KR100556635B1 - 유기 전계 발광층 증착용 증착원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증착 장치의 유지 보수를 위하여 전원 공급을 차단한 후에 자체의 온도를 빠른 시간 내에 최적의 온도로 낮출 수 있도록 구성한 증착원에 관한 것이며, 본 발명에 따른 증착원은 가열 수단이 장착되어 증착 재료로 열을 공급하는 측벽 부재; 바닥 부재; 재료 증기 배출용 개구가 형성된 상부 부재; 및 측벽 부재의 외측에 이동 가능하게 설치되어 측벽 부재와 직접적인 접촉에 의한 열 교환이 이루어지는 냉각 수단을 포함한다. 냉각 수단은, 내부에 냉각수 유동로가 각각 형성된 다수의 블록 및 각 블록을 상기 증착원의 반경 방향으로 왕복 이동시키는 다수의 이동 수단을 포함하며, 각 블록은 증착원의 높이와 대응하는 높이를 가지며, 증착원의 외면을 향하는 내면은 증착원의 외면과 대응되는 형상으로 이루어져 각 블록의 내면이 증착원의 외주면과 완전 밀착될 수 있다. 각 블록은 그 내면이 증착원의 외면과 밀착되고 각 블록 내의 냉각수 유동로를 따라 냉각수가 유동됨으로서 증착원에 대한 냉각 기능을 수행하게 된다.

유기 전계 발광층 증착용 증착원

Description

유기 전계 발광층 증착용 증착원{Source for depositing electroluminescent layer}

도 1은 증착원이 장착된 증착 장치의 내부 구성을 도시한 단면도.

도 2는 일반적인 포인트 증착원의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 포인트 증착원의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 포인트 증착원의 평면도.

본 발명은 유기 전계 발광층의 증착을 위한 증착원에 관한 것으로서, 특히 가동 종료 후 빠른 시간 내에 자체 온도를 낮출 수 있는 냉각 수단을 구비하여 후 공정 진행을 위한 대기 시간을 최소화할 수 있는 증착원에 관한 것이다.

열적 물리적 기상 증착은 증착 재료(유기물)의 증기로 기판 표면에 발광층을 형성하는 기술로서, 용기(vessel) 내에 수용된 증착 재료는 기화 온도까지 가열되며, 증착 재료의 증기는 수용된 용기 밖으로 이동한 후 코팅될 기판 상에서 응축된다. 이러한 증착 공정은 증착 재료를 수용하는 용기 및 코팅될 기판을 구비한 10^-7 내지 10^-2 Torr 범위의 압력 상태의 챔버 내에서 진행된다.

일반적으로, 증착 재료를 수용하는 용기인 증착원은 전류가 벽(부재)들을 통과할 때 온도가 증가되는 전기적 저항 재료로 만들어진다. 증착원에 전류가 인가되면, 그 내부의 증착 재료는 증착원의 벽으로부터의 방사열 및 벽과의 접촉으로부터의 전도열에 의하여 가열된다. 증착원의 상부 부재에는 기화된 재료 증기가 외부로 배출되는 증기 배출 개구(vapor efflux aperture)가 형성되어 있다.

도 1은 증착원이 장착된 증착 장치의 내부 구성을 도시한 단면도로서, 증착 장치의 챔버(3) 내부에 장착된 증착원(1) 및 증착원(1) 상부에 장착되어 있는 기판 (2)을 도시하고 있다.

발광층이 증착되는 기판(2)은 챔버의 상부 플레이트(3-1)에 장착되어 있으나, 이 기판(2)은 고정된 상태로 장착될 수도 있으나, 그 폭 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다. 기판(2)을 상부 플레이트(3-1)에 대하여 수평 운동(직선 운동)이 가능하게 장착시키는 구성은 일반적이며, 따라서 그에 대한 설명은 생략한다.

증착원(1)은 챔버(3)의 바닥면(3-2)에 고정된 절연 구조체(4) 위에 장착되어 있으며, 전원을 공급하기 위한 케이블이 연결되어 있다. 한편, 이 증착원(1)은 절연 구조체(4) 상에 고정된 상태로 장착될 수도 있으나, 기판(2)의 폭 방향으로 수평 운동(직선 운동)이 가능하게 장착될 수 있다. 증착원(1)을 절연 구조체(4)에 대하여 수평 운동이 가능하게 장착시키는 구성은 일반적이며, 따라서 그에 대한 설명은 생략한다.

