KR102479926B1 - 박막 형성 장치, 이를 이용한 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

박막 형성 장치, 이를 이용한 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

박막 형성 재료를 대전된 분무 입자들로 분무시키는 전극부, 전극부와 마주보도록 배치되어 있고, 박막을 형성할 기판을 거치하는 기판 거치대, 및 전극부와 기판 거치대 사이에 배치되고, 복수의 패턴 홈이 형성된 마스크를 포함하고, 마스크 및 상기 기판에는 각각 마스크 전압(Vm) 및 기판 전압(VO)이 인가되고, 마스크 전압(Vm)은 가변 전압이며, 기판 전압(Vm)의 극성은 분무 입자들의 극성과 같은 박막 형성 장치.

Description

박막 형성 장치, 이를 이용한 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법 {THIN FILM FABRICATING APPARATUS, AND OF ORGARNIC LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF ORGARNIC LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME}
본 명세서는 박막 형성 장치, 이를 이용한 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
유기 전기 발광 소자(이하 유기 EL 소자라 한다.) 는 유기 재료로 제작한 박막 양면에 전극을 설치하고 그 전극 사이에 전압을 인가하여 양면 전극에서 유기 박막 속으로 주입된 전자와 정공의 재결합으로 생기는 발광을 이용하는 전류 구동형 발광 소자로써 저 전압으로 높은 발광 휘도를 얻을 수 있고, 자체적으로 발광하며 가시성이 높아 경량 박형 디스플레이나 조명 등에 대한 응용 연구가 활발히 이루어지고 있다.
현재 유기 EL 소자 제작에 주로 사용되고 있는 유기 박막의 제작법은 진공 증착법으로 대표되는 건식 프로세스와 스핀 코트 법으로 대표되는 습식 프로세스가 있다. 건식 프로세스는 비교적 저분자 유기 재료를 이용한 제막 프로세스로 두께의 조절이 용이하고, 적당한 크기의 구멍을 가지는 마스크를 이용하여 도포 영역을 구분 지을 수 있으며, 성질이 다른 유기 재료를 적층하는 구조를 쉽게 제작할 수 있는 특징을 가지고 있다. 그 중에서도 특히 적층 구조를 쉽게 제작할 수 있는 "다층화 기술"은 매우 중요하며 이 기술을 통해 유기 EL 소자의 발광 효율과 소자 수명이 비약적으로 향상되면서 유기 EL 소자는 실용 가능한 디스플레이로써 많은 어플리케이션에 채용되기에 이르렀다. 그러나 이 기술에는 진공 장치가 필요하기 때문에 장치의 초기 도입이나 유지에 고액의 비용이 든다는 점, 대형 기판에는 사용이 어려운 점 등으로 인해 생산성의 향상, 즉 제조 비용 절감에 제약이 따르고 있다.
한편, 습식 프로세스는 제막성이나 내열성 등 물리적인 안정성이 뛰어난 고분자 재료에 적용 가능한 것과 장치가 단순하고 진공 등 특수 환경을 필요로 하지 않는 등 대량 생산에 적합한 프로세스로 저가 제품 제조에 적합하다고 여겨지고 있다. 그러나 고효율, 긴 수명을 실현시키기 위해서는, 앞에서 기술한 것과 같이, 상이한 성질의 재료를 이용한 적층 구조 제작이 중요한 요소이나, 습식 프로세스는 상층 박막 형성 재료의 용매가 하층 유기 재료에 녹아 들면서 침투에 의한 하층 박리를 일으키는 문제가 있고, 이를 방지할 필요하다. 이를 위해 가교 경화제 등 첨가제를 사용하는 경우도 있으나, 이러한 첨가제는 발광 기능을 저해하는 것으로 알려져 있어서, 소자의 기능에 손실을 유발하지 않는 고성능의 다층 구조를 실현함에 있어서 많은 곤란을 겪고 있다.
간단하게 패턴 제작이 가능하다는 점을 내세워 일렉트로 스프레이법(eletro-spray 법, 이하 ES법이라 한다.)을 유기 EL 소자 제작에 이용하는 안이 여럿 제안되고 있다. ES법은 기능성 재료의 용해 액을 도전성 기판과 그 용액을 방출하는 노즐 사이에 고전압을 인가함으로써 분사하여 기판에 부착시키는 방법이다. 이 방법은 대전된 용해 액이 미세한 나노 오더(nanoorder) 수준의 분무 입자로 변하며 상호 반발, 분산되어 세밀한 나노 오더 수준의 분무 입자를 형성하고, 이 때 급격하게 일어나는 표면적 증가에 따라 용매가 증발하여 용액 내의 용질(유기 재료)만이 거의 건조된 상태에서 기판에 부착되어 균일한 층을 만들기 때문에 복 층의 적층에도 유용하다.
이러한 ES법은 나노 오더 수준의 여러 층을 기판에 생성할 수 있으나, 일반적으로 처리 시간이 매우 길기 때문에 현재까지 제안된 프로세스는 대량 생산에 적합하지 않다. 현재 알려져 있는 ES 기술로는 일본 특허 공개 2011-175921호, WO 2008-044737호, WO 2009-060898호, 일본 특허 공개 2007-229851호 등에 개시되어 있는 것들이 있으나, 대량 제조에 있어 재료 손실이 과다하여 실용성이 부족하고, 기판에 적층된 박막의 두께 분포가 고르지 않으며, 예컨대 매엽(枚葉) 방식으로 박막을 형성할 경우, 기판이 교체될 때 마다 반드시 물리적인 셔터(shutter)가 필요한 문제를 가지고 있다.
상기와 같이, 현재 알려져 있는 기술에서는 기판에 적층된 박막의 두께 분포가 고르지 않고 재료 손실이 과다하여 대량 제조의 실용성이 부족하고, 매엽 방식에서 물리적인 셔터를 필수 구성으로 구비하므로 설비가 복잡해지는 문제가 있다. 따라서 대량 생산에 적용할 수 있으며, 균일한 나노 오더 층을 안정적이고 균일한 두께로 형성할 수 있는 동시에, 물리적인 셔터 없이도 매엽 방식에 적용이 용이한 박막 형성 장치를 마련하고자 한다.
일 실시예에 따르면, 박막 형성 재료를 대전된 분무 입자들로 분무시키는 전극부와, 상기 전극부와 마주보도록 배치되어 있고, 상기 박막을 형성할 기판을 거치하는 기판 거치대, 및 상기 전극부와 상기 기판 거치대 사이에 배치되고, 복수의 패턴 홈이 형성된 마스크를 포함하고, 상기 마스크 및 상기 기판에는 각각 마스크 전압(Vm) 및 기판 전압(VO)이 인가되고, 상기 마스크 전압(Vm)은 가변 전압이며, 상기 기판 전압(Vm)의 극성은 상기 분무 입자들의 극성과 같은 박막 형성 장치가 제공된다.
상기 마스크와 가장 가까운 상기 전극부의 전압을 지배 전압(Va), 상기 마스크와 상기 전극부의 최단거리를 L, 상기 기판과 상기 마스크의 최단 거리를 CL이라 하면, 상기 마스크 전압(Vm)이 셔터 전압(Vms) 이상 인가될 경우 상기 기판에 박막이 형성되지 않으며, 상기 셔터 전압(Vms)은, 하기 식 1을 만족할 수 있다.
Figure 112015085795172-pat00001
.................. [식 1]
상기 전극부는 복수의 침 전극을 포함하고, 상기 침 전극에는 상기 지배 전압(Va)이 인가될 수 있다.
상기 전극부는 복수의 침 전극 및 상기 침 전극 각각과 대응하는 위치에 배치되어 있는 복수의 고리 전극을 포함하고, 상기 복수의 고리 전극에는 상기 지배 전압(Va)이 인가될 수 있다.
상기 침 전극 각각은 상기 고리 전극의 중심 축 위에 오도록 배치될 수 있다.
상기 전극부는 복수의 침 전극, 상기 침 전극 각각과 대응하는 위치에 배치되어 있는 복수의 고리 전극, 및 상기 고리 전극과 상기 마스크 사이에 배치되는 그리드 전극을 포함하고, 상기 그리드 전극에는 상기 지배 전압(Va)이 인가될 수 있다.
상기 지배 전압(Va)의 절대값은 상기 셔터 전압(Vms)의 절대값보다 큰 값을 가질 수 있다.
상기 셔터 전압(Vms), 상기 기판 전압(VO) 상기 지배 전압(Va)은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
Figure 112015085795172-pat00002
..................... [식 2]
상기 기판과 상기 마스크의 최단 거리는 30μm 내지 3mm 일 수 있다.
상기 마스크의 두께는 50μm 내지 5mm 일 수 있다.
상기 셔터 전압의 절대값은 1.5V 내지 100V 일 수 있다.
상기 지배 전압의 절대값은 500V 내지 20000V 일 수 있다.
상기 기판 전압(VO)의 절대값은 0 초과 100V 이하일 수 있다.
상기 마스크와 상기 전극부의 최단거리는 0.005m 내지 0.3m 일 수 있다.
상기 기판에 박막이 형성되는 시간을 시효 시간(aging time)이라 하면, 상기 마스크 전압(Vm)은 상기 시효 시간 동안 주기적인 파형을 나타낼 수 있다.
상기 마스크 전압(Vm)은 상기 시효 시간 동안 절대값이 1V 내지 100V 일 수 있다.
