KR102371102B1 - 증발원 어셈블리 및 이를 포함하는 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발원 어셈블리 및 이를 포함하는 증착장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원 어셈블리는 내부에 증발물질이 수용되는 적어도 2개 이상의 증발원; 상기 증발원의 상부에 구비되고, 상기 증발원에서 증발되는 증발물질이 서로 혼합되는 믹서; 및 상기 믹서의 상부에 구비되고, 상기 혼합된 증발물질이 직진성을 가지도록 수직 방향으로 복수의 가이드 채널이 형성되는 직진 가이드 부재를 포함할 수 있다.

Description

증발원 어셈블리 및 이를 포함하는 증착장치{EVAPORATION SOURCE ASSEMBLY AND DEPOSITION APPARATUS INCLUDING THE SAME}

본 발명은 증발원 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 증착되는 증발물질을 수용하고 공급하는 증발원 어셈블리 및 이를 포함하는 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 장점이 있다.

유기 전계 발광소자는, 애노드 및 캐소드 전극을 제외한 나머지 구성층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등이 유기 박막으로 되어 있고, 이러한 유기 박막은 진공열 증착방법으로 기판 상에 증착된다.

진공열 증착방법은 진공 챔버 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.

그런데, 이러한 방법으로 증착을 진행함에 있어 마스크의 두께가 두꺼워질수록 증발입자가 마스크에 형성된 패턴을 관통하여 기판에 도달하기가 쉽지 않게 된다. 특히, 증발입자의 진행 방향이 경사방향으로 퍼져나가면서 이루어질 경우에는 마스크 패턴을 관통하기 더 어려운 문제가 있었다. 따라서, 마스크의 두께에 관계없이 기판까지 높은 직진성을 가지고 증발입자가 진행할 수 있는 증착장치가 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0083716호(2015.07.20)

본 발명은 증발원에서 증발되는 증발입자가 높은 직전성을 가지도록 하여 마스크의 두께에 관계없이 기판에 효과적으로 증착될 수 있는 증발원 어셈블리 및 이를 포함하는 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 내부에 증발물질이 수용되는 적어도 2개 이상의 증발원; 상기 증발원의 상부에 구비되고, 상기 증발원에서 증발되는 증발물질이 서로 혼합되는 믹서; 및 상기 믹서의 상부에 구비되고, 상기 혼합된 증발물질이 직진성을 가지도록 수직 방향으로 복수의 가이드 채널이 형성되는 직진 가이드 부재를 포함할 수 있다.

상기 믹서의 외면을 감싸도록 복수의 히터가 설치될 수 있다.

상기 믹서는 박스 형태이며, 상부면은 상기 직진 가이드 부재가 설치되는 부재 설치면과, 상기 부재 설치면의 양측에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 입자 가이드면이 형성될 수 있다.

상기 가이드 채널은 상기 직진 가이드 부재의 내부에 수직 방향으로 복수의 열 및 행으로 배치될 수 있다.

상기 가이드 채널은 튜브 형상으로 형성될 수 있다.

상기 가이드 채널은 중앙에서 양측으로 갈수록 폭이 커지도록 형성될 수 있다.

상기 가이드 채널의 상부면은 오목한 곡면을 가지도록 형성될 수 있다.

상기 가이드 채널의 하부면은 오목한 곡면 또는 볼록한 곡면을 가지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 기판에 박막을 형성하기 위한 증착장치로서, 상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버; 및 상기 진공챔버의 내부에 설치되는 증발원 어셈블리를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발원에서 증발되는 증발입자가 높은 직전성을 가지도록 하여 마스크의 두께에 관계없이 기판에 효과적으로 증착될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원 어셈블리를 포함하는 증착장치를 보인 도면.
도 2는 직진 가이드 부재 및 셔터 구성을 보인 평면도.
도 3은 증발원 어셈블리를 구성하는 직진 가이드 부재의 단면도.
도 4는 증발원 어셈블리를 구성하는 직진 가이드 부재의 다른 예를 보인 단면도.
도 5 내지 도 7은 증발원 어셈블리를 구성하는 직진 가이드 부재의 또 다른 예를 보인 단면도.