도 1에서는 증착원(1)의 내부 공간에서 기화된 재료 증기를 기판(2)을 향하여 외부로 배출시키기 위한 증기 배출 개구(1A-1)가 상부 부재에 형성되어 있음을 도시하고 있다. 일반적으로, 위에서 설명한 기능을 수행하는 증착원(1)은 전체 형상 및 증기 배출 개구(1A-1; 이하, 편의상 "개구"로 칭함)의 형상에 따라 포인트 증착원(point deposition source) 및 선형 증착원(linear deposition source)으로 구분된다.

포인트 증착원은 전체적인 형상이 원통형으로서, 상부 부재에 형성된 개구는 원형으로 이루어진다. 또한, 선형 증착원은 육면체의 형상을 가지며, 상부 부재에는 부재의 길이 방향으로 소정 폭의 개구가 형성되어 있다.

도 2는 일반적인 포인트 증착원의 단면도로서, 원통형의 측벽 부재(1B), 원판형의 바닥 부재(1C) 및 상부 부재(1A)로 이루어진 포인트 증착원(1)의 내부 구성을 도시하고 있다. 상부 부재(1A), 측벽 부재(1B) 및 바닥 부재(1C)로 인하여 형성되는 내부 공간에는 증착 재료(M)인 유기물이 수용되어 있다.

측벽 부재(1B) 내부에는 내부 공간에 수용된 증착 재료(M)를 가열하기 위한 수단(1B-1; 예를 들어, 전원에 연결된 발열 코일)이 위치하고 있다. 이 가열 수단 (1B-1)은 측벽 부재(1B)의 전 높이에 걸쳐 장착되어 있으며, 따라서 모든 증착 재료(M)에 열을 공급할 수 있다.

상부 부재(1A)의 중앙부에는 개구(1A-1)가 형성되어 있으며, 측벽 부재(1B)에 장착된 가열 수단(1B-1)에서 발생된 열에 의하여 가열, 기화된 증착 재료(M)의 증기는 이 개구(1A-1)를 통하여 외부, 즉 기판(도 1의 2)을 향하여 배출된다. 이 개구(1A-1)의 직경은 증착원(1)의 직경에 비하여 극히 작기 때문에 유체를 고속으로 분산시키는 노즐의 기능을 수행하게 된다. 즉, 단면적이 넓은 내부 공간에서 발생된 증착 재료(M)의 증기는 좁은 면적의 개구(1A-1)를 통과하는 과정에서 그 유속이 빨라지고 압력이 낮아지게 되며, 따라서 효율적인 재료 증기의 분산이 이루어질 수 있다.

미설명 부호 11은 상부 부재(1A)로 전달된 열의 외부 발산을 막기 위하여 측벽 부재(1B) 상단에 고정된 금속성 재질의 원판형 커버이며, 11-1은 상부 부재(1A)의 개구(1A-1)와 대응하는, 커버(11)에 형성된 재료 증기 배출용 개구이다.

위와 같은 구조를 갖는 증착원을 포함하는 증착 장치는 일정 시간 가동한 후, 유지 보수 및 장비의 효율적인 이용을 위하여 그 가동을 일시적으로 정지시키게 된다. 즉, 생산 현장에서는 일반적으로 약 5일 정도 증착 장치를 가동한 다음, 증착원에 공급되는 전원을 차단하고, 증착 장치의 내부 진공압을 제거하고 증착원의 온도를 낮춘 상태에서 각 증착원을 정비하거나 유기물 재료를 공급한다. 또한, 챔버 내부 표면에 고정된 방착판(증착 재료의 기화물이 굳어 있는 상태)을 제거하고 새로운 방착판을 장착하게 된다.

일반적으로, 유기물 재료의 가열 및 기화 공정이 진행되는 동안의 증착원의 온도는 약 300℃이며, 증착 장비의 유지 보수 및 정비를 실시하기 위해서 작업자는 증착원의 온도가 약 160 내지 180℃로 낮아질 때까지 대기하여야 한다. 특히, 증착 장치 (챔버) 내의 압력이 진공압 상태에서 대기압 수준으로 회복하기 위해서는 약 4시간 내지 5시간 정도가 소요되기 때문에 증착원의 온도가 낮아지기 위해서는 그 이상의 시간이 필요하다.

그 이유를 상세히 설명하면 다음과 같다. 증착 조건중 하나인 챔버 내의 진공압을 빠른 속도로 상압으로 감압할 경우, 챔버 내에 장착된 증착원(일반적으로 티타늄으로 제조됨)은 산화되기 쉽고 또한 증착원 내부에 수용된 유기물은 손상되기 쉽다. 따라서 이러한 현상을 방지하기 위해서는 장시간에 걸쳐 챔버 내부의 진공압 상태를 대기압 수준으로 천천히 감압하여야 한다.

