KR102085586B1 - 증발원 및 증착장치 - Google Patents

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Abstract

증발원 및 증착장치가 개시된다. 본 실시예에 따른 증발원은, 내부에 길이 방향으로 관통부가 구비되고 관통부를 통하여 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 공급하는 공급관을 포함하는 공급부와; 일단에서 타단으로 관통하는 중공부가 마련되고, 중공부가 관통부에서 연장되도록 공급관의 타단에 일단이 결합되며, 중공부에는 관통부를 통하여 증발물질이 충전되는 중공튜브와; 중공튜브의 타단에 인접하여 설치되며, 중공튜브에 충전된 증발물질의 표면을 가열하는 가열부를 포함하여, 진공챔버의 진공분위기를 유지하면서 증발물질을 연속적으로 공급받을 수 있어 공정 택 타임을 줄일 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, 내부에 길이 방향으로 관통부가 구비되고 상기 관통부를 통하여 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 공급하는 공급관을 포함하는 공급부와; 일단에서 타단으로 관통하는 중공부가 마련되고, 상기 중공부가 상기 관통부에서 연장되도록 상기 공급관의 타단에 일단이 결합되며, 상기 중공부에는 상기 관통부를 통하여 상기 증발물질이 충전되는 중공튜브와 상기 중공튜브의 타단에 인접하여 설치되며, 상기 중공튜브에 충전된 상기 증발물질의 표면을 가열하는 가열부를 포함하는, 증발원이 제공된다.
상기 중공부의 단면은 상기 관통부의 단면 보다 크게 형성될 수 있다.
상기 중공부는, 상기 관통부의 타단에서 상기 중공부의 타단으로 갈수록 단면이 확대될 수 있다.
상기 중공부는, 상기 관통부에 대하여 외측으로 상향 경사를 이룰 수 있다.
상기 가열부는, 상기 중공부의 외주를 따라 링 형상으로 배치되는 제1 히터를 포함할 수 있다.
상기 공급부는, 상기 공급관의 내부에 배치되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 상기 공급관의 타단으로 전진시키는 회전스크류를 포함할 수 있다.
상기 공급부는, 상기 공급관과 연통되며, 상기 공급관에 상기 증발물질을 공급하는 호퍼부와; 상기 호퍼부의 내부에 마련되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 혼합하는 혼합스크류를 더 포함할 수 있다.
상기 공급부는, 상기 공급관을 가열하는 제2 히터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 증발물질을 증발시켜 기판에 박막을 형성하는 증착장치로서, 상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버와; 상기 증발원을 포함하되, 상기 중공튜브가 상기 진공챔버의 내부에 위치하여 상기 기판에 대향하여 배치되는, 증착장치가 제공된다.
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, 증발물질(12), 관통부(14), 공급관(16), 회전스크류(18), 공급부(20), 중공부(22), 중공튜브(24), 가열부(25), 제1 히터(26), 제2 히터(28), 호퍼부(30), 혼합스크류(32), 투입구(34)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 증발원은, 내부에 길이 방향으로 관통부(14)가 구비되고 관통부(14)를 통하여 증발물질(12)을 일단에서 타단 방향으로 공급하는 공급관(16)을 포함하는 공급부(20)와; 일단에서 타단으로 관통하는 중공부(22)가 마련되고, 중공부(22)가 관통부(14)에서 연장되도록 공급관(16)의 타단에 일단이 결합되며, 중공부(22)에는 관통부(14)를 통하여 증발물질(12)이 충전되는 중공튜브(24)와; 중공튜브(24)의 타단에 인접하여 설치되며, 중공튜브(24)에 충전된 증발물질(12)의 표면을 가열하는 가열부(25)를 포함하여, 진공챔버의 진공분위기를 유지하면서 증발물질(12)을 연속적으로 공급받을 수 있어 공정 택 타임을 줄일 수 있고, 증발물질(12)의 공급과 동시에 증발이 발생하므로 증발물질(12)의 변성을 방지할 수 있다.
증발물질(12)은 고형 성분으로서, 공급관(16)의 일단에서 타단 방향으로 이동하여 공급관(16)을 통하여 중공튜브(24)의 중공부(22) 내에 충전된다. 중공튜브(24)의 중공부(22)에 충전된 증발물질(12)은 중공튜브(24)의 상단에 위치한 가열부(25)에 의해 그 표면이 가열되면서 기화되어 증발입자가 생성되고, 증발입자는 중공튜브(24)의 상단에 분출되어 기판에 증착된다.