상기 마스크 전압(Vm)은, 제1 전압(Vm1), 및 상기 제1 전압(Vm1)의 절대값보다 큰 제2 전압(Vm2)을 포함할 수 있다.
상기 마스크 전압(Vm)은, 상기 제2 전압(Vm2)의 절대값보다 큰 제3 전압(Vm3)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전압(Vm1)은 상기 마스크 전압(Vm)의 시효 시간의 75% 이상 인가될 수 있다.
상기 제2 전압(Vm2)은 상기 마스크 전압(Vm)의 시효 시간의 1% 내지 20% 인가될 수 있다.
상기 제3 전압(Vm3)은 상기 마스크 전압(Vm)의 시효 시간의 0.1% 내지 5% 인가될 수 있다.
상기 마스크와 상기 기판 사이에는 복수의 스페이서(spacer)가 배치될 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치를 사용하여 적어도 하나의 유기막을 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법과, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치를 사용하여 형성된 유기막을 적어도 하나 포함하는 유기 발광 소자가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 대량 생산에 적용할 수 있는 박막 형성 장치를 마련할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 나노 오더 층을 균일한 두께로 안정적으로 형성할 수 있는 박막 형성 장치를 마련할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 별도의 물리적 셔터 없이도 매엽 방식의 박막 형성에 적용이 용이한 박막 형성 장치를 마련할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 박막 형성 장치의 개요도이고,
도 2 내지 도 4는 각각 도 1의 변형예에 따른 다양한 박막 형성 장치의 개요도이고,
도 5는 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 근접 전계를 포함하는 박막 형성 장치를 나타낸 것이고,
도 6은 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성이 차단된 상태를 도시한 것이고
도 7은 마스크와 기판 사이의 최단거리(CL)가 각각 50μm, 100 μm, 200μm일 때 전계 전극과 셔터 전압의 상관관계를 거리별로 나타낸 그래프이고,
도 8은 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성 과정에서 시효 시간(aging time) 동안 마스크에 제1 전압만을 인가한 경우를 도시한 것이고,
도 9는 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성 과정에서 시효 시간동안 마스크에 제1 전압보다 강한 제2 전압을 인가한 경우를 도시한 것이고,
도 10 내지 도 12는 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성 과정에서 마스크 전압으로 각각 도 10은 9V, 도 11은 11V, 도 12는 15V 을 인가할 경우 형성되는 박막 두께의 균일한 정도를 개략적으로 도시한 것이고,
도 13은 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성 과정에서 시효 시간 동안 마스크에 제1 전압, 제2 전압, 제3 전압을 포함하는 전압 시퀀스(Voltage sequence)를 인가할 경우 시효 시간 대비 마스크 전압의 변화와, 완성된 박막 두께의 균일한 정도를 도시한 것이고,
도 14 내지 도 19는 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 다양한 마스크 전압 파형의 예시를 개략적으로 도시한 것이고,
도 20 및 도 21은 도 13의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성 과정에서 시효 시간 별로 제1 전압 내지 제3 전압의 인가 비율을 조절하여 완성된 박막의 형상을 도시한 것이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1은 일 실시예에 따른 박막 형성 장치의 개요도이고, 도 2 내지 도 4는 각각 도 1의 변형예에 따른 다양한 박막 형성 장치의 개요도이다.
일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)는 박막 형성 재료(2)를 대전된 분무 입자들로 분무시키는 전극부(10)와, 전극부(10)와 마주하고 있으며, 박막을 형성할 기판(8)이 거치되는 기판 거치대(20)와, 전극부(10)와 기판 거치대(20) 사이에 배치되며, 복수의 패턴 홈이 형성된 마스크(30)를 포함한다.
도 1에서는 박막 형성 장치(100) 상부로부터 하부로 기판 거치대(20), 기판(8), 마스크(30) 및 전극부(10)가 배치됨으로써 상부에 거치된 기판(8)에 박막(6)이 형성되는 구조이나, 본 발명의 범위가 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 박막 형성 장치(100) 상부로부터 하부로 전극부(10), 마스크(30), 기판(8) 및 기판 거치대(20)가 배치되어 하부에 배치된 기판(8) 상에 박막(6)이 형성되는 구조일 수도 있다. 즉, 박막 형성 장치(100) 내부의 배치관계 및 박막(6) 형성 방향은 기판(8) 표면에 박막(6) 형성이 가능한 다양한 형태로 변형 가능하다.
전극부(10)는 박막 형성 재료(2)를 복수의 액체 방울(3)로 분사시키고, 복수의 액체 방울(3)은 나노 오더(nanoorder)의 분무 입자(4)들로 분리된다. 이를 달성하기 위한 수단으로, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)의 전극부(10)는 복수의 침 전극(11), 복수의 고리 전극(12) 및 그리드 전극(13)을 포함할 수 있다.
복수의 침 전극(11)은 일정한 간격으로 배치될 수 있고, 테일러 콘(Taylor cone)을 형성할 수 있도록 날카롭고 뾰족한 다양한 형상을 가질 수 있다. 침 전극(11)은 스테인리스스틸(SUS), 텅스텐(W) 및 백금(Pt) 등으로 형성할 수 있다.
침 전극(11)의 간격은 일정하지 않을 수 있고, 소정의 패턴으로 변경될 수도 있다. 침 전극(11)의 높이는 박막 형성 재료(2)의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 이를 통해 박막 형성 재료(2)가 침 전극(11)의 첨단(尖端)에 맺혀 테일러 콘을 형성하며, 형성된 테일러 콘의 첨단으로부터 액체 방울(3)의 형태로 분사될 수 있다.
침 전극(11)은 도 1에 도시된 바와 같이 박막 형성 재료(2)에 침지된 형태로 배치될 수도 있고, 침 전극(11) 첨단에 고전압을 인가하여 침 전극 (11) 내부로부터 공급된 박막 형성 재료(2)가 침 전극(11)의 첨단에서 액체 방울(3)의 형태로 방출되는 구성일 수도 있다.
침 전극(11)에는 가변 전압인 침 전압(Vp)이 인가될 수 있으며, 침 전압(Vp)의 상세한 사항에 대해서는 후술한다.
복수의 고리 전극(12)은 각각 그 중심이 침 전극(11)의 연장선에 오도록 침 전극(11)과 정렬되어 있고, 박막 형성 재료(2)의 위 표면과 이격되고, 마스크(30) 표면으로부터도 이격되도록 배치되어 있다. 고리 전극(12)은 침 전극(11)으로부터 분사되는 액체 방울(3)들의 진행 방향을 유도하는 역할을 한다.
고리 전극(12)은 일렬 또는 행렬 형상으로 배치되며 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 고리 전극(12)에는 가변 전압인 고리 전압(Vr)이 인가될 수 있다. 고리 전압(Vr)의 상세한 사항에 대해서는 후술한다.
그리드 전극(13)은 고리 전극(12)과 마스크(30) 표면으로부터 각각 이격되도록 배치되어 있다. 그리드 전극(13)은 스테인리스스틸(SUS), 텅스텐(W), 금(Au) 및 백금(Pt) 등으로 형성할 수 있다.
그리드 전극(13)은 약 50 내지 500 메쉬(mesh) 의 형상을 가질 수 있다. 분사된 액체 방울(3)들은 침 전극(11)과 그리드 전극(13)의 사이에서 수십 미크론 오더(micronorder)에서 나노 오더(nanoorder)의 분무 입자(4)들로 분산될 수 있다.
그리드 전극(13)에는 가변 전압인 그리드 전압(Vg)이 인가될 수 있으며, 그리드 전압(Vg)의 상세한 사항에 대해서는 후술한다.
한편, 본 발명의 범위가 상기와 같이 침 전극(11), 고리 전극(12) 및 그리드 전극(13)을 모두 포함하는 전극부(10)로 제한되는 것은 아니며, 도 2의 박막 형성 장치(101)와 같이 전극부(10')가 침 전극(11) 및 고리 전극(12)만으로 이루어질 수도 있고, 도 3의 박막 형성 장치(102)와 같이 전극부(10'')가 침 전극(11') 및 그리드 전극(13)만으로 이루어질 수 있으며, 도 4의 박막 형성 장치(103)와 같이 전극부(10''')가 침 전극(11')만으로 이루어질 수도 있다. 도 2 내지 도 4에 개시된 전극부(10', 10'', 10''')들에 따른 박막 형성 과정의 차이점에 대해서는 후술한다.
기판 거치대(20)는 박막을 형성할 기판(8)을 침 전극(11), 고리 전극(12) 및 그리드 전극(13) 위에 배치하기 위한 장치로써, 고정 장치를 이용하여 기판(8)을 장착하여 박막 형성 영역에 투입하여 침 전극(11), 고리 전극(12) 및 그리드 전극(13) 위에 배치할 수 있다. 기판 거치대(20)는 장착된 기판(8)과 서로 평행하게 배치될 수 있다.
한편, 기판 거치대(20) 및 기판(8)은 기판 전압(VO)이 인가될 수 있다. 기판 전압(VO)의 전위는　접지　전위인 0(V)로도 괜찮지만,　보다　적극적으로　분무 입자(4)들을 기판에　부착시키기　위해서는　분무　입자(4)의　대전과　반대　극성을　가지는　매우　약한　전위를　인가하는　것이　바람직하다.
