KR20040110718A

KR20040110718A - 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원

Info

Publication number: KR20040110718A
Application number: KR1020030040154A
Authority: KR
Inventors: 정광호; 김성문; 최명운
Original assignee: 주식회사 야스
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2004-12-31
Also published as: KR100517255B1

Abstract

본 발명은 유기 발광소자 등의 박막 제작을 위한 선형 증발원에 관한 것으로서, 특히 대면적 유기 발광소자의 박막을 제작하는 경우에 대면적 전체 박막의 균일성을 확보할 수 있도록 하는 것으로, 상측이 개구된 긴 통모양으로 형성되는 하우징(10)과; 내부에 증착용 물질을 담는 것으로 상기 하우징(10)에 삽입되는 도가니(20)와; 상기 도가니(20)의 상측에 설치되며 열선(도 5 참고)을 고정시키도록 하는 열선고정부(30)와; 상기 열선고정부(30)와 도가니(20)를 덮도록 상기 하우징(10)에 설치되며, 중앙측에서 양단부로 갈수록 폭이 넓어지는 개구부(41)가 그 상측면에 형성되는 덮개부(40)를 포함하여 구성되어, 증발원 내부의 열 분포가 균일하도록 개선하고 외부로 빠져나가는 열을 효과적으로 막을 수 있으며, 추가 열선을 적용하여 응축 현상이 없는 증발원을 제작함과 도가니를 쉽게 삽입하고 꺼낼 수 있는 증발원을 제작하여 장시간 사용이 가능한 것이다.

Description

유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원 {Linear type nozzle evaporation source for manufacturing a film of OLEDs }

본 발명은 유기 발광소자 등의 박막 제작을 위한 선형 증발원에 관한 것으로서, 특히 대면적의 유기 발광소자의 박막을 제작하는 경우에 대면적 전체 박막의 균일성을 확보할 수 있도록 하는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원에 관한 것이다.

유기 발광 소자 등을 포함하는 유기 반도체 소자의 제작에는 크게, 저분자 물질을 진공 중에서 증발시켜 제작하는 경우와, 고분자 물질을 용제에 녹여서 스핀 코팅(spin coating)방법 등을 이용하여 제작하는 경우가 있다.

상기 방법 중에서, 고진공(10^-7Torr)에서 박막을 제작하는 저분자 유기 발광 소자 제작의 경우에는 원하는 모양의 개구부를 가지는 쉐도우 마스크를 기판의 앞에 정렬하여, 이 기판에 물질을 증착함으로써 기판에 박막을 제작하게 된다.

기존에 개발된 선형 증발원을 사용하는 경우는 주로 소면적(200mm x 200mm)용으로 개발되어 그 생산성이 떨어지고, 대형화 할 경우 개구부의 폭이 너무 넓어 유기 물질의 사용률과 그에 따른 박막의 평탄도가 현저히 낮아진다.

또한, 판형의 필라멘트 구조가 상부에 설치되어 하부로 열을 전달하여 유기물질을 증발하게 하는데, 이때 열전달을 충분하게 하려면 많은 전기를 공급하므로 증발원 자체의 열적 안정도가 떨어지고, 안정한 증발상태를 얻기가 어렵다.

또한, 판형의 필라멘트의 온도가 너무 높아 금속의 쉐도우 마스크에 높은 열을 전달하여 마스크가 쳐지는 현상을 수반하기도 한다.

특히, 생산성 향상을 위해서 대면적 기판 (370mm ×470mm, 600mm ×720mm, 730mm ×920mm)을 사용할 경우, 대면적 박막의 평탄도가 확보되는 대형의 선형 증발원이 필요하게 되는데, 대형화에 따른 열의 분포가 균일하지 않아 증발되는 물질이 비대칭으로 증착되는 경우가 발생하여 대면적 박막의 균일도를 확보하기가 어렵다.

또한, 유기 발광 물질의 경우 증발되는 물질이 증발원 주위에 응축되는 현상 때문에 개구부와 노즐 주위가 막히기도 하여 초기의 특성과 시간 경과 후의 증발원 특성이 변하기도 하고, 이로 인한 박막의 평탄한 균일도를 얻을 수 없게 된다.

