KR20030037401A - 유기물 디스플레이의 무기물막 증발 장치 - Google Patents

유기물 디스플레이의 무기물막 증발 장치 Download PDF

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Abstract

진공 챔버 내의 하단부에 설치되어 전자 빔을 방출하는 전자 빔 소스, 전자 빔 소스 주변에 설치되며, 무기물막용 증발 타겟이 담겨져 있는 타겟 용기, 진공 챔버 내의 상단부에 설치되어, 소정의 유기물막이 적층되어 있는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대 및 전자 빔 소스 및 타겟 용기와 기판 지지대 사이에 배치되는 차단 지붕, 기판에 면하는 차단지붕의 표면에 장착된 냉각기, 차단지붕과 기판 지지대 사이에 자기장을 형성하며, 표준 자석, 솔레노이드, 헬름헬츠 코일 및 냉각 시스템을 가지는 전자석 중의 어느 하나로 이루어지는 자기장 발생 장치 및 기판 상부에 위치하여, 무기물막의 증착 과정 중에 발생된 유기물막의 손상을 회복시키기 위한 열처리 패널을 포함하는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치를 개시한다. 여기서, 차단 지붕은 전자 빔과 충돌하지 않는 높이에 위치하며 전자 빔이 증발 타겟에 충돌하는 부분에 대응하는 부분에 개구부가 형성되어 있으며 그리고 X선이 투과되지 않는 물질, 예를 들면 밀도가 높은 금속 또는 세라믹으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 납으로 이루어질 수 있다.

Description

유기물 디스플레이의 무기물막 증발 장치{evaporation apparatus for inorganic material layer of organic material display}
본 발명은 유기물 디스플레이 제조 장치에 관한 것으로, 특히 유기물막 상에 형성되는 금속막 및 절연막과 같은 무기물막을 형성하기 위한 증발 장치에 관한 것이다.
평판 디스플레이는 사용되는 물질에 따라 유기물 디스플레이 소자와 무기물 디스플레이 소자로 구분된다. 유기물 디스플레이 소자에는 수광 소자로서 널리 사용되고 있는 액정 디스플레이와 발광 소자인 유기 전계 발광 디스플레이가 포함되어 있다. 유기 전계 발광 디스플레이는 액정 디스플레이에 비해 약 30,000배 이상의 빠른 응답 속도를 가지고 있어 동영상 구현이 가능하고 시약각이 넓으며 높은 휘도 특성을 가지며 또한 발광소자이기 때문에 백라이트가 불필요한 장점등이 있어, 차세대 디스플레이로서 각광을 받고 있다.
도 1a 내지 도 1e를 참고로 하여, 유기물 디스플레이 중 유기 전계 발광 디스플레이 소자의 제조 과정을 살펴본다. 기판(10) 상에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극 물질로 이루어진 애노드(11)를 형성한다. 다음, 이후에 형성되는 다층 유기물막(13)에 사진식각공정이 적용될 수 없기 때문에, 애노드(11) 상에 소정 거리 이격된 격벽(12)을 형성한다. 격벽(12)이 형성된 기판 전면에 걸쳐 다층 유기물막(13)을 형성한다. 다층 유기물막(13)은 전자 전달층, 정공 전달층과 발광층으로 구성되어 있다. 또한, 다층 유기물막(13)은 전자 전달층 및 정공 전달층 외에 전자 주입층 및 정공 주입층을 포함할 수 도 있다. 발광층은 전자와 정공의 재결합에 의하여 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)의 빛을 발하는 층이다. 다층유기물막(13)을 형성한 뒤, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 일함수가 상대적으로 낮은 금속을 증착시켜, 다층 유기물막(13) 상에 캐소드(14)를 형성한다. 그리고, 유기 전계 발광 디스플레이 소자를 외부의 수분과 산소 등으로부터 보호하기 위해 캐소드(14)가 형성된 기판(10)의 양측에 실런트(16)를 형성하고, 기판 전면에 봉지막(15)을 형성한다.
그런데, 캐소드(14)를 형성하기 위한 금속 증발 소스는 약 450 내지 1200℃의 증발 온도를 가지는 반면, 캐소드(14) 이전에 형성된 유기물막(13)을 형성하기 위한 소스는 400℃ 이하의 증발 온도를 가진다. 따라서, 상대적으로 고온 분위기에서 진행되는 금속 증착 공정 동안에 발생하는 복사열에 의해 유기물막 구성 물질이 분해되어 변질될 가능성이 높고. 궁극적으로 유기 전계 발광 소자를 열화시킨다.
