KR100830839B1 - 증발원 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증발원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중심부에서 양단부로 갈수록 기판과의 거리(증발물질의 비산거리)가 짧아지게 하여 균일한 박막을 얻을 수 있는 증발원에 관한 것이다.
본 발명에 의한 증발원은 상부가 개방된 선형의 하우징; 상기 하우징의 내부에 구비되어 있으며, 증발대상 물질이 충진되는 도가니; 상기 도가니에 충진된 증발대상 물질을 가열하는 가열수단; 및 상기 하우징의 개방된 상부에 결합되며, 상방으로 다수개의 개구홀이 형성되어 있는 덮개부재;를 포함하며, 상기 덮개부재는 증착대상 기판이 속한 평면에 대한 수직 거리가 다르게 형성되되, 중심부에서 양단부쪽으로 갈수록 점진적으로 높아지는 계단형태로 형성되어 있으며, 상기 덮개 부재에 형성된 각각의 개구홀은 증발대상물질이 기판에 대하여 수직으로 배출되도록 증착 대상 기판이 속한 평면에 대하여 수직으로 배열된다.
증발원. 덮개부재. 노즐.
Description
본 발명은 증발원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중심부에서 양단부로 갈수록 기판과의 거리(증발물질의 비산거리)가 짧아지게 하여 균일한 박막을 얻을 수 있는 증발원에 관한 것이다.
일반적으로, EL(Electro luminecence)소자는 자발 발광형 표시소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어서 차세대 표시소자로써 주목받고 있다. EL소자는 발광층(emitting layer) 형성용 물질에 따라 무기EL소자와 유기EL소자로 구분되며, 유기El소자는 무기EL소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점이 있다.
최근 정보 통신 기술의 비약적인 발전과 시장의 팽창에 따라 디스플레이 소자로서 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.
그중에 유기발광소자(OLED)는 빠른 응답속도, 기존의 액정표시소자보다 낮은 소비 전력, 경량성, 별도의 백라이트(back light) 장치가 필요 없으므로 초박형으로 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 입혀서 양극과 음극 사이에 전압을 걸어줌으로써 적당한 에너지의 차이가 유기 박막에 형성되어 자 발광하는 원리이다. 즉, 주입되는 전자와 정공(hole)이 재결합하며 남는 여기 에너지가 빛으로 발생되는 것이다. 이때 유기 물질의 도판트의 양에 따라 발생하는 빛의 파장을 조절할 수 있으므로 풀 컬러(full color)의 구현이 가능하다.
유기발광소자의 자세한 구조는 기판상에 양극(anode), 정공 주입층(hole injection layer), 정공 수송층(hole transfer layer), 발광층(emitting layer), 전자 수송층(eletron transfer layer), 전자 주입층(eletron injection layer), 음극(cathode)이 순서대로 적층되어 형성된다. 여기에서 양극으로는 면 저항이 작고 투과성이 좋은 ITO(Indium Tin Oxide)이 주로 사용된다. 그리고 유기 박막은 발광 효율을 높이기 위하여 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 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.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기발광소자의 구동은 다음과 같이 이루어진다. 우선 상기 선택된 양극 및 음극 간에 전압을 인가하면 선택된 양극으로부터 정공 주입층에서 주입된 정공은 정공 수송층을 경유하여 발광층에 이동한다. 한편, 음극으로부터 전자 주입층에서 주입된 전자는 전자 수송층을 경유하여 발광층에 주입되고, 상기 발광층 영역에서 캐리어들이 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 변화되고, 이로 인하여 발광층이 형성된 분자가 발광함으로써 화상이 형성된다.
상술한 바와 같이 구성되어 작동되는 유기발광소자는 제작시에 적, 청, 녹의 3색의 컬러를 구현하기 위하여 금속의 증착 마스크를 이용하여 기판의 상면에 상술한 전극층과 유기 박막층을 각 화소별로 증착하고 있다.
