KR100984170B1 - 수평형 다중 분사 노즐을 이용한 오엘이디 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평형 다중 분사노즐을 이용한 오엘이디 증착 장치에 관한 것으로, 그 구성은 진공챔버 내부에 위치한 기판 표면에 유기물질을 증착시키기 위한 증착 장치에 있어서, 상기 진공챔버 내부에 위치하며, 상기 기판이 안치되도록 하는 지지대와; 상기 진공챔버를 밀폐 관통하여 상기 지지대와 회동 가능하게 결합되는 회전축과; 상기 진공챔버 내부에 위치하며, 상기 기판상에 유기물질을 분사할 수 있도록 하는 분사노즐;을 포함하여 이루어진다.

본 발명은 도핑 물질 및 호스트 물질을 수평 분사할 수 있는 다수개의 분사노즐을 구비시킴과 동시에 진공챔버 하부에 기판이 회전 가능하게 안치되도록 하여 분사노즐로 하여금 기판상에 도핑 물질 및 호스트 물질이 균일하게 분사, 증착될 수 있도록 하는 효과가 있다.

도핑물질, 호스트물질, 분사노즐, 증착장치

Description

수평형 다중 분사 노즐을 이용한 오엘이디 증착 장치{Deposition Equipment OLED Using of Multi Nozzle Level Type}

도 1은 종래 기술의 오엘이디 증착 장치를 나타내는 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 오엘이디 증착 장치를 나타내는 개략 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 분사노즐을 나타내는 부분 확대 단면도.

본 발명은 수평형 다중 분사 노즐을 이용한 오엘이디(OLED) 증착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도핑 물질 및 호스트 물질을 수평 분사할 수 있는 다수개의 분사노즐을 구비시킴과 동시에 진공챔버 하부에 기판이 회전 가능하게 안치되도록 하여 분사노즐로 하여금 기판상에 도핑 물질 및 호스트 물질이 균일하게 분사, 증착될 수 있도록 하는 수평형 다중 분사 노즐을 이용한 오엘이디(OLED) 증착 장치를 관한 것이다.

일반적으로 유기물 표시소자인 EL(Electro Luminescence) 표시소자는 반도체 평면표시소자의 하나로서, 다른 평면표시소자와는 달리 완전 고체막으로 구성되어 발열 등이 제한적인 이상적인 구조로 되어 있다. 또한 EL 표시소자는 자체 냉발광 형이라는 장점으로 인하여 산업계에서의 수요가 증가하고 있는 평면표시소자이다.

따라서 현재 학계뿐만 아니라 일반산업에서의 연구 개발 분야 중에서도 EL표시소자에 대한 개발 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 일반적으로 유기물질은 무기물질에 비해 디스플레이 소자로서 작은 구동전압, 높은 휘도 등의 많은 장점이 있어서, 차세대의 디스플레이 소자로서의 가능성과 응용 가능성을 세계적으로 인정받고 있는 상황이다.

한편 현재까지 개발된 유기박막형성 방법에는 진공증착법(Vacuum Deposition Method), 스퍼터링(Sputtering)법, 이온빔 증착(Ion-Beam Deposition)법, Pulsed-laser 증착법, 분자선 증착법, 화학기상 증착법, 스핀코터(Spin Cater) 등이 있다. 이중에서 현재 상용화되어 있는 기술은 진공증착법이다.

여기서 진공증착법이란 진공챔버의 하부에 열증발원과 그 상부에 성막용 기판을 설치하여 박막을 형성시키는 것이다. 진공증착법을 이용한 유기박막 형성장치의 개략적인 구성을 살펴보면 다음과 같다. 우선 진공챔버(10)에 연결된 진공배기계(미도시)가 존재하며, 이를 이용하여 진공챔버(10)의 일정한 진공을 유지시킨 후, 진공챔버 하부에 배치된 하나 이상의 유기박막재료 열증발원(20)으로부터 유기박막재료인 유기물을 증발시킨다. 유기박막재료의 열증발원은 원통형상 또는 사각형상의 용기로 그 내부에 피성막용 유기물재료(21)를 넣는다. 용기 재료로는 석영, 세라믹 등이 사용되며, 용기부의 주변에는 일정한 패턴의 가열용 히터(23)가 감겨져 있어 일정량의 전력을 가해주면 용기주변 온도가 상승함과 동시에 용기도 가열되어 일정온도가 되면 유기물이 증발되기 시작한다. 온도는 용기 하부 또는 상부에 설치된 온도조절용 열전대에 의하여 검측되어 유기증발재료를 일정한 농도로 유지하여 원하는 증발속도가 얻어지도록 한다. 증발된 유기물은 용기 상부로부터 일정거리가 떨어진 곳에 배치된 유리 또는 웨이퍼 재질로된 기판(30) 표면에 흡착, 증착, 재증발 등의 연속적 과정을 거처 기판(30) 위에 고체화되어 얇은 박막을 형성시킨다.

