KR20140035709A - 증발원 및 이를 구비한 증착 장치 - Google Patents

증발원 및 이를 구비한 증착 장치 Download PDF

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Abstract

증발원 및 이를 구비한 증착 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 증발원은, 상단이 개방되고, 증발물질이 수용되며 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니와; 상기 도가니와 연통되도록 하단이 상기 도가니의 상단에 결합되는 이동관과, 상기 이동관과 연통되도록 상기 이동관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 형성되는 분사노즐이 형성되는 분배관을 구비하는 노즐부; 및 일단에서 타단으로 단면이 확대되며, 상기 일단이 상기 이동관을 향하도록 배치되는 원추형 튜브를 포함하고, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는, 진공 챔버 및 상기 증발원을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 증발원 및 증착 장치는 도가니에서 기화되는 증발입자가 고르게 분사되도록 유도하여, 기판에 증발입자가 균일하게 증착될 수 있다.

Description

증발원 및 이를 구비한 증착 장치{Evaporation source and Apparatus for deposition having the same}
본 발명은 증발원 및 이를 구비한 증착 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 증발입자가 기판에 고르게 분사될 수 있는 증발원과 이를 구비한 증착 장치에 관한 것이다.
유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하는 스스로 빛을 내는 자발광소자로서, 비발광소자에 빛을 가하기 위한 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량이고 박형의 평판표시장치를 제조할 수 있다.
이러한 유기 전계 발광소자를 이용한 평판표시장치는 응답속도가 빠르며, 시야각이 넓어 차세대 표시장치로서 대두 되고 있다. 특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이다.
유기 전계 발광 소자는, 애노드 및 캐소드 전극을 제외한 나머지 구성층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등이 유기 박막으로 되어 있고, 이러한 유기 박막은 진공열증착방법으로 기판 상에 증착된다.
진공열증착방법은 진공의 챔버 내에 기판을 배치하고, 일정 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)를 기판에 정렬시킨 후, 증발물질이 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 승화되는 증발입자를 기판 상에 증착하는 방식으로 이루어진다. 최근에는 기판이 대면적화 됨에 따라 대면적 기판에 유기 박막을 균일하게 증착하기 위해 선형 증발원이 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 증발원을 설명하기 위한 도면으로, 종래 기술에 따른 증발원은, 증발물질(14)을 증발입자로 기화시키는 도가니(12)와 증발입자의 이동을 가이드 하는 이동관(16) 및 복수의 분사노즐(20)이 형성된 분배관(18)으로 구성된다.
그러나, 종래 기술에 따른 증발원의 경우, 도가니(12)에서 기화되는 증발입자가 분배관(18)의 각각의 분사노즐(20)에 균일한 밀도로 확산되지 못하는 구조적 문제점이 있었다. 특히, 기판이 대면적화 됨에 따라 분배관(18)의 길이를 증가시켜야 하는데, 이로 인해 분배관(18)의 양측단으로 증발입자가 고루 확산되지 못해 분배관(18)의 중앙부의 분사노즐(20)과 양단의 분사노즐(20)에서 분사되는 증발입자의 밀도를 일정하게 제어하기가 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 기화된 증발입자가 고르게 분사되도록 유도하여, 기판에 증발입자를 균일하게 증착할 수 있는 증발원 및 이를 구비한 증착 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상단이 개방되고, 증발물질이 수용되며 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니와; 상기 도가니와 연통되도록 하단이 상기 도가니의 상단에 결합되는 이동관과, 상기 이동관과 연통되도록 상기 이동관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 형성되는 분사노즐이 형성되는 분배관을 구비하는 노즐부; 및 일단에서 타단으로 단면이 확대되며, 상기 일단이 상기 이동관을 향하도록 배치되는 원추형 튜브를 포함하는, 증발원이 제공된다.
상기 원추형 튜브는, 복수 개이며, 상기 복수의 원추형 튜브는, 상측 원추형 튜브의 일단이 하측 원추형 튜브의 타단을 향하도록 적층될 수 있다.
상기 증발원은, 상기 이동관의 내부에 횡방향으로 결합되는 배플을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상단이 개방되고, 증발물질이 수용되며 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니와; 상기 도가니와 연통되도록 하단이 상기 도가니의 상단에 결합되며, 하단에서 상단으로 단면이 확대되는 이동관과; 상기 이동관과 연통되도록 상기 이동관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 형성되는 분사노즐이 형성되는 분배관; 및 상기 이동관의 하단에서 상단 방향으로 서로 이격되어 방사상으로 연장되는 복수의 격벽(74)을 포함하는 증발원이 제공된다.