종래의 증착 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 진공 상태로 내부 상측에 기판(S)이 구비되는 증착 챔버(1)와 증착 물질을 열원에 의해 기화시켜 상기 기판(S)에 공급할 수 있도록 이동하는 선형 증발원(2)으로 크게 구성된다.
여기서, 상기 증착 챔버(1)는 내부에서 기판(S)에 증착을 실시하면서 대기압 상태와 진공 상태가 순환되는 장소로 상기 증착 챔버(1)내 저면 모서리부에 진공펌프(도면에 미도시)를 마련하여 이 증착 챔버(1)의 내부 압력을 낮춘다.
즉, 기판(S)의 표면에 순수한 유기물 또는 금속 재료를 증착시키기 위해서는 증착 챔버(1) 내부의 불순물이 제거된 상태에서 유기물 또는 금속 재료를 증착하여야하므로 증착하기 전에 증착 챔버(1) 내부의 기체를 흡입하여 제거한다.
그리고 상기 선형 증발원(2)은 중공 형성된 몸체(12)의 내부에 한 쌍으로 구 비되며 이 한 쌍이 호스트 물질이 담긴 호스트 증발원과 도펀트 물질이 담긴 도펀트 증발원으로 구성된다. 특히, 상기 호스트 증발원과 도펀트 증발원은 일정 각도로 중심을 향해 경사지도록 위치시킨 상태에서 상기 두 증발원을 이동시키거나 기판(S)과 마스크(도면에 미도시)를 함께 이동하는 과정을 통해 기판(S)을 증착하였다.
그리고 상기 선형 증발원(2)은 길이 방향으로 연장되는 형상으로 그 길이가 기판(S)의 장변 길이보다 더 연장되어야 하며 상면이 개구된 하우징(22)과 상기 하우징(22)의 상면에 안착되되 상면에 다수개의 개구홀(24a)이 일정 간격으로 다수 형성되는 덮개부재(24)로 이루어진다.
더욱이, 길이 방향으로 연장되는 상기 몸체(12)의 상면에는 다수개의 구멍(12a)이 관통 형성되며 이 구멍(12a)을 통해 상기 선형 증발원(2)의 증착 물질이 기판(S)에 공급된다.
여기서, 상기 기판(S)과 소정 간격만큼 이격되는 상기 덮개부재(24)의 개구홀(24a)들은 이 기판(S)과의 높이 차가 모두 동일하다.
그러나 상기 기판(S)의 증착시 증착 균일성이 요구되지만 개구홀(24a)들의 위치별 면적밀도를 동일하게 유지하면 증착을 완료했을 때 이 기판(S)의 모서리부와 중심부의 박막을 보면 두께가 파형 형상으로 형성된다.
더욱이, 외측을 제외한 중심부의 개구홀(24a)과 대향되는 기판(S)의 중심부 두께 파형의 최상점에서 최하점의 높이(a)와, 외측의 개구홀(24a)과 대향되는 기판(S)의 모서리부에 해당되는 두께 파형의 최상점에서 최하점의 높이(b)와의 합이 증착 균일도 범위(a+b)가 되는 것이다.
결국, 상기 기판(S) 증착시 외측의 박막 두께가 중심부보다 상대적으로 얇게 증착되어 증착 균일성이 저하되고 증착 물질의 효율성도 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 다른 실시 예로는 도면에는 도시하지 않았지만 다수개의 개구홀로 구성된 구조에 있어서 덮개부재의 개구홀 직경을 증감시켜 외측의 개구홀의 직경은 확대시키고 중심부의 개구홀 직경은 축소시켜 균일성을 확보하려고 시도하였으나 정확한 증발 해석에 의해서 서로 다르게 개구홀의 크기를 결정하기가 난해한 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 중심부에서 양단부로 갈수록 기판과의 거리(증발물질의 비산거리)가 짧아지게 하여 균일한 박막을 얻을 수 있는 증발원을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 증발원은 상부가 개방된 선형의 하우징; 상기 하우징의 내부에 구비되어 있으며, 증발대상 물질이 충진되는 도가니; 상기 도가니에 충진된 증발대상 물질을 가열하는 가열수단; 및 상기 하우징의 개방된 상부에 결합되며, 상방으로 다수개의 개구홀이 형성되어 있는 덮개부재;를 포함하며, 상기 덮개부재는 증착대상 기판이 속한 평면에 대한 수직 거리가 다르게 형성되되, 중심부에서 양단부쪽으로 갈수록 점진적으로 높아지는 계단형태로 형성되어 있으며, 상기 덮개 부재에 형성된 각각의 개구홀은 증발대상물질이 기판에 대하여 수직으로 배출되도록 증착 대상 기판이 속한 평면에 대하여 수직으로 배열된다.
