KR101404985B1 - 인라인 증착 시스템의 선형 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 발광소자 등의 박막 증착을 위한 인라인 증착 시스템의 선형 증발원에 관한 것으로서, 본 발명의 선형 증발원은 증착 물질이 저장되어 가열 및 증발시키는 도가니와, 상기 도가니에 연통되게 설치되어 도가니에서 증발되는 증착 물질을 기판의 일면에 공급하기 위한 분배기 본체와, 상기 분배기 본체의 상면에 소정 간격으로 설치되는 다수개의 노즐과, 상기 노즐의 양측에 위치하도록 설치되는 한 쌍의 증착 가이드와, 상기 증착 가이드가 상기 기판의 이송 방향에 따라 동작하도록 상기 증착 가이드를 구동하는 구동수단과, 상기 기판의 이송에 따라 상기 구동수단의 동작을 제어하는 제어부를 포함함으로써, 기판이 이동되는 방향에 따라 이동하는 가이드를 통해 증착되는 영역을 넓혀 물질의 효율을 높이고, 전체 박막의 균일성을 확보하면서도 양산 시 택-타임(Tact-Time)이 감소되는 효과가 있다.

Description

인라인 증착 시스템의 선형 증발원{Linear Type Evaporation Source of In-Line Deposition System}

본 발명은 유기 발광소자 등의 박막 증착을 위한 인라인 증착 시스템의 선형 증발원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판이 이동되는 방향에 따라 이동하는 가이드를 통해 증착되는 영역을 넓혀 물질의 효율을 높이고, 전체 박막의 균일성을 확보하면서도 양산 시 택-타임(Tact-Time)이 감소되는 효과가 있는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원에 관한 것이다.

일반적으로, 유기 발광소자(OLED: Organic Light Emitted Device)를 제작하는데 있어서, 가장 중요한 공정은 유기박막을 형성하는 공정이며, 이러한 유기 박막을 형성하기 위해서는 진공 증착이 주로 사용된다.

이러한 진공 증착은 챔버 내에 글라스(glass)와 같은 기판과 파우더(powder) 형태의 원료 물질이 담긴 포인트 소스(point source) 또는 점 증발원과 같은 증발원을 대향 배치하고, 증발원 내에 담긴 파우더 형태의 원료 물질을 증발시켜 증발된 원료 물질을 분사함으로써 기판의 일면에 유기 박막을 형성한다. 최근에는 기판이 대면적화됨에 따라, 포인트 소스 또는 점 증발원으로 알려진 증발원 대신 대면적 기판의 박막 균일도가 확보되는 선형 증발원이 사용된다. 이러한 선형 증발원은 도가니 내에 원료 물질을 저장하고, 저장된 원료 물질을 증발시켜 기판을 향해 분사하는 서로 이격된 복수의 노즐을 구비한다.

기존에 개발된 선형 증발원은 주로 소면적 기판용으로 개발되어 그 생산성이 떨어지고, 대형화할 경우 개구부의 폭이 너무 넓어 유기 물질의 사용률과 그에 따른 박막의 평탄도가 현저히 낮아진다.

특히, 생산성 향상을 위해서 대면적 기판을 사용할 경우, 대면적 박막의 평탄도가 확보되는 대형의 선형 증발원이 필요하게 되는데, 대형화에 따른 열의 분포가 균일하지 않아 증발되는 물질이 비대칭으로 증착되는 경우가 발생하여 대면적 박막의 균일도를 확보하기가 어렵다.

이에 관련된 종래 기술로서, 특허등록 제10-0517255호는 노즐 개구부를 가진 도가니를 이용하여 전체 박막의 균일도를 향상시키는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원이 개시되어 있다. 상기 종래의 기술에서는 도가니를 임의의 각도로 기울여서 사용하며, 도가니의 노즐개구부의 방향을 상기 도가니를 기울인 각도(θ)대로 향하게 하여 사용할 수 있다고 기재하여 있으나, 상기 문헌에서는 도가니를 기울여서 사용하기 위한 구성이 구체적으로 개시되어 있지 않다.