종래와 달리 증발물질(12)이 충전되어 있는 도가니가 불필요하고, 중공부(22)의 충전되어 있는 증발물질(12)의 표면이 가열되어 증발입자가 생성되기 때문에 중공튜브(24)의 하단에 위치한 증발물질(12)의 변성을 방지할 수 있다.
공급부(20)는, 내부에 길이 방향으로 관통부(14)가 구비되고 관통부(14)를 통하여 증발물질(12)을 일단에서 타단 방향으로 공급하는 공급관(16)을 포함한다. 공급부(20)는 중공튜브(24)에 지속적으로 증발물질(12)을 공급하여 중공튜브(24) 내의 증발물질(12)이 일정 높이를 유지하도록 하며 이에 따라 중공튜브(24)의 상단에 위치한 가열부(25)가 일정 높이의 증발물질(12)의 표면을 가열한다.
공급관(16)은, 내부에 길이 방향으로 관통부(14)가 구비되어 있고 이러한 관통부(14)는 증발물질(12)이 일단에서 타단 방향으로 이동되는 통로를 제공한다. 공급관(16)의 관통부(14)와 중공튜브(24)의 중공부(22)가 서로 연통되도록 공급관(16)의 타단에 중공튜브(24)의 일단이 결합된다. 공급관(16)의 타단을 통과한 증발물질(12)은 관통부(14)에 연통되어 있는 유입되어 중공부(22)에 충전된다.
공급부(20)를 통해 증발물질(12)이 중공튜브(24)에 연속적으로 공급되어 충전되고, 증공튜브(24)에 충전된 증발물질(12)의 표면이 가열부(25)에 가열되면서 증발입자를 생성하기 때문에 진공챔버의 진공분위기를 유지하면서 증발물질(12)을 연속적으로 공급할 수 있어 증발물질(12)의 충전에 따른 시간이 단축할 수 있다.
중공튜브(24)는 일단에서 타단으로 관통하는 중공부(22)가 마련되어 있고, 중공부(22)가 공급관(16)의 관통부(14)와 연통되도록 공급관(16)의 타단에 중공튜브(24)의 일단이 결합된다. 중공부(22)에는 관통부(14)를 통하여 유입되는 증발물질(12)이 충전된다.
본 실시예에서는 중공튜브(24)의 중공부(22)가 공급관(16)의 관통부(14)에 대하여 외측으로 상향 경사를 갖도록 중공튜브(24)가 공급관(16)에 결합된다. 이에 따라 공급관(16)을 통하여 유입되는 증발물질(12)이 경사를 타고 중공부(22)에 용이하게 충전될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 중공부(22)의 단면은 관통부(14)의 단면 보다 크게 형성될 수 있다. 관통부(14)에서 압력을 갖고 중공부(22)의 일단에서 타단으로 이동하던 증발물질(12)이 중공부(22)에 유입되면서 압력이 해제되고 중공부(22)에서는 증발물질(12)이 넓게 퍼지면서 충전된다. 이에 따라 중공부(22)에 충전된 증발물질(12) 상단의 표면적이 확대되면서 가열부(25)에 의해 용이하게 가열할 수 있다.
다른 한편으로, 공급관(16)의 관통부(14)에 연통되는 중공부(22)는 관통부(14)의 타단에서 중공부(22)의 타단으로 가면서 단면이 확대되어 깔대기 형태로 구성하는 것도 가능하다.
가열부(25)는 중공튜브(24)의 타단에 인접하여 설치되며 중공튜브(24)에 충전된 증발물질(12)의 표면을 가열한다. 도 1을 참조하면, 중공튜브(24)의 상단에 인접하여 가열부(25)를 배치하고 중공튜브(24)에 충전되어 있는 증발물질(12)의 표면을 용이하게 가열하도록 구성하는 것이다. 이때 중공튜브(24)에서 일정한 증발입자가 분출되도록 중공튜브(24)에 충전되는 증발물질(12)의 량을 조절할 수 있다.
본 실시예에 따른 가열부(25)로, 도 2에 도시된 바와 같이, 중공부(22)의 외주를 따라 링 형상으로 배치되는 제1 히터(26)를 사용할 수 있다. 중공부(22)의 상단에 위치하는 증발물질(12)의 표면을 방사상으로 가열할 수 있도록 링 형상의 제 1 히터를 중공부(22)의 외주를 따라 배치하는 형태이다.
