KR101416977B1 - 증발원 및 이를 구비한 증착장치 - Google Patents

Abstract

증발원 및 이를 구비한 증착장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 증발물질을 증착하여 박막층을 형성하기 위한 증발원으로서, 내부에 증발물질이 수용되는 용기 형상의 도가니와; 일단이 상기 도가니의 상단과 연결되는 이송관과; 상기 이송관과 연통되도록 이송관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 분사노즐이 형성되는 확산관을 포함하는 노즐부와; 상기 도가니의 바닥에서 상기 이송관을 향하여 연장되는 히팅튜브와; 상기 히팅튜브의 상부에 배치되는 제1 온도조절부; 및 상기 히팅튜브의 하부에 배치되는 제2 온도조절부를 포함하는, 증발원이 제공된다.

Description

증발원 및 이를 구비한 증착장치{Evaporation source and Apparatus for deposition having the same}

본 발명은 증발원 및 이를 구비한 증착장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 히팅튜브가 형성된 도가니를 포함하는 증발원 및 이를 구비한 증착 장치에 관한 것이다.

유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하는 스스로 빛을 내는 자발광소자로서, 비발광소자에 빛을 가하기 위한 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량이고 박형의 평판표시장치를 제조할 수 있다.

이러한 유기 전계 발광소자를 이용한 평판표시장치는 응답속도가 빠르며, 시야각이 넓어 차세대 표시장치로서 대두 되고 있다. 특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이다.

유기 전계 발광 소자는, 애노드 및 캐소드 전극을 제외한 나머지 구성층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등이 유기 박막으로 되어 있고, 이러한 유기 박막은 진공열증착방법으로 기판 상에 증착된다.

진공열증착방법은 진공 챔버 내에 기판을 배치하고, 일정 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)를 기판에 정렬시킨 후, 증발물질이 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 승화되는 증발물질을 기판 상에 증착하는 방식으로 이루어진다.

도 1에서와 같이, 종래 기술에 따른 증착 장치의 경우, 진공챔버(10), 기판(12), 기판지지대(14), 증발원(16), 용기(20), 열선(18)으로 구성되었다. 종래 기술에 따른 증발원 및 이를 구비한 증착장치의 경우, 증발물질을 증발입자로 가열하기 위한 열공급은 증발원(16) 외부에 열선(18)을 감아서 이루어졌다.

그러나 이러한 방식의 열공급 수단의 경우, 열전달과정에서 열효율이 매우 낮은 문제점이 있었다. 또한, 열선(18)에 열을 가하는 과정, 열선을 감는 과정 또는 열선을 분리하는 과정에서 열선(18)이 쉽게 단절되어 유기전계발광소자 생산장비 전체의 교체 등이 이루어지는 등 외부에 열선을 감음으로 인하여 발생하는 문제점이 상당했다.

또한, 열선(18)의 가열과정에서 발생하는 자체소성에 의하여 열선 성분의 불순물이 반드시 도출되어, 유기전계발광소자 자체의 오염이 발생하는 등 열선의 배치에 의한 문제가 상당했다.

또한, 용기(20) 내부에 수용되는 유기물질 중 용기(20) 하부에 위치하게 되는 유기물질의 경우, 용기(20)전체의 가열에 의해 증발입자로 변화되기는 하나, 용기(20)상단에 적층된 증발물질들에 의하여 상향 이동하지 못함으로써, 유기물이 변성되는 문제가 있었다. 유기전계 발광소자 제작에 사용되는 유기물 증발물질은 매우 고가로서, 종래와 같이 용기(20)전체를 가열할 경우, 용기(20)하단에 수용된 증발물질들의 변성이 발생하여, 유기전계 발광소자 생산성 자체를 떨어트리는 문제가 있다.

본 발명은 증발물질을 보다 효율적으로 가열하며, 열선의 불순물에 의한 기판 오염을 방지할 수 있고, 증발원 내부에 수용되는 증발물질의 변성을 방지하는 증발원 및 이를 구비한 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 증발물질을 증착하여 박막층을 형성하기 위한 증발원으로서, 내부에 증발물질이 수용되는 용기 형상의 도가니와; 일단이 상기 도가니의 상단과 연결되는 이송관과; 상기 이송관과 연통되도록 이송관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 분사노즐이 형성되는 확산관을 포함하는 노즐부와; 상기 도가니의 바닥에서 상기 이송관을 향하여 연장되는 히팅튜브와; 상기 히팅튜브의 상부에 배치되는 제1 온도조절부; 및 상기 히팅튜브의 하부에 배치되는 제2 온도조절부를 포함하는, 증발원이 제공된다.

상기 증발원은, 제1 온도조절부의 온도가 상기 제2 온도조절부의 온도보다 높을 수 있다.