한편, 진공압 상태에서는 증착원 자체의 열을 흡수하는 매체가 존재하지 않기 때문에 챔버 내의 압력이 대기압 수준으로 회복된 후에야 증착원의 온도 강하가 정상적으로 이루어진다. 또한 챔버 내의 압력이 대기압으로 된 후에도 챔버 내부의 온도가 적정 온도로 낮아질 때까지는 상당한 시간이 소요됨은 물론이다.

증착 장치를 이용한 소자의 생산성 향상을 위해서는 위와 같이 수 시간이 소요되는 유지 보수 시간을 최소한으로 단축시키는 것이 가장 바람직하며, 특히 증착원의 온도를 빠른 시간 내에 정비가 가능한 적정 온도로 낮추는 것이 장비의 효율적인 가동을 위하여 중요한 사항으로 고려되어야 한다.

따라서 본 발명은 증착 장치의 유지 보수를 위하여 전원 공급을 차단한 후에 자체의 온도를 빠른 시간 내에 최적의 온도로 낮출 수 있도록 구성한 증착원을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른, 전원 인가에 따라 발열하여 그 내부에 수용된 증착 재료로 열을 전달, 가열하여 발생된 재료 증기를 외부로 배출 시켜 기판 표면에 증착 재료층을 형성하는 증착원은 가열 수단이 장착되어 증착 재료로 열을 공급하는 측벽 부재; 바닥 부재; 재료 증기 배출용 개구가 형성된 상부 부재; 및 측벽 부재의 외측에 이동 가능하게 설치되어 측벽 부재와의 직접적인 접촉에 의하여 열 교환이 이루어지는 냉각 수단을 포함한다.

본 발명에서 이용된 냉각 수단은, 내부에 냉각수 유동로가 각각 형성된 다수의 블록 및 각 블록을 상기 증착원의 반경 방향으로 왕복 이동시키는 다수의 이동 수단을 포함하며, 각 블록은 증착원의 높이와 대응하는 높이를 가지며, 증착원의 외면을 향하는 내면은 증착원의 외면과 대응되는 형상으로 이루어져 각 블록의 내면이 증착원의 외주면과 완전 밀착될 수 있다.

각 블록에 형성된 냉각수 유동로는 단일 통로로서 블록의 전체 면적 및 전체 높이에 걸쳐 소정의 간격을 두고 적층 상태로 형성되며, 각 블록의 외부로 노출된 냉각수 유동로의 양단은 외부의 냉각수 저장조와 각각 연결되는 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구로 각각 작용하게 된다. 또한, 각 블록에 형성된 냉각수 유동로는 한 종단에 냉각수의 흐름을 제어하는 수단이 설치되어 있다.

한편, 각 블록을 이동시키는 이동 수단은 단일 컨트롤러에 의하여 제어되되, 증착원에 장착된 가열 수단으로의 전원 공급이 중단되면, 컨트롤러는 각 블록에 연결된 이동 수단을 작동시키고 각 블록의 냉각수 유동로에 설치된 냉각수 흐름 제어 수단을 개방함으로서 각 블록은 그 내면이 증착원의 외면과 밀착되고 각 블록 내의 냉각수 유동로를 따라 냉각수가 유동됨으로서 증착원에 대한 냉각 기능을 수행하게 된다.

첨부된 도면을 참고로 한 바람직한 실시예의 상세한 설명에 의하여 본 발명은 보다 완전하게 이해될 것이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 포인트 증착원의 단면도 및 평면도로서, 평면도인 도 4에서는 도면의 간략화를 위하여 증착원을 단일의 원으로 도시하였다.

본 발명에 따른 포인트 증착원(20) 역시 도 2에 도시된 증착원과 같이 가열 수단(22A; 발열 코일)이 장착된 원통형의 측벽 부재(22), 원판형의 바닥 부재(23) 및 재료 증기 배출용 개구(21A)가 형성된 상부 부재(21)로 이루어진다. 본 발명에 따른 증착원(20)의 가장 큰 특징은 기본적인 구성 부재 이외에 측벽 부재(22)의 외측에 냉각 수단을 설치한 점이다. 냉각 수단의 구체적인 구성은 다음과 같다.

