、三重項状態から光を放出する発光材料（「リン光」）を有するＯＬＥＤが実証されている。参照によりその全体が組み込まれる、Ｂａｌｄｏら、「Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、３９５巻、１５１～１５４、１９９８；（「Ｂａｌｄｏ－Ｉ」）及びＢａｌｄｏら、「Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７５巻、３号、４～６（１９９９）（「Ｂａｌｄｏ－ＩＩ」）。リン光については、参照により組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号５～６段において更に詳細に記述されている。
【0061】
図１は、有機発光デバイス１００を示す。図は必ずしも一定の縮尺ではない。デバイス１００は、基板１１０、アノード１１５、正孔注入層１２０、正孔輸送層１２５、電子ブロッキング層１３０、発光層１３５、正孔ブロッキング層１４０、電子輸送層１４５、電子注入層１５０、保護層１５５、カソード１６０、及びバリア層１７０を含み得る。カソード１６０は、第一の導電層１６２及び第二の導電層１６４を有する複合カソードである。デバイス１００は、記述されている層を順に堆積させることによって製作され得る。これらの種々の層の特性及び機能並びに材料例は、参照により組み込まれるＵＳ７，２７９，７０４、６～１０段において更に詳細に記述されている。
【0062】
これらの層のそれぞれについて、更なる例が利用可能である。例えば、フレキシブル及び透明基板－アノードの組合せは、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第５、８４４、３６３号において開示されている。ｐ－ドープされた正孔輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号において開示されている通りの、５０：１のモル比でｍ－ＭＴＤＡＴＡにＦ４－ＴＣＮＱをドープしたものである。発光材料及びホスト材料の例は、参照によりその全体が組み込まれるＴｈｏｍｐｓｏｎらの米国特許第６，３０３，２３８号において開示されている。ｎ－ドープされた電子輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号において開示されている通りの、１：１のモル比でＢＰｈｅｎにＬｉをドープしたものである。参照によりその全体が組み込まれる米国特許第５，７０３，４３６号及び同第５，７０７，７４５号は、上を覆う透明の、導電性の、スパッタリング蒸着したＩＴＯ層を持つＭｇ：Ａｇ等の金属の薄層を有する複合カソードを含むカソードの例を開示している。ブロッキング層の理論及び使用は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，０９７，１４７号及び米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号において更に詳細に記述されている。注入層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号において提供されている。保護層についての記述は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号において見ることができる。
【0063】
図２は、反転させたＯＬＥＤ２００を示す。デバイスは、基板２１０、カソード２１５、発光層２２０、正孔輸送層２２５、及びアノード２３０を含む。デバイス２００は、記述されている層を順に堆積させることによって製作され得る。最も一般的なＯＬＥＤ構成はアノードの上に配置されたカソードを有し、デバイス２００はアノード２３０の下に配置されたカソード２１５を有するため、デバイス２００は「反転させた」ＯＬＥＤと称されることがある。デバイス１００に関して記述されたものと同様の材料を、デバイス２００の対応する層において使用してよい。図２は、幾つかの層が如何にしてデバイス１００の構造から省略され得るかの一例を提供するものである。
【0064】
図１及び２において例証されている単純な層構造は、非限定的な例として提供されるものであり、本発明の実施形態は多種多様な他の構造に関連して使用され得ることが理解される。記述されている特定の材料及び構造は、事実上例示的なものであり、他の材料及び構造を使用してよい。機能的なＯＬＥＤは、記述されている種々の層を様々な手法で組み合わせることによって実現され得るか、又は層は、設計、性能及びコスト要因に基づき、全面的に省略され得る。具体的には記述されていない他の層も含まれ得る。具体的に記述されているもの以外の材料を使用してよい。本明細書において提供されている例の多くは、単一材料を含むものとして種々の層を記述しているが、ホスト及びドーパントの混合物等の材料の組合せ、又はより一般的には混合物を使用してよいことが理解される。また、層は種々の副層を有してもよい。本明細書における種々の層に与えられている名称は、厳しく限定することを意図するものではない。例えば、デバイス２００において、正孔輸送層２２５は正孔を輸送し、正孔を発光層２２０に注入し、正孔輸送層又は正孔注入層として記述され得る。一実施形態において、ＯＬＥＤは、カソード及びアノードの間に配置された「有機層」を有するものとして記述され得る。有機層は単層を含んでいてよく、又は、例えば図１及び２に関して記述されている通りの異なる有機材料の多層を更に含んでいてよい。
【0065】
参照によりその全体が組み込まれるＦｒｉｅｎｄらの米国特許第５，２４７，１９０号において開示されているもののようなポリマー材料で構成されるＯＬＥＤ（ＰＬＥＤ）等、具体的には記述されていない構造及び材料を使用してもよい。更なる例として、単一の有機層を有するＯＬＥＤが使用され得る。ＯＬＥＤは、例えば、参照によりその全体が組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第５，７０７，７４５号において記述されている通り、積み重ねられてよい。ＯＬＥＤ構造は、図１及び２において例証されている単純な層構造から逸脱してよい。例えば、基板は、参照によりその全体が組み込まれる、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，０９１，１９５号において記述されている通りのメサ構造及び／又はＢｕｌｏｖｉｃらの米国特許第５，８３４，８９３号において記述されている通りのくぼみ構造等、アウトカップリングを改良するための角度のついた反射面を含み得る。
【0066】
本明細書中に開示される幾つかの実施形態においては、それぞれ図１及び図２に示される発光層１３５及び発光層２２０等の発光層又は材料は、量子ドットを含むことができる。明示的に、又は当業者の理解に応じて文脈によって反対に示されない限り、本明細書中に開示される「発光層」又は「発光材料」は、量子ドット又は相当の構造を含む有機発光材料及び／又は発光材料を含むことができる。このような発光層は、別の発光材料又は他の発光体によって放出された光を変換する量子ドット材料のみを含むことができる、又は前記別の発光材料又は他の発光体も含むことができる、又は電流の印加から直接光そのものを放出することができる。同様に、色変換層、カラーフィルター、アップコンバージョン層又は構造、又はダウンコンバージョン層又は構造は、量子ドットを含む材料を含むことができるが、そのような層は、本明細書中で開示される「発光層」と見なされないことがある。一般に、「発光層」又は材料は、初期光を発するものであり、デバイス内で初期光を放出することはないが、発光層によって放出される初期光（ｉｎｉｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ）に基づいて、異なるスペクトル内容の変更された光を再放出することができるカラーフィルターや他の色変換層等の他の層によって変換されることができる。
【0067】
