KR20060031965A - 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 박막 소자의 증착 공정용 증발소스 내에서 사용되는 도가니 장치에 관한 것으로서 특히, 도가니를 가열하여 도가니 내에 담긴 유기 물질을 증발하여 대면적의 기판에 증착시켜 유기 박막을 제작함에 있어서, 증발되는 유기 물질을 기판에 균일하게 증착시키기 위하여, 유기 증발 물질의 증발 방향과 증발 양을 제어하는 멀티 노즐부(40)와, 상측이 개구된 원통형 도가니(50)가 결합되어 구성되어, 특히 대면적 기판의 유기박막 제작 시에 기판에 증착되는 유기물 박막의 두께의 균일성을 더욱 향상시키고, 유기물질의 사용율을 높이기 위한 것이다.

멀티 노즐, 도가니, 유기 박막

Description

유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치{Multi-nozzle crucible assembly for OLED deposition process}

도 1은 종래의 유기 박막 증착 공정용 도가니의 사용예을 나타내는 개략도,

도 2는 종래의 유기 박막 증착 공정용 도가니의 다른 사용예를 나타내는 개략도,

도 3a는 본 발명의 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐부의 평면 구조를 나타내는 개략도,

도 3b는 본 발명의 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐부의 정면 구조를 나타내는 개략도,

도 4는 본 발명의 유기 박막 증착 공정용 원통형 도가니의 정면 구조를 나타내는 개략도,

도 5는 본 발명의 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니의 입체 구조를 나타내는 개략도,

도 6은 본 발명의 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니에 사용되는 노즐 마개의 개략도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 도가니 11: 도가니 A

12: 도가니 B 20: 기판

30: 기판 회전 장치 40: 멀티 노즐부

41: 원통형 노즐 42: 열면적 홈

50: 원통형 도가니 51: 온도 측정선 고정 홈

52: 도가니 내부 돌출부 60: 노즐 마개

본 발명은 유기EL 소자의 유기 박막의 제작에 있어서, 박막의 증착 공정용 증발소스 내부에 설치되는 도가니 장치에 관한 것으로서, 증착 공정을 위해 증발원 내의 도가니를 가열하고, 도가니에 담긴 유기 물질을 증발하여 대면적 기판에 증착 시킴에 있어서, 증발되는 물질이 기판에 균일하게 증착 되도록 하기 위한 것이다.

유기EL 디스플레이 소자의 유기 박막 제작에 주로 사용되고 있는 방법은 고진공 증착 방법으로서, 유기 화학 물질을 대면적의 기판에 증착 코팅하기 위하여, 유기 화학 물질이 들어있는 도가니 주위를 가열하여 유기물질을 증발시켜 도가니의 상부에 위치한 글라스 기판에 증착되게 하여 글라스 위에 얇은 박막을 제작하는 방법이며, 이때 유기물의 오염을 방지하고, 소자의 수명을 장기화하기 위함은 물론, 적당한 증착율의 조절을 위하여 주로 고진공 분위기의 진공 용기 내에서 공정을 하게 된다.

도 1에는 주로 사용되는 포인트 소스(point source) 또는 점 증발원을 사용 하는 경우의 증착 방법을 개략적으로 나타내고 있으며, 주로 파우더의 형태인 유기 물질을 담는 포인트 소스용 도가니(10)가 진공 챔버 내 하부에 위를 보고 위치하고, 상측에 밑을 향하여 놓인 기판(20)이 설치된다. 가열된 도가니로부터 증발되어 나오는 유기 기체는 기판까지 비행하여 기판위에 응고되면서 박막이 형성되는 것이다. 이러한 포인트 소스의 도가니는 손쉽게 제작하여 사용할 수 있기 때문에 연구용으로 널리 사용되어 왔지만, 대면적의 유기 박막 기판의 양산 제작 시에는 기판(20) 중앙에는 유기 기체가 많이 날라가 증착되고, 기판의 가장자리부분은 유기물질이 적게 날라가 증착되므로, 가운데가 볼록한 유기 박막이 형성되어, 유기 박막의 균일도가 매우 좋지 않은 것(15% 이상)으로 알려져 있다.

