KR101878173B1 - 기판 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에서 기판의 합착 및 증착공정이 수행되는 진공챔버; 상기 진공챔버 내부 저면에 배치되어 상기 기판에 유기발광물질을 배출하는 노즐부; 상기 노즐부를 통하여 배출되는 유기발광물질을 가열하는 가열부; 및 가열된 유기발광물질의 증착공정 시, 상기 기판 상에 일정한 두께로 유기발광물질이 증착되도록 상기 노즐부의 상단에 마련되는 증착부를 포함하는 기판 증착장치를 제공한다.
본 발명에 따른 기판 증착장치에 따르면, 유기발광물질의 증착공정 시, 기판의 엣지부에서 유기발광물질의 유동이 집중되도록 설계하여, 기판의 전체적인 면적에 유기발광물질이 균일한 두께를 갖도록 증착시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

기판 증착장치{Deposition apparatus for substrate}

본 발명은 기판 증착장치에 관한 것으로서, 유기발광물질의 증착공정 시, 기판 전면에 걸쳐 균일한 두께를 갖도록 유기발광물질을 증착시킬 수 있는 기판 증착장치의 발명에 관한 것이다.

최근 공액고분자(conjugate polymer)의 하나인 폴리(p-페닐린비닐린)(PPV)을 이용한 유기전계발광소자가 개발된 이래 전도성을 지닌 공액고분자와 같은 유기물에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 유기물을 박막트랜지스터(thin film transistor), 센서, 레이저, 광전소자 등에 응용하기 위한 연구도 계속 진행되고 있으며, 그중에서도 유기발광소자에 대한 연구가 가장 활발하게 진행되고 있다.

인광물질(phosphors) 계통의 무기물로 이루어진 전계발광소자의 경우 작동전압이 교류 200V 이상이 필요하고 소자의 제작공정이 진공증착으로 이루어지기 때문에 대형화가 어렵고 특히 청색발광이 어려울 뿐만 아니라 제조가격이 높다는 단점이 있다.

그러나 유기물질로 이루어진 발광소자는 뛰어난 발광효율, 대면적화의 용이화, 공정의 간편성, 특히 청색발광을 용이하게 얻을 수 있다는 장점과 함께 휠 수 있는 발광소자의 개발이 가능하다는 점 등에 의하여 차세대 표시장치로서 각광을 받고 있다.

이런 유기발광 표시소자는 기판 위에 투명한 제1전극과, 유기물 1층 이상으로 구성된 유기발광층(정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입증)과, 전자를 주입하는 제2전극으로 구성된다.

이러한 유기발광 표시소자의 제조공정 중에서 유기층을 형성하기 위한 유기재료의 박막형성공정인 증착공정은 유기물질을 기화로 변환시켜 기판 표면에 증착함으로써 유기층을 형성하는 공정으로서, 유기물을 수용하는 크러셔블(Crucible) 및 증착될 기판을 구비한 진공챔버 내에서 진행된다.

상기와 같이 구성된 증착장치에서는 노즐부의 노즐을 통해 방출된 유기물질의 증기가 상부로 올라가 기판에 증착됨으로써 상기 기판 상에 유기층이 형성되는 것이다. 이때, 상기 기판 전면에는 섀도마스크가 배치되어 기판에 원하는 형상의 유기발광층이 형성된다.

그러나 상기와 같은 증착공정에 사용되는 기판 증착장치는 복수개의 노즐을 통하여 배출되는 유기물에 동일한 가열조건이 가해지도록 설계하는데 어려움이 있고, 유기물의 유동은 노즐의 구조 및 형상에 따라 다양하게 증발되는 바 중첩원리에 따라서 기판의 가장자리 즉 엣지(Edge)부에서 유기발광층이 균일한 두께를 갖도록 증착하는데 한계가 있다.

