KR102073733B1 - 증발원 및 증착장치 - Google Patents

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KR102073733B1
KR102073733B1 KR1020130020012A KR20130020012A KR102073733B1 KR 102073733 B1 KR102073733 B1 KR 102073733B1 KR 1020130020012 A KR1020130020012 A KR 1020130020012A KR 20130020012 A KR20130020012 A KR 20130020012A KR 102073733 B1 KR102073733 B1 KR 102073733B1
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Abstract

증발원 및 증착장치가 개시된다. 본 실시예에 따른 증발원은, 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 공급하는 공급관부와; 공급관부의 타단이 결합되며, 공급관부과 연통되는 다수의 노즐관로가 형성되고, 노즐관로를 관통하는 증발물질을 가열하는 히팅노즐부를 포함하여, 진공챔버의 진공분위기를 유지하면서 증발물질을 연속적으로 공급받을 수 있어 공정 택 타임을 줄일 수 있고, 증발물질의 공급과 동시에 증발이 발생하므로 증발물질의 변성을 방지할 수 있다.

Description

증발원 및 증착장치{Evaporation source and apparatus for deposition}
본 발명은 증발원 및 증착장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 진공챔버의 진공분위기를 유지하면서 증발물질을 연속적으로 공급받을 수 있는 증발원 및 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 유기 박막으로 되어 있고, 이러한 유기 박막은 진공열증착방법으로 기판 상에 증착된다.
진공열증착방법은 진공챔버 내에 기판을 배치하고, 일정 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)를 기판에 정렬시킨 후, 증발물질이 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 승화되는 증발물질을 기판 상에 증착하는 방식으로 이루어진다.
그러나, 종래 기술에 따른 증착장치의 경우, 기판에 대한 증착과정에서 증발원의 증발물질이 소진된 경우, 증발물질을 재충전하기 위해 진공챔버의 진공 분위기를 해제하고 증발원에 증발물질을 충전한 후 다시 진공챔버의 내부를 진공상태로 만들어 증착공정을 진행하였다. 이에 따라 증발물질을 증발원에 충전하기 위해 증착공정이 멈추게 되어 공정 택 타임이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 기판이 대형화되고 있는 실정에서 기판의 증착을 위하여 더 많은 양의 증발물질이 소요되고 있으므로, 증발물질 충전은 종전보다 자주 이루어질 수 밖에 없는 상황이다.
본 발명은 진공챔버의 진공분위기를 유지하면서 증발물질을 연속적으로 공급받을 수 있는 증발원 및 증착장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 공급하는 공급관부와; 상기 공급관부의 타단이 결합되며, 상기 공급관부과 연통되는 다수의 노즐관로가 형성되고, 상기 노즐관로를 관통하는 상기 증발물질을 가열하는 히팅노즐부를 포함하는, 증발원이 제공된다.
상기 히팅노즐부는 발열 저항체로 이루어질 수 있으며, 상기 발열 저항체에는 전극이 연결될 수 있다.
상기 발열 저항체의 전기가 상기 공급관부로 전달되지 않도록 상기 공급관부의 타단과 상기 발열 저항체 사이에는 절연체가 개재될 수 있다.
상기 증발원은, 상기 공급관부를 가열하는 히터부를 더 포함할 수 있다.
상기 공급관부는, 일단에서 타단 방향으로 상기 증발물질이 이동하는 통로를 제공하는 공급관과; 상기 공급관의 내부에 배치되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 상기 공급관의 타단으로 전진시키는 회전스크류를 포함할 수 있다.
상기 증발원은, 상기 공급관과 연통되며, 상기 공급관에 상기 증발물질을 공급하는 호퍼부와; 상기 호퍼부의 내부에 마련되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 혼합하는 혼합스크류를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 증발물질을 증발시켜 기판에 박막을 형성하는 증착장치로서, 상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버와; 상기 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 공급하며, 타단이 상기 기판의 표면을 향하도록 설치되는 공급관부와; 상기 공급관부의 타단이 결합되며, 상기 공급관부과 연통되며 상기 기판을 향하여 다수의 노즐관로가 형성되고, 상기 노즐관로 관통하는 상기 증발물질을 가열하는 히팅노즐부를 포함하는, 증착장치가 제공된다.
