KR101138612B1 - 기화효율을 향상시킨 가스분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 챔버의 내부에가스를 공급하는 가스분사장치를 개시한다. 본 발명의 가스분사장치는, 챔버의 내부에 위치하는 가스분사장치에 있어서, 원료물질을 공급하는 외부의 가스공급관과 연통하는 유로; 상기 유로의 내부에 설치되며, 상기 유로의 단면적보다 작은 면적을 가지는 다수의 격벽; 상기 유로를 통해 유동하는 상기 원료물질을 기화시키기 위해 상기 유로의 주변에 설치되는 발열수단을 포함한다.

본 발명에 따라면 유로의 내부에 다수의 격벽을 교차하여 설치하여, 원료물질의 컨덕턴스 저하를 최소화하면서도 원료물질과 격벽과의 충돌을 통해 기화효율을 크게 높일 수 있다. 이를 통해 인젝터 자체의 크기를 줄일 수 있고 비용절감을 기대할 수도 있다.

가스분사장치, 격벽

Description

기화효율을 향상시킨 가스분사장치{Gas supply device improving vaporization efficiency}

본 발명은 기판제조장치에 사용되는 가스분사장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 원료물질을 자체에서 기화시켜 챔버 내부로 분사하는 가스분사장치에 관한 것이다.

평판디스플레이 중에서 많이 사용되는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display)는 가볍고 전력소모가 적은 장점이 있으나, 자체 발광소자가 아니고 수광소자이기 때문에 밝기, 콘트라스트(contrast), 시야각, 그리고 대면적화 등에 일정한 한계를 가진다.

이러한 단점들을 극복할 수 있는 대안으로 모색되고 있는 것이 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode Device, OLED)를 이용하는 평판디스플레이로서, 유기발광다이오드소자는 자체 발광형이어서 액정표시장치에 비해 시야각, 콘트라스트 등이 우수하고, 백라이트가 필요하지 않기 때문에 보다 가볍고 얇게 제작 하는 것이 가능하며, 소비전력 측면에서도 유리한 장점을 가진다.

특히, 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와는 달리 유기발광다이오드소자는 증착 및 봉지(encapsulation) 공정이 전부라고 할 수 있기 때문에 제조공정도 상대적으로 단순하다는 장점이 있다.

도 1은 유기발광다이오드소자(10)의 단면구조를 단순화하여 도시한 것으로서, 애노드(11)와 캐소드(15)의 사이에 유기화합물로 이루어진 정공수송층(12), 유기발광층(13) 및 전자수송층(14)이 순차적으로 형성되며, 통상적으로 애노드(11)에는 ITO(indiun-tin-oxide)가 이용되고, 캐소드(15)에는 Al이 이용된다.

이와 같은 유기발광다이오드소자(10)에서 애노드(11) 및 캐소드(15) 사이에 전압을 인가하면, 애노드(11)로부터 주입된 정공이 정공수송층(12)을 경유하여 유기발광층(13)으로 이동하고, 전자가 캐소드(15)로부터 전자수송층(14)을 경유하여 유기발광층(13)으로 주입되므로, 유기발광층(13) 영역에서 전자와 정공이 재결합하여 중성의 엑시톤(exciton)이 형성된다.

이러한 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변화되면서 유기발광층(13)의 분자가 발광하게 되어 화상을 형성하게 되는 것이다.

유기발광층은 적(R),녹(G),청(B)의 색상을 표현하는 영역으로서, 일반적으로는 각 화소마다 적,녹,청색을 발광하는 별도의 유기물질을 증착하여 사용한다. 현재 유기발광다이오드소자의 제조에 사용되는 유기물질에는 Alq3, CuPc, TDP, NPB 등이 있으며, 다양한 도펀트(dopant)를 사용하여 색상을 표현한다.