도 2에 도시된 금속막을 형성하기 위한 전자 빔 진공 증발 장치(vapor evaporator)를 참고로 하여, 금속막 증착 과정 중에 발생할 수 있는 유기물막의 특성 열화를 상세히 설명한다.
금속 증발 장치(20)는 분위기 가스인 비활성 가스가 저장된 저장 용기(18)를 구비하는 가스 공급 시스템(22)과 진공 펌프(25)를 구비하는 배출 시스템(23)이 연결된 진공 챔버(21)를 포함한다. 진공 챔버(21)는 그의 하단에 배치되되 금속 소스(34)가 담겨진 금속 소스 용기(26), 금속 소스 용기(26) 측면에 장착되어 전자 빔(28)을 방출하는 증발 소스인 전자 빔 증발기(27), 진공 챔버(21) 상부에 배치되어 증발된 금속이 증착되는 기판(29), 기판(29) 상부에 형성되어 기판(29)을 지지하는 기판 지지대(30) 및 기판(29)을 선택적으로 가리기 위한 기판 셔터(32)를 포함한다. 그리고 기판 지지대(30)에는 증착 공정 도중 기판의 온도를 약 80℃ 이하로 유지하기 위한 냉각관(31)이 설치되어 있다.
진공 펌프(25)를 동작시켜 진공 챔버(21) 내부를 진공 분위기로 만든 뒤, 기판(29)을 진공 챔버(21) 내부로 도입시키고 캐소드(도 1의 14)를 형성하기 위한 금속 소스 예를 들면, Mg, Mg:Ag, Al:Li. LiF/Al 또는 Al합금을 금속 소스 용기(26)에 놓는다. 이때, 기판 셔터(32)가 이동하고 기판(29)이 전자 빔 증발기(27)와 직접 대면하게 된다. 이후 전자 빔 증발기(27)로부터 높은 에너지를 갖는 전자 빔(28)이 방출된다. 그리고 방출된 전자 빔(28)이 융해된 금속(34)과 충돌하여 융해된 금속(34)을 가열시켜 기상(vapor)으로 전이시킨다. 기상으로 전이된 금속 성분이 증발되어 기판(33) 표면에 증착됨으로써 캐소드용 금속막이 형성된다.
그런데, 높은 에너지를 가진 전자가 증발 소스 표면에 충돌할때, 연질 X선(Soft X-ray)과 열복사선 등이 발생한다. 또한, 증발 과정 초기에 전자 빔 소스에서 방출된 전자에 의한 전류가 기판으로 방사되고, 증발 과정이 진행되면서, 전자 빔과 융해 금속과의 충돌에 기인한 2차 전자(secondary electron), 후방 산란 전자(backscattering electron) 및 열이온 전자(thermionic electron)가 발생하는 것으로 알려져 있다.
금속막 증착 공정 중에 발생되는 연질 X선, 열복사선, 2차 전자(secondary electron), 후방 산란 전자(backscattering elelctron) 및 열이온 전자(thermionic electron) 등이 기판(29) 상에 형성되어 있던 유기물막(도 1의 13)의 물질 구조를 변화시키거나 유기물막의 구성 물질을 결정화시키는 등 유기물막을 손상시킬 수 있다. 이렇게 유기물막이 손상되면, 유기물막의 발광 양자 효율, 전자 및/또는 정공의 수송성 등이 변하게 되므로, 궁극적으로는 유기 전계 발광 디스플레이 소자의 휘도, 발광 효율, 주입 전류 등이 떨어지게 되는 문제가 있다.
그리고, 증발 과정 중에 증발 소스 자체가 이온화되고, 이온화된 증발 소스는 전자 빔 소스의 자기 렌즈 및 가속 전기장에 의해 에너지를 얻게 된다. 그런데 외부로부터 에너지를 받은 이온화된 증발 소스가 진공 챔버(21)내의 전자 빔 증발기(27) 또는 금속 저장 용기(26)의 금속과 충돌하게 된다. 이 금속은 스퍼터링의 타겟으로 동작하게 되어, 타겟에서 스퍼터된 입자가 기판(29) 상에 증착 되기도 한다. 즉, 캐소드용 금속 이외의 다른 금속이 기판 상에 증착됨으로써, 캐소드의 일함수 값에 변하가 생기어 궁극적으로는 전자와 정공의 재결합 확률을 변화시키게 된다. 따라서, 유기 전계 발광 소자의 휘도, 발광 효율, 주입 전류 등이 떨어지게 되는 문제가 있다.