상기 증발원은, 상기 이동관의 하단부의 내부에 횡방향으로 결합되는 배플을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판에 유기 박막을 형성하기 위한 증착 장치로서, 상기 기판이 내부에 안착되는 진공 챔버와; 상기 기판에 대향하여 배치되는 상기 증발원을 포함하는, 증착 장치가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 증발원과 증착장치는, 기화된 증발입자가 고르게 분사되도록 유도하여, 기판에 증발입자를 균일하게 증착 할 수 있도록 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 증발원을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 배플을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 원추형 튜브를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원을 구비한 증착 장치를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발원의 구성을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 증발원 및 이를 구비한 증착 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 배플을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 원추형 튜브를 설명하기 위한 도면이다. 도 2 내지 도 4에는, 도가니(40), 증발물질(44), 이동관(48), 분배관(52), 분사노즐(20), 노즐부(23), 원추형 튜브(70), 배플(72)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 증발원은, 상단이 개방되고, 증발물질(44)이 수용되며 가열에 따라 상기 증발물질(44)이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니(40)와; 상기 도가니(40)와 연통되도록 하단이 상기 도가니(40)의 상단에 결합되는 이동관(48)과, 상기 이동관(48)과 연통되도록 상기 이동관(48)의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 형성되는 분사노즐(20)이 형성되는 분배관(52)을 구비하는 노즐부(23); 및 일단에서 타단으로 단면이 확대되며, 상기 일단이 상기 이동관(48)을 향하도록 배치되는 원추형 튜브(70)를 포함하여, 증발원에서 기화되는 증발입자가 고르게 분사되도록 유도하여, 기판에 증발입자를 균일하게 증착되도록 한다.
도가니(40)는, 상단이 개방되고, 증발물질(44)이 수용되며 가열에 따라 증발물질(44)이 증발되어 도가니(40)에서 증발입자가 분출된다. 도가니(40)에 증발물질(44)이 수용된 상태에서 도가니(40)의 외주에 마련되어 있는 가열부(미도시)에 의해 도가니(40)를 가열하면 도가니(40) 내의 증발물질(44)이 기화 또는 승화되어 생성되는 증발입자가 도가니(40)의 개방된 상단에서 분출된다. 도가니(40)에서 분출되는 증발입자는 노즐부(23)를 통해 기판에 증착된다.
이동관(48)은, 길이 방향으로 관통부가 형성된 튜브 형태로서, 하단이 도가니(40)의 개방된 상단과 연통되도록 결합된다. 도가니(40)에서 분출되는 증발입자는 이동관(48)의 관통부를 통해 분배관(52) 방향으로 안내된다.
이동관(48)은, 이동관(48)의 하단부의 내부에 횡방향으로 결합되는 배플(72)을 더 포함할 수 있다. 배플(72)은 도가니(40)에서 가열되는 증발물질(44) 중 일부가 가열에 의해 급팽창하여 급상승하는 것을 방지한다. 이러한 일부 증발물질(44)의 급상승을 스핏팅(spitting)이라고 하며, 스핏팅에 의하여 기판이 오염되는 경우가 있다. 배플(72)은 도가니(40)에서 기화된 증발입자의 상승을 방해하지 않으면서, 스핏팅 되는 증발물질(44)을 차단하기 위하여, 일정한 개구율을 가지는 매쉬일 수 있다.
분배관(52)은, 양단이 막히고 내부에 중공부가 마련된 형태로서, 이동관(48)의 관통부와 분배관(52)의 중공부가 서로 연통되도록 이동관(48)의 상단에 횡방향으로 결합된다. 서로 결합된 이동관(48)과 분배관(52)은 대략 T형 상을 갖게 된다. 분배관(52)의 상단에는 분배관(52)의 길이 방향으로 분사노즐(20)이 형성된다.
분사노즐(20)은, 다수의 노즐공이 분배관(52)의 길이 방향으로 이격되어 형성된 형태이거나, 분배관(52)의 길이 방향으로 형성된 긴 슬릿 형태일 수 있다. 본 실시예에서는 분사노즐(20)로서 분배관(52)의 길이 방향을 따라 다수의 노즐이 형성된 형태를 제시한다.
원추형 튜브(70)는, 일단에서 타단으로 단면이 확대되며, 일단이 이동관(48)을 향하도록 배치된다. 원추형 튜브(70)는 일단과 타단이 모두 개방되며, 이동관(48)을 향하여 배치된 일단을 통해서, 도가니(40)에서 기화되어 이동관(48)을 통해 상승하는 증발입자가 유입된다. 유입된 증발입자는 원추형 튜브(70)의 경사를 따라 분배관(52) 방향으로 안내되면서 확산된다. 원추형 튜브(70)의 경사진 내면과 외면을 따라 안내된 증발입자는 분배관(52)의 중공부에 고루 확산되며, 이에 따라 분배관(52)의 길이 방향으로 형성된 분사노즐(20)을 통하여 분사되면서 기판에 균일한 두께로 증착될 수 있다.
원추형 튜브(70)는, 복수 개일 수 있으며, 복수의 원추형 튜브(70)는, 상측 원추형 튜브(70)의 일단이 하측 원추형 튜브(70)의 타단을 향하도록 적층될 수 있다. 복수의 원추형 튜브(70)가 적층 되도록 구성함으로써, 이송관에서 분배관(52) 방향으로 기화되는 증발입자가 복수 개로 적층된 원추형 튜브(70)에 의해 재확산되면서 분배관(52)의 중공부에 고루 확산된다. 복수의 원추형 튜브(70)는 적층시 일정한 이격을 가질 수 있도록 적층된 각 층 사이에 지지대(미도시)가 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 3개의 원추형 튜브(70)가 적층된 형태를 제시한다.