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.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 의한 증발원의 셔터 장치의 일 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 증발원 어셈블리를 포함하는 증착장치를 보인 도면이고, 도 2는 직진 가이드 부재 및 셔터 구성을 보인 평면도이며, 도 3은 증발원 어셈블리를 구성하는 직진 가이드 부재의 단면도이다.

이에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원 어셈블리(10)는 내부에 증발물질이 수용되는 적어도 2개 이상의 증발원(20); 상기 증발원(20)의 상부에 구비되고, 상기 증발원(20)에서 증발되는 증발물질이 서로 혼합되는 믹서(30); 및 상기 믹서(30)의 상부에 구비되고, 상기 혼합된 증발물질이 직진성을 가지도록 수직 방향으로 복수의 가이드 채널(52)이 형성되는 직진 가이드 부재(50)를 포함할 수 있다.

증발원 어셈블리(10)가 설치되는 진공챔버(2)는 기판(6)의 표면에 유기박막이 형성되는 증착공정이 이루어지는 반응공간을 제공하는 수단으로서, 그 내부는 증발입자의 증착을 위하여 진공 분위기가 유지된다. 진공챔버(2)의 내부에는 별도의 지지수단에 의해 지지되는 기판 안착부(4)가 마련되는데, 이러한 기판 안착부(4)의 하부에 기판(6)이 안착되어 지지된다. 또한, 기판(6)의 하방에는 사각형의 마스크(미도시)가 배치되고, 마스크에는 기판(6)에 증착하기 위한 패턴이 형성된다.

증발원 어셈블리(10)는 기판(6)에 대향하여 증착공간에 배치되며, 기판(6)을 향하여 증발입자가 분사된다. 본 실시예에서는 증발원 어셈블리(10)에서 분사되는 증발입자가 기판(6)을 향하여 최대한 직진성을 갖도록 하여 마스크의 두께에 관계없이 기판(6)까지 증발입자가 잘 도달하여 증착될 수 있도록 구성하였다. 이를 위한 증발원 어셈블리(10)의 상세한 구성에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

증발원 어셈블리(10)에는 2개의 증발원(20)이 나란하게 배치되는데, 이에 제한되는 것은 아니고 증발원(20)은 2개 이상이 배치될 수 있다. 본 도면에서 좌측에 배치된 증발원(20)은 호스트 물질이 수용되는 호스트 증발원이고, 우측에 배치된 증발원(20)은 도펀트 물질이 수용되는 도펀트 증발원일 수 있다. 호스트 물질과 도펀트 물질은 승화 온도가 서로 다르기 때문에, 각각을 가열하는 히터(24)는 증발원(20) 주변에 구비된다.

한편, 호스트 물질은 도펀트 물질보다 많은 양이 구비된다. 도펀트 물질의 함량은 박막 형성 재료에 따라 가변적이지만 도펀트 물질이 박막 형성재료(호스트와 도펀트의 총중량) 100중량부를 기준으로 하여 3 내지 20 중량부인 것이 바람직하기 때문이다. 만약 도펀트 물질의 함량이 상기 범위를 벗어나면 유기발광소자의 발광 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 호스트 물질을 구비하는 좌측에 배치된 증발원(20)이 우측에 배치된 증발원(20)보다 부피가 큰 것이 일반적이다.

증발원(20)의 상부에는 각각 분사노즐(22)이 구비된다. 분사노즐(22)은 증발원(20)에서 발생한 증발입자가 분사되는 곳으로서, 각각의 분사노즐(22)은 서로 마주보는 방향으로 약간 경사지게 형성된다. 본 실시예에서 분사노즐(22)은 증발입자의 직진성을 높이기 위하여 수직 방향에 가깝게 경사각이 형성되는 것이 바람직한데, 수직축에 대하여 대략 5~15°만큼 경사지게 형성될 수 있다.

그리고, 증발원(20)의 상부에는 믹서(30)가 구비된다. 믹서(30)는 2개 이상의 증발원(20)에 분사되는 증발입자가 서로 혼합되는 부분이다. 이를 위하여 믹서(30)는 충분한 크기를 가진 박스 형태로 만들어질 수 있다.

