KR20140119655A

KR20140119655A - 증발원 어셈블리

Info

Publication number: KR20140119655A
Application number: KR1020140038526A
Authority: KR
Inventors: 친츠 린; 하오위 쵸우; 츈윈 황
Original assignee: 에버디스플레이 옵트로닉스 (상하이) 리미티드
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2014-10-10
Also published as: CN104099571A; JP2014201833A; US8986457B2; JP5838234B2; TWI495741B; TW201439349A; US20140295600A1

Abstract

본 발명은 기판에 박막을 증착하는 증발원 어셈블리를 제공하고, 상기 증발원 어셈블리는 캐비티를 둘러싸는 상부부재, 하부부재 및 측벽을 포함하되, 상기 하부부재에는 캐비티와 연통되는 복수 개의 입력구가 설치되어 있는 본체와, 상기 상부부재에 설치되어 상기 캐비티와 연통되는 복수 개의 노즐과, 상기 본체 하측에 설치되면서 입력구 각각에 대응하고, 각각 개구부를 포함하여 상기 개구부를 통해 대응하는 입력구와 연통되며, 증착대기 재료를 수용하여 증발시키기 위한 복수 개의 증발기와, 상기 증발기의 개구부와 상기 본체의 입력구를 각각 연결시키고, 위는 넓고 아래는 좁은 콘형 파이프로서 증착재료의 증기가 상기 캐비티 내의 분위기 평형을 가속화하기 위한 복수 개의 연결관을 포함한다. 또한, 본 발명은 박막침적장치 및 박막침적방법을 제공한다.

Description

증발원 어셈블리{Evaporation Source Assembly}

본 발명은 발광 다이오드 영역에 관한 것으로서, 특히는 유기 발광 다이오드(OLED)를 제작하기 위한 증발원 어셈블리와 박막침적장치 및 박막침적방법에 관한 것이다.

현재 OLED어셈블리의 제작에 있어서 여전히 열증착을 위주로 사용한다. 또한, 열증착원 제조업체 혹은 사용자는 모두 증발원 성능의 향상에 주력함으로써 재료의 이용률 향상 및 재료의 원가 절감, 그리고 증착 박막 두께의 균일성 등과 같은 OLED어셈블리의 성능 향상을 기대하고 있다.

기존의 열증착 공법에 사용되는 증발원 종류는 주로 포인트 증발원, 클러스터 선형 증발원, 단일 포인트 선형 증발원 및 면 증발원을 포함한다. 포인트 증발원은 증착재료가 놓이는 도가니를 포함하고, 기판은 도가니의 상측에 설치된다. 상기 포인트 증발원을 사용하여 박막을 증착할 경우, 재료의 이용률은 10% 미만으로 매우 낮고, 또한 박막의 균일도는 일반적으로 10% 미만으로 매우 낮다. 막의 균일도 계산공식은 (최대 막 두께 - 최소 막 두께) / (최대 막 두께 + 최소 막 두께)이다. 클러스터 선형 증발원은 적어도 두 개의 평행되게 배열되는 긴홈 형상의 도가니를 포함하고, 부동한 재료를 각 긴홈 형상의 도가니의 밑부분에 각각 펴놓는다. 상기 클러스터 선형 증발원을 사용하여 박막을 증착할 경우, 막의 균일성(5% 이하)이 비교적 양호하나 재료의 이용률(10% ~ 20%)이 낮다. 면 증발원은 면적이 증착목표 면적과 동일하거나 이보다 더욱 큰 본체를 포함하여 박막을 증착한다. 상기 면 증발원을 사용하여 박막을 증착할 경우, 재료의 이용률(40% 이상)이 양호하지만, 박막의 균일성(10% 이하)이 불안정하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 단일 포인트 선형 증발원은 장척 형상의 본체(10)를 포함하고, 본체(10)내에 챔버를 구비하며, 본체(10) 상부에 복수 개의 노즐(12)을 설치하며, 본체(10) 밑부분의 중앙위치에서 도가니(20)와 연통한다. 기판(30)에 박막을 증착할 경우, 도가니(20)는 가열장치(미도시)에 의해 가열되고, 도가니(20) 내의 증착재료는 열을 받아 증기로 기화되어 본체(10)의 챔버로 진입하며, 노즐(12)을 거쳐 기판(30)에 분사됨으로써 기판(30)의 하면에 한 층의 박막을 형성한다.

종래의 단일 포인트 선형 증발원에 의하면, 본체(10)는 장척 형상을 나타내고 도가니(20)는 본체(10) 밑부분 중앙위치에 연결되어 있으므로, 챔버 내로 진입하는 증기는 도가니(20)와 인접한 중앙위치에서 농도가 비교적 크고 도가니(20)의 중앙위치와 떨어진 양측 위치에서는 농도가 비교적 작다. 즉, 캐비티 내의 포화증기압이 평형되지 않음으로 인해, 기판(30) 상에 증착된 박막의 두께가 불균일하다. 특히, 기판(30) 양측의 박막 두께의 균일성이 더욱 낮다. 큰 사이즈의 박막을 제조할 경우, 종래의 단일 포인트 선형 증발원을 사용한 증착막 균일성이 낮은 흠결은 더욱 현저해진다.