한편, 유기 전계 발광 소자를 외부의 수분과 산소 등으로부터 보호하기 위해 형성하는 무기물인 봉지용 절연막을 증착할 때도, 금속막 증착 시와 같이 증발 소스로서 전자 빔 증발기를 사용하고 있다. 또한 봉지용 절연막의 증발 온도도 유기물막을 구성하는 유기물 소스의 증발 온도보다 높다. 따라서, 전술한 금속막 증착 시에 발생되는 유기물막 손상은 봉지용 절연막 증착 공정 시에도 발생하게 된다.
또한, 유기물 디스플레이인 액정 표시 소자의 TFT(Thin film Transistor)의 제조시, 즉 유기물막의 형성후, 무기물막을 증발 장치를 이용하여 형성할 때에도전술한 유기물막의 손상과 같은 문제가 발생할 수 도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 유기물 디스플레이의 열화를 방지할 수 있는 유기물 디스플레이 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 금속막 및 절연막과 같은 무기물막의 증착에 의한 유기물막의 손상을 방지하기 위한 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 무기물 증착 과정 중에 손상된 유기물막을 회복시킬 수 있는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치를 제공하는 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 유기 전계 발광 소자의 제조 단계를 보여주는 도면들이다.
도 2는 종래 기술에 따른 유기 전계 발광 소자의 금속막 및 절연막 증착 장치를 보여주는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 금속막 및 절연막 증착 장치를 보여주는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 금속막 및 절연막 증착 장치에 설치된 차단지붕 및/또는 자기장 발생기의 효과를 보여주는 도면들이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 금속막 및 절연막 증착 장치에 장착된 유기물막 회복용 열처리 패널의 효과를 보여주는 도면들이다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 일 관점에 따른 유기물 디스플레 제조 장치는, 다수의 기판이 장착되어 있는 로딩/언로딩 챔버, 상기 기판 상에 유기물막을 형성하는 유기물막 증착 챔버, 무기물막을 형성하기 위한 무기물막 증착 챔버, 및 상기 무기물막 증착 챔버에서 형성된 상기 무기물막을 포함하는 기판을 열처리 하기 위한 열처리 챔버 및 상기 무기물막 증착 챔버와 상기 열처리 챔버 사이에서 상기 기판을 이송시키기 위한 이송 챔버를 구비한다. 그리고 열처리 챔버에는, 불활성 가스로 충진된 대류 오븐이 설치되어 있다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 유기물 디스플레이용무기물막 증발 장치는, 진공 챔버, 진공 챔버 내의 하단부에 설치되어 전자 빔을 방출하는 전자 빔 소스, 진공 챔버 하단부에서 전자 빔 소스 주변에 설치되며, 무기물막용 증발 타겟이 담겨져 있는 타겟 용기, 진공 챔버 내의 상단부에 설치되어, 공정 챔버로 도입되며 소정의 유기물막이 적층되어 있는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대 및 전자 빔 소스 및 타겟 용기와 기판 지지대 사이에 배치되는 차단 지붕을 포함한다. 여기서 차단지붕은, 전자 빔과 충돌하지 않는 높이에 위치하며 전자 빔이 증발 타겟에 충돌하는 부분에 대응하는 부분에 개구부가 형성되어 있으며 그리고 X선이 투과되지 않는 물질로 이루어져 있다. 이러한 물질로는 밀도가 큰 금속 또는 세라믹으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 납이 사용될 수 있다. 차단지붕에 의해 무기물막용 증발 타겟과 전자 빔과의 충돌에 의해 발생하는 연질X레이 및 열복사선을 차단할 수 있게 된다.
전술한 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치에 부가하여, 기판에 면하는 차단지붕의 표면에 장착된 냉각기를 더 포함하여, 열복사에 의해 차단 지붕이 가열되고 차단 지붕이 2차 열복사원으로 작용하는 것을 억제함으로써, 궁극적으로 기판에 열복사선이 도달되지 못하게 한다.
또한, 진공 챔버 내부에 설치된, 차단지붕과 기판 지지대 사이에 자기장을 형성할 자기장 발생 장치를 더 포함함으로써, 무기물막용 증발 타겟과 전자 빔과의 충돌에 의해 발생하는 2차 전자, 후방산란전자 또는 열이온 전자등과 같은 파생전자가 기판의 유기물막에 도달하는 것을 억제할 수 있게 된다. 이러한 자기장 발생 장치는, 표준 자석, 솔레노이드, 헬름헬츠 코일 및 냉각 시스템을 가지는 전자석중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
그리고, 기판 상부 영역에 무기물막의 증착 과정 중에 발생된 유기물막의 손상을 회복시키기 위한 열처리 패널을 더 설치함으로써, 무기물막의 증착 과정 중에 손상된 유기물막을 회복시킬 수 있다. 여기서, 무기물막은 금속막 또는 절연막일 수 있다.