別段の規定がない限り、種々の実施形態の層のいずれも、任意の適切な方法によって堆積され得る。有機層について、好ましい方法は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，０１３，９８２号及び同第６，０８７，１９６号において記述されているもの等の熱蒸着、インクジェット、参照によりその全体が組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，３３７，１０２号において記述されているもの等の有機気相堆積（ＯＶＰＤ）、並びに参照によりその全体が組み込まれる米国特許第７，４３１，９６８号において記述されているもの等の有機気相ジェットプリンティング（ＯＶＪＰ）による堆積を含む。他の適切な堆積法は、スピンコーティング及び他の溶液ベースのプロセスを含む。溶液ベースのプロセスは、好ましくは、窒素又は不活性雰囲気中で行われる。他の層について、好ましい方法は熱蒸着を含む。好ましいパターニング法は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，２９４，３９８号及び同第６，４６８，８１９号において記述されているもの等のマスク、冷間圧接を経由する堆積、並びにインクジェット及びＯＶＪＤ等の堆積法の幾つかに関連するパターニングを含む。他の方法を使用してもよい。堆積する材料は、特定の堆積法と適合するように修正され得る。例えば、分枝鎖状又は非分枝鎖状であり、且つ好ましくは少なくとも３個の炭素を含有するアルキル及びアリール基等の置換基は、溶液プロセシングを受ける能力を増強するために、小分子において使用され得る。２０個以上の炭素を有する置換基を使用してよく、３～２０個の炭素が好ましい範囲である。非対称構造を持つ材料は、対称構造を有するものよりも良好な溶液プロセス性を有し得、これは、非対称材料のほうが再結晶する傾向が低くなり得るからである。溶液プロセシングを受ける小分子の能力を増強するために、デンドリマー置換基が使用され得る。
【0068】
本発明の実施形態に従って製作されたデバイスは、バリア層を更に含んでいてよい。バリア層の１つの目的は、電極及び有機層を、水分、蒸気及び／又はガス等を含む環境における有害な種への損傷性暴露から保護することである。バリア層は、基板、電極の上、下若しくは隣に、又はエッジを含むデバイスの任意の他の部分の上に堆積し得る。バリア層は、単層又は多層を含んでいてよい。バリア層は、種々の公知の化学気相堆積技術によって形成され得、単相を有する組成物及び多相を有する組成物を含み得る。任意の適切な材料又は材料の組合せをバリア層に使用してよい。バリア層は、無機若しくは有機化合物又は両方を組み込み得る。好ましいバリア層は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第７，９６８，１４６号、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２３０９８号及び同第ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４２８２９号において記述されている通りの、ポリマー材料及び非ポリマー材料の混合物を含む。「混合物」とみなされるためには、バリア層を構成する前記のポリマー及び非ポリマー材料は、同じ反応条件下で及び／又は同時に堆積されるべきである。ポリマー材料対非ポリマー材料の重量比は、９５：５から５：９５の範囲内となり得る。ポリマー材料及び非ポリマー材料は、同じ前駆体材料から作成され得る。一例において、ポリマー材料及び非ポリマー材料の混合物は、ポリマーケイ素及び無機ケイ素から本質的になる。
【0069】
本発明の実施形態にしたがって作製されたデバイスは、種々の電気製品又は中間部品に組み込まれることができる多種多様な電子部品モジュール（又はユニット）に組み込まれることができる。このような電気製品又は中間部品としては、エンドユーザーの製品製造者によって利用されることができるディスプレイスクリーン、照明デバイス（離散的光源デバイス又は照明パネル等）が挙げられる。このような電子部品モジュールは、駆動エレクトロニクス及び／又は電源を任意に含むことができる。本発明の実施形態にしたがって作製されたデバイスは、組み込まれた１つ以上の電子部品モジュール（又はユニット）を有する多種多様な消費者製品に組み込まれることができる。ＯＬＥＤの有機層に本開示の化合物を含むＯＬＥＤを含む消費者製品が開示される。このような消費者製品は、１つ以上の光源及び／又は１つ以上のある種の表示装置を含む任意の種類の製品を含む。このような消費者製品の幾つかの例としては、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニター、メディカルモニター、テレビ、掲示板、屋内若しくは屋外照明及び／又は信号送信用のライト、ヘッドアップディスプレイ、完全又は部分透明ディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザープリンター、電話、携帯電話、タブレット、ファブレット、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡｓ）、ウェアラブルデバイス、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、カムコーダー、ビューファインダー、マイクロディスプレイ（対角で２インチ未満のディスプレイ）、３－Ｄディスプレイ、バーチャルリアリティ又は拡張現実ディスプレイ、車両、共に並べた多重ディスプレイを含むビデオウォール（ｖｉｄｅｏ ｗａｌｌｓ）、劇場又はスタジアムのスクリーン、及び看板を含む。パッシブマトリックス及びアクティブマトリックスを含む種々の制御機構を使用して、本発明に従って製作されたデバイスを制御することができる。デバイスの多くは、摂氏１８度から摂氏３０度、より好ましくは室温（摂氏２０～２５度）等、ヒトに快適な温度範囲内での使用が意図されているが、この温度範囲外、例えば、摂氏－４０度～＋８０度で用いることもできる。
【0070】
本明細書において記述されている材料及び構造は、ＯＬＥＤ以外のデバイスにおける用途を有し得る。例えば、有機太陽電池及び有機光検出器等の他の光電子デバイスが、該材料及び構造を用い得る。より一般的には、有機トランジスタ等の有機デバイスが、該材料及び構造を用い得る。
【0071】
幾つかの実施形態においては、前記ＯＬＥＤは、可撓性があること、丸めることができること、折り畳むことができること、伸ばすことができること、曲げることができることからなる群から選択される１つ以上の特性を有する。幾つかの実施形態においては、前記ＯＬＥＤは、透明又は半透明である。幾つかの実施形態においては、前記ＯＬＥＤは、カーボンナノチューブを含む層を更に含む。
【0072】
幾つかの実施形態においては、前記ＯＬＥＤは、遅延蛍光発光体を含む層を更に含む。幾つかの実施形態においては、前記ＯＬＥＤは、ＲＧＢ画素配列又は白色及びカラーフィルター画素配列を含む。幾つかの実施形態においては、前記ＯＬＥＤは、モバイルデバイス、ハンドヘルドデバイス、又はウェアラブルデバイスである。幾つかの実施形態においては、前記ＯＬＥＤは、１０インチ未満の対角線又は５０平方インチ未満の面積を有するディスプレイパネルである。幾つかの実施形態においては、前記ＯＬＥＤは、少なくとも１０インチの対角線又は少なくとも５０平方インチの面積を有するディスプレイパネルである。幾つかの実施形態においては、前記ＯＬＥＤは、照明パネルである。
【0073】
発光領域の幾つかの実施形態では、発光領域はホストを更に含む。
【0074】
幾つかの実施形態においては、前記化合物は、発光ドーパントであることができる。幾つかの実施形態においては、前記化合物は、リン光、蛍光、熱活性化遅延蛍光、即ちＴＡＤＦ（Ｅ型遅延蛍光とも言われる）、三重項－三重項消滅、又はこれらの過程の組合せを介して、発光を生成することができる。
【0075】
本明細書中に開示される前記ＯＬＥＤは、消費者製品、電子部品モジュール、及び照明パネルの１つ以上に組み込まれることができる。前記有機層は、発光層であることができ、幾つかの実施形態においては、前記化合物は、発光ドーパントであることができ、他の実施形態においては、前記化合物は、非発光ドーパントであることができる。
