KR101662606B1 - 유기박막 증착장치 및 이를 이용한 유기전계발광소자의 제조방법 - Google Patents

유기박막 증착장치 및 이를 이용한 유기전계발광소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히, 유기전계발광 다이오드의 유기박막의 증착장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 제 1 도가니에 담겨진 유기물이 모두 기판 상에 증착되어 소진될 경우, 외부로부터 유기물이 충진된 제 2 도가니가 챔버 내부로 위치하게 되고, 이에 따라, 제 2 도가니를 통해 연속적으로 기판 상에 유기물을 증착하는 것이다.
이를 통해, 제조공정에 중단 없이 기판 상에 유기박막을 형성할 수 있으며, 이를 통해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

유기박막 증착장치 및 이를 이용한 유기전계발광소자의 제조방법{Apparatus for deposition of organic thin film and manufacturing method of organic luminescence emitting device using the same}
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히, 유기전계발광 다이오드의 유기박막의 증착장치에 관한 것이다.
최근까지, CRT(cathode ray tube)가 표시장치로서 주로 사용되었다. 그러나, 최근에 CRT를 대신할 수 있는, 플라즈마표시장치(plasma display panel : PDP), 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 유기전계발광소자(organic luminescence emitting device : OLED)와 같은 평판표시장치가 널리 연구되며 사용되고 있는 추세이다.
위와 같은 평판표시장치 중에서, 유기전계발광소자(이하, OLED라 함)는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.
그리고, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있다.
특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.
이러한 OLED는 유기전계발광 다이오드를 통해 발광하는 자발광소자로서, 유기전계발광 다이오드는 유기전계발광현상을 통해 발광하게 된다.
도 1은 일반적인 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 유기전계발광 다이오드의 밴드다이어그램이다.
도시한 바와 같이, 유기전계발광 다이오드(10)는 애노드 및 캐소드전극(21, 25)과 이들 사이에 위치하는 정공수송막(hole transport layer : HTL)(33)과 전자수송막(electron transport layer : ETL)(35) 그리고 정공수송막(33)과 전자수송막(35) 사이로 개재된 발광물질막(emission material layer : EML)(40)으로 이루어진다.
그리고, 발광 효율을 향상시키기 위하여 애노드전극(21)과 정공수송막(33) 사이로 정공주입막(hole injection layer : HIL)(37)이 개재되며, 캐소드전극(25)과 전자수송막(35) 사이로 전자주입막(electron injection layer : EIL)(39)이 개재된다.
이러한 유기전계발광 다이오드(10)는 애노드전극(21)과 캐소드전극(25)에 각각 양(+)과 음(-)의 전압이 인가되면 애노드전극(21)의 정공과 캐소드전극(25)의 전자가 발광물질막(40)으로 수송되어 엑시톤을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 빛이 발생되어 발광물질막(40)에 의해 가시광선의 형태로 방출된다.
전술한 바와 같은 구조를 갖는 유기전계발광 다이오드(10)는, 애노드 및 캐소드전극(21, 25)을 제외한 나머지 구성요소인 정공주입막(37), 정공수송막(33), 발광막(40), 전자수송막(35) 및 전자주입막(39) 등과 같은 유기박막은 통상 진공열증착방법을 통해 형성한다.
진공열증착방법은 진공챔버(미도시) 내부에서 유기물(미도시)이 분말상태로 담겨져 있는 도가니(crucible : 미도시)에 열을 가해, 유기물(미도시)을 가열 승화시켜 증착하게 된다.
한편, 일반적인 진공열증착방법은 일정 수량의 기판에 유기박막을 형성시키면 도가니에 담겨진 유기물이 소진되게 된다.
이에, 도가니에 유기물을 주기적으로 충진 시켜줘야 하는데, 도가니에 유기물을 충진시키기 위해서, 챔버를 배기(vent)시킨 후 도가니에 유기물을 충진해야 한다. 그리고 유기물이 충진된 후에는 챔버 내부를 진공상태로 형성하고, 내부 온도를 공정 온도로 다시 상승시켜야 한다.
따라서, 유기물 재충전 시에 불필요한 작업량과 시간이 소요됨으로써, 공정의 효율성이 저하되는 문제점을 야기하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유기물 증착공정에서 유기물이 소진된 경우에 연속적으로 유기물을 재충전할 수 있는 진공증착장비를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이를 통해, 공정의 효율성을 향상시키고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반응영역이 정의된 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되고, 그 내부에 유기물이 담겨진 1 도가니와; 상기 챔버 내에 상기 제 1 도가니로부터 분출된 상기 유기물이 증착되는 기판과; 상기 반응역역의 일측에 결합하며, 제 2 도가니에 유기물 충진을 위해 대기압과 진공상태를 교번(交番)하는 재료충진영역을 포함하며, 상기 제 1및 제 2 도가니는 상기 반응영역으로 교대로 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)되어 상기 유기물을 분출하는 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치를 제공한다.
이때, 상기 제 1 도가니는 히터(heat)가 장착되며, 상기 재료충진영역의 하부에는 상기 히터를 통해 상기 제 1및 제 2 도가니 중 선택된 하나를 일정 온도로 가열하는 프리히팅영역이 위치한다.
