KR100691025B1 - 유기박막 증착용 도가니 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기박막 증착용 도가니 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 유기박막 증착용 도가니 장치는 유기박막 증착용 유기물을 수용하는 본체; 및 상기 본체의 상부에 결합되고, 증기상태의 유기물이 분출되는 분출구가 구비된 캡부;를 포함하여 이루어지되, 상기 분출구는 상기 캡부의 상면으로부터 하측 내부로 연장형성되며, 특히 상기 본체 또는 캡부의 내부에 튐 방지 플레이트가 더 구비되어 이루어진다.

본 발명에 따르면, 증기상태의 유기물이 도가니의 분출구에서 응축되는 현상를 방지하고, 유기물이 증기(기체)가 아닌 액체 또는 고체 입자 상태로 기판에 증착되는 것을 방지할 수 있다.

유기박막. 증착. 튐 현상(spiting). 응축(condensation).

Description

유기박막 증착용 도가니 장치{Crucible for depositing organic thin film}

도 1은 종래 도가니 장치의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 도가니 장치를 이용한 유기박막 증착 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 도가니 장치의 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 도가니 장치의 분리 사시도이다.

도 5는 도 3에 도시된 도가니 장치의 결합상태 단면도이다.

도 6은 본 발명에 의한 다른 실시예의 결합상태 단면도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 본체 13: 돌출부

20: 캡부 21: 분출구

23: 걸림턱 30: 튐 방지 플레이트

31: 개구부 32: 튐 방지막

11, 12, 33: 체결부

본 발명은 유기박막 증착용 도가니 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증기상태의 유기물이 도가니의 분출구에서 응축되는 현상를 방지하고, 유기물이 증기(기체)가 아닌 액체 또는 고체 입자 상태로 기판에 증착되는 것을 방지할 수 있는 유기박막 증착용 도가니 장치에 관한 것이다.

최근 정보 통신 기술의 비약적인 발전과 시장의 팽창에 따라 디스플레이 소자로 평판표시소자(Flat Panel Display)가 각광받고 있다. 이러한 평판표시소자로는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diodes) 등이 대표적이다.

그 중에서 유기발광소자는 빠른 응답속도, 기존의 액정표시소자보다 낮은 소비 전력, 경량성, 별도의 백라이트(back light) 장치가 필요 없어서 초 박형으로 만들 수 있는 점, 고휘도 등의 매우 좋은 장점을 가지고 있어서 차세대 디스플레이 소자로서 각광받고 있다.

이러한 유기발광소자는 기판 위에 양극 막, 유기 박막, 음극 막을 순서대로 입히고, 양극과 음극 사이에 전압을 걸어줌으로써 적당한 에너지의 차이가 유기 박막에 형성되어 스스로 발광하는 원리이다. 즉, 주입되는 전자와 정공(hole)이 재결합하며 남는 여기 에너지가 빛으로 발생하는 것이다. 이때 유기 물질의 도판트의 양에 따라 발생하는 빛의 파장을 조절할 수 있으므로 풀 칼라(full color)의 구현이 가능하다.

유기발광소자의 자세한 구조는 도면에는 도시하지 않았지만 기판상에 양극 (anode), 정공 주입층(hole injection layer), 정공 운송층(hole transfer layer), 발광층(emitting layer), 전자 운송층(eletron transfer layer), 전자 주입층(eletron injection layer), 음극(cathode)이 순서대로 적층되어 형성된다. 여기에서 양극으로는 면저항이 작고 투과성이 좋은 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용된다. 그리고 유기 박막은 발광 효율을 높이기 위하여 정공 주입층, 정공 운송층, 발광층, 전자 운송층, 전자 주입층의 다층으로 구성되며, 발광층으로 사용되는 유기물질은 Alq₃, TPD, PBD, m-MTDATA, TCTA 등이다. 또한, 음극으로는 LiF-Al 금속막이 사용된다. 그리고 유기 박막이 공기 중의 수분과 산소에 매우 약하므로 소자의 수명(life time)을 증가시키기 위해 봉합하는 봉지막이 최상부에 형성된다.

한편, 현재까지 개발된 유기박막형성 방법에는 진공증착법(Vacuum Deposition Method), 스퍼터링(sputtering)법, 이온빔 증착(Ion-beam Deposition)법, Pulsed-laser 증착법, 분자선 증착법, 화학기상증착법, 스핀코터(spin coater) 등이 있다. 이 중에서 현재 상용화되어 있는 기술은 진공증착법이다.

여기서, 진공증착법이란 유기물이 수용된 도가니 주위를 가열하여 기화 또는 승화시켜 증기(기체)상태의 유기물을 도가니 상부에 위치한 기판에 증착하는 것이다.

도 1을 참조하여 종래 도가니 장치의 구성을 설명하면, 원통형상의 본체(110) 내부에 유기물을 수용하고, 그 상부에는 상방으로 돌출되고 개구되어 증기상태의 유기물이 분출되는 분출구(111)가 형성되어 있다.

