KR20070009354A - 유기물 소모량 향상용 유기소자 양산 제작용 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 소자의 양산 제작에 있어, 유기물 증착 공정 중, 유기박막을 제작하기 위한 유기물 증발원의 사용에 있어서, 유기물의 소모량을 향상하기 위한 발명으로서, 일주일 이상 연속사용이 가능하도록 하는 대용량의 직육면체의 도가니 상부에 원통형의 유기물 분출구를 다수 개 설치하여, 각 분출구의 길이와 직경을 조절하여, 분출구에서 나오는 유기 가스의 분포를 조절한 후, 기판에 유기물이 쌓여 유기박막을 이룰 시, 유기물의 대부분이 기판상의 유기 박막 형성에 사용되도록 하여, 기존의 유기물 소모량이 5% 정도 되는 것을 40%이상 향상하도록 하는 유기물 소모량의 향상을 위한 유기소자의 양산제작 용 증발원에 관한 것이다

유기소자, 대면적 기판, 유기물 소모량, 증발원

Description

유기물 소모량 향상용 유기소자 양산 제작용 증발원{Evaporation cell with high material usage for OLED manufacturing}

도1은 기존의 점증발원을 사용한 경우의 박막의 분포를 나타내는 실시도

도2는 기존의 점증발원을 사용하고 기판을 회전한 경우의 박막의 분포를 나타내는 실시도

도3은 본 발명의 직육면체 도가니를 사용한 경우의 박막의 분포를 나타내는 실시도

도4는 본 발명의 직육면체 도가니 2종류의 모습과 시뮬레이션 그래프

도5는 본 발명의 직육면체 도가니에 사용되는 열선의 사시도

도6은 본 발명의 꺾어진 분출구를 가진 직육면체 도가니를 사용하여 수직으로 세워져 회전하는 기판에 박막을 형성하는 것을 나타내는 실시도

도7은 꺾어진 분출구를 가진 직육면체 도가니를 나타내는 측면도

도8은 유기물 소모량 향상용 증발원의 단면도

도9는 직육면체 도가니의 단면도

<도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명>

1: 기판 2: 유기물 박막

3: 포인트 소스 4: 기판 회전장치

5: 직육면체 도가니 6: 긴 원통형 분출구

7: 짧은 원통형 분출구 8: 가열선

9: 도가니 가열부 10: 원통형 분출구 가열부

11: 기판 고정장치12: 꺽어진 원통형 분출구

13: 바닥판14: 물관

15: 금속판16: 스크류

17: 도가니 덮개18: 가스켓

유기EL 소자를 제작하는데 있어서, 가장 많이 사용하는 방법이 유기물 증착 기술이다. 즉, 글라스와 같은 기판을 고진공 챔버에 설치하고, 유기물을 기판에 코팅하여 유기박막을 제작하기 위하여, 유기물이 담긴 도가니를 가열하여 유기물이 증발하게 함으로써, 증발된 유기물이 기판에 쌓이면서 유기소자의 유기박막을 제작하게 된다.

도1에서와 같이 기판(1)을 설치하고, 기판의 하부에 포인트소스 또는 점증발원(3)으로 알려진 증발원을 사용하면, 기판의 가운데 부분에 쌓이는 유기물의 양이 기판의 가장자리에 쌓이는 양보다 많아 전체적인 박막(2)의 두께 균일도가 나쁘다. 이를 개선하기 위하여, 일정한 길이의 TS(기판과 증발원사이의 거리)를 멀리 유지하면서 증착을 하기도 하는데, 이때, 유기박막의 두께 균일도는 향상되나, 기판에 실제로 쌓이는 유기물의 양이 5% 미만이고, 대부분의 유기물은 고진공 챔버의 벽에 쌓여 코팅되거나, 펌프로 빨려나가, 고가의 유기물의 소모량이 매우 나쁘므로, 유기소자의 원가상승에 영향을 미치고 있다.