일반적으로 유기박막재료의 유기화합물은 증기화되는 증기압이 높고, 가열에 의한 열분해 온도가 증발온도와 근접되어 있어 장시간 안정된 유기증발 속도의 제어가 용이하지 않아 고속 박막증착이 어려운 문제점이 있다. 또한 진공 챔버 내의 열증발원으로부터 방출되어진 증기화된 유기박막재료는 열증발원 상부의 개구부 형상에 상응하는 형상의 지향성을 갖게 되고, 이러한 특성은 증기화된 유기박막재료가 기판 중에서 한정된 좁은 범위 내에 국한되어 도달되게 하므로 대면적 기판에 형성되는 균일한 박막을 얻기 힘들다는 문제점이 있다.

또한 유기박막의 균일한 박막 형성을 위해 지향성의 보정수단으로 기판을 일정 속도로 회전시키면서 성막을 수행하는 경우에는, 기판의 회전반경 때문에 증착장비가 그에 상응하는 크기로 대형화된다. 따라서 진공장비의 불필요한 유효면적까지 유기박막이 형성되므로 고가의 유기재료의 사용효율이 매우 떨어지고, 진공장비의 성능이 커져야 하므로 생산성이 저하되고 장비의 단가가 높아진다.

이렇듯 종래의 진공증착법 기술에서는 유기박막을 이용한 유기발광소자 및 기능성 박막을 응용한 제품을 제조함에 있어서 낮은 성막속도, 낮은 유기재료 사용효율, 유기박막층의 불균일성, 주재료(host재료)와 발색재료(Dopant재료)의 혼합량 미세조정의 어려움, 열증발원 온도조절, 기판의 대형화에 따른 균일한 유기박막의 형성곤란 등등의 여러가지 문제점으로 인하여 고품질의 소자를 저가의 비용으로 제작, 생산하기가 어려운 상황이다.

종래의 유기물 증착 장치는 내부에서 증착 공정이 수행되는 챔버와, 상기 챔버 내부 상측에 마련되어 기판을 탑재하는 기판 탑재대와, 상기 기판 탑재대에 위치된 기판의 상측에 마련되는 마그네트 홀더와 상기 기판의 하측에 마스크가 구비된 마스크 홀더와, 상기 챔버내 하부에 마련되어 유기물질을 기화시켜 기판으로 증발시키는 가열부 및 유기물 보트로 이루어지는 구성이었다.

여기서, 상기 유기물 보트에 증착시킬 유기물질의 적당량을 예측하여 올려놓은 다음 진공 챔버 내부의 압력을 진공 펌프를 사용하여 10-6 torr 정도로 내린다. 이때 유기물 보트는 일반적으로 몰리브덴으로 이루어진다. 그 후 가열부에 전원을 인가하고 온도조절장치를 이용하여 증착 물질의 녹는점 근처까지 열을 올린 후, 다시 미세하게 조절하면서 기화될 때까지 온도를 올린다. 이때 서서히 유기물 보트 위의 물질이 증발되기 시작하면 미리 장착되어 있던 셔터를 열어서 증발된 물질 분자들을 기판에 증착시킨다. 이때 셔터는 유기물 보트 위에 있는 유기물질이 기화되기 직전에 잔존하는 불순물들이 기판에 증착되지 못하게 막아주는 역할을 한다.

이러한 종래의 유기물 증착 장치는 기판을 기판 적재대에 적재시킨 후 적재된 기판이 증착과정에 기판 및 마스크의 자중에 의해 하방으로 처짐 현상이 발생하여 균일한 증착 작업 수행이 어려운 문제점이 있었다.