또한 상기 다수개의 개구홀은 직경이 동일한 것이 바람직하다.
또한 상기 덮개부재는 일체로 형성되어 상기 하우징의 상부에 결합되거나 상기 덮개부재는 높이에 따라 개별적으로 형성되어 상기 하우징의 상부에 결합될 수 있다.
또한 상기 개구홀을 통해 분출되는 증발량을 검출하는 검출수단이 더 구비되 는 것이 바람직하다.
또한 상기 증발물질이 상기 개구홀에서 응축되는 것을 방지하기 위하여 상기 덮개부재를 가열하는 보조 가열수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 개구홀은 상부의 내경이 하부의 내경보다 확대되도록 내벽이 경사지게 형성될 수 있는데, 이 경우, 상기 개구홀의 내벽은 수평선을 기준으로 120∼150°의 경사각으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 개구홀에는 상방으로 연장되어 돌출된 노즐이 더 구비되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 노즐도 상부의 내경이 하부의 내경보다 확대되도록 내벽이 경사지게 형성될 수 있을 것이다.
또한 상기 개구홀의 하방에는 상기 증발물질의 튐현상을 방지하기 위한 차단판이 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 개구홀에는 하방으로 연장되는 가이드 부재가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 가이드 부재는 내부가 중공 형성된 원통 또는 다각통으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 증발원의 중심부에서 양단부로 갈수록 기판과의 거리(증발물질의 비산거리)가 짧아지게 하여 균일한 박막을 얻을 수 있는 증발원을 제공함에 있다.
또한 증발 물질을 효율적으로 사용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 구성 및 작용을 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예(120)는 하우징(122)과, 도가니(130)와, 가열수단(미도시)과, 덮개부재(124)로 구성된다.
상기 하우징(122)은 상측에 위치되는 기판(도면에 미도시)의 일변의 길이보다 더 긴 선형이며, 상부가 개방되게 형성된다.
상기 도가니(crucible, 130)는 상기 하우징의 내부에 장착되며, 주로 파우더 형태의 유기물 또는 금속 등의 증발물질이 충진된다.
상기 가열수단은 상기 도가니(130)를 가열하여 상기 증발물질을 증발시키는 구성요소이다. 일 예로 열선(filament)일 수 있다.
상기 덮개부재(124)는 일체형으로 상기 하우징(122)의 개방된 상부에 안착되고, 일정간격으로 다수개의 개구홀(124a)이 형성되어 있다. 상기 다수개의 개구홀(124a)은 직경이 동일하다. 특히, 상기 덮개부재(124)는 증착대상 기판이 속한 평면에 대한 수직 거리가 다르게 형성되되 중심부에서 양단부쪽으로 갈수록 점진적으로 높아지는 계단형태로 형성됨을 특징으로 한다. 즉, 증발물질이 상기 개구홀을 통해 비산되어 기판에 증착될 때, 비산거리가 중심부에서 양단부쪽으로 갈수록 점진적으로 짧아지게 구성되는 것이다. 또한 상기 덮개부재(124)에 형성된 각각의 개구홀(124a)은 증발대상물질이 기판에 대하여 수직으로 배출되도록 증착 대상 기판이 속한 평면에 대하여 수직으로 배열된다.
상기 개구홀(124a)의 형성 개수는 본 실시예에서 6개로 한정하였으나 이에 국한되는 것은 아니다.
