KR101456664B1 - 증착장치용 증발원 및 이를 구비하는 증착장치 - Google Patents

Abstract

증착장치용 증발원 및 이를 구비하는 증착장치가 개시된다. 상기 증발원은, 기판에 유기박막을 형성하기 위하여 증발입자를 제공하는 증발원으로서, 증발물질이 가열되어 증발입자가 생성되는 도가니; 상기 도가니의 상단에 결합되는 노즐부; 및 상기 노즐부를 둘러싸며, 상기 노즐부를 가열하는 히터부를 포함한다. 여기서, 상기 히터부는 서로 체결되어 상기 노즐부를 둘러싸는 제1 히터블럭 및 제2 히터블럭을 포함하고, 상기 제1 히터블럭 및 제2 히터블럭은 각각 하우징; 상기 하우징의 내주면에 돌출 형성되는 지지부재; 및 상기 지지부재에 의해 지지되어 고정되는 열선을 포함한다.

Description

증착장치용 증발원 및 이를 구비하는 증착장치{Evaporation source and Deposition apparatus having the same}

본 발명은 증착장치용 증발원 및 이를 구비하는 증착장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 제작 재현성을 향상시키면서 오염을 방지할 수 있는 증착장치용 증발원 및 이를 구비하는 증착장치에 관한 것이다.

유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하는 스스로 빛을 내는 자발광소자로서, 비발광소자에 빛을 가하기 위한 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량이고 박형의 평판표시장치를 제조할 수 있다.

이러한 유기 전계 발광소자를 이용한 평판표시장치는 응답속도가 빠르며, 시야각이 넓어 차세대 표시장치로서 대두 되고 있다. 특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이다.

유기 전계 발광 소자는, 애노드 및 캐소드 전극을 제외한 나머지 구성층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등이 유기박막으로 되어 있고, 이러한 유기박막은 진공열증착방법으로 기판 상에 증착된다.

진공열증착방법은 진공챔버 내에 기판을 배치하고, 일정 패턴이 형성된 마스크(mask)를 기판에 정렬시킨 후, 증발물질이 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 승화되는 증발물질을 기판 상에 증착하는 방식으로 이루어진다. 증발원은 통상 도가니와 그 위에 연결되는 노즐부로 이루어지는데, 가열되어 이동하던 증발입자가 노즐부의 내벽에 증착되는 문제와, 증발입자의 이동에 영향을 미치는 노즐부 내부의 열분포 문제 등을 해결하기 위하여 노즐부에 대해서도 가열이 이루어질 필요가 있다.

종래에는 이를 위하여 피복 타입의 히터를 노즐부의 겉표면에 부착하는 접촉식 가열방법을 이용하였으나, 이는 제작 재현성이 낮고, 전기적 절연체로 산화마그네슘(MgO)을 사용하게 됨으로써 진공챔버 내 불순물이 발생하게 되는 문제가 있었다.

1. 대한민국 특허공개공보 제2006-0060074호 (2006.6.5. 공개)

본 발명은 제작 재현성을 향상시키면서 오염을 방지할 수 있는 증착장치용 증발원 및 이를 구비하는 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 유기박막을 형성하기 위하여 증발입자를 제공하는 증발원으로서, 증발물질이 가열되어 증발입자가 생성되는 도가니; 상기 도가니의 상단에 결합되는 노즐부; 및 상기 노즐부를 둘러싸며, 상기 노즐부를 가열하는 히터부를 포함하는 증발원이 제공된다. 여기서, 상기 히터부는 서로 체결되어 상기 노즐부를 둘러싸는 제1 히터블럭 및 제2 히터블럭을 포함하고, 상기 제1 히터블럭 및 제2 히터블럭은 각각, 하우징; 상기 하우징의 내주면에 돌출 형성되는 지지부재; 및 상기 지지부재에 의해 지지되어 고정되는 열선을 포함한다.

상기 지지부재는 복수 개며, 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

상기 열선은 상기 지지부재를 관통하고, 상기 노즐부는 상기 지재부재에 의해 지지되며, 상기 열선과 상기 노즐부는 서로 접촉하지 않고 이격될 수 있다.

상기 하우징은 탄탈륨(Ta, tantalum) 재질로 이루어지고, 상기 지지부재는 PBN(pyrolytic boron nitride, 열분해질화붕소)재질로 이루어질 수 있다.

