KR101530027B1 - Oled 제조용 인라인 증착장치 - Google Patents

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Abstract

OLED 제조용 인라인 증착장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 제조용 인라인 증착장치는, 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버 내의 상부 영역에서 이격공간을 사이에 두고 배치되는 다수의 격벽; 챔버 내의 하부 영역에 배치되어 이격공간을 향해 증발 물질을 제공하는 증발 소스; 및 격벽에 결합되며, 기판의 판면에 교차되는 방향을 따라 회전되면서 이격공간을 선택적으로 개폐하는 다수의 수직형 회전 셔터유닛을 포함한다.

Description

OLED 제조용 인라인 증착장치{INLINE DEPOSITION APPARATUS FOR MANUFACTURING OLED}
본 발명은, OLED 제조용 인라인 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단한 구조를 통해 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소할 수 있는 OLED 제조용 인라인 증착장치에 관한 것이다.
일반적으로 평판표시소자인 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)는 유기물의 자체 발광에 의해 컬러 화상을 구현하는 초경박형 표시장치로서, 그 구조가 간단하면서 광효율이 높다는 점에서 차세대의 유망 디스플레이 장치로서 주목받고 있다.
이러한 유기전계발광표시장치(OLED)는 애노드와 캐소드 그리고, 애노드와 캐소드 사이에 개재된 유기막들을 포함하고 있다.
여기서 유기막들은 최소한 발광층을 포함하며, 발광층 이외에도 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층을 더 포함할 수 있다.
유기전계발광표시장치는 유기막 특히, 발광층을 이루는 물질에 따라서 고분자 유기발광소자와 저분자 유기발광소자로 나누어질 수 있다. 풀 칼라(full color)를 구현하기 위해서는 발광층을 패터닝해야 하는데, 대형 OLED를 제작하는 방식으로는 FMM(Fine Metal Mask, 이하 마스크라 함)을 이용한 직접 패터닝 방식과 LITI(Laser Induced Thermal Imaging) 공법을 적용한 방식, 컬러 필터(color filter)를 이용하는 방식 등이 있다.
마스크 방식을 적용하여 대형 OLED를 제작할 때에는 챔버 내에 기판과 패터닝(patterning)된 마스크를 수평으로 배치시킨 후에 마스크를 향해 증착물질을 분사하여 기판을 증착시키는 이른 바 수평식 상향 증착공법이 널리 적용되고 있다.
한편, 인라인(Inline) 증착장치에서는 기판에 대한 연속 증착 공정을 위하여 증발 소스와 기판 간에 개방(open)되는 오픈 구간과 차폐(close)되는 클로즈 구간으로 나뉜다.
오픈 구간에서는 증발 소스에서 증발되는 증발 물질이 기판에 코팅(coating)되는 실질적인 증착 공정이 진행된다.
이에 반해, 클로즈 구간에서는 증발 소스에서 증발되는 증발 물질이 기판에 코팅되지 않도록 하면서 기판을 이송하고, 이에 더하여 증발 소스로부터의 안정적인 증발이 발생될 수 있게 준비한다.
인라인 증착장치에서는 기판에 대한 연속 증착 공정을 위해 위의 오픈 구간과 클로즈 구간이 서로 스위칭(switching)되는데, 이러한 오픈 구간과 클로즈 구간의 구현을 위해 증발 소스와 기판 사이에는 셔터가 요구된다.
이처럼 셔터는 증발 소스를 가리는 역할을 하기 때문에 워터(water) 등의 냉매 순환경로가 챔버(chamber)의 외부와 연결되어야만 하는데, 셔터의 구동 방식에 따라 일부의 셔터는 구조적인 한계로 인해 냉각 방식의 적용이 어렵거나 공간상의 제약을 가져오는 문제점을 발생시킨다.
예컨대, 슬라이딩 방식의 셔터는 구조상 공간 활용도는 높을 수 있지만 냉매 순환경로가 챔버의 외부와 연결되어야 하기 때문에 챔버의 내외를 관통하는 부분에 대한 실링(sealing)이 불가능하여 적용이 어려운 문제점이 있다.
그리고 기판과 평행한 상태에서 회전되는 방식의 셔터는 냉매 순환경로를 확보하기는 어렵지 않으나 회전 공간의 확보를 위해 챔버의 풋 프린트(foot print)가 커질 수밖에 없어 비용이 증가될 수 있는 문제점이 있으므로 이러한 문제점을 고려한 구조 개발이 시급한 실정이다.
대한민국특허청 공개번호 제10-2012-0077382호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 간단한 구조를 통해 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소할 수 있는 OLED 제조용 인라인 증착장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버 내의 상부 영역에서 이격공간을 사이에 두고 배치되는 다수의 격벽; 상기 챔버 내의 하부 영역에 배치되어 상기 이격공간을 향해 증발 물질을 제공하는 증발 소스; 및 상기 격벽에 결합되며, 상기 기판의 판면에 교차되는 방향을 따라 회전되면서 상기 이격공간을 선택적으로 개폐하는 다수의 수직형 회전 셔터유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치가 제공될 수 있다.