그리고, 상기 재료충진영역과 상기 프리히팅영역 사이에는 개폐수단인 슬롯밸브가 구비되며, 상기 프리히팅영역에는 상기 제 2 도가니를 상기 재료충진영역으로 위치시키는 리프트가 구비된다.
또한, 상기 반응영역에는 격벽이 구비되어, 상기 격벽을 사이에 두고 제 1및 제 2 증착영역으로 나뉘어 정의하며, 상기 기판은 2개가 구비되어, 상기 제 1및 제 2 증착영역 각각에 위치하며, 상기 챔버 바닥면에는 트롤리레일이 구비되며, 상기 제 1 도가니는 상기 트롤리레일을 따라 상기 제 1및 제 2 증착영역을 슬라이딩 이동한다.
또한, 상기 제 1및 제 2 증착영역에는 각각 플레이트와 개구부를 갖는 마스크가 구비되며, 상기 챔버 외부에는 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인을 위한 CCD카메라가 구비된다.
그리고, 상기 재료증착영역과 상기 프리히팅영역은 상기 챔버의 타측에 구비된다.
또한, 본 발명은 제 1및 제 2 증착영역, 제 1및 제 2 재료충진영역 그리고 제 1및 제 2 프리히팅영역이 정의된 챔버와, 제 1및 제 2 도가니, 제 1및 제 2 히터, 제 1및 제 2 플레이트와 제 1및 제 2 마스크 그리고 CCD카메라를 포함하는 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치를 이용하는 유기박막 증착방법에 있어서, 제 1 기판을 상기 제 1 증착영역의 상기 제 1 플레이트와 상기 제 1 마스크 사이에 로딩하는 단계와; 상기 제 1 기판을 상기 CCD카메라를 통해 상기 제 1 마스크와 얼라인하는 동시에, 유기물이 담겨진 상기 제 1 도가니를 상기 제 1 히터를 통해 상기 제 1 프리히팅영역에서 가열하는 단계와; 상기 제 1 도가니를 상기 제 1 증착영역으로 슬라이딩 이동하여, 상기 유기물을 가열 승화시켜 상기 제 1 증착영역 내부로 분출하는 동시에, 상기 제 2 증착영역에 제 2 기판을 상기 제 2 플레이트와 상기 제 2 마스크 사이에 로딩하고, 상기 제 2 기판과 상기 제 2 마스크를 얼라인하는 단계와; 상기 제 1 기판을 외부로 반출하는 단계와; 상기 제 1 도가니를 상기 제 2 증착영역으로 슬라이딩 이동하여, 상기 유기물을 가열 승화시켜 상기 제 2 증착영역 내부로 분출하는 동시에, 상기 제 1 증착영역에 제 3 기판을 상기 제 1 플레이트와 상기 제 1 마스크 사이에 로딩하고, 상기 제 1 기판과 상기 제 1 마스크를 얼라인하는 동시에, 상기 제 2 재료충진영역에 위치하는 상기 제 2 도가니에 유기물을 충진하는 단계와; 상기 제 2 기판을 외부로 반출하는 단계와; 상기 제 1 도가니를 상기 제 1 증착영역으로 슬라이딩 이동하여, 상기 유기물을 가열 승화시켜 상기 제 1 증착영역 내부로 분출하는 동시에, 상기 제 2 증착영역에 제 4 기판을 상기 제 2 플레이트와 상기 제 2 마스크 사이에 로딩하고, 상기 제 4 기판과 상기 제 2 마스크를 얼라인하는 동시에, 상기 제 2 도가니에 제 2 히터를 장착하는 단계와; 상기 제 3 기판을 외부로 반출하는 단계와; 상기 제 2 도가니를 상기 제 2 증착영역으로 슬라이딩 이동하여, 상기 유기물을 가열 승화시켜 상기 제 2 증착영역 내부로 분출하는 동시에, 상기 제 1 증착영역에 제 5 기판을 상기 제 1 플레이트와 상기 제 1 마스크 사이에 로딩하고, 상기 제 5 기판과 상기 제 1 마스크를 얼라인하는 동시에, 상기 제 1 도가니를 상기 제 1 프리히팅영역에서 상기 제 1 재료충진영역으로 위치시키는 단계와; 상기 제 4 기판을 외부로 반출하는 단계와; 상기 제 2 도가니를 상기 제 1 증착영역으로 슬라이딩 이동하여, 상기 유기물을 가열 승화시켜 상기 제 1 증착영역 내부로 분출하는 동시에, 상기 제 2 증착영역에 제 6 기판을 상기 제 2 플레이트와 상기 제 2 마스크 사이에 로딩하고, 상기 제 6 기판과 상기 제 2 마스크를 얼라인하는 동시에, 상기 제 1 도가니에 유기물을 충진하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 유기박막 증착방법을 제공한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 제 1 도가니에 담겨진 유기물이 모두 기판 상에 증착되어 소진될 경우, 외부로부터 유기물이 충진된 제 2 도가니가 챔버 내부로 위치하게 되고, 이에 따라, 제 2 도가니를 통해 연속적으로 기판 상에 유기물을 증착함으로써, 제조공정의 중단 없이 기판 상에 유기박막을 형성할 수 있으며, 이를 통해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 유기전계발광 다이오드의 밴드다이어그램.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2의 OLED의 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 밴드다이어그램.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진공증착장비의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 도가니의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 6a ~ 6g는 본 발명의 실시예에 따른 진공열증착방법의 제조 단계별 공정 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 OLED의 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 밴드다이어그램이다.