상기 제1 히터블럭과 제2 히터블럭에 구비되는 열선의 패턴은 서로 다른 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제작 재현성을 향상시키면서 오염을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 히터부를 나타내는 도면.
도 3은 노즐부가 히터부에 지지되는 모습을 나타내는 부분확대도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 다른 증착장치를 나타내는 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 증착장치용 증발원 및 이를 구비하는 증착장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

먼저 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(200)에 대해 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 히터부를 나타내는 도면이며, 도 3은 노즐부가 히터부에 지지되는 모습을 나타내는 부분확대도이다. 도 1 내지 도 3에는, 증발물질(20), 증발입자(22), 노즐부(130), 이동관(132), 분배관(134), 분사노즐(136), 히터부(140), 제1 히터블럭(141), 제2 히터블럭(142), 하우징(143), 지지부재(144), 열선(145), 도가니(150), 가열부(160), 증발원(200) 등이 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(도 4의 10)에 유기박막을 형성하기 위하여 증발입자(22)를 제공하는 증발원(200)으로서, 증발물질(20)이 가열되어 증발입자(22)가 생성되는 도가니(150); 상기 도가니(150)의 상단에 결합되는 노즐부(130); 및 상기 노즐부(130)를 둘러싸며, 상기 노즐부(130)를 가열하는 히터부(140)를 포함한다.

이 때, 상기 히터부(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 체결되어 상기 노즐부(130)를 둘러싸는 제1 히터블럭(141) 및 제2 히터블럭(142)을 포함하고, 상기 제1 히터블럭(141) 및 제2 히터블럭(142)은 각각 하우징(143); 상기 하우징(143)의 내주면에 돌출 형성되는 지지부재(144); 및 상기 지지부재(144)에 의해 지지되어 고정되는 열선(145)을 포함한다.

이러한 구성에 따르면, 피복 타입의 히터를 노즐부(130)의 겉표면에 직접 부착하지 않고, 별도로 제작된 하프파이프(half-pipe) 형상의 제1 히터블럭(141)과 제2 히터블럭(142) 사이에 노즐부(130)를 위치시킨 뒤 이들을 단순히 체결하는 것만으로 노즐부(130)를 가열할 수 있어 생산성이 향상될 수 있고, 절연체가 외부로 노출되지 않아 상대적으로 진공챔버(110) 내 불순물이 발생하는 현상을 억제할 수 있게 된다. 도 2에는 제2 히터블럭(142) 위에 노즐부(130)를 위치시킨 뒤 아직 제1 히터블럭(141)을 덮지 않은 모습이 도시되어 있다.

하우징(143)은 탄탈륨(Ta, tantalum) 재질로 이루어질 수 있으며, 이 경우 하프파이프 형상을 갖는 하우징(143)의 내측면은 열선(145)에서 발생하는 열을 노즐부(130) 방향으로 집중시키는 반사판으로서의 기능을 수행할 수 있게 된다. 또한, 하우징(143)에는 노즐부(130)의 분사노즐(136)에 상응하는 홀(미도시)이 형성되어 증발입자(22)가 기판(도 4의 10)을 향해 이동할 수 있는 경로가 확보될 수 있다.

지지부재(144)는 하우징(143)의 내측면에서 돌출되는 형상을 갖게 되는데, 일 예로 지지부재(144)는 하우징(143)의 내측면과 수직하도록 돌출되는 플레이트 형상의 구조물일 수 있다. 이 경우, 지지부재(144)는 복수 개 형성되어 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 지지부재(144)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(143)의 내주면에 형성된 고정홈(146)에 삽입되어 핀(147)을 통해 결합될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 용접 등과 같은 방법 등을 통해서 결합될 수도 있음은 물론이다. 한편, 지지부재(144)는 PBN(pyrolytic boron nitride, 열분해질화붕소) 재질로 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

열선(145)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 지지부재(144)를 관통하는 구조로 지지부재(144)에 의해 지지되어 고정될 수 있다. 또한, 노즐부(130)는 지재부재(144)의 단부에 의해 지지될 수 있다. 이러한 구조를 통하여 열선(145)과 노즐부(130)는 서로 접촉하지 않고 이격된 상태를 유지할 수 있게 되며, 그 결과 열선(145)에서 발생된 열은 복사에 의해 노즐부(130)에 전달된다. 이러한 열선(145)으로는 탄탈륨(Ta, tantalum) 재질의 와이어를 이용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