마스크(30)는 기판(8)과 서로 평행하게 이격되어 배치되되, 표면에 복수의 패턴 홈이 형성될 수 있다. 분무 입자(4)들은 정전기적 인력에 의하여 전극부(10)로부터 마스크(30)의 패턴 홈을 통과하여 기판(8)에 부착되어, 박막(6)을 형성하게 된다. 마스크(30)는 패턴 홈의 형상, 크기 등을 조절함으로써 형성될 박막(6)의 패턴을 조절할 수 있다.
일 실시예에서 마스크(30)의 두께는, 예를 들어 50μm 내지 5mm, 예를 들어 50μm 내지 3mm일 수 있다. 마스크(30)의 두께가 상기 범위 내일 경우, 마스크(30)의 휨 변형(deflection)이 발생하지 않으므로, 고정세의 박막(6)을 패터닝 할 수 있다.
한편, 마스크(30)는 가변 전압인 마스크 전압(Vm)이 인가될 수 있다. 마스크 전압(Vm)은 전극부(10)에 의해 분산된 분무 입자(4)들이 띠는 극성과 같은 극성을 띠도록 조절될 수 있다. 즉, 분무 입자(4) 들이 양의 전하로 대전된 경우, 마스크 전압(Vm)도 양의 전하를 갖도록 조절될 수 있다.
이와 같이 일 실시예에서는 분무 입자(4)들의 극성과 마스크 전압(Vm)의 극성이 서로 같도록 조절함으로써 분무 입자(4)들에 의한 박막(6) 형성 정도를 조절하거나, 박막(6) 형성을 차단할 수 있다. 마스크 전압(Vm)의 제어와 박막 형성 구동에 대한 보다 상세한 사항은 후술한다.
일 실시예의 박막 형성 장치(100)는 마스크(30)와 기판(8) 사이에는 일정 간격으로 배치된 복수의 스페이서(40)를 더 포함할 수 있다. 복수의 스페이서(40)는 마스크(30)와 기판(8) 사이를 서로 평행하게 이격시킬 수 있도록 모두 동일한 높이를 가질 수 있다.
스페이서(40)는 절연성을 갖는 소재로 형성되어 마스크(30)와 기판(8)을 절연시킬 수 있고, 이에 따라 마스크 전압(Vm)과 기판 전압(VO)이 상호 영향을 주지 않고 전위차를 유지할 수 있다.
마스크(30)와 기판(8)이 서로 접촉하여 전위차가 0이 될 경우, 등전위인 마스크(30)와 기판(8) 표면 모두에 박막(6)이 형성되므로, 박막 형성 재료(2)의 손실이 크고, 형성되는 박막(6)의 정밀성이 저하되는 문제가 있다.
그러나, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)의 경우, 마스크(30)와 기판(8) 사이에 절연성 스페이서(40)를 배치하여 마스크(30)와 기판(8)을 전기적으로 절연시킴으로써, 마스크(30) 표면에 박막(6)이 형성되지 않아 박막 형성 재료(2)의 손실을 줄일 수 있고 박막(6) 형성 정밀성 또한 향상 시킬 수 있다.
그러면, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치의 침 전극(11), 고리 전극(12), 그리드 전극(13) 및 마스크(30) 각각에 인가되는 전압들과, 이에 의해 박막 형성 장치의 전극부(10)에 발생하는 전계(electric field)들에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 박막 형성 장치는 레일리(Rayleigh) 불안정을 이용한 정전 증착(ElectroStatic Deposition: 이하 ESD) 장치이다. 레일리 불안정이란, 액면이 대전되어 있을 경우 표면 전하에 의한 정전 반발력이 표면 장력에 의해 액 표면이 줄어드는 것을 저해하는 현상이다(L. Rayleigh；Phil.Mag.,14(1882)184 참조). 대전된 표면 전하에 의한 반발력이 표면 장력보다 강해지면 액은 분열하여 전하를 동반한 매우 작은 액체 방울을 방출하는 현상이다. 또, ESD 라는 것은 바늘 첨단부에 고전압을 인가하여 매우 작은 액체 방울을 방출시킴으로써 대상 기판에 퇴적시키는 박형 도포 기술을 말한다.
원통형 바늘에 고전압을 인가할 경우 바늘의 첨단부에서는 레일리　불안정 현상이 일어난다. 즉, 고전압이 발생시키는 전하가 표면에 머무르면서 바늘 첨단부에서 액의 곡률을 형성시키는 표면 장력보다 강한 정전 반발력을 생성하게 되면, 바늘 첨단부에서는 액의 표면이 돌출(凸)형에서 함몰(凹)형으로 변하게 된다. 그 결과 함몰(凹)형 첨단부는 테일러 콘(Taylor　cone)이라고 부르는 원뿔형이 되며 이 테일러 콘의 정점에서 매우 작은 액체 방울이 방출되는데 이러한 현상을 전기 분사(Electrospraying)라고 한다(A.Jaworek, A.T.Sobczyk, "Electrospraying route to nanotechnology: An overview", Journal of Electrostatics 66(2008) p197-219 참조). 이렇게 방출된 액체 방울은 적정 조건과 측정 방법을 이용할 경우, 1μm~7 μm 로 분사 가능하다(P.164L: Late-News Poster: The Study of Film Formation Process by Using an Electrospray Method to Manufacture High-Productivity OLED Devices Yoshiyuki Seike, Asahi Sunac corporation, Aichi, Japan).
　마이크로미터 단위의 크기로 분사된 액체 방울은 비표면적이 대단히 크기 때문에 빠른 속도로 건조가 진행된다. 따라서 액체 방울은 건조를 통해 전하를 유지한 채로 표면적이 줄어들게 되고, 건조가 진행되면 전하 밀도가 커지면서 정전 반발력이 증대되어 미립화를 반복한다. 그러나 1μm　이하가 되면 표면 전하가 형성하는 강한 전계에 의한 코로나 방전(corona discharge)으로 전하를 잃게 되어 더 이상 분열이 일어나지 않게 된다. 액체 방울이 고형분을 함유하는 경우는 액체 방울이 모두 증발하여 고체 미립자가 된다. 　
이와 같은 방법으로 형성된 미립자를 기판 등의 면에 부착시킴으로써 퇴적시켜 층을 만드는 프로세스를 ESD라고 한다. 이러한 ESD를 이용하여 나노 단위의 얇은 막을 형성할 수 있다. 퇴적될 때 액체는 휘발되기 때문에 상이한 조성의 액으로 ESD를 통해서 여러 층을 형성하면 인접한 층에 액이 스며들어 섞이는 현상없이 층을 형성할 수 있어서 유기 전기 발광 소자 제조용 저분자 재료 도포에 있어서 대단히 유망한 방법이라 할 수 있다. 　　　
　도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치에서 복수의 침 전극(11)에 침 전압(Vp)을 인가한다. 침 전압(Vp)은 뾰족한 침 전극(11)의 첨단에 직류 전압을 인가할 때에 코로나 방전이 발생하는 영역의 전압으로서, 예를 들어 500(V) 이상, 예를 들면 500(V) 이상 50000(V) 이하, 예를 들어 500(V) 이상 20000(V) 이하일 수 있다. 침 전압(Vp)이 상기 범위 내일 경우, 미립화를 반복하던 액체 방울(3)들은 코로나 방전에 의해 내부 용매가 증발됨으로써, 더 이상 분열되지 않고 고체 미립자인 분무 입자(4)들로 분산될 수 있다.
침 전극(11)에 인접한 곳에 설치되어 있는 고리 전극(12)의 중심축 위에 침 전극(11)을 배치하는 것이 바람직하나, 중심축이 틀어진다고 하더라도 방전 이상이 일어날 문제는 없다.
고리 전극(12)은 침 전극(11)에 의해 방출된 액체 방울(3)과 분산된 분무 입자(4)들의 분산 방향을 조절할 수 있다. 고리 전극(12)에는 고리 전압(Vr)이 인가될 수 있으며, 고리 전압(Vr)은 직류 전압을 인가할 때에 코로나 방전이 발생하는 영역의 전압으로서, 예를 들어 500(V) 이상, 예를 들면 500(V) 이상 50000(V) 이하, 예를 들어 500(V) 이상 20000(V) 이하를 의미한다. 고리 전압(Vr)이 상기 범위 내일 경우, 침 전극(11)의 첨단에 전기장을 집중시킬 수 있으므로, 보다 효과적인 정전 분무가 가능하다.
고리 전극(12)에 의해 분산 방향이 조절된 분무 입자(4)들은 그리드 전극(13)을 향해 이동될 수 있다. 그리드 전극(13)에는 그리드 전압(Vg)이 인가될 수 있으며, 그리드 전압(Vg)은 직류 전압을 인가할 때에 코로나 방전이 발생하는 영역의 전압으로서, 예를 들어 500(V) 이상, 예를 들면 500(V) 이상 50000(V) 이하, 예를 들어 500(V) 이상 20000(V) 이하를 의미한다. 그리드 전압(Vg)이 상기 범위 내일 경우, 그리드 전극(13)을 통과하여 마스크(30)를 향해 이동되는 잔여 액체 방울(3)이 더 이상 분열되지 않고 고체 미립자인 분무 입자(4)들로 분산될 수 있다.