한편, 이들 유기물질을 기판에 증착하기 위해서는 고체상태의 소스유기물질을 기화(증발)시켜야 한다. 종래에는 증발기의 상부에 기판을 위치시키는 상향식 증착방법이 주로 사용되었으나, 최근에는 대면적 기판을 중심으로 하향식 증착방법이 많이 사용되고 있다.

하향식 증착방법을 적용한 OLED 제조장치는 도 2의 개략 단면도에 도시된 바와 같이, 챔버(20), 상기 챔버(20)의 내부에 설치되는 기판안치대(30), 상기 기판안치대(30)의 상부에서 원료물질을 분사하는 인젝터(40)를 포함한다. 인젝터(40)는 챔버(20)의 리드를 관통하는 원료공급관 또는 회전축에 연결된다.

상기 인젝터(40)는 도 3의 부분 단면도에 도시된 바와 같이, SUS 또는 티타늄 등의 재질로 이루어지고 내부에 원료물질의 유동을 위한 유로(42)를 구비하는 몸체(41)와, 상기 유로(42)의 유입구(44)를 통해 공급되는 분말형태의 원료물질을 기화시키기 위해 몸체(41)에 매설되는 히터(43)와, 상기 몸체(41)의 하부에 결합되어 상기 유로(42)를 통과하면서 기화된 원료물질을 챔버(20)의 내부로 분사하며 다수의 분사홀(47)을 가지는 가스분배판(46)을 포함한다. 상기 가스분배판(46)은 상기 몸체(41)와 일체로 제조될 수도 있다.

한편, 인젝터(40)는 유입된 분말원료를 내부에서 전부 기화시켜야 하므로, 몸체 내부의 유로(42)는 최대한 길게 형성되어야 한다. 일반적으로는 인젝터(40)의 중앙부와 주변부를 왕복하는 형상으로 유로(42)가 형성된다.

이때 몸체(41) 중앙부의 유입구(44)에서 몸체(41)의 주변부까지 이르는 확산 영역(42a)은 유입구(44)를 통해 공급되는 원료물질을 확산시키는 역할을 하며, 몸체(41)의 일 단부에서 중앙부까지 이르는 기화영역(42b)은 확산영역(42a)을 통과한 원료물질을 기화시키는 역할을 한다. 따라서 전술한 히터(43)는 기화영역(42b)의 주변에 주로 배치된다.

그런데 기화영역(42b)의 내부가 완전히 비어 있으면, 유체의 통과속도가 너무 빨라서 원료물질이 완전히 기화되지 않을 수도 있기 때문에, 기화효율을 높이기 위해서는 기화영역(42b)을 가능한 길게 하여야 하며, 이로 인해 인젝터(40)의 크기가 증가하는 단점이 있다.

이런 문제 때문에 최근에는 인젝터(40)의 크기를 최소화하면서도 기화효율을 높이기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 기화영역(42b)의 내부에 SUS재질의 볼을 충진시켜 원료물질의 유동경로를 길게 하는 방법이 사용되고 있다.

그런데 유로(42)의 내부에 SUS볼을 충진하면 원료물질과 캐리어 가스의 진행이 방해되어 역압이 발생하고, 충분한 컨덕턴스를 확보하기 위해서는 버퍼역할을 하는 확산영역(42a)의 용량을 늘려야 하므로 이 때문에 인젝터(40)의 크기가 다시 커져야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한문제점을 해결하기 위한 것으로서, 크기를 증가시키지 않으면서 원료물질의 기화효율을 높일 수 있는 가스분사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 챔버의 내부에 위치하는 가스분사장치에 있어서, 원료물질을 공급하는 외부의 가스공급관과 연통하는 유로; 상기 유로의 내부에 설치되며, 상기 유로의 단면적보다 작은 면적을 가지는 다수의 격벽; 상기 유로를 통해 유동하는 원료물질을 기화시키기 위해 상기 유로의 주변에 설치되는 발열수단을 포함하는 가스분사장치를 제공한다.