【0076】
前記有機層は、ホストを含むこともできる。幾つかの実施形態においては、２つ以上のホストが好ましい。幾つかの実施形態においては、使用される前記ホストは、ａ）双極性（ｂｉｐｏｌａｒ）材料、ｂ）電子輸送材料、ｃ）正孔輸送材料、又はｄ）電荷輸送の役割がほとんどないワイドバンドギャップ材料であることができる。幾つかの実施形態においては、前記ホストは、金属錯体を含むことができる。前記ホストは、無機化合物とすることができる。
他の材料との組合せ
他の材料との組合せ
【0077】
有機発光デバイス中の特定の層に有用として本明細書において記述されている材料は、デバイス中に存在する多種多様な他の材料と組み合わせて使用され得る。例えば、本明細書において開示されている発光性ドーパントは、多種多様なホスト、輸送層、ブロッキング層、注入層、電極、及び存在し得る他の層と併せて使用され得る。以下で記述又は参照される材料は、本明細書において開示されている化合物と組み合わせて有用となり得る材料の非限定的な例であり、当業者であれば、組み合わせて有用となり得る他の材料を特定するための文献を容易に閲覧することができる。
【0078】
本明細書に開示されている様々な発光層及び非発光層、並びに配列には、様々な材料を使用してよい。適切な材料の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２０１７／０２２９６６３号に開示される。
伝導性（導電性）ドーパント：
伝導性（導電性）ドーパント：
【0079】
電荷輸送層は、伝導性ドーパントでドープされ、電荷キャリアの密度を大きく変え、それによりその伝導性を変えることとなる。伝導性は、マトリックス材料中の電荷キャリアを生成することで、又はドーパントのタイプに応じて増加され、半導体のフェルミ準位における変化も達成することができる。正孔輸送層は、ｐ型伝導性ドーパントでドープされることができ、ｎ型伝導性ドーパントは、電子輸送層中に用いられる。
ＨＩＬ／ＨＴＬ：
ＨＩＬ／ＨＴＬ：
【0080】
本発明に使用される正孔注入／輸送材料は、特に限定されず、通常、正孔注入／輸送材料として用いられる化合物であれば、いかなる化合物を使用してもよい。
ＥＢＬ：
ＥＢＬ：
【0081】
電子ブロッキング層（ＥＢＬ）は、発光層から出る電子及び／又は励起子の数を減らすために使用されることができる。デバイス中のそのようなブロッキング層の存在は、ブロッキング層を欠く同様のデバイスと比較して、大幅に高い効率及び／又はより長い寿命をもたらし得る。また、ブロッキング層を使用して、ＯＬＥＤの所望の領域に発光を制限することもできる。幾つかの実施形態においては、ＥＢＬ材料は、ＥＢＬインターフェースに最も近接した発光体よりも高いＬＵＭＯ（真空準位により近い）及び／又は高い三重項エネルギーを有する。幾つかの実施形態においては、ＥＢＬ材料は、ＥＢＬインターフェースに最も近接したホストの１つ以上よりも高いＬＵＭＯ（真空準位により近い）及び／又は高い三重項エネルギーを有する。１つの態様においては、ＥＢＬ中に用いられる前記化合物は、下記に記載されるホストの１つとして、同じ分子又は同じ官能基を含む。
ホスト：
ホスト：
【0082】
本発明の有機ＥＬデバイスの発光層は、発光材料として少なくとも金属錯体を含むことが好ましく、前記金属錯体をドーパント材料として用いたホスト材料を含むことができる。前記ホスト材料としては特に限定されず、前記ホストの三重項エネルギーがドーパントのものよりも大きければ、任意の金属錯体又は有機化合物が用いられることができる。いずれのホスト材料も、三重項の基準が満たされる限り、任意のドーパントと共に用いられることができる。
ＨＢＬ：
ＨＢＬ：
【0083】
正孔ブロッキング層（ＨＢＬ）を使用して、発光層から出る正孔及び／又は励起子の数を低減させることができる。デバイス中のそのようなブロッキング層の存在は、ブロッキング層を欠く同様のデバイスと比較して大幅に高い効率及び／又はより長い寿命をもたらし得る。また、ブロッキング層を使用して、ＯＬＥＤの所望の領域に発光を制限することもできる。幾つかの実施形態においては、ＨＢＬ材料は、ＨＢＬインターフェースに最も近接した発光体よりも低いＨＯＭＯ（真空準位から更に離れて）及び／又は高い三重項エネルギーを有する。幾つかの実施形態においては、ＨＢＬ材料は、ＨＢＬインターフェースに最も近接したホストの１つ以上よりも低いＨＯＭＯ（真空準位から更に離れて）及び／又は高い三重項エネルギーを有する。
ＥＴＬ：
ＥＴＬ：
【0084】
電子輸送層（ＥＴＬ）は、電子を輸送することができる材料を含み得る。電子輸送層は、真性である（ドープされていない）か、又はドープされていてよい。ドーピングを使用して、伝導性を増強することができる。ＥＴＬ材料の例は特に限定されず、電子を輸送するために典型的に使用されるものである限り、任意の金属錯体又は有機化合物を使用してよい。
電荷発生層（ＣＧＬ）
電荷発生層（ＣＧＬ）
【0085】
タンデム型、又は積層型のＯＬＥＤ中で、ＣＧＬは、性能において重要な役割を果たし、それぞれ、電子及び正孔の注入ためのｎ－ドープ層及びｐ－ドープ層からなる。電子及び正孔は、前記ＣＧＬ及び電極から供給される。前記ＣＧＬ中の消費された電子及び正孔は、それぞれカソード及びアノードから注入された電子及び正孔によって再び満たされ、その後バイポーラ電流が徐々に安定した状態に達する。典型的なＣＧＬ材料は、輸送層で用いられるｎ型及びｐ型伝導性ドーパントを含む。
【0086】
有機気相ジェットプリンティング（ＯＶＪＰ）は、ＯＬＥＤディスプレイのプリントに用いられることができる無溶媒の有機薄膜堆積技術である。ＯＶＪＰはキャリアガスを利用し、加熱された供給源容器から基板に近接したプリントノズルアセンブリに有機材料を輸送する。図３に示されるように、ＯＶＪＰプロセスは、同伴（エントレインメント；ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）、混合、噴射、及び凝縮の４つの基本操作に分けられることができる。操作３０１で、昇華オーブン３０２などの源で生成された有機蒸気は、不活性ガスの流れに同伴されることができる。操作３０３で、蒸気及びガスの流れは、加熱されたプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）３０４内で混合されることができ、他の蒸気源３０５からの流れと混合されて、所望の組成の膜を作製することができる。操作３０６では、混合蒸気流は、加熱されたノズル３０７のアレイによって噴射物に集束（ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）される。操作３０８で、有機蒸気は、噴射が衝突する基板３０９上で凝縮することができる。基板は、有機蒸気の昇華温度よりも低くてもよく、積極的に冷却されてもよい。パターン化された薄膜は、ノズルに対して基板の移動３１０により生成されることができる。幾つかの実施形態においては、ＯＶＪＰシステムが定常状態で動作できるように、膜は離散ピクセルではなく連続線としてプリントされることができる。
【0087】
プリントノズルアセンブリの設計及び堆積条件は、プリント線の特性を決定することができる。幾つかのプリントヘッドは、マルチカラーＯＬＥＤディスプレイの個々のサブピクセルの発光層を堆積するために、線幅（５０μｍの程度）でプリントされた線を生成できるが、線がオーバースプレーし、プリンティングを迅速に開始及び停止することができなかった。開示された主題の実施形態においては、排出アパーチャによって囲まれた堆積アパーチャとガス閉じ込め流との組合せを用いるマイクロノズルアレイを用いて、線幅及びオーバースプレーを制限することができる。この配列は、ＤＥＣ（堆積排出閉じ込め）と呼ばれることができる。
【0088】
