스트라이프(stripe) 코팅은 잉크젯 프린팅 공정에서 잉크 방울을 가두는데 사용되는 화소뱅크(bank) 구조를 제거할 수 있게 해주는 장점이 있다. 슬롯 다이 코팅을 이용하여 스트라이프를 코팅하는 다수의 연구가 수행되었 지만, active-matrix organic light-emitting diode (...
스트라이프(stripe) 코팅은 잉크젯 프린팅 공정에서 잉크 방울을 가두는데 사용되는 화소뱅크(bank) 구조를 제거할 수 있게 해주는 장점이 있다. 슬롯 다이 코팅을 이용하여 스트라이프를 코팅하는 다수의 연구가 수행되었 지만, active-matrix organic light-emitting diode (AMOLED) 디스플레이 분야에 적용하기에 여전히 스트라이프 폭이 너무 넓다. 이에 본 논문에서는 폭이 화소만큼 좁고 간격이 화소 어레이만큼 조밀한 고밀도의 유기 스트라 이프를 제작할 수 있는 슬롯 다이 코팅 공정에 관해 연구하였다. 이를 위하여 μ-tip이 있는 메니스커스 가이드(meniscus guide)와 슬릿 채널(slit channel)이 있는 심(shim)이 내장된 슬롯 다이 헤드를 이용하여 정공 주입층으로 널리 사용되는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate) (PEDOT:PSS)를 스트라이프 코팅하였다. μ-Tip 길이가 짧을 경우 헤드 립과 기판 사이에 메니스커스가 형성되어 안정적인 스트 라이프 코팅을 할 수 없으며 안정적인 스트라이프 코팅을 위하여 길이가 250㎛ 이상인 μ-tip을 사용해야 한다. 히팅 롤(heating roll)을 이용한 예비 건조를 통해 다층 미세 스트라이프의 평탄화가 가능함을 증명하였다. 다음으로 전산 유체 역학 시뮬레이션을 통해 헤드 립의 접촉각을 증가 시키고 dual plate(메니스커스 가이드와 심)에 미세 홈(groove) 패턴을 형성하여 모세관 흐름을 실질적으로 억제할 수 있음을 보였다. 시뮬레이션 결과를 토대로, 소수성 물질을 헤드 립(head lip)에 코팅하고 마이크로 패턴이 있는 dual plate를 사용하여 소수성 슬롯 다이 헤드를 제작하였다. 이를 통해 PEDOT:PSS 용액의 측면 모세관 흐름(lateral capillary flow)을 크게 억제하여 코팅 속도를 증가시켰고 76㎛로 폭이 좁은 유기 스트라이프를 제작하였다. 이어서 다양한 모양의 μ-tip이 있는 슬롯 다이 헤드를 사용하여 고밀도 미세 유기 스트라이프를 제작하였다. 직사각형 모양의 좁은 μ-tip에서 발생하는 낮은 코팅 속도에서의 라인 끊김과 직사각형 모양의 넓은 μ -tip에서 나타나는 라인 확장 모두 선형적으로 폭이 좁아지는 μ-tip을 사용하여 피할 수 있음을 입증하였다. 이는 슬롯 다이 헤드 내부의 유압 저항이 감소하고 메니스커스가 선형 테이퍼(taper) 구조에 의해 잘 제어되기 때문이다. 또한 다중 PEDOT:PSS 스트라이프 제작 시 선형 테이퍼 구조는 스트라이프 사이의 간격을 일정하게 해준다. 고밀도의 미세한 PEDOT:PSS 스트라이프를 제작하기 위하여, 각각 175개의 선형적으로 폭이 좁아지는 μ-tip이 있는 2개의 메니스커스 가이드가 내장된 슬롯 다이 헤드를 고안 하였다. 이와 같은 슬롯 다이 헤드를 사용하여 350개의 PEDOT:PSS 스트 라이프를 코팅하였고 5V에서 350cd/m 2 의 휘도로 발광하는 300개의 OLED 스트라이프 (59 stripes per inch)를 성공적으로 제작하였다. 마지막으로 스트라이프 밀도를 더욱 높이기 위하여 다양한 모양의 슬릿 채널이 있는 심이 내장된 슬롯 다이 헤드를 사용하여 스트라이프 코팅을 수행하였다. 먼저 수력 전기 회로 비유(hydraulic-electric circuit analogy) 를 기반으로 PEDOT:PSS의 유체 역학을 분석하였다. 직사각형 모양의 폭이 넓은 슬릿 채널을 사용하여 코팅 속도를 높이고 스트라이프 너비를 줄일 수 있음을 알 수 있었으며, 이는 유압 저항이 감소하여 더 많은 유체가 슬릿 채널을 따라 흘러나와 μ-tip을 통해 기판에 도달할 수 있기 때문이다. 이 동작은 압력원에 상응하는 DC 전압원이 있는 등가 전기 회로의 시뮬레이션 결과와 일치한다. 이를 기반으로 150㎛ 폭의 슬릿 채널이 있는 심을 사용하여 150mm 범위에 200개의 PEDOT:PSS 스트라이프(34 stripes per inch)를 코팅하였고 5V에서 휘도 325cd/m 2 의 휘도로 발광하는 160개의 OLED 스트라이프를 성공적으로 제작하였다.
스트라이프(stripe) 코팅은 잉크젯 프린팅 공정에서 잉크 방울을 가두는데 사용되는 화소 뱅크(bank) 구조를 제거할 수 있게 해주는 장점이 있다. 슬롯 다이 코팅을 이용하여 스트라이프를 코팅하는 다수의 연구가 수행되었 지만, active-matrix organic light-emitting diode (AMOLED) 디스플레이 분야에 적용하기에 여전히 스트라이프 폭이 너무 넓다. 이에 본 논문에서는 폭이 화소만큼 좁고 간격이 화소 어레이만큼 조밀한 고밀도의 유기 스트라 이프를 제작할 수 있는 슬롯 다이 코팅 공정에 관해 연구하였다. 