상기 수직형 회전 셔터유닛은 상기 이격공간 하나당 한 쌍씩 배치될 수 있다.
상기 수직형 회전 셔터유닛은, 상기 챔버의 내외를 통과하며, 내부에 냉각수가 유동되는 메인 냉각라인이 형성되는 냉각수 유동겸용 회전샤프트; 및 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트와 연결되고 상기 챔버의 내부에서 상기 이격공간 영역에 배치되며, 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트의 메인 냉각라인과 연통되는 서브 냉각라인이 내부에 형성되는 셔터를 포함할 수 있다.
상기 셔터 내의 서브 냉각라인은 상기 셔터의 전체 구간에 걸쳐 배치되도록 지그재그(zigzag) 형상을 가질 수 있다.
상기 수직형 회전 셔터유닛은, 상기 챔버의 양측 외벽에서 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트의 양단부에 연결되어 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 회전지지체; 및 상기 챔버의 일측 외벽에서 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트의 일단부에 연결되어 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트를 회전시키는 회전모터를 더 포함할 수 있다.
상기 증발 소스와 상기 기판 중 어느 하나가 다른 하나에 대해 이동되면서 상기 증발 공정이 진행될 수 있다.
상기 챔버 내에 배치되어 상기 기판을 지지하는 기판 지지모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 기판 지지모듈은, 이동형 모듈 바디; 상기 이동형 모듈 바디에 연결되고 상기 마스크를 향한 일측에서 상기 기판이 지지되는 기판 지지용 플레이트; 및 상기 기판 지지용 플레이트에 접촉되는 상기 기판을 해당 위치에서 파지하는 기판 파지부를 포함할 수 있다.
상기 기판 지지용 플레이트는 쿨링 플레이트(cooling plate)일 수 있다.
상기 기판 지지모듈은, 상기 기판 지지용 플레이트에 마련되며, 상기 마스크가 상기 기판에 밀착되면서 면접촉될 수 있도록 상기 기판을 사이에 두고 상기 마스크를 상기 이동형 모듈 바디 쪽으로 끌어당기는 자력을 발생시키는 마그네트 어레이를 더 포함할 수 있다.
상기 증발 소스는, 고온에서 크립(creep) 특성이 있는 상기 증발 물질이 내부에 충전되며, 상부가 개구(open)되고 절연 재료로 제작되는 크루시블(crucible); 상기 증발 물질이 증기(vapor)로 상변화되면서 증발되도록 상기 크루시블을 가열하되 상기 크루시블의 주변에서 상기 크루시블의 높이 방향을 따라 다수 개 배치되어 개별적으로 동작되는 다수의 히터(heater); 및 상기 다수의 히터의 동작을 개별적으로 컨트롤하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 크루시블의 상부 일측에 배치되며, 상기 증발 물질의 증기 형상(vapor shape)을 센싱하는 제1 증발 모니터 센서를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 제1 증발 모니터 센서의 센싱 신호에 기초하여 상기 다수의 히터의 동작을 개별적으로 컨트롤할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 증발 물질이 상기 크루시블 내에서 증발되면서 소모되더라도 그 증기 형상(vapor shape)이 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있도록 상기 다수의 히터의 동작을 개별적으로 컨트롤할 수 있다.
상기 제1 증발 모니터 센서와는 이격 배치되며, 상기 증발 물질에 대한 증발률 컨트롤을 위하여 상기 증발 물질의 증발량을 센싱하는 제2 증발 모니터 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 크루시블을 기준으로 상기 제1 증발 모니터 센서와 상기 제2 증발 모니터 센서의 배치 각도는 서로 상이할 수 있다.
상기 다수의 히터는, 상기 크루시블의 주변 하부 영역에 배치되며, 상기 증발 물질에 대한 증발률 컨트롤을 위하여 상기 크루시블의 하부 영역을 가열하는 하부 히터; 및 상기 하부 히터의 상부 영역에 배치되며, 상기 증발 물질의 증기 형상 조정을 위하여 상기 크루시블의 상부 영역을 가열하는 상부 히터를 포함할 수 있다.
상기 크루시블의 주변 상부 영역에서 상기 상부 히터의 상부에 배치되는 냉각 구간(cold region)을 더 포함할 수 있다.
상기 증발 물질은 알루미늄(Al), 바륨(Ba), 게르마늄(Ge), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se) 또는 주석(Sn)을 포함할 수 있다.
상기 수직형 회전 셔터유닛은 열림 동작 시 상기 증발 소스와 충돌하지 않도록 상기 증발 소스의 반대쪽으로 열릴 수 있다.
