JP2020506283A - 垂直型面蒸発源を用いた高解像度ａｍｏｌｅｄ素子のクラスタ型量産装備 - Google Patents

垂直型面蒸発源を用いた高解像度ａｍｏｌｅｄ素子のクラスタ型量産装備 Download PDF

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Abstract

本発明は、高解像度ＡＭＯＬＥＤ薄膜の大量生産が可能な垂直型面蒸発源蒸着機が装着されたクラスタ型量産装備に関し、高真空蒸着室内で垂直型蒸発源を用いて、垂直型金属面蒸発源に有機薄膜を蒸着した後、これを垂直型基板と垂直型シャドウマスクが配置されたチャンバに移送して、有機薄膜を再蒸発し、基板に微細パターン薄膜を蒸着するＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備に関する。 本発明は、基板に微細パターンを蒸着することにおいて、ポイント型蒸発源又は線形蒸発源による有機物気体の広がり現象で引き起こす微細パターン蒸着の難しさを防止し、大面積基板とマスクの垂れ現象が生じることなく、基板とマスクの間の微細な空間によるシャドウ現象を画期的に低減し、連続して蒸着工程を行うことによって、アイドリングタイムが発生しないので、有機物の使用効率が上昇し、高真空の環境を維持することが可能であって、製造工程時間を減少し、面蒸発源の蒸着方向を切り換える装備及び工程が不要であって、全般的な製造コスト及び工程時間が減少し、生産収率を増大することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、高解像度ＡＭＯＬＥＤ薄膜の大量生産が可能な垂直型面蒸発源蒸着機が装着されたクラスタ型量産装備に関し、より詳しくは、高真空蒸着室内で垂直型蒸発源を用いて、垂直型金属面蒸発源に有機薄膜を蒸着した後、これを垂直型基板と垂直型シャドウマスクが配置されたチャンバに移送して、有機薄膜を再蒸発し、基板に微細パターン薄膜を蒸着するＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備に関する。
従来のＬＣＤ素子は、ＬＥＤのようなバックライトユニットを別に要する構成であるので、薄くするか、フレキシブル型で可撓可能に制作することに限界があった。また、ＬＣＤ素子は、印加される電場に対して、液晶分子の挙動が遅いため、反応速度が遅くて動画駆動が遅く、カラーフィルターの構成を別に要するなど、構造が複雑で生産工程の数が多いという不都合がある。
このような従来のＬＣＤ素子に代える次世代ディスプレイ素子として脚光を浴びているＡＭＯＬＥＤ(Active Matrix Organic Lighting Emitted Diode)素子は、電気を供給すると、有機物質で発光現象が発生する自発光素子であって、反応速度が非常に速く、微細パターンの構成が可能である。また、ＡＭＯＬＥＤ素子は、カラーフィルタとバックライトユニットが不要な単純構造であって、生産工程も簡単であり、また、超薄膜型構成が可能であるため、超薄膜型ディスプレイを生産することに適している。このような特性により、ＡＭＯＬＥＤ素子は、現在、スマートフォンと大型ＴＶにも応用されているだけでなく、折りたたみ式のFoldableやロール式のRollableディスプレイに活用度が高くて、日本、韓国、中国などで競争的に開発研究及び生産を試みている実情である。
一般に、ＡＭＯＬＥＤディスプレイは、ガラス基板又はＰＩ基板にＴＦＴ素子を構成した後に、電極と多層の有機物質を高真空蒸着し、カソード電極層を蒸着した後、封止工程を介して製作される。ここで、最も核心であると言える有機薄膜は、主に、高真空チャンバで有機物パウダーを蒸発し、蒸発された有機物分子が微細なシャドウマスク又は微細金属マスクの開口を貫通して、基板に、微細なパターン薄膜で蒸着して形成される。
このような高真空で熱蒸発蒸着をするためには、高真空チャンバ内に、有機物パウダー蒸発源と基板設置装置及び微細なシャドウマスクとＴＦＴ基板を非常に精度よく整列するアライナー装置などが必要となる。また、微細金属マスク(ＦＭＭ:Fine metal mask)は、主に、ニッケルと鉄の合金であるインバー(invar)物質からなり、エッチング工程やレーザ工程で製造されるので、高解像度のマスクを開発するためには、極小サイズのパターン開口を均一に形成する技術が必要である。その上に、ＴＦＴ基板と微細なマスクのアライメントのためのステージ技術、及びサブミクロンの精度を制御する技術も必要である。
また、大面積の基板に均一の有機薄膜の蒸着が可能であり、温度に非常に敏感な有機分子が破損しなく、精度よい温度制御が可能であるように、高真空熱蒸着機の技術が開発されなければならない。その上に、生産用蒸着機は、数十個の高真空チャンバを連結して使うので、高真空を維持する部品とチャンバのデザイン技術及び製造技術が必要であり、また、リスク防止用及び自動化の技術が求められる。
特に、携帯電話用のＡＭＯＬＥＤ素子は、解像度が約６００ppiに至っているが、新たに浮上している量子点(Quantum Dot)物質では、高解像度を実現することができないので、多くの国がＡＭＯＬＥＤ解像度の向上のための開発競争に集中している。よって、ＡＭＯＬＥＤ素子の時代は、長期間維持されると見込んでいる。ＶＲ市場も、非常に短い視野距離を要するので、高解像度のディスプレイ素子の開発が最も切実な状況である。例えば、ＡＭＯＬＥＤの解像度を２２５０ppiまでは製作することにより、ＶＲ時代に対応することができるが、未だ２２５０ppiの解像度を有するＡＭＯＬＥＤ生産装備技術は開発された例がなく、そこで、初高解像度のＡＭＯＬＥＤ素子の大量生産が可能な装備及び工程技術が切実な状況である。
図１では、６００ppi級の解像度を有するＡＭＯＬＥＤ素子を生産する従来のＡＭＯＬＥＤ薄膜生産蒸着技術の一例を示している。