설명에 앞서, OLED(100)는 발광된 빛의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 하부 발광방식은 안정성 및 공정이 자유도가 높아, 하부 발광방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이하 본 발명의 OLED(100)는 하부 발광방식이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 OLED(100)의 화소영역(P)에는 다수의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기전계발광 다이오드(E)가 형성된다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, OLED(100)의 화소영역(P)의 제 1 기판(101) 상에는 반도체층(103)이 형성되는데, 반도체층(103)은 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(103b) 그리고 액티브영역(103b) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(103a, 103c)으로 구성된다.
이러한 반도체층(103) 상부로는 게이트절연막(105)이 형성되어 있다.
게이트절연막(105) 상부로는 반도체층(103)의 액티브영역(103b)에 대응하여 게이트전극(107)과 도면에 나타내지 않았지만 일방향으로 연장하는 게이트배선이 형성되어 있다.
그리고, 게이트전극(107)과 게이트배선(미도시)의 상부 전면에 제 1 층간절연막(109a)이 형성되어 있으며, 이때 제 1 층간절연막(109a)과 그 하부의 게이트절연막(105)은 액티브영역(103b) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(103a, 103c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 구비한다.
다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 포함하는 제 1 층간절연막(109a) 상부로는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(103a, 103c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(113, 115)이 형성되어 있다.
그리고, 소스 및 드레인전극(113, 115)과 두 전극(113, 115) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(109a) 상부로 드레인전극(115)을 노출시키는 드레인콘택홀(117)을 갖는 제 2 층간절연막(109b)이 형성되어 있다.
이때, 소스 및 드레인 전극(113, 115)과 이들 전극(113, 115)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(103a, 103c)을 포함하는 반도체층(103)과 반도체층(103) 상부에 형성된 게이트절연막(105) 및 게이트전극(107)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.
이때 도면에 나타나지 않았지만, 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다. 그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.
그리고, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 도면에서는 반도체층(103)이 폴리실리콘 반도체층으로 이루어진 탑 게이트(top gate) 타입을 예로서 보이고 있으며, 이의 변형예로서 순수 및 불순물의 비정질질실리콘으로 이루어진 보텀 케이트(bottom gate) 타입으로 형성될 수도 있다.
또한, 제 2 층간절연막(109b) 상부의 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 유기전계발광 다이오드(E)를 구성하는 제 1 전극(211)과 유기발광층(213) 그리고 제 2 전극(215)이 순차적으로 형성되어 있다.
제 1 전극(211)은 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(115)과 연결되며, 제 1 전극(211)은 각 화소영역(P)별로 형성되는데, 각 화소영역(P) 별로 형성된 제 1 전극(211) 사이의 비화소영역에는 뱅크(bank : 119)가 위치한다.
즉, 뱅크(119)는 기판(101) 전체적으로 격자 구조의 매트릭스 타입으로 형성되어, 뱅크(119)를 각 화소영역(P) 별 경계부로 하여 제 1 전극(211)이 화소영역(P) 별로 분리된 구조로 형성되어 있다.
이와 같은 경우에, 제 1 전극(211)은 애노드(anode) 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 높은 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 제 2 전극(215)은 캐소드(cathode)의 역할을 하기 위해 제 1 전극(211)에 비해 일함수 값이 낮은 도전성 물질로 이루어지며, 제 2 전극(215)은 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착하여 사용한다.
여기서, 제 2 전극(215)은 일함수 값이 제 1 전극(211)에 비해 비교적 낮은 금속물질인 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄 마그네슘 합금(AlMg) 중에서 선택된 하나의 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
유기발광층(213)은 정공수송막(hole transporting layer : 223), 정공주입막(hole injection layer : 227), 발광막(emitting material layer : 230), 전자수송막(electron transporting layer : 229) 및 전자주입막(electron injection layer : 225)으로 이루어진다.
이에, OLED(100)는 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(211)과 제 2 전극(215)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(211)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(215)으로부터 인가된 전자가 유기발광층(213)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태의 백색광이 방출된다.
이렇게 유기발광층(213)에서 발광된 빛은 투명한 제 1 전극(211)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, OLED(100)는 임의의 화상을 구현하게 된다.
한편, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유기발광층(213)에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 유기전계발광 다이오드(E)는 애노드전극인 제 1 전극(211)과 유기발광층(213) 그리고 캐소드전극인 제 2 전극(215)으로 이루어지며, 이때 유기발광층(213)은 정공수송막(223), 발광막(230), 전자수송막(225)으로 이루어진다.
여기서, 전자와 정공을 발광막(230)으로 보다 효과적으로 전달되도록 함으로써 발광효율을 높이기 위해 제 1 전극(211)과 정공수송막(223) 사이로 정공주입막(227)을 더욱 형성하며, 제 2 전극(215)과 전자수송막(225) 사이로 전자주입막(229)을 더욱 형성하는 것이 바람직하다.
