KR100611670B1 - 유기물 증발장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기물 증발장치에 관한 것으로, 챔버와, 상기 챔버의 내측에 수직으로 세워진 기판 및 상기 기판에 이격설치되며, 일면이 개구된 하우징과, 상기 하우징 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 일면이 개구된 유기물 저장부와, 상기 유기물 저장부와 상기 하우징 사이에 개재된 가열부 및 상기 유기물 저장부의 개구된 부분에 설치되어 상기 유기물 저장부를 밀폐하는 노즐몸체와, 상기 노즐몸체의 입구측에 형성되어 토출방향으로 내경이 작아지도록 형성된 다수의 분사유로를 구비한 유기물 분사노즐부로 이루어진 유기물 증발원을 포함하며, 유기물 분사노즐부에는 내부에서 외부로 그 직경의 크기가 작아지는 분사유로를 구비함으로써, 기판에 분사되는 유기물 분자가 효율적으로 이루어지며, 더욱 빠르고 멀리 분사되는 효과가 있다.
유기물, 증발원

Description

유기물 증발장치{Vapor deposition apparatus for organic material}
도 1은 본 발명에 따른 유기물 증발장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기물 증발장치의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1의 유기물 증발원을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 A - A` 선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 4의 B 부분을 확대 도시한 단면도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 유기물 증발장치
300 : 유기물 증발원
310 : 단열부재
320 : 하우징
330 : 열반사판
340 : 열차단판
350 : 유기물 분사노즐부
351 : 분사유로
본 발명은 유기 발광 소자 등의 유기막 형성을 위한 유기물 증발장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 유기물 분자를 분사하는 분사유로를 개선한 유기물 증발장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유기 발광 소자(OLED: Organic Light Emitting Device)의 유기막은 크게, 저분자 유기 물질을 진공 중에서 증발시켜 유기막을 형성하는 방법과, 고분자 유기 물질을 용제에 용해한 후, 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 닥터 블레이팅, 잉크젯 프린팅 등을 이용하여 유기 박막을 형성하는 방법이 있다.
특히, 저분자 유기 물질은 승화성이 있고, 200 - 400℃ 라는 비교적 낮은 온도에서 증발이 가능하다. 따라서 이러한 저분자 유기 물질로 이루어지는 박막을 형성하는 경우에는 박막 형상의 개구부를 가지는 쉐도우 마스크 패턴(shadow mask pattern)을 기판의 앞에 정렬한 다음, 증발되는 유기물 분자를 기판 측으로 분사함으로써 박막을 형성하게 된다. 이에, 기판 상에는 쉐도우 마스크 패턴에 의한 소정 패턴박막이 형성되는 것이다.
한편, 이와 같은 저분자 유기 물질의 증발 및 분사는 유기 물질을 소정온도로 가열가능한 도가니 형태의 유기물 증발원에 의해 이루어진다. 이때, 유기물 증발원은 유기 물질을 가열하도록 히터 등이 구비되어 있고, 그 일측에는 히터 등에 의해 증발된 유기물 분자를 기판 측으로 분사되게 하는 분사유로가 마련되어 있다. 따라서, 히터 등에 의해 증발된 유기물 분자는 이 분사유로를 통하여 기판 측으로 분사되어 소정 패턴박막을 형성하게 되는 것이다.
그러나, 이와 같은 종래의 유기물 증발원에 마련되어 유기물 분자를 기판 측으로 분사하는 분사유로는 그 직경이 일정하여 유기물 분사의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 분사유로의 형태를 개선하여 기판 상에 유기물을 효율적으로 분사할 수 있는 유기물 증발장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은 챔버와, 상기 챔버의 내측에 수직으로 세워진 기판 및 상기 기판에 이격설치되며, 일면이 개구된 하우징과, 상기 하우징 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 일면이 개구된 유기물 저장부와, 상기 유기물 저장부와 상기 하우징 사이에 개재된 가열부 및 상기 유기물 저장부의 개구된 부분에 설치되어 상기 유기물 저장부를 밀폐하는 노즐몸체와, 상기 노즐몸체의 입구측에 형성되어 토출방향으로 내경이 작아지도록 형성된 다수의 분사유로를 구비한 유기물 분사노즐부로 이루어진 유기물 증발원을 포함한다.