ＤＥＣによるガス閉じ込めは、高真空よりもむしろ、５０Ｔｏｒｒ～３００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力が用いられるので、以前のＯＶＪＰ配列とは異なることができる。閉じ込めガス流を使用して、所望の堆積領域からの有機材料の拡散と輸送を防ぐことにより、オーバースプレーを排除することができる。図４ａにおける基板の投影から示されるＤＥＣ堆積器の設計は、一対の排出アパーチャ４０３の間に配置された１つ以上の送達アパーチャ４０２で開口（ｐｏｒｔ）された平面表面４０１を含むことができる。送達アパーチャを通る流れは、不活性な送達ガスに同伴された有機蒸気を含むことができる。排出アパーチャは、送達流を超える質量流量で堆積器の下の領域からガスを取り出すことができる。排出は、送達流及びその中に同伴された余剰有機蒸気、並びに堆積器の周囲の環境から引き出された閉じ込めガスの残りを除去することができる。送達アパーチャ及び排出アパーチャは、ＤＥスペーサー４０４（即ち、堆積器排出スペーサー）によって分離されることができる。アパーチャは長方形であることができ、アパーチャの長軸がプリンティング方向４０５に平行になるように配列されることができる。
【0089】
幾つかの実施形態においては、堆積器は、マイクロノズルアレイ４０６上に直線状に配列されることができ、各堆積器は、少なくとも１つの側面境界４０７で別のものと面する。堆積器の頂部４０８及び底部４０９のエッジは、マイクロノズルアレイのエッジによって画定されることができる。堆積器の下部面にエッチングされた閉じ込めガス分配トレンチ４１０は、その流れが各堆積器の側面境界に亘って均等に分配されるように、閉じ込めガスの低インピーダンス（抵抗；ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）経路を提供する。また、特にこれらのチャネルが省略されている場合、閉じ込めガスが堆積器のエッジから流入することができる。アレイは、堆積器間のクロストークを最小限にすることができ、複数のプリントされた形態が堆積器アレイの幅に亘って可能な限りほぼ同一にする。例えば、エッジ効果を最小限にするために、アレイの両端部に追加の排出アパーチャを配することができる。幾つかの実施形態においては、マイクロノズルアレイ下の流れ場は、周期的な対称性を有することができる。堆積器は、特定のサイズの形態及び形態プロファイルを生成することができる種々の形状を有するアパーチャを有することができる。堆積器が複数の送達アパーチャを含む場合、アパーチャは、共通の送達チャネルから供給されることができる。
【0090】
プリントされた膜の平均厚みｔは、ｔ＝ηｅｊｖτ／ρで表されることができ、ｊｖは、基板への有機蒸気の質量流束であり、τは、基板上の所定の点がアパーチャの下にある期間であり、ρは、凝縮した有機材料の密度である。利用効率ηは、基板上で凝縮する堆積器から発生する有機蒸気の割合である。アパーチャの長さをｌ、プリントヘッドと基板との間の相対速度をｖとすると、τ＝ｌ／ｖであるので、より長い送達アパーチャは、より長い期間、所定のプリント速度で基板表面上の所定の点がアパーチャの下にとどまることを可能にする。この配列は、より早いプリンティングを提供することができる。ＤＥＣ堆積器のアパーチャは、通常、できるだけ長く作成されることができる。
【0091】
ＤＥＣ堆積器は、図４ｂにおいてプリンティング方向に垂直な断面に示される。ＤＥＣ堆積器のジオメトリを画定する寸法も、図４ｂに示される。送達アパーチャ４１１の幅はＤである。送達アパーチャを通る送達ガスの質量流量は、ＱＤによって求められる。送達と排出との間のＤＥスペーサーは、幅ＤＥ４１２を有し、排出は、幅Ｅ４１３を有する。堆積器の排出アパーチャを通るガスの質量流量はＱＥである。堆積器及び基板４１４は、浮上高さギャップｇ４１５によって分離されることができる。プロセスガスの流れパターンは、破線の矢印によって示されることができる。有機蒸気を運ぶ送達ガス４１６の流れは、ＱＤの質量流量で送達アパーチャを通って入ることができる。この流れは、基板４１７に衝突して、有機材料の薄膜を堆積させることができる。基板の平面内の堆積されていない有機蒸気の広がりは、ＱＣの速度で堆積器の側面を通って入る閉じ込めガス流４１８によって抵抗されることができる。送達流及び閉じ込め流は、各排出アパーチャの下で合流し、質量流量ＱＥの排出流４１９で堆積ゾーンから取り出されることができる。
【0092】
開示された主題の実施形態は、デバイスのアクティブ領域内で均一な膜厚を提供し、プリントされた形態は、メサ（ｍｅｓａ）状の厚みを有することができる。図５ａは、ＤＥＣ ＯＶＪＰ堆積器で可能なメサ状の堆積プロファイルを示し、種々のプロセス条件下でプリントされた幾つかの線のプロフィロメトリートレース５０１を示す。縦軸５０２は、正規化された形態の厚みを示し、横軸５０３は、線の中心からのずれ（ｏｆｆｓｅｔ；オフセット）を示す。ターゲットのプリンティングゾーンは、ＯＬＥＤディスプレイにおけるサブピクセル間の境界を画定する誘電体グリッド５０５の２つの領域間のアクティブ領域５０４であることができる。幾つかの実施形態においては、ターゲットゾーンは、５０μｍ幅であることができる。線プロファイルは、プロセス条件に応じて、ガウス分布に近いものからメサ型に近いものまで及ぶことができる。幾つかの実施形態においては、メサの平らな頂部は、アクティブ領域と同じ幅であり、プリントされたプロファイルの裾（ｔａｉｌ）は、隣接するデバイスのアクティブ領域に、グリッドを超えて延びないことができる。
【0093】
図５ｂに示されるものなどの堆積器を用いて、メサ状の薄膜形態をプリントすることができる。送達アパーチャは、セクション５０６とセクション５０７に分割されることができ、各セクションで生成された堆積プロファイルの最も厚い部分は、一方からずらされ（ｏｆｆｓｅｔ）、基板に対して移動する堆積器によって作成された組み合わされたプリントされた形態は、幅が広く、メサ状の頂部を有することができる。完全な形態は、単一パスでプリントされることができるが、１以上のガウシアン厚み分布を有する形態を生成する堆積器では、複数のパスを必要とすることがある。堆積器は、回転対称性であることができ、一方の側の狭いスペーサー５０８と他方の側の広いスペーサー５０９によって、各堆積器は、他方側の排出から離れている。この構造は、２０１７年３月３１日出願の米国特許出願第１５／４７５，４０８号明細書（現在は米国特許公開第２０１７／０２９４６１５号明細書）に開示され、米国特許公開第２０１５／０３７６７８７号明細書に開示される技術を用いて容易に作製されることができ、いずれもその開示内容の全体を参照によって組み込まれる。
【0094】
均一な厚みの被覆膜は、図５ｃに示されるように、ノズルを走査して重なり合う線を生成することで近似させることができる。個々のガウシアン堆積プロファイル５１０（破線として示される）を合わせて、±０．５％以下の厚み変動を有する膜５１１（実線として示される）を形成することができる。この実施形態においては、個々のプロファイルは、７．７μｍの標準偏差を有することができ、中心間が１２０μｍ離れていることができる。この方法で、任意の形状の領域を満たすことができる。
【0095】
図６ａに示されるように、ＯＶＪＰマイクロノズルアレイのアパーチャは、シリコン（Ｓｉ）ダイのエッジに位置されることができる。ダイ内のチャネルが、ダイ６０２の下部面６０１でのシンギュレーション（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）中に二分されるようにアパーチャが形成されることができる。ダイ６０２は、送達ガス６０４のための流路と排出ガス６０５のための流路を開口された加熱されたクランプ６０３によって保持されることができる。送達ガス６０４のための流路は、ダイ６０２に入ると、９０°の回転６０６を有することができる。送達ガス６０４は、ダイ６０２の平面に沿ってエッジまで流れることができる。排出ガスは逆の経路をたどる。
【0096】