이렇게, 정공수송막(223)과 제 1 전극(211) 사이에 정공주입막(227)을 더욱 형성하며, 제 2 전극(215)과 전자수송막(225) 사이에 전자주입막(229)을 더욱 형성하게 되면, 정공주입막(227)과 전자주입막(229)이 정공 주입에너지 및 전자 주입에너지의 장벽을 낮추는 역할을 하여, 발광효율을 증가시키고 구동 전압을 낮추게 된다.
이에, 유기전계발광 다이오드(E)는 제 1 전극(211)과 제 2 전극(215)에 각각 양(+)과 음(-)의 전압이 인가되면 제 1 전극(211)의 정공과 제 2 전극(215)의 전자가 발광막(230)으로 수송되어 엑시톤을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 빛이 발생되어 발광막(230)에 의해 가시광선의 형태로 방출하게 된다.
이러한 유기전계발광 다이오드(E)의 구성요소인 정공주입막(227), 정공수송막(223), 발광막(230), 전자수송막(225) 및 전자주입막(229) 등과 같은 유기박막은 통상 진공열증착방법을 통해 형성하는데, 진공열증착방법은 진공챔버(미도시) 내부에서 유기물(미도시)이 분말상태로 담겨져 있는 도가니(미도시)에 열을 가해, 유기물(미도시)을 가열 승화시켜 증착하게 된다.
여기서, 진공열증착방법은 분말상태의 유기물(미도시)이 담긴 도가니(미도시)와, 도가니(미도시)에 설치되어 유기물을 가열 승화시키기 위한 히터(heater)를 포함하는 진공증착장비에 의해 진행된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진공증착장비의 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5는 도가니의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 진공증착장비는 밀폐된 반응영역(A)을 정의하는 챔버(300)를 필수적인 구성요소로 하며, 이의 내부로는 유기물(360)이 담긴 제 1 도가니(350a)가 구비된다.
그리고, 제 1 도가니(350a)의 측면으로는 유기물(360)을 가열 승화시키기 위한 히터(355a)가 구비된다.
여기서, 반응영역(A)은 항상 진공상태를 유지하며 격벽(340)을 사이에 두고 제 1및 제 2 증착영역(310a, 310b)으로 구분되며, 각 제 1 및 제 2 증착영역(310a, 310b)에는 애노드전극인 제 1 전극(도 3의 211) 등이 형성된 제 1 및 제 2 기판(101a, 101b)이 각각 구비되어, 제 1 도가니(350a)와 서로 대향하도록 배치된다.
이때, 도면상에 도시하지는 않았지만 제 1및 제 2 증착영역(310a, 310b)에는 각각 기판홀더가 배치되고, 이 기판홀더에 의해 제 1및 제 2 기판(101a, 101b)이 고정된다.
또한, 제 1및 제 2 증착영역(310a, 310b)에는 각각 기판(101a, 101b)의 반입 및 반출을 위한 도어(door : 미도시)가 구비되어, 외부로부터 기판(101a, 101b)이 반입되거나, 기판(101a, 101b)을 외부로 반출하게 된다.
그리고, 각 제 1 및 제 2 증착영역(310a, 310b)에는 기판(101a, 101b) 상에 유기박막이 형성될 영역과 대응되는 영역에 개구부(G)를 가지는 마스크(M1, M2)와 기판(101a, 101b)을 사이에 두고 마스크(M1, M2)와 대면되는 위치에 플레이트(370a, 370b)가 구비된다.
즉, 제 1 증착영역(310a)에는 제 1 마스크(M1)와 제 1 플레이트(370a)가 제 1 기판(101a)을 사이에 두고 구비되며, 제 2 증착영역(310b)에는 제 2 마스크(M2)와 제 2 플레이트(370b)가 제 2 기판(101b)을 사이에 두고 구비된다.
그리고, 제 1및 제 2 플레이트(370a, 370b)는 제 1및 제 2 기판(101a, 101b)의 배면 즉, 제 1 도가니(350a)와 대향하도록 배치되어 유기박막이 증착되는 제 1및 제 2 기판(101a, 101b)의 일면을 정면이라 정의하면, 이의 반대면에 위치하여, 각 기판(101a, 101b)과 마스크(M1, M2)를 밀착시키기 위해 각 기판(101a, 101b)에 압력을 가하는 역할을 한다.
여기서, 제 1 도가니(350a)는 기판(101a, 101b)의 길이방향과 동일한 긴 바(bar) 형상으로 형성되는데, 이러한 제 1 도가니(350a)에는 유기박막 형성을 위한 유기물(360)이 분말상태로 담겨져 있으며, 제 1 도가니(350a)의 양측에는 제 1 도가니(350a)를 가열하여 제 1 도가니(350a) 내에 담겨있는 유기물(360)을 가열 승화시키기 위한 제 1 히터(355a)가 장착되어 있다.
여기서, 제 1 도가니(350a)의 상측에는 소정의 분출부(351)가 구성되며, 제 1 도가니(350a) 내부에는 도시하지는 않았지만 유기물(360)이 가열되면서 튀는 현상을 방지하기 위한 베플(baffle)이 구성된다.
이러한, 제 1 도가니(350a)로부터 가열 승화되어 분출되는 유기물(360)은 제 1 도가니(350a)의 분출부(351)를 통해 분출된다.