또한, R,G,B의 풀 칼라를 구현하기 위해서는 호스트 물질과 도핑물질을 동시 에 증착하도록 해야 하는데, 증착 물질의 량 및 농도를 제어하더라도 열에 의한 증착 물질의 자연 기화에 의존하고 있어서 정확한 제어가 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 도핑 물질 및 호스트 물질을 수평 분사할 수 있는 다수개의 분사노즐을 구비시킴과 동시에 진공챔버 하부에 기판이 회전 가능하게 안치되도록 하여 분사노즐로 하여금 기판상에 도핑 물질 및 호스트 물질이 균일하게 분사, 증착될 수 있도록 하는 수평형 다중 분사 노즐을 이용한 오엘이디(OLED) 증착 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명의 수평형 다중 분사 노즐을 이용한 오엘이디 증착장치는, 진공챔버 내부에 위치한 기판 표면에 유기물질을 증착시키기 위한 증착 장치에 있어서, 상기 진공챔버 내부에 위치하며, 상기 기판이 안치되도록 하는 지지대와; 상기 진공챔버를 밀폐 관통하여 상기 지지대와 회동 가능하게 결합되는 회전축과; 상기 진공챔버 내부에 위치하며, 상기 기판상에 유기물질을 분사할 수 있도록 하는 분사노즐;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지지대는 하부로부터 인입되는 관로에 의해 냉각수를 공급받도록 하며, 상기 지지대는 공급되는 냉각수에 의해 0℃ ~ 80℃를 유지하도록 한다.

그리고, 상기 진공챔버는 그 외부를 감싸는 방열부재를 더 구비하도록 하며, 상기 진공챔버는 히팅부재에 의해 고온상태가 되도록 하고, 상기 히팅부재는 상기 진공챔버를 200℃ ~ 400℃의 고온상태를 유지하도록 한다.

또한, 상기 분사노즐은 상기 진공챔버 내부에 다수개가 위치하며, 상기 각각의 분사노즐을 이용해 도핑물질 및 호스트 물질을 분사하도록 하며, 상기 분사노즐과 연결되어 유기물질을 공급하는 한쌍의 공급라인을 구비하며, 상기 공급라인은 유기물질의 기화상태가 유지하도록 히팅되고, 상기 분사노즐은 기판 표면측으로 향하는 적어도 하나 이상의 노즐구를 구비하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 공급라인은 분사노즐과 유기물 저장부의 사이에 유량조절계(MFC)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2 또는 도 3에 도시된 바에 의하면, 증착 장치는 진공챔버 내부에 위치한 기판 표면에 유기물질을 분사시켜 증착시키기 위한 것이다. 상기 진공챔버(100)는 그 내부 하면부에 기판(150)을 안치할 수 있는 지지대(120)를 구비하고 있으며, 상기 지지대(120)는 상기 진공챔버(100) 하면을 밀폐 관통하는 회전축(122)과 결합되어 상기 지지대(120)를 회전시킨다. 이는 상기 지지대(120)에 안치된 기판(150)을 회전시킴으로써 분사된 유기물재가 기판 표면에 균일하게 증착될 수 있게 하기 위함이다. 그리고 상기 지지대가 마스크와 기판을 지지함으로써 대면적 기판에 의한 처짐을 방지할 수 있다.

또한, 상기 지지대(120)와 회전축(122)의 내부에는 외부에서 0℃ ~ 50℃의 냉각수를 공급되도록 냉각라인(124)을 마련하고 있어서, 상기 냉각라인(124)의 냉 각수에 의해 지지대(120)를 냉각시켜 상기 지지대(120)에 안치된 기판(150)을 냉각시킴으로써 기화상태인 유기물질이 기판에 빠르게 증착될 수 있게 한다.

그리고 상기 기판(150)의 상부에 마스크(M)를 위치시킴으로써 기판 표면에 특정 패턴의 문양을 형성시키게 되는 것이다.

또한, 상기 진공챔버(100)의 내부 측벽에는 한쌍의 분사노즐(110a,110b)을 위치시키고 있으며, 상기 분사노즐에는 다수개의 노즐구(111)가 형성되어 있으며, 이때 상기 분사노즐 상에 형성된 노즐구(111)는 지지대에 안치된 기판표면을 향해 하측방향으로 개구되는 것이 바람직하다. 이는 노즐구의 개구 방향을 기판측으로 함으로써 유기물질이 진공챔버 내부에서 날리는 것을 최소화하고, 기판 표면에 직접 분사하는 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

상기 분사노즐(110a,110b)은 외부와 연결되는 공급라인(116a,116b)에 연결되어 있는데, 상기 각각 공급라인(116a,116b)을 통해 기화된 도핑물질과 호스트물질을 상기 진공챔버(100) 내부로 공급하게 된다. 이때 공급라인(116a,116b)은 기화상태인 도핑물질과 호스트물질이 응고하지 않도록 히팅하며, 상기 히팅 온도는 300℃ ~ 400℃ 이상을 유지하는 것이 바람직하며, 상기 각각의 물질 기화 온도에 따라 온도를 조절하는 것도 가능하다.

