KR100830302B1 - 증발원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풀컬러(full-color) 구현을 위해 기판 상에 유기박막을 형성할 시에, 증발원에 형성된 분사노즐의 간격을 조절함으로써, 대면적 기판 전체에 균일하게 성막함과 동시에 각각의 픽셀 내부에도 균일하게 성막할 수 있는 증발원에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기박막 재료인 유기물이 수납되고, 가열부가 구비된 도가니; 상기 유기물을 기판에 분사하는 적어도 하나의 분사노즐을 포함하는 증발원에 있어서, 상기 분사노즐은 상기 기판의 폭과 동일한 구간에서는 동일한 간격으로 형성되어 있고, 상기 기판의 폭 외의 구간에서는 동일하지 않은 간격으로 형성된다. 이러한 구성에 의하여, 대면적 기판에서도 마스크를 이용하여 효율적으로 유기 발광소자를 생산할 수 있다.
분사노즐, 증발원

Description

증발원 {Evaporation source}
도 1은 종래기술에 따른 증발원의 도가니에 형성된 분사노즐을 나타내는 평면도.
도 2는 종래기술에 따른 기판중앙부 및 가장자리 부분에 위치한 각각의 픽셀에 증착되는 유기박막의 두께를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 증발원을 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 증발원의 도가니에 형성된 분사노즐을 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기판중앙부 및 가장자리 부분에 위치한 각각의 픽셀에 증착되는 유기박막의 두께를 나타내는 그래프.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10, 31, 40 : 도가니 32 : 유도로
33 : 리플렉터 34 : 가열부
11, 35, 41 : 분사노즐 36 : 방열판
본 발명은 증발원에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 풀컬러(full-color) 구현을 위해 기판 상에 유기박막을 형성할 시에, 증발원에 형성된 분사노즐의 간격을 조절하여, 대면적 기판 전체에 균일하게 성막함과 동시에 각각의 픽셀 내부에도 균일하게 성막할 수 있는 증발원에 관한 것이다.
유기 발광표시장치는 발광층에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공이 재결합하여 여기자(exiton)를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생하는 현상을 이용하는 자발광형 디스플레이 장치이다. 유기 발광표시장치는 저전압으로 구동이 가능하고, 경량의 박형이며, 시야각이 넓을 뿐만 아니라 응답속도 또한 빠르다는 장점을 구비한다.
유기 발광표시장치의 기판 상에 유기박막을 형성하는 일반적인 방법으로는 진공증착법, 이온 플래이팅법 및 스퍼터링법과 같은 물리 기상 증착(PVD)법과, 가스 반응에 의한 화학 기상 증착(CVD)법 등이 있다.
이 중, 가장 일반적으로 유기박막을 형성하는 방법인 진공증착법은 진공챔버의 하부에 증발원과 그 상부에 성막용 기판을 설치하여 박막을 형성하는 것이다. 진공증착법을 이용하는 유기박막 형성장치의 개략적인 구성을 살펴보면, 진공챔버에 연결된 진공배기계가 존재하며, 이를 이용하여 진공챔버의 내부를 일정한 진공을 유지시킨 후, 진공챔버의 하부에 배치된 적어도 하나의 유기박막 재료 증발원으로부터 유기박막의 재료인 유기물을 증발시키도록 구성된다.
상기 증발원은 그 내부에 유기박막 재료인 유기물이 수납되는 도가니와, 상 기 도가니의 주변에 감겨져 도가니를 가열하는 가열부 및 상기 가열부에서 발생한 열이 기판으로 복사되는 것을 방지하기 위하여 상기 가열부의 외곽에는 방열판이 설치되어 있다. 그리고 상기 도가니에는 상기 유기물이 배출되는 통로인 분사노즐이 형성되어 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래의 증발원의 분사노즐을 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 증발원의 도가니(10)에 형성된 분사노즐(11)을 나타내는 평면도이고, 도 2는 종래기술에 따른 기판중앙부 및 가장자리 부분에 위치한 각각의 픽셀에 증착되는 유기박막의 두께를 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 증발원의 분사노즐(11)을 배치함에 있어, 증발원의 중앙부에 비해 가장자리 부분에 분사노즐(11)을 조밀하게 배치한다. 상기 증발원의 중앙부 및 상기 가장자리 부분에 형성된 각각의 상기 분사노즐(11)의 간격은 동일하지 않다. 이는 분사노즐(11)의 폭을 동일하게 하면, 기판 전체에 증착된 유기박막의 두께가 균일하지 않게 형성되기 때문이다.