이때, 제 1 도가니(350a)는 챔버(300)의 바닥면을 가로질러 구성되는 트롤리레일(trolley rail : 390)을 따라 좌우로 슬라이딩 이동함으로써, 제 1및 제 2 증착영역(310a, 310b)에 구비된 제 1 및 제 2 기판(101a, 101b) 상에 유기물(360)을 증착하게 된다.
또한, 챔버(300)의 외부에는 기판(101a, 101b)과 마스크(M1, M2)의 얼라인(align)을 위한 CCD카메라(380)가 구비되는데, CCD 카메라(380)는 각 제 1 및 제 2 증착영역(310a, 310b) 별로 형성된다.
그리고, 챔버(300) 내부의 벽면을 둘러싸도록 방착판(미도시)을 더욱 구비하는데, 방착판(미도시)은 제 1 도가니(350a)로부터 분출되는 유기물(360) 중 기판(101a, 101b)에 증착되지 않는 유기물(360)이 챔버(300) 내부 벽멱에 흡착되는 것을 방지하는 역할을 한다.
특히, 본 발명의 진공증착장비는 반응영역(A)의 양측으로 예비 도가니인 제 2 도가니(350b)에 유기물(360)을 충진시키는 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)이 별도로 구비되며, 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)의 하부에는 제 1및 제 2 프리히팅영역(pre-heating area : 320a, 320b)이 구비된다.
즉, 챔버(300)의 바닥면을 가로질러 구성되는 트롤리레일(390)은 제 1및 제 2 프리히팅영역(320a, 320b)으로 연장되어 구성되며, 이러한 제 1및 제 2 프리히팅영역(320a, 320b)의 상부에는 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)이 구비되는데, 제 1및 제 2 프리히팅영역(320a, 320b)과 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b) 사이에는 제 2 도가니(350b)의 출입통로를 선택적으로 개폐(開閉)하는 제 1및 제 2 슬롯밸브(331a, 331b)가 구비된다.
그리고, 제 1및 제 2 프리히팅영역(320a, 320b)에는 제 2 도가니(350b)를 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)으로 이동시키기 위한 제 1및 제 2 리프트(321a, 321b)가 구비되며, 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)으로 이동되는 제 2 도가니(350b)는 제 1및 제 2 프리히팅영역(320a, 320b)에서 히터(355b)가 탈착된 상태로 이동된다.
여기서, 제 1및 제 2 프리히팅영역(320a, 320b)을 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)의 하부에 위치하도록 하는 것은, 유기물(360)이 담겨진 도가니(350a, 350b)에 히터(355a, 355b)를 통해 열을 가하는 과정에서, 적정온도로 가열되지 않은 유기물(360)이 챔버(300) 내부로 분출되는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)의 일측에는 외부로부터 유기물(360)을 제 2 도가니(350b)에 충진시키기 위한 제 1및 제 2 도어(333a, 333b)가 구비되며, 제 1및 제 2 도어(333a, 333b)를 통해 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)은 제 2 도가니(350b)에 유기물(360) 충진을 위해 진공 또는 대기압 상태를 교번하게 된다.
이때, 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)이 대기압 상태로, 제 2 도가니(350b)에 외부로부터 유기물(360)을 충진하는 동안에는 제 1및 제 2 재료충진영역(330a, 330b)과 제 1및 제 2 프리히팅영역(320a, 320b) 사이에 위치하는 제 1및 제 2 슬롯밸브(331a, 331b)는 닫힘 상태를 유지하게 된다.
이를 통해, 제 2 도가니(350b)에 유기물(360)을 충진하는 동안에도 챔버(300) 내부는 고 진공환경을 유지하게 되므로, 제 1및 제 2 증착영역(310a, 310b)은 계속해서 유기박막 증착공정을 진행하게 된다.
즉, 본 발명의 진공증착장비는 제 1 도가니(350a)를 통해 제 1및 제 2 증착영역(310a, 310b)에 위치하는 제 1및 제 2 기판(101a, 101b) 상에 유기박막을 형성하는 동시에, 제 2 도가니(350b)에 외부로부터 유기물(360)을 충진시키며, 제 1 도가니(350a)에 담겨진 유기물(360)이 소진될 경우, 유기물(360)이 새롭게 충진된 제 2 도가니(350b)에 의해 제 1및 제 2 증착영역(310a, 310b)에 위치하는 제 1및 제 2 기판(101a, 101b)에 계속해서 유기박막을 증착하게 되는 것이다.
따라서, 제조공정의 중단 없이 기판(101a, 101b) 상에 유기박막을 형성할 수 있으며, 이를 통해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
즉, 일정 수량의 기판(101a, 101b) 에 유기박막을 형성시키면 도가니(350a, 350b)에 담겨진 유기물(360)이 소진되게 되므로, 도가니(350a, 350b)에 유기물(360)을 주기적으로 충진 시켜줘야 한다.
이때, 기존에는 도가니(350a, 350b)에 유기물을 충진시키기 위해서는 챔버(300)를 배기(vent)시킨 후 도가니(350a, 350b)에 유기물(360)을 충진하며, 유기물(360)이 충진된 후에는 챔버(300) 내부를 다시 고 진공상태로 형성하고, 내부 온도를 공정 온도로 다시 상승시켜야 한다.
따라서, 유기물(360) 재충전 시에 불필요한 작업량과 시간이 소요됨으로써, 공정의 효율성이 저하되는 문제점을 야기하였었다.