図１に示しているように、高真空チャンバ(図示せず)の上に基板１０が配置され、基板の直下にマスク１２が並んで付着されており、その下に、所定間隔で離隔して配置された線形蒸発源１４が前後方向にスキャニングし、上方向に有機物を蒸発させて、広がり角をもって噴出蒸発される有機物気体分子ビーム１３が、基板に微細パターン１１を形成するようになっている。ここで、線形蒸発源から噴出される有機物分子の広がり角によってシャドウ現象が生じることになり、これによって、シャドウ距離(ＳＤ)が大きい(３〜８μｍ)パターンが形成されるので、極微細パターンを形成することに限界がある。また、従来のＡＭＯＬＥＤ薄膜生産蒸着機は、基板の大型化による基板の垂れ現象又はマスクの垂れ現象により、微細アライメントを行うことができないので、超高解像度の素子を製作することに限界があり、その結果、生産収率が低下するという問題もある。
また、クラスタ型量産装備においても、従来の生産装備は、それぞれの工程チャンバで求められる面蒸発源の蒸発面方向を一々に合わせなければならないので、面蒸発源を回転させる工程を追加せざるを得なく、そこで、これによる機械設備の追加及び生産時間の増大による生産コストの増加及び生産収率の低下を引き起こす。
韓国公開特許公報第10-2014-0038844号
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の第１の目的は、基板に微細パターンを蒸着することにおいて、ポイント型蒸発源又は線形蒸発源による有機物気体の広がり現象で引き起こす微細パターン蒸着の難しさを防止し、大面積基板とマスクの垂れ現象が生じることなく、基板とマスクの間の微細な空間によるシャドウ現象を画期的に低減する高解像度ＡＭＯＬＥＤ薄膜の大量生産が可能な垂直型面蒸発源蒸着機が装着されたクラスタ型量産装備を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、基板に微細パターンを蒸着することにおいて、流れが切れることなく、連続して蒸着工程が行われることによって、アイドリングタイムが発生しないので、有機物の使用効率が上昇し、高真空の環境を維持することが可能であって、製造工程時間を減少させる高解像度ＡＭＯＬＥＤ薄膜の大量生産が可能な垂直型面蒸発源蒸着機が装着されたクラスタ型量産装備を提供することである。
更に、本発明の第３の目的は、面蒸発源の蒸着方向を切り換える装備及び工程が不要であって、全般的な製造コスト及び工程時間が減少し、生産収率が増大する垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備を提供することである。
上述した問題を解決するために、本発明による垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備は、基板ロード室(61)と、垂直型面蒸発源(20)と垂直型有機物パウダー蒸発源(30)を備える面蒸着室(62)と、面ソースＦＭＭ蒸着室(63)と、冷却室(64)と、マスク保存室(65)と、基板アンロード室(66)と、これらのそれぞれのチャンバと連結されたロボット室(60)とを備える六角モジュール(100)を含み、基板(10)に、微細パターン薄膜を蒸着させることを特徴とする。
前記面蒸着室(62)は、デュアル垂直式面蒸着室からなり、各チャンバ内の少なくとも２つの垂直型有機物パウダー蒸発源(30)は、左右又は上下動をし、スキャニング又は一定の角度で回転をした後、左右又は上下動をし、スキャニングしつつ、少なくとも２つの垂直型面蒸発源(20)に交互に有機薄膜(22)を蒸着させる。
前記面蒸着室(62)は、前記垂直型有機物パウダー蒸発源(30)が左右又は上下動をし、スキャニング又は一定の角度で回転をした後、左右又は上下動し、スキャニングしつつ、前記垂直型面蒸発源(20)の金属面シート(S)に有機薄膜(22)を蒸着させる。
前記面蒸着室(62)は、前記垂直型面蒸発源(20)と垂直型有機物パウダー蒸発源(30)とが互いに垂直に対向し、前記垂直型有機物パウダー蒸発源(30)から噴射される有機物気体が水平に飛行して、前記垂直型面蒸発源(20)の金属面シート(S)に有機薄膜で蒸着される。
前記垂直型有機物パウダー蒸発源(30)は、蒸発源るつぼ本体(34)と、前記蒸発源るつぼ本体(34)の側面に、上下又は左右に多数形成された蒸発ノズル(31)と、
前記蒸発源るつぼ本体(34)の下部に連結して配置され、有機物パウダー(P)を収めている有機物保存るつぼ(35)と、前記有機物保存るつぼ(35)の上部を覆う有機物保存部蓋体(36)と、前記蒸発源るつぼ本体(34)、有機物保存るつぼ(35)、及び有機物保存部蓋体(35)の外側を囲むように設けられる加熱線(32)とを含む。
前記蒸発源るつぼ本体(34)、有機物保存るつぼ(35)、及び有機物保存部蓋体(36)は、分解及び組立が可能であるように、第1の連結フランジ(37)及び第２の連結フランジ(38)によって互いに連結されている。
前記蒸発ノズル(31)には、有機物気体が放出することを防ぐための自動開閉式キャップが設置される。
前記蒸発ノズル(31)は、前記蒸発源るつぼ本体(34)に対応する両側面に形成され、前記垂直型有機物パウダー蒸発源(30)の両側面と離隔配置されている２つの面蒸発源(20)の金属面シートに、同時に有機薄膜(22)を蒸着する。
前記加熱線(32)の外側には、前記蒸発ノズル(31)の噴出孔を除く蒸発源全体の外面を囲むように、蒸発源カバー(33)が形成される。
前記面蒸着室(62)内には、多数の垂直型有機物パウダー蒸発源(30)と、多数の垂直型面蒸発源(20)とが備えられる。
前記面ソースＦＭＭ蒸着室(63)は、基板(10)、マスク(12)、有機薄膜が蒸着された面蒸発源(20)、及び前記面蒸発源(20)を加熱するヒータ加熱線２３が順番に配列され、前記基板(10)の蒸着面と面蒸発源(20)の有機薄膜(22)とは、垂直状態で互いに対向するように離隔している。