상기 히팅노즐부는 발열 저항체로 이루질 수 있으며, 상기 발열 저항체에는 전극이 연결될 수 있다.
상기 발열 저항체의 전기가 상기 공급관부로 전달되지 않도록 상기 공급관부의 타단과 상기 발열 저항체 사이에는 절연체가 개재될 수 있다.
상기 증착장치는, 상기 공급관부를 가열하는 히터부를 더 포함할 수 있다.
상기 공급관부는, 일단에서 타단 방향으로 상기 증발물질이 이동하는 통로를 제공하는 공급관과; 상기 공급관의 내부에 배치되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 상기 공급관의 타단으로 전진시키는 회전스크류를 포함할 수 있다.
상기 증착장치는, 상기 공급관과 연통되며, 상기 공급관에 상기 증발물질을 공급하는 호퍼부와; 상기 호퍼부의 내부에 마련되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 혼합하는 혼합스크류를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 진공챔버의 진공분위기를 유지하면서 증발물질을 연속적으로 공급받을 수 있어 공정 택 타임을 줄일 수 있다.
또한, 증발물질의 공급과 동시에 증발이 발생하므로 증발물질의 변성을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 일부를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착장치의 구성을 설명하기 위한 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 증발원 및 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 일부를 도시한 분해 사시도이다. 도 1 및 도 2에는, 공급관부(12), 히팅노즐부(14), 노즐관로(16), 절연체(18), 전극(20), 공급관(22), 회전스크류(24), 히터부(26), 호퍼부(28), 혼합스크류(30), 투입구(32), 모터(34)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 증발원은, 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 공급하는 공급관부(12)와 상기 공급관부(12)의 타단이 결합되며, 상기 공급관부(12)과 연통되는 다수의 노즐관로(16)가 형성되고, 상기 노즐관로(16)를 관통하는 상기 증발물질을 가열하는 히팅노즐부(14)를 포함하여, 진공챔버(36)의 진공분위기를 유지하면서 증발물질을 연속적으로 공급받을 수 있어 공정 택 타임을 줄일 수 있고, 증발물질의 공급과 동시에 증발이 발생하므로 증발물질의 변성을 방지할 수 있다.
증발물질은 고형 성분으로서, 공급관부(12)의 일단에서 타단 방향으로 이동하여 히팅노즐부(14)의 다수의 노즐관로(16)로 분기되어 공급된다. 히팅노즐부(14)의 노즐관로(16)를 관통하는 증발물질은 바로 히팅노즐부(14) 자체의 가열로 인해 기화되어 증발입자가 생성되면서 히팅노즐부(14)의 단부를 통해 분출된다. 종래와 달리 증발물질이 충전되어 있는 도가니가 불필요하고, 공급관부(12)를 통해 히팅노즐부(14)의 노즐관로(16)에 공급되자 마자 히팅노즐부(14) 자체의 가열에 의해 증발입자를 생성하기 때문에 도가니 내에서의 증발물질의 변성을 원천적으로 방지할 수 있다.
공급관부(12)는, 증발물질이 일단에서 타단 방향으로 이동되는 통로를 제공하며 공급관부(12)의 타단에 도달한 증발물질은 히팅노즐부(14)의 다수의 노즐관로(16)로 분기되어 공급된다.
히팅노즐부(14)는, 공급관부(12)의 타단에 결합되며, 공급관부(12)와 연통되는 다수의 노즐관로(16)가 형성되어 있다. 히팅노즐부(14)는 자체 발열되는 것으로 히팅노즐부(14)의 노즐관로(16)를 관통하는 증발물질을 바로 가열한다.
