KR100667076B1 - 유기물 증발원 및 유기물 증착장치 - Google Patents

유기물 증발원 및 유기물 증착장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기물 증발원 및 유기물 증착장치에 관한 것으로, 일면이 개구된 하우징과, 하우징의 내부에 위치하며 상기 하우징과 동일한 방향의 개구부를 갖는 유기물 저장부와, 일부는 상기 유기물 저장부의 개구부에 체결되고, 일부는 노출되는 면을 갖으며, 상기 하우징의 개구부로 유기물을 분사하는 분사노즐로 이루어지는 노즐부와, 상기 하우징과 노즐부 사이에 개재되는 가열부를 포함하고, 상기 가열부는 상기 노즐부와 소정영역의 유기물 저장부에 걸쳐 구비되되, 상기 유기물 저장부보다 노즐부의 가열 면적을 더 넓게 함으로써 상기 유기물 저장부보다 노즐부의 온도를 더 높게 유지하여 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있는 기술이다.
유기물, 증발원, 열선

Description

유기물 증발원 및 유기물 증착장치{Vapor deposition source for organic material and evaporating apparatus for organic material}
도 1은 본 발명의 유기물 증발원을 구비한 유기물 증착 장치를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 유기물 증발원을 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 A - A 선에 따른 단면도.
도 4는 도 3의 B 부분을 확대 도시한 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 유기물 증발원의 열선 배치를 도시한 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 유기물 증착장치 200 : 진공챔버
300 : 유기물 증발원 310 : 단열부재
320 : 하우징 330 : 열 반사판
340 : 열 차단판 350 : 노즐부
351 : 분사노즐 352 : 튐 방지턱
353 : 노즐몸체 355 : 노출면
360 : 유기물 저장부 370 : 가열부
372 : 열선 400 : 증발원 이송장치
401 : 볼 스크류 402 : 가이드
403 : 모터
본 발명은 유기물 증발원 및 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기물 저장부보다 유기물을 분사시키는 노즐부의 온도를 높게 유지하여 노즐부에서 유기물이 응축되는 것을 방지하는 유기물 증발원 및 유기물 증착장치에 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 가열 가능한 유기물 증발원에 의해 이루어진다. 이때, 유기물 증발원은 유기 물질을 가열하는 가열부 등이 구비되어 있고, 그 일측에는 가열부 등에 의해 증발된 유기물 분자를 기판 측으로 분사시키는 노즐이 마련되어 있다. 따라서, 가열부 등에 의해 증발된 유기물 분자는 이 노즐을 통하여 기판 측으로 분사되어 소정 박막을 형성하게 되는 것이다.
그러나, 이와 같은 종래의 유기물 증발원은 유기 물질이 수용되는 유기물 저장부와 상기 유기물 저장부로부터 증발된 유기물을 분사시키는 노즐부에서 많은 온도편차가 발생된다. 이로 인하여 유기물 저장부에서 증발된 유기물 분자는 노즐을 통하여 외부로 분사되기 전 노즐 내부에서 응축되어 노즐이 막히게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 유기물 저장부보다 노즐부의 온도를 높게 유지하여 노즐부의 막힘 현상을 방지하는 유기물 증발원 및 유기물 증착장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기물 증발원은,
일면이 개구된 하우징과,
상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 상기 하우징의 개구부와 동일한 방향의 개구부를 갖는 유기물 저장부와,
상기 하우징의 내부에 위치하며, 일측은 상기 유기물 저장부의 개구부에 체결되고, 타측은 노출되는 몸체를 갖으며, 상기 유기물 저장부와 외부를 관통하는 분사노즐을 구비하는 노즐부와,