도2 에서와 같이 일정 길이의 OFFSET(기판의 중심선에서부터 증발원 까지의 수평거리) 을 멀리 유지 하면서 기판의 회전장치(4)를 사용해, 기판(1)을 3~10 RPM의 저속으로 회전하면서, 유기물 증착을 시도하기도 하는데, 이때, 유기박막(2)의 균일도는 좋아지나, 여전히 유기물 소모량이 매우 나빠(약 5%), 이의 개선이 절실히 필요하다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 직육면체의 도가니와 원통형 분출구를 조합하여 구성하는 증발원을 소개함으로써, 유기물 사용율을 증가시켜, 유기소자의 양산 제작 시 유기박막의 두께 균일도를 5% 미만으로 유지하면서도, 유기물 소모량을 획기적으로 증대시키는 신개념의 유기물 소모량 향상용 유기소자 양산 제작용 증발원을 개발하고자 한다. 또한 가스 상태의 유기물이 분출구 이외의 틈으로 분출되는 것을 방지하기 위한 가스켓을 적용하고자 한다.

도3 에서와 같이 유기물 소모량 향상용 유기소자 양산용 증발원은 유기물을 담는 직육면체의 도가니(5)가 있고, 그 상부에 원형의 구멍을 내어, 원통형의 유기물 분출부(6,7)가 조립되게 하는 것을 특징으로 한다. 즉, 도가니 상부 중앙부에 놓이는 원통형 분출부(7)를 통하여 유기물 가스가 분출되어 기판에 주로 쌓이면, 박막의 두께 균일도가 떨어지나, 도가니 가장자리에 놓인 또 다른 원통형 분출부(6)를 통하여 유기물 가스가 분출되게 하여 박막의 두께 균일도가 향상되도록 보상하는 가스를 분출하는 것이다. 이렇게, 서로 다른 분출부를 통하여 기판에 쌓이게 되는 유기물의 가스양을 조절하기 위하여, 원통형 분출부의 직경(d1, d2)과 길이(L1,L2)를 서로 다르게 제작하여 설치할 수도 있다.(도4-1)

참고로, 여러 기술 논문에 의하면, 유기물 가스는 분출구의 직경이 크고, 길이가 길수록 분출구의 중심축 방향으로 더욱 많은 가스가 분출되며, 분출구의 직경과 길이가 짧을수록 분출되는 가스가 더욱 넓게 퍼져서 분출되는 경향이 있는 것으로 알려져 있다.

이렇게 분출되는 가스양을 조절하면, 서로 다른 분출구에서 나온 가스가 기판에 쌓일 때의 분포가 달라, 적당한 직경과 길이의 분출구를 사용하면, 전체기판에 쌓이는 유기물이 고르게 쌓이게 되어, 전체적으로 균일한 박막의 두께를 얻게 되는 것이다. 이때, 가운데 위치한 분출구(7)에서 나오는 유기물의 60% 정도는 기판에 쌓이고, 가장자리의 분출구에서 나오는 유기물의 약 20%가 기판에 쌓이므로, 전체적으로 약 80%의 절반인 40%정도가 기판의 유기박막을 구성하므로 현재의 방법에서 알려진 5%의 유기물 소모량을 획기적으로 개선하게 되는 것이다.(도 4-3)

또한 유기물의 사용량을 더욱 개선하기 위하여 도4-2와 같이 3개의 원통형 분출구를 구성할 수도 있다. 이때, 대칭성을 갖기 위하여, 양 가장자리의 원통형 분출구는 가급적 동일한 크기(d, L)로 구성하고, 중앙의 원통형 분출구는 다른 크기(가급적, 가장자리의 분출구보다 작고, 짧게)로 구성한다.

상기의 도가니와 원통형 분출구들을 동시에 가열하기 위하여, 도5 에서와 같이 도가니 가열부(9)와 원통형 분출구의 가열부(10)를 가지는 가열선(8)을 제작한다. 이때, 원통형 분출구를 가열하는 이유는, 유기물이 증발하여 분출구를 빠져 나오다, 도가니보다 차가운 분출구의 온도 차이를 느끼게 되어, 분출구의 벽에 응축되는 현상을 방지하기 위한 것이다.