エッジオン配列は、所定の範囲の形態サイズ及び堆積器の幾何学的複雑さを有することができる。アパーチャは、長方形であることができ、結合線（ｂｏｎｄ ｌｉｎｅ）と交差することができる。堆積器の設計は、より一般化されたジオメトリを使用するように変更されることができる。ダイ内のトレンチは、可能な限り真っ直ぐな側壁に対して深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によって形成されることができ、側壁の傾斜に変化があることがある。側壁の傾斜の変化は、他の要因の中でも、ウェーハ上の形態の位置に依存する。これは、アパーチャの幅とそれによるコンダクタンスが幅の広いマイクロノズルアレイに亘って大きく異なることがあるので、面内（ｉｎ－ｐｌａｎｅ）設計のスケーラビリティを制限する。
【0097】
幾つかの実施形態においては、アパーチャが研磨されたダイ面と同一平面にある面内マイクロノズルアレイは、エッジオンアレイよりも利点を提供することができる。各アパーチャの形状は、フォトリソグラフィーによりサブミクロンの許容誤差で定義されることができる。これにより、各アパーチャの伝導率（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）に亘って更なる制御を提供することができる。面内設計は、深掘りエッチングを用いることができるが、そのようなエッチングは、形態が比較的浅く、側壁の傾斜の影響を受けないように配列されることができる。任意の形状の面内アパーチャは、フォトリソグラフィーで画定されることができる。エッジオン配列は、シーリングを容易にするために、ダイの反対側に堆積器とビアが位置される面内配列よりも最初は好まれていた。面内マイクロノズルアレイのために開発されたシーリング技術は、その開示内容の全体を参照によって組み込む、米国特許第８，９４４，３０９号明細書及び米国特許公開第２０１９／０２３２３２５号明細書に記載される。
【0098】
面内プリントヘッドのレイアウトを図６ｂに示す。マイクロノズルアレイは、その頂部面によって金属キャリアプレート６０８に結合されたダイ６０７の下部面６０６に配置されることができる。気密結合は、ＡｕＧｅ共晶などの高融点はんだと適切なダイボンディング技術を用いて、ダイをウェーハにはんだ付けすることで達成されることができる。金属キャリアプレート６０８は、はんだシールを介してダイ６０７上のビア６１０に接続する送達ガス及び排出ガスのための開口６０９を有することができる。キャリアプレート６０８上の開口６０９は、プリントヘッドへの、及びプリントヘッドからの送達ガス流及び排出ガス流を処理する加熱マニホールド６１２上の開口６１１に接続することができる。キャリアプレート６０８は、Ｃリングなどの高温ガスケット６１３を使用する圧縮によってマニホールド６１２にシールされることができる。キャリアプレート６０８は、マニホールド６１２にボルト締め６１４されることができる。キャリアプレート６０８は、高純度気相プリンティングのためにダイ６０７の構成要素をより大きな構成要素に橋渡しするアダプタとして機能することができる。
【0099】
開示された主題の実施形態は、面内プリントヘッドの設計において改善することができる。第一に、実施形態は、シールされなければならない陽圧下で送達ガス導管の周囲長を短縮させる。第二に、実施形態は、送達アパーチャの長さに対して、プリントヘッドによる熱負荷下に配された基板の長さを短縮させる。これにより、所定のプリント速度で基板に伝達される熱量を減少させる。開示された主題の実施形態は、マイクロノズルアレイ内の堆積器として機能する少なくとも２つの別々のプロセスガス分配チャネルを通って流れを制御する、少なくとも少なくとも２つのオリフィスアレイを含む有機気相ジェットプリンティングのためのマイクロノズルアレイを提供する。
【0100】
図７ａ～図１２ｂに関連して後述するように、開示された主題の実施形態は、複数の堆積器が連続して（ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ）接続され、前記複数の堆積器の第１の堆積器は、少なくとも１つの側面境界で第２の堆積器と面することができる線状アレイを含むマイクロノズルアレイを有するデバイスを提供する。前記マイクロノズルアレイは、複数のオリフィスアレイを含むことができ、前記複数のオリフィスアレイにおける各オリフィスの幅は、流れに対するその断面の短軸で２０μｍ以下であり、送達ガス分配チャネルを通る流れを調節する。前記マイクロノズルアレイは、複数の排出分配チャネルを含むことができ、前記送達ガス分配チャネルと少なくとも１つの前記複数の排出分配チャネルは、前記複数の堆積器のそれぞれと別々の流体連通を有する。
【0101】
前記複数のオリフィスアレイの第１のオリフィスアレイは、第１の方向に配置され、前記送達ガス分配チャネルを制御することができる。前記複数のオリフィスアレイの第２のオリフィスアレイは、第２の方向に配置され、前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つを制御することができる。
【0102】
堆積器の線状アレイは、前記送達ガス分配チャネルと流体連通し、排出チャネルを介して前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つと流体連通する複数の排出アパーチャ間に配置される、１つ以上の送達アパーチャを含む平面表面を含むことができる。スペーサーは、前記複数の排出アパーチャの少なくとも１つから前記１つ以上の送達アパーチャのそれぞれを分離することができる。前記１つ以上の送達アパーチャは、複数のセクションに分割されることができる。幾つかの実施形態においては、前記送達アパーチャ及び前記排出アパーチャの少なくとも１つは、長方形であることができる。前記送達アパーチャ及び前記排出アパーチャの少なくとも１つは、プリンティングの方向に平行な長軸で配列されることができる。前記送達アパーチャの少なくとも１つの送達チャネルは、送達オリフィスを通って前記送達ガス分配チャネルに接続されることができる。前記排出チャネルに連結された前記排出アパーチャは、前記送達チャネルと同一線上に配置されることができる。前記排出チャネルは、前記排出アパーチャよりも大きな流れ制限を有するオリフィスアレイを通って前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つに接続できる。
【0103】
前記デバイスは、複数の列の前記堆積器の線状アレイを含むことができ、各堆積器の第１のエッジ又は第２のエッジは、前記マイクロノズルアレイの第１のエッジ又は第２のエッジによって画定されることができる。
【0104】
前記複数の堆積器を有する線状アレイは、少なくとも前記第１の堆積器と前記第２の堆積器との間に配置された閉じ込めガス分配トレンチを含むことができる。前記複数の堆積器を有する前記線状アレイは、前記送達ガス分配チャネルから供給される複数の送達アパーチャを含むことができる。前記アレイにおける前記堆積器の各アパーチャのプリント方向における長さは、５０μｍ～５ｍｍであることができる。前記複数の送達アパーチャを有する前記線状アレイの各堆積器は、一方の側にある第１のスペーサーともう一方の側にある第２のスペーサーによって、１つの排出から分離されることができ、前記第１のスペーサーは、前記第２のスペーサーよりも狭い。
【0105】
幾つかの実施形態においては、前記マイクロノズルアレイは、ダイの反対面上のキャリアプレートに固定されたダイの片面に配置されることができる。前記キャリアプレートは、前記ダイ上のそれぞれのビアに接続する前記複数の排出ガス分配チャネルの少なくとも１つから、前記送達ガス分配チャネルからの送達ガス及び排出ガスのための開口を有することができる。前記キャリアプレートは、ガスケットを用いてマニホールドにシールされることができる。前記キャリアプレートは、マニホールドにボルト締めされることができる。
【0106】
幾つかの実施形態においては、各堆積器は、突起（ｂｏｓｓ）上に形成されることができ、陥凹領域が突起間に配置されることができる。陥凹領域からの突起の高さは、０μｍ～２００μｍであることができる。前記線状アレイの前記複数の堆積器は、ずらされることができる。
【0107】