첨부된 도3a 및 도 3c, 도 4a 내지 도 4c 그리고 도 5a 내지 도 5c를 참고로 본원 발명에 따른 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치의 하나로, 예를 들어 유기 전계 발광 디스플레이 소자의 캐소드용 금속막 및 봉지용 절연막을 증착 장치와 그의 효과를 상세히 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본원 발명의 일실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 금속막 및 봉지용 절연막을 증착하기 위한 증발 장치의 일예를 보여준다.
먼저 도 3a 및 도 3b에서, 금속막 및 절연막 증착 장치(60,90)는 진공 챔버(61)를 구비하며, 진공 챔버(61)에 가스 공급 시스템(70)과, 고진공을 형성하기 위한 진공 펌프(82)를 구비한 배출 시스템(80)이 연결되어 있다. 가스 공급 시스템(70)은, 가스관(74), MFC(mass flow controller;73), 가스 저장 용기(71) 및 두개의 밸브(72a, 72b)를 포함한다. 가스관(74)은 진공 챔버(61)로 개방된 가스 인입구(75)를 가지며, MFC(73)는 두개의 밸브(72a, 72b)각각에 연결되어 있으며, 가스 저장 용기(71)는 밸브(72b)에 연결되어 있다. 가스 저장 용기(71)에는 질소 가스, 아르곤 가스와 같은 불활성 가스로 채워져 있다.
진공 챔버(61) 내부의 하단부에는 전자 빔(68)을 방출하는 전자 빔 소스(67)가 설치되어 있으며, 전자 빔 소스(67) 측면에는, 융해된 금속 또는 절연물(69; 이하에서는 증발 타겟이라 칭한다)이 담겨져 있는 타겟 용기(66)가 장착되어 있다. 그리고, 진공 챔버 내의 상단부에는, 진공 챔버(61)로 도입되는 기판(62)을 지지하기 위한 기판 지지대(63)가 설치되어 있다. 기판 지지대(63) 아래에는 기판 셔터(65)가 설치되어 있다. 또한, 진공 챔버(61)내에서 기판(62) 상부에는 무기물막이 형성되어 있는 기판(62)을 후속 열처리하기 위한 열처리패널(93)이 설치되어 있다. 그 밖에 냉각관(63)은 도 2의 증착 장비의 것과 동일하게 설치되어 있다.
종래 기술에 따른 유기 전계 발광 소자의 금속막 및 절연막 증발 장비(도 2의 20)에 비해, 본 발명에 따른 금속막 및 절연막 증발 장비(60,90)는 진공 챔버(61) 내부의, 전자 빔 소스(67) 또는 타겟 용기(66)와 기판 셔터(65) 사이에 배치되어 있는 차단지붕(91)을 구비한 점에 차이가 있다. 차단지붕(91)은 전자 빔(68)과 충돌하지 않는 높이에 위치하고 있으며 전자 빔(68)이 증발 타겟에 충돌하는 부분에 대응하는 부분에 형성된 개구부(92)를 포함하고 있다. 차단지붕(91)이 도면에는 평판처럼 도시하였으나, 차단지붕(91)의 외형은 이에 한정되지 않고 곡면을 갖는 지붕형태의 원형판 일수 도 있다. 그리고, 차단지붕(91)은 X선이 투과되지 않는 물질로 이루어져 있다. X선을 투과하지 않는 물질의 예로서 밀도가 높은 금속류 또는 세라믹을 사용할 수 있으며, 그 중 납을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 그리고, 납과 같은 금속류에 의한 X 선의 차단효과는 두께에 따라 다르다. 또한, 차단지붕(91)을 세라믹 또는 밀도가 높은 금속과 함께 사진 필름을 사용하여 구성할 수 도 있다. 본 실시예의 차단지붕(92)은 납으로 제조되었다.
X선은 고진공 고온 상태에서 높은 에너지를 가진 전자가 금속 타켓에 충돌 될때 발생되는 전자기파로서, 전자 빔 소스(67)에서 방출된 전자 빔(68)이 증발 타겟(69)에 충돌함으로써 발생된다. 기판(62) 상에는 유기 전계 발광 소자의 정공 주입층, 정공 전달층, 발광층, 전자 전달층 및 전자 주입층의 다층 유기물막(미도시)이 형성되어 있다. 유기물막에 연질X선이 도달되면, 연질 X선은 유기물막에서 대부분 흡수되어 유기물막의 원자, 분자를 이온화시키는 등 유기물막의 원자/분자 구조를 변형시키게 된다.