상기 하우징과 상기 유기물 저장부의 일부 영역 및 상기 노즐부의 몸체 사이에 구비되고, 상기 노즐부의 분사방향으로부터 수평방향으로 구비되면서, 상기 노즐부에서 좁은 간격으로 구비되고 상기 유기물 저장부에서 넓은 간격으로 구비되는 열선을 구비하는 가열부를 포함하고,
상기 가열부가 위치하는 상기 노즐부의 노출된 몸체의 폭이 'a'이고, 상기 유기물 저장부의 폭이 'b'인 경우 a>b가 되도록 가열부를 개재하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기물 증착장치는,
진공 챔버와,
상기 진공 챔버의 일측에 구비되는 기판과,
상기 진공 챔버의 타측에 구비되며 일면이 개구된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 상기 하우징의 개구부와 동일한 방향의 개구부를 갖는 유기물 저장부와, 상기 하우징의 내부에 위치하며, 일측은 상기 유기물 저장부의 개구부에 체결되고, 타측은 노출되는 몸체를 갖으며, 상기 유기물 저장부와 외부를 관통하는 분사노즐을 구비하는 노즐부와, 상기 하우징과 상기 유기물 저장부의 일부 영역 및 상기 노즐부의 몸체 사이에 구비되고, 상기 노즐부의 분사방향으로부터 수평방향으로 구비되면서, 상기 노즐부에서 좁은 간격으로 구비되고 상기 유기물 저장부에서 넓은 간격으로 구비되는 열선을 구비하는 가열부로 이루어지는 유기물 증발원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1을 참조하면, 유기물 증착 장치(100)는 진공 챔버(200)와, 기판(S) 상으로 유기물 입자를 분사시키기 위한 적어도 하나 이상의 유기물 증발원(300)을 구비한다.
상기 진공 챔버(200)는 진공펌프(도시 안됨)에 의하여 내부가 진공상태를 유지하도록 되어 있다. 그리고 진공 챔버(200) 내부에는 유기물 증발원(300)을 수직 방향으로 이동시킬 수 있는 증발원 이송 장치(400)가 구비되어 유기물 증발원(300)을 증착 방향으로 이동시키도록 되어 있다.
상기 증발원 이송 장치(400)는 진공 챔버(200) 내에서 사용이 적합한 수직 이송 장치로써, 공정 조건에 따라 유기물 증발원(300)의 이동 속도를 조절할 수 있도록 되어 있다.
상기 증발원 이송 장치(400)는 볼 스크류(401)와 이 볼 스크류(401)를 회전시키는 모터(403)를 구비하고, 유기물 증발원(300)의 안내를 위하여 가이드(402)를 구비한다. 상기 증발원 이송 장치(400)는 다른 실시예로 리니어 모터를 이용하여 정속으로 구동하도록 구현할 수 있다.
한편, 상기 진공 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, 상기 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.
도 2는 본 발명에 따른 유기물 증발원의 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2에 따른 유기물 증발원의 A - A 단면도이고, 도 4는 도 3의 B부분을 확대 도시한 단면도로서, 서로 연관지어 설명한다.
유기물 증발원(300)은 일면이 개구된 개구부를 갖는 장방형(rectangle)의 하우징(320)을 구비한다. 이때, 상기 하우징(320) 외곽에 단열부재(310)을 더욱 구비할 수 있다. 상기 하우징(320)의 내부에는 유기물 저장부(360){또는 “도가니(crucible)”라고 함}를 구비한다.
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 구비되며, 상기 하우징(320)과 동일 방향의 개구부를 구비한다.
또한 유기물 저장부(360)는 기판(S) 상에 증착하고자 하는 유기 박막의 증착 재료인 유기물을 저장한다. 그리고, 상기 유기물 저장부(360)는 열전도도가 우수한 흑연(graphite)으로 형성되어 있다. 상기 흑연은 육방정계(六方晶系) 다공성 물질로써 단열효율이 매우 우수하다. 따라서, 상기 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 이 루어진 유기물 누설방지부재(미도시)가 코팅될 수 있다.