또한 상기 개구홀(124a)의 하측에는 증발 물질의 튐현상(spiting)을 방지하기 위한 차단판(126)이 더 구비된다. 상기 튐현상이란 증발물질이 기화되지 않고, 액체 또는 기체상태에서 튀어서 기판에 달라붙는 현상이다. 상기 차단판(126)은 한 예로 상기 개구홀(124a)의 둘레인 덮개부재(124)에 이격되도록 고리 등에 의해 고정하여 설치할 수 있다.
그리고 상기 덮개부재(124)의 상부에서 적어도 하나의 개구홀(124a)에서 분출되는 증발 물질을 검출하는 두께 제어용 센서인 검출수단(도면에 미도시)이 더 구비되어 증발원(120)에서 공급되는 증발 물질의 증발량과 밀도 등을 감지하고 이 감지된 신호를 제어부(도면에 미도시)에서 제어하여 증발 물질의 증발률 조절에 의한 박막 두께를 조절할 수 있다.
그리고 상기 개구홀(124a) 또는 그 주변에서 기화된 증발물질이 응축되는 것을 방지하기 위하여 상기 덮개부재(124)를 가열하는 보조 가열수단(미도시)이 더 구비될 수 있다. 상기 보조 가열수단은 증발 물질의 기화시 간섭하지 않으면서 상기 덮개부재의 하측에 설치된다.
이와 같이 구성된 본 실시예는 양단부에 형성된 개구홀이 중심부에 형성된 개구홀보다 기판 사이의 거리가 짧기 때문에, 기판의 중심부에 상대적으로 많은 양의 증발물질이 증착되는 현상을 보정할 수 있게 된다. 즉, 본 실시예에 의하여 유기물 또는 금속을 증착하면 두께가 파형 형상으로 증착되는 박막에 있어 개구홀(124a)의 중심에서 수직선상 위치인 두께 파형의 최상점과 이웃한 개구홀(124a) 의 사이 중심을 기준으로 수직선상 위치인 두께 파형의 최하점의 높이(a')가 증착 균일도 범위가 되는 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 개구홀(124a)의 형상은 상부의 내경이 하부의 내경보다 확대되도록 내벽이 경사지게 형성됨을 알 수 있다. 이와 같이 경사진 내벽의 경사각(θ)은 수평선을 기준으로 120∼150°범위로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 도 6을 참조하면, 상기 개구홀(124a)에는 원통형상의 가이드 부재(128)가 삽입될 수도 있다. 상기 가이드 부재(128)는 증착 물질이 기판을 향해 수직 방향으로 분사되는 것을 유도하는 기능을 하고 내부가 중공 형성된 원통 또는 다각통 중 선택되는 어느 하나로 형성된다. 또한 상기 가이드 부재는 상기 덮개부재(124)에 일체형성될 수도 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만 상기 선형 증발원(120)은 내측을 중심으로 경사진 한 쌍이 대향된 상태로 구비되는바, 각각의 선형 증발원(120)의 각도를 조절할 수 있으므로 증착 물질의 공급 방향 조절이 가능하다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 의한 다른 실시예(220)는 중심부에서 양단부쪽으로 갈수록 점진적으로 높아지는 계단형태의 덮개부재(224)를 구비하되, 여기서 상기 덮개부재(224)는 높이에 따라 개별적으로 형성한 후, 하우징(222)의 개방된 상부에 결합하여 구성된다.
이러한 차이를 제외하고 기타 구성은 상술한 바와 같다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 증발원(320)은 상기 덮개부재(324)에 형성된 개구홀(324a)에 상방으로 연장되어 돌출된 노즐(324b)이 더 구비된다. 본 실시예에서는 덮개부재(324)가 계단형태로 형성되고, 노즐(324b)의 높이는 동일하다. 결과적으로 증발된 증발물질이 분출되는 개구홀(324a)과 기판 사이의 거리는 중심부에서 양단부로 갈수록 점진적으로 높아지는 것이다.
그러나 이와 달리 덮개부재 자체는 계단형태가 아닌 평면형태로 형성하고, 상기 노즐의 높이를 중심부에서 양단부로 갈수록 점진적으로 높아지게 형성할 수도 있는 것이다.
