KR20090114072A - 증발 장치 및 이를 구비하는 진공 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 발광 소자를 제작하기 위한 유기물 증발 장치 및 이를 구비하는 진공 증착 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 증발 장치는 진공중에서 증발된 유기물을 분사하도록 복수의 증발구를 가지며, 상기 증발구는 서로 상이한 길이 또는 구경을 가짐을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 증발 장치는 유기물을 분사하는 증발구의 길이를 상이하게 형성함으로써 증착된 박막의 균일도를 높일 수 있고 유기물의 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
유기물, 증발 장치, 증발구, 챔버, 기판

Description

증발 장치 및 이를 구비하는 진공 증착 장치{LINEAR TYPE EVAPORATOR AND VACUUM EVAPORATION APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 진공 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시키기 위한 증발 장치 및 이를 구비하는 진공 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유기 발광 소자를 제작하는데 있어서, 가장 많이 사용되는 방법은 유기물을 증발시켜 증발된 유기물을 기판의 일면에 진공 증착하는 방법이다.
이러한 진공 증착 방법은 글라스와 같은 기판을 챔버 내에 배치하고, 유기물이 담긴 점증발원(point source)와 같은 증발원을 기판의 일면에 대향하도록 배치한다. 이후, 유기물이 담긴 증발원을 가열하여 증발되는 유기물 기체를 기판의 일면에 쌓으면서 유기 박막을 형성하게 된다. 하지만, 최근에는 기판이 대면적화됨에 따라, 점증발원으로 알려진 증발원 대신 대면적 박막의 균일도가 확보되도록 선형 증발원이 사용되며, 이러한 선형 증발원은 대면적의 기판에 고르게 분사하도록 직 육면체의 도가니의 상부에 다수의 증발구를 동일한 구경 및 동일한 간격으로 형성하여 구성된다.
하지만, 동일 구경 및 동일한 간격으로 형성된 다수의 증발구에서 분사되는 유기물 증기는 기판의 중심부에 집중되게 되어, 기판의 중심부에 형성된 박막은 기판의 가장자리 부분에 비해 두꺼워지는 문제점이 발생된다. 또한, 증발구에서 분사되는 유기물 증기는 소정의 각도를 가지고 분사되기 때문에 기판의 가장자리에 대응하도록 형성된 증발구로부터 분사되는 유기물 증기는 일부만이 기판면에 증착되어 다량의 유기물의 손실을 유발시킨다.
이러한 문제를 해결하기 위해 증발구의 크기를 상이하게 조절하거나 증발구의 위치를 변경한 선형 증발원이 제안되고 있으나, 아직 많은 해결해야 할 문제점이 지적되고 있다. 즉, 증발구의 크기 및 위치를 변경하여 기판의 가장자리에 대응하도록 형성된 증발구로부터 분사되는 유기물 증기의 손실은 여전히 문제점으로 남아 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 기판에 증착되는 박막의 균일도를 높이고 유기물의 손실을 줄이기 위한 증발 장치 및 이를 구비하는 진공 증착 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 증발 장치는 상부 또는 측면의 일부가 개방되고, 내부에 유기물이 저장되는 도가니와, 상기 도가니의 개발된 개구부를 덮는 도가니 덮개와, 상기 도가니 또는 도가니 덮개에 형성되어 증발된 유기물을 분사하도록 이격되어 마련된 다수의 증발구를 포함하고, 상기 다수의 증발구는 서로 상이한 길이 또는 구경중 적어도 어느 하나를 가진다.
상기 도가니 또는 도가니 덮개는 서로 상이한 길이 또는 구경중 적어도 어느 하나를 가진 다수의 증발구가 형성된다.
상기 증발구는 상하 관통 형성된 파이프 또는 홀 형상으로 형성되어 상기 도가니 또는 도가니 덮개에 설치된다.
상기 파이프 형상의 증발구는 도가니 또는 도가니 덮개의 외부 또는 내부로 돌출되도록 결합되거나, 내부 및 외부로 돌출되도록 결합된다.