열선(145)은 소정의 패턴으로 수회 절곡되는 형상을 가지게 되고, 열선(145)의 양단을 통해 인가되는 전원에 의해 열선(145)에서는 열이 발생할 수 있게 된다. 이 때, 제1 히터블럭(141)과 제2 히터블럭(142)에 구비되는 열선(145)의 패턴은 서로 다를 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 측면에 따른 증발원(200)의 구조에 대해 설명하였으며, 이하에서는 도 4를 참조하여, 위 증발원(200)을 구비하는 증착장치(100)에 대해 설명하도록 한다. 증발원(200)의 구조 및 기능은 위에서 이미 설명한 바와 동일하므로, 이하에서는 나머지 구성을 중심으로 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착장치를 나타내는 도면으로서, 도 4를 참조하면, 기판(10), 증발물질(20), 증발입자(22), 마스크(30), 증착장치(100), 진공챔버(110), 안착부(120), 노즐부(130), 이동관(132), 분배관(134), 분사노즐(136), 히터부(140), 하우징(143), 지지부재(144), 열선(145), 도가니(150), 가열부(160), 증발원(200)이 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 증착장치(100)는, 기판(10)에 유기박막을 형성하기 위한 증착장치로서, 상기 기판(10)이 내부에 수용되며, 진공분위기가 형성되는 진공챔버(110); 및 상기 기판(10)에 대향하도록 상기 진공챔버(110) 내측에 배치되며, 상기 유기박막을 형성하기 위한 증발입자(22)을 공급하는 증발원(200)을 포함한다.

진공챔버(110)는 기판(10)의 표면에 유기박막이 형성되는 증착공정이 이루어지는 반응공간을 제공하는 수단으로서, 그 내부는 증발입자(22)의 증착을 위하여 진공 분위기가 유지된다. 진공챔버(110)의 내부에는 별도의 지지수단에 의해 지지되는 안착부(120)가 마련되는데, 이러한 안착부(120)의 하부에 기판(10)이 안착되어 지지된다.

안착부(120)의 하부에는 소정의 패턴이 형성된 금속 재질의 마스크(30)가 고정되고, 그 위에 기판(10)이 별도의 고정용 지그(jig) 등을 통해 고정되어 지지된다. 그리고 기판(10)의 상부에는 별도의 마그넷(미도시) 등이 설치되어 마스크(30)와 기판(10) 사이의 밀착을 확보할 수 있게 된다. 이러한 구조를 통하여 기판(10)의 저면은 마스크(30)에 형성된 패턴을 통해 일부분만이 선택적으로 노출된다.

한편, 마스크(30)를 중심으로 기판(10)과 대향하는 위치에는 증발원(200)이 배치되는데, 증발원(200)에 존재하는 증발물질(20)은 가열되어 증발입자(22)로 변형된 뒤, 이동하여 마스크(30)를 통해 기판(10)의 표면에 증착된다.

본 실시예에 따른 증발원(200)은 도가니(150)와 노즐부(130) 및 히터부(140)를 구비한다. 도가니(150)는 증발물질(20)을 수용하고 이를 가열하여 증발입자(22)를 생성하는 수단이다. 또한, 노즐부(130)는 도가니(150)와 연통되도록 하단이 도가니(150)의 상단에 결합되는 이동관(132)과, 이동관(132)과 연통되도록 이동관(132)의 상단에 횡방향으로 결합되는 분배관(134)과, 분배관(134)의 상측에 길이 방향으로 형성되는 분사노즐(136)을 구비한다. 그리고 히터부(140)는 노즐부(130)를 가열하는 기능을 수행하는 것으로서, 노즐부(130)를 둘러싸는 형상을 갖는다.

여기서, 증발물질(20)은 고형 성분으로서, 증발물질(20)의 충전이 완료된 증발원(200)은 증발물질(20)을 기화시켜 증발입자(22)를 생성하며, 기화된 증발입자(22)는 증발원(200)의 분사노즐(136)을 통해 기판(10)을 향해 이동할 수 있게 된다.

도가니(150)는 노즐부(130)의 하부에 배치되는데, 도가니(150) 내의 증발물질(20)은 가열되어 증발입자(22)로 변환된 뒤 상측으로 이동한 뒤 노즐부(130)를 통해 기판(10)에 제공되어 기판(10) 상에 증착된다. 증발물질(20)을 가열하기 위하여 도가니(150)의 외주에 별도의 가열부(160)를 설치할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 증발물질(20)을 가열할 수만 있다면 어떠한 구성이라도 이용될 수 있을 것이다.

노즐부(130)는 진공챔버(110) 내부에 설치되어 기판(10)에 증착을 위한 증발입자(22)를 제공하는 기능을 수행하는 수단으로서, 이동관(132)과 분배관(134) 및 분사노즐(136)로 구성될 수 있다.

이동관(132)은 도가니(150)와 연통되도록 하단이 도가니(150)의 상단에 결합되며, 분배관(134)은 이러한 이동관(132)과 연통되도록 이동관(132)의 상단에 횡방향으로 결합된다. 그리고 분배관(134)의 상측에는 길이 방향으로 분사노즐(136)이 다수 형성될 수 있다.