상기 수직형 회전 셔터유닛은 상기 증발 소스의 정상 상황에서 열리고 증발 준비 동안은 닫혀 있되 이 동작이 반복되어 연속적으로 공정이 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단한 구조를 통해 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소할 수 있다.
도 1은 유기막과 무기막이 교대로 10층 증착된 유기전계발광표시장치의 개략적인 구조도이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 OLED 제조용 인라인 증착장치의 동작을 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 4는 도 2에 대응되는 수직형 회전 셔터유닛이 오픈(open)된 상태의 도면이다.
도 5는 도 3에 대응되는 수직형 회전 셔터유닛이 클로즈(close)된 상태의 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 OLED 제조용 인라인 증착장치에 적용되는 증발 소스의 구조도이다.
도 7은 도 6의 증발 소스의 제어 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 OLED 제조용 인라인 증착장치에 적용되는 증발 소스의 구조도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 유기막과 무기막이 교대로 10층 증착된 유기전계발광표시장치의 개략적인 구조도이다.
이 도면을 참조하면, 유기전계발광표시장치(1, OLED)는 기판과, 기판 상에 적층되는 유기발광소자(3)를 포함할 수 있다.
기판은 유리(glass)로 마련되는 유리기판일 수 있다. 유기발광소자(3)에 대해 도면참조부호 없이 간략하게 설명하면, 유기발광소자(3)는 양극, 3층의 유기막(홀 수송층, 발광층, 전자 수송층), 음극의 적층 구조를 갖는다. 유기 분자는 에너지를 받으면(자, 여기 상태임), 원래의 상태(기저 상태)로 돌아오려고 하는데, 그때에 받은 에너지를 빛으로서 방출하려는 성질을 가진다.
유기발광소자(3)에서는 전압을 걸면 양극으로부터 주입된 홀(＋)과 음극으로부터 주입된 전자(－)가 발광층 내에서 재결합하게 되고, 이때에 유기 분자를 여기해서 발광한다. 이처럼 전압을 가하면 유기물이 빛을 발하는 특성을 이용하여 디스플레이하는 것이 유기전계발광표시장치(1)인데, 유기발광소자(3) 상의 유기물에 따라 R(Red), G(Green), B(Blue)를 발하는 특성을 이용해 풀 칼라(Full Color)를 구현한다.
한편, 유기발광소자(3)는 대기 중의 기체나 수분에 의해 쉽게 손상될 수 있기 때문에 그 수명 문제가 대두될 수 있게 되었고, 이를 해결하기 위해 도 1처럼 유기막과 무기막을 교대로 다수 층 적층함으로써 기체나 수분의 유입으로부터 유기발광소자(3)를 보호하기에 이르렀다.
도 1에는 총 10층의 유기막과 무기막이 교대로 적층되어 있다. 즉 유기발광소자(3)로부터 제1 유기막, 제1 무기막, 제2 유기막, 제2 무기막 ‥ 제5 유기막, 제5 무기막이 순서대로 또한 층별로 증착되어 있다.
이를 자세히 살펴보면, 제1 무기막이 제1 유기막을 완전히 감싸는 형태로, 이어 제2 유기막이 제1 무기막을 부분적으로 감싸는 형태로, 이어 제2 무기막이 제2 유기막을 완전히 감싸는 형태 등으로 막이 증착되어 있는 것을 알 수 있으며, 이와 같은 증착을 위해 아래와 같은 OLED 제조용 인라인 증착장치가 요구된다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 OLED 제조용 인라인 증착장치의 동작을 개략적으로 도시한 도면들, 도 4는 도 2에 대응되는 수직형 회전 셔터유닛이 오픈(open)된 상태의 도면, 그리고 도 5는 도 3에 대응되는 수직형 회전 셔터유닛이 클로즈(close)된 상태의 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 OLED 제조용 인라인 증착장치는 간단한 구조를 통해 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버(100)의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소할 수 있도록 한 것으로서, 기판에 대한 증착 공정이 진행되며, 상부 영역에 다수의 격벽(102)이 형성되는 챔버(100), 챔버(100) 내의 하부 영역에 배치되는 다수의 증발 소스(110), 그리고 다수의 수직형 회전 셔터유닛(180)을 포함한다.
본 실시예에서 적용되는 기판은 전술한 바와 같이, 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)용 기판일 수 있다.
챔버(100)는 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 장소를 이룬다. 본 실시예의 경우, 기판이 수평으로 배치된 후에 상방으로 향하는 증착물질에 의해 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 수평식 상향 증착 방식을 제시하고 있다.
하지만, 기판을 비롯하여 마스크(110) 등의 구성들이 수직되게 혹은 비스듬하게 세워져 배치된 후에 증착되는 수직식 증착 방식이 적용되는 증착장치에도 본 발명의 권리범위가 적용될 수 있을 것이다.