한편, 상기 유기물 저장부(360)의 개구된 면의 내측으로는 유기물 저장부(360) 내부에서 증발하여 토출되는 유기물을 분사하는 노즐부(350)가 체결되어 있다. 상기 노즐부(350)는 상기 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, 상기 노즐부(350)는 열전도도가 우수한 흑연(graphite)으로 이루어질 수 있으며, 유기물의 누설을 방지하기 위하여 그 표면에 유기물 누설방지부재(미도시)가 코팅될 수 있다.
구체적으로, 상기 노즐부(350)는 유기물 저장부(360)의 개구된 부분을 밀폐하는 노즐몸체(353)와, 상기 노즐몸체(353)를 관통하여 형성되며 유기물 저장부(360) 내측의 유기물 분자를 기판(S) 측으로 분사하는 분사노즐(351) 및, 유기물 저장부(360)의 유기물이 튀는 것을 방지하며 노즐몸체(353)에 일체로 형성된 튐 방지턱(352)으로 구성되며, 유기물 저장부(360)의 개구부와 연결된다. 따라서, 유기물 저장부(360) 내부에서 증발하여 분사 노즐(351)을 통해 기판(S) 측으로 토출되는 유기물은 튐 방지턱(352)으로 인하여 클러스터(cluster) 형태로 분사되지 않고, 입자 형태로 분사되어진다.
이때, 노즐몸체(353)는 그 일부분이 유기물 저장부(360)의 내측으로 끼워져 체결될 수 있다. 따라서, 노즐몸체(353)의 일측은 유기물 저장부(360)의 내측에 끼워지게 되고, 노즐몸체(353)의 타측은 유기물 저장부(360)의 외측으로 소정 길이 연장되어 형성된다.
또한, 상기 분사노즐(351)은 이와 같은 유기물 분자를 분사하도록 노즐몸체(353)를 관통하여 형성되되, 분사방향의 측방으로 연장된 다수 개의 홀 형태로 형성된다. 여기서, 상기 분사노즐(351)은 노즐부(350)의 중앙부분에서 양측으로 갈수록 그 숫자가 더욱 조밀하게 형성되는 형태로 구비될 수 있다. 따라서, 기판(S) 상에는 이러한 유기물 분사노즐(351)로 인하여 균일한 밀도의 유기물 분사 및 증착이 이루어진다.
한편, 상기 노즐부(350)는 가열부(370)에 의해 직접 가열되도록 가열부(370)에 노출되는 노출면(355)을 갖을 수 있다. 이때, 이 노출면(355)은 노즐몸체(353)의 외주면 곧, 유기물 저장부(360)의 외측으로 소정길이 연장되어 형성된 노즐몸체(353)의 외주면에 마련됨이 바람직하다.
한편, 상기 가열부(370)는 노즐부(350) 및 유기물 저장부(360)의 소정 영역과 상기 하우징(320) 사이에 개재되어 상기 유기물 저장부(360)에 수용된 유기물을 증발이 가능하도록 가열하는 역할을 수행한다. 이때, 상기 가열부(370)는 유기물의 증발이 가능하도록 하는 열원인 열선과, 도면에 도시하지 않았지만 일종의 리브(rib)와 같은 형태로 이루어지되 열선의 처짐을 방지하고 수용하는 열선 지지체로 구성된다.
즉, 상기 가열부(370)는 열선과 열선 지지체로 이루어지는 일종의 히터 터널(heater tunnel) 구조로 이루어지며, 히터 터널(heater tunnel)이 유기물 저장부(360)의 소정영역과 노즐부(350)의 일면을 가열하거나, 사면을 가열하는 형태로 이루어진다. 따라서, 상기 가열부(370)는 유기물 증발원(300)에서 여타의 구성 요소 와 일체화되거나 또는 여타의 구성 요소에 부착되는 형태로 이루어지는 것이 아니므로, 독립적으로 분리 및 교체가 가능하다.
도 5a 및 도 5b 는 본 발명에 따른 유기물 증발원의 평면도로서, 가열부(372)를 구성하는 열선(372)이 유기물 증발원의 유기물 분사 방향에 대하여 수평방향으로 구비되는 것을 도시한다.
