KR100767026B1 - 유기발광소자 증착용 벨트형 면소스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광소자 증착용 벨트형 면소스에 있어서, 회전축이 챔버의 벽에 고정되며 적어도 하나는 톱니형상의 이를 가지는 두 개의 원통형 롤러와 ; 상기 두 개의 원통형의 롤러 외곽부를 덮어서 연결되는 금속시트와 ; 상기 금속시트에 위치하는 판히터와 ; 상기 금속시트의 하부에 위치한 다수개의 유기물 증발원을 포함함을 특징으로한다.

유기발광소자, 대면적, 벨트형 면소스

Description

유기발광소자 증착용 벨트형 면소스{Belt type plane evaporation source for OLED deposition}

도1은 벨트형 면소스의 개념도.

도2는 벨트형 면소스의 구동을 위한 톱니형 롤러의 구조를 나타내는 구성도.

도3은 금속시트의 가장자리에 형성된 벨트 고정홈들을 나타내는 구성도.

도4는 금속시트의 이송을 위한 롤러들의 하우징과 하우징부를 Differential pumping 을 나타내는 개념도.

도5는 완충장치를 가진 소형롤러장치를 나타내는 구성도.

도6은 벨트형 면소스를 이용하여 상향증착이 가능한 것을 나타내는 구성도.

도7은 증발원들의 교체와 충전이 가능한, 증발원 트레이를 나타내는 개념도.

도8은 두 개의 폭이 작은 벨트와 다수개의 금속 증발면이 고정된 형태를 나타내는 구성도.

도9는 벨트형 면소스를 양산에 적용하기 전에 금속증착면을 사용하여 연구용 소자를 제작하는 과정을 나타내는 개념도.

<도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명>

10: 금속시트 11: 롤러

12: 판히터 13: 기판

14: 증발원

20: 톱니롤러

21: 자유회전 롤러

22: 벨트 고정홈 23: 저열전도성 금속부

24: 업다운 소형롤러 25: 롤러 하우징

26: Differential Pump 27: 롤러 완충장치

28: 돌기형 벨트 고정홈

30: 증발원 트레이 31: 트레이 레일

32: 기판 홀더

40: 금속증착면 45: 소형 기판

46: 증발원

50: 챔버벽 51: 금속면소스 회전축

52: 회전용 손잡이 53: Sheet heater

54: 금속 증착면

유기발광소자(OLED ; Organic Light Emitted Diode)는 투명전극이 도포된 유리기판상에 여러층의 유기박막을 형성한 후, 금속전극을 형성하여 전기를 통하면, 유기박막에서 발광현상을 가지는 차세대 디스플레이 소자로서, LCD 이후를 대체할 전망을 가지고 있다. 특히 유기박막은 고진공 챔버 내에서, 유기물이 담긴 도가니를 가지는 증발원을 가열하여, 증발되는 유기물 기체가 유리기판에 박막의 형태로서 형성하게 된다. 이때, 기판의 크기가 더욱 커질 경우, 대면적의 균일한 유기박막을 얻기가 매우 어려우며, 균일도를 약 5% 얻기 위하여 기판을 회전하면서 점증발원을 사용하여 유기박막을 증착 코팅할 경우, 기판과 증발원사이의 거리가 매우 멀어져서, 유기물의 사용율(약 5%)이 매우 저하되어 고가의 유기물을 낭비하므로, 유기발광 소자의 원가가 상승하기도 한다. 또한 이러한 상향식 증착 코팅 시, 대면적이면서 매우 얇은 기판이 쉽게 처짐으로 인하여, 기판의 핸들링이 매우 어렵다.
상기 고진공 챔버내의 장치인 벨트형 면소스(또는 간단히 벨트소스)는 도1에 도시한 바와 같이, 벨트형 금속기판(10)의 하부에 유기물 증발원(14)이 다수개 설치되어, 분출구를 통하여 유기물 기체가 분출되고, 금속기판에 유기물을 상향식으로 1차 증착 코팅하고, 코팅된 벨트형 금속기판을 2개의 롤러장치(11)를 회전하여 이송하여 유기소자용 유리기판 상(13)에 유기물을 코팅하기 위하여 벨트형 금속기판의 뒷면을 판히터(12)를 사용하여 가열하여 하향식으로 2차 증착을 하게 된다. 1차 증착부와 2차 증착부는 오염을 방지하기 위하여 분리막을 설치하여 구분되어 있으며, 판히터는 주로 Tantalium과 같은 금속와이어 또는 할로겐 램프들로 구성되어 있다.
그러나 상기 벨트형 면소스는 롤러(11)들을 이용하여, 금속성의 벨트(12)를 연속이송하면서 증착공정을 하는데 있어서, 롤러와 벨트사이의 적당한 마찰력이 부족하여 벨트의 연속이송이 잘 안되기도 하며, 롤러와 벨트사이의 마찰로 인한 파티클 발생에 의하여, 고진공 챔버의 진공도를 유지하기가 어려우며, 파티클에 의한 유기소자의 성능이 저하되기도 한다. 또한, 다수개의 증발원(14)들을 진공 챔버에 탑재하고, 충전을 위하여 빼어 낼 경우, 트레이 장치가 필요하기도 하다. 또한, 증발원을 사용하여 금속시트에 1차 증착시, 2차 증착을 위한 판히터의 가열로 인하여 벨트들 사이의 열전도가 심하면, 1차 증착의 수행에 어려움이 따르기도 한다.