이를 위하여 μ-tip이 있는 메니스커스 가이드(meniscus guide)와 슬릿 채널(slit channel)이 있는 심(shim)이 내장된 슬롯 다이 헤드를 이용하여 정공 주입층으로 널리 사용되는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate) (PEDOT:PSS)를 스트라이프 코팅하였다. μ-Tip 길이가 짧을 경우 헤드 립과 기판 사이에 메니스커스가 형성되어 안정적인 스트 라이프 코팅을 할 수 없으며 안정적인 스트라이프 코팅을 위하여 길이가 250㎛ 이상인 μ-tip을 사용해야 한다. 히팅 롤(heating roll)을 이용한 예비 건조를 통해 다층 미세 스트라이프의 평탄화가 가능함을 증명하였다. 다음으로 전산 유체 역학 시뮬레이션을 통해 헤드 립의 접촉각을 증가 시키고 dual plate(메니스커스 가이드와 심)에 미세 홈(groove) 패턴을 형성하여 모세관 흐름을 실질적으로 억제할 수 있음을 보였다. 시뮬레이션 결과를 토대로, 소수성 물질을 헤드 립(head lip)에 코팅하고 마이크로 패턴이 있는 dual plate를 사용하여 소수성 슬롯 다이 헤드를 제작하였다. 이를 통해 PEDOT:PSS 용액의 측면 모세관 흐름(lateral capillary flow)을 크게 억제하여 코팅 속도를 증가시켰고 76㎛로 폭이 좁은 유기 스트라이프를 제작하였다. 이어서 다양한 모양의 μ-tip이 있는 슬롯 다이 헤드를 사용하여 고밀도 미세 유기 스트라이프를 제작하였다. 직사각형 모양의 좁은 μ-tip에서 발생하는 낮은 코팅 속도에서의 라인 끊김과 직사각형 모양의 넓은 μ -tip에서 나타나는 라인 확장 모두 선형적으로 폭이 좁아지는 μ-tip을 사용하여 피할 수 있음을 입증하였다. 이는 슬롯 다이 헤드 내부의 유압 저항이 감소하고 메니스커스가 선형 테이퍼(taper) 구조에 의해 잘 제어되기 때문이다. 또한 다중 PEDOT:PSS 스트라이프 제작 시 선형 테이퍼 구조는 스트라이프 사이의 간격을 일정하게 해준다. 고밀도의 미세한 PEDOT:PSS 스트라이프를 제작하기 위하여, 각각 175개의 선형적으로 폭이 좁아지는 μ-tip이 있는 2개의 메니스커스 가이드가 내장된 슬롯 다이 헤드를 고안 하였다. 이와 같은 슬롯 다이 헤드를 사용하여 350개의 PEDOT:PSS 스트 라이프를 코팅하였고 5V에서 350cd/m 2 의 휘도로 발광하는 300개의 OLED 스트라이프 (59 stripes per inch)를 성공적으로 제작하였다. 마지막으로 스트라이프 밀도를 더욱 높이기 위하여 다양한 모양의 슬릿 채널이 있는 심이 내장된 슬롯 다이 헤드를 사용하여 스트라이프 코팅을 수행하였다. 먼저 수력 전기 회로 비유(hydraulic-electric circuit analogy) 를 기반으로 PEDOT:PSS의 유체 역학을 분석하였다. 직사각형 모양의 폭이 넓은 슬릿 채널을 사용하여 코팅 속도를 높이고 스트라이프 너비를 줄일 수 있음을 알 수 있었으며, 이는 유압 저항이 감소하여 더 많은 유체가 슬릿 채널을 따라 흘러나와 μ-tip을 통해 기판에 도달할 수 있기 때문이다. 이 동작은 압력원에 상응하는 DC 전압원이 있는 등가 전기 회로의 시뮬레이션 결과와 일치한다. 이를 기반으로 150㎛ 폭의 슬릿 채널이 있는 심을 사용하여 150mm 범위에 200개의 PEDOT:PSS 스트라이프(34 stripes per inch)를 코팅하였고 5V에서 휘도 325cd/m 2 의 휘도로 발광하는 160개의 OLED 스트라이프를 성공적으로 제작하였다.
In this study, we have fabricated high-density organic stripes as narrow as a pixel width and as dense as a pixel array using the slot-die coating. To end this, we have performed stripe coatings of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly (4-styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) using a slot-die head with the ...
In this study, we have fabricated high-density organic stripes as narrow as a pixel width and as dense as a pixel array using the slot-die coating. To end this, we have performed stripe coatings of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly (4-styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) using a slot-die head with the dual plate (shim with slit channels and meniscus guide with μ-tips as narrow as pixels). For the μ-tip with length of 250 ㎛ or above, a stable stripe coating is feasible because the meniscus is formed between the μ-tip and the substrate. It is demonstrated that the planarization of multilayer fine stripes is possible via pre-drying by a heating roll. Through