前記面ソースＦＭＭ蒸着室(63)は、デュアル垂直式面蒸発源ＦＭＭ蒸着室(63)からなり、各チャンバ内の基板(10)、マスク(12)、面蒸発源(20)、及びヒータ加熱線２３は、垂直に配置される。
前記ヒータ加熱線(23)は、前記面蒸発源(20)の後面の全域を囲むように設けられ、前記ヒータ加熱線(23)の後面には、ヒータカバー(24)をさらに形成することにより、ヒータ加熱線(23)で発生する赤外線が面蒸発源(20)の後面のみを向かうようにすることを特徴とする請求項１２に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
更に、前記面ソースＦＭＭ蒸着室(63)は、基板(10)とマスク(12)の整列及びその間の距離を微調整するために、整列アラインメント(50)を備える。
前記整列アラインメント(50)は、前記マスク(12)をXYZ方向に微調整する第１のXYZステージ(51)、及び前記基板(10)をXYZ方向に微調整する第２の XYZステージ(52)とからなり、前記第１のXYZステージ(51)は、マスクホルダー支持軸(53)と連結され、前記マスクホルダー支持軸(53)の両端には、マスク(12)を垂直に支持するように、上下方向にマスクホルダー(55)が形成され、前記第２の XYZステージ(52)は、基板ホルダー支持軸(54)と連結され、前記基板ホルダー支持軸(54)の両端には、基板(10)を垂直に支持するように、上下方向に基板ホルダー(56)が形成される。
前記冷却室(64)は、内部に冷却板(40)が設けられ、蒸着された有機薄膜(22)を蒸発させた前記垂直型面蒸発源(20)の加熱された金属膜シート(S)を、前記冷却板(45)に密着させて急速冷却されるようにする。
前記冷却室(64)は、垂直に設けられた冷却板(40)と、前記冷却板(40)に対して水平方向に往復動可能なプッシャーヘッド(42)と、前記プッシャーヘッド(42)を往復動するように形成されたプッシャーロッド(43)とを含み、前記冷却板(40)の内部には、冷却水ライン(41)を形成する。
前記ロボット室(60)は、真空ロボット回転本体(70)と、前記真空ロボット回転本体(70)に連結されたエンドエフェクト(71)とからなるロボットを含み、基板(10)、面蒸発源(20)、金属面シート(S)、マスク(12)は、前記ロボットにより、各チャンバに、垂直に引込み及び搬出される。
前記基板(10)は、前記六角モジュール(100)からなる基板ロード及びベークモジュール(101)、フリップ及びプラズマ前処理モジュール(102)、HILオープンマスク工程モジュール(103)、HTLRシャドウマスクパターンモジュール(104)、HTLGシャドウマスクパターンモジュール(105)、HTLBシャドウマスクパターンモジュール(106)、Rシャドウマスクパターンモジュール(107)、Gシャドウマスクパターンモジュール(108)、Bシャドウマスクパターンモジュール(109)、ETL/EILオープンマスク工程モジュール(110)と、カソードオープンマスク工程モジュール(111)、CPL薄膜オープンマスク工程モジュール(112)、基板アンロード及びフリップモジュール(113)の工程を、順番に経る。
また、本発明による 垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備は、多数の垂直型面蒸発源と多数の垂直型有機物パウダー蒸発源とを備える面蒸着室を含むことを特徴とする。
前記面蒸着室は、前記垂直型有機物パウダー蒸発源が左右又は上下動をし、スキャニング及び回転をしつつ、前記垂直型面蒸発源に有機薄膜を蒸着させる。
本発明による垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備を用いることにより、基板に微細パターンを蒸着することにおいて、ポイント型蒸発源又は線形蒸発源による有機物気体の広がり現象で引き起こす微細パターン蒸着の難しさを防止し、大面積基板とマスクの垂れ現象が生じることなく、基板とマスクの間の微細な空間によるシャドウ現象を画期的に低減することができる。
また、本発明による量産装備は、基板に微細パターンを蒸着することにおいて、流れが切れることなく、連続して蒸着工程を行うことによって、アイドリングタイムが発生しないので、有機物の使用効率が上昇し、高真空の環境を維持することが可能であって、製造工程時間を減少することができる。
更に、本発明による量産装備は、面蒸発源の蒸着方向を切り換える装備及び工程が不要であって、全般的な製造コスト及び工程時間が減少し、生産収率を増大することができる。
図１は、従来の線形蒸発源がスキャニングしつつ、基板に有機物パターンを蒸着する過程を示す図である。 図２（Ａ）は、本発明の一実施例による垂直型有機物パウダー蒸発源を介して、垂直型面蒸発源に有機薄膜を蒸着する過程を示す図であり、図２（Ｂ）は、本発明の一実施例による垂直型面蒸発源の有機薄膜を再蒸発して、基板に有機物パターンを蒸着する過程を示す図である。 図３は、本発明の一実施例による垂直型有機物パウダー蒸発源の構造を示す断面図である。 図４は、本発明の一実施例による基板に、ＡＭＯＬＥＤ生産用有機物パターンを蒸着する六角モジュールの構造を示す図である。 図５は、本発明の一実施例による垂直型有機物パウダー蒸発源の回転及びスキャンにより、２つの面蒸発源に連続して有機薄膜が形成される過程を示す図である。 図６は、本発明の一実施例による加熱された面蒸発源を押圧して冷却板に接触させて、急速冷却する過程を示す図である。 図７は、本発明の一実施例による垂直に配置された基板とマスクを、基板ホルダーとマスクホルダーにより微細に整列する第１のＸＹＺステージ及び第２のＸＹＺステージの構造を示す図である。 図８は、本発明の一実施例での工程が完了したＡＭＯＬＥＤ素子の構造を示す図である。 図９は、本発明の一実施例による多数の六角モジュールからなる量産装備の構造を示す図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例を具体的に説明する。本発明の実施例は、様々な形態に変形可能であり、本発明の範囲が下記で説明する実施例に限定されるものと解析されてはいけない。また、各図に示されている各要素の形状は、より明らかな説明を強調するために、誇張されることがある。