챔버(100)의 내부는 기판에 대한 증착 공정이 신뢰성 있게 진행될 수 있도록 진공 분위기를 형성한다.
이를 위해, 챔버(100)의 하부에는 챔버(100)의 내부를 진공 분위기로 유지하기 위한 수단으로서 진공 펌프(101a)가 연결된다. 진공 펌프(101a)는 소위, 크라이오 펌프일 수 있다.
챔버(100)의 측벽에는 기판이 출입되는 게이트(101c,101d)가 마련된다.
다수의 격벽(102)은 챔버(100) 내의 상부 영역에서 이격공간(S)을 사이에 두고 배치된다. 실시예이긴 하지만, 본 실시예의 경우, 이격공간(S)이 4개 마련되도록 다수의 격벽(102)이 마련되며, 이격공간(S)들의 하부로 이격공간(S)의 개수만큼 증발 소스(110)가 마련된다.
증발 소스(110)는 챔버(100) 내의 하부 영역에 배치되어 이격공간(S)을 향해 증발 물질을 제공하는 역할을 한다.
본 실시예의 경우, 증발 소스(110)는 해당 위치에 고정된 상태로 증발 물질을 상부로 분사하며, 대신 기판이 이동되면서 인라인 방식으로 증착된다. 이를 위해, 기판을 지지하기 위한 기판 지지모듈(105)이 마련된다.
소위, 캐리어라 불릴 수도 있는 기판 지지모듈(105)은 기판을 지지한 상태에서 챔버(100)의 게이트(101c,101d)를 따라 출입되면서 챔버(100) 내에서 증착 공정이 진행되도록 한다.
도 3을 참조하여 기판 지지모듈(105)에 대해 간략하게 알아본다. 기판 지지모듈(105)은 챔버(100) 내에서 증착 대상의 기판을 지지하는 역할을 한다.
앞서 기술한 것처럼 본 실시예에서 기판 지지모듈(105)은 챔버(100)의 상부 영역에 이동되는 이동식으로 마련될 수 있다.
이러한 기판 지지모듈(105)은, 이동형 모듈 바디(105a)와, 이동형 모듈 바디(105a)에 연결되고 마스크(110)를 향한 일측에서 기판이 지지되는 기판 지지용 플레이트(105b)와, 기판 지지용 플레이트(105b)에 접촉되는 기판을 해당 위치에서 파지하는 기판 파지부(105c)를 포함할 수 있다.
이동형 모듈 바디(105a)는 기판 지지모듈(105)의 메인 골격을 이룬다. 나머지 구성들이 이동형 모듈 바디(105a)에 의해 지지될 수 있다.
기판 지지용 플레이트(105b)는 표면에서 기판이 지지되는 장소이다. 참고로, 기판은 별도의 트레이(tray, 미도시)를 통해 롤러(roller) 형태의 트레이 이송부(미도시)를 따라 챔버(100)의 내부로 이송될 수 있으며, 이송된 후에는 기판 지지용 플레이트(105b)의 표면에 배치된다.
본 실시예에서 기판 지지용 플레이트(105b)는 쿨링 플레이트(105b, cooling plate)로 적용된다. 쿨링 플레이트(105b)로 적용될 수 있는 기판 지지용 플레이트(105b)는 기판의 표면에서 실제 증착 공정이 이루어지기 전에 기판의 온도를 하강시킴으로써 증착 효율을 향상시킬 수 있도록 한다.
물론, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없으므로 기판 지지용 플레이트(105b)가 쿨링 플레이트(105b)로 마련되는 대신에 기판 지지용 플레이트(105b) 내에 냉각수나 혹은 냉각공기 주입 라인을 배치하는 것도 충분히 가능하다.
기판 지지용 플레이트(105b)의 내부에는 금속 재질의 마스크(110)가 기판에 밀착되면서 면접촉될 수 있도록 기판을 사이에 두고 마스크(110)를 이동형 모듈 바디(105a) 쪽으로 끌어당기는 자력을 발생시키는 마그네트 어레이(105d)가 더 마련될 수 있다. 마그네트 어레이(105d)는 마스크(110)와 기판이 접촉할 때 자장 형성을 통해 금속 재질인 마스크(110)가 기판에 보다 확실히 밀착하도록 하여 마스크(110)와 기판 사이의 들뜸 현상 등으로 인해 증착 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한다.
기판 파지부(105c)는 기판 지지용 플레이트(105b)의 표면에 배치된 기판을 해당 위치에서 파지하는 수단이다. 도면에는 기판 파지부(105c)가 개략적으로 도시되었으나 기판 파지부(105c)의 형태와 구조는 다양할 수 있다.