가열부(25)가 중공부(22)의 타단에 위치하여 중공튜브(24)에 충전되어 있는 증발물질(12)의 표면을 가열하기 때문에 중공튜브(24)의 하단에 위치하는 증발물질(12)에 변성이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 중공튜브(24)에 증발물질(12)을 공급하기 위한 각 구성에 대해 자세히 설명하고자 한다.
공급부(20)는, 공급관(16)의 내부에 배치되며, 회전에 따라 증발물질(12)을 공급관(16)의 타단으로 전진시키는 회전스크류(18)를 포함할 수 있다. 공급관(16)은 파이프 형태로서 일단에서 타단 방향으로 증발물질(12)이 이동하는 통로를 제공한다. 공급관(16)은, 그 일단이 진공챔버의 외부에 위치하고 타단은 진공챔버의 벽체를 관통하여 진공챔버의 내부에 위치되도록 할 수 있다(도 3 참조).
공급관(16)의 내부에는 길이 방향을 따라 회전스크류(18)가 마련되며, 회전스크류(18)의 회전에 따라 공급관(16)의 일단에 위치한 증발물질(12)이 공급관(16)의 타단으로 전진된다. 회전스크류(18)의 회전에 따라 증발물질(12)이 공급관(16)의 타단으로 전진하게 되며 이에 따라 공급관(16)의 타단에서 유출되는 증발물질(12)은 중공튜브(24)의 중공부(22) 내부로 진입되어 충전된다.
회전스크류(18)의 단부에는 모터(36) 등의 구동부가 마련되어 정역 회전에 따라 공급관(16)의 관통부(14) 내의 증발물질(12)을 전진시키거나 후진시킬 수 있다.
한편, 공급관(16)에는 제2 히터(28)가 마련되어 공급관(16)을 가열할 수 있다. 분말 형태의 증발물질(12)이 공급관(16)를 이동하는 경우 서로 엉켜 뭉칠 수 있으므로 적절한 온도로 가열하여 증발물질(12)이 서로 엉키는 것을 방지할 수 있다.
공급부(20)는, 공급관(16)과 연통되며 공급관(16)에 증발물질(12)을 공급하는 호퍼부(30)와, 호퍼부(30)의 내부에 마련되며, 회전에 따라 증발물질(12)을 혼합하는 혼합스크류(32)를 포함할 수 있다.
호퍼부(30)는 공급관(16)과 연통되며, 공급관(16)에 증발물질(12)을 공급한다. 호퍼부(30)는 깔대기 형상으로 증발물질(12)이 호퍼부(30)에 투입되면 호퍼부(30)의 유출구을 통해 공급관(16)으로 증발물질(12)이 유입된다. 호퍼부(30)의 내부에는 혼합스크류(32)가 마련되어 회전에 따라 증발물질(12)을 혼합할 수 있다. 또한 혼합스크류(32)의 회전으로 공급관(16)으로 증발물질(12)을 공급하는 것도 가능하다. 혼합스크류(32)에는 모터 등의 구동부가 결합되어 회전력을 제공할 수 있다.
고형의 증발물질(12)을 장시간 방치하면 서로 엉켜 덩어리가 될 수 있으므로, 혼합스크류(32)를 회전시켜 고형의 증발물질(12)을 섞어 덩어리가 되는 것을 방지하도록 하는 것이다.
한편, 호퍼부(30)의 일측에는 증발물질(12)을 투입하기 위한 투입구(34)가 마련될 수 있다. 투입구(34)를 통해 증발물질(12)이 호퍼부(30)에 투입되면 호퍼부(30) 내부의 혼합스크류(32)가 회전하면서 증발물질(12)을 혼합하게 되고, 혼합되어 분말형태를 갖는 증발물질(12)은 호퍼부(30)의 유출구를 통해 공급관(16)으로 공급될 수 있다. 공급관(16)으로 공급된 증발물질(12)은 회전스크류(18)의 회전에 따라 공급관(16)의 타단으로 전진하게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에는, 증발물질(12), 관통부(14), 공급관(16), 회전스크류(18), 공급부(20), 중공부(22), 중공튜브(24), 제1 히터(26), 제2 히터(28), 호퍼부(30), 혼합스크류(32), 투입구(34), 모터(36), 진공챔버(38), 기판안착부(40), 기판(42)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 증착장치는, 증발물질(12)을 증발시켜 기판(42)에 박막을 형성하는 증착장치로서, 기판(42)이 내부에 안착되는 진공챔버(38)와, 상술한 증발원을 포함하되, 중공튜브(24)가 진공챔버(38)의 내부에 위치하여 기판(42)에 대향하여 배치된다.