상기 증발원의 제1 온도조절부 및 제2 온도조절부는, 열선; 및 상기 열선을 피복하는 절연체를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판에 증발물질을 증착하여 박막층을 형성하기 위한 증착장치로서, 상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버와; 상기 기판에 대향하여 배치되는 상기 증발원을 포함하는, 증착장치가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 증발원 및 이를 구비한 증착장치는, 증발물질을 보다 효율적으로 가열할 수 있으며, 열선의 불순물에 의한 기판 오염을 방지할 수 있고, 증발원 내부에 수용되는 증발물질의 변성을 방지할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 증발원의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 증발원의 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착장치의 단면도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 증발원 및 이를 구비한 증착장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 증발원의 단면도이며, 도 2 및 도 3에는 진공챔버(10), 기판(12), 기판지지대(14), 증발원(16), 도가니(26), 이송관(32), 분사노즐(22), 확산관(24), 노즐부(21), 히팅튜브(30), 제1 온도조절부(28), 제2 온도조절부(42), 열선(28, 42), 절연체(38, 42)가 개시된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 증발물질을 가열하여 기판(12)에 박막을 형성하기 위한 증발원(16)으로서, 내부에 증발물질이 수용되는 용기 형상의 도가니(26)와; 일단이 도가니(26)의 상단과 연결되는 이송관과; 이송관과 연통되도록 이송관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 분사 노즐이 형성되는 확산관(24)을 포함하는 노즐부(21)와; 도가니(26)의 바닥에서 이송관을 향하여 연장되는 히팅튜브(30); 및 히팅튜브(30)의 길이 방향으로 삽입되는 제1 온도조절부(28)를 포함하는, 증발원(16)이 제공된다.

도가니(26)는, 내부에 증발물질이 수용되며, 용기 형상이다. 도가니(26) 내부에 수용되는 증발물질은 유기물질이며, 도가니(26)의 가열에 의하여 증발물질은 증발입자가 되어 상향 이동하게 된다. 도가니(26) 상단은 개방되어 있으며, 도가니(26)의 하단은 밀봉되어 있다.

이송관(32)은, 일단이 상기 도가니(26)의 상단과 연결될 수 있다. 이송관(32)은 증발물질에서 증발입자로 기화되는 유기물질이 확산관(24)을 거쳐 노즐에서 기판(12) 방향으로 분사될 수 있도록 증발입자를 가이드하는 역할을 한다. 이송관(32)은 상향 연장되는 튜브 형상일 수 있다.

노즐부(21)는, 이송관(32)과 연통되도록 이송관(32)의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 분사노즐(22)이 형성되는 확산관(24)을 포함한다. 확산관(24)은 종방향의 이송관(32)에 횡방향으로 결합하므로, 전체적인 형상이 알파벳 T자 형태일 수 있다. 따라서 이송관(32)에서 상향 이동하는 증발입자를 좌우로 확산시킬 수 있다.

노즐부(21)의 확산관(24)에는 복수의 분사노즐(22)이 확산관(24)의 길이방향으로 배치된다. 확산관(24)의 좌우로 확산된 증발입자는 복수의 분사노즐(22)을 통해 기판(12)방향으로 분사된다.

히팅튜브(30)는 도가니(26)의 바닥에서 이송관(32)의 내부까지 연장될 수 있다. 히팅튜브(30)는 도가니(26)의 하면으로부터 이송관(32) 방향으로 융기된 튜브형상일 수 있다. 히팅튜브(30)는 후술할 제1 온도조절부(28) 또는 제2 온도조절부(42)가 삽입될 수 있는 중공부를 가질 수 있다. 히팅튜브(30)는 도가니(26)의 하면에서 융기한다.

도 2를 참조하면, 히팅튜브(30)는, 본 실시예에서는 도가니(26)의 중심부에서 융기하게 되며, 이송관(32)을 향하여 융기하는 형상을 제시한다. 히팅튜브(30)의 내측 중공부에는 증발물질이 진입할 수 없으며, 후술할 제1 온도조절부(28) 및 제2 온도조절부(42)가 안치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 히팅튜브(30)는, 도가니(26)의 최상단이 이루는 평면을 도과하여 이송관(32) 내측까지 연장될 수 있다. 히팅튜브(30)가 이송관(32)과 확산관(24)이 만나는 지점까지 융기할 수 있다. 히팅튜브(30)가 이송관(32) 내측까지 충분히 연장될 경우, 증발입자로 기화된 유기물질에 충분한 열을 부가해줄 수 있으며, 도가니(26), 이송관(32), 확산관(24) 사이의 온도구배를 최적화 할 수 있다.

제1 온도조절부(28)는 히팅튜브(30)의 상부에 배치될 수 있다. 제1 온도조절부(28)는 히팅튜브(30)의 길이 방향으로 삽입될 수 있다. 히팅튜브(30)는 이송관(32)방향으로 융기하는 중공부를 가질 수 있고, 제1 온도조절부(28)는 히팅튜브(30)의 중공부에 삽입되어 도가니(26)에 수용된 증발물질뿐만 아니라, 이미 증발입자로 기화되어 상승 이동하고 있는 유기물에도 충분한 열을 가할 수 있다. 제1 온도조절부(28)는 히터일 수 있다.