기판 파지부(105c)를 마련함에 있어 기판은 마스크(110)와 실질적으로 면접촉 지지되어야 하기 때문에, 기판 파지부(105c)가 이를 방해해서는 곤란하다. 따라서 기판 파지부(105c)의 선단부가 기판의 표면보다 마스크(110) 쪽으로 더 돌출되는 형태로 마련되는 것은 바람직하지 않다.
한편, 수직형 회전 셔터유닛(180)은 격벽(102)에 결합되며, 기판의 판면에 교차되는 방향을 따라 회전되면서 이격공간(S)을 선택적으로 개폐하는 역할을 한다.
앞서 기술한 것처럼 본 실시예와 같은 인라인 증착장치에서는 기판에 대한 연속 증착 공정을 위하여 증발 소스(110)와 기판 간에 개방(open)되는 오픈 구간(도 2 참조)과 차폐(close)되는 클로즈 구간(도 3 참조)으로 나뉘어야 한다.
도 2와 같이 이격공간(S)이 열리는 오픈 구간에서는 증발 소스(110)에서 증발되는 증발 물질이 기판에 코팅(coating)되는 실질적인 증착 공정이 진행된다. 그러나 도 3과 같이 이격공간(S)이 닫히는 클로즈 구간에서는 증발 소스(110)에서 증발되는 증발 물질이 기판에 코팅되지 않도록 하면서 기판을 이송하고, 이에 더하여 증발 소스(110)로부터의 안정적인 증발이 발생될 수 있게 준비한다.
한편, 인라인 증착장치에서는 기판에 대한 연속 증착 공정을 위해 위의 오픈 구간과 클로즈 구간이 서로 스위칭(switching)되는데, 이러한 오픈 구간과 클로즈 구간의 구현을 위해 특히, 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버(100)의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소하기 위해 다수의 수직형 회전 셔터유닛(180)이 적용된다.
본 실시예에서 수직형 회전 셔터유닛(180)은 이격공간(S) 하나당 한 쌍씩 배치된다. 도 2 및 도 3에 총 4개의 이격공간(S)이 마련되므로 수직형 회전 셔터유닛(180) 역시, 4개가 마련될 수 있는데, 이들은 동시에 동작될 수 있다. 물론, 개별적으로 수직형 회전 셔터유닛(180)을 동작시키는 것을 고려해볼 수도 있으나 비용과 효율을 위해서는 이들이 함께 동작되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에서 수직형 회전 셔터유닛(180)은 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181), 셔터(182), 한 쌍의 회전지지체(183), 그리고 회전모터(184)를 포함한다.
냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)는 챔버(100)의 내외를 통과하는 축으로서, 그 내부에는 냉각수가 유동되는 메인 냉각라인(185)이 형성된다.
셔터(182)는 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)와 연결되고 챔버(100)의 내부에서 이격공간(S) 영역에 배치된다. 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)의 회전동작에 따라 도 4처럼 개방되거나 도 5처럼 차폐된다.
이러한 셔터(182)에는 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)의 메인 냉각라인(185)과 연통되는 서브 냉각라인(186)이 형성된다.
직선형의 메인 냉각라인(185)과 달리 셔터(182)에 마련되는 서브 냉각라인(186)은 셔터(182)의 전체 구간에 걸쳐 배치되도록 지그재그(zigzag) 형상을 갖는다.
한 쌍의 회전지지체(183)는 챔버(100)의 양측 외벽에서 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)의 양단부에 연결되어 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)를 회전 가능하게 지지하는 구조물이다.
그리고 회전모터(184)는 챔버(100)의 일측 외벽에서 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)의 일단부에 연결되어 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)를 회전시키는 동력을 제공한다.
회전모터(184)에 의해 도 4 및 도 5처럼 셔터(182)가 기판의 판면에 교차되는 방향으로 동작되기 때문에 종전처럼 챔버(100)의 풋 프린트를 증가시킬 필요가 없으며, 또한 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)가 챔버(100)의 내외를 가로지르면서 셔터(182)를 동작시키기 때문에 냉매 순환경로를 확보하는 데에 문제가 없다. 즉 앞서 기술한 것처럼 냉각수 유동겸용 회전샤프트(181)의 내부를 메인 냉각라인(185)으로 사용하면서 셔터(182) 내에 서브 냉각라인(186)을 만들어 메인 냉각라인(185)과 연통시키면 그것으로 냉매 순환경로를 손쉽게 구현시킬 수 있다.
이러한 구성에 의해, 도 2 및 도 3처럼 다수의 수직형 회전 셔터유닛(180)의 동작에 기초하여 오픈 구간(도 2 참조)과 클로즈 구간(도 3 참조)이 서로 스위칭(switching)됨에 따라 기판에 대한 연속 증착 공정을 진행할 수 있다.
