KR100625983B1 - 증발원 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 증발원은, 증착 챔버 내에 배치되고, 함유된 증발 물질을 증발시키기 위한 도가니, 상기 도가니에 열을 공급하기 위한 열선, 및 상기 도가니를 안착시키는 외벽을 구비하는 증발원에 있어서, 상기 증발원은 상기 외벽 상단부의 적어도 일부분과 접하도록 상기 외벽의 상단에 배치되는 방열 커버를 더 구비하고, 상기 방열 커버는 중심을 향하여 연장되는 차폐부를 구비하고, 상기 차폐부의 내부에는 상기 증착 물질을 관통시키는 개구부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

증발원{Effusion Cell}
도 1a는 증착 챔버 내에서 기판에 증발 물질을 증착시키는 증발원의 작동을 도시하는 모식도,
도 1b는 도 1a에 도시된 종래 기술에 따른 증발원의 개략적인 단면도,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 증발원의 개략적인 단면도,
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 증발원의 방열 커버 및 외벽의 개략적인 부분 단면도,
도 2c는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 증발원의 방열 커버 및 외벽의 개략적인 부분 단면도,
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른, 방착판 및 방착판 지지대를 포함하는 증발원의 개략적인 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10...기판 20...증발원
30...증착 챔버 121, 421...열선
122, 422...도가니 124, 224, 324, 424...외벽
227, 327, 427...방열 커버 125, 225, 425...냉각수 유동 통로
유기 전계 발광 디스플레이 장치는 유기물 박막에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공(hole)이 재결합하여 여기자(exiton)를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생하는 현상을 이용하는 자발광형 디스플레이 장치이다. 유기 전계 발광 디스플레이 장치는 저전압으로 구동이 가능하고, 경량의 박형이고, 시야각이 넓을 뿐만 아니라, 응답 속도 또한 빠르다는 장점을 구비한다.
이러한 유기 전계 발광 디스플레이 장치의 유기 전계 발광 소자는 기판 상에 적층식으로 형성되는 양극, 유기막, 및 음극으로 구성된다. 유기막은 유기 발광층(EML, emitting layer)을 구비하는데, 이 유기 발광층에서 정공과 전자가 재결합하여 여기자를 형성하고 빛이 발생한다. 발광 효율을 보다 높이기 위해서는 정공과 전자를 유기 발광층으로 보다 원활하게 수송하여야 하고, 이를 위해 음극과 유기 발광층 사이에는 전자 수송층(ETL, electron transport layer)이 배치될 수 있고 양극과 유기 발광층 사이에는 정공 수송층(HTL, hole transport layer)이 배치될 수 있으며, 또한 양극과 정공 수송층 사이에 정공 주입층(HIL, hole injection layer)이 배치될 수도 있고, 음극과 전자 수송층 사이에 전자 주입층(EIL, electron injction layer)이 배치될 수도 있다.
기판에 박막을 형성하는 일반적인 방법으로는 진공 증착법(evaporation), 이온 플래이팅법(ion-plating) 및 스퍼터링(sputtering)법과 같은 물리 기상 증착법(PVD)과, 그리고 가스 반응에 의한 화학 기상 증착(CVD)법 등이 있다. 이 중에서, 유기 전계 발광 소자의 유기막 등의 박막 층 형성에는 진공 증착법이 주로 사용된다. 진공 증착법에 사용되는 증발원으로는 간접 가열 방식(또는 유도 가열 방식)의 증발원(effusion cell)이 사용되는데, 이러한 진공 증착 시스템 및 증발원은 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다.
도 1a의 일반적인 진공 증착 시스템에서, 증착 챔버(30)의 상부에는 기판(10)이 장착되고, 기판(10)의 인접 하부에는 소정의 패턴이 형성될 수도 있는 마스크(11)가 배치되고, 증착 챔버(30)의 하부에는, 도 1b에 도시된 바와 같은 증착 물질(23)을 함유하는 도가니(22), 도가니(22)의 외측으로 형성된 열선(21), 열선(21)으로부터 원치 않는 방향으로의 복사열을 차폐시키기 위한 외벽(24)을 구비하는 증발원(20)이 배치된다. 열선(22)에 인가된 전류에 의해 열선으로부터 열이 발산되고, 발산된 열은 도가니(22) 내의 증발 물질(23)을 증발시키고 증발된 물질이 상부의 기판(10) 상에서 응축되어 증착된다. 증착 물질을 기판(10) 상에 균일하게 형성하기 위하여, 경우에 따라서는 기판(10)을 장착하는 수단의 상부에 형성된 구동 수단, 예를 들어 모터에 의하여 기판(10)이 회전될 수도 있다.