또한, 도가니의 방향을 임의의 각도로 조절하여 사용하기 위한 구조는 매우 복잡할 뿐 아니라, 기구적으로 구현하기 힘들고 가격도 많이 증가하는 문제점이 있으므로, 실제 장비에 도입하기에는 어려운 실정이다.

특허등록 제10-0517255호.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 기판에 증착 공정 시 증착되는 영역을 넓혀 물질의 효율을 높이고, 전체 박막의 균일성을 확보하면서도 기구적 구성이 간단하며, 적은 비용으로 증착 효율을 높일 수 있는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 증착 속도를 높이지 않더라도 택-타임(Tact-Time)이 감소되어 양산 장비에 적용되면 생산성 향상의 효과가 있는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 증착 물질이 저장되어 가열 및 증발시키는 도가니와, 상기 도가니에 연통되게 설치되어 도가니에서 증발되는 증착 물질을 기판의 일면에 공급하기 위한 분배기 본체와, 상기 분배기 본체의 상면에 소정 간격으로 설치되는 다수개의 노즐과, 상기 노즐의 양측에 위치하도록 설치되는 한 쌍의 증착 가이드와, 상기 증착 가이드가 상기 기판의 이송 방향에 따라 동작하도록 상기 증착 가이드를 구동하는 구동수단과, 상기 기판의 이송에 따라 상기 구동수단의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원이 제공된다.

상기 증착 가이드는 상기 노즐을 사이에 두고 상기 분배기 본체에 길이방향으로 길게 설치될 수 있다.

본 발명에서, 상기 구동수단은 상기 증착 가이드의 사이에 상기 증착 가이드를 연결하는 길이로 설치되는 연결축과, 상기 증착 가이드를 구동하기 위한 구동모터와, 상기 구동모터의 구동축의 회전력을 상기 연결축에 전달하기 위한 제1 회전력전달수단과, 상기 연결축과 상기 증착 가이드 하단부 사이에 회전력을 전달하기 위한 제2 회전력전달수단을 포함한다.

여기서, 상기 제1 회전력전달수단 또는 제2 회전력전달수단은 비접촉 방식의 마그네틱 롤러장치로 이루어질 수 있으며, 상기 마그네틱 롤러장치는 서로 접촉하지 않도록 일정한 틈새를 유지하며, 서로 다른 극성을 가지는 복수개의 분할자석부가 원주방향으로 교대로 배열된 형태로 이루어지는 한 쌍의 마그네틱 롤러로 이루어지어, 상기 마그네틱 롤러의 극성에 의한 인력작용과 척력작용으로 회전력이 발생하도록 한다.

또한, 상기 제1 회전력전달수단 또는 제2 회전력전달수단은 맞물려 회전하는 기어장치로 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 증착 가이드 하단부에는 상기 제2 회전력전달수단을 설치하기 위한 회전축이 구비될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 증착 가이드는 상기 분배기 본체의 중앙부에서 양단부로 갈수록 증착 가이드 사이의 간격이 넓게 이루어지는 형상일 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 증착 가이드가 이루는 각도는 상기 증착 물질이 분사되는 분사각 보다 좁게 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 증착 가이드의 일면 또는 양면에 가열용 히터가 설치될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 인라인 증착 시 증착 가이드를 통해 증착되는 영역을 넓혀 물질의 효율을 높이고, 전체 박막의 균일성을 확보하면서도 기구적 구성이 간단하며, 적은 비용으로 증착 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 양산 장비의 경우 택-타임(Tact-Time)을 감소시키기 위해 증착 속도를 높이는 방법으로 진행하였지만, 본 발명을 통해 증착 속도는 낮추고 기존과 동일한 택-타임을 유지시킬 수 있는 효과가 있으며, 증착 속도를 기존과 동일하게 유지시킬 경우에는 택-타임이 감소되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 선형 증발원의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 증착 가이드를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 증착 가이드를 구동하는 구동수단을 나타내는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 증착 가이드가 기판의 이송에 따라 구동되는 것을 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 증착 가이드의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 인라인 증착 시스템의 선형 증발원의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 선형 증발원의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 증착 가이드를 나타내는 평면도이고, 도 3은 본 발명의 증착 가이드를 구동하는 구동수단을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 선형 증발원(100)은 증착 물질이 저장되어 가열 및 증발시키는 도가니(도시안함)와, 상기 도가니에 연통되게 설치되어 도가니의 증착 물질을 기판의 일면에 공급하기 위한 분배기 본체(110)와, 상기 분배기 본체(110)의 상면에 소정 간격으로 설치되는 다수개의 노즐(120)을 포함한다.