상기 가스분사장치에서, 상기 유로는 상기 가스공급관과 연결되는 몸체의 내부에 형성되고, 상기 발열수단은 상기 몸체에 매설된 히터인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 몸체에서 상기유로의 출구측에는 상기 유로를 거치면서 기화된 원료물질을 상기 챔버의 내부로 분사하기 위한 다수의 분사홀을 가지는 가스분배판이 결합된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 다수의 격벽은 모두 동일한 형상으로서, 각각의 상기 격벽은 바로 인접한 격벽과는 설치각도가 다른 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 다수의 격벽은 각각 가장자리의 일부가 상기 유로의 내벽에 결합되고, 상기 원료물질은 상기 가장자리의 나머지 부분과 상기 유로의 내벽사이에 형성되는 공간을 통해 유동하는 것을 특징으로 할 수 있고, 이때 상기 각 격벽은 상기 유로의 단면적의 50~80%의 크기인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 다수의 격벽은 유체통과공을 구비하는 한편 가장자리가 상기 유로의 내벽에 결합되고, 상기 원료물질은 상기 유체통과공을 통해 유동하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이때 상기 유체통과공은 상기 격벽의 중심과 가장자리 사이에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있고, 또한 상기 유체통과공의 크기는 상기 격벽의 단면적의 20~50%인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따라면 유로의내부에 다수의 격벽을 설치각도를 달리하여 설치함으로써, 원료물질의 컨덕턴스 저하를 최소화하면서도 원료물질과 격벽과의 잦은 충돌을 유도하여 기화효율을 크게 높일 수 있다. 이를 통해 인젝터 자체의 크기를 줄일 수 있고 비용절감을 기대할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인젝터(100)의 부분 단면도이다.

본 발명의 인젝터(100)는 SUS 또는 티타늄 등으로 이루어지고 내부에 원료물질의 유동을 위한 유로(42)가 형성된 몸체(41)와, 유입구(44)를 통해 상기 유로(42)로 유입된 분말형태의 원료물질을 기화시키기 위해 상기 몸체(41)에 매설되는 히터(43)와, 상기 몸체(41)의 저면에 결합되며 다수의 분사홀(47)을 가지는 가스분배판(46)을 포함한다. 상기 가스분배판(46)은 상기 몸체(41)와 일체로 제조될 수도 있다.

특히 본 발명의 인젝터(100)는, 유로(42)를 몸체(41) 중앙부에서 주변부까지 형성되는 확산영역(42a)과 몸체(41)의 주변부에서 중앙부까지 형성되는 기화영역(42b)으로 구분할 때, 기화영역(42b)에 다수의 격벽(50)을 설치한 점에 특징이 있다.

이를 통해 SUS볼로 인한 컨덕턴스 저하를 방지할 수 있기 때문에 SUS볼을 이용하는 경우에 비하여 유로(42)내부의 버퍼영역(42a)을 줄이거나 생략하는 것이가능해진다. 따라서 인젝터(100)의 크기를 획기적으로 줄일 수 있고 이를 통해 비용절감의 효과를 얻을 수 있다.

또한 원료물질은 격벽(50)을 우회하면서 유동하기 때문에 유동거리가 길어지고, 히터(43)에 의해 가열된 격벽(50)과의 접촉이 잦아지면서 기화효율이 높아질 수 있다. 각 격벽(50)의 간격은 인젝터의 크기에 따라 달라질 수 있으나 대략 5~20mm 인 것이 바람직하다.

도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도로서, 유로(42)의 기화영역(42b)의 내부에 다수의격벽(50)이 설치되고, 유로(42)의 주변에 가열용 히터(43)가 설치된 모습을 도시하고 있다.

상기 격벽(50)은 유체의 유동거리를 길게 하기 위한 것이므로 유로(42)의 전부를 차단하는 것이 아니라 일부분만을 차단하여야 한다. 바람직하게는 격벽(50)의 면적은 유로(42) 단면적의 50~80% 것이 바람직하다.