바람직하게, 상기 기판은 지면에 대하여 70°내지 110°의 각도를 유지한다.
그리고, 상기 분사유로에는 기판이 토출방향으로 내경이 축소된 경사면이 형 성될 수도 있다.
또한, 상기 노즐몸체의 입구 측에는 상기 유기물 저장부의 유기물이 상기 분사유로 측으로 튀는 것을 방지하도록 하는 튐 방지막을 구비한 것이 바람직하다.
상기 증발원은 유기물의 증착률 및 유기물의 증착 두께를 측정하는 측정장치가 더 추가될 수도 있다.
한편, 챔버와, 상기 챔버의 내측에 수평으로 세워진 기판 및 상기 기판에 이격설치되며, 일면이 개구된 하우징과, 상기 하우징 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 일면이 개구된 유기물 저장부와, 상기 유기물 저장부와 상기 하우징 사이에 개재된 가열부 및 상기 유기물 저장부의 개구된 부분에 설치되어 상기 유기물 저장부를 밀폐하는 노즐몸체와, 상기 노즐몸체의 입구측에 형성되어 토출방향으로 내경이 작아지도록 형성된 다수의 분사유로를 구비한 유기물 분사노즐부로 이루어진 유기물 증발원을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 유기물 증발원이 설치된 유기물 증발장치는 도 1에 도시된 바와 같이 유기물 증발장치(100)의 몸체를 이루는 챔버(200)와, 기판(S) 상으로 유기물 입자를 분사시키기 위한 적어도 하나의 유기물 증발원(300)을 구비한다.
이때, 챔버(200)는 도시되지 않은 진공펌프에 의하여 내부가 진공상태를 유지하도록 되어 있다. 그리고, 챔버(200) 내부에는 유기물 증발원(300)을 수직 방향으로 이동시킬 수 있는 유기물 증발원 이송장치(400)가 설치되어 유기물 증발원(300)을 증착 방향으로 이동시키도록 되어 있다.
이 유기물 증발원 이송장치(400)는 진공으로 유지되는 챔버(200) 내에서 사용이 적합한 수직 이송장치로써, 공정 조건에 따라 유기물 증발원(300)의 이동 속도를 조절할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 그 구성은 볼 스크류(401)와 이 볼 스크류(401)를 회전시키는 모터(403)를 구비하고, 유기물 증발원(300)의 안내를 위하여 가이드(402)를 구비한다. 그리고, 이 유기물 증발원 이송 장치(400)는 다른 실시예로 리니어 모터를 이용하여 정속으로 구동하도록 구현할 수 있다.
한편, 챔버(200) 내부에 위치하는 기판(S)은 유기물의 증착을 위하여 대략 수직방향으로 위치한다. 바람직하게 지면에 대하여 대략 70° 내지 110°의 각도를 유지하도록 한다.
그리고, 기판(S)의 전면, 즉 유기물 증발원(300)과 기판(S) 사이에는 증착되는 유기물의 형상을 결정하는 마스크 패턴(M)이 설치된다. 따라서 유기물 증발원(300)에서 증발된 유기물은 마스크 패턴(M)을 거치면서 기판(S) 상에 증착되어 소정 형상의 유기막이 기판(S) 상에 형성되도록 한다.
한편, 유기물 증발원(300)은 챔버(200) 내부의 기판(S) 상에 증착하고자 하는 유기물을 수용하고, 수용된 유기물을 가열하여 증발시킨 후 이를 기판(S) 상으로 분사하여 기판(S) 상에 유기막이 형성되도록 하는 기능을 한다.
한편, 유기물 증발장치의 다른 실시예를 도 2를 참조하여 살펴보면, 유기물 증발장치(500)의 몸체를 이루는 챔버(600)와, 챔버(600)의 내측에 수평으로 세워진 기판(S) 상으로 유기물 입자를 분사시키기 위한 적어도 하나의 유기물 증발원(700) 을 구비할 수도 있다.
챔버(600)는 도시되지 않은 진공펌프에 의하여 내부가 진공상태를 유지하도록 되어 있다. 그리고, 챔버(600) 내부에는 유기물 증발원(700)을 수평 방향으로 이동시킬 수 있는 유기물 증발원 이송 장치(800)가 설치되어 유기물 증발원(700)을 증착 방향으로 이동시키도록 되어 있다.