또한 대면적의 기판을 증착함에 있어서, 재료의 이용 효율이 낮고, 이에 따른 재료비용의 증가가 불가피한 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노즐부에서 배출되는 유기발광물질이 기판 전면에 걸쳐 균일한 두께를 갖도록 증착시킬 수 있는 기판 증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 내부에서 기판의 합착 및 증착공정이 수행되는 진공챔버; 상기 진공챔버 내부 저면에 배치되어 상기 기판에 유기발광물질을 배출하는 노즐부; 상기 노즐부를 통하여 배출되는 유기발광물질을 가열하는 가열부; 및 가열된 유기발광물질의 증착공정 시, 상기 기판 상에 일정한 두께로 유기발광물질이 증착되도록 상기 노즐부의 상단에 마련되는 증착부를 포함하는 기판 증착장치를 제공한다.

상기 증착부는 상기 노즐부의 단부 내주면이 라운드 또는 테이퍼 지도록 경사지게 형성될 수 있다.

상기 증착부는 상기 노즐부의 단부 방향을 향하여 점차적으로 내경이 증가하도록 형성될 수 있다.

상기 증착부는 상기 노즐부의 외경으로부터 내경의 차가 상기 노즐부 외경의 8~20%로 형성될 수 있다.

상기 증착부는 상기 노즐부의 내주면 단부로부터 외주면 단부를 향한 경사각도가 15~45°로 형성될 수 있다.

상기 노즐부는 유기발광물질이 상기 기판을 향하여 방향성을 갖도록 내주면에 나사산 형상의 주름이 형성될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 기판 합착장치는 내부에서 기판의 합착 및 증착공정이 수행되는 진공챔버; 상기 진공챔버 내부 저면에 배치되어 상기 기판에 유기발광물질을 배출하며, 상기 기판 상에 일정 두께로 상기 유기발광물질을 증착시키도록 상단에 증착수단이 마련되는 노즐부; 및 내부에 상기 유기발광물질이 충진되고, 상기 유기발광물질을 가열하는 가열수단이 마련되며, 상기 노즐부를 통하여 상기 유기발광물질을 공급하는 도가니부를 포함하는 기판 증착장치를 제공한다.

상기 증착수단은 상기 노즐부의 단부 내주면이 라운드 또는 테이퍼 지도록 경사지게 형성되되, 상기 노즐부의 단부 방향을 향하여 점차적으로 내경이 증가하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 기판 증착장치에 따르면,

유기발광물질의 증착공정 시, 노즐부의 엣지부분에서 유기발광물질의 유동이 집중되도록 설계하여, 기판의 전체적인 면적에 유기발광물질이 균일한 두께를 갖도록 증착시킬 수 있는 효과가 있다.

게다가 기판의 엣지부에서 손실되는 유기발광물질을 감소시켜 재료비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 균일한 두께로 유기발광물질의 증착이 이루어짐에 따라서 기판의 대면적 증착공정을 수행할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 증착장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 노즐부를 도시하는 부분 확대도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 노즐부의 상단을 도시하는 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 증착장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 관한 기판 증착장치를 이용한 증착공정에 따른 기판의 부분별 증착두께를 나타내는 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 증착장치(100)를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 노즐부((120)를 도시하는 부분 확대도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 노즐부(120)의 상단을 도시하는 부분 확대도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 증착장치(100)는 기판(10)의 합착 및 증착공정이 수행되는 진공챔버(110)와, 상기 진공챔버(110) 내부에 배치되어 상기 기판(10)에 유기발광물질을 배출하는 노즐부(120)와, 상기 노즐부(120)를 통하여 배출되는 유기발광물질을 가열하는 가열부(130) 및 가열된 유기발광물질의 증착공정 시, 상기 기판 상에 일정한 두께로 유기발광물질이 증착되도록 상기 노즐부(120)의 상단에 마련되는 증착부(140)를 포함한다.