幾つかの実施形態においては、前記複数のオリフィスアレイの１つは、前記送達ガス分配チャネルのフロアを形成する送達ガスオリフィスアレイであることができる。前記複数の排出分配チャネルは、前記送達ガス分配チャネルに対して垂直に配置される。前記排出分配チャネルは、前記複数の堆積器を有する前記線状アレイの前記第１の堆積器の少なくとも１つの側での対応に位置される少なくとも１つの排出ビアに流体的に連結される。前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つは、列内の前記線状アレイの隣接する堆積器によって共有されることができる。前記複数のオリフィスアレイの１つは、前記第１の堆積器の排出チャネルと前記複数の排出分配チャネルの少なくとも１つとの間に配置される排出ガスオリフィスアレイであることができ、前記第１の堆積器の排出チャネルから前記少なくとも１つの排出分配チャネルを分離する側壁を亘ってコンダクタンス経路を提供する。
【0108】
幾つかの実施形態においては、前記マイクロノズルアレイは、キャリアプレートに隣接する、第１の表面及び第２の表面を有する第１の層を含むことができる。前記マイクロノズルアレイは、基板に隣接する、第１の表面及び第２の表面を有する第２の層を含むことができる。デバイス層は、前記第１の層と前記第２の層との間に配置されることができ、孔のパターンを含み、前記第１の層及び前記第２の層は、それぞれ、第１の表面及び第２の表面に孔とトレンチでパターン化されることができる。前記第１の層及び前記第２の層の厚みは、前記デバイス層よりも大きいことがある。前記第１の層と前記第２の層の少なくとも１つは、３００μｍ超の厚みを有することができ、前記デバイス層は、１００μｍ以下の厚みを有することができる。
【0109】
前記マイクロノズルアレイは、複数の両面研磨ウェーハ及びシリコンオンインシュレーターウェーハを含むことができる。シリコンオンインシュレーターウェーハのハンドル層は、３００μｍ～６００μｍの厚みを有し、シリコンオンインシュレーターウェーハのデバイス層は、１０μｍ～５０μｍの厚みを有する。
【0110】
幾つかの実施形態においては、前記複数のオリフィスアレイの１つは、送達チャネルを介して前記送達ガス分配チャネルに連結されるアパーチャを含む送達チャネルオリフィスアレイであることができる。前記アパーチャは、チャネル軸に沿って１０μｍの一定の長さで、３つのグループにクラスター化されることができる。前記アパーチャは、送達ビアからの距離が長くなるにつれて広くなることがあり、前記アパーチャの幅は、１１０μｍから１８４μｍに増加することができる。
【0111】
幾つかの実施形態においては、前記送達ガス分配チャネルは、前記複数の堆積器のそれぞれと別々に流体連通する複数のチャネルを含むことができる。前記複数の堆積器は、５％～７５％のフィルファクターで表面に形態を形成することができる。前記デバイスは、前記デバイスの面に対する法線ベクトルに平行に配置された固体材料の切れ目のない熱伝導経路であることができる。
【0112】
図７ａは、頂部表面７０１からの開示された主題の実施形態のマイクロノズルアレイを示す。頂部表面７０１は、加熱マニホールドを通った排出リザーバ及び有機蒸気源と流体連通するキャリアプレートにシールされることができる。頂部表面７０１は、マイクロノズルアレイの各端部に１つずつ、有機蒸気を同伴した送達ガスを受け入れる、２つの送達ビア７０２を含むことができる。頂部表面７０１は、マイクロノズルアレイによって捕捉されたプロセスガス及び余剰有機蒸気を引き出すことができる複数の排出アパーチャ７０３を含むことができる。送達ビア７０２は、マイクロノズルアレイの端部に位置され、シールされることができる正圧下での流体界面の外周を最小化することができる。排出アパーチャ７０３は、フローインピーダンスを最小限にするためにアレイに亘り分散させることができる。後続の図（例えば、図７ｂ、図７ｃ、及び図７ｄ）で用いられる３つの断面の配向は、図７ａにも示されることができる。第１の断面は、堆積器の長さに沿って延び、排出ビア７０４ａを二分し、第２の断面は、第１の断面と平行に延び、排出ビア７０４ｂ間の平面を二分し、第３の断面は、堆積器７０５の幅に沿って延びる。
【0113】
図７ｂは、開示された主題の実施形態に係る、マイクロノズルアレイの基板に対向する側を示す。基板に対向する側は、２つの線状の列で並んで配列された堆積器７０６のアレイを含むことができる。各堆積器は、突起間に陥凹領域を有する突起に取り付けられ、堆積器間の均一な閉じ込めガス流を促進し、マイクロノズルアレイと基板との間の熱伝達を低減することができる。列は、サブピクセル周期の数分の一だけずらされて、図５ｂに示される分割された堆積器のようなほぼ重なり合った線の重ね合わせからメサ状の堆積プロファイルを作成することができる。堆積器突起は、アパーチャを欠いたバンパー突起７０７のアレイで囲まれることができる。
【0114】
図７ｃは、開示された主題の実施形態に係る、送達ガス及び排出分配チャネルを含むマイクロノズルアレイの内部構造を示す。図７ｃは、堆積器の長さに沿って、排出ビアを二分する構造の断面図を示す。２つの送達ガス分配チャネル７０８ａが、堆積器アレイの両側にある送達ビアの間にのびることができる。送達ガスオリフィスアレイ７０９は、送達ガス分配チャネルのフロアを形成することができる。送達ガスオリフィスアレイ７０９は、各堆積器への送達ガス及び有機蒸気の流れを調節しながら、その下の構造体から送達ガス分配チャネルを分離することができる。送達ガスオリフィスアレイ７０９は、アレイの長さに沿った不均一な堆積を生成させることなく、堆積器の長いアレイを連続して接続させることを可能にすることがある。排出分配チャネル７１０は、オリフィスアレイの下に配置されることができ、送達ガス分配チャネルに対して垂直にのびることができる。排出分配チャネル７１０は、その中心に排出ビア７１１を有することができる。各排出分配チャネル７１０は、列内の隣接する堆積器で共有されることができる。各堆積器内の排出チャネルは、その隣接する排出分配チャネル７１０から薄い壁で分離されることができ、両方のチャネルが送達ガスオリフィスアレイに隣接されることができる。オリフィス層の下側にエッチングされた浅いトレンチが壁にまたがり、堆積器における排出チャネルと排出分配チャネルとの間に流路を提供することができる。これらのトレンチのサイズと間隔は、堆積器排出チャネルの長さに沿って排出流を均等に分配するように選択される。このトレンチのアレイは、排出オリフィスアレイ７１２を形成することができる。送達ガス分配システムなどの追加の形態は、図７ｄにおける排出ビア間を通る別の平行断面に沿った分解図で示されることができる。指状突起７０８ｂは、送達分配チャネルから分岐し、各堆積器の長さに沿って送達ガスを提供することができる。幾つかの実施形態においては、マイクロノズルアレイは、送達ビア及び排出ビアを有するその頂部に比較的厚い（例えば、＞５００μｍ）蓋７１３と、送達ガス分配チャネルを含むことができる下に配置される分配層７１４と、送達ガス分配チャネル及びフィンガーのフロアを形成する分配層の下のオリフィス層７１５と、を含む、４層構造であることができる。送達オリフィス７１６は、断面図で示され、オリフィス層７１５の幅を通ってその下の堆積器層までのびている。堆積器層７１７は、積み重ねの４番目の層であってもよい。図８ｂに更に示されるように、断面７１８（破線で示される）は、堆積器層の上部面を示す。この実施形態は、排出ビアの列の反対側に２つの鏡像の（ｍｉｒｒｏｒ－ｉｍａｇｅ）堆積器を示す。他の実施形態は、単一列の堆積器、２列の線形オフセット堆積器、及び／又は複数列の堆積器を含むことができる。
【0115】
図８ａは、開示された主題の実施形態に係る、図７ａに示される堆積器の幅を横切る断面からの堆積器の内部構造を示す。各堆積器８０１は、送達ガス分配チャネル８０２及び排出ガス分配チャネル８０３の下に配置されることができる。堆積器８０１の送達チャネル８０４は、１つ以上の送達オリフィス８０５を通って送達ガス分配チャネル８０２に接続されることができる。送達アパーチャ８０６は、送達オリフィス８０５の下流の送達チャネル８０４のもう一方の端部に配置されることができ、基板に衝突する送達ガスの噴射を形成することができる。送達アパーチャ８０６は、送達オリフィス８０５よりも流れ制限が少ない場合がある。流れ方向としての送達は、図８ａにおける実線矢印で示される。