그런데, 본 발명에서는 차단지붕(91)에 의해 연질 X선이 기판(62)으로 진행하는 것이 차단된다. 즉, 유기물막은 증착된 상태 그대로의 성질을 유지하게 되므로, 발광 효율, 양자 효율, 휘도 등의 열화가 발생하지 않게 된다.
그리고, 증발 타겟의 이온화에 의해 발생되는 전자 빔 증발기(67) 또는 타겟 용기(66)의 금속으로부터 스퍼터된 입자가 차단지붕(91)의 표면에 증착되므로, 스퍼터된 입자가 기판(62)에 증착되지 않게 된다. 따라서, 기판(62)에 형성되는 금속막 및 절연막의 성분이 변하지 않게 되고 원하는 물성을 유지할 수 있게 된다.
또한, 타겟 용기(66)내의 증발 타겟(69)을 증발시키기 위해서, 전자 빔과 소스와의 충돌하며 이에 의해서 열이 발생하며, 이로 인하여 열복사선이 발생된다. 열복사선은 냉각관(64)에 의해 상대적으로 저온(약 80도 이하)으로 유지되는 기판(62)에 흡수되어 열로 변한다. 따라서, 기판(62) 상에 형성되어 있던 유기물막에 열에너지가 가해져서, 증착된 유기물막의 물질 구조가 변질되거나 일부가 증발될 수 도 있다. 그러나, 본 발명에서는 기판(62)과 증발될 증발 타겟(69) 사이에 차단지붕(91)이 설치되어 있으므로, 차단지붕(91)에서 열복사선이 흡수된다. 따라서, 차단지붕(91)이 뜨거워지므로, 차단지붕(91)이 또 다른 열복사 소스가 되는 것을 방지하기 위해 차단지붕(91)을 냉각시켜야 하므로, 차단지붕(91)의 표면 중 기판(62)과 마주하는 표면에는 냉각기(95)를 설치하였다. 만약 차단지붕(91)이 열전도도가 작은 물질로 구성하면, 냉각기(95)는 설치되지 않을 수 있다.
그리고, 냉각기(95)가 밀도가 높은 금속, 세라믹, 또는 사진 필름이나 현광판과 같이 X선의 투과를 저지하는 물질로 이루어지면, X선의 투과 억제 효과는 더욱 향상될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 금속막 및 절연막 증발 장비는, 전자 빔 소스(67)와 기판(62) 사이의 공간에 자기장을 형성시킬 수 있는 자기장 발생 장치(90)를 더 포함하고 있다. 자기장 발생 장치(90)는 도 3a 에서와 같이 영구 자석을 이용한 표준 자석(90)이 설치될 수도 있고, 도 3b에서와 같이 전기적으로 절연체이고 자기적으로 비자성체인 물질로 이루어진 원통형 관(97)에 동선(96)을 감아 형성된 솔레노이드(95)로 구성할 수도 있다.
먼저 도 3a에서, N극 및 S극의 영구 자석 각각은 진공 챔버(61) 내벽을 따라 소정 길이 신장하여 굴곡을 갖는 형태로 형성될 수 도 있으며, 또는 평판 형태일 수도 있다. 표준 자석(90)에 의해 형성된 자기장의 방향은 기판(62)과 평행한 양의 X 방향이 되며, 이러한 자기장이 형성된 공간속으로, 전자 빔(68)과 증발 타겟(69)과의 충돌에 의해 파생되는 2차 전자, 하방 산란 전자 또는 열이온 전자(이하 파생전자라 칭한다)가 들어가게된다. 파생 전자는 모든 방향으로 즉, X, Y, Z 방향의 성분을 가지고 움직인다. 따라서, 플레밍의 오른손 법칙에 의해 이들 파생 전자들은 자기장에 의해 그의 진행 방향을 바꾸며, 음의 Y축과 음의 Z축이 이루는 평면에서 운동하게 된다. 따라서, 파생 전자들이 기판(62)에 도달되는 것을 억제할 수 있게된다.
다음, 도 3b에서, 솔레노이드(95)를 형성하는 원통형 관(97)의 개방부는 Y축 상에 위치하고 있으며, 동선(96)의 수에 따라 자기장의 세기를 조절할 수 있다. 동선(96)이 오른 나사의 회전 방향으로 감겨져 있을때, 솔레노이드(95)에 의해 형성된 자기장은 기판(62) 면에 수직인 양의 Y축 방향이 되며, 이런 자기장 속으로 X, Y, Z 방향으로 진행하는 파생 전자가 입사하게 되면, 도 3a에서 설명한 바와 같이 파생 전자는 그의 진행 방향을 변경하여, 음의 X축과 양의 Z축이 이루는 평면에서 원운동하게 되므로, 파생 전자들이 기판(62)에 도달되지 않게 된다.
