KR20050082838A - 유기 전계 발광층 증착용 증착원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기물, 증착원의 측벽 부재 및 외부의 온도 차이로 인하여 발생하는 유기물의 열 전달을 방지함으로서 유기물을 전체적으로 균일하게 증발시켜 균일한 두께의 유기물 증착막을 기판 표면에 형성할 수 있는 구조의 증착원에 관한 것이다. 본 발명에 따른 증착원은 바닥 부재 및 측벽 부재를 포함하여 이들 부재로 인하여 형성된 내부 공간에는 증착 재료가 수용되어 있으며, 측벽 부재의 상단에는 증착 재료에 열을 공급하는 열원으로 작용하는 열 발생 수단이 위치하되, 열 발생 수단에는 그 길이 방향으로 일정 폭의 절개부가 형성되어 있다. 증착원의 바닥 부재 및 측벽 부재의 외부에는 내부면이 바닥 부재 및 측벽 부재의 외부면에 접촉하는 케이싱이 위치하며, 이 케이싱의 그 내부 표면에는 매끄러운 표면 구조를 갖는 금속 박막이 형성되어 있다. 케이싱에 형성된 금속 박막은 금속을 이용한 스퍼터링(sputtering) 공정을 통하여 형성하는 것이 바람직하다.

Description

유기 전계 발광층 증착용 증착원{Source for depositing electroluminescent layer}

본 발명은 유기 전계 발광층의 증착을 위한 증착원에 관한 것으로서, 특히 외부로의 열 발산을 방지하여 증착 재료가 균일하게 증발되고 기판 표면에 균일한 증착막을 형성시킬 수 있는 증착원에 관한 것이다.

열적 물리적 기상 증착은 증착 재료(유기물)의 증기로 기판 표면에 발광층을 형성하는 기술로서, 용기(vessel) 내에 수용된 유기물은 기화 온도까지 가열되며, 증착 재료의 증기는 수용된 용기 밖으로 이동한 후 코팅될 기판 상에서 응축된다. 이러한 증착 공정은 유기물을 수용하는 용기 및 코팅될 기판을 구비한 10^-7 내지 10^-2 Torr 범위의 압력 상태의 챔버 내에서 진행된다.

일반적으로, 증착 재료를 수용하는 용기인 증착원(deposition source)은 전류가 구성 부재들을 통과할 때 온도가 증가되는 전기적 저항 재료로 만들어진다. 증착원에 전류가 인가되면, 그 내부의 증착 재료는 구성 부재로부터의 방사열 또는 벽과의 접촉으로부터의 전도열에 의하여 가열된다. 증착원의 상부 부재에는 기화된 증착 재료 증기가 외부로 배출되는 증기 배출 개구(vapor efflux aperture)가 형성되어 있다.

도 1은 증착원이 장착된 증착 장치의 내부 구성을 도시한 단면도로서, 증착 장치의 챔버(3) 내부에 장착된 증착원(1) 및 증착원(1) 상부에 장착되어 있는 기판(2)을 도시하고 있다.

표면에 발광층이 형성될 기판(2)은 챔버의 상부 플레이트(3-1)에 장착되어 있으나, 이 기판(2)은 고정된 상태로 장착될 수도 있으나, 그 폭 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다. 기판(2)을 상부 플레이트(3-1)에 대하여 수평 운동(직선 운동)이 가능하게 장착시키는 구성은 일반적이며, 따라서 그에 대한 설명은 생략한다.

증착원(1)은 챔버(3)의 바닥면(3-2)에 고정된 절연 구조체(4) 위에 장착되어 있으며, 전원을 공급하기 위한 케이블이 연결되어 있다. 한편, 이 증착원(1)은 절연 구조체(4) 상에 고정된 상태로 장착될 수도 있으나, 기판(2)의 폭 방향으로 수평 운동(직선 운동)이 가능하게 장착될 수 있다. 증착원(1)을 절연 구조체(4)에 대하여 수평 운동이 가능하게 장착시키는 구성은 일반적이며, 따라서 그에 대한 설명은 생략한다.

도 1에서는 증착원(1)의 내부 공간에서 기화된 증착 재료의 증기가 기판을 향하여 외부로 배출되는 증기 배출 개구(1A)가 상부 부재에 형성되어 있음을 도시하고 있다. 일반적으로, 상기 구조 및 기능을 수행하는 증착원(1)은 전체 형상 및 증기 배출 개구(1A; 이하, 편의상 "개구"로 칭함)의 형상에 따라 포인트 증착원(point deposition source) 및 선형 증착원(linear deposition source)으로 구분된다.