【0116】
送達チャネル８０４と同一線上で延びる排出チャネル８０８につながる排出アパーチャ８０７を通って堆積器８０１の下の堆積ゾーンから、排出ガスは引き出される。各排出チャネル８０８は、オリフィス層の下側にあるエッチングされたポケット８０９のアレイを通って排出分配チャネルに接続することができる。これらの構造は、排出アパーチャよりも流れ制限が大きく、排出チャネルの長さに沿って排出分配チャネルに排出流を均等に広げる排出オリフィスアレイを形成する。
【0117】
図８ｂは、送達ガスオリフィスアレイの平面に平行な排出分配チャネルを通って区分された堆積器を示す。堆積器は、プリント方向８１０に長く、プリンティング速度を最大にすることができる。オリフィスのアレイは、排出ガス分配チャネル８０３に上昇させると、排出チャネル８０８に沿って均一に排出を分配することができる。排出チャネル８０８の部分から排出ビアに最も近い堆積器８１１の側面に向かって、排出は除去されることができる。排出オリフィスアレイは、堆積器の遠い端部が、排出が減少するのを防ぐことができる。
【0118】
開示された主題の実施形態においては、マイクロノズルアレイは、厚み３００μｍ～６００μｍの２つの両面研磨（ＤＳＰ）ウェーハ及び厚み１０μｍ～５０μｍのデバイス層を有するシリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハから作製されることができる。各ウェーハの厚みは、所望の堆積器の寸法及び／又は実行枠組（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）によって決定されることができる。製造プロセスの実施形態は、製造の様々な段階におけるマイクロノズルアレイの部分を用いて、図９に示される。明確にするために個々のダイが示されているが、ダイのウェーハ全体を一度に処理し、後で分離することができる。深掘り反応性エッチング（ＤＲＩＥ）は、各エッチングステップに用いられることができる。図９ａに示されるように、第１のＤＳＰウェーハをエッチングして、トレンチを形成し、蓋９０１、貫通孔及び送達９０２及び排出ビア９０３を形成することができる。
【0119】
図９ｂに示されるように、ＳＯＩウェーハのハンドル層９０４は、その厚みを通してエッチングされ、分配層を形成することができる。分配層は、送達ガス分配チャネル９０５及びフィンガー９０６を含むことができる。排出ビア９０７は、分配層を通ってのびることができる。図９ｃは、エッチングされてオリフィス層を形成するＳＯＩウェーハの一方の側におけるデバイス層９０８を示す。図９ｄに示されるように、オリフィス層のエッチングは、送達オリフィス９０９がその厚みを通してのびるように入れ子状にする（巣、ｎｅｓｔｅｄ）ことができ、排出オリフィスアレイを形成するポケット９１０は、デバイス層全体を通してのびない浅いエッチングで形成されることができる。排出ビア９１１は、オリフィス層を通ることができる。ＳＯＩウェーハのハンドル層とデバイス層との間の埋め込み酸化物は、両側の貫通ウェーハエッチングのエッチングストップになることができ、処理後に除去されることができる。
【0120】
図９ｅに示されるように、第２のＤＳＰウェーハ９１２は、送達チャネル９１３の上流部分、排出チャネル９１４の下流部分、及び排出分配チャネル９１５を形成することができるトレンチのネットワークでエッチングされることができる。これらの構造は、入れ子状エッチングで形成されることができる。排出分配チャネル９１５を形成するトレンチの深さは、排出の比較的低い制限流れを可能にするために、それらの幅より大きくてもよい。送達チャネル９１３及び排出チャネル９１４になるトレンチは、一方の側の排出アパーチャ及び送達アパーチャに接続するのに十分に深いことができる。この構造の拡大図を図９ｆに示す。
【0121】
第２のＤＳＰウェーハの下面を図９ｇに示す。操作中、この側（即ち、下側）は、基板に面する。表面をエッチングし、隆起した突起間に凹部９１６を形成し、アレイの下側の周りのガス流を促進することができる。幾つかの突起は、それらに送達アパーチャ及び排出アパーチャがエッチングされた１つ以上の線状アレイ９１７に配列された堆積器を含むことができる。この側の形態は、単層エッチングにおいて、又は複数の入れ子状のエッジによって生成されることができる。この構造の拡大図を図９ｈに示す。各堆積器突起９１８は、その隆起面に送達アパーチャ９１９及び排出アパーチャ９２０を有することができる。送達アパーチャ９１９は、ウェーハの一方の側にエッチングされた送達チャネルに接続でき、同様に排出アパーチャ９２０は、ウェーハの一方の側にエッチングされた排出チャネルに接続することができる。他の突起９２１は中実であることができ、作製及び操作中に構造の部分に機械的支持及び保護を提供することができる。
【0122】
図９ｉに示されるように、エッチングが完了すると、ウェーハ接着によって構造を組み立てることができる。堆積器層９２２は、ＳＯＩウェーハ９２３によって形成されたオリフィス及び分配層に、融着などの技術で結合されることができる。この結合により、堆積器層内の送達チャネルと、ＳＯＩウェーハ内の送達オリフィス及び送達ガス分配チャネルとを接続することができる。結合は、堆積器層上の排出分配チャネルを覆うことができる。蓋層９２４は、融着などの技術を用いて分配層に結合されることができる。これは、送達ガス分配チャネルを覆う一方で、蓋表面における送達ビア及び排出ビアを通って堆積器層が対処される（ａｄｄｒｅｓｓｅｄ）ことを可能にする。
【0123】
送達ガスオリフィスアレイは、共通のガス分配チャネルに接続された堆積器のアレイへの流れを調節することができる。この構成においては、オリフィスプレートは、通常大きな圧力降下を用いて流れを均等に分割することができるが、送達ガス経路に沿った圧力降下を最小限にし、ＯＶＪＰプロセスから最良の結果を達成することができる。幾つかの実施形態においては、オリフィスアレイに、伝導率の異なるオリフィスを設けることができる。伝導性が最も低いオリフィスは、送達ガス供給源近くの堆積器に流れを誘導することができ、伝導性がより高いオリフィスは、供給源から更に堆積器に流れを誘導することができ、送達ガス分配チャネル内の圧力はより低い。
【0124】
送達チャネルオリフィスプレート１００１は、図１０ａに詳細に示される。送達ビアに最も近い堆積器からの距離は、横軸１００２においてミリメートル単位で測定される。各送達チャネルを提供するアパーチャ１００３は、チャネル軸に沿って１０μｍの一定の長さで３つのグループにクラスター化される。アパーチャは、２０μｍ厚の膜を通過する。アパーチャは、幅が１１０μｍから１８４μｍに増加するなど、送達ビアからの距離が増加するにつれて広くなることができる。これにより、送達ガス分配チャネルにおける圧力変動にもかかわらず、オリフィスを通る一定の流れを可能にすることがある。抵抗が長さに反比例するので、スリットオリフィスの長さを変えることは、その流れ抵抗を変化させることができる。オリフィス間で厚みと幅を変え、抵抗を変えることもできる。
【0125】
図１０ｂに示されるように、オリフィスプレートは、等価回路としてモデル化されることができる。共通の場所から各堆積器に送達ガスを供給する１つ以上のオリフィスは、ノード１００４として表されることができる。ノードには、１からＮまでｎの番号を付けることができ、ｎは、ビアへの堆積器ユニットの数であることができ、Ｎは、ビアによって供給される堆積器の総数であることができる。堆積器アレイが２つのビアによって供給される場合、２Ｎの堆積器があり得、ｎは最も近いビアからの堆積器の数であることができる。各ノードｎは、Ｖｎの流動ポテンシャル（ｆｌｏｗ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を有することができる。流動ポテンシャルは、圧力又は圧力の指数（ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を指すことがある。送達ガス分配ラインに沿ったノードｎから離れてノードｎ＋１への流れは、ｑｎであることができ、各オリフィスを通る流れは、ｊであることができる。送達ラインに沿った流れに対する抵抗は、ＲＬ１００５であることができ、ノードｎでのオリフィスを通る流れに対する抵抗は、ＲＯｎ１００６であることができる。これらの量は、次の方程式で関連付けられることができる。方程式１は保存方程式であることができ、方程式２及び方程式３は、それぞれ、各ノードｎの分配チャネルとオリフィスに沿った流量を提供することができる。前の方程式を解いて、各オリフィスの流れ抵抗間の関係を決定することによって、方程式４を得ることができる。プリントヘッドが、方程式２及び方程式３が有効で線形であるレジーム（ｒｅｇｉｍｅ）で動作される限り、第１のオリフィスＲＯ１は、所望の流量と圧力降下に適したサイズにすることができるが、後続のオリフィスの抵抗は、アレイサイズ及びノード間の送達ガス分配チャネルの抵抗によって完全に決定されることができる。図１０ａに示されているオリフィスの幅は、方程式４を用いて得られることができる。