자기장 발생 장치로서, 솔레노이드 한쌍으로 이루어진 헬름헬츠 코일 또는 냉각 시스템을 가지는 전자석 등을 이용할 수 있으며, 이러한 사실은 당업자에게 자명하다. 그리고, 본 발명의 실시예에서는 자기장의 방향이 양의 X축 방향, 양의 Y축방향인 경우에 대해서만 파생 전자가 기판(62)으로 진행하는 것을 차단하는 동작을 설명하였으나, 자기장의 방향이 음의 X축 방향, 음의 Y축 방향, 그리고 음 및 양의 Z축 방향인 경우에도 파생 전자가 위에서 기술한 것과 같은 자기장 속에서 그의 경로를 바꾸어 운동함으로써, 기판(62)에 파생전자가 도달되지 않음은 당업자에게 자명하다.
한편, 도 3a 및 도 3b에 도시된 것을 포함하는 자기장 발생 장치에 의해 파생전자들이 기판(62)의 유기물막에 손상을 주는 것을 상당히 억제할 수 있으나, 자기장의 방향이 양의 Y축인 경우, 아주 극소량의 파생 전자, 즉 X 및 Z 성분은 전혀 없고 오직 양의 Y축 방향으로만 진행하는 파생전자들은 자기장의 영향을 받지 않고, 기판(62)으로 진행하게된다. 또한 차단지붕(91) 및 냉각기(95)를 통해 연질 X선 및 열복사선의 대부분을 차단할 수 있으나, 100% 차단했다고는 할 수 없다. 이에 기판(62) 상에 형성되어 있던 유기물막에 약간의 손상이 가해질 수 있을 수 있으므로, 본 발명에서는 유기물막의 손상을 회복시키기 위해, 유기 전계 발광 소자의 금속막 및 절연막 증발 장비에 열처리 패널(93)을 더 설치하였다. 열처리 패널(93)은 질소 가스와 같은 불활성 가스가 충진되어 있는 대류 오븐(convection oven)으로 이루어져 있다.
금속막 또는 절연막과 같은 무기물막의 증착 공정이 완료된 후, 열처리 패널(93)이 동작하여, 불활성 가스가 진공 챔버(61) 내에서 대류되면서, 진공 챔버(61)내의 기판(62)을 열처리하게 된다. 기판을 구성하는 유리, 기판 상에 형성된 각종 무기물막 및 유기물막이 손상을 받지 않는 온도 범위 내에서 열처리 가능하다. 열처리 온도를 높게 하면 열처리 시간이 짧게 걸리고, 열처리 온도를 낮게하면 열처리 시간이 길게 되므로, 열처리를 받게되는 무기물막 및 유기물막의 특성을 고려하여 열처리 시간과 열처리 온도를 결정할 수 있다. 열처리 조건의 일 예로서, 40 내지 70℃에서 약 30분 내지 60분간 열처리하는 것이 바람직하다. 40℃ 이하의 온도에서 열처리를 실시하여도 되나, 전술한 바와 같이 열처리 시간이 너무 많이 소요되며, 70℃ 이상인 경우에는 이미 증착되어 있는 유기물막 등에 흑점이 발생할 수 있어 유기 전계 발광 소자의 수명을 단축시키게 된다.
도 3a 및 도 3b에서는 가스 공급 시스템(70)과 열처리 패널(93)이 독립된 요소로 표시하였으나, 열처리 패널(93)을 별도로 구성하지 않고 대신 MFC(73)을, 증착 공정 도중 그리고 증착 공정 완료에 따라 불활성 가스의 양과 유속을 제어할 수 있도록 구성하여, 기판의 후속 열처리 공정을 실시할 수도 있다.
유기물막의 손상을 회복시키기 위해, 도 3a 및 도 3b에서와 같이 인-시튜(in-situ)로 열처리 하지 않고, 도 3c에 도시된 것과 같이, 금속막이 증착된 기판을 후속 열처리를 위해 설계된 별도의 열처리 챔버(114)에서 실시할 수 도 있다. 열처리 챔버(114)에는 질소 가스와 같은 불활성 가스가 충진된 대류 오븐(미도시)이 설치되어 있다. 즉, 열처리패널(93)을 제외한 도 3a 및 도 3b의 요소들이 설치된 증착 챔버(112) 또는 봉지 챔버(116)에서 금속막 또는 절연막을 증착한 뒤, 기판을 이송 챔버(102)를 거쳐 열처리 챔버(114)로 옮긴다. 그리고, 대류 오븐을 동작시켜 기판을 후속 열처리한다.