제2 온도조절부(42)는 히팅튜브(30)의 하부에 배치될 수 있다. 제2 온도조절부(28)는 히팅튜브(30)의 길이 방향으로 삽입될 수 있다. 제2 온도조절부(42)는 히팅튜브(30)의 중공부에 삽입되어, 도가니(26)에 수용된 증발물질의 온도를 조절할수있다. 제2 온도조절부(42)에 의하여 형성되는 도가니(26) 하단의 온도는 도가니(26) 상단의 온도보다 낮을 수 있다. 제2 온도조절부(42)는 가열수단일 수 있으나, 제1 온도조절부(28)에 의한 증발물질의 변성을 충분히 방지할 수 있도록 냉각수단으로 구성될 수도 있다.

제1 온도조절부(28)는 후술할 제2 온도조절부(42)보다 온도가 높을 수 있으며, 이송관(32) 및 확산관(24)보다는 온도가 낮을 수 있다. 증발입자로 기화된 유기물이 상승 이동하기 위해서는 온도구배가 이루어져야 하며, 이를 위하여, 기판과 가까울수록 온도가 높아야 증발입자의 상승 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.

제1 온도조절부(28) 및 제2 온도조절부(42)는, 열선; 및 열선을 피복하는 절연체를 포함할 수 있다. 열선은 저항 값이 큰 금속재료를 사용할 수 있다. 또한, 열선이 아닌 원기둥 형상의 발열체를 사용할 수 있다. 절연체는 열선의 발열에 의하여 히팅튜브(30)가 직접 가열되는 것을 방지하기 위하여 배치된다.

열선과 히팅튜브(30)가 직접 접촉하게 될 경우, 금속간에 흐르는 전류 및 열에 의하여 증착 프로세스가 균일하게 진행되지 못할 수 있다. 따라서, 절연체는 열의 전달과 전류의 차단을 적정하게 조절하는 역할을 하며, 소재는 다양하게 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 세라믹 절연체를 제시한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착장치의 단면도이다. 도 4에는, 진공챔버(10), 기판(12), 기판지지대(14), 증발원(16), 도가니(26), 제1 온도조절부(28), 제2 온도조절부(42)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따르면, 기판(12)에 증발물질을 증착하여 박막층을 형성하기 위한 증착장치로서, 기판(12)이 내부에 안착되는 진공챔버(10)와; 기판(12)에 대향하여 배치되는 증발원(16)을 포함하는, 증착장치가 제공된다.

진공챔버(10)는 기판(12)에 유기물을 증착할 수 있도록 일정한 진공도가 유지되며, 클러스터 또는 인라인 생산방식에 포함되는 진공챔버(10)일 수 있다. 기판(12)은 기판(12)지지대에 의하여 지지되며, 하단의 증발원(16)과 대응된다. 증발원(16)에서 기판(12)을 향하여 분사되는 증발입자들은 기판(12)에 증착되며, 유기물의 증착에 의하여 유기전계발광 디스플레이를 생성된다.

증발원(16)은 기판(12)에 대향배치되며, 본 실시예에서는 증발원(16)의 이송관(32) 일부, 도가니(26), 제1 가열체(28) 및 제2 가열체(42)는 진공챔버(10) 외부에 배치될 수 있다. 따라서, 히팅튜브(30)에 삽입되는 제1 가열체(28) 및 제2 가열체(42)는 진공챔버(10)의 진공을 해제시키는 작업이 없이도 가능하다.

상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

10: 진공챔버 12: 기판
14: 기판지지대 16: 증발원
21: 노즐부 22: 분사노즐
24: 확산관 26: 도가니
28: 제1 온도조절부 30: 히팅튜브
32: 이송관 42: 제2 온도조절부

Claims (4)

1. 기판에 증발물질을 증착하여 박막층을 형성하기 위한 증발원으로서,
   내부에 증발물질이 수용되는 용기 형상의 도가니와;
   일단이 상기 도가니의 상단과 연결되는 이송관과;
   상기 이송관과 연통되도록 이송관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 분사노즐이 형성되는 확산관을 포함하는 노즐부와;
   상기 도가니의 바닥에서 상기 이송관을 향하여 융기되고, 상기 이송관의 내부까지 연장되는 히팅튜브와;
   상기 히팅튜브의 상부에 배치되는 제1 온도조절부; 및
   상기 히팅튜브의 하부에 배치되는 제2 온도조절부를 포함하는, 증발원.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 온도조절부의 온도는 상기 제2 온도조절부의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는, 증발원.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 온도조절부 및 상기 제2 온도조절부는,
   열선; 및
   상기 열선을 피복하는 절연체를 포함하는, 증발원.
   
4. 기판에 증발물질을 증착하여 박막층을 형성하기 위한 증착장치로서,
   상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버와;
   상기 기판에 대향하여 배치되는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 증발원을 포함하는, 증착장치.
   

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