한편, 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치에서, 침 전압(Vp), 고리 전압(Vr) 및 그리드 전압(Vg)의 극성은 분무 입자(4)의 극성과 모두 같도록 조절될 수 있다. 이에 따라, 분무 입자(4)가 침 전극(11), 고리 전극(12) 또는 그리드 전극(13)의 표면에 부착되지 않고 마스크(30) 쪽으로 이동될 수 있다.
도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치에서 전극부(10)에 인가되는 전압의 절대값의 크기는 침 전압(Vp) > 고리 전압(Vr) > 그리드 전압(Vg) 순 일 수 있다. 이와 같이 전위차를 부여함으로써, 분무 입자(4)는 전극부(10) 내에서 침 전극(11)으로부터 그리드 전극(13)을 향해 이동될 수 있다.
그러면, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치의 전극부(10)로부터 마스크(30) 및 기판(8)에 발생하는 근접 전계(near field)와, 마스크 전압(Vm)의 변화에 따라 근접 전계가 박막(6) 형성을 차단하도록 변화하는, 이른바 ‘정전 셔터(electrostatic shutter)’ 상태에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다.
도 5는 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 근접 전계를 포함하는 박막 형성 장치를 나타낸 것이고, 도 6은 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성이 차단된 상태를 도시한 것이다.
본 발명에서는 마스크(30)와 가장 가까운 전극부(10) 전극으로부터 마스크(30)의 패턴 홈을 통과하여 기판(8)으로 향하는 전계를 근접 전계(near field)로 정의하며, 근접 전계는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 분무 입자(4)의 이동 경로에 해당하는 복수의 전기력선(5)들을 포함한다.
그리드 전극(13)을 통과한 분무 입자(4)들은 마스크(30)의 패턴 홈을 통과하여 기판(8)에 부착됨으로써 박막(6)을 형성하게 되고, 그리드 전극(13)은 마스크(30) 및 기판(8)과 근접 전계를 형성한다.
도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치에서는 분무 입자(4)가 전기력선(5)들을 따라 이동될 수 있도록, 그리드 전압(Vg) > 마스크 전압(Vm) > 기판 전압(VO)을 만족할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 근접 전계는 그리드 전압(Vg), 마스크 전압(Vm) 및 기판 전압(VO)의 크기에 각각 영향을 받는다. 그리드 전압(Vg)을 제외한 나머지 침 전압(Vp)과 고리 전압(Vr)이 근접 전계에 미치는 영향은 미미하다.
이에, 본 발명에서는 마스크(30)와 가장 가까운 전극부(10) 전극의 전압으로서, 자기력선(5)들을 포함하는 근접 전계의 흐름을 지배하는 전극을 ‘지배 전극’으로, 지배 전극에 인가되는 전압을 ‘지배 전압(Va)’으로 정의한다. 즉, 도 1에서는 그리드 전극(13)이 지배 전극이 되며, 그리드 전압(Vg)이 지배 전압(Va)이 된다.
다만, 본 발명의 범위가 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 도 2에 도시된 바와 같이 마스크(30)와 가장 가까운 전극이 링 전극(12)일 경우 링 전극(12)이 지배 전극, 링 전압(Vr)이 지배 전압(Va)이 될 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 링 전극이 생략된 형태의 전극부(10’)라 할지라도 마스크(30)와 가장 가까운 전극이 그리드 전극(13)인 경우 그리드 전극(13)이 지배 전극, 그리드 전압(Vg)이 지배 전압(Va)이 될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 마스크(30)와 가장 가까운 전극이 침 전극(11)인 경우 침 전극(11)이 지배 전극, 침 전압(Vp)이 지배 전압(Va)이 될 수 있다.
한편, 근접 전계는 마스크 전압(Vm)이 변화함에 따라 서로 다른 형태를 갖도록 변화될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 자기력선(5)이 지배 전극인 그리드 전극(13)으로부터 기판(8)에 이르도록 연장될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 자기력선(5)이 마스크(30) 또는 기판(8)에 연장되지 못하고 지배 전극인 그리드 전극(13)과 마스크(30) 사이에 형성될 수 있다.
도 5의 경우 분무 입자(4)가 그리드 전극(13) 및 마스크(30)의 패턴 홈을 통과하여 기판(8)에 부착되므로, 박막(6) 형성이 이루어지게 된다. 다만, 도 6의 경우, 분무 입자(4)가 그리드 전극(13)과 마스크(30) 사이의 공간에서 체류하게 되므로, 박막(6) 형성이 차단된다. 즉, 근접 전계에서 마스크 전압(Vm)을 특정 전압 이상 인가할 경우, 도 6의 경우와 같이 박막(6) 형성이 차단될 수 있다.
본 발명에서는 도 6의 경우와 같이 기판(8) 표면에 박막(6)이 형성되지 않는, 즉, 박막(6) 형성이 차단되는 상태의 마스크 전압(Vm)을 셔터 전압(Vms)으로, 셔터 전압(Vms) 이상의 전압이 인가되어 박막(6) 형성이 차단되는 상태를 정전 셔터(electrostatic shutter) 상태로 각각 정의한다.
셔터 전압(Vms)은, 마스크(30)와 전극부(10) 전극간 최단거리, 즉, 마스크(30)와 지배 전극간 최단거리를 L, 기판(8)과 마스크(30)의 최단거리를 CL이라고 할 때, 하기 식 1의 관계를 만족한다.
Figure 112015085795172-pat00003
.................. [식 1]
즉, 셔터 전압(Vms)은 기판 전압(VO) 및 지배 전압(Va)과는 비례하되, 지배 전극과 마스크 간 최단거리(L) 및 기판과 마스크간 최단거리(CL)과는 각각 반비례하는 양상을 나타낸다.
일 실시예에서 지배 전극과 마스크(30)간 최단거리(L)는, 예를 들어 0.005m 내지 0.3m, 예를 들어 0.005m 내지 0.1m일 수 있다. 지배 전극과 마스크(30) 간 최단거리(L)가 상기 범위 내일 경우, 지배 전극과 마스크(30) 간 근접 전계가 형성되는 공간이 충분하여 마스크(30)에 셔터 전압(Vm) 이상의 전압이 인가(Vm ≥ Vms)될 경우, 도 6에 도시된 바와 같은 근접 전계가 형성될 수 있다.
일 실시예에서 기판(8)과 마스크(30)의 최단 거리(CL)는 예를 들어 30μm 내지 3mm, 예를 들어 30μm 내지 1mm 일 수 있다. 기판(8)과 마스크(30)의 최단 거리(L)가 상기 범위 내일 경우, 기판(8)과 마스크(30)가 적절한 정도로 이격되어 보다 고정세의 박막(6)을 형성할 수 있으며, 기판(8)에 인가된 기판 전압(VO)과 마스크(30)에 인가된 마스크 전압(Vm) 간의 전위차를 유지할 수 있어 마스크(30) 표면에 박막 형성 재료(2)가 부착되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 지배 전압(Va)의 절대값은 셔터 전압(Vms)의 절대값보다 크도록 조절될 수 있다.
셔터 전압(Vms)의 절대값이 지배 전압(Va)과 같거나 크게 되면, 분무 입자(4)들이 마스크(30)로부터 지배 전극 방향으로 이동되도록 전기력선(5)이 마스크(30) 근처가 아닌 지배 전극 근처에 형성되고, 이에 따라 마스크 전압(Vm)을 박막(6) 형성이 가능한 전압으로 되돌릴 경우 박막(6) 형성에 필요한 근접 전계 형성 시까지 지연 시간이 발생한다.
즉, 지배 전압(Va)의 절대값이 셔터 전압(Vms)의 절대값보다 크도록 조절함으로써, 분무 입자(4)들의 이동 방향이 지배 전극으로부터 마스크(30)를 향하도록 정상 상태(steady state)를 유지할 수 있고, 이에 따라 마스크 전압(Vm)을 박막(6) 형성이 가능한 전압으로 되돌릴 경우에도 지연 시간 없이 박막(6) 형성이 가능하다.
일 실시예에서 지배 전압(Va)의 절대값은, 예를 들어 500(V) 이상, 예를 들면 500(V) 이상 50000(V) 이하, 예를 들어 500(V) 이상 20000(V) 이하를 의미한다. 지배 전압(Va)의 절대값이 상기 범위 내일 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 지배 전압(Va)과 마스크 전압(Vm)간 근접 전계를 정상 상태(steady state)로 유지하기 용이하다.
일 실시예에서 셔터 전압(Vms)의 절대값은, 예를 들어 1.5(V) 내지 100(V), 예를 들어 5(V) 내지 50(V) 일 수 있다. 셔터 전압(Vms)이 상기 범위 내일 경우, 분무 입자(4)가 기판(8)측에 부유하는 것을 안정적으로 차단할 수 있다.
한편, 일 실시예의 박막 형성 장치(100)는 하기 식 2의 관계를 만족한다.
Figure 112015085795172-pat00004
..................... [식 2]
즉, 셔터 전압(Vms)과 기판 전압(VO)의 전위차는 지배 전압(Va) 및 분무 입자(4)와 같은 극성을 갖는다.
셔터 전압(Vms)이 지배 전압(Va) 및 분무 입자(4)와 다른 극성을 갖게 되면 분무 입자(4)들이 기판(8)이 아닌 마스크(30)에 부착되는 문제가 있다. 다만, 셔터 전압(Vms)이 지배 전압(Va) 및 분무 입자(4)와 같은 극성을 가지면, 분무 입자(4)들과 마스크(30)간의 반발력에 의해 도 6에 도시된 바와 같은 형태의 전기력선(5)들이 형성될 수 있다.