상기 도가니 및 도가니 덮개의 외부로 돌출되는 증발구가 절곡된 형태로 형성된다.
상기 증발구의 길이는 도가니의 중심부로부터 길이 방향의 가장자리부로 갈수록 길어지며, 상기 증발구의 길이는 1mm 내지 100mm이다.
상기 증발구의 구경은 도가니의 중심부로부터 길이 방향의 가장자리부로 갈수록 작아지며, 상기 증발구의 구경은 1mm 내지 20mm이다. 또한, 상기 증발구와 증발구 사이의 간격이 서로 상이하며, 상기 증발구와 증발구 사이의 간격이 중심부에서 길이 방향의 가장자리부로 갈수록 좁아진다.
상기 도가니는 내부 저장 공간이 형성되고, 한쪽 방향으로 길게 연장 형성된 선형이다.
본 발명의 다른 양태에 따른 진공 증착 장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부와 대향 마련되어 기판을 향해 증발된 유기물을 분사하도록 다수의 증발구가 형성된 상기 증발 장치를 포함하고, 상기 증발구는 서로 상이한 길이 및 구경중 적어도 어느 하나를 갖는다.
상기 기판과의 상대 이동수단을 더 포함하여 상대 이동이 가능하거나, 상기 기판 지지부에 증발 장치와의 상대 이동 수단을 포함하여 상기 증발 장치와의 상대 이동이 가능하다.
본 발명은 증발된 유기물을 분사하는 증발구의 길이와 구경을 상이하게 형성함으로써, 박막의 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기판의 하부 가장자리에 대응하는 증발구의 길이를 길게 형성하거나 구경을 작게 형성함으로써, 증발구로부터 분사된 유기물의 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 증발 장치가 구비된 진공 증착 장치를 나타낸 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 증발 장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 증발 장치의 동작을 나타낸 단면도이고, 도 4는 종래 증발 장치의 동작을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 증발 장치의 변형예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 진공 증착 장치는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내의 상부에 마련되어 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(200)와, 상기 기판 지지부(200)와 대향 마련된 증발 장치(300)를 포함한다.
챔버(100)는 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성되며, 내부에는 기판(S)을 처리할 수 있도록 소정 공간이 마련된다. 상기에서는 챔버(100)를 원통형 또는 사 각 박스 형상으로 형성하였으나, 이에 한정되지 않으며 기판(S)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 챔버(100)의 일측벽에는 기판(S)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(110)가 형성되며, 이러한 기판 출입구(110)는 챔버(100)의 타측벽에도 형성될 수 있다. 또한, 챔버(100)의 타측벽에는 챔버(100)의 내부를 배기하기 배기부(120)가 마련되며, 이러한 배기부(120)에는 고진공 펌프와 같은 배기 수단(130)이 연결된다. 물론, 배기 수단으로 고진공 펌프와 저진공 펌프를 동시에 구비하고, 챔버(100) 내에 저진공을 먼저 형성한 후, 고진공을 형성할 수 있음은 물론이다. 상기에서는 챔버(100)를 일체형으로 설명하였지만, 챔버(100)를 상부가 개방된 하부 챔버와, 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드로 분리하여 구성할 수 있음은 물론이다.
기판 지지부(200)는 챔버(100) 내의 상부에 마련되며, 챔버(100) 내로 인입된 기판(S)을 지지하여 기판(S)을 이동시키는 역할을 한다. 이러한 기판 지지부(200)는 하부면에 기판(S)을 지지하는 지지대(210)와, 상기 지지대(210)를 이동시키는 구동부(220)를 포함한다. 지지대(210)는 통상 기판(S)의 형상과 대응되는 형상으로 형성되며, 예를 들어, 기판(S)이 원형일 경우 지지대(210)는 이와 대응되는 원형 형상으로 형성되고, 기판(S)이 다각형일 경우 지지대(210)는 이와 대응되는 다각 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 지지대(210)에는 증착 공정 시 기판(S)에 증착되는 박막의 증착 효율을 높이기 위해 가열 부재(미도시)가 더 마련될 수 있으며, 이에 의해 기판(S) 증착 공정에 필요한 온도를 유지시킬 수 있다. 구동부(220)는 지지대(210)의 상부에 연결되며, 기판(S)을 지지하는 지지 대(210)를 이동시키는 역할을 한다. 여기서, 구동부(220)에 구동력을 제공하기 위해 구동부(220)에는 모터(230)와 같은 구동 부재를 포함할 수 있다. 여기서, 구동부(220)는 지지대(210)를 이동시키는 동시에 지지대(210)를 회전시킬 수도 있음은 물론이다.