또한 상기 노즐의 내벽은 도 5에 도시된 개구홀의 형상과 같이 경사지게 형성할 수도 있다.
이러한 차이를 제외하고 기타 구성은 상술한 바와 같다.
도 10을 참조하면, 본 실시예는 도 7에 도시된 실시예와 같이 덮개부재(424)가 높이에 따라 개별적으로 형성되어 있다. 또한 개별적으로 형성된 덮개부재(424)에는 노즐(424b)이 더 형성됨을 알 수 있다. 마찬가지로 개별적으로 분리형성되지만, 하우징에 결합하면 결과적으로 덮개부재가 계단형태로 형성되고, 노즐(424b)의 높이가 동일하기 때문에 증발된 증발물질이 분출되는 개구홀(424a)과 기판 사이의 거리는 중심부에서 양단부로 갈수록 점진적으로 높아지는 것이다.
도 1은 종래의 증착 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 증착 장치의 선형 증발원을 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증착 장치의 선형 증발원을 도시한 사시도이다.
도 4는 상기 선형 증발원의 정단면도이다.
도 5는 상기 선형 증발원에 구비되는 덮개부재의 개구홀 형상을 부분 도시한 확대도이다.
도 6은 상기 개구홀에 가이드 부재가 구비된 상태를 부분 도시한 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 증착 장치의 선형 증발원을 도시한 사시도이다.
도 8은 상기 선형 증발원의 정단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 증착 장치의 선형 증발원을 도시한 정단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 증착 장치의 선형 증발원을 도시한 정단면도이다.
Claims (12)
- 상부가 개방된 선형의 하우징;상기 하우징의 내부에 구비되어 있으며, 증발대상 물질이 충진되는 도가니;상기 도가니에 충진된 증발대상 물질을 가열하는 가열수단; 및상기 하우징의 개방된 상부에 결합되며, 상방으로 다수개의 개구홀이 형성되어 있는 덮개부재;를 포함하며,상기 덮개부재는 증착대상 기판이 속한 평면에 대한 수직 거리가 다르게 형성되되, 중심부에서 양단부쪽으로 갈수록 점진적으로 높아지는 계단형태로 형성되어 있으며, 상기 덮개 부재에 형성된 각각의 개구홀은 증발대상물질이 기판에 대하여 수직으로 배출되도록 증착 대상 기판이 속한 평면에 대하여 수직으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 증발원.
- 제1항에 있어서,상기 다수개의 개구홀은 직경이 동일한 것을 특징으로 하는 증발원.
- 제1항에 있어서,상기 덮개부재는 일체로 형성되어 상기 하우징의 상부에 결합되는 것을 특징 으로 하는 증발원.
- 제1항에 있어서,상기 덮개부재는 높이에 따라 개별적으로 형성되어 상기 하우징의 상부에 결합되는 것을 특징으로 하는 증발원.
- 제1항에 있어서,상기 개구홀을 통해 분출되는 증발량을 검출하는 검출수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 증발원.
- 제1항에 있어서,상기 증발물질이 상기 개구홀에서 응축되는 것을 방지하기 위하여 상기 덮개부재를 가열하는 보조 가열수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 증발원.
- 제1항에 있어서,상기 개구홀은 상부의 내경이 하부의 내경보다 확대되도록 내벽이 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원.
- 제7항에 있어서,상기 개구홀의 내벽은 수평선을 기준으로 120∼150°의 경사각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원.
- 제1항에 있어서,상기 개구홀에는 상방으로 연장되어 돌출된 노즐이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 증발원.
- 제1항에 있어서,상기 개구홀의 하방에는 상기 증발물질의 튐현상을 방지하기 위한 차단판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 증발원.
- 제1항에 있어서,상기 개구홀에는 하방으로 연장되는 가이드 부재가 더 구비되는 것을 특징으 로 하는 증발원.
- 제11항에 있어서,상기 가이드 부재는 내부가 중공 형성된 원통 또는 다각통인 것을 특징으로 하는 증발원.
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