그러나, 본 발명의 진공증착장비는 도가니(350a, 350b)에 유기물(360)을 충진시키기 위하여 챔버(300) 내부를 배기시키지 않아도 됨으로써, 불필요한 작업을 줄일 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 것이다.
이에 대해 도 6a ~ 6g를 참조하여, 진공열증착방법을 통해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 6a ~ 6g는 본 발명의 실시예에 따른 진공열증착방법의 제조 단계별 공정 도면이다.
도 6a에 도시한 바와 같이 먼저, 제 1 기판(101a)을 챔버(300)의 제 1 증착영역(310a)으로 로딩하는 단계를 진행하는데, 이때 제 1 증착영역(310a)에는 제 1 기판(101a)의 양측 가장자리를 지지하여 고정하는 기판홀더(미도시)가 구비되어 있으며, 제 1 기판(101a)은 기판홀더(미도시)에 의해 제 1 플레이트(370a)와 밀착되도록 고정되어 위치한다.
다음으로, 제 1 플레이트(370a)와 밀착된 제 1 기판(101a)의 반대측에 제 1 마스크(M1)를 위치한 후, 제 1 마스크(M1)를 제 1 기판(101a)과 밀착시키는데, 이때 CCD 카메라(380)를 통해 제 1 마스크(M1)와 제 1 기판(101a)의 얼라인한다.
즉, 제 1 기판(101a)과 제 1 마스크(M1) 상에는 얼라인을 위한 얼라인키(미도시)가 구비되어 있어, CCD카메라(380)를 통해 제 1 기판(101a)과 제 1 마스크(M1) 내에 형성된 얼라인키(미도시)를 확인하여, 제 1 기판(101a)과 제 1 마스크(M1)의 틀어짐 정도를 확인한다.
이때, 제 1 기판(101a)과 제 1 마스크(M1)의 오정렬 시 제 1 기판(101a) 또는 마스크(M1)의 위치를 물리적으로 이동시켜 정렬시킨다.
이렇게 제 1 기판(101a)을 제 1 증착영역(310a)으로 로딩시킨 후, 제 1 마스크(M1)와 제 1 기판(101a)을 얼라인 하는 과정에서, 유기물(도 5의 360)이 담겨진 제 1 도가니(350a)는 제 1 프리히팅영역(320a)에 위치하여, 제 1 도가니(350a)의 측면에 제 1 히터(355a)가 장착된 후, 제 1히터(355a)에 전원을 공급하여, 제 1 도가니(350a) 내의 유기물(도 5의 360)을 일정온도 이상으로 가열하게 하게 된다.
이때, 유기물(도 5의360)이 담겨져 있지 않은 제 2 도가니(350b)는 제 2 재료충진영역(330b)에 위치할 수 있으며, 또는 챔버(300)의 외부에 위치할 수도 있다.
그리고, 제 2 프리히팅영역(320b)에는 제 2 도가니(350b)에 장착될 제 2 히터(355b)가 구비되어 있다.
다음으로 도 6b에 도시한 바와 같이, 제 1 도가니(350a)는 챔버(300) 바닥면을 가로질러 형성된 트롤리레일(390)을 따라 슬라이딩 이동하게 되고, 이때 제 1 히터(355a)에 의해 제 1 도가니(350a) 내의 유기물(360)은 일정온도 이상으로 가열, 승화되어 제 1 도가니(350a)의 분출부(도 5의 351)를 통해 제 1 증착영역(310a) 내부로 분출된다.
이렇게 제 1 도가니(350a)로부터 분출된 유기물(360)은 제 1 마스크(M1)에 형성된 개구부(G)를 통해 이미 소정의 제조공정을 통해 애노드전극(도 3의 211) 등이 형성된 제 1 기판(101a)에 도달하여 증착하게 된다.
이에, 제 1 기판(101a) 상에는 제 1 마스크(M1)의 개구부(G)의 패턴에 대응되도록 유기박막이 형성된다.
그리고, 이렇게 제 1 도가니(350a)를 통해 제 1 기판(101a) 상에 유기박막을 형성하는 동시에 제 2 증착영역(310b)으로 제 2 기판(101b)을 로딩하는 단계를 진행하는데, 제 2 기판(101b)의 로딩 단계 또한 제 1 기판(101a)과 마찬가지로 제 2 기판(101b)을 제 2 플레이트(370b)에 밀착시킨 후, 제 2 마스크(M2)를 제 2 플레이트(370b)와 밀착된 제 2 기판(101b)의 반대측에 밀착시키고, 제 2 기판(101b)과 제 2 마스크(M2)를 CCD카메라(380)를 통해 얼라인한다.
다음으로 도 6c에 도시한 바와 같이, 제 1 도가니(350a)는 트롤리레일(390)을 따라 슬라이딩 이동하여, 제 2 증착영역(310b)에 구비된 제 2 기판(101b) 상에 제 2 마스크(M2)의 개구부(G)의 패턴에 대응되도록 유기박막을 형성하게 된다.
그리고, 이렇게 제 1 도가니(350a)를 통해 제 2 기판(101b) 상에 유기박막을 형성하는 동시에 유기박막이 형성된 제 1 증착영역(310a)의 제 1 기판(101a)은 챔버(300) 외부로 반출된 후, 제 1 증착영역(310a)으로 제 3 기판(101c)을 로딩하는 단계를 진행한다.