공급관부(12)의 타단에서 공급되는 증발물질은 가열이 용이하도록 히팅노즐부(14)의 다수의 노즐관로(16)에 분기되어 진입한다. 노즐관로(16)로 진입된 증발물질은 노즐관로(16)를 관통하는 과정에서 히팅노즐부(14)의 가열에 의해 기화되면서 증발입자가 생성되고 증발입자는 노즐관로(16)의 단부에 분출된다.
공급관부(12)를 통해 증발물질이 히팅노즐부(14)의 노즐관로(16)로 연속적으로 공급되고 증발물질이 노즐관로(16)를 관통하는 과정에서 가열되어 증발입자를 생성하기 때문에 진공챔버(36)의 진공분위기를 유지하면서 증발물질을 연속적으로 공급할 수 있어 증발물질의 충전에 따른 시간이 단축할 수 있다. 또한 증발물질의 공급과 동시에 증발이 발생하므로 증발물질의 변성을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 증발원의 각 구성에 대해 자세히 설명하고자 한다.
공급관부(12)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일단에서 타단 방향으로 증발물질이 이동하는 통로를 제공하는 공급관(22)과, 공급관(22)의 내부에 배치되며, 회전에 따라 증발물질을 공급관(22)의 타단으로 전진시키는 회전스크류(24)를 포함할 수 있다. 공급관(22)은 파이프 형태로서 일단에서 타단 방향으로 증발물질이 이동하는 통로를 제공한다. 공급관(22)은, 그 일단이 진공챔버(36)의 외부에 위치하고 타단은 진공챔버(36)의 벽체를 관통하여 진공챔버(36)의 내부에 위치되도록 할 수 있다(도 3 참조).
공급관(22)의 내부에는 길이 방향을 따라 회전스크류(24)가 마련되며, 회전스크류(24)의 회전에 따라 공급관(22)의 일단에 위치한 증발물질이 공급관(22)의 타단으로 전진된다. 회전스크류(24)의 회전에 따라 증발물질이 공급관(22)의 타단으로 전진하게 되며 공급관(22)의 타단에서 인출되는 증발물질은 히팅노즐부(14)의 다수의 노즐관로(16)로 분기되어 진입하게 된다.
회전스크류(24)의 단부에는 모터(34) 등의 구동부가 마련되어 정역 회전에 따라 공급관(22) 내의 증발물질을 전진시키거나 후진시킬 수 있다.
히팅노즐부(14)는 발열 저항체로 이루어질 수 있으며, 발열 저항체에는 +, - 전극(20)을 전기적으로 연결하여 전류의 공급에 따라 히팅노즐부(14) 자체가 발열될 수 있다. 발열 저항체로는 탄탈륨(Ta, tantalum), 티타늄(Ti, titanium) 등이 포함하는 재질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 있어서 히팅노즐부(14)는, 원형 단면의 공급관(22)에 상응하여 원기둥의 형태의 블록에 하면에서 상면 방향으로 다수의 노즐관로(16)를 형성한 형태를 제시하고 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 단면을 갖는 히팅노즐부(14)가 사용될 수 있다.
히팅노즐부(14)로 전극(20)이 연결되는 발열 저항체를 사용하는 경우, 금속 재질의 공급관부(12)에 발열 저항체의 전기나 열이 흐르지 않도록 히팅노즐부(14)와 공급관부(12) 사이에 절연체(18)를 배치할 수 있다. 본 실시예에 있어서는 도 2에 도시된 바와 같이 히팅노즐부(14)와 공급관(22)의 단면에 상응하여 고리 형상의 절연체(18)가 적용되었다.
한편, 공급관부(12)에는 별도의 히터부(26)가 마련되어 공급관부(12)를 가열할 수 있다. 분말 형태의 증발물질이 공급관부(12)를 이동하는 경우 서로 엉켜 뭉칠 수 있으므로 적절한 온도로 가열하여 증발물질이 서로 엉키는 것을 방지할 수 있다.
