Surface-coating technologies are important for various applications, e.g., ink-jet printing, micro-electronic engineering and biological arrays. In this study, we introduce a novel idea to obtain uniform patterns using the evaporation of multi-component spherical and non-spherical asymmetric droplets in a confined geometry. When the multi-component liquid droplet evaporates in the confined area, the evaporated vapors are stagnant around the droplet inside the confined chamber because the evaporated vapor molecules are much heavier then the ambient air. These vapors induce long-continuous flows driven by Marangoni effects opposite to coffee-ring flows during evaporation, which help to obtain uniform deposition. Finally, we show that the coffee-ring is totally suppressed and a uniformly dried pattern is achieved. From PIV experiments, we also find that the confinement effect still works for not only spherical but also non-spherical asymmetric droplets although the non-spherical droplet has non-uniform evaporation rates along the contact line due to the vertex where the singularities have a relatively lower contact angle and higher evaporation rate. The newly proposed coating method is expected to be widely used in quantum dots (QDs) color filter in QD-LED industry field where diverse shapes of QDs array, e.g., triangular, square, hexagonal geometries, can be considered depending on streamlining manufacturing processes, lowering a production cost and applying to flexible displays such as curved, bendable and rollable ones.
표면코팅 기술은 잉크젯 프린팅, 마이크로 전자공학 그리고 생물학적 배열과 같은 다양한 분야에서 중요하다. 본 연구에서는 갇힌 구조에서의 다구성 성분을 포함하는 구형과 비구형 비대칭 액적의 증발을 이용하여 균일 퇴적 패턴을 획득할 수 있는 새로운 방법을 소개한다. 다구성 성분의 액적이 갇힌 영역에서 증발을 할 때 액적으로부터 발생한 증발 증기는 증발 증기 분자가 주위 공기보다 훨씬 무겁기 때문에 갇힌 구조 내 액적 주위에 정체하게 된다. 이러한 증기는 마랑고니 효과에 의해 커피링 유동과 반대방향으로 오랜시간 동안 지속되는 내부 유동을 증발 과정에서 유도하며, 이와 같은 현상은 균일한 퇴적 패턴 획득에 도움을 준다. 본 연구에서는 커피링이 완전히 억제되고 균일하게 건조된 패턴을 획득하였다. 비구형 액적의 경우는 각 꼭지점에서의 상대적으로 작은 접촉각과 높은 증발률을 갖는 특이점으로 인해 기존 구형 액적과는 다른 증발 메커니즘을 가짐에도 불구하고 입자영상유속계 결과를 통해 위와 같은 갇힘 효과는 구형 뿐만 아니라 비구형 비대칭 액적에 대해서도 여전히 유효함을 확인하였다. 퀀텀닷 발광 다이오드 분야에서의 퀀텀닷 컬러 필터는 공정 최적화 또는 발광 효율을 개선하기 위해서는 삼각, 사각, 그리고 육각과 같은 다양한 형상의 퀀텀닷 배열을 고려할 수 있으며, 따라서 본 연구에서 제시한 코팅 방법은 퀀텀닷 디스플레이 분야에 널리 사용될 것으로 기대된다.