제 3 기판(101c)의 로딩 단계 또한 제 1및 제 2기판(101a, 101b)과 마찬가지로 제 3 기판(101c)을 제 1 플레이트(370a)에 밀착시킨 후, 제 1 마스크(M1)를 제 1 플레이트(370a)와 밀착된 제 3 기판(101c)의 반대측에 밀착시키고, 제 3 기판(101c)과 제 1 마스크(M1)를 CCD카메라(380)를 통해 얼라인한다.
이와 동시에, 제 2 재료충진영역(330b)의 제 2 도어(333b)를 열어, 제 2 재료충진영역(330b)에 위치하는 제 2 도가니(350b)에 외부로부터 유기물(360)을 충진시킨다.
이때, 제 2 재료충진영역(330b)의 제 2 도어(333b)가 열림에 따라, 제 2 재료충진영역(330b)은 대기압 상태가 되는데, 제 2 재료충진영역(330b)이 대기압 상태가 됨에도, 제 2 프리히팅영역(320b) 및 반응영역(A)은 제 2 슬롯밸브(331b)에 의해 제 2 재료충진영역(330b)과 차단되어, 공정환경의 변화 및 공정의 중단 없이 외부로부터 유기물(360)을 제 2 도가니(350b)에 충진 시킬 수 있다.
다음으로 도 6d에 도시한 바와 같이, 제 1 도가니(350a)는 다시 트롤리레일(390)을 따라 슬라이딩 이동하여, 제 1 증착영역(310a)에 구비된 제 3 기판(101c) 상에 제 1 마스크(M1)의 개구부(G)의 패턴에 대응되도록 유기박막을 형성한다.
이와 동시에 제 2 도가니(350b)에 유기물(360)이 충진된 후에는 제 2 재료충진영역(330b)을 진공상태로 형성한 후, 제 2 슬롯밸브(331b)를 열어 유기물(360)이 충진된 제 2 도가니(350b)를 제 2 리프트(321b)를 통해 제 2 재료충진영역(330b)으로부터 제 2 프리히팅영역(320b)으로 위치한다.
이때, 제 2 도가니(350b)에 제 2 히터(355b)가 장착된다.
그리고, 제 2 증착영역(310b)으로 유기박막이 형성된 제 2 증착영역(310b)의 제 2 기판(101b)은 챔버(300) 외부로 반출된 후, 제 2 증착영역(310b)으로 제 4 기판(101d)을 로딩하는 단계를 진행한다.
제 4 기판(101d)의 로딩 단계 또한 제 1 내지 제 3 기판(101a, 101b, 101c)과 마찬가지로 제 4 기판(101d)을 제 2 플레이트(370b)에 밀착시킨 후, 제 2 마스크(M2)를 제 2 플레이트(370b)와 밀착된 제 4 기판(101d)의 반대측에 밀착시키고, 제 4 기판(101d)과 제 2 마스크(M2)를 CCD카메라(380)를 통해 얼라인한다.
다음으로 도 6e에 도시한 바와 같이, 제 3 기판(101c) 상에 유기박막을 형성한 후의 제 1 도가니(350a)는 제 1 도가니(350a)에 담겨진 유기물(360)이 모두 기판(101a, 101b, 101c) 상에 증착되어 모두 소진된 상태로, 제 1 도가니(350a)는 제 1 프리히팅영역(320a)에 위치하게 된다.
그리고, 제 2 프리히팅영역(320b)으로 위치한 제 2 도가니(350b)에 장착된 제 2히터(355b)에 전원을 공급하여, 제 2 도가니(350b) 내의 유기물(360)을 일정온도 이상으로 가열하게 하게 된다.
다음으로, 제 2 도가니(350b)는 챔버(300) 바닥면을 가로질러 형성된 트롤리레일(390)을 따라 슬라이딩 이동하게 되고, 이때 제 2 히터(355b)에 의해 제 2 도가니(350b) 내의 유기물(360)은 일정온도 이상으로 가열, 승화되어 제 2 도가니(350b)의 분출부(도 5의 351)를 통해 제 2 증착영역(310b) 내부로 분출된다.
이렇게 제 2 도가니(350a)로부터 분출된 유기물(360)은 제 2 마스크(M2)에 형성된 개구부(G)를 통해 제 4 기판(101d)에 도달하여 증착하게 된다.
그리고, 제 1 증착영역(310a)의 제 3 기판(101c)을 챔버(300) 외부로 반출한 후, 제 5 기판(101e)을 로딩하는 단계를 진행한다.
다음으로 도 6f에 도시한 바와 같이, 제 2 도가니(350b)를 통해 제 2 증착영역(310b)의 제 4 기판(101d) 상에 유기박막을 형성하는 동안에, 제 1 프리히팅영역(320a)에 위치하는 제 1 도가니(350a)는 제 1 리프트(321a)를 통해 제 1 재료충진영역(330a)으로 이동하게 된다.
다음으로 도 6g에 도시한 바와 같이, 제 2 도가니(350b)는 트롤리레일(390)을 따라 슬라이딩 이동하여, 제 1 증착영역(310a)에 구비된 제 5 기판(101e) 상에 제 1 마스크(M1)의 개구부(G)의 패턴에 대응되도록 유기박막을 형성한다.