이 유기물 증발원 이송장치(800)는 진공으로 유지되는 챔버(600) 내에서 사용이 적합한 수직 이송장치로써, 공정 조건에 따라 유기물 증발원(700)의 이동 속도를 조절할 수 있도록 되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 유기물 증발원의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A - A`부분을 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 유기물 증발원(300)은 유기물을 저장하며 일면이 개구된 하우징(320)을 구비하고, 하우징(320)의 내부에는 유기물 저장부(360)(또는 “도가니(crucible)”라고 함)가 설치된다.
여기서, 하우징(320)은 유기물 저장부(360)를 감싸는 형태로 이루어져, 유기물 저장부(360)를 외부 환경과 격리하는 역할을 수행한다.
그리고, 유기물 저장부(360)는 하우징(320) 보다 작은 크기로 되어 하우징(320) 내부에 설치되게 되어 있으며, 하우징(320)의 개구면과 동일 방향으로 개구된 개구면을 확보하고 있다.
또한, 유기물 저장부(360)는 기판(S) 상에 증착하고자 하는 유기 박막의 원재료인 유기물을 저장된다. 그리고 이 유기물 저장부(360)는 열전도도가 우수한 흑 연(graphite)으로 형성되어 있다. 이때의 흑연은 육방정계(六方晶系) 다공성 물질로써 단열효율이 매우 우수하다.
따라서 유기물 저장부(360) 내부의 가열 온도를 안정적으로 유지할 수 있다. 하지만, 이러한 흑연에서는 유기물의 누설이 발생할 수도 있다. 따라서, 유기물 저장부(360)에는 니켈이나 고융점 금속 등으로 이루어진 유기물 누설방지부재(미도시)가 코팅될 수 있다.
한편, 유기물 저장부(360)의 개구된 면의 내측으로는 유기물 저장부(360) 내부에서 증발하여 토출되는 유기물을 분사하는 유기물 분사노즐부(350)가 마련되고, 유기물 저장부(360)와 하우징(320) 사이에는 가열부(370)가 개재되어 설치된다.
그리고, 유기물 분사노즐부(350)는 유기물 저장부(360)에서 증발되는 유기물 입자를 대략 수직으로 세워진 기판(S) 상으로 분사하며, 유기물 입자가 기판(S) 상에 증착, 분포되는 형태를 결정하는 역할을 수행한다.
이때, 유기물 분사노즐부(350)는 열전도도가 우수한 흑연(graphite)으로 이루어질 수 있으며, 유기물의 누설을 방지하기 위하여 그 표면에 유기물 누설방지부재(미도시)가 코팅될 수 있다.
구체적으로, 유기물 분사노즐부(350)는 유기물 저장부(360)의 개구된 부분을 밀폐하는 노즐몸체(353)와, 노즐몸체(353)를 관통하여 형성되며 유기물 저장부(360) 내측의 유기물 분자를 기판(S) 측으로 분사하는 분사유로(351) 및, 유기물 저장부(360)의 유기물이 튀는 것을 방지하며 노즐몸체(353)에 일체로 형성된 튐 방지막(352)으로 구성되며, 유기물 저장부(360)의 개구된 부분과 연결된다.
따라서, 유기물 저장부(360) 내부에서 증발하여 분사유로(351)를 통해 기판(S) 측으로 토출되는 유기물은 튐 방지막(352)으로 인하여 클러스터(cluster) 형태로 분사되지 않고, 입자 형태로 분사되어지는 것이다.
이때, 노즐몸체(353)는 그 일부분이 유기물 저장부(360)의 내측으로 끼워져 결합될 수 있다. 따라서, 노즐몸체(353)의 일측은 유기물 저장부(360)의 내측에 끼워지게 되고, 노즐몸체(353)의 타측은 유기물 저장부(360)의 외측으로 소정길이 연장형성되는 것이다.
또한, 도 4의 B부분을 확대 도시한 도 5를 참조하면, 분사유로(351)는 유기물 분자를 분사하도록 노즐몸체(353)를 관통하여 형성되되 분사방향의 측방으로 연장된 다수개로 형성되고, 유기물 분자의 진행방향에 따라 그 직경의 크기를 내부에서 외부로 작아지는 형태로 한다.