측벽 부재(22)의 외측에 설치된 냉각 수단은 다수의 블록(31, 32 및 33; 도면에서는 3개의 블록으로 도시됨) 및 각 블록(31, 32 및 33)을 증착원(20)의 반경 방향으로 이동시킬 수 있는 이동 수단(도시되지 않음)으로 이루어진다.

각 블록(31, 32 및 33)은 증착원(20)의 높이와 유사한 높이를 가지며, 증착원(20)의 외주면을 향하는 내면은 도 4에 도시된 바와 같이 원통형 증착원(20)의 외주면과 대응되는 곡면으로 이루어져 있다. 따라서, 3개의 블록(31, 32 및 33)이 증착원(20)의 중심으로 이동한 경우에 모든 블록(31, 32 및 33)의 내면이 증착원(20)의 외면과 밀착된다. 한편, 도 4에서는 증착원(20)은 원통형으로, 각 블록(31, 32 및 33)의 내면은 곡면형으로 도시되어 있으나, 그 형상은 이에 한정되지 않는다.

각 블록(31, 32 및 33) 내부에는 전체 면적에 걸쳐 단일의 냉각수 유동로(31A, 32A ; 또다른 블록(33)에 형성된 냉각수 유동로는 도시되지 않음)가 형성되어 있다. 즉, 각 블록(31, 32 및 33)의 전 높이에 걸쳐 소정의 간격을 두고 냉각수 유동로(31A, 32A)가 적층 상태로 형성되며, 비록 높이 차이는 있을지라도 각 층의 냉각수 유동로(31A, 32A)는 서로 연결되어 있음은 물론이다.

한편, 각 블록(31, 32 및 33)의 외부로 노출된 냉각수 유동로(31A, 32A)의 양단은 외부의 냉각수 저장조(도시되지 않음)와 각각 연결되는 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구로 각각 작용하며, 어느 한 종단에는 냉각수의 흐름을 제어하는 수단(예를 들어, 밸브)이 설치되어 있다. 한편, 냉각수 유동을 위한 수단 및 그에 따른 불필요한 동력 사용을 방지하기 위하여 상단 종단을 냉각수 유입구로, 하단 종단을 냉각수 배출구로 이용하는 것이 바람직하다.

한편, 각 블록(31, 32 및 33)은 베이스(40) 상에 증착원(20)의 반경 방향으로의 이동 가능하게 설치되어 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 각 블록(31, 32 및 33)은 단일 컨트롤러에 의하여 제어되는 이동 수단에 연결되어 있다. 본 발명의 목적을 실현하기 위한 이동 수단은, 한정되지는 않으나, 실린더 또는 나선이 형성된 회전 샤프트와 같은 동력을 전달받아 대상물을 직선 왕복 이동시킬 수 있는 어떠한 장치라도 가능하다.

이와 같은 이동 수단들 및 컨트롤러의 구성 및 기능은 일반적이며 또한 다양한 형태로 구현할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이상과 같은 본 발명의 작동 및 그 기능을 도 3 및 도 4를 통하여 설명한다.

위에서 설명한 바와 같이, 증착 장치를 일정 시간 가동한 후, 유지 보수를 위하여 그 가동을 정지시키게 되며, 그 후 증착원(20)에 공급되는 전원을 차단하고, 증착 장치(챔버)의 내부 진공압을 제거하게 된다. 전원 공급이 이루어지지 않기 때문에 증착원(20)의 측벽 부재(22) 내에 설치된 가열 수단(22A) 역시 작동되지 않는다.

증착 장치, 즉 증착원(20)에 장착된 가열 수단(22A)으로의 전원 공급이 중단되면, 컨트롤러는 각 블록(31, 32 및 33)에 연결된 이동 수단을 작동시키며 또한 각 블록(31, 32 및 33)의 냉각수 유동로(31A, 32A)에 설치된 냉각수 흐름 제어 수단을 개방한다. 따라서 외부에서 공급된 냉각수는 각 블록(31, 32 및 33)의 내부에 형성된 냉각수 유동로(31A, 32A)를 따라 유동하게 되며, 이와 동시에 각 블록(31, 32 및 33)은 증착원(20)을 향하여 이동하게 된다.

각 블록(31, 32 및 33)의 이동에 따라서 원통형 증착원(20)의 외주면과 대응하는 형상을 가진 각 블록(31, 32 및 33)의 내면은 증착원(20)의 외면과 밀착된다. 한편, 각 블록(31, 32 및 33) 내에 형성된 냉각수 유동로(31A, 32A)를 따라 유동하는 냉각수에 의하여 각 블록(31, 32 및 33)의 온도는 현저하게 낮아지게 되며, 따라서 낮은 온도를 갖는 각 블록(31, 32 및 33)과 증착 재료에 대한 기화 공정이 진행된 고온의 증착원(20) 사이에는 열 교환이 이루어진다.