도 2를 참조하여 종래의 도가니 장치를 이용하여 유기박막 증착과정을 설명하면, 유기물 고체분말(120)을 수용한 도가니 장치가 진공챔버(미도시)의 내부에 마련되고, 그 상부에는 기판(S)이 위치한다. 이 상태에서 히터(미도시)에 의해 도가니 장치를 가열하면 유기물이 증발 또는 승화되어 증기상태로 상기 분출구(111)를 통해 분출된다. 분출된 증기는 기판(S)에 응고되어 유기박막이 형성되는 것이다.

한편, 증기의 비산각도는 분출구(111)의 직경(d)과 길이(l)에 연관되므로 기판(S)의 면적 및 진공챔버의 크기를 고려하여 상기 분출구(111)의 직경(d)과 길이(l)를 조절할 수도 있다. 종래의 경우 상기 분출구(111)가 본체(110)의 상방으로 돌출형성되기 때문에, 상기 분출구(111)는 본체(110)를 가열하는 히터와 이격되게 된다. 따라서 본체(110)와 분출구(111) 사이에는 온도차가 있을 수밖에 없는 구조이다. 이러한 온도차로 인해 증기가 응축(condensation)되어 분출구(111)의 단부 내벽에 달라 붙는 문제점이 있었다. 이러한 현상은 시간이 지남에 따라 가속하여 진행되어 결과적으로 상기 분출구(111)를 유기물(122)이 가로막게 되는 것이다. 이를 해결하기 위하여 종래에도 본체를 가열하는 히터 이외에 상기 분출구(111)를 가열할 수 있는 보조 히터(미도시)를 별도로 구비함으로써 온도차를 극복하고자 하는 개선된 기술이 개시되기도 하였다. 그러나 이 역시 별도의 보조히터를 구비하여야 하므로 구성이 복잡하다는 단점이 있었다.

또한 모든 유기물이 증기형태로 증착되는 것은 아니다. 유기물의 일부(121)는 비등에 의하여 액체 입자 상태로 튐(spitting) 현상이 발생하기도 하고, 이러한 상태에서 기판(S)에 증착되면 박막 두께 균일도가 국소적으로 심각하게 변하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 증기상태의 유기물이 분출구에서 응축되는 것을 방지할 수 있는 유기박막 증착용 도가니 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 유기물이 증기가 아닌 액체 입자 상태로 기판에 증착되는 것을 방지할 수 있는 유기박막 증착용 도가니 장치를 제공함에 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 유기박막 증착용 도가니 장치는 유기박막 증착용 유기물을 수용하는 본체; 및 상기 본체의 상부에 결합되고, 증기상태의 유기물이 분출되는 분출구가 구비된 캡부;를 포함하여 이루어지되, 상기 분출구는 상기 캡부의 상면으로부터 하측 내부로 연장형성되어 이루어진다.

또한 본 발명에 의한 유기박막 증착용 도가니 장치는, 상기 본체 또는 캡부의 내부에 튐 방지 플레이트가 결합되는 것이 바람직하다.

또한 상기 튐 방지 플레이트는 상기 분출구의 동일 수직선상의 하방에 위치하는 튐 방지막 및 상기 증기상태의 유기물이 통과할 수 있는 개구부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 상기 본체의 내측 하면에는 상방으로 돌출형성된 돌출부가, 상기 캡부의 상부에는 그 하부보다 직경이 확장되어 형성된 걸림턱이 더 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 일 실시예는 본체(10), 캡부(20) 및 튐 방지 플레이트(30)로 구성된다.

상기 본체(10)는 유기물 고체분말(120)을 수용할 수 있는 공간이 확보되고, 상부 외측에는 직경을 달리하여 두개의 체결부(11,12)가 형성되어 있다. 상기 본체(10)는 종래와 같이 히터(미도시)에 의해 가열될 수 있도록 구성된다. 또한 본체(10)의 내측 하면에는 상방으로 돌출형성된 돌출부(13)가 더 구비되데, 이는 본체(10) 내부의 열전달 효율을 향상시키기 위한 구성이다.

상기 캡부(20)는 상기 본체(10)의 체결부(11)에 의해 체결될 수 있도록 구성되며, 특히 증기상태의 유기물이 분출되는 분출구(21)가 그 상부가 아닌 내부로 함몰되어 형성된다. 상기 캡부(20)의 상면으로부터 하측 내부로 연장형성되어 있음을 알 수 있다. 이와 같은 구성으로 인해 분출구(21)가 외부에 노출되지 아니하고 내부에 마련됨으로써 본체(캡부)와의 온도차가 발생되는 것을 원천적으로 차단하였다. 또한 상기 캡부(20)의 상부에는 그 하부보다 직경이 확장된 걸림턱(23)이 형성되어 있는데, 이는 상기 도가니 장치를 지지하는 프레임(미도시)에 장착하기 위한 구성이다.