computational fluid dynamics (CFD) simulations, we demonstrate that capillary flow can be significantly suppressed by increasing the contact angle of the head lip and forming the microscale groove patterns in the dual plate. Based on the simulation results, we have fabricated a hydrophobic slot-die head by coating the head lip with a hydrophobic material and embedding the dual plate with micropatterns into the slot-die head. Using this slot-die head, we can suppress the lateral capillary flow of the aqueous PEDOT:PSS to a great extent and, hence, increase the coating speed, rendering the stripe narrow (76 ㎛). To fabricate high-density fine stripes, we have performed slot-die coatings using the slot-die head with μ-tips in various shapes. It is found that both line breakup occurring at low coating speeds with the rectangular-shaped narrow μ-tip and line broadening appearing with the rectangular-shaped wide μ-tip are avoidable using the linearly tapered μ-tip. It is attributed that the linearly tapered structure reduced the hydraulic resistance inside the slot-die head and controlled the meniscus well. It also provides a positive effect to keep the spacing between stripes constant in the fabrication of multiple PEDOT:PSS stripes. With such a slot-die head, we have successfully fabricated 350 PEDOT:PSS stripes and 300 OLED stripes (59 stripes per inch) with the luminance of 350 cd/m 2 at 5 V. With an attempt to further increase the stripe density, we have performed slot-die coatings using a shim with slit channels in various shapes. Based on hydraulic-electric circuit analogy, we have investigated the fluid dynamics of the PEDOT:PSS solution. It is observed that a shim with rectangular-shaped wide slit channels can increase the coating speed and decrease the stripe width. It is because the hydraulic resistance is decreased by the wide slit channel and thus more fluid can reach a substrate through μ-tips. This behavior is consistent with the simulation result of the equivalent electrical circuit with a DC voltage source corresponding to a pressure source. Using the shim with 150-㎛ -wide slit channels, we have coated 200 PEDOT:PSS stripes in a range of 150 mm (34 stripes per inch) and fabricated 160 OLED stripes with the luminance of 325 cd/m 2 at 5 V.