유로의 내부에 설치되는 다수의 격벽(50)은 모두 동일한 형상인 것이 바람직하지만, 다른 형상을 가질 수도 있음은 물론이다.

다만, 동일한 형상의 격벽(50)이 모두 동일한 각도로 설치되면, 유체의 상당부분이 격벽(50)과 충돌하지 않고 유동하게 되므로 기화효율이 매우 낮아지게 된다.

따라서 기화효율을 높이기 위해서는 인접한 격벽(50)끼리는 설치각도를 달리하여 지그재그 형태로 배열함으로써, 유체가 어떤 격벽(50)에 부딪치지 않고 통과하더라도 그 다음 격벽(50)에는 충돌할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그러나 실제 적용에 있어서 격벽(50)은 매우 다양한 형태로 배열될 수 있다.

예를 들어, 도 6과 같이 바로 인접한 격벽(50)과 180도의 위상차를 가지도록 배열될 수도 있고, 도 7과 같이 바로 인접한 격벽(50)과 90도의 위상차를 가지도록 배열될 수도 있으며, 도 8과 같이 바로 인접한 격벽(50)과 30도의 위상차를 가지도록 배열될 수도 있다. 또한 도 9와 같이 다소 랜덤하게 배열될 수도 있다. 다만 어떤 형태로 격벽(50)을 배열하던지 간에 기화효율을 최대한 높이면서도 유체의 컨덕턴스를 확보할 수 있어야 함은 물론이다.

또한 모든 격벽(50)이 반드시 동일한 형상을 가져야 하는 것은 아니므로도 10에 도시된 바와 같이 중간중간에 다른 크기나 형상의 격벽(50)을 설치할 수도 있다.

한편 도 5 내지 도 10에서는 원형의 단면적을 가지는 유로(42)의 내부에 반 원 형상의 격벽(50)이 설치된 모습을 도시하였으나, 격벽(50)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니므로 도 11에 도시된 바와 같이 중간에 유체통과공(62)이 형성된 원판형 격벽(60)이 사용될 수도 있다.

이때 원판형 격벽(60)의 가장자리는 유로(42)의 내벽에 결합되므로 유체는 유체통과공(62)을 통해서만 유동하게 된다.

이 경우에도 유체의 이동거리를 길게 하기 위해서는, 바로 인접한 유체통과공(62)들은 설치각도를 달리하는 것이 바람직하다, 도 11에서는 인접한 원판형 격벽(60)들이 180도의 위상차를 가지도록 배열하였다.

이와 달리 도 12와 같이 인접한 유체통과공(62)들이 30도의 위상차를 가지도록 원판형 격벽(60)을 배열할 수도 있고, 도 13과 같이 인접한 유체통과공(62)들이 90도의 위상차를 가지도록 원판형 격벽(60)을 배열할 수도 있다.

한편 유체통과공(62)이 크기가 지나치게 크면 각 격벽(60)의 설치각도를 조절하는 것이 무의미하기 때문에, 유체통과공(62)의 면적은 원판형 격벽(60)의 20~50% 정도인 것이 바람직하다.

또한 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 유체통과공(62)을 각 격벽(60)의 중심과 가장자리 사이에 형성하면 격벽(60)을 설치할 때 컨덕턴스나 기화효율을 조절하는 것이 보다 편리한 장점이 있다.

한편 이상에서 설명한 격벽(50)(60)은 원형의 단면을 가지는 유로(42)의 내부에 설치되는 것이어서 반원형 또는 원판형의 형태를 가진다. 그러나 유로(42)의 내부 단면이 원형에 한정되는 것은 아니고 사각형 등 다양한 형태가 가능하므로 격벽(50)(60)도 이에 따라 여러 형태로 제조될 수 있음은 당연하다.

