KR20060111040A - 대용량도가니를 사용하는 대면적 유기박막 소자의 양산용증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 박막 제작에 있어, 고진공 상태에서 박막을 형성하는데 사용되는 유기물의 증발원에 관한 것으로서, 특히 선형의 도가니의 길이를 증가하여 유기물의 충전량을 늘림으로써, 장시간 유기물 증착이 가능하고, 노즐의 개수를 증가하여 유기물 기체의 분출량을 증가하여 증착속도를 빠르게 하고, 유기물 분출구인 노즐이 유기물의 경화에 의하여 막히지 않도록 노즐부를 가열하는 돌출 열선을 가지므로, 장시간 연속 증착이 가능하여 유기소자의 양산성을 획기적으로 향상시키는 선형도가니와 환형도가니를 사용하는 증발원에 관한 발명인 것이다

유기EL, 선형도가니, 환형도가니, 노즐, 열선

Description

대용량도가니를 사용하는 대면적 유기박막 소자의 양산용 증발원 {Evaporation cell with large-capacity crucibles for large-size OLED manufacturing}

도1은 선형의 도가니와 덮개, 3개의 노즐부가 결합된 사시도

도2는 선형도가니와 3개의 노즐부 삽입구를 가지는 덮개의 단면도

도3은 선형도가니 가열용 긴 열선과 돌출된 열선A, B의 실시도

도4(a)는 잠금날개를 가진 선형도가니와 잠금날개를 가진 덮개의 실시도

도4(b)는 금속링과 금속링 안착홈을 가지고, 볼트와 너트로 구성된 실시도

도5는 원통형의 노즐로서 노즐 잠금부와 나사산을 나타내는 사시도

도6은 노즐의 나사산과 노즐 삽입부의 나사산이 금속링을 사이에 둔 실시도

도7은 열선을 고정하는 열선고정장치의 사시도

도8은 열선을 고정하는 열선고정장치의 단면도

도9는 환형도가니의 실시도

<도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명>

10: 선형도가니 11: 선형도가니 덮개

12: 노즐부 13: 노즐부 삽입구

14: 하부 잠금날개 15: 상부 잠금날개

16: 금속링A 17: 금속링 안착홈

18: 금속볼트 19: 금속너트

20: 열선 21: 돌출열선A

22: 돌출열선B

30: 원통형노즐 31: 노즐 잠금부

32: 노즐나사산

40: 노즐 삽입구 나사산 41: 금속링B

42: 노즐 삽입구의 금속링 안착홈

50: 열선 고정대 51: 열선삽입부

52: 열선위치 고정부 53: 스크류

54: 열선 55: 열선홈

60: 환형도가니

기존의 유기물 증발원은 용량이 100cc 정도이고, 일주일 사용량이 400cc 이상이 되므로, 현재의 양산장비에서는 여러 개의 증발원을 리볼버 장치에 담아서 사용하므로 증발원 교체시 걸리는 시간 때문에 유기소자의 양산수율이 저하된다. 또한 증발원의 교체가 가능한 교환장치의 설치가 어려우며, 자동화가 용이하지 않아 전체 설비의 가격이 상승하는 요인이기도하다. 특히, 유기박막의 두께를 두텁게 하기 위하여 같은 유기물의 증발원을 두개이상 동시에 사용하여 양산성을 높이는 노력을 하고 있으나, 각 증발원에 연결되어 사용되는 전원공급기와 콘트롤러의 개수가 증가하여 유기소자의 양산장비의 가격상승의 요인이 되고 있다.

아울러, 현재 사용되는 원통형의 도가니는 도가니의 중심부와 벽면의 온도 분포가 균일하지 않아 도가니에 충전된 유기물에 열에너지를 균일하게 공급할 수가 없다. 즉, 도가니 중심부에 놓인 유기물의 증발을 위하여 도가니를 너무 가열하게 되면, 높은 열에너지가 공급되어 유기물 분자의 분해가 일어나, 장시간 유기물을 사용할 수 없게 된다. 또한, 유기물이 분출되는 노즐부는 열선 밖으로 노출되어 있어, 도가니의 내부보다 온도가 낮으므로, 유기물 분자가 노즐의 입구에 고체화 되어, 장시간 사용 시, 노즐의 막힘현상이 발생된다.