특히, 본 실시예와 같은 수직형 회전 셔터유닛(180)이 적용되는 본 실시예의 OLED 제조용 인라인 증착장치에 따르면, 간단한 구조를 통해 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버(100)의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 OLED 제조용 인라인 증착장치에 적용되는 증발 소스의 구조도이고, 도 7은 도 6의 증발 소스의 제어 블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 OLED 제조용 인라인 증착장치에 적용되는 증발 소스(210)는, 크루시블(220, crucible), 히터(231,232, heater), 제1 증발 모니터 센서(260), 제2 증발 모니터 센서(270), 그리고 컨트롤러(250)를 포함할 수 있다.
크루시블(220)은 기판 상으로 증착되는 증발 물질이 내부에 충전되는 일종의 컵(cup) 모양의 도가니이다.
크루시블(220)은 상부가 개구(open)된다. 크루시블(220)은 아래로 갈수록 좁아지는 형태로 제작될 수 있는데, 상부 개구 영역에는 립부(221, lip portion)가 형성된다. 립부(221)는 넓은 표면적을 갖는 일종의 플랜지이다.
본 실시예에서 사용되는 증발 물질은 예컨대, 증발 공정이 진행되기 전에 멜팅(melting)이 선행되는 금속 증발 물질일 수 있다.
특히, 본 실시예에서 적용되는 증발 물질은 고온에서 크립(creep) 특성이 있는 증발 물질들, 예컨대 알루미늄(Al), 바륨(Ba), 게르마늄(Ge), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se), 주석(Sn) 등이 될 수 있는데, 본 실시예의 평판표시소자의 증발 장치는 이와 같은 증발 물질을 크루시블(220) 내에 투입시킨 후, 크루시블(220)을 가열하여 용융 금속 증발 물질 또는 그 증기를 만들어 기판 상으로 증착시키고 있다.
참고로, 증착 공정 시 증발에 의해 크루시블(220) 내의 증발 물질이 줄게 되면, 즉 증발 물질이 소모되면 그만큼 증발 물질의 최상위 높이가 낮아지게 되고, 이때 크루시블(220) 내의 벽면이 많이 노출됨에 따라 증기(vapor)가 크루시블 내의 벽면에 간섭을 더 받게 되고 녹은 상태의 물질이 확산(creep)되는 영역이 달라진다. 그래서 증기 형상(vapor shape)이 변하게 된다.
히터(231,232)는 크루시블(220) 내에 수용된 증발 물질이 증기(vapor)로 상변화되면서 증발되도록 크루시블(220)을 가열한다.
이때, 히터(231,232)는 크루시블(220)의 주변에서 크루시블(220)의 높이 방향을 따라 다수 개 배치되어 컨트롤러(250)에 의해 개별적으로 컨트롤되면서 동작된다.
본 실시예에서 히터(231,232)는 크루시블(220)의 주변 하부 영역에 배치되며, 증발 물질에 대한 증발률 컨트롤을 위하여 크루시블(220)의 하부 영역을 가열하는 하부 히터(231)와, 하부 히터(231)의 상부 영역에 배치되며, 증발 물질의 증기 형상 조정을 위하여 크루시블(220)의 상부 영역을 가열하는 상부 히터(232)를 포함한다.
다시 말해, 하부 히터(231)는 증발률 컨트롤을 위하여 즉 증발되는 양의 컨트롤을 위하여 컨트롤러(250)에 의해 컨트롤되면서 동작되며, 상부 히터(232)는 증기 형상 조정을 위하여, 즉 고온에서 크립 특성이 있는 증발 물질이라 하더라도 증발되면서 소모되는 그 양에 무관하게 증기 형상이 일정해질 수 있도록 컨트롤러(250)에 의해 컨트롤되면서 동작된다.
제2 증발 모니터 센서(170)는 증발 물질에 대한 증발률 컨트롤을 위하여 증발 물질의 증발량을 센싱하는 역할을 한다.
그리고 제1 증발 모니터 센서(160)는 제2 증발 모니터 센서(170)와는 이격 배치되며, 증발 물질의 증기 형상을 센싱하는 역할을 한다. 제1 증발 모니터 센서(160)의 원 기능은 제2 증발 모니터 센서(170)와 같이 증발량을 센싱하는 것이지만 증기 현상(vapor shape)이 달라지면 제1 증발 모니터 센서(160)에 센싱되는 증발량이 달라진다. 이 현상은 제2 증발 모니터 센서(170)에서 동일한 증발량이 센싱되는 증발량이 동일할 때에도 나타난다. 즉 증발 공정과 실시간으로 센서를 모니터링할 때, 제2 증발 모니터 센서(170)에 증발량이 연속적으로 일정하게 센싱되는 반면 제1 증발 모니터 센서(160)에 증발량이 연속적이지 않게 증가하거나 감소하면 증기 형상(vapor shape)이 변경되었다고 판단하는 것이다.