상기 식 2에서, 일반적으로 기판 전압(VO)의 전위는 접지 전위로도 괜찮지만, 보다 적극적으로 분무 입자(4)들을 기판에 부착시키기 위해서는 분무　입자(4)의　대전과　반대　극성을　가지는　약한　전위, 예를 들어 기판 전압(VO)의 절대값은 0 초과 100(V) 이하의 전위를 가질 수도 있다. 이에 따라, 기판 전압(VO)의 변화에 따른 셔터 전압(Vms)과의 전위차가 0을 초과하도록 조절될 수 있다.
이와 같이 마스크 전압(Vm)을 조절하여 근접 전계를 제어함으로써 박막(6) 형성을 차단하게 되면, 예를 들어 매엽 방식으로 박막(6)을 형성할 경우, 별도의 물리적인 셔터 없이도 마스크 전압(Vm)을 셔터 전압(Vms) 이상으로 유지하면서 용이하게 기판(8) 교체를 수행할 수 있다.
또한, 정전 셔터 상태는 마스크(30)에 셔터 전압(Vms) 이상의 전압을 인가하게 되면 즉각적으로 발생하므로, 셔터 배치에 따른 공정 대기 시간이 발생하지 않고, 근접 전계를 변형시키는 방식이므로 물리적 셔터에 비해 보다 고정세의 박막(6) 형성 제어가 가능하다.
즉, 일 실시예는 물리적인 셔터를 포함하는 기존 박막 형성 장치 대비 대량 제조 효율성이 높으며, 고정세의 박막을 형성할 수 있는 박막 형성 장치(100)를 제공할 수 있다.
그러면, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치의 셔터 전압(Vms)이 상기의 식 1와 식 2를 만족하는지 하기의 실험예들을 바탕으로 좀 더 자세히 설명한다.
도 7은 마스크와 기판 사이의 최단거리(CL)가 각각 50μm, 100 μm, 200μm일 때 전계 전극(Va)과 셔터 전압(Vms)의 상관관계를 거리별로 나타낸 그래프이다.
실험 1: 대용 전하법에 의해 산출된 셔터 전압과 식 1의 비교
도 1에 도시된 박막 형성 장치(100)로서, 마스크(30)의 패턴 홈들 간격이 300μm, 마스크(30)의 패턴 홈 직경이 140 μm, 기판 전압(VO)이 접지전위인 0(V), 지배 전극과 마스크(30)간 최단거리(L)가 0.1m, 기판(8)과 마스크(30)간 최단 거리(CL)가 50μm가 되도록 배치된 박막 형성 장치(100)에 지배 전압(Va)을 500V, 1000V, 2500V, 5000V으로 각각 변화시키면서 근접 전계의 변화를 산출한다. 근접 전계의 변화는 전하 및 전위분포의 일의성을 이용한 수치해석 방법인 대용 전하법을 통해 산출한다. 대용 전하법을 통해 산출된 셔터 전압의 값(Vms1)을 아래 표 1에 나타내고, 도 7의 동그라미로 나타낸다. 또한, 각각의 조건을 전술한 식 1에 대입하여, 식 1에 의해 산출된 셔터 전압의 값(Vms2)를 아래 표 1에 나타내고, 이에 대한 경향성을 표 7의 실선으로 나타낸다.
이후, 기판(8)과 마스크(30)간 최단 거리(CL)가 100μm가 되도록 배치하고 상기의 실험을 반복하여 대용 전하법을 통해 산출된 셔터 전압의 값(Vms1)을 아래 표 1에 나타내고, 도 7의 세모로 나타낸다. 또한, 각각의 조건을 전술한 식 1에 대입하여 산출된 셔터 전압의 값(Vms2)를 아래 표 1에 나타내고, 이에 대한 경향성을 표 7의 점선으로 나타낸다
이후, 기판(8)과 마스크(30)간 최단 거리(CL)가 200μm가 되도록 배치한 것을 제외하고는 전술한 실험예 1과 동일한 방법으로 대용 전하법을 통해 산출된 셔터 전압의 값(Vms1)을 아래 표 1에 나타내고, 도 7의 네모로 나타낸다. 또한, 각각의 조건을 전술한 식 1에 대입하여 산출된 셔터 전압의 값(Vms2)를 아래 표 1에 나타내고, 이에 대한 경향성을 표 7의 일점쇄선으로 나타낸다.
표 1은 다음과 같다.
지배 전압 (V) 셔터 전압 (V)
CL=50μm CL=100μm CL=200μm
Vms1
(V)		 Vms2
(V)		 Vms1
(V)		 Vms2
(V)		 Vms1
(V)		 Vms2
(V)
500 8.0 7.8 3.3 3.4 1.5 1.5
1000 16.0 15,5 6.7 6.8 3.0 2.9
2500 40.0 38.8 16.7 16.9 7.0 7.3
5000 80.0 77.6 33.0 33.8 14.0 14.7
상기 표 1을 참조하면, 지배 전압(Va)의 크기가 증가할수록 셔터 전압(Vms)의 크기가 점진적으로 증가하는 것을 알 수 있으며, 기판(8)과 마스크(30)간 최단 거리(CL)의 증가에 따라 셔터 전압(Vms)은 감소하는 양상을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 표 1과 도 7을 함께 참조하면, Vms1과 Vms2는 약간의 오차는 있으나 서로 일치하는 추세를 나타냄을 확인할 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)의 셔터 전압(Vms)은 상기의 식 1을 만족함을 확인할 수 있다.
실험 2: 셔터 전압과 지배 전압, 기판 전압 측정을 통한 식 2의 검증
도 1에 도시된 박막 형성 장치(100)로서, 마스크(30)의 패턴 홈간 간격이 300μm, 마스크(30)의 패턴 홈 직경이 140 μm, 지배 전극과 마스크(30)간 최단거리(L)가 0.1m, 기판(8)과 마스크(30)간 최단 거리(CL)가 100μm가 되도록 배치된 박막 형성 장치(100)에 마스크 전압(Vm)을 ± 30V 중 어느 하나로, 기판 전압(VO)을 0V, ±5V, ±30V 중 어느 하나로, 지배 전압(Va)을 ±5000V 중 어느 하나로 하여, 식 2의 조건을 만족시키는 다섯 가지 경우를 실험예 1 내지 실험예 5로 아래 표 2에 나타낸다.
이후, 비교예 1로는 실험예 2와 동일한 조건 하에 마스크 전압(Vm)을 +10V로, 기판 전압(VO)을 +15V 로, 지배 전압(Va)을 +5000V 로 달리하여, 비교예 2로는 실험예 2와 동일한 조건 하에 마스크 전압(Vm)을 -30V로, 기판 전압(VO)을 -50V 로, 지배 전압(Va)을 -5000V로 하여 아래 표 2에 나타낸다.
표 2는 다음과 같다.
비교예1 비교예2 실험예 1 실험예 2 실험예 3 실험예 4 실험예 5
Vm (V) +10 -30 +30 +30 +30 -30 -30
VO (V) +15 -50 0 -5 +5 +50 -10
Va (V) +5000 -5000 +5000 +5000 +5000 -5000 -5000
(Vm-　VO)
/Va		 -0.001 <0 -0.004 <0 +0.006 >0 +0.007 >0 +0.005 >0 +0.016 >0 +0.004 >0
박막 형성 위치 마스크 표면 마스크 표면 기판
표면		 기판 표면 기판 표면 기판 표면 기판 표면
상기 표 2를 참조하면, 식 2를 만족하지 못하는 비교예 1과 비교예 2의 경우, 마스크(30) 표면과 기판(8) 표면에 모두 박막(6)이 형성되는 것을 알 수 있다. 이에 비해, 식 2를 만족하는 실험예 1 내지 실험예 5의 경우, 기판(8) 표면에만 박막(6)이 형성되는 것을 알 수 있다.
비교예 1, 2와 실험예 1 내지 5 모두 마스크 전압(Vm), 지배 전압(Va) 및 분무 입자(4)들이 모두 같은 극성을 가진다.
그러나, 비교예 1과 비교예 2의 경우, 마스크 전압(Vm)과 기판 전압(VO)의 전위차가 0보다 작아, 분무 입자(4)들과 기판 전압(VO) 사이에 정전기적 반발력이 발생하고, 이에 따라 밀려난 분무 입자(4)들이 마스크(30)의 표면에 부착되어 박막(6)을 형성하는 것임을 알 수 있다.
한편, 실험예 1 내지 실험예 5의 경우, 마스크 전압(Vm)과 기판 전압(VO)의 전위차가 0보다 크므로, 분무 입자(4)들이 마스크(30)을 거쳐 기판(8)으로 유도, 부착됨으로써 기판(8) 표면에 박막(6)을 형성하는 것임을 알 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)는 상기의 식 2를 만족함으로써, 기판(8) 표면에 용이하게 박막(6)을 형성함을 확인할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치의 전극부(10)로부터 마스크(30) 및 기판(8)에 발생하는 근접 전계(near field)와, 마스크 전압(Vm)의 미세 변화에 따라 형성되는 박막(6)의 두께의 불균일성에 대하여 개략적으로 설명한다.
일 실시예에서는 마스크 전압(Vm)이 셔터 전압(Vms) 미만에서 분무 입자(4)가 전기력선(5)을 따라 기판(8) 표면에 부착되어 박막(6)을 형성하는 시간을 ‘시효 시간(aging time)’으로 정의한다.