상기의 문제점들을 해결하기 위하여, 유기물의 충전용량이 충분하도록 (400cc 1200cc) 하는 도가니의 개발이 필요하며, 가급적 한 개의 전원공급기를 사용하여 설비의 원가상승을 막고, 유기물의 증착속도를 증가시킬 수 있는 증발원의 개발이 필요하다. 또한, 장시간 사용하여도 노즐부의 막히는 현상이 없어야 하는 노즐부의 가열장치가 필요하다. 본 발명은 선형의 도가니를 사용하여 유기물의 충전양을 늘리고, 선형의 도가니와 환형의 도가니 내부의 열에너지 분포를 균일하게 하고, 노즐부의 막힘현상이 없도록 하는 가열장치에 관한 것으로서 구성을 설명하면 다음과 같다.

각 구성을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 선형도가니(10)의 상부에 선형도가니 덮개(11)가 결합된 모습이며 덮개의 상부에는 노즐부(12)를 통하여 적어도 3개의 원통형 노즐이 설치된다. 가운데 노즐만 설치하면 대면적의 유기박막 형성 시 박막 두께의 균일도를 유지하기 힘들므로 좌우에 노즐들을 추가로 설치하여 사용할 수 있다. 이때, 가운데 노즐만 사용하면, 가운데는 두껍고 끝부분은 얇은 유기 박막을 얻게 되므로 얇은 두께의 유기박막을 두텁게 보상해 주기 위하여 좌우 두개의 노즐을 더 설치하는 것이다.

또한, 가운데 노즐을 사용하지 않고 좌우 두개의 노즐만 사용할 수도 있는데, 이경우 노즐에서 분출되는 기체의 양이, 한 개의 노즐만 사용할 때보다 두 배가 되므로 유기박막의 증착속도를 두배 증가하는 효과가 있기도 하다. 즉, 유기박막 소자의 양산 시 TACT 타임을 빠르게 하는 효과가 발생하여 양산수율을 높일 수 있다.

도2는 선형 도가니(10) 상부에 결합된 선형도가니 덮개로서 내부에 경사진 지붕들을 가지며, 적어도 3개의 노즐삽입부(13)들이 형성된다. 이때, 경사진 지붕은 증발되는 유기물이 노즐부를 향하도록 하여 기체의 분출이 용이 하도록 하는 역할을 하게 된다.

이러한 선형의 도가니와 그 덮개의 길이를 증가하면 더 많은 양의 유기물이 충전되어 장시간 유기박막의 증착 공정을 수행할 수 있다. 특히, 유기박막의 크기가 커져 대면적이 될 경우에 사용되는 유기물의 양이 증가하므로, 유기물의 더욱 많은 충전양이 필요하게 되므로, 대면적의 유기소자 양산용 증발원으로 효과적이다.

도3(a)와 (b)는 선형의 도가니와 그 덮개를 가열하는 길쭉하고 지그재그 형태로 감겨진 열선(20)의 형태를 나타내며, 특히 노즐부의 집중된 가열이 필요하므로 돌출된 열선(21)의 형태를 가진다. 노즐부를 통하여 기체가 분출될 시 도가니내의 열에너지가 적외선의 형태로 분출되므로 노즐부는 도가니 보다도 냉각되는 현상이 생기는데, 이때 냉각된 도가니를 가열하지 않으면, 유기물 기체가 달라붙어 경화되므로 노즐이 막히기도 한다. 즉, 이러한 현상을 방지하도록 노즐부를 적당히 가열하는 돌출된 열선(A, B)의 형태를 가지게 되는 것이다.

이 경우, 하나의 가열선으로 도가니도 가열하고 노즐부도 동시에 가열하므로, 기존의 경우처럼 두개이상의 가열선이 필요 없게 되어, 사용되는 전원공급기와 자동 콘트롤러의 개수를 줄일 수 있어 증착장비의 원가 절감과 사용자의 운용이 매우 편리해지는 효과가 생긴다.

도4는 선형도가니(10)와 덮개(11)사이의 공간을 통하여 유기물 기체가 새어 나가지 않도록 잠금날개(14, 15)를 설치하여 세게 잠글 수 있도록 하는 것이다. 즉, 상부와 하부의 잠금날개의 마주 보는 면에는 금속링(16)을 끼우넣도록 하는 금속링 안착홈(17)이 있어 결합 후 금속볼트(18)와 너트(19)를 사용하여 더욱 세게 도가니와 덮개장치를 잠글 수 있도록 한다.

