KR100778945B1 - 증발 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 코팅하기 위한, 특히 OLEDs에 알루미늄층을 도포하기 위한 증발 장치에 관한 것이다. 예를 들어 낮은 증기압을 가진 물질의 증발을 위해 필요한 높은 증발기 튜브 온도를 얻기 위하여, 가열 시스템이 증발기 튜브의 내부에 위치한다. 따라서 열 손실은 최소화되고 결합된 가열 시스템과 비교할 수 있을 만큼 높은 증발기 튜브 온도를 얻을 수 있다.

Description

증발 장치{Evaporator Device}
도 1은 본 발명의 증발 장치의 단면도,
도 2는 증발기 튜브의 내벽 일부의 사시도,
도 3은 증발기 튜브의 외벽 일부의 사시도,
도 4는 증발기 튜브 내에서 뻗어있는 가열 요소를 구비한 증발기 튜브의 사시도, 및
도 5는 노즐 바와 접하는 가열 장치를 구비한 증발기 튜브의 사시도이다.
본 발명은 청구항 제1항의 전문에 따른 증발 장치(evaporator device)에 관한 것이다.
최신 평면-스크린 디스플레이는 영상을 표현하기 위해 액정 성분(LCEs) 또는 플라즈마 성분을 포함한다.
또한, 최근에 평면-스크린 디스플레이는 색 픽셀로서 유기발광다이오 드(OLEDs)를 사용하여 제조된다.
종래의 구성 성분과 비교하여, OLEDs의 큰 장점은 16% 이상의 높은 효율이다(Helmuth Lemme: OLEDs - Senkrechtstarter aus Kunststoff, Elektronik 2/2000, 페이지 98. 오른쪽 칼럼, 두번째 단락, No.[5]: Yi He; Janicky, J.: High Efficiency Organic Polymer Light-Emitting Heterostructure Device, Eurodisplay 99, VDE-Verlag Berlin, Offenbach). 또한, OLEDs는 무기 Ⅲ-V 반도체로 구성된 LEDs 보다 양자 효율이 훨씬 더 높다.
또한, OLEDs는 무게가 더 가볍고, 더 넓은 방사각을 가지며, 더 강한 밝기의 색깔을 만들어 내고 -40℃ 내지 85℃의 넓은 온도 범위에 적용될 수 있다. OLEDs의 장점은 또한 5 볼트 이하에서도 작동될 수 있고 전기 에너지를 매우 적게 사용한다는 것으로, 특히 배터리에 의해 작동되는 기기에 설치되기에 매우 적절하다.
OLEDs는 미국 특허 US 5 554 220 또는 독일 특허 DE 101 28 091 C1에 기술된 것과 같은 OVPD 기술(OVPD=Organic Vapor Phase Deposition: 유기기상증착법)로 제조될 수 있다. 유기 물질은 유리 위에 위치한 전극에 적용된다. 이 전극은 예를 들어 이미 유리에 기상 증착된 ITO 전극(ITO=Indium Tin Oxide: 인듐 주석 산화물)일 수 있다.
이러한 방식으로 제조된 OLED층 위에 다른 물질, 특히 제어 전극(control ectrodes) 작용하는 금속층이 적용될 수 있다. OLEDs는 열에 민감하기 때문에, OLEDs에 대한 열의 영향이 너무 강하지 않도록 하는 예방조치가 필요하다.
일반적으로, 금속의 증발을 위한 가열 세트는 증발기 튜브 둘레에 배치된 다(DE 38 17 513 C2, DE 101 28 091 C1). 가열 세트는 수직 가열 막대 또는 코일 가열기이다(DE 102 56038 A1, US 4 880 960). 증발기 튜브의 외부에 위치한 가열 시스템의 단점은 열손실이 크다는 것이다. OLEDs를 금속으로 코팅할 때, 금속의 증발을 위해 1200℃ 이상의 온도가 되어야 하는 이러한 가열 세트는 열 방출로 인해 OLEDs에 부정적인 영향을 미친다.
또한, 가열 시스템을 가진 증발기를 포함하는 기판 코팅을 위한 증발 장치가 알려져 있다(US 5 157 240 A). 그러나, 이러한 증발 장치는 일렬로 배열된 분배기 개구를 가지지 않는다.