기판이 대면적화 될 시, 기존의 방법으로 고진공 챔버의 상부에 얇은 글라스 기판을 고정하면, 기판이 처지게 되어, 박막의 균일도를 확보하기가 어렵게 되기도 하며, 기판을 고정하기도 어렵다. 이의 개선을 위하여, 도6 에서와 같이 수직으로 구성된 기판 고정장치(11)에 수직으로 대형의 유리기판을 고정하여 회전하면서 유기물 증착을 하도록 한다. 또한 꺽어진 원통형 분출구(12)를 도6 에서와 같이 설치하여 유기물을 증발하면, 대형의 기판 처짐에 의한 증착의 어려움을 쉽게 해결할 수 있게 되는 것이다. 이때, 기판의 위치에 따라, 원통형 분출구의 꺽어진 각도(A)를 조절하여 제작할 수도 있다.

본 발명의 증발원은 바닥판(13)에 물관(14)을 형성하여 물이 순환하도록 하고 도가니(5) 주위에 구리나 알루미늄과 같은 열전도성이 뛰어난 금속판(15)을 여러 겹 둘러싸고 여러 겹의 금속판(15)이 바닥판(13)과 밀착 고정되도록 스크류(16)로 결합시킨 구조를 갖는데 이는 기판으로의 열전달을 최소화하여 기판이나 마스크가 처지지 않도록 하고 가열 후 냉각이 빨리 이루어지도록 하고 유지보수의 편리성을 위해 이탈착이 쉽도록 하기 위함이다. (도 8)

도가니 내에서 가열되어 가스상태가 된 유기물은 분출구 뿐만 아니라 도가니에 있는 모든 틈으로 분출되어 증발원 내에 증착되거나 챔버 벽에 증착되고 유기물 소모량을 떨어뜨리는 한 원인이 되는데 이를 방지하기 위해 도가니와 도가니 덮개(17) 사이에 카본종이와 같은 신축성과 밀도성이 좋은 물질을 가스켓(18)으로 사용할 수 있다.(도 9)

상기의 유기소자의 증착용 증발원 발명은 고 진공 용기 내에서 유기박막을 제작하기 위한 유기물 증발원의 사용에 있어서, 일주일 이상 연속사용이 가능하도록 하는 대용량의 직육면체의 도가니 상부에 원통형의 유기물 분출구를 다수 개 설치하여, 각 분출구의 길이(또는 높이)와 직경을 조절하여, 분출구에서 나오는 유기 가스의 분포를 조절한 후, 기판에 유기물이 쌓여 유기박막을 이룰 시, 회전하는 기판상에 형성되는 유기박막의 두께 균일도가 5%이하가 되도록 하며, 유기물의 대부분이 기판상의 유기 박막 형성에 사용되도록 하여, 기존의 유기물 소모량이 5% 정도 되는 것을 40%이상 향상하도록 하는 유기물 소모량의 향상을 위한 유기소자의 양산제작용 증발원에 관한 것이다

Claims (7)

1. 직육면체의 도가니 상부에 원통형 분출구가 여러 개 조립된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 유기물 소모량 향상용 증발원
2. 제1항에 있어서, 원통형 분출구의 반경과 길이가 서로 다르게 조립하는 것을 특징으로 하는 유기물 소모량 향상용 증발원
3. 제1항에 있어서, 직육면체의 도가니와 도가니 상부에 놓인 원통형 분출구를 가열하기 위하여 도6과 같은 형상의 열선을 가지는 것을 특징으로 하는 유기물 소모량 향상용 증발원
4. 제1항에 있어서, 직육면체의 도가니상부에 꺽어진 원통형 분출구를 여러 개 조립하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 유기물 소모량 향상용 증발원
5. 제 4 항에 있어서, 원통형 분출구의 꺽어진 각도(A)를 0도에서 180도 사이의 값을 가지도록 제작할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기물 소모량 향상용 증발원
6. 제 1항에 있어서, 바닥판에 물관이 형성되어 있고 여러 겹의 금속판이 도가니를 둘러싸여 있고 금속판과 바닥판이 스크류로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유기물 소모량 향상용 증발원
7. 제 1항에 있어서, 직육면체 도가니와 도가니 덮개가 연결되는 부분을 따라 도가니에 홈이 나 있고 그 홈에 가스누설 방지용 가스켓이 설치되는 것을 특징으로 하는 유기물 소모량 향상용 증발원

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