증발원이 대형화 될 경우, 많은 양의 유기물질을 도가니에 담아서 사용하게 되는데, 유기 발광 물질은 주로 파우더 형태로 존재하기 때문에 물질 간에 열전달이 나빠 증발이 불균일하게 일어나기도 하고, 이로 인한 대면적 박막의 균일도 확보가 어려워 질 수 있다. 또한 여러 유기 물질마다, 그 밀도가 달라 기체화하여 안정한 증발 상태와 평탄한 균일도를 얻기 위해서는 노즐의 구조를 물질에 따라 변형시킬 수 있어야 하기도 한다.

열원을 제공하기 위한 열선고정부의 제작 시, 그 고정부가 매우 길어지는데, 주로 사용하는 세라믹을 이용하여 대형의 고정부를 제작할 경우 세라믹의 낮은 가공성과 쉽게 깨지는 특성 때문에 문제가 된다. 저렴한 가격으로 대형의 열원을 제작하기 위해서 금속과 세라믹을 조합하여 같은 성능을 발휘하는 열선고정부를 포함한 증발원을 제작하는 대안이 필요하다.

유기물질의 충전과 재충전시, 긴 형상의 도가니를 열선 고정장치 내에 삽입하고 꺼내는 경우, 평행하게 삽입하고 꺼내기가 어려워 쉽게 깨지는 문제점을 가지기도 한다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 노즐 개구부를 가진 도가니를 이용하여, 대면적 박막 제작을 위한 진공 증발원의 낮은 물질 사용률을 개선하고, 전체 박막의 균일도를 향상시키고, 물질 응축현상이 없으며, 조작이 용이하며, 제작비용이 절감되도록 하는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원을 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은, 상측이 개구된 긴 통모양으로 형성되는 하우징과; 내부에 증착용 물질을 담는 것으로 상기 하우징에 삽입되는 도가니와; 상기 도가니의 상측에 설치되며 열선을 고정시키도록 하는 열선고정부와; 상기 열선고정부와 도가니를 덮도록 상기 하우징에 설치되며, 중앙측에서 양단부로 갈수록 폭이 넓어지는 개구부가 그 상측면에 형성되는 덮개부를 포함하여 구성함으로써 달성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 분해 사시도,

도 3은 본 발명의 열선고정부의 제 1실시예를 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명의 열선고정부의 제 2실시예를 나타내는 사시도,

도 5는 본 발명의 열선고정부에 열선이 감긴 상태를 나타내는 사시도,

도 6은 본 발명의 이중 열선을 사용하였을 때 두 개의 전원을 사용하는

실시예를 나타내는 개략도,

도 7은 본 발명의 이중 열선을 사용하였을 때 한 개의 전원을 사용하는

실시예를 나타내는 개략도,

도 8은 본 발명의 덮개부 내의 반사판의 제 1실시예를 나타내는 단면도,

도 9는 본 발명의 덮개부 내의 반사판의 제 2실시예를 나타내는 단면도,

도 10은 본 발명의 덮개부 내의 반사판의 실시예를 나타내는 평면도,

도 11은 본 발명의 덮개부 내의 반사판을 고정시키는 실시예를 나타내는

확대 단면도,

도 12는 본 발명의 도가니 이송부와 연결장치의 실시예를 나타내는 사시도,

도 13과 도 14는 본 발명의 여러 개의 증발원을 이용하여 초대면적용

증발원을 제작하는 실시예를 나타내는 사시도,

도 15는 도가니의 제 1실시예를 나타내는 단면도,

도 16a와 도 16b는 도가니의 제 2실시예를 나타내는 단면도,

도 17은 도가니의 제 3실시예를 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하우징 20 : 도가니

21 : 노즐개구부 30 : 열선고정부

40 : 덮개부 41 : 개구부

50 : 도가니 이송부

본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원의 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원의 일 실시예를 나타내는 분해 사시도로서, 본 발명은, 상측이 개구된 긴 통모양으로 형성되는 하우징(10)과; 내부에 증착용 물질을 담는 것으로 상기 하우징(10)에 삽입되는 도가니(20)와; 상기 도가니(20)의 상측에 설치되며열선(도 5 참고)을 고정시키도록 하는 열선고정부(30)와; 상기 열선고정부(30)와 도가니(20)를 덮도록 상기 하우징(10)에 설치되며, 중앙측에서 양단부로 갈수록 폭이 넓어지는 개구부(41)가 그 상측면에 형성되는 덮개부(40)를 포함하여 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