여기서, 미설명된 참조 번호 104는 유리 기판과 금속 세도우 마스크가 카세트에 장착되어 있는 로딩/언로딩 챔버이며, 참조 번호 104는 애노드로 사용되는 기판 및 투명 전극의 표면을 세척하고 애노드의 일함수를 정공 전달층의 일함수 수준으로 근접시키기 위한 공정이 진행되는 전처리 챔버(106), 참조 번호 108은 정공 주입층, 정공 전달층 및/또는 정공 차단층 물질을 증착하기 위한 제 1 공정 챔버, 참조 번호 110은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 및 청색 유기 발광층들을 증착하는 제 2 공정 챔버, 참조 번호 112는 전자 전달층, 전자 주입층 및 캐소드용 금속 배선을 증착하기 위한 제 3 공정 챔버, 참조 번호 116은 캐소드 형성 후 유기 전계 발광 소자를 수분과 산소 등으로부터 보호하기 위한 봉지막을 형성하기 위한 봉지 챔버, 참조 번호 102는 유기 전계 발광 소자가 형성될 기판을, 로딩/언로딩 챔버(104), 전처리 챔버(106), 공정 챔버(108, 110 및 112) 및 봉지 챔버(116)들 사이에서 이동시키기 위한 로봇암(101)을 갖는 로봇이 장착된 이송 챔버(102)이다.
물론 전술한 후속 열처리 공정은 차단지붕(91), 냉각기(95) 및 각종 자기장 발생 장치가 설치되지 않은 종래의 증발 장비를 이용하여 금속막 및 절연막의 형성 한 경우에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 자기장 발생 장치(90,95) 차단지붕(91) 및 열처리 패널 또는 열처리 챔버가 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자의 금속막 및 절연막의 증발 장비를 이용하여 제조된 유기 전계 발광 소자의 특성이 향상됨을 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c를 참고로 설명한다.
도 4a 내지 도 4c를 참고로, 차단 지붕 및 자기장 발생 장치의 설치 유무에 의해, 애노드와 금속막 사이에 인가된 전압에 따라, 주입 전류 밀도와 휘도, 그리고 발광 효율이 어떻게 변하는 지 살펴본다. 금속막은 유기 전계 발광 소자의 캐소드, 정공 주입층, 정공 전달층, 발광층, 전자 전달층 및 전자 주입층을 포함하는 유기물막이 증착된 기판 상에 형성된 알루미늄막이다. 그리고, "▲"로 표시된 것은 차단 지붕과 자기장 발생 장치 모두 장착되지 않은 금속막 증발 장치로부터 획득된 데이터이며, "●"은 차단 지붕은 설치되었으나, 자기장 발생장치가 장착되지 않은 금속막 증발 장치로부터 획득된 데이터이며, 그리고 "■"은 차단 지붕과 자기장 발생 장치 모두 장착되어 있는 금속막 증착 장치로부터 획득된 데이터를 나타낸다.
인가 전압이 6v 이하에서는 각 데이터간의 차이가 거의 없으나(발광 효율 제외) 인가 전압이, 6v 이상이 되면, 자기장 발생 장치만이 장착된 증발 장치로부터 획득된 전류 밀도 및 휘도가 자기장 발생 장치와 차단 지붕이 장착되지 않은 경우에 비해 높게 나타나며, 자기장 발생 장치와 차단지붕이 설치된 증발 장치를 이용하여 금속막을 증착할 경우에 유기 전계 발광 소자의 전류 밀도, 휘도 및 발광 효율이 가장 높게 나타났다. 발광 효율면에서는 소정의 인가 전압 상태에서, 자기장 발생 장치 및/또는 차단 지붕이 설치된 경우의 발광 효율은 이들 장치들이 모두 설치되지 않은 경우에 비해 항상 높게 나타났다.
그리고, 소정의 전류 밀도, 휘도 및 발광 효율을 얻기 위해 요구되는 인가 전압을 자기장 발생 장치 및/또는 차단 지붕의 설치를 통해 낮출 수 있게 된다. 즉, 캐소드용 금속을 다른 물질로 변경하지 않고도 유기 전계 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있게 되는 장점이 있다.