상기 노즐부(120)는 일정 거리의 직선 형상으로 이루어지고 상기 노즐부(120)에는 복수의 노즐(121)이 일정 간격을 두고 배치된다. 이와 같이 복수의 노즐(121)이 일정 간격으로 직선으로 배치됨에 따라 하나의 노즐(121)에 의해 유기발광물질을 배출하도록 형성되는 증착장치에 비해 재료를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.

또한 상기 노즐부(120)는 상기 기판(10)의 일 측으로 부터 타 측으로 이동하며 상기 유기발광물질을 증착하는 스캔(scan)방식으로서, 상기 노즐부(120)의 길이는 상기 기판(10)의 일 측 길이와 동일하거나 더 길게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 유기발광물질을 증착하여 형성되는 유기발광 표시소자의 유기층은 예컨대 유기발광층, 전자주입층, 전자수송층, 정공주입층, 정공수송층 등으로 형성되며, 전자빔 증착법 또는 가열 증착법에 의해 형성될 수 있다.

이러한 전자빔 증착법에서는 기판에 높은 에너지의 전자빔을 조사하여 유기물질을 가열하여 기화시켜 증착하는 방법으로 이 경우 유기발광물질에 높은 에너지가 인가되어 유기발광물질 자체가 분해되어 버리기 때문에 유기발광물질을 증착하는데 한계가 발생한다.

따라서 본 발명에서는 상기 유기발광물질을 증착하기 위해 열을 인가하여 상기 유기발광물질을 기화함으로써 증착시키는 방법에 의한 기판 증착장치를 제공한다. 특히 본 발명에서는 복수의 노즐에서 기화된 상기 유기발광물질을 배출하여 기판에 상기 유기발광물질을 증착시킴으로써 균일한 두께를 갖는 유기층이 상기 기판 상에 형성될 수 있는 기판 증착장치를 제공하는 것이 바람직하다.

상기 기판 증착장치(100)는 상기 유기발광물질을 외부로부터 공급하는 유기발광물질 공급부(미도시)와, 상기 유기발광물질 공급부로부터 공급받은 상기 유기발광물질을 상기 진공챔버(110) 내부에서 저장하여 상기 노즐부(120)로 공급하는 도가니부(150)를 포함할 수 있다. 상기 도가니부(150)는 상기 진공챔버(110)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 진공챔버(110) 내부에서 상기 유기발광물질을 수용하고, 상기 노즐부(120)가 상부에 배치되도록 마련되는 것이 바람직하다.

상기 도가니부(150)는 상기 도가니부(150)에 채워진 유기발광물질을 가열하여 기화시키는 가열부(130)를 포함하고, 상기 노즐부(120)는 상기 가열부(120)에 의해 가열된 증기를 방출하는 복수의 노즐(121)을 포함한다.

여기서 상기 도가니부(150)가 상기 진공챔버(110)의 외부에 배치되는 경우, 상기 가열부(130)는 복수개의 상기 노즐(121)을 통하여 배출되는 상기 유기발광물질을 가열할 수 있도록 상기 노즐부(120)에 인접하게 마련되며, 상기 진공챔버(110) 내부에 따로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 도가니부(150)의 상부에는 상기 기판(10)이 배치되어 있으며, 상기 기판(10)의 하부에 마스크(11)가 배치된다. 도면에는 자세히 도시되지 않았지만, 상기 마스크(11)에는 복수개의 통공(미도시)이 형성되어 상기 기판에 각각 빨강(R; Red), 녹색(G; Green), 파랑(B; Blue)의 유기발광층이 여러 가지 패턴으로 증착되도록 하는 기능을 갖는다.

상기 도가니부(150)는 내부에 유기발광물질이 채워지도록 원통 또는 박스형상으로 형성되고, 내부가 빈 상기 도가니부(150)의 내부에는 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 고분자, 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 발광고분자, PPP(poly(ρ-phenylene))계 고분자, PT(polythiophene)계 고분자, 인광계열 고분자와 같은 유기발광물질과, 전자주입물질, 정공주입물질, 전자수송물질, 정공수송물질 등과 같은 다양한 종류의 유기발광물질이 채워질 수 있다.