한편, 도가니(22)로부터 증발된 물질의 증착성을 고려하여, 증발원(20)과 기판(10) 간에는 일정한 거리가 유지되는데, 도 1b에 도시된 바와 같이, 도가니(22)와 외벽(24) 사이에 형성된 갭을 통하여 열선(21)으로부터 발산되는 복사열은 일정한 거리로 유지된 기판을 향하여 전달될 수도 있다. 는 마스크(11)가 배치되므로, 도가니(22)와 외벽(24) 사이의 갭을 거쳐 열선(21)으로부터 복사되는 열은 기판(10)의 인접한 하부에 일정한 인장력이 가해진 상태로 배치된 마스크(11)에 전달될 수도 있다. 마스크(11)는 인장력이 가해진 상태의 얇은 판상이기 때문에, 이러한 복사열에 의하여 쉽게 열변형될 수도 있다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에 따른 증발원의 열선으로부터 복사되는 열이 도가니와 외벽 사이에 형성된 갭을 통하여 마스크로 전달되는 것을 차단함으로써, 마스크가 열변형되는 것을 방지하기 위한 증발원을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따르면, 증착 챔버 내에 배치되고, 함유된 증발 물질을 증발시키기 위한 도가니, 상기 도가니에 열을 공급하기 위한 열선, 및 상기 도가니를 안착시키는 외벽을 구비하는 증발원에 있어서, 상기 증발원은 상기 외벽 상단부의 적어도 일부분과 접하도록 상기 외벽의 상단에 배치되는 방열 커버를 더 구비하고, 상기 방열 커버는 중심을 향하여 연장되는 차폐부를 구비하고, 상기 차폐부의 내부에는 상기 증착 물질을 관통시키는 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 외벽과 상기 열선 사이에는, 상기 열선으로부터 외벽 방향으로의 복사 열전달을 차폐시키기 위한 리플렉터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 외벽은 냉각수 유동 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 방열 커버의 차폐부는 복수의 차폐부로 구성되는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 복수의 차폐부의 내부에는 각각의 개구부가 형성되고, 상기 각각의 개구부 크기는 상기 방열 커버의 최상부로 갈수록 커지는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 방열 커버의 상기 외벽을 향한 일면에는 돌기부가 형성되고, 상기 방열 커버와 마주하는 외벽의 일단에는 상기 돌기부를 수용할 수 있는 요홈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 복수의 차폐부 중 상기 도가니와 가장 인접한 차폐부는, 상기 외벽의 내측과 상기 도가니 사이의 갭을 막을 수 있도록 상기 도가니와 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 방열 커버의 상기 외벽을 향한 일면에는 수용부가 형성되고, 상기 방열 커버와 마주하는 외벽의 적어도 일부분은 상기 수용부에 수용되는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 외벽의 적어도 일부분은 상기 수용부와 직접 접하는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 방열 커버는 그 외주면을 따라 연장되는 연장부를 더 구비하고, 상기 연장부는 상기 증착 챔버 내에 배치되는 열 싱크의 적어도 일부분과 직접 접하는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 열 싱크는 증착 물질이 상기 증착 챔버 하부로 축적되는 것을 방지하기 위한 방착판인 것을 특징으로 하는 증발원을 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증발원을 설명한다.
도 2a에는 본 발명에 따른 증발원이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 증발원은 도가니(122), 열선(121), 및 외벽(124)을 구비한다. 도가니(122)는 내부에 증발 물질을 함유할 수 있는 공간을 구비하고, 외벽(124), 예를 들어 원통형 외벽에 안착되는데, 도가니(122)의 외측면을 따라 배치된 열선(121), 예를 들어 나선형 코일로부터의 열에 의하여 도가니(122)에 함유된 물질이 열을 받아 도가니(122)의 개구부를 통해 증발된다. 열선(121)으로부터의 외측 방사 방향으로 복사되는 복사열은 주로 외벽(124)에 의해 차단되는데, 열원의 손실을 방지하고 원치 않는 방향으로의 복사 열전달을 보다 효과적으로 차폐시키기 위하여 열선(121)과 외벽(124) 사이에 리플랙터(126)가 배치될 수도 있다. 외벽(124)의 상단부 일단에는 방열 커버(127)가 배치되는데, 방열 커버는 중심을 향하여 연장되는 차폐부(127a)를 구비하는데, 차폐부(127a)는 내부에 개구부가 형성되어, 이 개구부를 통하여 도가니(122)로부터 증발된 물질이 관통된다. 증발 물질이 방열 커버(127)의 하단부에 의하여 제한되지 않도록 방열 커버(127)의 차폐부(127a)에 의하여 형성되는 개구부는 일정한 크기, 즉 도가니(122)의 개구부 크기보다 크다. 방열 커버(127), 즉 방열 커버의 하단부 표면은 외벽(124) 상단부 일단의 적어도 일부분과 직접 접하여 면접촉을 이룬다.