본 실시예에 따른 증착장치는, 상술한 일 실시예에 따른 증발원을 진공챔버(38)에 설치되어 구성되는데, 기판(42)을 진공챔버(38) 내부 상측에 배치한 상태에서 하측에서 분출되는 증발입자가 기판(42)에 저면에 증착되도록 증발입자가 분출되는 중공튜브(24)의 타단이 기판(42)에 대향하여 배치되도록 구성한 것이다.
진공챔버(38)의 내부는 증발입자의 증착을 위하여 진공 분위기가 유지되며, 기판(42)이 진공챔버(38)의 상부에 위치한 기판안착부(40)에 안착된다. 진공챔버(38)의 바닥쪽에는 상술한 중공튜브(24)가 배치된다.
공급관(16)은, 그 일단이 진공챔버(38)의 외부에 위치하고 타단은 진공챔버(38)의 벽체를 관통하여 진공챔버(38)의 내부에 위치하여 있는 중공튜브(24)에 결합될 수 있다. 공급관(16)에 증발물질(12)을 공급하는 호퍼부(30)는 진공챔버(38)의 외측에 배치하여 증발물질(12)을 용이하게 공급되도록 할 수 있다.
회전스크류(18)의 단부에 결합된 모터(36)가 구동되면 회전스크류(18)가 회전하면서 공급관(16)의 관통부(14)에 위치하는 증발물질(12)이 공급관(16)의 일단에서 타단을 향하여 전진한다. 증발물질(12)의 전진에 따라 증발물질(12)은 중공튜브(24)의 중공부(22)에 유입되어 충전되고, 중공부(22)에 충전된 증발물질(12)의 표면이 중공튜브(24)의 상단에 위치한 가열부(25)에 의해 가열되면서 증발입자가 생성된다. 증발입자는 기판(42)에 대향하는 중공튜브(24)의 상단에서 분출되면서 대향하여 배치되어 있는 기판(42)의 저면에 증착이 이루어진다.
본 실시예에서는 공급부(20)의 일부가 진공챔버(38)의 외부에 위치한 형태를 제시하고 있으나 상술한 증발원의 전체가 진공챔버(38)의 내부에 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.
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: 증발물질 14: 관통부
16: 공급관 18: 회전스크류
20: 공급부 22: 중공부
24: 중공튜브 26: 제1 히터
28: 제2 히터 30: 호퍼부
32: 혼합스크류 34: 투입구
36: 모터 38: 진공챔버
40: 기판안착부 42: 기판

Claims (9)

  1. 내부에 길이 방향으로 관통부가 구비되고 상기 관통부를 통하여 증발물질을 일단에서 타단 방향으로 공급하는 공급관을 포함하는 공급부와;
    일단에서 타단으로 관통하는 중공부가 마련되고, 상기 중공부가 상기 관통부에서 연장되도록 상기 공급관의 타단에 일단이 결합되며, 상기 중공부에는 상기 관통부를 통하여 상기 증발물질이 연속적으로 공급되어 충전되는 중공튜브와;
    상기 중공튜브의 타단에 인접하여 설치되며, 상기 중공튜브의 상단의 상기 증발물질의 표면을 가열하여 증발입자를 생성시키는 가열부를 포함하며,
    상기 중공부는,
    상기 관통부의 상기 증발물질이 경사를 따라 상기 중공부로 용이하게 유입되도록 상기 관통부에 대하여 외측으로 상향 경사를 이루며,
    상기 가열부는,
    상기 중공부의 외주를 따라 링 형상으로 배치되는 제1 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중공부의 단면은 상기 관통부의 단면 보다 큰 것을 특징으로 하는, 증발원.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중공부는,
    상기 관통부의 타단에서 상기 중공부의 타단으로 갈수록 단면이 확대되는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공급부는,
    상기 공급관의 내부에 배치되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 상기 공급관의 타단으로 전진시키는 회전스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공급부는,
    상기 공급관과 연통되며, 상기 공급관에 상기 증발물질을 공급하는 호퍼부와;
    상기 호퍼부의 내부에 마련되며, 회전에 따라 상기 증발물질을 혼합하는 혼합스크류를 더 포함하는, 증발원.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공급부는,
    상기 공급관을 가열하는 제2 히터를 더 포함하는, 증발원.
  9. 증발물질을 증발시켜 기판에 박막을 형성하는 증착장치로서,
    상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버와;
    제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 증발원을 포함하되,
    상기 중공튜브가 상기 진공챔버의 내부에 위치하여 상기 기판에 대향하여 배치되는, 증착장치.
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