EP 0 581 497 A에는 기판을 코팅하기 위한 증발 장치가 또한 알려져 있다. 그러나, 그 발명에서도 일렬로 배열된 분배기 개구는 존재하지 않는다. 미국 특허 US 6 117 498 A에는 진공 챔버를 구비한 코팅장치가 기술되어 있다. 상기 챔버의 가운데에는 탄탈륨(tantalum) 박판 형태의 전기 저항 가열기가 위치한다. 일렬로 배열된 분배기 개구는 상기 코팅 장치에도 갖추어져 있지 않다.
또한, 증발기로서 실린더형 튜브를 가진 금속 증발 장치가 알려져 있다. 상기 튜브는 막대형 저항 가열기를 포함한다(DE 42 33 615 A). 상기 장치 역시 일렬로 배열된 분배기 개구를 포함하지 않는다.
본 발명은 코팅될 물질에 도달하는 열 방출이 너무 세지 않으면서 격렬하게 끓는 물질이 기상(gas phase)으로 변하는 증발 장치를 제공하는 것을 목적으로 한 다.
이러한 목적은 청구항 1항의 특징부에 따른 증발 장치로 달성된다.
따라서, 본 발명은 기판을 코팅하기 위한, 특히 OLEDs에 알루미늄층을 도포하기 위한 증발 장치에 관한 것이다. 예를 들어 낮은 증기압을 가진 물질의 증발을 위해 필요한 높은 증발기 튜브 온도를 달성하기 위하여, 가열 시스템이 증발기 튜브의 내부에 위치한다. 따라서 열 손실은 최소화되고 결합된 가열 시스템에 비교할 수 있을 만큼 높은 증발기 튜브 온도가 얻어진다.
본 발명으로 달성되는 장점은 가열 시스템이 증발기 튜브 내에, 특히 증발기 튜브 내벽에 위치하여 외부로 열을 방출하지 않는다는 점이다. 따라서, 적은 양의 열 손실만 발생하고, 매우 높은 증발기 온도가 달성될 수 있다. 또한, 외부 가열기가 생략되어 단열재가 증발기 튜브에 직접적으로 접촉할 수 있기 때문에, 증발기 튜브의 외부에 대한 단열을 개선할 수 있다. 또한, 구조의 향상된 대칭성으로 보다 균일한 열 에너지 흡수가 이루어진다. 공지된 증발기에서는 어떠한 가열 세트도 증기의 방출 개구 앞쪽에 제공될 수 없었다. 이는 방출 개구 부근에서 어느 정도 증발 물질의 응축을 초래하였다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면를 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 하부 하우징(2) 및 상부 하우징(3)으로 구성된 증발 장치(1)의 종단 면을 도시한 것이다. 상부 하우징(3)은 하부 하우징(2) 위에 위치한다. 상,하부 하우징(2,3)은 연결 클램프(4,5) 및 연결핀(6)으로 연결된다. 하부 하우징(2)은 바닥(25) 위에 위치하고, 상부 하우징(3)은 뚜껑(26)으로 닫힌다. 연결 클램프(4,5) 대신에, 간단한 플러그 연결이 또한 제공될 수 있다.
상부 하우징(3) 내부에는 하나의 노즐이 다른 노즐의 아래에 일렬로 배열된 여러 노즐(30,31,32,33)을 포함하는 증발기 튜브(19)가 위치하고, 상기 노즐을 통해서 증발기 튜브에서 증기가 방출될 수 있다. 증기는 기판(7)의 표면에 증착되며, 이 표면은 증발 장치(1)를 지나는 드로잉 평면으로 이동될 수 있다.
증발기 튜브(19) 바로 아래에는 도가니(8)가 제공되고 증발기 튜브(19)는 테이퍼진 수렴부(48)를 통해 상기 도가니(8) 위에 위치한다. 상기 도가니(8)는 전기 가열 수단을 통해 가열된다. 전기 가열 수단의 동력 공급선이 참조번호 9 및 10으로 지시되어 있다. 상기 가열 수단은 도시하지 않았지만, 예를 들어 도가니(8) 주위에 감긴 가열 코일일 수 있다. 도가니 내부(11)는 기화될 물질이 채워진다. 도가니(8)의 밑면에는 도가니(8)의 온도를 측정하기 위한 가열 센서(12)가 배치된다. 상기 가열 센서(12)는 전기 단자(13)를 통해 제어 시스템(도 1에 도시하지 않음)에 연결되며, 도가니(8)의 온도는 상기 제어 시스템으로 제어될 수 있다.