또한 본 실시예에서는 상기 본체(10)의 상부에 체결되는 튐 방지 플레이트(30)가 포함된다. 상기 튐 방지 플레이트(30)는 내측에 체결부(33)가 구비되어 있어, 본체(10)의 상부에 결합될 수 있다. 또한 중앙부, 보다 구체적으로는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 캡부(20)의 분출구(21와 동일 수직선상의 하부에는 튐 방지막(32)이 형성되어 있다. 이는 상술한 튐 현상에 의해 증기상태가 아닌 액체상태의 유기물이 기판(S)에 증착되는 것을 방지하는 것이다. 또한 상기 튐 방지 플레이트(30)에는 튐 방지막(32)의 주위에 개구부(31)가 형성되어 있다.

본 실시예에서는 상기 튐 방지 플레이트(30)가 본체(10)의 상부에 장착되지만, 이와 달리 본체 또는 캡부의 내부라면 어느 곳이든 장착 가능하다. 단, 튐 방지막이 분출구의 동일수직선상의 하부에 위치하면 되는 것이다.

도 5를 참조하여 본 실시예의 작용을 설명한다.

먼저 유기물 고체분말(120)을 본체에 수용하고, 그 상부에 튐 방지 플레이트(30)를 장착한 후, 캡부(20)를 체결한다.

이 상태에서 히터에 의해 도가니 장치를 가열하면, 그 열은 본체(10) 뿐만 아니라 캡부(20)에도 동일하게 전달되며, 특히 상기 캡부(20)의 내부에 위치하는 분출구(21)에도 동일하게 전달될 것이다. 따라서 상기 분출구(21)가 외부에 노출되지 않기 때문에 본체(캡부)와의 온도차가 발생되지는 않는다. 그 결과 분출구(21)에 유기물이 응축되는 것이 방지된다.

이 열에 의해 유기물이 증발하게 되며, 그 증기는 튐 방지 플레이트(30)의 개구부(31)를 통해 기판(S)에 증착된다. 또한 튐 현상에 의해 액체 상태로 튀어 올라오는 유기물은 튐 방지막(32)에 의해 차단되어 기판에 증착되는 것이 방지된다.

도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예와 다른 점을 중심으로 구성 및 작용을 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 튐 방지 플레이트(30')는 본체(10)에 나사결합하지 아니하고, 단순히 적재된다. 따라서 본체(10)에는 캡부(20)와 나사결합하는 하나의 체결부가 형성되어 있다. 이 상태에서 본체(10)와 캡부(20)를 체결하면 그 사이에 튐 방지 플레이트(30')가 가압되어 고정되는 것이다. 따라서 상기 튐 방지 플레이트(30')에는 체결부가 형성되어 있지 않으나, 그 이외에 튐 방지막(32) 및 개구부(31)가 형성되어 있다.

또한 상기 본체(10)의 상단에는 내측으로 돌기부(14)가 연장형성되어 있다. 이것은 튐 현상에 의해 튀어 올라오는 액체상태의 유기물 또는 응축현상에 의해 본체(10)의 상단에서 응축된 유기물이 본체(10)와 캡부(20)의 체결부 사이에 존재하는 틈새로 유입되는 것을 방지하기 위한 구성이다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 돌기부(14)에 의해 본체(10)의 내측벽을 따라 올라가는 유기물을 차단함으로써 체결부 사이의 틈새로의 유입이 방지된다.

또한 상기 캡부(20)의 상면은 가장자리보다 중심부의 두께가 얇도록 테이퍼지게 형성되어 경사면(23a)이 있음을 알 수 있다. 이것은 응축현상이 캡부(20)의 가장자리보다 중심부에서 잘 발생되기 때문에, 이러한 중심부를 히터에 근접한 거 리에 두기 위함이다. 따라서 캡부(20)의 가장자리보다 중심부가 히터로부터 근접하기 때문에 응축현상이 일어나는 것이 방지된다.

본 발명에 따르면, 증기상태의 유기물이 도가니의 분출구에서 응축되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 유기물이 증기가 아닌 액체 입자 상태로 기판에 증착되는 튐 현상을 방지할 수 있는 효과도 있다.

Claims (7)

1. 유기박막 증착용 유기물을 수용하고, 내벽 상단에는 내측으로 연장되는 돌기부가 형성되는 본체; 및

   상기 본체의 상부에 결합되고, 증기상태의 유기물이 분출되는 분출구가 구비되며, 상면이 오목하게 형성된 캡부;를 포함하여 이루어지되,

   상기 분출구는 상기 캡부의 상면으로부터 하측 내부로 연장형성되는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착용 도가니 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도가니 장치는,

   상기 본체 또는 캡부의 내부에 튐 방지 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착용 도가니 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 튐 방지 플레이트는 상기 분출구의 동일 수직선상의 하방에 위치하는 튐 방지막 및 상기 증기상태의 유기물이 통과할 수 있는 개구부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착용 도가니 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 본체의 내측 하면에는 상방으로 돌출형성된 돌출부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착용 도가니 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 캡부의 상부에는 그 하부보다 직경이 확장된 걸림턱이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착용 도가니 장치.

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