상기 하우징(10)의 내측에는, 상기 도가니(20)의 양측에 구성되어 도가니(20)의 양단부를 받치는 받침부(51)와, 이 받침부(51)와 이어진 연결부(52)로 이루어져, 상기 도가니(20)와 함께 상기 하우징(10)에 수납되는 도가니 이송부(50)가 추가 구성되어, 상기 도가니(20)에 유기물질을 충전하는 경우에, 상기 도가니 이송부(50)의 연결부(52)에 연결장치(55)를 연결하여, 상기 하우징(10)에 수납되어 있는 도가니 이송부(50)를 상하로 이동시켜, 도가니(20)를 상기 하우징(10)에 용이하게 삽입하고 꺼낼 수 있도록 한다.

상기 열선고정부(30)는 도 3에서 도시하는 바와 같이, 금속(SUS, Ti, W) 프레임(31, 32)을 제작하고 일정간격으로 핀(35)을 붙이고, 이 핀(35)에 세라믹 절연부(36)를 끼워 절연시키고 열선(34)을 감는 실시예를 나타내고 있다.

또한, 도 4에서는 상기 핀을 붙이는 번거로움을 없애고 비용을 절감하기 위해 금속 틀 제작 과정에서 핀(35)을 금속 프레임(31, 32)에 직접 형성하는 실시예를 나타내고 있으며, 그 형태는 도시하는 바와 같이 달라질 수 있다. 결과적으로 도 5에서 도시하는 바와 같이, 열선고정부(30)에 열선(34)이 감기게 되는 것이다.

한편, 유기물의 경우 증발원의 개구부(41)에 응축현상이 일어나기 쉬운데 이는 이중열선 구조로 해결할 수 있다. 이중열선 구조는 증발원 상측부에 추가로 열선을 적용하여 덮개부(40)를 하우징(10)에 덮었을 때, 상측부에 추가된 열선(37)이 덮개부(40)에 형성되어 있는 개구부(41)의 주위에 위치하도록 하여 응축현상이 일어나지 않도록 할 수 있다.

도 6의 경우는 상측부의 열선(37)과 도가니(20)측의 열선(34)이 두 개의 열선으로 제작되어, 서로 독립하여 각각 전원(38)을 사용하는 실시예를 나타내고, 도 7의 경우는 상측부의 열선(37)과 도가니(20)측의 열선(34)을 한 개의 열선으로 제작하여 서로 이어져 있으므로, 한 개의 전원(38)을 사용하는 실시예이다.

두 개의 전원(38)을 사용할 경우는 순간적으로 열을 가하여 개구부(41)에 응축된 물질을 증발시킬 수 도 있다. 한 개의 전원(38)을 사용하는 경우는 열선(34)에 적정한 전원을 공급하여 유기물의 응축이 개구부(41)에 발생하지 않도록 한다.

도 8과 도 9에는 증발원 상측부를 통해 빠져나가는 열을 막기 위해서 덮개부(40) 내측에 반사판(42)을 구성하는 실시예를 나타내는 것으로, 상기 덮개부(40)의 외형은 수 mm 이내의 금속(Ti, Ta, SuS 또는 합금)을 이용해 제작하고 내부에 반사판(42: Ta, Mo, W, SuS)을 부착하여 열이 빠져나가는 것을 방지하는 것이다.

이때 상기 반사판(42)을 다중으로 한다. 각 반사판(42) 사이에 접촉면이 넓을 경우 외부로 열이 많이 빠져나가기 때문에, 각 반사판(42) 사이의 접촉면의 넓이를 최소화해야 한다. 이러한 목적을 이루기 위해서 도 8에서와 같이, 평평한 형태의 반사판(42) 사이에 표면이 엠보싱(embossing) 처리된 엠보싱 반사판(43)을 위치시키는 것이 바람직하다.