이동관(48)과 분배관(52) 및 원추형 튜브(70)는 하나의 노즐부(23)를 구성하여 도가니에(40)에 결합된다.도 2 및 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 증발원의 작동 과정을 설명하면, 도가니(40)에 증발물질(44)이 수용된 상태에서 가열부에 의해 도가니(40)를 가열한다. 가열부에 의한 지속적인 가열로 도가니(40)의 온도가 증발물질(44)의 기화점 또는 승화점에 도달하면 증발물질(44)이 기화 또는 승화되면서 증발입자가 도가니(40)의 개방된 상단에서 분출된다. 도가니(40)에서 분출되는 증발입자는 이동관(48)에 안내되며, 이동관(48)을 향해 배치되는 원추형 튜브(70)의 일단으로 유도된다. 원추형 튜브(70)의 경사진 내면과 외면을 따라 유도된 증발입자는 분배관(52)의 중공부에 고루 확산되며, 분배관(52)의 중공부에 고루 확산된 증발입자는 분배관(52)의 길이 방향으로 형성된 분사노즐(20)을 통하여 분사되면서 기판에 균일한 두께로 증착될 수 있다.
본 실시예에 따른 증발원은, 도가니(40)에서 기화된 증발입자가 노즐부(23)에서 고르게 분사되도록 유도되어, 기판에 증발입자를 균일하게 증착될 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원을 구비하는 증착 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 증착 장치는, 기판이 내부에 안착되는 진공 챔버(68)와, 기판에 대향하여 배치되는 증발원을 포함한다.
진공 챔버(68)의 내부는 증발입자의 증착을 위하여 진공 분위기가 유지되며, 기판이 진공 챔버(68)의 안착부(66)에 의해 안착된다. 기판의 대향하는 위치에는 본 실시예에 따른 증발원이 배치되고 가열부에 의한 도가니(40)의 가열에 따라 증발입자의 증착이 이루어진다.
도가니(40)에 증발물질(44)이 수용된 상태에서, 도가니(40)에 연결된 가열부에 의한 지속적인 가열로 도가니(40)의 온도가 증발물질(44)의 기화점 또는 승화점에 도달하면 증발물질(44)이 기화 또는 승화되면서 증발입자가 도가니(40)에서 분출된다.
도가니(40)에서 분출되는 증발입자는 이동관(48)의 원추형 튜브(70)에 의해 일부는 분배관(52)의 중앙부에 형성된 분사노즐(20)로 유도되고, 나머지 증발입자는 분배관(52)의 양단 측에 형성된 분사노즐(20)로 유도되어 분배관(52)의 중공부에 고루 확산된다. 분배관(52)의 중공부에 고루 확산된 증발입자는 분배관(52)의 길이 방향으로 형성된 분사노즐(20)을 통하여 분사되면서 기판에 균일한 두께로 증착될 수 있다.
본 실시예에 따른 증발원은, 기화된 증발입자가 고르게 분사되도록 유도하여, 기판에 증발입자를 균일하게 증착할 수 있다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발원의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에는 도가니(40), 증발물질(44), 이동관(48), 분배관(52), 분사노즐(20), 격벽(74), 배플(72)이 도시된다.
본 실시예에 따른 증발원은, 상단이 개방되고, 증발물질(44)이 수용되며 가열에 따라 상기 증발물질(44)이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니(40)와; 상기 도가니(40)와 연통되도록 하단이 상기 도가니(40)의 상단에 결합되며, 하단에서 상단으로 단면이 확대되는 이동관(48)과; 상기 이동관(48)과 연통되도록 상기 이동관(48)의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 형성되는 분사노즐(20)이 형성되는 분배관(52); 및 상기 이동관(48)의 하단에서 상단 방향으로 서로 이격되어 방사상으로 연장되는 복수의 격벽(74)을 포함한다.
이동관(48)과 분배관(52) 및 복수의 격벽(74)은 하나의 노즐부를 구성하고, 이러한 노즐부는 도가니(40)에 결합된다.
이하에서는 도가니(40)에 수용된 증발물질(44)이 기화된 증발입자가 이동관(48)에 형성된 복수의 격벽(74)을 따라 이동하는 형태를 중심으로 설명하기로 한다.
도가니(40)는, 상단이 개방되고, 증발물질(44)이 수용되며 가열에 따라 증발물질(44)이 증발되어 도가니(40)에서 증발입자가 분출되도록 구성된다.
이동관(48)은, 도가니(40)와 연통되도록 하단이 도가니(40)의 상단에 결합되며, 하단에서 상단으로 단면이 확대된다. 이동관(48)에는 하단에서 상단으로 관통하는 관통부가 형성되며, 도가니(40)에서 분출되는 증발물질(44)이 이동관(48)의 관통부를 통해 분배관(52)으로 안내되어 분배관(52)에서 기판을 향하여 분출된다.
이동관(48)은 하단에서 상단으로 단면이 확대되는 깔대기 형태로 구성되어 도가니(40)의 상단에서 분출되는 증발입자가 깔대기 형태의 이동관(48)을 거치면서 확산되어 분배관(52)으로 유도된다.
복수의 격벽(74)은, 이동관(48)의 하단에서 상단 방향으로 서로 이격되어 방사상으로 연장된다. 격벽(74)은 이동관(48)에서 분출되는 증발입자의 확산량을 균일하게 조절할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도가니(40)에서 기화된 증발입자는 깔대기 형태의 이동관(48)에 의해 확산되고, 확산된 증발입자는 방사상으로 연장된 격벽(74)에 의해 분배관(52)으로 고루 배분되어 분배관(52)의 중공부에 고루 확산된다.
이동관(48)은, 이동관(48)의 하단부의 내부에 횡방향으로 결합되는 배플(72)을 더 포함할 수 있다. 배플(72)은 일정한 개구율을 가지는 매쉬일 수 있다.분배관(52)은, 양단이 막히고 내부에 중공부가 마련된 형태로서, 이동관(48)과 연통되도록 이동관(48)의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 형성되는 복수의 분사노즐(20)이 형성된다.
이동관(48) 및 격벽(74)에 의해 분배관(52)의 중공부에 고루 확산된 증발입자는 분배관(52)의 길이 방향으로 형성된 분사노즐(20)을 통하여 분사되면서 기판에 균일한 두께로 증착될 수 있다.
본 실시예에 따른 증발원은, 기판(10)에 증발물질(44)을 균일하게 증착하는데 사용된다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