또한 상기 공급라인(116a,116b) 상에 유량조절계(114)를 구비시켜 상기 유량조절계로 하여금 공급되는 유기물질의 량을 조절할 수 있게 함으로써 진공챔버 상의 유기물질의 농도 및 압력을 조절하고, 고압력으로 인한 기판표면에서 와류현상을 방지할 수 있게 하기 위함이다.

그리고 상기 진공챔버를 히팅부재(미도시)를 이용해 고온상태(200℃ ~ 400℃)로 유지시켜 기화상태인 유기물질이 진공챔버 내벽에 증착되는 것을 방지하고, 상기 진공챔버(100)의 외부를 방열부재(130)로 감싸도록 한다. 이는 고온상태의 진공챔버에 의해 외부 기기들이 손상되는 것을 방지하고, 열손실을 줄이기 위함이다.

여기서 히팅부재는 진공챔버를 고온상태로 유지할 수 있는 것이면 어떠한 것도 가능하다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 고안의 취지와 범위에 포함된다.

본 발명은 앞서 본 구성에 의해 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 도핑 물질 및 호스트 물질을 수평 분사할 수 있는 다수개의 분사노즐을 구비시킴과 동시에 진공챔버 하부에 기판이 회전 가능하게 안치되도록 하여 분사노즐로 하여금 기판상에 도핑 물질 및 호스트 물질이 균일하게 분사, 증착될 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 도핑 물질 및 호스트 물질의 공급라인을 히팅 처리하여 공급되는 물질의 손실을 최소화하도록 하는 효과가 있으며, 유량조절계를 이용해 물질 공급량을 조절함으로써 더욱 효율적인 증착이 이루어지도록 하는 효과가 있다.

그리고 진공챔버는 고온으로 가열하고 기판하부는 저온으로 유지함으로써 기판상에 유기물질의 증착이 빠르게 이루어지도록 하는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 진공챔버;

   상기 진공챔버의 내부 측벽으로부터 이격되어 상기 진공챔버의 내부의 하부에 배치되며, 기판을 지지하는 지지대;

   상기 진공챔버를 관통하여 상기 지지대를 지지하며, 상기 지지대를 회전시켜 상기 기판을 회전시키는 회전축;

   상기 진공챔버의 외부로부터 상기 진공챔버의 내부로 연장되어 유기물질을 기화상태로 유지되도록 히팅되며, 상기 유기물질을 상기 진공챔버의 내부로 공급하는 공급라인;및

   상기 진공챔버의 내부에 배치되어 상기 공급라인에 연결되며, 상기 공급라인을 통해 공급되는 상기 유기물질, 도핑물질 및 호스트물질이 상기 지지대에 지지되는 상기 기판으로 분사되도록 하는 분사노즐;를 포함하되,

   상기 분사노즐은 복수로 마련되어 상기 진공챔버의 내부 측벽에 배치되며, 상기 지지대에 지지되는 상기 기판을 향해 하측 방향으로 개구되는 복수의 노즐구가 형성되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지대는 하부로부터 인입되는 관로에 의해 냉각수를 공급받도록 하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 지지대는 공급되는 냉각수에 의해 0℃ ~ 80℃를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 진공챔버는 그 외부를 감싸는 방열부재를 더 구비하도록 하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 진공챔버는 히팅부재에 의해 고온상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 히팅부재는 상기 진공챔버를 200℃ ~ 400℃의 고온상태를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 분사노즐은 상기 진공챔버 내부에 다수개가 위치하며, 상기 각각의 분사노즐을 이용해 도핑물질 및 호스트 물질을 분사하도록 하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 분사노즐과 연결되어 유기물질을 공급하는 한쌍의 공급라인을 구비하며, 상기 공급라인은 유기물질의 기화상태가 유지하도록 히팅되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 분사노즐은 기판 표면측으로 향하는 적어도 하나 이상의 노즐구를 구비하도록 하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 공급라인은 분사노즐과 유기물 저장부의 사이에 유량조절계(MFC)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 장치.

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