포인트 증착원은 전체적인 형상이 원통형으로서, 상부 부재에 형성된 개구는 원형으로 이루어진다. 또한, 선형 증착원은 육면체의 형상을 가지며, 상부 부재에는 부재의 길이 방향으로 소정 폭의 개구가 형성되어 있다. 포인트 증착원과 선형 증착원은 증착 공정 조건, 기판의 조건 또는 형성될 증착막의 형태 등을 고려하여 그 사용이 결정된다. 이하에서는 선형 증착원을 예를 들어 설명하기로 한다.

도 2a는 일반적인 선형 증착원의 개략적인 사시도, 도 2b는 도 2a의 선 B-B를 따라 절취한 상태의 단면도, 도 2c는 도 2a의 선 C-C를 따라 절취한 상태의 단면도로서, 육면체로 이루어진 선형 증착원 및 그 내부 공간에 수용된 증착 재료(유기물)를 도시하고 있으나, 도 2a에서는 상단에 위치하는 열 발생 수단을 도시하지 않았다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 일반적인 선형 증착원(10)은 고온에서 견딜 수 있는 재료, 예를 들어 석영(quartz)으로 제조된 바닥 부재 및 측벽 부재(11)로 구성되며, 각 부재로 인하여 형성된 내부 공간에는 증착 재료(M; 이하, "유기물"이라 칭함)가 수용되어 있다. 측벽 부재의 상단에는 유기물에 열을 공급하는 열원으로 작용하는 열 발생 수단(12; 예를 들어, 전원에 연결된 발열판)이 위치하고 있으며, 따라서 유기물(M)이 수용된 공간의 상단을 밀폐한다. 한편, 열 발생 수단(12)에는 그 길이 방향으로 일정 폭의 절개부(12A)가 형성되어 있어 공간부에서 형성된 유기물 증기는 이 절개부(12A)를 통하여 기판(도 1의 2)으로 유동한 후, 기판 표면에 증착된다.

이와 같은 구조로 이루어진 선형 증착원(10)을 이용하여 기판 표면에 유기물 증착층을 형성하는 공정을 일정 시간 수행한 뒤, 증착원(10) 내부 공간에 잔류하는 유기물(M)의 상태를 도 3a 및 도 3b에 도시하였다. 도 3a 및 도 3b는 도 2b 및 도 2c의 대응 단면도로서, 증착 공정이 진행된 후의 증착원 내부에 존재하는 유기물의 상태를 도시한다.

유기물(M)의 온도를 "T₁", 증착원의 측벽 부재(11)의 온도를 "T₂", 그리고 증착원(10) 외부의 온도를 "T₃"라고 하면, 증착 공정시 각 부분의 상호 온도 관계를 『T₁ ＞ T₂ ＞ T₃ 』로 나타낼 수 있다. 열 발생 수단(12)에서 발생된 열에 의하여 유기물(M)이 가열, 증발되며, 이 과정에서 고온의 유기물(M)에 함유된 열은 증착원의 측벽 부재(11)를 통하여 외부로 전달된다. 즉, 위의 관계에서 알 수 있듯이, 측벽 부재(11) 근방에 위치하는 유기물(M2)에 함유되어 있는 열은 온도가 낮은 측벽 부재(11)로 전달되며, 또한 측벽 부재(11)의 열은 더욱 낮은 온도의 층착원(10) 외부로 전달된다(도 3a 및 도 3b에서의 각 화살표는 열의 전달 경로를 나타냄).

증착 장치 내의 각 부분, 즉 유기물(M), 측벽 부재(11) 및 그리고 증착원 외부의 온도 차이에 따라 발생하는 위와 같은 열 전달로 인하여 측벽 부재(11)에 인접한 유기물(M2)의 온도는 중앙부에 위치하는 유기물(M1)의 온도보다 낮아질 수 밖에 없다. 결국 증착원 내부 공간에 존재하는 유기물(M)은 그 위치에 따라 증발 속도에 차이가 발생한다.