図２（Ａ）は、本発明の一実施例による垂直型有機物パウダー蒸発源を介して、垂直型面蒸発源に有機薄膜を蒸着する過程を示す図であり、図２（Ｂ）は、本発明の一実施例による垂直型面蒸発源の有機薄膜を再蒸発して、基板に有機物パターンを蒸着する過程を示す図、図３は、本発明の一実施例による垂直型有機物パウダー蒸発源の構造を示す断面図、図４は、本発明の一実施例による基板に、ＡＭＯＬＥＤ生産用有機物パターンを蒸着する六角モジュールの構造を示す図、図５は、本発明の一実施例による垂直型有機物パウダー蒸発源の回転及びスキャンにより、２つの面蒸発源に連続して有機薄膜が形成される過程を示す図、図６は、本発明の一実施例による加熱された面蒸発源を押圧して冷却板に接触させて、急速冷却する過程を示す図、図７は、本発明の一実施例による垂直に配置された基板とマスクを、基板ホルダーとマスクホルダーにより微細に整列するステージの構造を示す図、図８は、本発明の一実施例による微細パターンを有するＡＭＯＬＥＤ素子の構造を示す図、図９は、本発明の一実施例によるＡＭＯＬＥＤ素子を大量生産する六角モジュールからなる量産装備の構造を示す図である。
図１乃至図７に示しているように、本発明の一実施例による垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備は、基板１０に微細パターン薄膜を蒸着するために、基板ロード室６１と、垂直型面蒸発源２０及び垂直型有機物パウダー蒸発源３０を備える面蒸着室６２と、面ソースＦＭＭ蒸着室６３と、冷却室６４と、マスク保存室６５と、基板アンロード室６６とを含み、これらのそれぞれのチャンバに連結された中央には、ロボット室６０が設けられる六角モジュール１００を含む。ここで、基板１０と面蒸発源２０、マスクは、ロボット室６０内のロボットにより、各チャンバへの移動が可能である。
基板ロード室６１は、蒸着工程が行われない基板１０が設けられ、基板アンロード室６６には、蒸着工程済みの基板１０が設けられる。
面蒸着室６２は、垂直型有機物パウダー蒸発源３０が、左右又は上下往復動でスキャニング及び回転をしつつ、垂直型面蒸発源２０の金属面シート(Ｓ)に有機薄膜２２を蒸着させる。
垂直型面蒸発源２０は、金属面シート(Ｓ)に有機物が蒸着され、有機薄膜２２が形成されたもので、垂直に配置された金属面シートに互いに垂直に対向し、面シート全体のスキャンができるように設けられた垂直型有機物パウダー蒸発源３０から噴射される有機物気体が水平に飛行して、金属面シート(Ｓ)に蒸着されることになる。
垂直型有機物パウダー蒸発源３０は、円筒状の蒸発源るつぼ本体３４と、蒸発源るつぼ本体３４の側面に上下に多数形成された蒸発ノズル３１と、蒸発源るつぼ本体３４の下部に連通するように連結配置され、有機物パウダー(Ｐ)を収めている四角筒状有機物保存るつぼ３５と、有機物保存るつぼ３５の上部を覆う有機物保存部蓋体３６と、加熱線３２とを含み、面蒸発源２０の金属面シートと離隔した平行なラインに沿って往復動可能に設置され、金属面シートの全体がスキャンできるように設けられる。
ここで、蒸発源るつぼ本体３４、有機物保存るつぼ３５、及び有機物保存部蓋体３６は、分解・組立が可能であるように、第１の連結フランジ３７及び第２の連結フランジ３８によって互いに連結されているので、有機物パウダー(Ｐ)の保存、及び垂直型有機物パウダー蒸発源３０の洗浄が容易である。
また、蒸発源るつぼ本体３４の側面に、上下に多数形成された蒸発ノズル３１には、有機物気体を噴射しないことにおいて、内側の有機物気体が蒸発ノズル３１を介して放出されることを防ぐために、自動開閉式キャップ(図示せず)を設ける。
有機物気体は、有機物保存るつぼ３５に保存された有機物パウダー(Ｐ)の気化によって、生成される。
ここで、蒸発ノズル３１は、図３に示しているように、上下方向に縦長の蒸発源るつぼ本体３４に、その本体長さに沿って、上下方向に並んで多数配列され、面蒸発源２０の金属面シートの左側から右側方向、又は右側から左側方向にスキャニングしつつ、面シートの全域に有機物気体を噴射する方法もあるが、左右方向に横長の蒸発源るつぼ本体３４に、その本体長さに沿って、左右方向に並んで多数配列され、面蒸発源２０の金属面シートの上側から下側方向、又は下側から上側方向にスキャニングしつつ、面シートの全域に有機物気体を噴射する方法もある。
また、蒸発ノズル３１は、蒸発源るつぼ本体３４の対応する両側面に垂直に一列に形成され、垂直型有機物パウダー蒸発源３０の両側面に配置されている２つの面蒸発源２０の金属面シートに、同時に有機薄膜２２を蒸着することもできる。
また、加熱線３２は、蒸発源るつぼ本体３４、有機物保存るつぼ３５、及び有機物保存部蓋体３５の外側を囲むように設けられる。赤外線を効率よく放出する加熱線３２は、保存るつぼ内の有機物パウダー３９を加熱して気化させると共に、蒸発源るつぼ本体３４及び蒸発ノズル３１内で気化した有機物気体が固化しないようにする。また、加熱線３２の外側には、蒸発ノズル３１の噴出孔を除く蒸発源の全外面を囲むように、蒸発源カバー３３が形成されて、保温役割を果たす。
本発明では、蒸発源るつぼ本体３４を円筒状に示しているが、これに限定されるものではなく、有機物保存るつぼ３５も、四角筒状に限定されない。