도가니(8) 둘레에는 단열층(14)이 제공된다. 다음으로, 도가니(8) 둘레에는 적어도 하나의 차폐 튜브(45)가 배치된다. 그 외부는 동심벽들(54,55)로 된 냉각 튜브(46)로 형성된다.
또한, 증발기 튜브(19)는 관형 단열층(15)으로 둘러싸이며, 이 단열층(15)은 또한 차폐 튜브(28)로 둘러싸인다. 그 다음에 존재하는 동심의 실린더형 튜브(56,57)는 그 사이에 냉각 공간(58)을 형성한다.
증발기 튜브(19)는 상단에 개구(16)를 구비하며, 이 개구는 플런저(17) 및 막대(18)로 닫힐 수 있다.
냉각 공간(58,46)은 냉각 수단이 흐를 수 있는 개별적으로 조절가능한 냉각 공간이다.
도가니(8)에서 발생한 증기가 증발기 튜브(19)에서 응축하는 것을 방지하기 위해서, 가열 수단(22)이 증발기 튜브(19)의 내부에 제공된다. 이러한 가열 장치는 바람직하게는 전기 가열기(22)로, 이는 도 1에 개략적으로만 도시되어 있다. 상기 전기 가열기(22)는 예컨대 전기 절연 스페이서 블록(23,24)에 의해 지지되는 가열 막대로 구성될 수 있다.
이러한 내부 가열 수단(22)을 통해서, 증발기 튜브(19)의 내부(21)는 매우 높은 온도가 달성될 수 있고, 심지어 낮은 증기압을 가진 물질이라도 응축될 수 없다.
가열 막대는 증발기 튜브에서 대칭적으로 배치될 필요가 없어, 가열 막대의 정교한 기하학적 배치를 통해서 높은 열 손실이 발생하는 위치, 예를 들어 증발기 튜브(19)의 방출 개구(30 내지 33) 위치도 가열할 수 있다.
가열 막대는 또한 증발기 튜브(19)의 내부면 대신에 증발기 튜브의 중심에서 그룹으로 배치될 수 있다.
도 2는 단열층(15)과 증발기 튜브(19) 내부의 일부를 도시한 것이다. 복수의 노즐(30 내지 33)이 하나가 다른 하나 아래에 일렬로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 노즐을 통해 증기가 내부에서 외부로 빠져나갈 수 있다. 따라서, 상기 노즐(30 내지 33)은 일렬로 배열된 분배 시스템을 형성하고, 그 분배 시스템을 통해서 증기는 기판(7)의 표면에 수직으로 작용한다.
노즐(30 내지 33)의 양쪽에는 꼬불꼬불한 형태의 두 개의 가열 요소(35,36)가 존재하고, 이 가열 요소(35,36)는 각각 전기 절연 스페이서 블록(37 내지 40, 41 내지 44)을 통해서 증발기 튜브(19)의 내벽에 연결된다. 상기 가열 요소(35,36)에 전기 에너지를 제공하는 동력 공급원은 도 2에 도시되지 않았다.
도 3은 증발기 튜브(19)와 단열층(15)을 구비한 상부 하우징(3)의 외부에서 본 일부 사시도이다. 단열층(15)은 거의 쐐기형 창(window)(47)을 완전히 남겨둔 채 내부 튜브(19)를 둘러싼다. 상기 창(47)에서 노즐들(30 내지 33)은 하나가 다른 것 위에 일렬로 배치되고, 이러한 노즐(30 내지 33)은 [역] 임브레이져([reverse] embrasures) 방식으로 외부쪽으로 크기가 증가한다. 이러한 확장부가 참조부호 50 내지 53으로 표시되어 있다.
내부 튜브(19) 및 단열층(15)의 더 나은 차폐를 위하여 다른 차폐 튜브(도 1에서 참조번호 28)가 제공될 수 있다. 이 경우에, 상기 차폐 튜브는 단열층(15)의 창에 인접한 창을 가져야 한다. 이러한 차폐 튜브는 다른 크기의 열 전도성을 가지며, 이러한 열 전도성은 바람직하게는 내부에서 외부로 증가한다.