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따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 벨트형 면소스의 연속이송이 가능하고, 롤러와 벨트사이의 마찰에 의한 파티클 발생을 방지하며, 대면적의 금속시트가 처짐이 없이 유지되는 유기발광소자 증착용 벨트형 면소스를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 발광소자 증착용 벨트형 면소스에 있어서, 회전축이 챔버의 벽에 고정되며 적어도 하나는 톱니형상의 이를 가지는 두 개의 원통형 롤러와 ; 상기 두 개의 원통형의 롤러 외곽부를 덮어서 연결되는 금속시트와 ; 상기 금속시트에 위치하는 판히터와 ; 상기 금속시트의 하부에 위치한 다수개의 유기물 증발원을 포함함을 특징으로 한다.

도 2는 벨트형 면소스의 구동을 위한 톱니형 롤러의 구조를 나타내는 구성도이다. 상기 도2를 참조하여 벨트형 면소스의 구동을 위한 톱니형 롤러의 구조를 설명하면, 한쪽의 롤러(20)는 톱니형상을 다수 개 가지는 원형의 구조로 제작하며, 도3(A, B)에서와 같이, 메탈벨트(10)의 양쪽 가장자리에는, 톱니의 형상에 끼워 넣어 맞물릴 수 있도록 하는 벨트 고정홈(22, 28)들이 제작되어, 톱니벨트와 메탈벨트가 연결이 되며, 다른 한쪽의 롤러(21)는 자유회전이 가능하여, 금속시트와의 작은 마찰로 인하여 회전이 용이하도록 하는 것이다. 또한, 1차 증착과 2차 증착 시, 메탈벨트의 열을 서로 차단하도록 하기 위하여, 적당한 부분을 열전도성이 낮은 금속(23)(주로, invar 금속)으로 메탈벨트(주로 구리금속)부 양쪽과 웰딩(주로, e-beam welding 과 silver welding)하여 사용하도록 한다.
도4는 금속시트의 이송을 위한 롤러들의 하우징과 하우징부를 Differential pumping 을 나타내는 개념도이다. 상기 도4를 참조하여 금속시트의 이송을 위한 롤러들의 하우징과 하우징부를 Differential pumping 을 수행하는 구성을 설명하면, 두 개의 벨트이송용 롤러들의 외부는 적당한 크기의 하우징(25)으로 둘러싸게 하여, 하우징 부를 differential pumping(26)을 수행함으로써, 롤러와 벨트사이의 마찰에 의한 파티클을 펌프쪽으로 유도하며, 증착챔버의 고진공을 유지하도록 한다. 또한, 금속시트가 얇고, 대면적의 경우, 벨트의 중앙부가 처질수가 있으므로, 이의 방지를 위하여 다수개의 소형 롤러(24)들을 상하로 설치하여 사용하여 벨트의 처짐을 방지하기도 하며, 이때, 소형롤러들의 재질은 STS304와 같은 금속을 사용하여, 1차 증차과 2차 증착 시, 벨트부들의 온도전달을 억제하는 기능도 하는 것이다. 또한 소형롤러들의 고정부는 도5와 같이 완충장치(27)가 되어 있어, 벨트의 처짐에 적당히 탄성을 가지도록 하여, 더욱 벨트의 처짐을 방지하도록 하는 것이다.
도6은 벨트형 면소스를 이용하여 상향증착이 가능한 것을 나타내는 구성도이다. 상기 도6을 참조하여 벨트형 면소스를 이용하여 상향증착이 가능한 것을 나타내는 구성을 설명하면, 벨트형 면소스를 짧게 하고, 2차 증착을 상향식으로 수행하기 위하여, 상부에는 기판홀더(32)들이 설치되고, 기판(13)이 기판홀더를 사이에 두고 놓이게 된다. 즉, 현재의 많은 증착 챔버들이 상향식으로 구성되어 있으므로, 벨트소스만을 챔버에 설치하여, 상향식 증착이 가능한 것이다.
또한, 도7에서와 같이, 증발원들의 물질이 소진되면, 유기물질을 증발원에 충전하기 위하여, 증발원들을 설치하는 트레이(30)가 있고, 이 트레이(tray)는 챔버 하부의 레일(31)위를 타고 다니게 이송이 가능하여, 증발원들을 챔버 밖으로 꺼내기가 용이하고, 챔버의 내부를 세척하기도 용이한 것이다.