ここで、面蒸着室６２は、デュアル垂直式面蒸着室６２からなり、各チャンバ内の垂直型有機物パウダー蒸発源３０は、左右又は上下動をしてスキャニングするか、いずれか１中心軸を中心に所定角度で回転した後、左右又は上下動してスキャニングすることにより、少なくとも２以上の面蒸発源２０に、交互に有機薄膜２２を蒸着することができる。
また、図５に示しているように、有機薄膜蒸着済みの面蒸発源２０を、真空ロボットがデュアル垂直式面蒸着室６２から取出し、新規の面蒸発源２０を引込む間、垂直型有機物パウダー蒸発源３０は回転して、他の面蒸発源２５に同じく、左右又は上下動をしつつスキャニングすることにより、有機薄膜２２を蒸着させる。
このような過程を繰返すことで、垂直型有機物パウダー蒸発源３０は、休止時間なく、継続して工程を行うので、アイドリングタイムが生じなく、有機物パウダー(Ｐ)が内部で固化する現象が発生しないので、有機物パウダー(Ｐ)の使用量を極大化する。
本発明では、図５に、垂直型有機物パウダー蒸発源３０が、２つの面蒸発源２０に交互に有機薄膜２２を蒸着することだけを示しているが、これに限定されることではなく、垂直型有機物パウダー蒸発源３０の回転角度及び配列される面蒸発源の数、面蒸発源のサイズ、面蒸発源とパウダー蒸発源の距離などによって、３個、４個又は多数の面蒸発源２０を蒸着することもできる。
面ソースＦＭＭ(Fine metal mask)蒸着室６３は、面蒸発源を加熱して、マスクが整列された基板に蒸着させるもので、基板１０、マスク１２、面蒸発源２０、及びヒータ加熱線２３が順番に配列され、基板１０の蒸着面と面蒸発源２０の有機薄膜２２は、垂直状態で互いに対向するように離隔して設けられる。
また、面蒸発源２０の後面に、ヒータ加熱線２３を設けて、面蒸発源２０を加熱する。
ここで、面ソースＦＭＭ蒸着室６３は、デュアル垂直式面蒸発源ＦＭＭ蒸着室６３からなり、各チャンバ内の基板１０、マスク１２、面蒸発源２０、及びヒータ加熱線２３が、デュアル垂直式面蒸発源ＦＭＭ蒸着室６３内に垂直に配置され、基板１０、マスク１２、及び面蒸発源２０は、真空ロボットによって、垂直状態で引込及び排出される。
また、ヒータ加熱線２３は、面蒸発源２０の後面全域を囲むように設けられ、ヒータ加熱線２３の後面には、ヒータカバー２４がさらに形成されて、ヒータ加熱線２３で発生する赤外線が、面蒸発源２０の後面のみに向かうようにする。
ここで、ヒータカバー２４は、赤外線をよく反射する材質の金属、例えば、Ａｌのような金属を用いて製作するのが望ましい。これは、蒸発源カバー３３においても、同様である。
デュアル垂直式面蒸発源ＦＭＭ蒸着室６３内において、ヒータ加熱線２３により面蒸発源２０に蒸着された有機薄膜２２が蒸発することになり、気化した有機物気体は水平に飛行して、マスク１２の微細パターンを通して、基板１０に蒸着することになる。
ここで、面蒸発源２０と基板１０との間の距離を短くして、面蒸発源から気化した有機物気体を、水平移動によって垂直状態の基板に蒸着するようにして、シャドウ現象を減少させるのが望ましい。
更に、このような蒸着過程におけるシャドウ現象は、基板とマスクの整列、及びこれらの間の距離によっても発生するところ、基板１０とマスク１２の整列、及びこれらの間の距離を微調整するために、整列アラインメント５０が、デュアル垂直式面蒸発源ＦＭＭ蒸着室６３内に設けられる。
図７に示しているように、整列アラインメント５０は、第１のＸＹＺステージ５１及び第２のＸＹＺステージ５２からなり、第１のＸＹＺステージ５１は、マスク１２を、ＸＹＺ方向に微調整する役割を果たし、第２のＸＹＺステージ５２は、基板１０を、ＸＹＺ方向に微調整する役割を果たす。
ここで、第１のＸＹＺステージ５１は、マスクホルダー支持軸５３に連結されており、マスクホルダー支持軸５３の両端には、マスク１２を垂直に支持するように、上下方向にマスクホルダー５５が形成されている。ここで、マスク１２は、常時、マスクフレーム１５に据え置きて移動及び工程を行うので、マスクホルダー５５は、マスク１２とマスクホルダー５５を同時に保持できるように製作するのが望ましい。
また、第２のＸＹＺステージ５２は、基板ホルダー支持軸５４に連結されており、基板ホルダー支持軸５４の両端には、基板１０を垂直に支持するように、上下方向に基板ホルダー５６が形成されている。
第１のＸＹＺステージ５１及び第２のＸＹＺステージ５２を用いて、垂直に基板１０とマスク１２を高精度でアラインメントすることになると、大面積の基板１０と大面積のマスク１２であっても、上下方向で確実に取ってくれるので、基板１０及びマスク１２の垂れ現象が防止される。
冷却室６４は、内部に冷却板４０が設けられるチャンバであって、蒸着された有機薄膜２２を蒸発させた面蒸発源２０の加熱された金属膜シート(Ｓ)を、冷却板４５に密着させて、早い時間内に冷却させる。
図６には、冷却室内で急速冷却する一例が示されており、垂直に設けられた冷却板４０と、冷却板に対して水平方向に往復動自在なプッシャーヘッド(pusher head)４２とを含む。プッシャーヘッド４２は、金属膜シート(Ｓ)を冷却板４０に接触するように押圧する。この時、プッシャーヘッド４２は、金属膜シート(Ｓ)とフレーム２１の形状に合わせて、縁部を凹に形成しているが、これに限定されず、金属膜シート(Ｓ)とフレーム２１を安定して押圧する様々な形態で製作することが可能である。
プッシャーヘッド４２の往復動のために、プッシャーヘッド４２には、プッシャーロッド(pusher rod)４３が形成され、ここで、プッシャーロッド４３は、油圧シリンダのように往復動が可能な装置に連結されて、プッシャーヘッド４２が安定に金属膜シート(Ｓ)を押圧して、金属膜シート(Ｓ)が冷却板４０と均一に接触するようにする。
また、冷却板４０内には、冷却水ライン４１をさらに形成して、冷却板４０が常時低温を維持するようにすることによって、冷却室６４内に別の冷却設備を不要にする。冷却室６４内に金属膜シート(Ｓ)を垂直に引込み又は搬出することも、真空ロボットによって行われる。