도 4는 단열층(15)과 증발기 튜브(3)의 중심에 수반되는 가열 요소(60 내지 62)를 구비한 증발기 튜브(19)의 사시도이다. 이러한 가열 요소(60 내지 62)는 각 각 세 개의 웨브(72 내지 74, 75 내지 77)를 가진 두 개의 평행한 Y-형 지지대(65,66)의 중심을 따라 연장된다. 상기 지지대(66)는 도가니 위에서 증발기 튜브의 하부 영역에 위치되는 반면, 상부 지지대(65)는 증발기 튜브(19)의 상단 바로 아래에 배치된다.
가열 요소들(60 내지 62) 사이의 가능한 접촉을 방지하기 위하여, 상기 가열 요소들은 서로 소정 거리를 두고 수직 방향에 삼각형으로 배치된 전기 절연 스페이서(70,71)에 의해 분리된다.
내부 가열 막대(60 내지 62)에 더하여, 각각의 웨브(72 내지 74, 75 내지 77)의 말단에 수반되는 외부 가열 막대(78 내지 80)도 제공될 수 있다. 이 경우 가열 막대(78 내지 80)는 증발기 튜브(19)의 내벽(90)을 따라 스페이서 블록(83,84)를 통해 더 연장된다. 상기 외부 가열 막대(78 내지 80)는 가열 요소(60 내지 62)가 없이 제공될 수도 있다.
더 많은 가열 요소를 수용할 수 있는 더 많은 웨브를 가진 지지대가 설치될 수도 있다. 웨브의 일단에서 복수의 가열 요소들가 돌출하여 튜브 벽을 따라 연장될 수 있으며 이에 의해 가열 파워는 더 증가할 수 있다.
지지대 및 가열 요소는 높은 열 저항성을 가진 물질로 구성되어야 한다.
도 5는 증발기 튜브(90)를 위한 내부 가열 시스템의 다른 배치를 도시한 것이다. 증발기 튜브(90)는 단열층(91)으로 둘러싸이고, 다음으로 금속성 차폐판(92)으로 둘러싸인다. 두 개의 동심 벽(94,95)을 가진 냉각 튜브(93)가 상기 차폐판(92)을 둘러싸며, 두 개의 동심 벽(94,95) 사이에는 분리 웨브(96 내지 98)가 배 치된다. 상기 벽들(94,95)과 함께, 분리 웨브들(96 내지 98)는 냉각 유체가 흐를 수 있는 통로를 형성한다. 노즐(30 내지 32)을 가진 노즐 바(99)가 증발기 튜브(90)의 말단(100,101)에 플랜지 연결된다. 노즐 바(99) 바로 뒤에는 원으로 배치된 복수의 가열 막대(103 내지 105)로 구성된 내부 가열기(102)가 배치된다. 이러한 가열 막대(103 내지 105)는 내부 및 외부 지지링(106,107)으로 받쳐진다. 노즐 바(99)는 외부로 돌출되기 때문에, 폭 b의 매우 작은 방사 영역이 특별한 내부 가열기(102)와 연결되어 형성된다.
본 발명으로 달성되는 장점은 가열 시스템이 증발기 튜브 내에 위치하여 외부로 열을 방출하지 않는다는 점이다. 따라서, 적은 양의 열 손실만 발생하고, 매우 높은 증발기 온도가 달성될 수 있다. 또한, 외부 가열기가 생략되어 단열재가 증발기 튜브에 직접적으로 접촉할 수 있기 때문에, 증발기 튜브의 외부에 대한 단열을 개선할 수 있다. 또한, 구조의 향상된 대칭성으로 보다 균일한 열 에너지 흡수가 이루어진다.

Claims (11)

  1. 일렬로 배열된 분배기(30-33) 및 가열 시스템을 구비한 증발기(19,90)를 포함하고, 기화될 물질의 표면이 제1 평면에 뻗어있는 기판을 코팅하기 위한 증발 장치에 있어서,
    상기 일렬로 배열된 분배기(30-33)는 상기 제1 평면에 수직인 제2 평면에 위치하고 상기 가열 시스템은 상기 증발기(19,90) 내벽에 제공되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 시스템은 전기 저항 가열 시스템인 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열 시스템(35,36)은 일렬로 배열된 분배기 개구(30-33) 옆에 일직선으로 배치되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증발기(19,90)는 관형(tubular)인 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가열 시스템은 꼬불꼬불한 형태의 가열 요소(35,36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
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