도 5a는 열선(372)이 동일한 간격으로 구비되는 것을 도시하고, 도 5b는 열선(372)이 노즐부(350)에서 좁은 간격으로 구비되고, 유기물 저장부(360)에서는 상기 노즐부(350)에 비하여 넓은 간격으로 구비되는 것을 도시한다. 도 5b의 경우 도 5a의 경우보다 노즐부(350)의 온도가 유기물 저장부(360)의 온도보다 더 높게 유지될 수 있다. 상기 열선(372)이 배치된 상기 노즐부(350)의 노출면(355)의 폭이 'a'이고, 유기물 저장부(360)의 폭이 'b'인 경우, a>b의 관계가 이루어지도록 열선을 배치한다.
도 5a 및 도 5b에서는 가열부(370)를 구성하는 열선(372)이 노즐부(350) 및 유기물 저장부(360)의 일면에만 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 상기 노즐부(350) 및 유기물 저장부(360)의 사면에 모두 구비될 수 있다.
한편, 유기물 증발원(300)은 하우징(320)의 내벽에 부착되는 내부 열반사판(330)을 더 구비할 수도 있다. 상기 내부 열반사판(330)은 상기 가열부(370)에서 발생되는 열을 반사하여, 가열부(370)의 열효율을 증가시키기 위한 것이다.
또한, 상기 유기물 증발원(300)은 노즐부(350)의 기판(S) 방향에 외부면에 부착되는 열차단판(340)을 더 구비할 수 있다. 상기 열차단판(340)은 상기 노즐부 (350)를 통하여 열이 방출되어 기판(S)에 영향을 미치는 것을 방지한다.
그리고, 상기 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.
상기와 같은 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 증착 장치(100)는 유기물 저장부(360), 히터 터널(heater tunnel) 구조인 가열부(370), 상기 유기물 저장부(360)의 개구된 부분에 체결된 노즐부(350) 및 하우징(320)으로 이루어져, 유기물 저장부(360), 노즐부(350) 및 가열부(370)의 분해 조립이 용이한 구조로 이루어져 있다.
상기한 바와 같은 유기물 증착 장치(100)를 이용하는 유기막의 형성 방법은 이하에서 설명한다.
먼저 유기물 증착 장치(100)의 챔버(200) 내에 기판(S)을 지면에 대략 수직, 바람직하게는 지면과 70° 내지 110°각도를 유지하도록 장착한다.
그런 다음, 가열부(370)를 통하여 상기 유기물 저장부(360) 내의 유기물을 가열한다. 이때, 상기 가열부(370)를 통하여 노즐부(350)가 가열되고, 가열된 노즐부(350)로부터 유기물 저장부(360)에 열이 전달되어 유기물 저장부(360) 내의 유기 물이 가열되어 유기물 입자 상태로 증발된다.
따라서, 증발된 유기물 입자는 노즐부(350)로 유입되고, 노즐부(350)를 통하여 분사되어 기판(S) 상에 증착된다. 이때, 기판(S) 상에 증착되는 유기물 입자는 마스크 패턴(M)에 의하여 그 증착 형상이 결정된다.
그리고, 이송 장치(400)를 통하여 유기물 증발원(300)을 이송시키면서 기판(S) 상에 유기물을 증착하여, 보다 균일한 유기물의 증착을 수행할 수 있다.
한편, 노즐부(350)는 유기물 분사노즐(351)와 튐 방지턱(352)이 일체화되어 있으므로, 유기물 저장부(360)에서 클러스터 형태의 유기물이 튀는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 튐 방지턱(352)에 의해 증발된 유기물이 가속될 수 있다.
또한, 노즐부(350)가 흑연(graphite)과 같은 열전도도가 우수한 물질로 이루어져 있기 때문에 별도의 가열 장치를 설치하지 않더라도 노즐부(350)를 통하여 분사되는 유기물 입자의 응축을 방지할 수 있다.