호퍼부(28)는 공급관(22)과 연통되며, 공급관(22)에 증발물질을 공급한다. 호퍼부(28)는 깔대기 형상으로 증발물질이 호퍼부(28)에 투입되면 호퍼부(28)의 유출구을 통해 공급관(22)으로 증발물질이 유입된다. 호퍼부(28)의 내부에는 혼합스크류(30)가 마련되어 회전에 따라 증발물질을 혼합한다. 또한 혼합스크류(30)의 회전으로 공급관(22)으로 증발물질을 공급하는 것도 가능하다. 혼합스크류(30)에는 모터(34) 등의 구동부가 결합되어 회전력을 공급할 수 있다.
고형의 증발물질을 장시간 방치하면 서로 엉켜 덩어리가 될 수 있으므로, 혼합스크류(30)를 회전시켜 고형의 증발물질을 섞어 덩어리가 되는 것을 방지하도록 하는 것이다.
한편, 호퍼부(28)의 일측에는 증발물질을 투입하기 위한 투입구(32)가 마련될 수 있다. 투입구(32)를 통해 증발물질이 호퍼부(28)에 투입되면 호퍼부(28) 내부의 혼합스크류(30)가 회전하면서 증발물질을 혼합하게 되고, 혼합되어 분말형태를 갖는 증발물질은 호퍼부(28)의 유출구를 통해 공급관(22)으로 공급된다. 공급관(22)으로 공급된 증발물질은 회전스크류(24)의 회전에 따라 공급관(22)의 타단으로 전진하게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에는, 공급관부(12), 히팅노즐부(14), 노즐관로(16), 절연체(18), 전극(20), 공급관(22), 회전스크류(24), 히터부(26), 호퍼부(28), 혼합스크류(30), 투입구(32), 모터(34), 진공챔버(36), 기판안착부(38), 기판(40)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 증착장치는, 증발물질을 증발시켜 기판(40)에 박막을 형성하는 증착장치로서, 기판(40)이 내부에 안착되는 진공챔버(36)와; 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 공급하며, 타단이 기판(40)의 표면을 향하도록 설치되는 공급관부(12)와; 공급관부(12)의 타단이 결합되며, 공급관부(12)과 연통되며 기판(40)을 향하여 다수의 노즐관로(16)가 형성되고, 노즐관로(16) 관통하는 증발물질을 가열하는 히팅노즐부(14)를 포함한다.
본 실시예에 따른 증착장치는, 상술한 일 실시예에 따른 증발원을 진공챔버(36)에 설치하여 구성되는데, 기판(40)을 진공챔버(36) 내부 상측에 배치한 상태에서 하측에서 분출되는 증발입자가 기판(40)에 저면에 증착되도록 구성한 것이다. 이에 따라 공급관부(12)는 기판(40)의 저면에 대향하여 수직으로 배치될 수 있고, 공급관부(12)의 타단에 결합되어 있는 히팅노즐부(14)에서 분출되는 증발입자가 바로 기판(40)의 저면에 증착된다.
진공챔버(36)의 내부는 증발입자의 증착을 위하여 진공 분위기가 유지되며, 기판(40)이 진공챔버(36)의 상부에 위치한 기판안착부(38)에 안착된다. 진공챔버(36)의 바닥쪽에는 상술한 증발원이 배치된다.
히팅노즐부(14)의 상면이 기판(40)의 저면에 대향하여 배치되도록 공급관부(12)는 진공챔버(36)의 바닥면에 대해 수직을 이루어 배치되고, 공급관부(12)의 타단에는 히팅노즐부(14)가 결합된다. 보다 상세히, 공급관부(12)의 일단은 진공챔버(36)의 외부에 위치하고 타단은 진공챔버(36)의 바닥을 관통하여 진공챔버(36)의 내부에 위치한다. 공급관부(12)의 타단에는 히팅노즐부(14)의 상면이 기판(40)의 저면에 대향하도록 히팅노즐부(14)가 결합된다. 호퍼부(28)는 공급관부(12)에 증발물질을 공급하기 위해 공급관부(12)의 측면에 결합된다.