믹서(30)의 내부 양측에는 각각 증착센서(32)가 설치된다. 증착센서(32)는 기판(6)에 증착물질이 증착되면서 박막이 고르게 형성되는지 확인할 수 있도록 박막의 두께를 감지하는 역할을 한다. 증착센서(32)는 도 1에서와 같이 증발원(20)의 상단을 향하여 선단이 경사지게 설치된다. 증착센서(32)는 예를 들어 크리스탈 센서 등이 사용될 수 있는데, 증착되는 증착물질로 인하여 증착센서(32)의 진동수가 감소하는 것을 이용하여 증착두께를 측정할 수 있다. 즉, 증착센서(32)의 진동수의 변화를 지속적으로 측정하게 되면 진동수의 변화가 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 이때 증착두께는 증가하는 것으로 나타난다.

그리고, 믹서(30)의 외면을 감싸도록 복수의 히터(34)가 설치될 수 있다. 히터(34)는 믹서(30) 내부의 온도를 일정 이상으로 가열 및 유지하도록 하여 증발입자 간에 서로 잘 혼합이 될 수 있도록 하는 역할을 한다.

또한, 믹서(30)의 내부 중앙에는 배플(36)이 직립하게 설치된다. 배플(36)은 2개의 증발원(20) 사이에 설치되는 것으로서, 각각의 증발원(20)에서 분사되는 증발입자가 입구부에서 불필요하게 혼합되는 것을 방지하는 역할을 한다.

한편, 믹서(30)의 외면에는 믹서(30) 내부가 일정 압력 이상으로 높아지는 것을 방지하기 위한 벤트홀(38)이 형성된다. 벤트홀(38)은 믹서(30) 내부의 압력에 따라 개폐되는 것으로서, 믹서(30)의 압력이 일정 이상으로 높아지게 되면 증착센서(32)에서 비정상적으로 측정이 이루어져 증착두께의 정확한 측정이 어려운 것을 방지하게 된다. 벤트홀(38)은 예를 들어, 도어가 벤트홀(38)을 개폐하도록 설치되고, 작업자가 압력이 높아지면 이를 개방하여 내부 압력을 조절하도록 구성될 수 있다.

믹서(30)는 전체적으로 박스 형태인데, 믹서(30)의 상부면은 직진 가이드 부재(50)가 설치되는 부재 설치면(40)과, 부재 설치면(40)의 양측에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 입자 가이드면(42)이 형성된다. 믹서(30)의 상부면을 이와 같이 형성한 것은 믹서(30)의 내부에서 상부로 이동하는 증발입자가 직진 가이드 부재(50) 측으로 원활하게 유입될 수 있도록 하기 위한 것으로서, 증발입자는 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 입자 가이드면(42)을 따라 이동되면서 직진 가이드 부재(50)로 유입된다. 입자 가이드면(42)은 부재 설치면(40)에 대하여 양측에 경사진 방향으로 연장되게 형성된다.

직진 가이드 부재(50)는 믹서(30)의 상부면에 설치되는 것으로서, 믹서(30)와 서로 연통된다. 따라서, 믹서(30)에서 혼합된 증발입자는 믹서(30)의 상부면을 지나 직진 가이드 부재(50)의 가이드 채널(52)로 유입된다. 직진 가이드 부재(50) 또한 믹서(30)와 마찬가지로 박스 형태로 만들어질 수 있으며, 가이드 채널(52)로 유입된 증발입자가 고직진성을 유지하도록 하여 배출시키는 역할을 한다. 이와 같이 고직진성을 가진 증발입자는 기판(6) 및 마스크를 향해 수직방향으로 입사되기 때문에 마스크의 두께가 두껍다고 하더라도 원활하게 기판(6)까지 증착이 이루어질 수 있게 된다.

가이드 채널(52)은 도 2 및 도 3에 잘 도시된 바와 같이 직진 가이드 부재(50)의 내부에 수직 방향으로 복수의 열 및 행으로 배치될 수 있다. 가이드 채널(52)은 튜브 형태로 형성되는 것이 바람직하되, 이에 제한되는 것은 아니고 사각형 단면을 가지도록 형성될 수도 있다.

다음으로, 도 4는 증발원 어셈블리를 구성하는 직진 가이드 부재의 다른 예를 보인 단면도이다.