또한, 외벽(124)에는 그 축방향을 따라 냉각수 유동 통로(125)가 더 형성될 수도 있는데, 냉각수 유동 통로(125)를 경유하는 냉각수와 외벽(124) 간의 열전도를 통하여 열선(121)으로부터 외벽(124)으로 복사된 열이 효과적으로 냉각될 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 방열 커버(127)의 중심을 향해 연장되는 차폐부(127a)는 복수의 차폐부로 형성될 수도 있다. 복수의 층으로 형성된 차폐부(127a)에 의하여 열선(121)으로부터의 복사열이 보다 효과적으로 차폐될 수 있음과 동시에, 차폐부(127a)의 표면적 증대로 인하여 차폐부(127a)의 보다 빠른 냉각이 이루어 질 수 있다. 또한, 복수의 차폐부(127a)는 방열 커버(127)의 최상단부로 향할 수록, 방열 커버(127)의 본체로부터 연장되는 길이가 감소한다. 즉, 차폐부(127a)에 의하여 형성되는 개구부의 면적이 점차 증대되는데, 이는 증발 물질이 도가니(122)로부터 위를 향하여 수직 방향으로만 증발되는 것이 아니라, 수직 방향에 대하여 일정한 각도를 유지하며 자유롭게 증발하기 때문에 이러한 증발 물질의 증발 경로를 상기 차폐부(127a)가 방해하지 않도록, 도 2a에 도시된 바와 같이, 복수의 차폐부(127a)의 일단을 연결한 직선은 일정한 경사를 구비하게 된다. 복수의 차폐부(127a) 중 도가니(122)와 가장 인접한 차폐부는 외벽(124)의 내측과 도가니(122)에 형성된 갭을 충분히 막을 수 있도록 형성되는데, 이로 인하여 외벽(124)과 도가니(122) 사이에 형성된 갭으로 증착 물질이 침투하는 것을 방지하여, 도가니(122)의 외측을 둘러싸는 열선(121) 및 리플랙터(126)에 증착 물질이 쌓이지 않게 함으로써 발열 효율 및 반사 효율 저하를 방지할 수도 있다.
다른 한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 외벽(224)을 향한 방열 커버(227)의 일면에는 돌기부(227b)가 형성되고, 방열 커버(227)와 마주하는 외벽(224)의 일단에는 돌기부(227b)를 수용할 수 있는 요홈부(224b)가 형성될 수도 있다. 돌기부(277b)와 요홈부(224b)의 맞물림에 의하여 별도의 고정 수단을 구비하지 않고서도 방열 커버(227)를 보다 안정적으로 안착시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 외벽(224) 내부에 형성된 냉각수 유동 통로(225)를 따라 유동하는 냉각수와의 열교환이 이루어질 수도 있는데, 방열 커버(227b)와 요홈부(224b)의 맞물림으로 인해 양자 간의 접촉면적이 증대되기 때문에 외벽(224)으로 열 전달이 수월하게 이루어지므로, 방열 커버(227)가 보다 원활하게 냉각될 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 방열 커버(327)의 일측에는 복수의 차폐부(327a)가 형성되고, 타측으로 외벽(325)을 향한 일단에는, 외벽(325) 일단의 적어도 일부분을 수용할 수 있는 수용부(327b)가 형성될 수도 있다. 외벽(324)의 일단이 방열 커버(327)의 타측에 형성된 수용부(327b)에 수용됨으로써, 별도의 고정 수단 필요없이 방열 커버(327)가 외벽(324)에 안정적으로 안착시킬 수 있을 뿐만 아니라, 방열 커버(327)의 수용부(327a)와 외벽(324)의 일단의 직접적인 맞물림에 의하여, 내부에 냉각수 유동 통로(325)가 형성된 외벽(325)과 방열 커버(327)의 수용부(327b)와의 열교환 면적이 증대됨으로써 열선으로부터 방열 커버(327)로 전달된 열이 보다 수월하게 배출될 수 있다.