マスク保存室６５は、パターンが形成された多数のマスク１２が設けられるチャンバであって、マスクは、ロボットによって、ＦＭＭ蒸着室への移動が可能となる。
ロボット室６０は、基板ロード室６１、面蒸着室６２、面ソースＦＭＭ蒸着室６３、冷却室６４、マスク保存室６５、及び基板アンロード室６６と連結されるように、六角モジュール１００の中央に、六角又は四角に設けられるものであって、その内部には、真空ロボット回転本体７０と、本体に連結されたエンドエフェクト(end effector)７１とからなるロボットを含む。ここで、基板１０と面蒸発源２０、金属面シート(Ｓ)、マスク１２は、この真空ロボットによって、各チャンバに移動される。
すなわち、ロボットは、基板１０、面蒸発源２０、金属面シート(Ｓ)、マスク１２を、デュアル垂直式面蒸着室６２、デュアル垂直式面蒸発源ＦＭＭ蒸着室６３、冷却室６４に、垂直に引込み及び搬出するために、真空ロボット回転本体７０が六角ロボット室６０に固定されており、エンドエフェクト７１が相対的に回転自在に設けられる。また、エンドエフェクト７１は、それぞれのチャンバ内に、基板１０、面蒸発源２０、金属面シート(Ｓ)、又はマスク１２が安着するように、本体が伸びるように形成することができる。また、エンドエフェクト７１は、真空ロボット回転本体７０の一端に設けられることにより、基板１０、面蒸発源２０、金属面シート(Ｓ)、又はマスク１２を垂直に保持する。
以下、図４を参考して、六角モジュール１００において、蒸着工程を順番に説明すると、以下の通りである。
基板１０を、基板ロード室６１内に載置する。
デュアル面蒸着室６２内に設けられた２つの垂直型有機物パウダー蒸発源３０により、それぞれ蒸発した有機物気体が、２つの垂直型面蒸発源２０の金属膜シートにそれぞれ、有機薄膜で蒸着されて、２つの垂直型面蒸発源２０を形成する。
蒸着が完了して、２つの垂直型面蒸発源２０が形成されると、ロボットは、該当２つの垂直型面蒸発源２０を垂直状態で、デュアル垂直型面蒸発源ＦＭＭ蒸着室６３に各々移送させる。
同様に、ロボットは、基板ロード室６１から２つの基板１０、マスク保存室６５から２つのマスク１２を、デュアル垂直型面蒸発源ＦＭＭ蒸着室６３にそれぞれ移送させる。
デュアル垂直型の面蒸発源ＦＭＭ蒸着室６３内では、それぞれ、基板１０、マスク１２、及び垂直型面蒸発源２０の位置配列を微調整して整列させた後、面蒸発源２０を加熱し、面蒸発源２０に蒸着された有機薄膜２２が気化して、マスク後の基板に蒸着されるようにする。
基板に蒸着が完了すると、次工程のために、基板１０は、ロボットにより、基板アンロード室６６に移送され、面蒸発源の加熱された金属面シートは、ロボットによって、冷却室６４に移送されて急速冷却される。
六角モジュール１００の基板ロード室６１及び基板アンロード室６６は、図４に示しているように、六角ロボット室６０を基準に、対向して設置するのが好適であるが、これに限定されるものではなく、工程ラインの形態によって、適切に配置することができる。
また、基板ロード室６１と基板アンロード室６６は、隣接したモジュールからの基板移送のために、コンベアーベルトを用いた基板移動手段を含むことが望ましく、その他にも、基板１０を移送する様々な移送手段を用いることができる。
図８には、このような方法で形成された微細パターンを有するＡＭＯＬＥＤ素子構造の一例を示しており、ＡＭＯＬＥＤ素子は、ＴＦＴ基板１０に、ＨＩＬ(Hole Injection Layer)薄膜２００と、ＨＴＬ(Ｒ)(Hole Transport Layer Red)薄膜２０１、ＨＴＬ(Ｇ)(Hole Transport Layer Green)薄膜２０２、ＨＴＬ(Ｂ)(Hole Transport Layer Blue)薄膜２０３、Ｒｅｄ薄膜２０４、Ｇｒｅｅｎ薄膜２０５、Ｂｌｕｅ薄膜２０６、ＥＴＬ(Electron Transport Layer)薄膜２０７、ＥＩＬ(Electron Injection Layer)薄膜２０８、金属カソード薄膜２０９、ＣＰＬ(Capping Layer)薄膜２１０、第１のＳｉＮ薄膜２１１、ポリマー薄膜２１２、第２のＳｉＮ薄膜２１３、バリア層薄膜２１４が積層され、その上に、ガラス基板２１５を積層して形成する。
ここで、ＨＴＬは、各Ｒ、Ｇ、Ｂ層とキャビティ効果を与えるために、ＨＴＬ(Ｒ)、ＨＴＬ(Ｇ)、ＨＴＬ(Ｂ)薄膜に分けてパターン蒸着するので、それぞれの発光層の厚さが異にして蒸着される。結果として、微細パターン薄膜は、計６回の工程を行うべきである。この６回の微細パターンを除く残りの蒸着工程には、主に、オープンマスク工程が行われる。
図９は、図８における有機薄膜の蒸着を高速に行う目的で、多数の六角モジュールを連結してなる量産用蒸着機の構造を示しており、本発明の一実施例による量産装備は、基板ロード及びベークモジュール１０１と、フリップ及びプラズマ前処理モジュール１０２と、ＨＩＬオープンマスク工程モジュール１０３と、ＨＴＬＲシャドウマスクパターンモジュール１０４と、ＨＴＬＧシャドウマスクパターンモジュール１０５と、ＨＴＬＢシャドウマスクパターンモジュール１０６と、Ｒシャドウマスクパターンモジュール１０７と、Ｇシャドウマスクパターンモジュール１０８と、Ｂシャドウマスクパターンモジュール１０９と、ＥＴＬ/ＥＩＬオープンマスク工程モジュール１１０と、カソードオープンマスク工程モジュール１１１と、ＣＰＬ薄膜オープンマスク工程モジュール１１２と、基板アンロード及びフリップモジュール１１３とを含む。
ここで、ベーク工程とは、基板のベーキング工程を意味し、フリップ工程は、基板をフリップする工程をいう。