이를 참조하면, 가이드 채널(52)은 중앙에서 양측으로 갈수록 폭이 커지도록 형성될 수 있다. 증발원(20)에서 분사된 증발입자는 복수의 가이드 채널(52)을 통과하면서 다양한 방향에서 배출되는데, 중앙 쪽보다 사이드 쪽에서 배출되는 증발입자는 기판(6)에 직접 증착되지 않고 외부로 빠져나갈 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 중앙보다 양측으로 갈수록 가이드 채널(52)의 폭을 크게 함으로써, 양측에서 배출되는 증발입자가 더욱 기판(6)에 잘 증착될 수 있도록 구성한 것이다.

다음으로, 도 5 내지 도 7은 증발원 어셈블리를 구성하는 직진 가이드 부재의 또 다른 예를 보인 단면도이다.

도 5를 참조하면, 가이드 채널(52)의 상부면은 오목한 곡면을 가지도록 형성될 수 있다. 이와 같이 형성한 것은 상술한 실시예와 마찬가지로 중앙보다 양측으로 갈수록 가이드 채널(52)의 길이를 길게 함으로써, 양측에서 배출되는 증발입자가 더욱 기판(6)에 잘 증착될 수 있도록 하기 위함이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 가이드 채널(52)의 하부면은 오목한 곡면 또는 볼록한 곡면을 가지도록 형성될 수 있다. 가이드 채널(52)의 하부면이 상술한 바와 같이 오목한 곡면 또는 볼록한 곡면을 가지게 되면, 상술한 실시예와 마찬가지로 양측에서 배출되는 증발입자가 더욱 기판(6)에 잘 증착될 수 있다.

이상 도 4 내지 도 7에서는 가이드 채널(52)의 다양한 형태에 대하여 제시하였으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니고 증발입자가 기판(6)에 잘 증착될 수 있다면 다른 형태도 가능함은 물론이다.

한편, 이상에서 설명한 직진 가이드 부재(50)의 상부면은 소수성(hydrophobicity) 코팅되는 것이 바람직하다. 이는 직진 가이드 부재(50)의 가이드 채널(52)을 통과하는 과정에서 클로깅(Clogging, 막힘) 현상이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 직진 가이드 부재(50)에서 증발입자가 배출되는 상부면 상에 소수성 코팅이 이루어질 수 있다.

참고로, 도면부호 60은 증착공정에 따라 선택적으로 개폐되는 셔터이다.

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.

2 : 진공챔버 4 : 기판 안착부
6 : 기판 10 : 증발원 어셈블리
20 : 증발원 22 : 분사노즐
24 : 히터 30 : 믹서
32 : 증착센서 34 : 히터
36 : 배플 38 : 벤트홀
40 : 부재 설치면 42 : 입자 가이드면
50 : 직진 가이드 부재 52 : 가이드 채널
60 : 셔터

Claims (9)

1. 내부에 증발물질이 수용되는 적어도 2개 이상의 증발원;
   상기 증발원의 상부에 구비되고, 상기 증발원에서 증발되는 증발물질이 서로 혼합되는 믹서; 및
   상기 믹서의 상부에 구비되고, 상기 혼합된 증발물질이 직진성을 가지도록 수직 방향으로 복수의 가이드 채널이 형성되는 직진 가이드 부재를 포함하고,
   상기 믹서는, 상기 직진 가이드 부재가 설치되는 부재 설치면과, 상기 부재 설치면의 양측에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 입자 가이드면을 갖는 박스의 형태를 가지며,
   상기 가이드 채널은, 튜브 형상으로 형성되며, 중앙에서 양측으로 갈수록 폭이 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 믹서의 외면을 감싸도록 복수의 히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 증발원 어셈블리.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 채널은 상기 직진 가이드 부재의 내부에 수직 방향으로 복수의 열 및 행으로 배치되는 것을 특징으로 하는 증발원 어셈블리.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 채널의 상부면은 오목한 곡면을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원 어셈블리.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 채널의 하부면은 오목한 곡면 또는 볼록한 곡면을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원 어셈블리.
9. 기판에 박막을 형성하기 위한 증착장치로서,
   상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버; 및
   상기 진공챔버의 내부에 설치되는 제1항에 따른 증발원 어셈블리를 포함하는 증착장치.

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