상기 가열부(130)는 상기 도가니부(150) 내부에 배치되어 상기 도가니부(150)의 내측 표면과 접촉하여 상기 유기발광물질을 가열한다. 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 가열부(130)는 외부의 전원과 접속되어, 전원이 인가됨에 따라 상기 도가니부(150)를 가열하게 된다.

또한 상기 가열부(130)는 상기 유기발광물질을 단시간에 신속하게 가열하기 위하여 상기 노즐(121)을 감싸거나 인접한 부분에 추가적으로 복수개가 마련될 수도 있다.

상기 증착부(140)는 상기 노즐부(120)에 형성되는 복수개의 노즐(121) 상단에 각각 마련된다.

상기 증착부(140)는 상기 노즐(121)의 내주면 단부가 라운드 또는 테이퍼 지도록 경사지게 형성된다. 따라서 상기 증착부(140)는 상기 노즐(121)의 단부 방향으로 갈수록 내경의 크기가 증가되는 방향으로 경사가 형성된다.

이때 상기 증착부(140)는 상기 노즐(121)의 외경과 내경의 차가 상기 노즐(121) 외경의 8~20%로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 증착부(140)의 외측 경사 단부로부터 수직방향으로 연장되는 외경 일 측과 내측 경사 단부와 이어지는 내주면 사이의 거리(t)는 전체 외경의 4~10%로 형성된다.

여기서 상기 증착부(140)의 경사면은 라운드 형상으로 곡선으로 형성되거나, 또는 직선으로 경사면이 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 노즐(121)의 내경으로부터 외측으로 라운드 지도록 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 노즐(121) 단부에 형성된 경사면의 경사각도(θ)는 15 ~ 45° 범위로 형성되며, 보다 바람직하게는 25° 각도로 형성되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 증착장치(200)를 나타내는 부분 단면도이다. 이하 전기한 본 발명의 일 실시예와 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

상기 노즐부(120)는 상기 도가니부(150)로부터 상기 기판을 향하여 상기 유기발광물질이 방향성을 갖도록 배출시키기 위하여 상기 노즐(121)의 내주면에 나사산 형상의 주름(222)이 형성된다.

상기 주름(222)은 상기 유기발광물질이 상부로 배출되는 과정에서 소용돌이치듯이 회전하여 방향성을 제공한다. 이때 상기 주름(222)이 형성된 상기 노즐(121)과 인접하는 다른 노즐(미도시)은 상기 주름(222)과 나사산의 방향이 동일 방향으로 또는 다른 방향으로 형성될 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 관한 기판 증착장치(100)를 이용한 증착공정에 따른 기판의 부분별 증착두께를 나타내는 그래프로써, 도 5는 노즐부(120)에 증착부(140)가 없는 상태로 증착공정이 이루어지고, 도 6은 증착부(140)를 가공한 상태로 증착공정이 이루어진 상태를 나타낸다. 이하 기재된 구성요소는 전기한 본 발명의 일 실시예의 참조번호를 참조한다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 기판(10)은 일 측 길이가 2400mm로 중앙부분을 기준점 0으로 하여 좌우 각각 1200mm로 나타나며, 증착속도에 따라서 각각 3Å/s, 6.25Å/s, 12Å/s로 증착공정이 이루어진다. 여기서 도면에 도시된 증착속도 Å/s는 초당 증착된 두께를 나타낸다. 물론 상기 기판(10)의 크기는 작거나 크게 변경이 가능하다.

이때 도 5에서와 같이, 좌우 약 1000mm 부분인 가장자리 엣지 부분에서 상기 유기발광물질의 증착두께가 감소하는 것을 볼 수 있다.