전술한 바와 같이, 챔버의 내부 압력이 진공압 상태일지라도 각 블록(31, 32 및 33)이 가열 수단(22A)이 내장되어 있는 증착원(20)과 직접적으로 접촉하기 때문 에 열 교환 현상이 활발하게 이루어질 수 있으며, 따라서 짧은 시간 내에 증착원(20)의 온도는 원하는 온도까지 낮아질 수 있다. 특히, 각 블록(31, 32 및 33) 내의 냉각수 유동로(31A, 32A)에 새로운 냉각수를 지속적으로 공급하는 경우에는, 증착원(20)과의 열 교환이 이루어지는 상태에서도 각 블록(31, 32 및 33)은 낮은 온도를 유지하게 되며, 따라서 증착원(20)과의 효과적인 열 교환이 이루어질 수 있다.

증착 장치에 대한 유지 보수 작업이 종료된 후, 장치의 가동을 위해서 전원을 공급하게 되면, 증착원(20)의 가열 수단(22A)이 작동하여 증착 재료(도 3의 M)를 가열하게 되며, 이 때 컨트롤러는 각 이동 수단 및 냉각수 흐름 제어 수단을 역으로 동작, 즉 각 블록(31, 32 및 33)을 증착원(20) 외측으로 이동시키고, 냉각수 흐름 제어 수단을 밀폐시킨다.

컨트롤러의 제어에 따른 각 이동 수단의 동작에 따라 각 블록(31, 32 및 33)은 증착원(20) 외측으로 이동하게 되며, 각 블록(31, 32 및 33)의 냉각수 유동로 (31A, 32A)로의 냉각수 공급이 중지되어 증착원(20)의 가열 공정은 블록(31, 32 및 33)의 영향을 받지 않게 된다.

이상과 같은 본 발명은 증착 장치의 유지 보수를 위하여 전원 공급을 차단한 후, 내부에 냉각수가 유동하는 다수의 블록이 증착원의 표면과 직접적으로 접촉하기 때문에 빠른 시간 내에 증착원의 온도를 낮출 수가 있다. 따라서 장치의 유지 보수를 위한 대기 시간이 현저히 줄어들게 되어 장비의 효율적인 사용이 가능하고 소자의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명으로부터 얻어질 수 있는 많은 변형과 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형과 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.

Claims (5)

1. 가열 수단이 장착되어 내부에 수용된 증착 재료로 열을 공급하는 측벽 부재; 바닥 부재; 재료 증기 배출용 개구가 형성된 상부 부재; 및 측벽 부재의 외측에 이동 가능하게 설치되어 측벽 부재와 직접적인 접촉에 의한 열 교환이 이루어지는 냉각 수단을 포함하는 증착원.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 수단은 내부에 냉각수 유동로가 각각 형성된 다수의 블록 및 각 블록을 상기 증착원의 반경 방향으로 왕복 이동시키는 다수의 이동 수단을 포함하여 각 블록을 측벽 부재와 선택적으로 접촉시키는 증착원.
3. 제 2 항에 있어서, 각 블록은 증착원의 높이와 대응하는 높이를 갖고 증착원의 외면을 향하는 내면은 증착원의 외면과 대응되는 형상으로 이루어져 각 블록의 내면이 증착원의 외주면과 완전 밀착되는 증착원.
4. 제 2 항에 있어서, 각 블록 내에 형성된 냉각수 유동로는 단일 통로로서 블록의 전체 면적 및 전체 높이에 걸쳐 소정의 간격을 두고 적층 상태로 형성되는 증착원.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 각 블록을 이동시키는 이동 수단은 단일 컨트롤러에 의하여 제어되며, 상기 블록 내의 각 냉각수 유동로에는 한 종단에 상기 컨트롤러에 의하여 제어되는 냉각수 흐름 제어 수단이 설치되어 증착원에 장착된 가열 수단으로의 전원 공급이 중단되면, 컨트롤러는 각 블록에 연결된 이동 수단을 작동시키고 각 블록의 냉각수 유동로에 설치된 냉각수 흐름 제어 수단을 개방하여 각 블록의 내면을 증착원의 외면과 밀착시키고 각 블록 내의 냉각수 유동로를 따라 냉각수가 유동시키는 증착원.

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