또한, 이러한 유기물 증발원(300)에서의 유기물 증착 시 유기물 저장부(360)와 노즐부(350)에는 모두 유기물 누설방지부재가 코팅되기 때문에 유기물의 누설은 효율적으로 방지된다.
한편, 유기물 증발원은 측정 장치(도시 안됨)를 더 구비함으로써, 유기물을 기판(S) 상에 증착하는 동안, 기판(S) 상에 증착되는 유기물의 증착률 및 유기물의 증착 두께를 측정할 수 있다. 이 측정 장치는 레이저 센서 등을 채용할 수 있으며 그 외 각종 센서와 이들 센서의 측정 데이터 값을 처리하는 데이터 처리부, 그리고 측정 상태를 표시하는 표시장치를 사용할 수 있다.
따라서 측정 장치를 이용하여, 유기 박막을 형성하는 동안 유기물 입자의 증착률 및 유기물 증착 두께를 제어함으로써, 균일한 유기 박막의 두께의 재현성을 실현할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기물 증발원의 가열부를 유기물 저장부의 일부영역과 노즐부에 위치시켜 상기 유기물 저장부의 온도에 비하여 상기 노즐부의 온도를 높게 유지함으로써 노즐부에서 유기물이 응축되는 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (11)

  1. 일면이 개구된 하우징과,
    상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 상기 하우징의 개구부와 동일한 방향의 개구부를 갖는 유기물 저장부와,
    상기 하우징의 내부에 위치하며, 일측은 상기 유기물 저장부의 개구부에 체결되고, 타측은 노출되는 몸체를 갖으며, 상기 유기물 저장부와 외부를 관통하는 분사노즐을 구비하는 노즐부와,
    상기 하우징과 상기 유기물 저장부의 일부 영역 및 상기 노즐부의 몸체 사이에 구비되고, 상기 노즐부의 분사방향으로부터 수평방향으로 구비되면서, 상기 노즐부에서 좁은 간격으로 구비되고 상기 유기물 저장부에서 넓은 간격으로 구비되는 열선을 구비하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 증발원.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징의 외곽에 단열부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 증발원.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징과 가열부 사이에 열반사판을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 증발원.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐부는 상기 유기물 저장부와 체결된 쪽에 유기물 튐 방지턱을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 증발원.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 튐 방지턱은 상기 노즐부와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기물 증발원.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가열부는 열선 및 상기 열선을 지지하는 지지체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기물 증발원.
  7. 삭제
  8. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 열선은 노즐부와 유기물 저장부에서 동일한 간격으로 구비되는 것을 특징으로 하는 유기물 증발원.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 가열부가 위치하는 상기 노즐부의 노출된 몸체의 폭이 'a'이고, 상기 가열부가 위치하는 상기 유기물 저장부의 폭이 'b'인 경우 a>b가 되도록 가열부를 개재하는 것을 특징으로 하는 유기물 증발원.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 가열부는 노즐부 및 유기물 저장부의 일면 또는 사면에 구비되는 것을 특징으로 하는 유기물 증발원.
  11. 진공 챔버와,
    상기 진공 챔버의 일측에 구비되는 기판과,
    상기 진공 챔버의 타측에 구비되며 일면이 개구된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 상기 하우징의 개구부와 동일한 방향의 개구부를 갖는 유기물 저장부와, 상기 하우징의 내부에 위치하며, 일측은 상기 유기물 저장부의 개구부에 체결되고, 타측은 노출되는 몸체를 갖으며, 상기 유기물 저장부와 외부를 관통하는 분사노즐을 구비하는 노즐부와, 상기 하우징과 상기 유기물 저장부의 일부 영역 및 상기 노즐부의 몸체 사이에 구비되고, 상기 노즐부의 분사방향으로부터 수평방향으로 구비되면서 상기 노즐부에서 좁은 간격으로 구비되고 상기 유기물 저장부에서 넓은 간격으로 구비되는 열선을 구비하는 가열부로 이루어지는 유기물 증발원을 포함하는 유기물 증착장치.
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