이와 같은 선형 증발원(100)은 박막 증착을 위한 유기, 무기 또는 금속 재료를 가열수단(도시안함)을 통해 가열하여 기화시킨 후 기화된 증착 물질을 챔버 내 기판에 분사하는 것으로, 상기 도가니와 가열수단은 통상의 기술이 적용될 수 있으므로, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다. 예를 들어, 상기 가열수단은 도가니에 삽입되어 도가니의 내부를 가열하는 히터, 코일 또는 Sheet 타입의 면저항 발열체가 적용될 수 있다.

한편, 상기 분배기 본체(110)는 원통형 형상을 가지는데, 상기 노즐(120)은 상기 분배기 본체(110)에 연통되어 증발되는 증착 물질을 기판 상에 분사하며, 각각의 노즐(120)은 동일 또는 상이한 간격으로 형성될 수 있다.

본 발명의 도면에서는 상기 노즐(120)이 동일한 간격으로 형성된 것을 도시하였으나, 상기 노즐(120)은 기판의 중심부에서 양측부로 갈수록 설치 간격이 좁게 형성되어 전체 기판 면에 증착 물질을 균일하게 증착하도록 구성할 수 있는 것이다.

한편, 상기 노즐(120)에는 탈부착이 가능한 노즐캡이 더 설치되어 노즐캡에 의해 분사 압력을 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명의 선형 증발원(100)은 인라인 증착 시 증착되는 영역을 넓혀 물질의 효율을 높이기 위한 증착 가이드(130)가 구비된다.

상기 증착 가이드(130)는 소정의 폭(도면에서 높이)을 가지며 길이방향으로 길게 형성된 판형 부재로서, 상기 노즐(120)에서 분사되는 증착 물질이 기판에 증착될 때 증착 물질을 기판으로 안내하여 효율적인 증착이 이루어지게 하는 것이다.

특히, 인라인 증착 시스템에서는 기판이 증착되면서 이송이 이루어지게 되므로, 기판의 이송에 따라 증착 물질을 안내함으로써, 증착되는 영역을 넓히게 되어 물질의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 증착 가이드(130)는 상기 노즐(120)의 양측에 위치하도록 한 쌍이 설치되는데, 상기 증착 가이드(130)는 노즐(120)의 상단에 한 쌍이 설치될 수도 있고, 상기 노즐(120)을 사이에 두고 상기 분배기 본체(110)에 길이방향으로 길게 설치될 수 있다.

본 발명에서는 상기 증착 가이드(130)의 설치 용이성을 고려하여, 상기 증착 가이드(130)가 상기 노즐(120)을 사이에 두고 상기 분배기 본체(110)에 길이방향으로 길게 설치되는 것을 실시예로 들어 설명한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정된 것은 아니며 노즐(120)의 상단에 증착 가이드(130)가 설치될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 한 쌍의 증착 가이드(130)는 상부의 간격이 하부보다 넓게 벌어지도록 하여 증착 물질을 안내하는데, 상기 증착 가이드(130)가 이루는 각도(도 4 참조)는 상기 증착 물질이 노즐(120)에서 분사되는 분사각 보다 좁게 이루어지어 증착 구간을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 선형 증발원(100)은 상기 증착 가이드(130)가 상기 기판의 이송 방향에 따라 동작하도록 상기 증착 가이드(130)를 구동하는 구동수단과, 상기 기판의 이송에 따라 상기 구동수단의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함한다.

상기 구동수단은 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 증착 가이드(130)의 사이에 상기 증착 가이드(130)를 연결할 수 있는 길이로 설치되는 연결축(140)과, 상기 증착 가이드(130)를 구동하기 위한 구동모터(150)와, 상기 구동모터(150)의 구동축(152)의 회전력을 상기 연결축(140)에 전달하기 위한 제1 회전력전달수단과, 상기 연결축(140)과 상기 증착 가이드(130) 하단부 사이에 회전력을 전달하기 위한 제2 회전력전달수단을 포함한다.