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도8은 두 개의 폭이 작은 벨트와 다수개의 금속 증발면이 고정된 형태를 나타내는 구성도이다. 상기 도8을 참조하여 두 개의 폭이 작은 벨트와 다수개의 금속 증발면이 고정된 벨트형 면소스를 설명하면, 두 개의 벨트(10)는 폭이 작게 하여 구성하되, 그 벨트들에 걸쳐지도록 금속증착면(40)을 고정하여 사용할 수도 있다. 즉, 일정폭을 가지는 금속증착면들을 다수 개 형성함으로써, 금속증착면들 사이에 온도가 전달되지 않도록 하는 목적을 가지는 것이며, 금속증착면은 두께가 얇으므로, 회전 롤러를 따라 벨트와 같이 부드럽게 이송이 가능한 것이다. 이러한 금속증착면은 폭이 짧은 벨트면에 돌기형 벨트 고정홈(28)과 함께 스크류나 볼트 및 너트를 사용하여 고정이 가능하다.
도9는 벨트형 면소스를 양산에 적용하기 전에 금속증착면을 사용하여 연구용 소자를 제작하는 과정을 나타내는 개념도이다. 상기 도9를 참조하여 금속형벨트형 면소스를 양산에 적용하기 전에, 연구용으로 면소스를 개발하여 사용하는 방법을 설명하면, 기존의 연구용 챔버에는 하부에 증발원(46)이 설치되어 있으며, 상부에 소형의 기판(45)이 설치되어 있어, 증발원에서 기화된 유기물질이 기판에 증착됨으로써, 유기박막을 형성하고 있다. 이러한 기존의 유기 소자 연구용 챔버를 사용하여, 금속 면증발원을 사용하여, 새로운 기술을 검증하는 방법으로서, 챔버벽(50)에 나있는 플렌지를 사용하여, 금속면소스 회전축(51)과 회전용 손잡이(52)의 금속면소스를 소형으로 제작하여 설치한다. 금속면 소스 회전축에는 sheet heater(53)가 부착되어 있으며, 내부에는 열선이 정렬되어 있어서, 그 하부에 부착된 금속 증착면(54)을 가열할 수 있다. 즉 기존에 사용하는 증발원(46)과 소형기판(45)사이에 상기와 같은 금속면 소스를 설치하여, 1차 유기증착을 금속 증착면에 유도하고, 이후에, 금속증착소스를 180도 회전하여, 금속증착면을 가열하고, 2차 증착을 유도하면, 기판에 유기박막을 형성하여 유기소자를 제작하는 발명인 것이다.

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이상과 같이, 본 발명에 따른 벨트형 면소스에 의하면 벨트소스의 연속 이송이 가능하며, 롤러와 벨트 사이의 마찰에 의한 파티클 발생을 방지하며, 대면적의 금속시트가 처짐이 없이 유지되어, 대면적의 기판에 유기발광소자의 유기박막의 형성이 가능하며, 대면적의 기판이 처짐과 열적손상이 없이, 대형의 유기박막의 제작이 가능하고, 고가의 유기물의 이용효율을 획기적으로 향상하는 효과를 가진다.

Claims (8)

1. 발광소자 증착용 벨트형 면소스에 있어서,

   회전축이 챔버의 벽에 고정되며 적어도 하나는 톱니형상의 이를 가지는 두 개의 원통형 롤러와 ;

   상기 두 개의 원통형의 롤러 외곽부를 덮어서 연결되는 금속시트와 ;

   상기 금속시트에 위치하는 판히터와 ;

   상기 금속시트의 하부에 위치한 다수개의 유기물 증발원을 포함함을 특징으로 하는 유기발광소자 증착용 벨트형 면소스.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속시트는 상기 톱니형상에 고정되도록 고정 홈들이 연속으로 형성됨을 더 포함함을 특징으로 하는 유기발광소자 증착용 벨트형 면소스.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 원통형 롤러의 외곽을 덮는 하우징과;

   상기 하우징부분의 펌핑을 위한 디퍼련셜 펌프를 더 포함함을 특징으로 하는 유기발광소자 증착용 벨트형 면소스.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속시트의 하부면 중앙부에 위치되며, 롤러회전축에 완충장치가 구비되어 업다운 조절이 가능한 소형롤러를 더 포함함을 특징으로 하는 유기발광소자 증착용 벨트형 면소스.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 증발원을 이동하기 위한 트레이와 레일장치를 더 포함함을 특징으로 하는 유기발광소자 증착용 벨트형 면소스.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속시트는 소정부분에 열 전도성이 낮은 불변강으로 구성됨을 특징으로 하는 유기발광소자 증착용 벨트형 면소스.
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