이때, 금속링은 약간 물렁물렁한 성질을 가지는 구리선이나 탄탈선을 사용하는 것이 좋다.

도5는 원통형의 노즐(30)의 모습이며, 중간쯤에 노즐 잠금부(31)가 주위에 각도를 형성하도록 하여 스페너 같은 툴을 사용하여 더욱 세게 잠금이 용이하게 하여준다. 이때 노즐의 하부에는 나사산(32)이 있어서, 노즐 삽입부의 나사산(40)과 결합되도록 한다.

도6은 선형의 도가니 덮개의 상부에 형성되는 노즐 삽입부의 구체도면으로서 노즐과 결합되는 나사산(40)이 있고, 금속링(B)(41) 안착홈(42)이 있어 세게 잠그면, 금속링이 눌려 유기물 기체가 새어나가지 않도록 하는 장치인 것이다.

도7과 도8은 열선 고정 장치로서, 열선 고정대(50) 상부에 열선 삽입부(51)의 구조물을 고정하고, 지그재그 형태의 열선(54)을 열선 홈(55)에 각각 끼운 다음 열선위치 고정부(52)를 더 상부에서 고정하되 스크류(53)를 사용하여 열선고정대(50)에 열선위치고정부(52), 열선삽입부(51)를 함께 고정하게 된다. 이때, 열선사이의 간격(D)은 적당히 변화를 주어서 열선의 밀도를 조절함으로써 적절한 열에너지 분포가 균일하게 도가니와 노즐부에 유지되도록 한다. 이렇게 하여 열선을 용이하게 열선 고정장치에 고정하여 제작하게 되는 것이다.

도9은 상기의 선형도가니를 더욱 길게 하여 환형도가니(60)로 구성하고, 상부에 적어도 6개이상의 노즐부를 설치하여, 각 노즐에서 분출되는 기체들의 합이 기판상에 고르게 분포하여 증착 되도록 함으로써, 대면적의 기판을 회전하지 않아도 유기박막의 균일도(Uniformity)를 5% 미만을 얻을 수 있는 장치인 것이다.

본 발명인 선형도가니 증발원은 용량에 따라 도가니의 길이를 조정하여 사용하고, 박막의 두께에 따라 유기물이 분출되는 노즐의 개수를 조정하여 증착속도의 증가나 감소가 가능하므로 유기박막 제작에 있어서 장시간 사용이 가능하고, 유기물이 노즐외의 결합된 부분으로 새어나가지 않도록 하여 유기박막의 장시간 증착이 가능하여 유기소자의 양산수율을 획기적으로 향상시키는데 용이한 발명인 것이다. 또한 대면적의 기판을 회전하지 않고도 장시간 유기박막의 증착공정이 가능한 발명인 것이다.

Claims (9)

1. 긴 직육면체 모양의 선형도가니와 선형도가니를 덮는 선형도가니 덮개와 3개이상의 노즐부가 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 선형도가니 증발원
2. 제1항에 있어서, 선형도가니 덮개의 상부에는 3개이상의 노즐삽입구를 가지는 것을 특징으로 하는 선형도가니 증발원
3. 제1항에 있어서, 선형도가니를 가열하는 열선은 3개이상의 돌출열선을 가지는 것을 특징으로 하는 선형도가니 증발원
4. 제1항에 있어서, 선형도가니와 덮개는 잠금날개를 가지는 것을 특징으로 하는 선형도가니 증발원
5. 제4항에 있어서, 잠금날개는 금속링 안착홈을 가지고, 금속링을 사이에 끼운 후 금속볼트와 금속너트로 잠글수 있는 것을 특징으로 하는 선형도가니 증발원
6. 제1항에 있어서, 노즐부는 원형의 형태이고, 노즐잠금부와 하부에 나사산을 가지는 것을 특징으로 하는 선형도가니 증발원
7. 제6항에 있어서, 선형 도가니 덮개의 노즐 삽입부는 나사산을 가지고, 금속링을 사이에 두고 금속링 안착홈을 가지는 것을 특징으로 하는 선형도가니 증발원
8. 제3항에 있어서, 가열선의 고정장치는 열선고정대, 열선홈을 가지는 열선삽입부, 열선위치 고정부가 결합되고, 열선의 간격을 조정이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 선형도가니 증발원
9. 상기의 선형도가니를 더욱 신장하여 환형으로 구성하고, 상부에 6개 이상의 노즐부를 형성하는 것을 특징으로 하는 환형도가니 증발원

Images