한편, 상기 증착 가이드(130)의 하단부에는 회전축(132)이 구비되어 상기 회전축(132)을 중심으로 상기 증착 가이드(130)가 소정 각도로 회동하게 구성된다. 상기 증착 가이드(130)와 회전축(132)은 일체형으로 이루어질 수도 있고, 각각 형성된 증착 가이드(130)와 회전축(132)이 통상의 결합방식을 통해 결합됨도 가능하다.

본 발명에서, 상기 제1 회전력전달수단 또는 제2 회전력전달수단은 비접촉 방식의 마그네틱 롤러장치로 이루어질 수 있다.

도 3에서 보는 바와 같이, 상기 구동모터(150)의 구동축(152)에는 제1 회전력전달수단으로서 한 쌍의 마그네틱 롤러(142)(144)가 설치된다.

상기 마그네틱 롤러(142)(144)는 서로 접촉하지 않도록 일정한 틈새를 유지하며, 서로 다른 극성을 가지는 복수개의 분할자석부가 원주방향으로 교대로 배열된 형태로 이루어지고, 연결축(140)에 설치된 마그네틱 롤러(144)는 극성에 의한 인력작용과 척력작용으로 회전력이 발생하도록 상기 구동축(152)에 설치된 마그네틱 롤러(142)의 분할자석부의 배열에 대응하는 복수개의 분할자석부가 서로 다른 극성을 가지면서 원주방향으로 교대로 배열된 것이다.

따라서, 상기 구동모터(150)가 회전하면, 이에 따라 비접촉 방식으로 연결축(140)이 회전하는 것이다.

또한, 이와 동일한 구성으로 제2 회전력전달수단도 이루어지는데, 즉, 상기 연결축(140)과 상기 회전축(132) 사이에도 한 쌍의 마그네틱 롤러(146)(148)가 설치된다.

이와 같은 본 발명에서는 상기 구동모터(150)의 구동, 즉 회전에 따라 상기 연결축(140)이 회전하게 되고, 상기 연결축(140)의 회전에 따라 상기 회전축(132)이 회전함으로써, 상기 회전축(132)에 결합된 증착 가이드(130)가 기판이 이송되는 선형방향으로 작동된다.

여기서, 상기 구동모터(150)는 정방향 및 역방향 회전이 가능하여 상기 증착 가이드(130)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회동시킬 수 있게 한다. 또한, 상기 구동모터(150)의 회전속도를 감속하기 위한 통상의 감속기가 더 설치될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 제1 회전력전달수단 또는 제2 회전력전달수단이 비접촉 방식의 마그네틱 롤러장치로 이루어지는 경우, 마찰에 의한 진공 내에서의 파티클 발생을 방지할 뿐만 아니라 증착 가이드(130)의 회동 동작이 보다 부드럽게 이루어질 수 있도록 하는 장점이 있다.

한편, 상기 제1 회전력전달수단 또는 제2 회전력전달수단은 맞물려 회전하는 기어장치로 이루어질 수도 있다. 이와 같은 기어장치는 통상의 베벨기어 등이 적용될 수 있으며, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하고자 한다.

본 발명의 상기 증착 가이드(130)의 일면 또는 양면에는 가열용 히터가 설치되어 상기 노즐(120)과는 독립적으로 증착 물질을 가열하도록 구성할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 증착 가이드가 기판의 이송에 따라 구동되는 것을 나타내는 측면도로서, 본 발명의 선형 증발원은 기판(G)이 증착 챔버 내로 유입되어 이송되면서 증착 공정이 진행되면 상기 기판(G)의 위치에 해당하는 방향으로 상기 증착 가이드(130)가 회동하면서 증착 물질을 기판(G)상에 안내한다.

여기서, 상기 한 쌍의 증착 가이드(130)가 이루는 각도는 상기 증착 물질이 분사되는 분사각 보다 좁게 이루어지므로, 기판(G)에 증착되는 구간을 조절할 수 있다.