도 8은 반사판(42)을 덮개부(40)의 내측에 구성하는 일 실시예를 나타내는 것으로, 상기 다중의 반사판들(42,43)의 개구부의 넓이를 상기 덮개부(40)의 개구부(41)의 넓이보다 좁게 순차적으로 좁게 하되, 상기 덮개부(40)에서 가장 멀리 떨어져 있는 반사판의 개구부의 넓이를 가장 좁게 하여, 그 모양이 계단 모양을 이루도록 하거나, 또는 도 9에서 나타낸 것과 같이, 다른 반사판들과 덮개부(40)의 개구부(41)의 넓이에는 상관없이, 상기 덮개부(40)에서 가장 멀리 떨어져서, 개구부의 넓이가 가장 좁은 반사판이 나머지 반사판들 및 덮개부(40)의 개구부(41) 부분을 감싸도록 휘어서 상대적으로 온도가 낮은 다른 반사판이나 덮개부(40)의 개구부(41)에 유기물이 응축되는 것을 방지할 수 있다.

도 10에 나타낸 반사판(42)의 경우 일정한 간격으로 홀(44)이 형성되어 있는데, 상기 반사판(42)들을 덮개부(40)에 용접하기 위해서는, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 홀(44)에 삽입될 수 있는 돌기부(45a)가 형성된 별도의 용접판(45)을 상기 홀(44)에 위치시켜 덮개부(40)의 표면과 용접판(45)의 돌기부(45a)가 서로 닿는 부분을 용접하여, 덮개부(40)와 다른 재질의 판들을 고정하게 된다.

상기 용접판(45)은 상기 덮개부(40)와 같은 재질로서, 그 크기가 상기 홀(44)보다 큰 원형의 판으로 제작된다.

이는, 덮개부(40)와 다른 재질의 반사판(42)을 직접 용접하는 경우에는, 상온에서는 결합상태를 유지 하지만 고온에서는 열팽창계수가 틀리기 때문에 서로 떨어지는 현상이 발생할 수 있는데 이러한 현상을 예방할 수 있는 방법으로서, 반사판(42, 43)들을 덮개부(40)에 고정시킬 수 있는 방법이다.

도 12는 상기 도가니 이송부(50)와 연결장치(55)의 실시예를 나타내는 사시도로서, 상기 도가니 이송부(50)의 연결부(52)에 연결하여 연결부(52)를 연장할 수 있는 기둥(53)과, 상기 기둥(53)을 수직으로 연결하는 가로 바(54)로 구성하여, 도가니(20)와 함께 하우징(10)에 수납되어 있는 상기 도가니 이송부(50)의 연결부(52)에 상기 기둥(53)을 연결하여, 도가니 이송부(50)를 상방으로 움직여서, 도가니(20)를 하우징(10) 내부에서 상측으로 꺼낼 수 있다. 이러한 방법은 대형 증발원에서 도가니를 꺼낼 때 발생할 수 있는 도가니의 깨짐 현상을 줄일 수 있다.

도 13과 도 14에서는 여러 개의 증발원을 이용하여 초대면적용 증발원을 제작한 실시예를 나타내는 것으로, 도 13에는 두 개의 증발원을 적용한 예를 나타내고 도 14에서는 세 개의 증발원을 적용한 예를 나타낸다.

대형의 선형 증발원을 제작하려면 대형의 도가니의 제작이 어려우며 제작비용도 매우 높다. 상기 도 13과 도 14에서와 같이, 도가니들을 연속하여 위치하고 노즐부의 구조가 대칭되도록 제작하여 연결하면 초대면적용 대형의 선형 증발원 제작이 가능하다.

도 15와 도 16 및 도 17에는 상기 도가니(20)의 노즐개구부(21)가 여러 각도로 향하게 하는 실시예가 도시되어 있다.

도 15는 상기 도가니(20)를 임의의 각도로 기울여서 사용하는 것으로, 상기 도가니(20)의 노즐개구부(21)의 방향을 상기 도가니(20)를 기울인 각도(θ)대로 향하게 하여 사용할 수 있다.

이때 도가니(20) 내의 유기물질이 열에 의해 융해하여 도가니(20)의 상방으로 흐르지 않도록, 도가니(20)의 내측면에 흐름방지막(22)을 형성한다.

도 16은 상기 비대칭적으로 형성되어 일측으로 기울여진 노즐개구부(21)를 상기 도가니(20)의 단부에 위치하게 하여, 상기 도가니(20)의 노즐개구부(21)의 방향을 여러 각도로 향하도록 조절하여 사용할 수 있다.