도시하지는 않았지만, 본 발명의 인젝터(100)는 챔버리드를 관통하는 가스공급관의 단부에 연결될 수 있다. 또한 상기 인젝터(100)는 챔버리드를 관통하여 설치된 회전축의 단부에 연결될 수도 있다. 회전축의 단부에 연결되어 회전형 인젝터로 기능하는 경우에는 회전축의 내부에 유로가 형성되고, 회전축 내부유로가 인젝터(100)의 몸체(41)의 유입구(44)와 연통된다.

또한 이상에서는 유기발광다이오드소자 제조장치에 사용되는 인젝터(100)를 예를 들어 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 분말 또는 액상의 원료물질을 자체에서 기화시켜 분사하는 방식의 가스분사장치라면 다른 유형의 기판제조장치에서도 적용될 수 있음은 물론이다.

끝으로 본 발명의 권리범위가 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 명세서에 첨부된 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에까지 미치는 것은 물론이다.

도 1은 일반적인 OLED의 단면구조를 나타낸 도면

도 2는 OLED제조장치의 구성도

도 3은 종래 인젝터의 부분 단면도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인젝터의 부분 단면도

도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도

도 6 내지 도 10은 반원형 격벽의 다양한 배열형태를 나타낸 도면

도 11 내지 도 13은 원판형 격벽의 다양한 배열형태를 나타낸 도면

Claims (11)

1. 챔버의 내부에 위치하는 가스분사장치에 있어서,

   원료물질을 공급하는 외부의 가스공급관과 연통하는 유로;

   상기 유로의 내부에 설치되며, 상기 유로의 단면적보다 작은 면적을 가지는 다수의 격벽;

   상기 유로를 통해 유동하는 상기 원료물질을 기화시키기 위해 상기 유로의 주변에 설치되며 상기 다수의 격벽을 가열하는 발열수단;

   을 포함하는 가스분사장치
2. 제1항에 있어서,

   상기 유로는 상기 가스공급관과 연결되는 몸체의 내부에 형성되고, 상기 발열수단은 상기 몸체에 매설된 히터인 것을 특징으로하는 가스분사장치
3. 제2항에 있어서,

   상기 몸체에서 상기유로의 출구측에는 상기 유로를 거치면서 기화된 상기 원료물질을 상기 챔버의 내부로 분사하기 위한 다수의 분사홀을 가지는 가스분배판이 결합된 것을 특징으로 하는 가스분사장치
4. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 격벽은 모두 동일한 형상으로서, 각각의 상기 격벽은 바로 인접한 격벽과는 설치각도가 다른 것을 특징으로 하는 가스분사장치
5. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 격벽은 각각 가장자리의 일부가 상기 유로의 내벽에 결합되고, 상기 원료물질은 상기 가장자리의 나머지 부분과 상기 유로의 내벽 사이에 형성되는 공간을 통해 유동하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치
6. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 격벽 각각은 상기 유로의 단면적의 50~80%의 크기인 것을 특징으로 하는가스분사장치
7. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 격벽 각각은 유체통과공을 구비하는 한편 가장자리가 상기 유로의 내벽에 결합되고, 상기 원료물질은 상기 유체통과공을 통해 유동하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치
8. 제7항에 있어서,

   상기 유체통과공은 상기 다수의 격벽 각각의 중심과 가장자리 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치
9. 제7항에 있어서,

   상기 유체통과공의 크기는 상기 다수의 격벽 각각의 단면적의 20~50%인 것을 특징으로 하는 가스분사장치
10. 제1항에 있어서,

    상기 유로에는 상기 다수의 격벽에 의해서 상기 원료물질이 유동하는 다수의 유동부가 형성되고, 상기 다수의 유동부 각각은 바로 인접한 격벽과 중첩되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치
11. 제10항에 있어서,

    상기 다수의 격벽은 모두 동일한 형상이고, 서로 인접하는 상기 다수의 유동부 각각의 형성위치는 30도, 90도 및 180도 중 선택된 하나의 각도차이를 가지는 것을 특징으로 하는 가스분사장치

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