종래의 인라인 증착 시스템에서는 고정설치된 분배기 본체(110)의 상부로 기판(G)이 이송되면서 증착이 이루어지므로 증착 물질의 효율이 낮았으나, 본 발명에서는 기판의 위치를 따라가면서 상기 증착 가이드(130)가 회동하여 증착 물질을 기판(G)상에 안내하므로, 증착 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

양산 장비의 경우 택-타임(Tact-Time)을 감소시키기 위해 증착 속도를 높이는 방법으로 진행하였지만, 본 발명을 통해 증착 속도는 낮추고 기존과 동일한 택-타임을 유지시킬 수 있는 효과가 있으며, 증착 속도를 기존과 동일하게 유지시킬 경우에는 택-타임이 감소되는 효과가 있다.

한편, 도 5는 본 발명의 증착 가이드의 다른 실시예를 도시한 평면도로서, 상기 증착 가이드의 형상은 증착 두께 분포 모양에 따라 달라질 수 있는데, 본 발명의 증착 가이드의 다른 실시예는 분배기 본체(110)의 중앙부에서 양단부로 갈수록 증착 가이드(230) 사이의 간격이 넓게 이루어진다.

이와 같은 증착 가이드(230)의 다른 실시예는 분배기 가운데 부분의 증착 두께는 줄여주고 양단부의 증착 두께를 높여주기 위한 형상이다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100 : 선형 증발원 110 : 분배기 본체
120 : 노즐 130 : 증착 가이드
132 : 회전축 140 : 연결축
142, 144, 146, 148 : 마그네틱 롤러
150 : 구동모터 152 : 구동축

Claims (10)

1. 증착 물질이 저장되어 가열 및 증발시키는 도가니;
   상기 도가니에 연통되게 설치되어 도가니에서 증발된 증착 물질을 기판의 일면에 공급하기 위한 분배기 본체;
   상기 분배기 본체의 상면에 소정 간격으로 설치되는 다수개의 노즐;
   상기 노즐에서 분사되는 증착 물질을 상기 기판의 일면에 안내하도록 상기 노즐의 양측에 위치하도록 설치되는 한 쌍의 증착 가이드;
   상기 증착 가이드가 상기 기판의 이송 방향에 따라 동작하도록 상기 증착 가이드를 구동하는 구동수단; 및
   상기 기판의 이송에 따라 상기 구동수단의 동작을 제어하는 제어부;
   를 포함하며,
   상기 한 쌍의 증착 가이드가 이루는 각도는 상기 증착 물질이 분사되는 분사각 보다 좁게 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 증착 가이드는 상기 노즐을 사이에 두고 상기 분배기 본체에 길이방향으로 길게 설치되는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동수단은 상기 증착 가이드의 사이에 상기 증착 가이드를 연결하는 길이로 설치되는 연결축과,
   상기 증착 가이드를 구동하기 위한 구동모터와,
   상기 구동모터의 구동축의 회전력을 상기 연결축에 전달하기 위한 제1 회전력전달수단과,
   상기 연결축과 상기 증착 가이드 하단부 사이에 회전력을 전달하기 위한 제2 회전력전달수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1 회전력전달수단 또는 제2 회전력전달수단은 비접촉 방식의 마그네틱 롤러장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 마그네틱 롤러장치는 서로 접촉하지 않도록 일정한 틈새를 유지하며, 서로 다른 극성을 가지는 복수개의 분할자석부가 원주방향으로 교대로 배열된 형태로 이루어지는 한 쌍의 마그네틱 롤러로 이루어지어, 상기 마그네틱 롤러의 극성에 의한 인력작용과 척력작용으로 회전력이 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1 회전력전달수단 또는 제2 회전력전달수단은 맞물려 회전하는 기어장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원.
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 증착 가이드 하단부에는 상기 제2 회전력전달수단을 설치하기 위한 회전축이 구비되는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 증착 가이드는 상기 분배기 본체의 중앙부에서 양단부로 갈수록 증착 가이드 사이의 간격이 넓게 이루어지는 형상인 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원.
9. 삭제
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 증착 가이드의 일면 또는 양면에 가열용 히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템의 선형 증발원.
    

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