また、基板ロード及びベークモジュール１０１、フリップ及びプラズマ前処理モジュール１０２、ＨＩＬオープンマスク工程モジュール１０３、ＨＴＬＲシャドウマスクパターンモジュール１０４、ＨＴＬＧシャドウマスクパターンモジュール１０５、ＨＴＬＢシャドウマスクパターンモジュール１０６、Ｒシャドウマスクパターンモジュール１０７、Ｇシャドウマスクパターンモジュール１０８、Ｂシャドウマスクパターンモジュール１０９、ＥＴＬ/ＥＩＬオープンマスク工程モジュール１１０、カソードオープンマスク工程モジュール１１１、ＣＰＬ薄膜オープンマスク工程モジュール１１２、基板アンロード及びフリップモジュール１１３が該当順番に連結されて、各工程が行われる。
ここで、各モジュールが連結される部位は、１モジュールの基板アンロード室６６と次のモジュールの基板ロード室６１が互いに連結される形式を取る。例えば、Ｒシャドウマスクパターンモジュール１０７の基板アンロード室６６は、次の段階であるＧシャドウマスクパターンモジュール１０８の基板ロード室６１に連結される。
また、各モジュールは、高真空状態を維持しており、各モジュール間の連結部品も、高真空を維持していて、それぞれの工程を行う度に、高真空の環境を解体又は設定する面倒がないというメリットがある。また、連結部品には、漏れが生じないように処理して、高真空の環境が維持されるようにする。
本量産装備により、目的とする生産タックタイムは１分以内であり、また、総チャンバの数は６９個であり、面ソースとＦＭＭ工程を用い、目的とするＡＭＯＬＥＤ素子の解像度は、１２００ppi〜２２５０ppiであり、使用する基板のサイズは、６世代級である。このような量産装備により、工数の実行において、基板とマスクの垂れが防止されるので、７世代級も可能となるはずである。
前述した本発明の説明は、例示に過ぎず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形できるということを理解されるだろう。例えば、単一型として説明している各構成要素は、分散して実施することができ、同様に、分散して説明している構成要素は、結合した形態で実施することができる。

Claims (21)

  1. 基板ロード室(61)と、垂直型面蒸発源(20)と垂直型有機物パウダー蒸発源(30)を備える面蒸着室(62)と、面ソースＦＭＭ蒸着室(63)と、冷却室(64)と、マスク保存室(65)と、基板アンロード室(66)と、これらのそれぞれのチャンバと連結されたロボット室(60)とを備える六角モジュール(100)を含み、
    基板(10)に、微細パターン薄膜を蒸着させることを特徴とする垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  2. 前記面蒸着室(62)は、
    デュアル垂直式面蒸着室からなり、各チャンバ内の少なくとも２つの垂直型有機物パウダー蒸発源(30)は、左右又は上下動をし、スキャニング又は一定の角度で回転をした後、左右又は上下動をし、スキャニングしつつ、少なくとも２つの垂直型面蒸発源(20)に交互に有機薄膜(22)を蒸着させることを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  3. 前記面蒸着室(62)は、前記垂直型有機物パウダー蒸発源(30)が左右又は上下動をし、スキャニング又は一定の角度で回転をした後、左右又は上下動し、スキャニングしつつ、前記垂直型面蒸発源(20)の金属面シート(S)に有機薄膜(22)を蒸着させることを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  4. 前記面蒸着室(62)は、前記垂直型面蒸発源(20)と垂直型有機物パウダー蒸発源(30)とが互いに垂直に対向し、前記垂直型有機物パウダー蒸発源(30)から噴射される有機物気体が水平に飛行して、前記垂直型面蒸発源(20)の金属面シート(S)に有機薄膜で蒸着されることを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  5. 前記垂直型有機物パウダー蒸発源(30)は、
    蒸発源るつぼ本体(34)と、
    前記蒸発源るつぼ本体(34)の側面に、上下又は左右に多数形成された蒸発ノズル(31)と、
    前記蒸発源るつぼ本体(34)の下部に連結して配置され、有機物パウダー(P)を収めている有機物保存るつぼ(35)と、
    前記有機物保存るつぼ(35)の上部を覆う有機物保存部蓋体(36)と、
    前記蒸発源るつぼ本体(34)、有機物保存るつぼ(35)、及び有機物保存部蓋体(35)の外側を囲むように設けられる加熱線(32)とを含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  6. 前記蒸発源るつぼ本体(34)、有機物保存るつぼ(35)、及び有機物保存部蓋体(36)は、分解及び組立が可能であるように、第1の連結フランジ(37)及び第２の連結フランジ(38)によって互いに連結されていることを特徴とする請求項５に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  7. 前記蒸発ノズル(31)には、有機物気体が放出することを防ぐための自動開閉式キャップが設置されることを特徴とする請求項５に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  8. 前記蒸発ノズル(31)は、前記蒸発源るつぼ本体(34)に対応する両側面に形成され、前記垂直型有機物パウダー蒸発源(30)の両側面と離隔配置されている２つの面蒸発源(20)の金属面シートに、同時に有機薄膜(22)を蒸着することを特徴とする請求項５に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  9. 前記加熱線(32)の外側には、前記蒸発ノズル(31)の噴出孔を除く蒸発源全体の外面を囲むように、蒸発源カバー(33)が形成されることを特徴とする請求項５に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  10. 