도 8은 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성 과정에서 시효 시간(aging time) 동안 마스크에 제1 전압(Vm1)만을 인가한 경우를 도시한 것이고, 도 9는 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성 과정에서 시효 시간동안 마스크에 제1 전압(Vm1)보다 강한 제2 전압(Vm2)을 인가한 경우를 도시한 것이다. 본 실시예에서 제1 전압(Vm1) 및 제2 전압(Vm2)은 모두 셔터 전압(Vms)보다 작으므로, 기판(8)에 박막(6)이 형성될 수 있다.
마스크(30)에 제1 전압(Vm1)이 인가되면, 근접 전계의 전기력선(5)들은 도 8에 도시된 바와 같이 그리드 전극(13)으로부터 마스크(30)의 패턴 홈을 통과하여 기판(8) 표면으로 연장된다. 일 실시예에서는 마스크 전압(Vm)과 기판 전압(VO)의 전위차가 0이 되지 않도록 조절되며, 마스크 전압(Vm)과 분무 입자(4)들이 같은 극성을 띄어 서로 반발하도록 조절되므로, 분무 입자(4)들은 마스크(30) 표면에 부착되지 않고 전기력선(5)을 따라 이동하여 기판(8) 표면에 부착됨으로써 박막(6)을 형성할 수 있다.
한편, 마스크(30)에 제1 전압(Vm1)이 인가되면, 마스크(30) 근처에 분포하던 분무 입자(4)들은 그리드 전극(13) 근처에 분포하던 분무 입자들 대비 기판(8)까지의 거리가 짧아, 각 전기력선(5)을 따라 고르게 분포되지 못하고 전기력선(5)들 중 최외각측에 집중되어 이동하게 된다. 이에 따라, 박막(6)은 도 8에 도시된 바와 같이 양 측부가 돌출된 형상을 갖게 된다.
반면, 마스크(30)에 제1 전압(Vm1)보다 강한 제2 전압(Vm2)이 인가될 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 전술한 도 8 대비 양 측부가 더욱 돌출된 형상의 박막(6)이 형성된다.
즉, 도 8 및 도 9에 따르면, 동일한 마스크 전압(Vm)이 계속 인가될 경우 박막(6)의 두께가 균일하지 못하게 형성되며, 이러한 박막(6) 두께의 불균일성은 근접 전계에 분포된 분무 입자(4)들의 위치, 마스크(30)의 전압 인가 정도, 분무 입자(4)들의 이동 경로 등에 의해 발생할 수 있다.
그러면, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)에서 시효 시간동안 한 종류의 마스크 전압(Vm)만을, 서로 크기를 달리하며 인가할 경우 형성되는 박막(6) 형상의 차이에 대하여 하기의 실험예를 바탕으로 좀 더 자세히 설명한다.
실험 3: 일정한 값의 마스크 전압만을 크기만 달리하여 인가할 경우의 박막 형상의 변화측정
도 10 내지 도 12는 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성 과정에서 마스크 전압(Vm)으로 각각 도 10은 9(V), 도 11은 11(V), 도 12는 15(V)를 인가할 경우 형성되는 박막 두께의 균일한 정도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10 내지 도 12 각각에서 상측의 (A)에 해당하는 도면은 근접 전계가 형성된 박막 형성 장치 내부를 나타낸 도면이고, 하측의 (B)에 해당하는 도면은 형성되는 박막의 폭과 두께를 나타낸 그래프이다.
도 10 내지 도 12 각각의 하측 (B)에 해당하는 그래프는 박막(6)의 폭을 μm 단위로, 두께를 % 단위로 각각 나타낸다. 박막(6)의 두께를 %로 나타냄으로써, 박막(6)의 두께가 최소가 되는 지점 대비 최대가 되는 지점과의 편차(Δ)를 용이하게 파악할 수 있다.
패턴 홈 직경 140μm, 패턴 홈간 간격 300μm 이고, 지배 전극과 마스크(30)간 최단거리(L)가 0.1m, 기판(8)과 마스크(30)간 최단 거리(CL)가 100 μm 이 되도록 배치된 박막 형성 장치(100)에 시효 시간 동안 5000V 의 지배 전압(Va)을 인가하고, 마스크 전압(Vm)으로는 각각 9V, 11V 및 15V의 일정한 전압을 인가하여, 그 결과를 도 10 내지 도 12로 나타낸다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 박막(6)의 폭은 도 10의 경우 약 50μm, 도11의 경우 약 37μm, 도 12의 경우 약 24μm로 점점 좁아지는 것을 확인할 수 있다. 이는, 마스크 전압(Vm)으로 강한 전압이 인가될 수록 마스크(30)와 분무 입자(4)들 간 반발력이 강해져 전기력선(5)들간 간격이 좁아져 박막(6) 형성이 특정 지점, 예컨대 도 10 내지 도 12에서는 박막(6)의 폭 좌표 중 약 -5μm에 해당하는 지점을 향해 집중되기 때문인 것을 알 수 있다.
한편, 박막(6)의 최소 두께 대비 최대 두께는 도 10의 경우 100% 대비 107.6%인, Δ7.6%로 나타났으나, 도 11의 경우 100% 대비 104.6%인 Δ4.6% 로 다소 감소하였다가 도 12의 경우 100% 대비 109.8%인 Δ9.8%로 급격히 증가한 것을 확인할 수 있다. 도 10 대비 도 11의 비율이 감소한 것은 마스크 전압의 변화에 따라 분무 입자(4)들의 이동 경로가 늘어나기 때문인 것으로 파악되며, 도 11 대비 도 12의 비율이 급격히 증가한 것은 분무 입자(4)들의 길어진 이동 경로보다 강한 전압 인가에 따른 박막(6) 형성 폭 축소 및 분무 입자(4)들의 이동 속도가 더 큰 영향을 미치기 때문인 것으로 파악된다.
전술한 바와 같이, 시효 시간 동안 각각 서로 다른 전압을 일정하게 인가할 경우, 인가된 전압에 따라 근접 전계가 변화함으로써 박막(6)의 두께가 각각 다르게 형성됨을 알 수 있다. 또한, 기판(8)에 도달한 전기력선(5)들이 어느 한 지점을 향해 점점 집중됨으로써 박막(6)의 폭이 인가되는 마스크 전압(Vm)에 반비례하는 경향이 있음을 확인할 수 있다.
도 13은 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 박막 형성 과정에서 시효 시간 동안 마스크에, 각각 일정한 전위를 갖는 제1 전압(Vm1), 제2 전압(Vm2), 제3 전압(Vm3)을 포함하는 전압 시퀀스를 인가할 경우 시효 시간 대비 마스크 전압(Vm)의 변화와, 완성된 박막 두께의 균일한 정도를 도시한 것이다.
도 13에서는 편의 상 마스크 전압(Vm)의 전압 시퀀스가 제3 전압(Vm3), 제2 전압(Vm2), 제1 전압(Vm1)이 순차적으로 인가된 후, 다시 제2 전압(Vm2) 및 제3 전압(Vm3)이 순차적으로 인가된 파형을 갖도록 나타내었으나, 마스크 전압(Vm)의 파형이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 일 실시예에서 전압 시퀀스에 따라 형성되는 박막 두께의 균일한 정도는 제1 전압(Vm1), 제2 전압(Vm2), 제3 전압(Vm3)이 인가되는 순서와는 무관한 것이다.
일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)는 도 13에 도시된 바와 같이 시효 시간 내 마스크 전압(Vm)으로 2 이상의 서로 다른 전압을 포함하는 전압 시퀀스를 인가함으로써 박막(6)의 두께를 미세하게 제어할 수 있는 박막 형성 장치(100)를 제공한다.
보다 구체적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 전압(Vm1)을 인가하여 전술한 도 10에 도시된 바와 같이 비교적 넓은 폭을 갖는 박막을 형성하고, 제1 전압(Vm1)의 절대값보다 큰 제2 전압(Vm2)을 인가하여, 전술한 도 11에 도시된 바와 같이 비교적 좁은 폭을 갖는 박막을 형성하며, 제1 전압(Vm1) 및 2 전압(Vm2)의 절대값보다 큰 제3 전압(Vm3)을 인가하여, 전술한 도 13에 도시된 바와 같이 매우 좁은 폭을 갖는 박막을 형성함으로써, 완성된 박막의 형상이 도 13에 도시된 바와 같이 비교적 고른 형상을 나타내도록 조절할 수 있다.
한편, 제1 전압(Vm1) 내지 제3 전압(Vm3)들은 모두 기판 전압(VO)보다 커야 한다. 즉, 기판 전압(VO)과 등전위를 갖는 마스크 전압을 임계 전압(Vm0)이라 하면, 제1 전압(Vm1) 내지 제3 전압(Vm3)들은 모두 임계 전압(Vm0)을 초과하는 크기를 갖는다.
즉, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)는 설정된 시간 동안 일정한 전위를 갖는 서로 다른 전압인 제1 전압(Vm1), 제2 전압(Vm2) 및 제3 전압(Vm3)을 포함하는 전압 시퀀스를 마스크 전압(Vm)으로 인가함으로써, 두께가 균일한 박막을 형성할 수 있다.