증발 장치(300)는 챔버(100) 내의 하부에 마련되며, 증발 장치(300)의 내부의 공간에 저장된 고체 또는 분말 형태의 유기물을 증발시켜 증발된 유기물을 기판(S)의 일면에 제공하는 역할을 한다. 여기서, 증발 장치(300)의 상부에는 서로 다른 길이 및 구경을 가지는 다수의 증발구(330)가 마련되며, 이러한 증발구(330)에 의해 기판(S)에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다. 증발 장치(300)에 대해서는 이후에 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
기판 지지부(200)와 증발 장치(300) 사이에는 셔터(400)가 더 마련될 수 있으며, 이러한 셔터(400)는 증발된 유기물의 이동 경로를 제어하는 역할을 한다. 셔터(400)를 지지하기 위해 챔버(100)의 내측면에는 돌출부(140)가 형성될 수 있으며, 돌출부(140)의 상부에 셔터(400)를 안착시켜 고정시킬 수 있다. 여기서, 셔터(400)의 구조는 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 또한, 챔버(100)의 내측에는 증발 장치(300)로부터 증발된 유기물의 양을 측정할 수 있도록 두께 측정기(미도시)가 더 구비될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 증발 장치(300)는 챔버(100) 내의 기판 지지부(200)에 지지된 기판(S)의 하부면과 대향하도록 마련되며, 고체 또는 분말 형태의 유기물을 증발시켜 기판(S)의 하부면에 분사하는 역할을 한다. 이러한 증발 장치(300)는 도가니(310)와, 상기 도가니(310)의 상부를 덮는 도가니 덮개(320)와, 상기 도가니 덮개(320)에 형성된 다수의 증발구(330)를 포함한다.
도가니(310)는 상부가 개방되고 내부에 소정 공간이 형성된 사각 박스로 형성되고, 도가니(310)의 소정 공간에는 고체 또는 분말 형태의 유기물이 저장된다. 여기서, 도가니(310)의 형상은 사각 박스 외에 길이 방향으로 길게 연장되는 직육면체, 다면체 또는 타원 등의 형상으로 형성될 수 있으며, 물론 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변경 가능함은 물론이다. 도가니(310)에는 도가니(310)에 저장된 분말 형태의 유기물을 증발시키기 위해 히터(미도시)와 같은 가열 부재가 더 마련될 수 있으며, 가열 부재에 의한 발열로 증발된 유기물 증기를 기판(S)을 향해 분사함으로써, 기판(S)의 일면에 균일한 박막이 형성된다.