이때, 분사유로(351)의 안쪽 영역은 넓은 통로로 형성하여 유기물이 넓은 범위로 포집되어 최대한 챔버 내로 유입될 수 있도록 구성하며, 바깥 영역은 안쪽 영역에서 포집된 유기물을 가속시켜 기판으로 향할 수 있도록 구성하며, 이 두 영역의 중간영역은 두 영역의 완충역할을 하도록 구성된다.
이로 인해 기판(S) 상에는 이러한 분사유로(351)로 인하여 유기물 분자가 더욱 빠르고 멀리 분사되며 분사효율이 증대되는 것이다.
한편, 다시 도 4를 참조하면, 가열부(370)는 유기물 저장부(360)와 하우징(320) 사이에 개재되어 상기 유기물 저장부(310)의 유기물을 증발이 가능하도록 가열하는 역할을 수행한다.
이때, 가열부(370)는 유기물의 증발이 가능하도록 하는 열원인 열선과, 도면에 도시하지 않았지만 일종의 리브와 같은 형태로 이루어지며 열선의 처짐을 방지하고 수용하는 열선 지지체로 구성된다.
즉, 가열부(370)는 열선과 열선 지지체로 이루어지는 일종의 히터 터널(heater tunnel) 구조로 이루어지며, 히터 터널(heater tunnel)이 유기물 저장부(360)를 감싸는 형태로 이루어진다.
따라서, 가열부(370)는 유기물 증발원(300)에서 여타의 구성 요소, 특히 유기물 저장부(360)와 일체화되거나 또는 여타의 구성 요소에 부착되는 형태로 이루어지는 것이 아니므로, 독립적으로 분리 및 교체가 가능하다.
한편, 유기물 증발원(300)은 하우징(320)의 내벽에 부착되는 내부 열반사판(330)을 더 구비할 수도 있다. 이 내부 열반사판(330)은 가열부(370)에서 발생되는 열을 반사하여, 가열부(370)의 열효율을 증가시키기 위한 것이다.
또한, 유기물 증발원(300)은 유기물 분사노즐부(350)의 기판(S) 방향의 외부면에 부착되는 열차단판(340)을 더 구비할 수 있다. 이 열차단판(340)은 유기물 분사노즐부(350)를 통하여 열이 방출되어 기판(S)에 영향을 미치는 것을 방지한다.
그리고, 유기물 증발원(300)은 하우징(320)의 외벽에 설치되는 단열부재(310)를 더 구비할 수도 있다. 이 단열부재(310)는 가열부(370)에서 발생된 열이 하우징(320)을 통하여 외부로 방출되는 것을 방지한다.
이러한 열반사판(330), 열차단판(340) 그리고 단열부재(310)는 유기물 증발원(300)의 열효율을 보다 향상시키는 기능을 수행한다.
한편, 유기물 증발원(300)은 도면상에는 도시하지 않았으나, 기판(S) 상에 증착되는 유기물의 증착률 및 유기물의 증착 두께를 측정하는 역할을 수행하는 측정 장치를 더 구비할 수도 있다.
상기한 바와 같은 상기 유기물 증발장치(100)는 유기물 저장부(360)가 히터 터널(heater tunnel) 구조인 가열부(370)에 개재되고, 유기물 저장부(360)의 개구된 부분에 유기물 분사노즐부(350)가 일부 삽입되며, 가열부(370)가 하우징(320)에 삽입되는 구조로 이루어져, 유기물 저장부(360), 유기물 분사노즐부(350) 및 가열부(370)의 분해 조립이 용이한 구조로 이루어져 있다.
상기한 바와 같은 유기물 증발장치(100)를 이용하는 유기막의 형성 방법은 이하에서 설명한다.
먼저, 유기물 증발장치(100)의 챔버(200) 내에 기판(S)을 지면에 대략 수직, 바람직하게는 지면과 70° 내지 110°각도를 유지하도록 장착한다.
그런 다음, 유기물 증발원(300)의 기판(S) 상에 증착하고자 하는 유기물을 수용하고 있는 유기물 저장부(360)를 가열부(370)를 통하여 가열한다. 이때, 가열부(370)를 통하여 유기물 저장부(360)에 저장되어 있는 유기물이 가열되어 유기물 입자 상태로 증발된다.