상기 도 15 및 16에서 도시하는 바와 같이, 도가니(20)를 기울이거나 경사진 노즐개구부(21)를 사용하는 경우에는, 도 17에서 도시하는 바와 같이, 상기 하우징(10), 열선고정부(30) 및 덮개부(40)도 상기 기울어진 도가니(20)의 형상에 따라 제작이 된다.

즉, 상기 하우징(10)이 일측이 기울어진 형상으로 제작되고, 열선고정부(30)는 도 17과 같이 비대칭적으로 위치하게 되며, 그에 따라 덮개부(40)도 비대칭적으로 제작이 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 대면적 유기 발광 소자 등의 제작에 있어서, 증착을 이용하여 대면적 박막을 제작할 경우에, 대형의 선형 증발원 제작에 있어서 제작이 용이하고, 증발원 내부의 열 분포가 균일하도록 개선하고 외부로 빠져나가는 열을 효과적으로 막을 수 있으며, 추가 열선을 적용하여 응축 현상이 없는 증발원을 제작함과 도가니를 쉽게 삽입하고 꺼낼 수 있는 증발원을 제작하여 장시간 사용이 가능한 효과가 있는 것이다.

Claims

상측이 개구된 긴 통모양으로 형성되는 하우징과;

내부에 증착용 물질을 담는 것으로 상기 하우징에 삽입되는 도가니와;

상기 도가니의 상측에 설치되며 열선을 고정시키도록 하는 열선고정부와;

상기 열선고정부와 도가니를 덮도록 상기 하우징에 설치되며, 중앙측에서 양단부로 갈수록 폭이 넓어지는 개구부가 그 상측면에 형성되는 덮개부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원.
제 1항에 있어서,

상기 도가니의 양측에 구성되어 도가니의 양단부를 받치는 받침부와, 이 받침부에 수직으로 이어지는 연결부로 이루어져, 상기 도가니와 함께 상기 하우징에 수납되는 도가니 이송부가 추가 구성되어,

상기 도가니에 유기물질을 충전하는 경우에, 가로 바에 수직으로 이어지는 기둥으로 구성되는 연결장치를 상기 도가니 이송부의 연결부에 연결하여, 도가니 이송부를 상방으로 움직여서, 도가니를 상기 하우징에서 용이하게 꺼낼 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원.
제 1항에 있어서, 상기 열선고정부는,

상기 두 열의 프레임에는 일정 간격으로 핀이 구비되어, 세라믹 절연부를 핀에 끼워서, 열선이 상기 프레임의 세라믹 절연부를 번갈아 감도록 하는 것을 특징으로 하는 대면적 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원.
제 1항에 있어서, 상기 열선고정부 상측에는, 열선이 추가 구성되어,

상기 덮개부를 하우징에 덮었을 때, 상측부에 추가된 열선이 덮개부에 형성되어 있는 개구부의 주위에 위치하도록 하여, 상기 개구부에 유기물의 응축현상을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 대면적 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원.
제 1항에 있어서, 상기 덮개부 내측에는,

각 반사판간의 접촉면적을 최소화하는 엠보싱처리된 반사판을 포함하여, 적어도 한 층 이상의 반사판이 구성되어,

증발원 외부로 유출되는 열을 막도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원.
제 5항에 있어서, 상기 덮개부 내측의 반사판은,

상기 반사판의 홀에 삽입될 수 있는 돌기부가 형성된 별도의 원형 판을 상기 홀에 위치시켜 덮개부의 표면과 원형 판의 돌기부가 서로 닿는 부분을 용접하여, 덮개부와 반사판을 고정하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원.
제 1항에 있어서, 상기 하우징, 덮개부, 도가니, 열선고정부는,

적어도 두 개 이상으로 이루어져, 서로 연결하여 대면적 박막을 제작할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원.
제 1항에 있어서, 상기 도가니는,

그 상측에 노즐형태의 노즐개구부가 위치하고, 상기 도가니를 기울여 사용할 경우에, 상기 도가니 내의 유기물질이 열에 의해 융해하여 도가니의 상방으로 흐르지 않도록, 도가니의 내측면에 흐름방지막을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원.
제 8항에 있어서, 상기 노즐개구부는 물질의 토출방향을 임의의 방향으로 향하게 할 수 있도록 수직방향에 대하여 일정 각도를 이루도록 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자 박막 제작을 위한 선형 노즐 증발원.