도가니 덮개(320)는 도가니(310)의 상부 또는 측면에 형성된 개구부를 덮어 도가니(310)를 밀폐하는 역할을 하며, 도가니(310) 형상에 대응하여 덮을 수 있는 형상으로 형성된다. 또한, 도가니(310) 또는 도가니 덮개(320)에는 복수의 관통홀(322)이 소정 간격으로 이격되어 형성된다. 관통홀(322)은 증발 장치(300)의 길이 방향으로 1열 또는 복수의 열로 배치될 수 있고, 일정한 열이 없이 2차원적으로 형성될 수 있다. 그리고, 다수의 증발구(330)가 관통홀(322)에 결합되는데, 증발구(330)는 원통형 형상을 가지는 것이 바람직하나, 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 여기서, 다수의 증발구(330)는 서로 상이한 길이와 구경을 가지며, 바람직하게는 도가니 덮개(320)의 중심부로부터 가장자리를 향할수록 길게 형성되거나 구경이 작게 형성된다. 즉, 증발 장치(300)의 가장자리에 형성된 증발구(330)는 중심부에 형성된 증발구(330)에 비해 길이가 길거나 구경이 작게 형성됨으로써 기판(S)의 가장자리를 향해 분사되는 유기물 증기의 직진성을 높여준다. 상기와 같이 증발구(330)의 길이와 구경이 각각 다를 경우 각 증발구(330)를 통해 기판(S)에 도달되는 유기물의 양은 각 증발구(330)마다 다르게 된다. 따라서, 기판(S) 전체에서 균일한 두께의 박막을 얻기 위하여 증발구(330)와 증발구(330) 사이의 간격을 서로 상이하게 할 필요가 있다. 즉, 도가니의 중심부에서 가장자리로 향할수록 증발구(330)의 길이를 길게 하거나 증발구(330)의 구경을 작게 할 경우에는 가장자리에 가까운 증발구(330)일수록 통과되는 유기물 증기의 양이 적으므로 증발 장치(300)의 중심부에서 가장자리로 향할수록 증발구(330) 사이의 간격을 줄여 증발구(330)의 밀도를 늘여줄 필요가 있다. 여기서, 증발구(330)의 구경, 즉 직경은 1mm 내지 20mm로 형성되고, 증발구(330)의 길이는 1mm 내지 100mm로 형성되는 것이 바람직하며, 이와 같은 형성하면, 박막의 균일도가 극대화된다. 상기에서는 도가니(310)와 도가니 덮개(320)를 분리하여 설명하였지만, 일체로 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기에서는 증발구(330)를 원형 형상으로 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 타원, 삼각 또는 사각 등의 다각 형상으로 형성될 수 있다.
도가니(310)에 저장된 고체 또는 분말 형태의 유기물이 가열되어 증발되면, 유기물 증기는 증발구(330)를 통해 기판(S)에 고르게 분사된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 증발 장치(300)의 중심부에는 짧은 길이 및 큰 구경의 증발구(330)를 형성하면 증발 장치(300) 내부에서 증발되어 분사되는 유기물 증기는 큰 각도로 넓 게 퍼지면서 분사된다. 반면, 가장자리로 갈수록 증발구(330)의 길기가 길거나 구경이 작은 증발구(330)를 형성하면 증발구(330)로부터 분사되는 유기물은 분사 각도가 점점 작아지며 좁은 폭으로 분사되게 되고 분사되는 유기물의 직진성이 커지게 된다. 특히, 최외곽에 위치하여 기판(S)의 가장자리 영역과 대응되는 위치에 형성된 증발구(330)의 길이가 가장 길거나 구경이 가장 작으므로 분사되는 유기물의 직진성도 가장 크게 된다. 가장자리로 갈수록 증발구(330)를 통과하는 유기물 증기의 양이 적으므로 기판(S)에 증착되는 유기물 두께를 균일하게 하기 위해서는 가장자리로 갈수록 증발구(330) 사이의 간격을 줄여서 전체적인 유기물 증발량을 조절하여야 할 필요가 있다.
종래에는 동일한 길이와 구경을 갖는 증발구에서 분사됨으로써, 분사되는 유기물의 각도가 동일하게 된다. 따라서, 기판의 중심부는 더 많은 양의 유기물이 증착되고, 가장자리 부분은 상대적으로 적은 양의 유기물이 증착되기 때문에 박막의 균일도가 떨어지고 유기물의 손실이 크게되는 문제점이 있다.
이와 대조적으로, 본 발명은 선형 증착원에 형성되는 증발구의 길이 및 구경을 상이하게 형성한다. 즉, 증발 장치의 중심부에 위치한 증발구에 비하여 가장자리로 갈수록 증발구의 길이나 구경 또는 길이와 구경을 길고 작게 형성한다. 이에 따라 가장자리에 위치한 증발구에서 분사된 유기물 증기가 작은 분사 각도의 좁은 영역으로 분사되어 기판 전체의 증착된 박막의 두께를 균일하게 하고, 기판으로부터 벗어나는 유기물의 양을 최소화하여 유기물 손실을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 증발 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 증발구(330)가 기판(S)을 향하도록 도가니 덮개(320)가 도가니(310)를 덮도록 할 수도 있다.