전술한 바와 같은 이유로 인하여 측벽 부재(11)에 인접한 유기물(M2)의 온도는 중앙부에 위치하는 유기물(M1)의 온도보다 낮게 되며, 온도가 낮은 유기물(M2)의 증발 속도 및 증발량은 온도가 높은 중앙부 유기물(M1)의 증발 속도 및 증발량보다 현저하게 낮아지게 된다. 따라서 일정 시간의 증착 공정이 진행된 후, 유기물은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 중앙부와 외곽부에서 높이 차이가 발생한다.

이와 같은 위치에 따른 유기물의 증발 속도 및 증발량의 차이는 동일 증착원 내부 공간 전체에서의 유기물의 불균일한 증발을 일으키는 직접적인 원인으로 작용하며, 결과적으로 기판에 증착된 유기물층은 그 두께가 균일하지 않게 된다. 두께가 일정하지 않은 유기물층이 형성된 기판을 이용하여 유기 전계 발광 소자를 제조할 경우, 기판 표면의 발광층에서의 휘도의 균일도가 저하되며 또한 색 균일도 역시 불균일해짐으로서 제품의 기능에 심각한 장애 요인으로 작용하게 된다.

본 발명은 유기물, 증착원의 측벽 부재 및 외부의 온도 차이로 인하여 발생하는 유기물의 열 전달을 방지함으로서 유기물을 전체적으로 균일하게 증발시켜 균일한 두께의 유기물 증착막을 기판 표면에 형성할 수 있는 구조의 증착원을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 증착원은 바닥 부재 및 측벽 부재를 포함하여 이들 부재로 인하여 형성된 내부 공간에는 증착 재료가 수용되어 있으며, 측벽 부재의 상단에는 증착 재료에 열을 공급하는 열원으로 작용하는 열 발생 수단이 위치하되, 열 발생 수단에는 그 길이 방향으로 일정 폭의 절개부가 형성되어 있다. 증착원의 바닥 부재 및 측벽 부재의 외부에는 내부면이 바닥 부재 및 측벽 부재의 외부면에 접촉하는 케이싱이 위치하며, 이 케이싱의 그 내부 표면에는 매끄러운 표면 구조를 갖는 금속 박막이 형성되어 있다.

본 발명의 목적을 효과적으로 달성하기 위해서, 케이싱에 형성된 금속 박막은 금속을 이용한 스퍼터링(sputtering) 공정을 통하여 형성된다.

첨부된 도면을 참고로 한 바람직한 실시예의 상세한 설명에 의하여 본 발명은 보다 완전하게 이해될 것이다.

도 4a 및 도 4b는 도 2b 및 도 2c와 각각 대응하는, 본 발명에 따른 증착원의 구성을 도시하는 단면도로서, 본 발명에 따른 선형 증착원(20) 역시 고온에서 견딜 수 있는 재료인 석영(quartz)으로 제조된 바닥 부재 및 측벽 부재(21)로 구성되며, 각 부재로 인하여 형성된 내부 공간에는 유기물(M)이 수용되어 있다. 측벽 부재(21)의 상단에는 유기물(M)에 열을 공급하는 열원으로 작용하는 열 발생 수단(22)이 위치하고 있으며, 따라서 유기물(M)이 수용된 공간의 상단을 밀폐한다. 한편, 열 발생 수단(22)에는 그 길이 방향으로 일정 폭의 절개부(22A)가 형성되어 있어 공간부에서 형성된 유기물(M)의 증기는 이 절개부(22A)를 통하여 기판으로 유동한 후, 기판 표면에 증착된다.

본 발명에 따른 증착원(20)의 가장 큰 특징은 증착원의 외부에 케이싱(23)을 위치시킨 것으로서, 증착원(20)은 이 케이싱(23)에 의하여 지지된 상태, 즉 증착원의 바닥 부재 및 측벽 부재(21)의 외면이 케이싱(23)의 내면과 접촉하는 상태를 유지한다.

본 발명에 적용된 케이싱(23)은 기본 재료를 박스 형태로 가공한 후, 금속, 예를 들어 크롬(Cr)을 이용한 스퍼터링(sputtering) 공정을 진행함으로서 기본 재료의 내부 표면에 금속 박막이 형성된 구조를 갖는다. 이와 같이 형성된 케이싱(23) 내에 증착원(10)을 위치시킨 후, 증착 공정을 수행하는 과정에서 얻어지는 현상을 설명하면 다음과 같다.