【化1】
【0126】
１００堆積器として機能する送達ガスオリフィスプレートの性能は、ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）シミュレーションソフトウェアを用いたＣＦＤ（計算流体力学）を用いてシミュレートした。ヘリウム送達ガスは、３００Ｔｏｒｒの圧力、６００Ｋの温度、６００ｓｃｃｍの総質量流量で供給される（ｓｕｐｐｌｅｄ）ことができる。シミュレーション結果を図１０ｃに示すことができる。各堆積器への流れは、横軸１００８上の各堆積器の位置に対して、縦軸１００７に示されることができる。上記の可変性幅アパーチャを通る流量は、破線１００９で示されることができる。それらは、実線１０１０でプロットした一定幅アパーチャを通る流量と比較されることができる。可変の幅アパーチャを有するオリフィスプレートは、シミュレーションの数値誤差内で、各堆積器への均一な流れを可能にすることがある。しかしながら、１１０×１０μｍの均一なサイズのアパーチャを備えたオリフィスプレートは、送達ガスの下流端部で堆積器をなくす（ｓｔａｒｖｅ）ことができる。
【0127】
好ましい実施形態における排出分配チャネルは、送達ガス分配チャネルよりも短くてもよいが、好ましい実施形態におけるそれと同様の方法で動作する。排出分配チャネルは、オリフィス層の反対側にある送達ガス分配チャネルに垂直にのびることができる。図１１ａは、排出分配チャネル及び排出流の流線を示す。厚み約２５μｍのＳｉ膜１１０１は、排出分配チャネル１１０２を排出チャネル１１０３から分離するトレンチ側壁によって形成されることができる。膜上に延びるオリフィス１１０４のアレイは、排出分配チャネルと排出チャネルとを接続することができる。これらのオリフィスは、排出チャネルの長さに沿って均等に流れを分散させることができる。それらがない場合、排出ビア１１０６に最も近い排出チャネルの端部１１０５から、排出は引き出されることができ、排出１１０７の遠い部分からの流れは停滞することができる。送達ガス分配チャネルと同様に、アレイ内の個々のオリフィスの幅を変えて、均一な排出流の分配を促進することができる。図１１ｂにおけるｘ軸の配置は、排出チャネル１１０８における黒い点線で示されることができる。
【0128】
堆積器の長さに沿った排出チャネル内の位置の関数としての流れを図１１ｂに示す。排出チャネルまでの排出ガス流の速度は、縦軸１１０９にプロットされ、堆積器の長さに沿った位置は、横軸１１１０にミクロン単位でプロットされる。ゼロの水平座標は、排出ビアに最も近い排出チャネルの端部に対応することができる。図１１ｂにおけるグラフは、堆積器セクション当たりの１２ｓｃｃｍのＮ２排出の典型的な操作条件下で、流速において系統的変動がないことを示すことができる。
【0129】
堆積器面が凝縮した有機材料で汚れることがないように、熱伝達用の高伝導性経路がダイに亘って存在することができる。堆積器は、基板の近くにあってもよく、ダイの裏側との熱接触が良好でない場合、それによって冷却されてもよい。このことは、Ｓｉは良好な熱伝導体である一方、ガスは劣悪な伝導体であるので、ダイ内で許容できるボイド率に制限が生じることがある。更に、図９ｉにおける製造プロセス、特にボンディング操作は、ダイに大きな圧力をかけることがある。内部構造は、これに耐えるのに十分な堅牢性がある場合がある。熱伝導経路及び機械的補強のためにシリコンを有すると、図９ｂに示される送達ガス分配チャネルに存在するフィンガー構造をもたらすことができる。フィンガーの代わりの広い分配チャネルは、ダイの前面と背面との間に適切な熱的又は機械的接続を提供しないことがある。
【0130】
ダイを通る熱伝達は、ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）を用いてモデル化され、シミュレーション出力は図１２に示される。単一の堆積器及びその周囲のチャネルは、図８ａにおいて断面で示されることができる。図１２ａは、温度をケルビンで示す等高線プロットであることができる。頂部境界は、６００Ｋ １２０１であることができ、堆積器の下部面は、５９５Ｋ １２０２である。基板１２０３は、堆積器の５０μｍ下に位置され、２９３Ｋの温度を有することができる。この結果は、その下部面が冷たい基板に近接しているにもかかわらず、ダイ内の温度が一定であることができることを示す。シリコンデバイダー（ｄｉｖｉｄｅｒ）１２０４に沿って、送達ガス分配チャネルフィンガー１２０５のそれぞれの側への温度勾配は、緩やかであることができ、これらのデバイダーへの効率的な熱の伝導を示す。効率的な伝導経路を必要とする送達チャネル及び排出チャネルの密な充填のために、より低い堆積器１２０６において、勾配はより強くなることができる。
【0131】
この構造の頂部から底部への熱の流れの線を図１２ｂに示すことができる。流束の線は、送達ガス分配チャネルフィンガー及び排出チャネル１２０７などのガスが充填されたチャネルを回避することができる。それらは、送達ガス分配チャネルフィンガーの側面に位置するデバイダーにおいて適度に（ｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ）密であることができるが、排出チャネルと排出分配チャネルとの間のＳｉ壁１２０８及び排出チャネル１２０９を囲むＳｉ壁の両方において濃縮することができる。これらの伝導経路は、より狭い場合があるが、ダイの下部先端の温度を維持するために適切な熱伝達を提供することができる。その厚みに沿ってダイのＳｉを通る熱輸送のための切れ目のない経路がある場合がある。
【0132】
本明細書において記述されている種々の実施形態は、単なる一例としてのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。例えば、本明細書において記述されている材料及び構造の多くは、本発明の趣旨から逸脱することなく他の材料及び構造に置き換えることができる。したがって、特許請求されている通りの本発明は、当業者には明らかとなるように、本明細書において記述されている特定の例及び好ましい実施形態からの変形形態を含み得る。なぜ本発明が作用するのかについての種々の理論は限定を意図するものではないことが理解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0133】
【文献】米国特許第５，８４４，３６３号明細書
【文献】米国特許第６，３０３，２３８号明細書
【文献】米国特許第５，７０７，７４５号明細書
【文献】米国特許第７，２７９，７０４号明細書
【図1】
【図2】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図6a】
【図6b】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図7d】
【図8a】
【図8b】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図9d】
【図9e】
【図9f】
【図9g】
【図9h】
【図9i】
【図10a】
【図10b】
【図10c】
【図11a】
【図11b】
【図12a】
【図12b】