한편, 컨트롤러(250)는 제1 증발 모니터 센서(260)와 제2 증발 모니터 센서(270)의 센싱 신호에 기초하여 하부 히터(231)와 상부 히터(232)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다. 이때, 하부 히터(231)와 상부 히터(232)의 동작 시간, 가열 온도 등의 동작은 개별적으로 컨트롤될 수 있다.
특히, 컨트롤러(250)는 제1 증발 모니터 센서(260)의 센싱 신호에 기초하여 상부 히터(232)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다. 즉 증발 물질이 크루시블(220) 내에서 증발되면서 소모되더라도 그 증기 형상(vapor shape)이 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있도록 컨트롤러(250)는 제1 증발 모니터 센서(260)의 센싱 신호에 기초하여 상부 히터(232)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다.
이러한 컨트롤러(250)의 컨트롤이 가능한 이유는 반복 설명한 것처럼 크루시블(220)의 온도 구배에 따라 증발 물질이 크립핑(creeping)되는 형상이 달라지고, 이 형상에 따라 결과적으로 증기 형상이 달라지기 때문이다.
뿐만 아니라 컨트롤러(250)는 제2 증발 모니터 센서(270)의 센싱 신호에 기초하여 하부 히터(231)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤할 수 있다.
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(250)는, 중앙처리장치(251, CPU), 메모리(252, MEMORY), 서포트 회로(253, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 증발 소스(210)의 작용을 간략하게 살펴본다.
예컨대 알루미늄(Al), 실버(Ag)와 같이 어느 한 물질이 크루시블(220) 내에 투입되어 히터(231,232)에 의해 가열되면서 증착 공정이 진행된다.
제1, 2 증발 모니터 센서(260, 270)가 증발량을 센싱하고 센싱 정보를 컨트롤러 (250)로 전송한다.
그러면 컨트롤러(250)는 제1, 2 증발 모니터 센서(260, 270)의 센싱 신호에 기초하여 상하부 히터(232, 231)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다.
이처럼 증발 소스(210)가 적용되더라도 상기 셔터유닛(180)을 적용하면 간단한 구조를 통해 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버(100)의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 증발 소스(210)가 적용되더라도 간단한 구조를 통해 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버(100)의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 OLED 제조용 인라인 증착장치에 적용되는 증발 소스의 구조도이다.
이 도면을 참조하면, 본 실시예의 OLED 제조용 인라인 증착장치에 적용되는 증발 소스(310) 역시, 크루시블(320), 하부 및 상부 히터(331,332), 제1 증발 모니터 센서(360), 제2 증발 모니터 센서(370), 그리고 컨트롤러(250, 도 7 참조)를 포함한다.
이러한 구조에서 컨트롤러(250)는 제1 증발 모니터 센서(360)의 센싱 신호에 기초하여 상부 히터(332)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다. 즉 증발 물질이 크루시블(320) 내에서 증발되면서 소모되더라도 그 증기 형상(vapor shape)이 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있도록 컨트롤러(250)는 제1 증발 모니터 센서(360)의 센싱 신호에 기초하여 상부 히터(332)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다.
뿐만 아니라 컨트롤러(250)는 제2 증발 모니터 센서(370)의 센싱 신호에 기초하여 하부 히터(331)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤할 수 있다.
이때, 본 실시예의 경우, 크루시블(320)의 주변 상부 영역에서 상부 히터(332)의 상부에는 냉각 구간(333, cold region)이 더 배치된다.