도 5a 내지 도 5c를 참고로, 금속막 증착 후에 유기물막의 손상을 치유하기 위한 후속 열처리의 실시 유무에 따라, 주입 전류 밀도와 휘도, 그리고 발광 효율이 어떻게 변하는 지 살펴본다. 여기서 사용된 금속막은, 자기장 발생 장치와 차단 지붕이 모두 장착된 증발 장치를 이용하여 형성된 알루미늄막이다. "▲"로 표시된 것은 금속막 증착 공정 완료 후 60℃에서 1시간 열처리를 실시한 경우의 데이터이며, "●"은 금속막 증착 공정 완료 후 40℃에서 1시간 열처리를 실시한 경우의 데이터이며, 그리고 "■"은 열처리가 실시되지 않은 경우의 데이터를 나타낸다. 열처리를 받은 유기 전계 발광 소자의 전류 밀도, 휘도 및 발광 효율이 열처리를 받지 않은 유기전계 발광 소자에 비해 높게 나타났다. 따라서, 차단지붕, 자기장 발생 장치 및 열처리 패널 또는 열처리 챔버를 장착한 유기 전계 발광 소자 제조 장치를 이용하여, 금속막 및 절연막을 형성하고 이들을 후속 열처리하면, 금속막 이전에 형성된 유기물막 등이 손상되지 않고 그의 특성이 유지되며 캐소드와 금속막간의 인가 전압 즉, 유기 전계 발광 소자의 구동 전압을 상당히 낮출 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속막 및 절연막과 같은 무기물막을 증착하기 위한 유기물 디스플레이 제조 장치는 금속막 및 절연막과 같은 무기물막의 증착이 일어나는 공정 챔버내에 설치된 자기장 발생장치 및/또는 연질 X선 및 열복사선을 차단시킬 차단지붕을 포함하고, 나아가, 공정 챔버 내부 또는 공정 챔버와 별도로 구성된 챔버에 설치된 열처리 패널을 구비한다. 따라서, 무기물막 이전에 형성되어 있는 유기물막의 손상을 억제할 수 있고, 손상된 유기물막의 특성을 회복시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 진공 챔버,
    상기 진공 챔버 내의 하단부에 설치되어 전자 빔을 방출하는 전자 빔 소스,
    상기 진공 챔버 하단부에서 상기 전자 빔 소스 주변에 설치되며, 무기물막용 증발 타겟이 담겨져 있는 타겟 용기,
    상기 진공 챔버 내의 상단부에 설치되어, 상기 공정 챔버로 도입되며 소정의 유기물막이 적층되어 있는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대 및
    상기 전자 빔 소스 및 상기 타겟 용기와 상기 기판 지지대 사이에 배치되되, 상기 전자 빔과 충돌하지 않는 높이에 위치하며 상기 전자 빔이 상기 증발 타겟에 충돌하는 부분에 대응하는 부분에 개구부가 형성되어 있으며 그리고 X선이 투과되지 않는 물질로 이루어진 차단지붕을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차단지붕은 밀도가 높은 금속 또는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기판에 면하는 상기 차단지붕의 표면에 장착된 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 진공 챔버 내부에 설치된, 상기 차단지붕과 기판 지지대 사이에 자기장을 형성할 자기장 발생 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 자기장 발생 장치는, 표준 자석, 솔레노이드, 헬름헬츠 코일 및 냉각 시스템을 가지는 전자석 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 기판 상부에 위치하여, 상기 무기물막의 증착 과정 중에 발생된 상기 유기물막의 손상을 회복시키기 위한 열처리 패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 무기물막은 금속막 또는 절연막인 것을 특징으로 하는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치.
  8. 진공 챔버,
    상기 진공 챔버 내의 하단부에 설치되어 전자 빔을 방출하는 전자 빔 소스,
    상기 진공 챔버 하단부에서 상기 전자 빔 소스 주변에 설치되며, 무기물용 증발 타겟이 담겨져 있는 타겟 용기,
    상기 진공 챔버 내의 상단부에 설치되어, 상기 공정 챔버로 도입되며 유기물막이 형성되어 있는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대 및
    상기 타겟 용기와 상기 기판 지지대 사이의 공간에 자기장을 형성할 수 있는 자기장 발생 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 디스플레이용 무기물막 증발 장치.
  9. 다수의 기판이 장착되어 있는 로딩/언로딩 챔버, 상기 기판 상에 유기물막을 형성하는 유기물막 증착 챔버, 무기물막을 형성하기 위한 무기물막 증착 챔버, 및 상기 무기물막 증착 챔버에서 형성된 상기 무기물막을 포함하는 기판을 열처리 하기 위한 열처리 챔버 및 상기 무기물막 증착 챔버와 상기 열처리 챔버 사이에서 상기 기판을 이송시키기 위한 이송 챔버를 구비하되, 상기 열처리 챔버에는, 불활성 가스로 충진된 대류 오븐이 설치되어 있는 것을 특징으로 유기물 디스플레이의 제조 장치.
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