도 4a 및 도 4b와 같은 구조로 이루어진 선형 증착원(20)을 이용하여 기판 표면에 유기물 증착층을 형성하는 공정을 일정 시간동안 수행하면, 전술한 바와 같이 유기물(M), 증착원의 측벽 부재(21) 및 증착원(20) 외부 온도의 차이로 인하여 유기물(M)이 갖고 있는 열은 증착원의 측벽 부재(21)를 통하여 증착원(20) 외부로 전달된다.

그러나, 열이 증착원의 측벽 부재(21)를 통과하여 증착원(20) 외부로 전달되는 과정에서, 증착원(20) 외부에 위치하는 케이싱(23)의 내부 표면(즉, 증착원의 측벽 부재(21)의 외부 표면과 대응하는 표면)에 도달한 열은 유리 표면처럼 매끄러운 금속 박막이 형성된 케이싱(23)의 내부 표면에 의하여 케이싱(23)으로 흡수되지 않고 반사된다.

케이싱(23)의 내부 표면에 형성된 금속 박막으로부터의 복사열은 증착원(20)의 측벽 부재(21)로 전달되며, 따라서 케이싱이 없이 설치된 일반적인 측벽 부재와 비교하여 케이싱(23)으로부터의 복사열을 받는 측벽 부재(21)는 그 온도가 높아진다. 결과적으로, 측벽 부재(21)에 근접하게 위치하고 있는 유기물은 측벽 부재(21)로부터의 복사열을 공급받음으로서 중앙부에 위치한 유기물과 동일한 량의 열을 받게 된다.

이와 같은 현상에 의하여 증착원 내의 모든 유기물은 전체적으로 균일한 속도의 증발이 이루어지며, 유기물의 불균일한 증발로 인한 모든 문제점을 간단하게 해결할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 케이싱을 구성하는 기본 재료의 내부 표면에 스퍼터링 공정을 이용하여 금속 박막을 형성하였음을 설명하고 있지만, 이 밖의 다른 공정을 통해서 금속 박막을 형성할 수 있다. 그러나, 증착원 구성 부재로의 열 전도를 최대화하기 위하여 케이싱의 내부 표면을 보다 매끄럽게 처리하여야 하며, 이를 위해서는 케이싱 표면에 균일한 금속 박막을 형성할 수 있는 스퍼터링 공정으로 기본 재료의 표면에 금속막을 형성하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 측벽 부재를 통하여 외부로 발산되는 열을 차단하여 구성 부재로 전달함으로서 측벽 부재 주변에 위치하는 증착 재료를 중심부에 위치하는 증착 재료와 동일한 조건으로 증발시킬 수 있다. 따라서 모든 증착 재료의 균일한 증발이 이루어짐으로서 기판 표면에 균일한 두께의 증착막을 형성할 수 있으므로 최종 제품의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명으로부터 얻어질 수 있는 많은 변형과 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형과 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.

도 1은 증착원이 장착된 증착 장치의 내부 구성을 도시한 단면도.

도 2a는 일반적인 선형 증착원의 개략적인 사시도.

도 2b는 도 2a의 선 B-B를 따라 절취한 상태의 단면도.

도 2c는 도 2a의 선 C-C를 따라 절취한 상태의 단면도.

도 3a는 증착 공정이 진행된 후의 증착 재료의 상태를 도시한 도 2b의 대응 단면도.

도 3b는 증착 공정이 진행된 후의 증착 재료의 상태를 도시한 도 2c의 대응 단면도.

도 4a 및 도 4b는 도 2a 및 도 2c와 각각 대응하는, 본 발명에 따른 증착원의 구성을 도시하는 단면도.

Claims (2)

1. 바닥 부재 및 측벽 부재를 포함하여 이들 부재로 인하여 형성된 내부 공간에는 증착 재료가 수용되어 있으며, 측벽 부재의 상단에는 증착 재료에 열을 공급하는 열원으로 작용하는 열 발생 수단이 위치하되, 열 발생 수단에는 그 길이 방향으로 일정 폭의 절개부가 형성되어 있는 선형 증착원에 있어서,

   상기 바닥 부재 및 측벽 부재의 외부에는 내부면이 바닥 부재 및 측벽 부재의 외부면에 접촉하는 케이싱이 위치하되, 상기 케이싱은 그 내부 표면에 금속 박막이 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 선형 증착원.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱에 형성된 금속 박막은 금속을 이용한 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성된 것을 특징으로 하는 선형 증착원.