또한 증착속도 즉 3Å/s, 6.25Å/s, 12Å/s에서 평균 증착두께가 각각 498Å, 1039Å, 2178Å로 약 4배 이상 두께의 편차가 발생하는 것을 볼 수 있다.

상기 증착부(140)가 가공된 상기 노즐부(120)를 통하여 증착공정이 이루어지는 도 6을 살펴보면, 도 5에 나타낸 기판과 동일한 기판의 일 측 길이가 2400mm인 기판의 중앙 부분을 기준점 0으로 하여 좌우 각각 1200mm 단부에서 소폭 상기 유기발광물질의 증착두께가 증가한 것을 볼 수 있다.

또한 증착속도 즉 3Å/s, 6.25Å/s, 12Å/s에서의 평균 증착두께가 비슷한 수준을 나타내는 것을 볼 수 있다.

따라서 상기 노즐(121) 상단에 상기 증착부(140)를 가공하여 증착공정을 수행하면, 상기 유기발광물질이 상기 노즐(121)에서 배출되는 과정에서 상기 기판(10)의 중앙 부분과 비교하여 가장자리 부분에 보다 집중시킬 수 있기 때문에 증착속도에 관계없이 상기 유기발광물질을 상기 기판 상에서 균일한 두께로 증착시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 기판(10) 상에 균일한 두께로 상기 유기발광물질을 증착하는데 따른 상기 유기발광물질의 재료비용을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 기판 증착장치 110 : 진공챔버
120 : 노즐부 130 : 가열부
140 : 증착부 150 : 도가니부
222 : 주름 10 : 기판

Claims (10)

1. 내부에서 기판의 합착 및 증착공정이 수행되는 진공챔버;
   상기 진공챔버 내부 저면에 배치되어 상기 기판을 향하여 유기발광물질이 배출됨에 있어서 방향성을 갖도록 내주면에 나사산 형상의 주름이 형성되는 노즐부;
   상기 노즐부를 통하여 배출되는 유기발광물질을 가열하는 가열부; 및
   가열된 유기발광물질의 증착공정 시, 상기 기판 상에 일정한 두께로 유기발광물질이 증착되도록 상기 노즐부의 상단에 마련되는 증착부;를 포함하고,
   상기 증착부는 상기 노즐부의 내주면으로부터 외주면 방향인 제1방향으로 경사각도가 점차 증가하는 라운드 또는 곡면 형상으로 마련되고, 상기 경사각도가 15~45° 범위로 형성되며,
   상기 증착부는 상기 노즐부의 외경으로부터 내경의 차가 상기 노즐부 외경의 8~20%로 형성되는 기판 증착장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 증착부는,
   상기 노즐부의 단부 방향을 향하여 점차적으로 내경이 증가하도록 형성되는 기판 증착장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 내부에서 기판의 합착 및 증착공정이 수행되는 진공챔버;
   상기 진공챔버 내부 저면에 배치되어 상기 기판에 유기발광물질을 배출하며, 상기 기판 상에 일정 두께로 상기 유기발광물질을 증착시키도록 상단에 증착수단이 마련되는 노즐부; 및
   내부에 상기 유기발광물질이 충진되고, 상기 유기발광물질을 가열하는 가열수단이 마련되며, 상기 노즐부를 통하여 상기 유기발광물질을 공급하는 도가니부;를 포함하고,
   상기 증착수단은 상기 노즐부의 내주면으로부터 외주면 방향인 제1방향으로 경사각도가 점차 증가하는 라운드 또는 곡면 형상으로 마련되고, 상기 경사각도가 15~45° 범위로 형성되며,
   상기 노즐부는 상기 기판을 향하여 유기발광물질이 배출됨에 있어서 방향성을 갖도록 내주면에 나사산 형상의 주름이 형성되고,
   상기 증착수단은 상기 노즐부의 외경으로부터 내경의 차가 상기 노즐부 외경의 8~20%로 형성되는 기판 증착장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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