따라서, 증발된 유기물 입자는 유기물 분사노즐부(350)로 유입되고, 유기물 노즐부(350)를 통하여 분사되어 기판(S) 상에 증착된다.
이때, 기판(S) 상에 증착되는 유기물 입자는 단면적이 감소하게 되면 단면적이 작은 곳을 지나가게 되는 유체는 압력이 감소하고 속도가 증가하여 유체가 더욱 빠르고 멀리 나가는 베르누이정리에 따라 내부에서 외부로 유기물의 진행방향에 따라 그 직경이 작아지는 본 발명에 따른 분사유로(351)는 종래의 직격이 일정한 분사유로보다 빠른 시간에 그리고 더 멀리 유기물을 분사할 수 있다. 또한, 분사유로(351)의 안쪽 영역을 넓게 함으로써 넓은 범위에서 유기물을 포집하여 유기물의 분사에 있어서 효율을 증대시킬 수 있다.
한편, 유기물 분사노즐부(350)는 분사유로(351)와 튐 방지판(352)이 일체화되어 있으므로, 유기물 저장부(360)에서 클러스터 형태의 유기물이 튀는 것을 방지할 수 있다.
또한, 유기물 분사노즐부(350)가 흑연(graphite)과 같은 열전도도가 우수한 물질로 이루어져 있기 때문에 별도의 가열 장치를 설치하지 않더라도 유기물 분사노즐부(350)를 통하여 분사되는 유기물 입자의 응축을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기물 증발원의 유기물 분사노즐부에는 내부에서 외부로 그 직경의 크기가 작아지는 분사유로를 구비함으로써, 기판에 분사되는 유기물 분자가 효율적으로 이루어지며, 더욱 빠르고 멀리 분사되는 효과가 있다.
이상, 본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (9)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 내측에 수직으로 세워진 기판;
    상기 기판에 이격설치되며, 일면이 개구된 하우징과, 상기 하우징 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 일면이 개구된 유기물 저장부와, 상기 유기물 저장부와 상기 하우징 사이에 개재된 가열부 및 상기 유기물 저장부의 개구된 부분에 설치되어 상기 유기물 저장부를 밀폐하는 노즐몸체와, 상기 노즐몸체의 입구측에 형성되어 토출방향으로 내경이 작아지도록 형성된 다수의 분사유로를 구비한 유기물 분사노즐부로 이루어진 유기물 증발원을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 증발장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 지면에 대하여 70°내지 110°의 각도를 유지하는 것을 특징으로 하는 유기물 증발장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 분사유로에는 기판이 토출방향으로 내경이 축소된 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 유기물 증발장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐몸체의 입구 측에는 상기 유기물 저장부의 유기물이 상기 분사유로 측으로 튀는 것을 방지하도록 하는 튐 방지막을 구비한 것을 특징으로 하는 유기물 증발장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 증발원은 유기물의 증착률 및 유기물의 증착 두께를 측정하는 측정장치가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 유기물 증발장치.
  6. 챔버;
    상기 챔버의 내측에 수평으로 위치한 기판;
    상기 기판에 이격설치되며, 일면이 개구된 하우징과, 상기 하우징 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 일면이 개구된 유기물 저장부와, 상기 유기물 저장부와 상기 하우징 사이에 개재된 가열부 및 상기 유기물 저장부의 개구된 부분에 설치되어 상기 유기물 저장부를 밀폐하는 노즐몸체와, 상기 노즐몸체의 입구측에 형성되어 토출방향으로 내경이 작아지도록 형성된 다수의 분사유로를 구비한 유기물 분사노즐부를 구비한 유기물 증발원을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 증발장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 분사유로에는 기판이 토출방향으로 내경이 축소된 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 유기물 증발장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 노즐몸체의 입구 측에는 상기 유기물 저장부의 유기물이 상기 분사유로 측으로 튀는 것을 방지하도록 하는 튐 방지막을 구비한 것을 특징으로 하는 유기물 증발장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 증발원은 유기물의 증착률 및 유기물의 증착 두께를 측정하는 측정장치가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 유기물 증발장치.
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