In this study, we have fabricated high-density organic stripes as narrow as a pixel width and as dense as a pixel array using the slot-die coating. To end this, we have performed stripe coatings of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly (4-styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) using a slot-die head with the dual plate (shim with slit channels and meniscus guide with μ-tips as narrow as pixels). For the μ-tip with length of 250 ㎛ or above, a stable stripe coating is feasible because the meniscus is formed between the μ-tip and the substrate. It is demonstrated that the planarization of multilayer fine stripes is possible via pre-drying by a heating roll. Through computational fluid dynamics (CFD) simulations, we demonstrate that capillary flow can be significantly suppressed by increasing the contact angle of the head lip and forming the microscale groove patterns in the dual plate. Based on the simulation results, we have fabricated a hydrophobic slot-die head by coating the head lip with a hydrophobic material and embedding the dual plate with micropatterns into the slot-die head. Using this slot-die head, we can suppress the lateral capillary flow of the aqueous PEDOT:PSS to a great extent and, hence, increase the coating speed, rendering the stripe narrow (76 ㎛). To fabricate high-density fine stripes, we have performed slot-die coatings using the slot-die head with μ-tips in various shapes. It is found that both line breakup occurring at low coating speeds with the rectangular-shaped narrow μ-tip and line broadening appearing with the rectangular-shaped wide μ-tip are avoidable using the linearly tapered μ-tip. It is attributed that the linearly tapered structure reduced the hydraulic resistance inside the slot-die head and controlled the meniscus well. It also provides a positive effect to keep the spacing between stripes constant in the fabrication of multiple PEDOT:PSS stripes. With such a slot-die head, we have successfully fabricated 350 PEDOT:PSS stripes and 300 OLED stripes (59 stripes per inch) with the luminance of 350 cd/m 2 at 5 V. With an attempt to further increase the stripe density, we have performed slot-die coatings using a shim with slit channels in various shapes. Based on hydraulic-electric circuit analogy, we have investigated the fluid dynamics of the PEDOT:PSS solution. It is observed that a shim with rectangular-shaped wide slit channels can increase the coating speed and decrease the stripe width. It is because the hydraulic resistance is decreased by the wide slit channel and thus more fluid can reach a substrate through μ-tips. This behavior is consistent with the simulation result of the equivalent electrical circuit with a DC voltage source corresponding to a pressure source. Using the shim with 150-㎛ -wide slit channels, we have coated 200 PEDOT:PSS stripes in a range of 150 mm (34 stripes per inch) and fabricated 160 OLED stripes with the luminance of 325 cd/m 2 at 5 V.
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