前記面蒸着室(62)内には、多数の垂直型有機物パウダー蒸発源(30)と、多数の垂直型面蒸発源(20)とが備えられることを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  11. 前記面ソースＦＭＭ蒸着室(63)は、基板(10)、マスク(12)、有機薄膜が蒸着された面蒸発源(20)、及び前記面蒸発源(20)を加熱するヒータ加熱線２３が順番に配列され、前記基板(10)の蒸着面と面蒸発源(20)の有機薄膜(22)とは、垂直状態で互いに対向するように離隔配置されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  12. 前記面ソースＦＭＭ蒸着室(63)は、デュアル垂直式面蒸発源ＦＭＭ蒸着室(63)からなり、各チャンバ内の基板(10)、マスク(12)、面蒸発源(20)、及びヒータ加熱線２３は、垂直に配置されることを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  13. 前記ヒータ加熱線(23)は、前記面蒸発源(20)の後面の全域を囲むように設けられ、前記ヒータ加熱線(23)の後面には、ヒータカバー(24)をさらに形成することにより、ヒータ加熱線(23)で発生する赤外線が面蒸発源(20)の後面のみを向かうようにすることを特徴とする請求項１２に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  14. 更に、前記面ソースＦＭＭ蒸着室(63)は、基板(10)とマスク(12)の整列及びその間の距離を微調整するために、整列アラインメント(50)を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  15. 前記整列アラインメント(50)は、前記マスク(12)をXYZ方向に微調整する第１のXYZステージ(51)、及び前記基板(10)をXYZ方向に微調整する第２の XYZステージ(52)とからなり、
    前記第１のXYZステージ(51)は、マスクホルダー支持軸(53)と連結され、前記マスクホルダー支持軸(53)の両端には、マスク(12)を垂直に支持するように、上下方向にマスクホルダー(55)が形成され、
    前記第２の XYZステージ(52)は、基板ホルダー支持軸(54)と連結され、前記基板ホルダー支持軸(54)の両端には、基板(10)を垂直に支持するように、上下方向に基板ホルダー(56)が形成されることを特徴とする請求項１４に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  16. 前記冷却室(64)は、内部に冷却板(40)が設けられ、蒸着された有機薄膜(22)を蒸発させた前記垂直型面蒸発源(20)の加熱された金属膜シート(S)を、前記冷却板(45)に密着させて急速冷却されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  17. 前記冷却室(64)は、垂直に設けられた冷却板(40)と、前記冷却板(40)に対して水平方向に往復動可能なプッシャーヘッド(42)と、前記プッシャーヘッド(42)を往復動するように形成されたプッシャーロッド(43)とを含み、
    前記冷却板(40)の内部には、冷却水ライン(41)を形成することを特徴とする請求項１６に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  18. 前記ロボット室(60)は、真空ロボット回転本体(70)と、前記真空ロボット回転本体(70)に連結されたエンドエフェクト(71)とからなるロボットを含み、基板(10)、面蒸発源(20)、金属面シート(S)、マスク(12)は、前記ロボットにより、各チャンバに、垂直に引込み及び搬出されることを特徴とする請求項１に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  19. 前記基板(10)は、前記六角モジュール(100)からなる基板ロード及びベークモジュール(101)、フリップ及びプラズマ前処理モジュール(102)、HILオープンマスク工程モジュール(103)、HTLRシャドウマスクパターンモジュール(104)、HTLGシャドウマスクパターンモジュール(105)、HTLBシャドウマスクパターンモジュール(106)、Rシャドウマスクパターンモジュール(107)、Gシャドウマスクパターンモジュール(108)、Bシャドウマスクパターンモジュール(109)、ETL/EILオープンマスク工程モジュール(110)と、カソードオープンマスク工程モジュール(111)、CPL薄膜オープンマスク工程モジュール(112)、基板アンロード及びフリップモジュール(113)の工程を、順番に経ることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  20. 多数の垂直型面蒸発源と多数の垂直型有機物パウダー蒸発源とを備える面蒸着室を含むことを特徴とする垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
  21. 前記面蒸着室は、前記垂直型有機物パウダー蒸発源が左右又は上下動をし、スキャニング及び回転をしつつ、前記垂直型面蒸発源に有機薄膜を蒸着させることを特徴とする請求項２０に記載の垂直型面蒸発源を用いた高解像度ＡＭＯＬＥＤ素子のクラスタ型量産装備。
JP2018520436A 2017-12-28 2018-03-06 垂直型面蒸発源を用いた高解像度ａｍｏｌｅｄ素子のクラスタ型量産装備 Pending JP2020506283A (ja)

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