회전스크류(24)의 단부에 결합된 모터(34)가 구동되면 회전스크류(24)가 회전하면서 공급관부(12)의 내부에 위치하는 증발물질이 공급관부(12)의 하단에서 상단을 향하여 전진한다. 증발물질의 전진에 따라 증발물질은 히팅노즐부(14)의 노즐관로(16)로 분기되어 진입하게 되고, 노즐관로(16)로 진입된 증발물질은 노즐관로(16)를 관통하는 과정에서 히팅노즐부(14)의 가열에 의해 기화되면서 증발입자가 생성된다. 증발입자는 히팅노즐부(14)의 상면에서 분출되면서 대향하여 배치되어 있는 기판(40)의 저면에 증착이 이루어진다.
이외의 구성요소는 상술한 바와 같으므로 그 설명을 생략하기로 한다.
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.
12: 공급관부 14 : 히팅노즐부
16: 노즐관로 18: 절연체
20: 전극 22: 공급관
24: 회전스크류 26: 히터부
28: 호퍼부 30: 혼합스크류
32: 투입구 34: 모터
36: 진공챔버 38: 기판안착부
40: 기판

Claims (12)

  1. 분말 형태의 증발물질이 일단에서 타단 방향으로 이동하는 통로를 제공하는 공급관을 포함하고, 상기 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 연속적으로 공급하는 공급관부와;
    상기 공급관부의 타단이 결합되며, 상기 공급관부과 연통되어 상기 분말 형태의 증발물질이 분기되어 진입되는 다수의 노즐관로가 형성되고, 상기 노즐관로를 관통하는 과정에서 상기 분말 형태의 증발물질을 가열하여 기화시키는 히팅노즐부를 포함하는, 증발원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히팅노즐부는 발열 저항체로 이루어지며,
    상기 발열 저항체에는 전극이 연결되는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발열 저항체의 전기가 상기 공급관부로 전달되지 않도록 상기 공급관부의 타단과 상기 발열 저항체 사이에는 절연체가 개재되는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공급관부를 가열하는 히터부를 더 포함하는, 증발원.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공급관부는,
    상기 공급관의 내부에 배치되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 상기 공급관의 타단으로 전진시키는 회전스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공급관과 연통되며, 상기 공급관에 상기 증발물질을 공급하는 호퍼부와;
    상기 호퍼부의 내부에 마련되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 혼합하는 혼합스크류를 더 포함하는, 증발원.
  7. 분말 형태의 증발물질을 증발시켜 기판에 박막을 형성하는 증착장치로서,
    상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버와;
    분말 형태의 증발물질이 일단에서 타단 방향으로 이동하는 통로를 제공하는 공급관을 포함하고, 상기 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 연속적으로 공급하는 공급관부와;
    상기 공급관부의 타단이 결합되며, 상기 공급관부과 연통되어 상기 분말 형태의 증발물질이 분기되어 진입되는 다수의 노즐관로가 형성되고, 상기 노즐관로를 관통하는 과정에서 상기 분말 형태의 증발물질을 가열하여 기화시키는 히팅노즐부를 포함하는, 증착장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 히팅노즐부는 발열 저항체로 이루어지며,
    상기 발열 저항체에는 전극이 연결되는 것을 특징으로 하는, 증착장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발열 저항체의 전기가 상기 공급관부로 전달되지 않도록 상기 공급관부의 타단과 상기 발열 저항체 사이에는 절연체가 개재되는 것을 특징으로 하는, 증착장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 공급관부를 가열하는 히터부를 더 포함하는, 증착장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 공급관부는,
    상기 공급관의 내부에 배치되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 상기 공급관의 타단으로 전진시키는 회전스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는, 증착장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공급관과 연통되며, 상기 공급관에 상기 증발물질을 공급하는 호퍼부와;
    상기 호퍼부의 내부에 마련되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 혼합하는 혼합스크류를 더 포함하는, 증착장치.
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