그리고, 제 2 증착영역(310b)의 제 4 기판(101d)을 챔버(300) 외부로 반출한 후, 제 6 기판(101f)을 로딩하는 단계를 진행한다.
이와 동시에, 제 1 도가니(350a)는 제 1 히터(355a)와 분리된 후, 제 1 재료충진영역(330a)에 위치하게 되며, 제 1 재료충진영역(330a)에 위치한 제 1 도가니(350a)는 도 6c에서 제 2 도가니(350b)에 유기물(360)을 충진하는 과정과 동일하게 일련의 과정을 거침으로써, 외부로부터 유기물(360)을 충진하게 된다.
여기서, 도가니(350a, 350b)에 담겨진 유기물(360)은 3개의 기판(101a, 101b, 101c) 상에 유기박막을 형성한 후 소진되도록 하였으나, 이는 일 예로써, 도가니(350a, 350b)에 담겨진 유기물(360)은 최소 2일에서 7일 동안 증착공정을 진행할 수 있다.
이때, 본 발명의 도가니(350a, 350b)는 2일 동안 증착공정을 진행한 뒤, 유기물(360)이 소진되어, 새로운 유기물(360)을 도가니(350a, 350b)에 충진하는 것이 바람직하다. 이는 증착공정을 진행하는 과정에서 히터(355a, 355b)에 의해 가열되는 유기물(360)이 장시간 가열될 경우, 변성이 발생할 수 있기 때문이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 진공증착장비는 제 1 도가니(350a)에 담겨진 유기물(360)이 모두 기판(101a, 101b) 상에 증착되어 소진될 경우, 외부로부터 유기물(360)이 충진된 제 2 도가니(350b)가 챔버(300) 내부로 위치하게 되고, 이에 따라, 제 2 도가니(350b)를 통해 연속적으로 기판(101a, 101b) 상에 유기물을 증착하게 된다.
따라서, 제조공정에 중단 없이 기판(101a, 101b) 상에 유기박막을 형성할 수 있으며, 이를 통해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101a, 101b : 제 1 및 제 2 기판
300 : 반응챔버, A : 반응영역, 310a, 310b : 제 1 및 제 2 증착영역
320a, 320b : 제 1 및 제 2 프리히팅영역
321a, 321b : 제 1 및 제 2 리프트
330a, 330b : 제 1 및 제 2 재료충진영역
331a, 331b : 제 1 및 제 2 슬롯밸브
333a, 333b : 제 1 및 제 2 도어, 340 : 격벽
350a, 350b : 제 1 및 제 2 도가니
355a, 355b : 제 1 및 제 2 히터, 320a, 320b :
360 : 유기물, 370a, 370b : 제 1 및 제 2 플레이트, 380 : CCD 카메라
M1, M2 : 제 1 및 제 2 마스크, G : 개구부

Claims (11)

  1. 반응영역이 정의된 챔버와;
    상기 챔버 내부에 설치되고, 그 내부에 유기물이 담겨진 제 1 도가니와;
    상기 챔버 내에 상기 제 1 도가니로부터 분출된 상기 유기물이 증착되는 기판과;
    상기 반응영역의 일측에 결합하며, 제 2 도가니에 유기물 충진을 위해 대기압과 진공상태를 교번(交番)하는 재료충진영역
    을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 도가니는 상기 반응영역으로 교대로 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)되어 제 1 방향을 따라 이동하여 상기 유기물을 분출하며,
    상기 재료충진영역의 하부에는 상기 제 1 및 제 2 도가니 중 선택된 하나를 일정 온도로 가열하는 프리히팅영역이 위치하며,
    상기 재료충진영역과 상기 프리히팅영역은 상기 챔버의 타측에 구비되고,
    상기 제 1 및 제 2 도가니 각각은 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향의 길이가 상기 제 1 방향의 길이보다 긴 바 형상을 가지며 상측에 상기 제 2 방향을 따라 연장된 분출부를 포함하고,
    상기 분출부의 중앙에서 상기 제 1 방향의 폭은 상기 분출부의 양 가장자리에서 상기 제 1 방향의 폭보다 좁은 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도가니는 히터(heat)가 장착된 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 도가니 중 선택된 하나는 상기 프리히팅영역에서 상기 히터에 의해 가열되는 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료충진영역과 상기 프리히팅영역 사이에는 개폐수단인 슬롯밸브가 구비된 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리히팅영역에는 상기 제 2 도가니를 상기 재료충진영역으로 위치시키는 리프트가 구비된 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응영역에는 격벽이 구비되어, 상기 격벽을 사이에 두고 제 1및 제 2 증착영역으로 나뉘어 정의하며, 상기 기판은 2개가 구비되어, 상기 제 1및 제 2 증착영역 각각에 위치하는 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 챔버 바닥면에는 트롤리레일이 구비되며, 상기 제 1 도가니는 상기 트롤리레일을 따라 상기 제 1및 제 2 증착영역을 슬라이딩 이동하는 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 증착영역에는 각각 플레이트와 개구부를 갖는 마스크가 구비된 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 챔버 외부에는 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인을 위한 CCD카메라가 구비되는 유기전계발광소자의 유기박막 증착장치.
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  11. 삭제
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