그러나, 도 2에서 보는 바와 같이, FMM(Fine Metal Mask)를 이용하여 유기박막의 패턴을 형성하는 공정에서, 기판 전체에 증착된 유기박막의 균일도만을 고려하여 분사노즐의 배치를 결정하면 픽셀 내부의 유기박막 두께가 불균일하여 유기 발광소자에서 불량한 픽셀을 초래하게 된다. 기판 전체에서의 균일도와는 반대로, 픽셀 내부의 균일도는 분사노즐을 불균일하게 배치할수록 악화되는 결과를 가져오기 때문에, 이는 증발원을 제작하는데 있어 가장 중요한 과제이다.
또한, 도가니의 분사노즐과 방열판의 개구 사이에 공간이 형성됨으로써, 유기물이 분사노즐을 통하여 배출되는 과정에서, 방열판의 하부에 유기물이 증착될 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 풀컬러(full-color) 구현을 위해 기판 상에 유기박막을 형성할 시에, 대면적 기판 전체에 균일하게 성막함과 동시에 각각의 픽셀 내부에도 균일하게 성막할 수 있는 증발원을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유기물이 방열판에 증착되는 것을 방지할 수 있는 증발원을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유기박막 재료인 유기물이 수납되고, 가열부가 구비된 도가니와, 상기 유기물을 기판에 분사하는 적어도 하나의 분사노즐을 포함하는 증발원에 있어서, 상기 분사노즐은 상기 기판의 폭과 동일한 구간에서는 동일한 간격으로 형성되어 있고, 상기 기판의 폭 외의 구간에서는 동일하지 않은 간격으로 형성된다.
바람직하게, 상기 기판의 폭 외의 구간에서의 상기 분사노즐의 간격은 상기 도가니의 양단부로 갈수록 좁아진다. 그리고, 상기 도가니에는 상기 유기물을 기판 방향으로 전환시키는 유도로 및, 상기 유도로의 열이 기판 방향으로 복사되는 것을 방지하기 위하여 방열판이 더 구비된다. 상기 분사노즐은 상기 방열판을 관통하여 돌출된다. 또한, 상기 가열부는 도가니를 가열하도록 설치된 적어도 하나의 히터가 구비되며, 상기 가열부와 하우징 사이에는 리플렉터가 더 구비된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 증발원을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 증발원을 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 증발원은 유기박막 재료인 유기물이 수용되어 있는 도가니(31)와, 상기 도가니(31)를 가열시키는 가열부(34)로 구성된다. 또한 기화된 상기 유기물을 분사하는 적어도 하나의 분사노즐(35)과, 상기 도가니(31)로부터 상기 분사노즐(35)까지 기화된 증착물질을 안내하는 유도로(32)가 포함된다. 그리고, 상기 가열부(34)와 도가니(31)의 외부를 둘러싸는 하우징(30) 사이에는 리플렉터(33)가 구비되며, 상기 도가니(31)에는 상기 유도로(32)의 열이 기판 방향으로 복사되는 것을 방지하기 위한 방열판(36)이 더 구비된다.
따라서, 기판이 진공챔버 내에 장착된 상태에서, 상기 가열부(34)에 의해서 가열되어 기화 또는 승화된 유기물은 상기 유도로(32)를 경유하여 상기 분사노즐(35)을 통해서 기판으로 분사되어 증착된다. 이와 같이, 상기 유기물을 가열함으로써, 기화 또는 승화시켜 바로 기판에 유기물을 증착할 수 있는 것은 상기 유기 발광소자에 사용되는 유기물이 승화성이 높고, 200℃ 내지 400℃의 낮은 온도에서 기화하기 때문에 가능하다. 상기 도가니(31)로부터 기화 또는 승화된 유기물은 상기 기판으로 이동되어 흡착, 증착, 재증발 등의 연속적 과정을 거쳐 상기 기판에 고체화되어 유기박막을 형성한다.
상기 도가니(31)는 증착되는 유기물을 수납하며, 재질은 유기물의 특성과 산화 특성 등을 고려하여 열 전도가 뛰어난 재질로 형성하여야 하는데, 그 재질로는 그래파이트(Graphite), 실리콘 카바이드(SiC), 알루미늄 나이트라이드(AIN), 알루미나(Al2O3), 보론 나이트라이드(BN), 석영(Quratz) 등의 열 전도도가 좋은 세라믹이나 타이타늄(Ti) 또는 스테인레스 스틸(Stainless Steel)과 같은 금속 등으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나가 사용된다.
상기 가열부(34)는 상기 도가니(31)를 가열하도록 설치된 적어도 하나의 히터(미도시)가 구비되며, 상기 히터가 가열됨에 따라 상기 도가니(31)도 가열되어 일정온도가 되면 유기물이 증발되기 시작한다. 그리고, 기화 또는 승화된 상기 유기물을 기판 방향으로 전환시키는 역할을 하는 상기 유도로(32)의 열이 기판 방향으로 복사되는 것을 방지하기 위하여 상기 도가니(31)에는 방열판(36)이 형성된다.