또한, 상기에서는 증발구(330)를 상하부가 관통 형성된 파이프 형상으로 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 파이프 형상의 증발구(330)를 절곡하여 형성할 수도 있다. 즉, 상하부가 관통 형성된 직선 파이프 형상의 증발구(330)를 구비하는 증발 장치(300)는 기판(S)의 상부면을 지지한 상태에서 기판(S)의 하부면에 증발된 유기물을 증착할 수 있지만, 파이프 형상의 증발구(330)를 절곡하여 증발 장치를 구성하면, 기판(S)을 수직으로 배치시킨 후, 기판(S)의 일면에 증발된 유기물을 분사하여 기판(S)에 박막을 균일하게 형성할 수 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 증발 장치가 구비된 진공증착장치를 나타낸 개략 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 증발 장치를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 증발 장치의 동작을 나타낸 단면도.
도 4는 종래 증발 장치의 동작을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 증발 장치의 변형예를 나타낸 분해 사시도.
< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 챔버 200: 기판 지지부
300: 선형 증착원 310: 도가니
320: 도가니 덮개 330: 증발구
400: 셔터 S: 기판

Claims (17)

  1. 상부 또는 측면의 일부가 개방되고, 내부에 유기물이 저장되는 도가니와,
    상기 도가니의 개발된 개구부를 덮는 도가니 덮개와,
    상기 도가니 또는 도가니 덮개에 형성되어 증발된 유기물을 분사하도록 이격되어 마련된 다수의 증발구를 포함하고,
    상기 다수의 증발구는 서로 상이한 길이 또는 구경중 적어도 어느 하나를 가지는 증발 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 도가니 또는 도가니 덮개는 서로 상이한 길이 또는 구경중 적어도 어느 하나를 가진 다수의 증발구가 형성된 증발 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 증발구는 상하 관통 형성된 파이프 또는 홀 형상으로 형성되어 상기 도가니 또는 도가니 덮개에 설치되는 증발 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 파이프 형상의 증발구는 도가니 또는 도가니 덮개의 외부로 돌출되도록 결합되는 증발 장치.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 파이프 형상의 증발구는 도가니 또는 도가니 덮개의 내부로 돌출되도록 결합되는 증발 장치.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 파이프 형상의 증발구는 도가니 또는 도가니 덮개의 내부 및 외부로 돌출되도록 결합되는 증발 장치.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 도가니 및 도가니 덮개의 외부로 돌출되는 증발구가 절곡된 형태로 형성된 증발 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 증발구의 길이는 도가니의 중심부로부터 길이 방향의 가장자리부로 갈수록 길어지는 증발 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 증발구의 길이는 1mm 내지 100mm 인 증발 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 증발구의 구경은 도가니의 중심부로부터 길이 방향의 가장자리부로 갈수록 작아지는 증발 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 증발구와 증발구 사이의 간격이 서로 상이한 증발 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 증발구와 증발구 사이의 간격이 중심부에서 길이 방향의 가장자리부로 갈수록 좁아지는 증발장치.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 증발구의 구경은 1mm 내지 20mm 인 증발 장치.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 도가니는 내부 저장 공간이 형성되고, 한쪽 방향으로 길게 연장 형성된 선형인 증발 장치.
  15. 챔버와,
    상기 챔버 내에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부와,
    상기 기판 지지부와 대향 마련되어 기판을 향해 증발된 유기물을 분사하도록 다수의 증발구가 형성된 상기 증발 장치를 포함하고,
    상기 증발구는 서로 상이한 길이 또는 구경을 가지는 진공 증착 장치.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 기판과의 상대 이동수단을 더 포함하여 상대 이동이 가능한 증발 장치.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 기판 지지부에 증발 장치와의 상대 이동 수단을 포함하여 상기 증발 장치와의 상대 이동이 가능한 증발 장치.
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