복수의 차폐부가 연장되는 방열 커버의 일측과 대향되는 타측에는 연장부가 형성되어 열 싱크와 접촉함으로써, 방열 커버의 보다 효과적인 냉각 효과를 달성할 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 증착 과정 동안 기판(10)에 증착되지 않고 진공 챔버(30) 내에서 부유하다 열 및 운동 에너지를 상실하고 증착 챔버의 하부에 쌓이는 것을 방지하기 위하여, 증착 챔버(30 내 방착판(410) 및 방착판 지지대(420)가 사용될 수도 있는데, 방열 커버(427)의 타측에는 방열 커버(427)의 외주면을 따라 연장되는 연장부(427c)가 더 구비될 수도 있고, 연장부(427c)의 일면은 열싱크로서의 방착판(410)의 적어도 일부분과 직접 접촉하여 열선(421)으로부터 방열 커버(427)가 흡수한 열이 외벽(424) 뿐만 아니라 보다 큰 열용량을 구비하는 방착판(410)으로 전달됨으로써, 방열 커버(427)의 냉각을 보다 용이하게 할 수도 있다.
상기한 구성을 갖는, 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 증발원은 방열 커버를 구비함으로써, 도가니를 둘러싸는 열선으로부터 복사된 열에 의해 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 마스크 등이 열 변형되는 것을 방지할 수 있고, 도가니를 내부에 안착시키는 외벽에 냉각수 유동 통로가 구비되고, 방열 커버가 외벽의 적어도 일부분과 맞닿음으로써 방열 커버의 열을 보다 용이하게 방출시킬 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 증발원은 복수의 차폐부를 갖는 방열 커버를 구비함으로써, 열선으로부터 마스크 등으로 전달되는 복사열을 보다 확실하게 차단할 수 있고, 복수의 차폐부가 형성하는 개개의 개구부의 크기는 방열 커버의 최상부로 갈수 록 점점 증대되어 차폐부로 하여금 기판을 향한 증발 물질의 경로를 방해하지 않도록 하며, 또한, 복수의 차폐부 중 도가니에 가장 가까운 차폐부는 도가니와 외벽, 바람직하게는 리플랙터 사이의 갭으로 증발 물질이 침투되지 않도록 형성될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 기술되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 이하 첨부되는 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해질 것이다.

Claims (11)

  1. 증착 챔버 내에 배치되고, 함유된 증발 물질을 증발시키기 위한 도가니, 상기 도가니에 열을 공급하기 위한 열선, 및 상기 도가니를 안착시키는 외벽을 구비하는 증발원에 있어서,
    상기 증발원은 상기 외벽 상단부의 적어도 일부분과 접하도록 상기 외벽의 상단에 배치되는 방열 커버를 더 구비하고,
    상기 방열 커버는 중심을 향하여 연장되는 복수의 차폐부를 구비하고,
    상기 증착 물질을 관통시키기 위해 상기 복수의 차폐부 내부에 복수개로 구비되고, 그 크기가 상기 방열커버의 최상부로 갈수록 커지는 개구부가 형성되며,
    상기 방열 커버의 상기 외벽을 향한 일면에는 돌기부가 형성되고,
    상기 방열 커버와 마주하는 외벽의 일단에는 상기 돌기부를 수용할 수 있는 요홈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 외벽과 상기 열선 사이에는, 상기 열선으로부터 외벽 방향으로의 복사 열전달을 차폐시키기 위한 리플렉터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 증발원.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 외벽은 냉각수 유동 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 증발원.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 차폐부 중 상기 도가니와 가장 인접한 차폐부는, 상기 외벽의 내측과 상기 도가니 사이의 갭을 막을 수 있도록 상기 도가니와 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 방열 커버의 상기 외벽을 향한 일면에는 수용부가 형성되고, 상기 방열 커버와 마주하는 외벽의 적어도 일부분은 상기 수용부에 수용되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 외벽의 적어도 일부분은 상기 수용부와 직접 접하는 것을 특징으로 하는 증발원.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 방열 커버는 그 외주면을 따라 연장되는 연장부를 더 구비하고, 상기 연장부는 상기 증착 챔버 내에 배치되는 열 싱크의 적어도 일부분과 직접 접하는 것을 특징으로 하는 증발원.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 열 싱크는 증착 물질이 상기 증착 챔버 하부로 축적되는 것을 방지하기 위한 방착판인 것을 특징으로 하는 증발원.
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