냉각 구간(333)은 하부 및 상부 히터(331,332)가 존재하는 구간에서 증발 물질의 증발이 이루어지지 않고 일부 확산되는 물질이 오버 플로(overflow)되지 않게 저온으로 형성시켜 물질을 고화(또는 gel 형태)시키는 영역으로 활용될 수 있으며, 이를 통해 증발 소스(310)의 소손을 방지하여 그 내구성을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 증발 소스(310)가 적용되면, 고온에서 크립 특성이 있는 증발 물질이 크루시블(320) 내에서 증발되면서 소모되더라도 그 증기 형상이 변하지 않고 일정하게 유지됨으로써 기판들 간의 박막 두께를 비롯하여 박막의 두께 분포를 일정하게 유지시킬 수 있게 되는데, 이러한 증발 소스(310)가 적용되더라도 간단한 구조를 통해 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버(100)의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 챔버 102 : 격벽
105 : 기판 지지모듈 110 : 증발 소스
180 : 수직형 회전 셔터유닛 181 : 냉각수 유동겸용 회전샤프트
182 : 셔터 183 : 회전지지체
184 : 회전모터 185 : 메인 냉각라인
186 : 서브 냉각라인

Claims (20)

  1. 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버 내의 상부 영역에서 이격공간을 사이에 두고 배치되는 다수의 격벽;
    상기 챔버 내의 하부 영역에 배치되어 상기 이격공간을 향해 증발 물질을 제공하는 증발 소스; 및
    상기 격벽에 결합되며, 상기 기판의 판면에 교차되는 방향을 따라 회전되면서 상기 이격공간을 선택적으로 개폐하는 다수의 수직형 회전 셔터유닛을 포함하며,
    상기 수직형 회전 셔터유닛은,
    상기 챔버의 내외를 통과하며, 내부에 냉각수가 유동되는 메인 냉각라인이 형성되는 냉각수 유동겸용 회전샤프트; 및
    상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트와 연결되고 상기 챔버의 내부에서 상기 이격공간 영역에 배치되며, 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트의 메인 냉각라인과 연통되는 서브 냉각라인이 내부에 형성되는 셔터를 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수직형 회전 셔터유닛은 상기 이격공간 하나당 한 쌍씩 배치되는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셔터 내의 서브 냉각라인은 상기 셔터의 전체 구간에 걸쳐 배치되도록 지그재그(zigzag) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수직형 회전 셔터유닛은,
    상기 챔버의 양측 외벽에서 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트의 양단부에 연결되어 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 회전지지체; 및
    상기 챔버의 일측 외벽에서 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트의 일단부에 연결되어 상기 냉각수 유동겸용 회전샤프트를 회전시키는 회전모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 증발 소스와 상기 기판 중 어느 하나가 다른 하나에 대해 이동되면서 상기 증발 공정이 진행되는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내에 배치되어 상기 기판을 지지하는 기판 지지모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판 지지모듈은,
    이동형 모듈 바디;
    상기 이동형 모듈 바디에 연결되고 마스크를 향한 일측에서 상기 기판이 지지되는 기판 지지용 플레이트; 및
    상기 기판 지지용 플레이트에 접촉되는 상기 기판을 해당 위치에서 파지하는 기판 파지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 지지용 플레이트는 쿨링 플레이트(cooling plate)인 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기판 지지모듈은,
    상기 기판 지지용 플레이트에 마련되며, 상기 마스크가 상기 기판에 밀착되면서 면접촉될 수 있도록 상기 기판을 사이에 두고 상기 마스크를 상기 이동형 모듈 바디 쪽으로 끌어당기는 자력을 발생시키는 마그네트 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 증발 소스는,
    고온에서 크립(creep) 특성이 있는 상기 증발 물질이 내부에 충전되며, 상부가 개구(open)되고 절연 재료로 제작되는 크루시블(crucible);
    상기 증발 물질이 증기(vapor)로 상변화되면서 증발되도록 상기 크루시블을 가열하되 상기 크루시블의 주변에서 상기 크루시블의 높이 방향을 따라 다수 개 배치되어 개별적으로 동작되는 다수의 히터(heater); 및
    상기 다수의 히터의 동작을 개별적으로 컨트롤하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 크루시블의 상부 일측에 배치되며, 상기 증발 물질의 증기 형상(vapor shape)을 센싱하는 제1 증발 모니터 센서를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 증발 모니터 센서의 센싱 신호에 기초하여 상기 다수의 히터의 동작을 개별적으로 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 증발 물질이 상기 크루시블 내에서 증발되면서 소모되더라도 그 증기 형상(vapor shape)이 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있도록 상기 다수의 히터의 동작을 개별적으로 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 증발 모니터 센서와는 이격 배치되며, 상기 증발 물질에 대한 증발률 컨트롤을 위하여 상기 증발 물질의 증발량을 센싱하는 제2 증발 모니터 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 크루시블을 기준으로 상기 제1 증발 모니터 센서와 상기 제2 증발 모니터 센서의 배치 각도는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 히터는,
    상기 크루시블의 주변 하부 영역에 배치되며, 상기 증발 물질에 대한 증발률 컨트롤을 위하여 상기 크루시블의 하부 영역을 가열하는 하부 히터; 및
    상기 하부 히터의 상부 영역에 배치되며, 상기 증발 물질의 증기 형상 조정을 위하여 상기 크루시블의 상부 영역을 가열하는 상부 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 크루시블의 주변 상부 영역에서 상기 상부 히터의 상부에 배치되는 냉각 구간(cold region)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 증발 물질은 알루미늄(Al), 바륨(Ba), 게르마늄(Ge), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se) 또는 주석(Sn)을 포함하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 수직형 회전 셔터유닛은 열림 동작 시 상기 증발 소스와 충돌하지 않도록 상기 증발 소스의 반대쪽으로 열리는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 수직형 회전 셔터유닛은 상기 증발 소스의 정상 상황에서 열리고 증발 준비 동안은 닫혀 있되 이 동작이 반복되어 연속적으로 공정이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 OLED 제조용 인라인 증착장치.
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KR100362333B1 (ko) * 2000-05-26 2002-11-23 주식회사 켐트로닉 유기발광소자 제조용 박막 증착장치
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