상기 문제점을 개선하기 위해, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(20)을 기판 회전 장치(30)에 올려놓아, 기판의 회전이 가능하도록 하고, 도가니(A)(11)를 가진 포인트 소스를 기판의 중심축으로부터 일정거리를 가지는 오프셋 거리(X) 만큼 떨어트려 증착공정을 수행한다. 이때, 유기 박막의 균일도를 가지도록 도가니부터 기판까지의 거리를 일정의 증착 높이(Y)를 유지하도록 하기도 한다. 더욱 좋은 박막의 균일도(5% 이하)를 얻기 위하여, 또 다른 도가니(B)(12)를 가지는 포인트소스를 설치하여 기판의 중심위치로부터 일정거리를 떨어트려 또는 증착높이를 더욱 멀리 떨어뜨려 설치하고, 대면적의 기판을 회전하여 유기 박막의 균일도를 향상시키고 있으나, 이때 도가니들이 중심축과 기판으로 부터 너무 멀리 떨어져 있어, 유기물질의 사용률의 저하와 고진공 챔버의 크기가 매우 커지는 등의 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 유기 박막의 증착 공정에 있어서, 증발원에 사용되는 멀티 노즐 도가니 장치로서, 특히 대면적 기판의 유기 박막 제작 시에 기판에 증착되는 유기 박막의 두께의 균일도를 향상시키고, 유기 물질의 사용율을 높이기 위한 유기 박막 증착 공정용 도가니의 구조를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 유기 기체의 증발방향을 결정하는 원뿔형의 노즐들이 균일하게 분포된 멀티 노즐부(40)와, 상측이 개구된 원통으로서, 유기 파우더를 담을 수 있는 용기인 도가니(50)로 형성되고, 멀티 노즐부와 도가니에 전달된 열이 도가니 내부의 유기 파우더에 전달되어 유기물이 증발되도록 하기 위한 발명인 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치의 멀티 노즐부(40) 나타내는 단면도이고, 도 4는 원통형 도가니의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 멀티노즐 도가니의 실시예를 나타내는 개략도로서, 본 발명은, 다수개의 작은 원통형의 노즐(41)들을 가지며 하측이 개구된 원통형의 멀티 노즐부(40)와, 상측이 개구되고 하나의 큰 원통형으로 형성되어 상기 멀티 노즐부가 결합되도록 하는 도가니(50)로 구성되는 것을 기술상의 특징으로 한다.

도 3(a)는 멀티 노즐부의(40) 평면도로서, 다수개의 원통형의 노즐들이 원통 형의 모서리를 따라 균일하게 형성되고, 노즐들 사이에 열면적 홈(42)을 내어 주위의 열선으로 부터 보다 많은 열을 흡수할 수 있도록 단면적을 가급적 많이 확보하도록 한다. 즉, 멀티 노즐부가 도가니보다 높은 온도를 유지하도록 하여, 유기 기체가 노즐을 통하여 분출될 시, 노즐의 벽에 응고되어, 노즐이 막히는 현상을 방지하도록 하는 것이다. 일반적으로 유기물은 자신의 증발 온도보다 낮은 분위기에서는 응고되는 현상이 있다.

도 3(b)는 멀티 노즐부(40)의 측면을 나타내는 단면도로서, 상기에 언급된 열면적 홈(42)들이 멀티노즐부의 외부 측면에 파여진 형상을 나타내 준다. 멀티노즐부의 한부는 개구되어 있어, 원통형의 도가니의 상부와 결합하도록 한다.

도 4는 원통형 도가니(50)의 측면도로서, 도가니는 유기 분말 물질을 담을 수 있도록 상부가 개구된 원통형의 구조로서, 도가니의 하부 바닥에는, 도가니의 중앙을 향하여 원통형의 온도 측정선 고정 홈(51)을 가지도록 하여, 도가니를 가열 시 온도 측정선을 홈으로 밀어넣어 도가니 바닥에 닿게 함으로써 도가니 표면의 온도를 측정하고, 온도신호를 열 제어기에 보내어 도가니에 공급하는 열의 양을 제어하도록 한다. 또한, 상기 원통형 도가니(50)의 내부에는, 상부 중앙을 향하여 원통형의 돌출부(52)를 가지도록 하여 돌출부로부터 내부에 담긴 유기 파우더 내부에 골고루 열이 전달되도록 하여 유기 파우더의 균일한 증발을 하도록 한다.

도 5에는 상기 멀티노즐부의 하부(40)와 원통형 도가니의 상부(50)가 결합된 상태를 나타내는 실시도로서, 원통형 도가니와 멀티 노즐부 사이는 증발되는 유기물질이 새어 나오는 것을 방지하기 위해, 걸림턱이나 나사산을 이용하여 돌려서 잠그도록 하면 연결부위를 밀폐시킬 수 있다.

상기 멀티 노즐부(40)에 구성된 다수 개의 노즐(41)들은 내부와 통하도록 형성되어, 각 노즐의 중심축과 상기 멀티 노즐부 중심축사이의 각도가 0°에서 90°이내에서 사선의 방향을 가지고 형성되도록 함으로써, 각도와 노즐의 크기를 다르게 하여, 노즐로부터 분출되는 유기물 기체의 방향등을 제어하도록 하여, 대면적 유기박막의 두께의 균일도를 향상시킬 수 있다. 이때, 노즐들의크기는 길이 방향으로 증가하는 폭을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 상기 멀티 노즐부(40)를 이용하여 유기 박막의 증착되는 두께의 균일도를 확보할 수 있는 동작원리를 설명하면 다음과 같다.