이동관(132)은 튜브 형태로서, 하단이 도가니(150)의 개방된 상단과 연통되도록 결합될 수 있다. 도가니(150)에서 분출되는 증발입자(22)는 이동관(132)을 통해 분배관(134)으로 안내된다.

분배관(134)은 좌우 양단이 막힌 튜브 형태로서, 이동관(132)의 상단에 횡방향으로 결합되어 이동관(132)과 연통된다. 서로 결합된 이동관(132)과 분배관(134)은 대략 T자 형상을 갖게 된다. 분배관(134)의 상단에는 분배관(134)의 길이 방향으로 분사노즐(136)이 형성된다.

분사노즐(136)은 다수의 노즐공이 분배관(134)의 길이 방향으로 이격되어 형성된 형태이거나, 분배관(134)의 길이 방향으로 형성된 긴 슬릿 형태일 수 있다. 본 실시예에서는 분사노즐(136)로서 분배관(134)의 길이 방향을 따라 다수의 노즐공이 형성된 형태를 제시한다.

히터부(140)는 노즐부(130)를 둘러싸는 형상을 가지므로, 상술한 바와 같이 노즐부(130)가 전체적으로 T자 형상을 갖는 경우, 히터부(140) 역시 T자 형상을 갖는다. 보다 구체적으로, 각 하프파이프 형상을 갖는 제1 히터블럭(141)과 제2 히터블럭(142)은 T자 형상을 갖게 되고, 이들이 서로 체결됨으로써 T자 형상의 노즐부(130)의 둘레를 감쌀 수 있게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 본 실시예에 따르면 열선(145)이 지지부재(144)를 관통하고, 노즐부(130), 즉 이동관(132)과 분배관(134)이 지지부재(144)의 단부에 의해 지지되는 구조를 가지게 되어, 열선(145)과 노즐부(130)는 서로 접촉하지 않고 이격된다. 그 결과 열선(145)에서 발생한 열은 복사에 의해 노즐부에 전달된다. 이렇게 노즐부(130)가 가열되면, 증발입자(22)가 노즐부(130)의 내벽에 증착되는 것을 방지할 수 있게 되며, 노즐부(130) 내측의 열분포에 의해 증발입자(22)의 이동성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

10: 기판 20: 증발물질
22: 증발입자 30: 마스크
100: 증착장치 110: 진공챔버
120: 안착부 130: 노즐부
132: 이동관 134: 분배관
136: 분사노즐 140: 히터부
141: 제1 히터블럭 142: 제2 히터블럭
143: 하우징 144: 지지부재
145: 열선 150: 도가니
160: 가열부 200: 증발원

Claims (6)

1. 기판에 유기박막을 형성하기 위하여 증발입자를 제공하는 증발원으로서,
   증발물질이 가열되어 증발입자가 생성되는 도가니;
   상기 도가니와 연통되도록 하단이 상기 도가니의 상단에 결합되는 이동관과, 상기 이동관과 연통되도록 상기 이동관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 길이 방향을 따라 분사노즐이 형성되는 분배관을 포함하는 노즐부; 및
   상기 노즐부를 둘러싸며, 상기 노즐부를 가열하는 히터부를 포함하되,
   상기 히터부는 상기 분사노즐을 중심으로 서로 체결되어 상기 노즐부를 둘러싸는 제1 히터블럭 및 제2 히터블럭을 포함하고,
   상기 제1 히터블럭 및 제2 히터블럭은 각각,
   하우징;
   상기 하우징의 내주면에 돌출 형성되는 지지부재; 및
   상기 지지부재에 의해 지지되어 고정되는 열선을 포함하는 것을 특징으로 하는, 증착장치용 증발원.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지부재는 복수 개며, 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 증착장치용 증발원.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 열선은 상기 지지부재를 관통하고,
   상기 노즐부는 상기 지지부재에 의해 지지되며,
   상기 열선과 상기 노즐부는 서로 접촉하지 않고 이격되는 것을 특징으로 하는, 증착장치용 증발원.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 탄탈륨(Ta, tantalum) 재질로 이루어지고, 상기 지지부재는 PBN(pyrolytic boron nitride, 열분해질화붕소)재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 증착장치용 증발원.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 히터블럭과 제2 히터블럭에 구비되는 열선의 패턴은 서로 다른 것을 특징으로 하는, 증착장치용 증발원.
   
6. 기판에 유기박막을 형성하기 위한 증착장치로서,
   상기 기판이 내부에 수용되며, 진공분위기가 형성되는 진공챔버; 및
   상기 기판에 대향하도록 상기 진공챔버 내측에 배치되며, 상기 유기박막을 형성하기 위한 증발물질을 공급하는 증발원을 포함하되,
   상기 증발원은 제1항 내지 제5항의 증발원 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 증착장치.
   

Images