10: 기판 12, 40: 도가니
14, 44: 증발물질 16, 48: 이동관
18, 52: 분배관 20: 분사노즐
23: 노즐부 66: 안착부
68: 진공 챔버 70: 원추형 튜브
72: 배플 74: 격벽

Claims (6)

  1. 상단이 개방되고, 증발물질이 수용되며 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니와;
    상기 도가니와 연통되도록 하단이 상기 도가니의 상단에 결합되는 이동관과;
    상기 이동관과 연통되도록 상기 이동관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 형성되는 분사노즐이 형성되는 분배관; 및
    일단에서 타단으로 단면이 확대되며, 상기 일단이 상기 이동관을 향하도록 배치되는 원추형 튜브를 포함하는, 증발원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원추형 튜브는 복수 개이며,
    상기 복수의 원추형 튜브는, 상측 원추형 튜브의 일단이 하측 원추형 튜브의 타단을 향하도록 적층되는 것을 특징으로 하는, 증발원
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동관의 내부에 횡방향으로 결합되는 배플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  4. 상단이 개방되고, 증발물질이 수용되며 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니와;
    상기 도가니와 연통되도록 하단이 상기 도가니의 상단에 결합되며, 하단에서 상단으로 단면이 확대되는 이동관과;
    상기 이동관의 하단에서 상단 방향으로 서로 이격되어 방사상으로 연장되는 복수의 격벽; 및
    상기 이동관과 연통되도록 상기 이동관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 형성되는 분사노즐이 형성되는 분배관을 포함하는 증발원.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동관의 하단부의 내부에 횡방향으로 결합되는 배플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
  6. 기판에 유기 박막을 형성하기 위한 증착 장치로서,
    상기 기판이 내부에 안착되는 진공 챔버와;
    상기 기판에 대향하여 배치되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 증발원을 포함하는 증착 장치.
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