일반적인 포인트 소스의 도가니의 경우를 살펴보면, 증발물질이 한 점과 같은 개구부를 통하여 증발하여 도가니의 개구 방향을 중심으로 방사형으로 퍼져나가는 원리를 가진다. 이때, 개구의 외부를 향하는 중심선 방향으로 사선방향보다 훨씬 많은 증발물질이 퍼져나가므로 실제 증착이 이루어지는 유리 기판의 중앙에서 바깥부분으로 갈수록, 증발원과의 거리가 멀어지며, 증발물질의 퍼짐 방향과 기판 면과의 각도가 커지기 때문에, 기판중앙에서의 증착박막의 두께가 바깥부분보다 두꺼워져서 기판전체의 증착 박막 두께의 균일도를 얻기가 어렵다. 이 경우 박막두께를 균일하게 얻기 위하여 기판을 회전하거나, 포인트 소스의 위치를 눕혀서 사용하기도 하지만, 물질의 사용효율이 현저히 낮아진다.

도 3에 도시한, 본 발명에 따른 멀티 노즐 도가니 장치를 사용하는 증발소스의 경우, 멀티 노즐부(40)의 노즐(41)들이, 기판의 바깥부분을 향하도록 원통형이나 원뿔의 형태로 제작하면, 노즐의 각도와 크기에 따라 유기 증발 물질의 증발 방향과 양을 조절하는 효과가 생기므로, 기판의 바깥부분에는 더욱 많은 증발물질이 방사형으로 증발되어 증착 되고, 증발 물질의 퍼지는 방향과 기판과의 각도에 의한 영향은 기판의 중앙부분을 적당히 두껍게 제어하는 효과를 가지게 하기 때문에, 점 증발원용 도가니를 사용 할 때와 같이, 기판을 회전하지 않고도 대면적 기판에 전체적으로 균일한 증착 박막의 두께를 얻을 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같은 노즐마개(60)를 사용하여 멀티 노즐부(40)의 특정한 노즐을 막음으로서, 분출되는 유기물의 방향과 양을 조절하기도 하여, 특정한 노즐만을 통하여, 유기 기체가 나오도록 함으로써, 도가니와 기판사이의 증착 높이(Y)가 너무 멀지 않고, 도가니의 오프셋거리(X)가 너무 멀지않도록 적당히 조절하면서, 기판 전체의 균일한 박막두께를 얻을 수 있으며, 유기 물질의 사용량을 개선할 수도 있다.

이상과 같은 본 발명은 유기 박막 증착 공정에 사용되는 증발소스에 사용되는 멀티 노즐 도가니의 장치로서, 멀티 노즐의 각도와 크기 및 숫자들을 조절함으로써, 특히 대면적 유기 박막 기판의 제작 시에 글라스 기판에 증착되는 유기 박막의 두께의 균일성을 향상시키고, 유기물질의 사용율을 더욱 높이고, 증착 높이와 오프셋거리가 너무 멀지 않도록 하기 위한 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (8)

1. 다수개의 작은 원통형의 노즐(41)들을 가지며 하측이 개구된 원통형의 멀티 노즐부(40)와, 상측이 개구되고 하나의 큰 원통형으로 형성되어 상기 멀티 노즐부가 결합되도록 하는 도가니(50)로 구성되는 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 원통형 도가니(50)의 내부에는, 상부 중앙을 향하여 원통형의 돌출부(52)를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 멀티 노즐부(40)는, 사선방향으로 내부와 통하는 다수개의 원통형 또는 원뿔형 노즐(41)들이 길이방향으로 증가하는 폭을 가지고, 원통의 모서리를 따라 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 멀티 노즐부(40)는, 사선방향으로 내부와 통하는 각기 직경이 다른 다수개의 원뿔형 노즐(41)들이 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 멀티 노즐부(40)는, 내부와 통하는 한 개 이상의 노즐(41)들로 형성되어, 각 노즐의 중심축과 상기 노즐부 중심축사이의 각도가 0도∼90도 이내에서 형성되도록 함을 특징으로 하는 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 원통형 도가니(50)의 하부 바닥에는, 도가니의 중앙을 향하여 원통형의 온도 측정선 고정 홈(51)을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치.
7. 제 3항에 있어서, 상기 멀티 노즐부(40)는, 다수개의 원뿔형 노즐 마개(60)를 사용하여, 특정 노즐들을 막을 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치.
8. 제 3항에 있어서, 상기 멀티 노즐부(40)는, 원통형의 측면을 따라 파여진 열면적 홈(42)이 균일하게 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 공정용 멀티 노즐 도가니 장치.

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