시효 시간 동안, 마스크 전압(Vm)의 절대값은 예를 들어 1(V) 내지 100(V), 예를 들어 1.5(V) 내지 50(V) 에서 가변될 수 있다. 즉, 제1 전압(Vm1), 제2 전압(Vm2) 및 제3 전압(Vm3) 모두 절대값이 예를 들어 1V 내지 100V, 예를 들어 1.5(V) 내지 50(V) 에서 가변될 수 있다.
시효 시간 동안의 마스크 전압(Vm)이 상기 범위 내에서 가변될 경우, 지배 전극으로부터 마스크(30) 패턴 홈을 통과하여 기판(8)에 이르는 근접 전계가 형성될 수 있으며, 마스크 전압(Vm)과 미세 입자들의 이동 경로가 서로 상쇄되어 박막 형성 속도 및 박막 형성 효율이 증가될 수 있다.
제1 전압(Vm1)은, 예를 들면 마스크 전압(Vm)의 시효 시간의 75% 이상, 예를 들면 82% 내지 99%, 예를 들면 94% 내지 98%로 인가될 수 있다. 시효 시간 내 제1 전압(Vm1)의 비율이 상기 범위 내일 경우, 비교적 낮은 전압에 의하여 마스크(30)의 패턴 홈에 가까운, 비교적 넓은 두께를 갖는 박막을 형성할 수 있다.
제2 전압(Vm2)은, 예를 들면 마스크 전압(Vm)의 시효 시간의 1% 내지 20%, 예를 들면 1% 내지 15%, 예를 들면 4% 내지 6%로 인가될 수 있다. 시효 시간 내 제2 전압(Vm2)의 비율이 상기 범위 내일 경우, 제1 전압(Vm1)에 의해 형성되는 박막을 폭넓게 메울 수 있어, 박막의 두께 오차를 최소화 할 수 있다.
제3 전압(Vm3)은, 예를 들면 마스크 전압(Vm)의 시효 시간의 5% 이하, 예를 들면 0.1% 내지 5%, 예를 들면 1% 내지 5% 로 인가될 수 있다. 시효 시간 내 제3 전압(Vm3)의 비율이 상기 범위 내일 경우, 제1 전압(Vm1) 및 제2 전압(Vm2)에 의하여 메워지지 않는 좁은 영역을 집중적으로 메울 수 있어, 박막의 두께 오차를 최소화할 수 있다.
다만, 제1 전압(Vm1) 내지 제3 전압(Vm3)의 시효 시간은 반드시 상기의 범위로 한정되는 것은 아니며, 지배 전압(Va)이나 마스크 전압(Vm)의 크기, 기판(8)과 마스크(30) 간 최단 거리, 마스크(30)와 전극부(10)간 최단거리, 마스크(30) 패턴 홈 직경 등의 조건들에 따라 다양하게 조절 가능하다.
한편, 시효 시간을 제외한 시간에는 마스크 전압(Vm)에 셔터 전압(Vms) 이상의 전압이 인가되어, 박막(6)의 형성을 차단시킬 수 있다. 이를 통해, 박막(6)이 형성된 기판(8)을 박막 형성 장치(100)로부터 이탈시키고, 박막 형성이 필요한 새로운 기판을 배치하는, 매엽 방식의 박막 형성이 용이하다.
한편, 마스크 전압(Vm)에 인가되는 전압 시퀀스는 도 13에 도시된 바와 같이, 적어도 시효 시간 동안 주기적인 파형을 나타내도록 조절될 수 있다. 즉, 임계 전압(Vm0)보다 큰 값을 갖되, 일정한 전위를 갖는 제1 전압, 제2 전압, 제3 전압이 계단파(step form wave) 형태로 인가되도록 조절될 수 있다. 마스크 전압(Vm)이 주기파일 경우, 주파수는 일반적인 전원의 주파수인 50 내지 60Hz 로부터 1kHz 의 고주파에 이르기까지 다양하게 조절될 수 있다.
이와 같이 마스크 전압(Vm)의 시퀀스를 주기파 형태로 조절함으로써, 박막의 두께를 보다 정밀하게 제어할 수 있으며, 전압의 주기성을 통하여 박막 형성 진행 과정을 예측할 수 있어 오차를 최소화하고 박막 두께 정밀성을 보다 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 범위가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 마스크 전압의 시퀀스는 계단파가 아닌 다양한 주기적인 파형을 나타낼 수도 있고, 비주기적인 파형을 나타낼 수도 있다.
도 14 내지 도 19는 도 1의 실시예에 따른 박막 형성 장치의 다양한 마스크 전압(Vm) 파형의 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
즉, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)에서, 시효 시간동안 인가되는 마스크 전압(Vm) 시퀀스의 파형은 전술한 바와 같이 특정한 파형에 한정되는 것은 아니며, 도 14에 도시된 바와 같이 테이퍼 형상의 비주기적 파형이거나, 도 15에 도시된 바와 같이 정현파(sine wave) 형상이거나, 도 16에 도시된 바와 같이 계단파 형상의 비주기적 파형이거나, 도 17에 도시된 바와 같이 셔터 전압(Vms) 이상의 전압을 포함하는 계단파 형상의 비주기적 파형이거나, 도 18에 도시된 바와 같이 톱니파(sawtooth wave) 형상이거나, 도 19에 도시된 바와 같이 구형파(square wave) 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)는 시효 시간 내의마스크 전압(Vm)에, 임계 전압(Vm0)보다 크되, 서로 다른 크기를 갖는 적어도 2 이상의 전압들을 포함하는 전압 시퀀스를 인가함으로써 박막의 두께를 균일하고 안정적으로 형성할 수 있다.
그러면, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)에서 도 13에 도시된 바와 같은 전압 시퀀스를 갖는 마스크 전압(Vm)을 인가한 경우, 시효 시간 내 제1 전압(Vm1) 내지 제3 전압(Vm3)이 차지하는 비율에 따른 박막 형상의 변화에 대하여 하기의 실험예들을 바탕으로 좀 더 자세히 설명한다.
실험 4: 마스크 전압에 인가되는 전압 시퀀스 차이에 따른 박막 형상의 변화
패턴 홈 직경 80 또는 140μm, 패턴 홈간 간격 300μm 이고, 지배 전극과 마스크(30)간 최단거리(L)가 0.1m, 기판 전압(VO)은 접지전압으로 0V이고, 기판(8)과 마스크(30)간 최단 거리(CL)가 50 또는 100 μm 가 되도록 배치된 박막 형성 장치(100)에 시효 시간 동안 1000V 또는 5000V 의 지배 전압(Va)을 인가하고, 마스크 전압(Vm)으로는 도 13에 도시된 전압 시퀀스로, 제1 전압(Vm1)을 82% 내지 96%으로, 제2 전압(Vm2)을 4% 내지 15%로, 제3 전압(Vm3)을 5% 이하로 인가하고, 그 결과를 표 3과 표 4로 나타낸다.
표 3은 아래와 같다.
비교예3 실험예6 실험예7 비교예4 실험예8 실험예9
VO (V) 0 0 0 0 0 0
Va (V) 5000 5000 5000 5000 5000 5000
패턴 홈 직경 (μm) 140 140 140 80 80 80
패턴 홈간 간격 (μm) 300 300 300 300 300 300
CL (μm) 100 100 100 100 100 100
L (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Vm (V) Vm1 9 9 9 18 18 18
Vm2 11 11 11 22 22 22
Vm3 15 15 15 25 25 25
시효시간별 비율 (%) R1 100 95 94.5 100 96 95.5
R2 0 5 5 0 4 4
R3 0 0 0.5 0 0 0.5
박막 폭 (μm) 50 50 50 35 35 35
박막 두께 Δ (%) 7.6 0.8 0.6 7.4 1.1 0.2
표 3의 실험예 6과 실험예 7에 해당하는 마스크 전압(Vm)의 시효시간 별 비율과, 최종 형성되는 박막의 폭과 두께는 도 20에 나타내고, 표 3의 실험예 8과 실험예 9에 해당하는 마스크 전압(Vm)의 시효시간 별 비율과, 최종 형성되는 박막의 폭과 두께는 도 21에 나타낸다.
한편, 도 21에서 제1 전압(Vm1), 제2 전압(Vm2) 인가 시 형성되는 박막은 전술한 도 20과 비슷한 양상을 나타내나, 도 21에서 제3 전압(Vm3) 인가 시 형성되는 박막의 경우 도 20과는 서로 다른, 형성된 박막의 폭은 매우 좁으나 두께의 오차가 거의 없는 형상이다. 이는, 패턴 홈 간 간격이 80μm로 상당히 좁아진 마스크(30)에 25V로 비교적 강한 제3 전압(Vm3)을 인가함으로써 각각의 패턴 홈을 통과하는 전기력선 수가 급감하였기 때문인 것으로 파악된다.
표 3 과 도 20을 함께 참조하면, 동일한 조건에서 제1 전압(Vm1) 내지 제3 전압(Vm3)의 시효 시간별 비율을 조절함에 따라, 박막의 두께가 서로 다르게 형성됨을 확인할 수 있다. 특히 제1 전압(Vm1)의 시효시간별 비율(R1)이 100%인 비교예 3의 경우와 대비하여, 제1 전압(Vm1)의 시효시간별 비율(이하 R1)을 95%로, 제2 전압(Vm2)의 시효시간별 비율(이하 R2)을 5%로, 제3 전압(Vm3)의 시효시간별 비율(이하 R3)을 0%로 조절한 실험예 6의 경우 박막 두께의 불균일도가 대폭 감소하였으며, R1= 94.5%, R2= 5%, R3= 0.5%로 조절한 실험예 7의 경우, 실험예 6보다 더 균일한 박막 두께를 가질 수 있음을 확인할 수 있다.