상기 분사노즐(35)은 기화 또는 승화된 유기물을 기판에 균일하게 분사할 수 있도록 하며, 상기 기판의 폭과 동일한 구간에서는 동일한 간격으로 형성되어 있고, 상기 기판의 폭 외의 구간에서는 동일하지 않은 간격으로 형성된다. 상기 기판의 폭 외의 구간에서의 상기 분사노즐(35)의 간격은 상기 도가니(31)의 양단부로 갈수록 좁아진다.
그리고, 상기 분사노즐(35)은 상기 방열판(36)을 관통하여 돌출된 형상으로 형성된다. 상기 분사노즐(35)이 돌출된 형상으로 형성하여 상기 유기물이 방열판(36)에 증착되는 것을 방지함으로써, 유기물 사용량을 절감할 수 있다.
상기 리플렉터(33)는 상기 가열부(34)와 하우징(30) 사이에 구비되며, 하나 이상 다수개로 형성됨이 좋고, 상기 가열부(34)와 근접되게 배치되어 상기 가열부(34) 및 상기 도가니(31)로부터 방출되는 고온의 열을 반사시킨다. 또한, 상기 리플렉터(33)는 상기 가열부(34)를 감싸도록 설치되어 상기 가열부(34) 및 상기 도가니(31)의 열이 외부로 나가는 것을 차단시키고, 상기 하우징(30)은 도면에는 도시되지 않았지만, 내벽과 외벽으로 구분된 이중벽 구조를 가지면서 냉각수가 유입 및 배출되는 공간을 형성한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 증발원의 도가니에 형성된 분사노즐을 나타내는 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기판중앙부 및 가장자리 부분에 위치한 각각의 픽셀에 증착되는 유기박막의 두께를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 증발원의 분사노즐(41)을 배치함에 있어, 기판의 폭과 동일한 구간에서는 동일한 간격으로 형성하고, 기판의 폭 외의 구간에서는 도가니(40)의 양단부로 갈수록 좁아지도록 분사노즐(41)을 동일하지 않은 간격으로 형성한다. 기판의 폭 외의 구간에서의 분사노즐(41)의 간격은 상기 도가니(40)의 양단부로 갈수록 좁아진다.
본 발명에 따라, 상기 기판의 폭과 동일한 구간에서의 분사노즐(41)의 간격을 동일하게 하고, 기판의 폭 외의 구간에서의 분사노즐(41)의 간격을 도가니(40)의 양단부로 갈수록 좁아지게 형성함으로써, 도 5에서 보는 바와 같이, 기판 전체에 증착되는 유기박막의 두께 및 각각의 픽셀 내부에 증착되는 유기박막 두께의 균일도를 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 증발원은 수직 증착 방식 또는 상향 증착 방식에 적용하여 유기박막을 형성할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 풀컬러(full-color) 구현을 위해 기판 상에 유기박막을 형성할 시에, 증발원에 형성된 분사노즐의 간격을 조절함으로써, 대면적 기판 전체에 균일하게 성막함과 동시에 각각의 픽셀 내부에도 균일하게 성막하여, 대면적 기판에서도 마스크를 이용하여 효율적으로 유기 발광소자를 생산할 수 있다.
또한, 증발원의 분사노즐을 돌출된 형상으로 형성하여, 유기물이 방열판에 증착되는 것을 방지함으로써, 유기물의 사용량을 절감할 수 있다.

Claims (7)

  1. 유기박막 재료인 유기물이 수납되고, 가열부가 구비된 도가니;
    상기 유기물을 기판에 분사하는 적어도 하나의 분사노즐을 포함하는 증발원에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 기판의 폭과 동일한 구간에서는 동일한 간격으로 형성되어 있고, 상기 기판의 폭 외의 구간에서는 동일하지 않은 간격으로 형성되는 증발원.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판의 폭 외의 구간에서의 상기 분사노즐의 간격은 상기 도가니의 양단부로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 증발원.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도가니에는 상기 유기물을 기판 방향으로 전환시키는 유도로가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도가니에는 상기 유도로의 열이 기판 방향으로 복사되는 것을 방지하기 위하여 방열판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분사노즐은 상기 방열판을 관통하여 돌출되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열부는 상기 도가니를 가열하도록 설치된 적어도 하나의 히터가 구비된 것을 특징으로 하는 증발원.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가열부와 하우징 사이에 리플렉터가 더 구비된 것을 특징으로 하는 증발원.
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