표 3과 도 21을 함께 참조하면, 전술한 비교예 3, 실험예 6, 실험예 7 대비 패턴 홈의 직경을 80μm으로 축소할 경우, 비교예 4, 실험예 8, 실험예 9 모두 35μm의 동일한 폭을 갖는 박막을 형성할 수 있으며, 비교예 4의 경우 R1=100%로 인해 박막 두께의 불균일도가 큰 편이나, 실험예 8과 같이 R1= 96%, R2= 4%, R3= 0%로 조절할 경우 박막 두께의 불균일도가 대폭 감소하며, 실험예 9와 같이 R1= 95.5%, R2= 4%, R3= 0.5%로 조절할 경우 두께 편차가 거의 없는 균일한 박막을 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.
표 3에서는 제3 전압(Vm3)이 인가되지 않은 실험예 6과 실험예 8와 달리 제3 전압(Vm3)이 R3=0.5%의 비율로 인가된 실험예 7 및 실험예 8의 경우, 박막 두께의 불균일성을 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 패턴 홈 직경의 변화는 형성되는 박막의 폭에 영향을 미칠 뿐, 박막의 두께 편차에 직접적인 영향을 미치지는 못함을 알 수 있다.
한편, 표 4는 아래와 같다.
비교예 5 실험예10 실험예11 비교예 6 비교예7 실험예12
VO (V) 0 0 0 0 0 0
Va (V) 1000 1000 1000 5000 5000 5000
패턴 홈 직경(μm) 140 140 140 80 80 80
패턴 홈 간 간격(μm) 300 300 300 300 300 300
CL (μm) 100 100 100 50 50 50
L (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Vm (V) Vm1 1.8 1.8 1.8 18 18 18
Vm2 2.2 2.2 2.2 22 22 22
Vm3 3.0 3.0 3.0 25 25 25
시효시간별 비율 (%) R1 100 95 94.5 100 0 82
R2 0 5 5 0 100 15
R3 0 0 0.5 0 0 3
박막 폭 (μm) 50 50 50 50 50 50
박막 두께 Δ (%) 7.6 0.8 0.6 31.4 32.2 1.6
표 4를 참조하면, 지배전압(Va) 및 제1 전압(Vm1) 내지 제3 전압(Vm3)의 크기가 전술한 비교예 3, 실험예 6, 실험예 7과 달라지더라도 지배전압(Va)의 크기와 마스크 전압(Vm)의 크기 간 비율은 동일하므로, R1= 100%로 조절한 비교예 5 대비 R1= 95%, R2= 5%, R3= 0%로 조절한 실험예 10이나, R1= 94.5%, R2= 5%, R3= 0.5%로 조절한 실험예 11의 박막이 균일한 두께를 갖는다는 경향성을 확인할 수 있다.
즉, 지배전압(Va)이나 제1 전압(Vm1) 내지 제3 전압(Vm3)의 크기를 서로 다르게 인가하더라도 마스크 전압(Vm)의 시효시간 별 비율인 R1 내지 R3를 조절함으로써 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 표 4를 참조하면, R1= 100%로 인가한 비교예 6이나 R2=100%로 인가한 비교예 7 대비, R1= 82%, R2= 15%, R3= 3%으로 인가하여 전술한 실험예들과 달리 R2와 R3의 비율을 대폭 늘린 실험예 12의 경우도, 박막 두께의 불균일도를 전술한 비교예 6, 비교예 7 대비 상당히 개선할 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(100)는 마스크 전압(Vm)의 시효시간별 비율을 적절히 조절함으로써, 형성되는 박막의 두께의 편차를 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 물리적인 셔터 없이도 마스크 전압(Vm)을 셔터 전압(Vms) 이상으로 조절하여 박막(6) 형성의 차단이 가능하므로, 대량 생산에 적용할 수 있는 박막 형성 장치(100)를 제공할 수 있다.
또한, 시효 시간 중 마스크 전압(Vm)에 서로 다른 2 이상의 일정한 전압들을 서로 다른 시간 동안 인가함으로써, 복수의 나노 오더 층을 균일한 두께로 안정적으로 형성할 수 있는 박막 형성 장치(100)로 제공한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
2: 박막 형성 재료 3: 액체 방울
4: 분무 입자들 5: 전기력선
6: 박막 8: 기판
10: 전극부 11: 침 전극
12: 고리 전극 13: 그리드 전극
20: 기판 거치대 30: 마스크
40: 스페이서 100: 박막 형성 장치

Claims (24)

  1. 박막 형성 재료를 대전된 분무 입자들로 분무시키는 전극부,
    상기 전극부와 마주보도록 배치되어 있고, 상기 박막을 형성할 기판을 거치하는 기판 거치대, 및
    상기 전극부와 상기 기판 거치대 사이에 배치되고, 복수의 패턴 홈이 형성된 마스크를 포함하고,
    상기 마스크 및 상기 기판에는 각각 마스크 전압(Vm) 및 기판 전압(VO)이 인가되고,
    상기 마스크 전압(Vm)은 가변 전압이며,
    상기 마스크 전압(Vm)의 극성은 상기 분무 입자들의 극성과 같은 박막 형성 장치로서,
    상기 마스크와 가장 가까운 상기 전극부의 전압을 지배 전압(Va), 상기 마스크와 상기 전극부의 최단거리를 L, 상기 기판과 상기 마스크의 최단 거리를 CL이라 하면,
    상기 마스크 전압(Vm)이 셔터 전압(Vms) 이상 인가될 경우 상기 기판에 박막이 형성되지 않으며,
    상기 셔터 전압(Vms)은,
    Figure 112021126050854-pat00028
    을 만족하는 박막 형성 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 전극부는 복수의 침 전극을 포함하고,
    상기 침 전극에는 상기 지배 전압(Va)이 인가되는 박막 형성 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 전극부는
    복수의 침 전극 및
    상기 침 전극 각각과 대응하는 위치에 배치되어 있는 복수의 고리 전극을 포함하고,
    상기 복수의 고리 전극에는 상기 지배 전압(Va)이 인가되는 박막 형성 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 침 전극 각각은 상기 고리 전극의 중심 축 위에 오도록 배치되는 박막 형성 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 전극부는
    복수의 침 전극,
    상기 침 전극 각각과 대응하는 위치에 배치되어 있는 복수의 고리 전극, 및
    상기 고리 전극과 상기 마스크 사이에 배치되는 그리드 전극을 포함하고,
    상기 그리드 전극에는 상기 지배 전압(Va)이 인가되는 박막 형성 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 지배 전압(Va)의 절대값은 상기 셔터 전압(Vms)의 절대값보다 큰 박막 형성 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 셔터 전압(Vms), 상기 기판 전압(VO), 상기 지배 전압(Va)은,
    Figure 112021126050854-pat00006
    을 만족하는 박막 형성 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 기판과 상기 마스크의 최단 거리는 30μm 내지 3mm 인 박막 형성 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 마스크의 두께는 50μm 내지 5mm 인 박막 형성 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 셔터 전압의 절대값은 1.5V 내지 100V 인 박막 형성 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 지배 전압의 절대값은 500V 내지 20000V 인 박막 형성 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 기판 전압(VO)의 절대값은 0 초과 100V 이하인 박막 형성 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 마스크와 상기 전극부의 최단거리는 0.005m 내지 0.3m 인 박막 형성 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 기판에 박막이 형성되는 시간을 시효 시간(aging time)이라 하면,
    상기 마스크 전압(Vm)은 상기 시효 시간 동안 주기적인 파형을 나타내는 박막 형성 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 마스크 전압(Vm)은
    상기 시효 시간 동안 절대값이 1V 내지 100V 인 박막 형성 장치.
  17. 제15항에서,
    상기 마스크 전압(Vm)은,
    제1 전압(Vm1), 및
    상기 제1 전압(Vm1)의 절대값보다 큰 제2 전압(Vm2)을 포함하는 박막 형성 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 마스크 전압(Vm)은,
    상기 제2 전압(Vm2)의 절대값보다 큰 제3 전압(Vm3)을 더 포함하는 박막 형성 장치.
  19. 제17항에서,
    상기 제1 전압(Vm1)은 상기 마스크 전압(Vm)의 시효 시간의 75% 이상 인가되는 박막 형성 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 제2 전압(Vm2)은 상기 마스크 전압(Vm)의 시효 시간의 1% 내지 20% 인가되는 박막 형성 장치.
  21. 제18항에서,
    상기 제3 전압(Vm3)은 상기 마스크 전압(Vm)의 시효 시간의 0.1% 내지 5% 인가되는 박막 형성 장치.
  22. 제1항에서,
    상기 마스크와 상기 기판 사이에는 복수의 스페이서(spacer)가 배치되는 박막 형성 장치.
  23. 제1항 및 제3항 내지 제22항 중 어느 한 항의 박막 형성 장치를 사용하여 적어도 하나의 유기막을 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
  24. 제1항 및 제3항 내지 제22항 중 어느 한 항의 박막 형성 장치를 사용하여 형성된 유기막을 적어도 하나 포함하는 유기 발광 소자.
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