기존 기술 중의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기판에 박막을 증착하는 증발원 어셈블리와, 상기의 증발원 어셈블리를 포함하는 박막침적장치를 제공한다.

본 발명은 기판에 박막을 증착하는 증발원 어셈블리를 제공하고, 상기 증발원 어셈블리는 캐비티를 둘러싸는 상부부재, 하부부재 및 측벽을 포함하되, 상기 하부부재에는 캐비티와 연통되는 복수 개의 입력구가 설치되어 있는 본체와, 상기 상부부재 상에 설치되어 상기 캐비티와 연통되는 복수 개의 노즐과, 상기 본체 하측에 설치되면서 입력구 각각에 대응하고, 각각 개구부를 포함하여 상기 개구부를 통해 대응하는 입력구와 연통되며, 증착대기 재료를 수용하여 증발시키기 위한 복수 개의 증발기와, 상기 증발기의 개구부와 상기 본체의 입력구를 각각 연결시키고, 위는 넓고 아래는 좁은 콘형 파이프로서 증착재료의 증기가 상기 캐비티 내의 분위기 평형을 가속화하기 위한 복수 개의 연결관을 포함한다.

일 실시예 중에서, 상기 증발기는 도가니이다.

일 실시예 중에서, 상기 증발원 어셈블리는 다중 포인트 선형 증발원 어셈블리이고 또한 상기 본체는 장척형상을 나타낸다.

일 실시예 중에서, 상기 증발기의 밑부분 혹은 주변에 설치되어 상기 증발기를 가열하기 위한 가열장치를 더 포함한다.

일 실시예 중에서, 상기 가열장치는 상호 개별적인 가열장치로서 각 증발기를 동일한 혹은 부동한 온도로 가열하기 위한 것이다.

일 실시예 중에서, 상기 본체 양단부측에 설치된 증발기의 가열장치에 의해 가열된 후의 온도는 상기 본체 중앙 부근에 설치된 증발기의 가열장치에 의해 가열된 후의 온도보다 높다.

일 실시예 중에서, 상기 가열장치는 온도보상장치이다.

일 실시예 중에서, 상기 본체의 길이는 기판의 길이보다 작다.

일 실시예 중에서, 상기 본체의 길이는 상기 기판의 길이의 1/2 ~ 4/5이다.

일 실시예 중에서, 상기 노즐은 상기 상부부재 중에 별도로 설치된 노즐관이거나 혹은 상기 상부부재 중에 형성된 관통홀이다.

일 실시예 중에서, 상기 상부부재와 상기 측벽은 일체형 구조이거나 혹은 분리형 구조이다.

일 실시예 중에서, 상부부재의 중심측에 위치한 노즐은 그 축선과 상부부재 표면사이의 끼인각(θ)이 90도이다.

일 실시예 중에서, 상기 상부부재의 양단부측에 위치한 노즐은 그 축선과 하우징 표면사이의 끼인각(θ)이 90도 보다 작으면서 상부부재의 양단부측의 방향으로 기울어진다.

일 실시예 중에서, 상부부재의 중심측과 멀어짐에 따라, 상기 노즐의 축선과 상부부재의 표면사이의 끼인각(θ)이 점차적으로 감소된다.

일 실시예 중에서, 상부부재의 중심측과 멀어짐에 따라, 상기 복수 개의 노즐의 직경이 증대된다.

일 실시예 중에서, 상부부재의 중심측과 멀어짐에 따라, 상기 복수 개의 노즐의 배열밀도가 증대된다.

일 실시예 중에서, 상기 복수 개의 노즐의 노즐구의 배열방식은 동일 직선상에 배열 혹은 교대로 배열되는 것이다.

일 실시예 중에서, 상기 본체와 연결관은 백철 혹은 티타늄 재료로 제조된다.

일 실시예 중에서, 3개 포트를 구비하고 제1포트는 상기 증발기와 연통하고 제2포트는 상기 본체의 캐비티와 연통하는 삼방 밸브와, 일단부가 상기 삼방 밸브의 제3포트와 연통되는 배기관과, 상기 배기관의 타단부에 연통되는 플래넘 챔버를 더 포함하고, 상기 증발원 어셈블리가 작동시, 상기 제1포트, 제2포트는 열리고 제3포트는 닫히며, 상기 증발원 어셈블리가 작동 정지시, 상기 제1포트, 제2포트는 닫히고 제3포트는 열린다.

또한 본 발명은 진공챔버와, 진공챔버 내에 설치되는 상기의 증발원 어셈블리를 포함하는 박막침적장치를 제공한다.

또한 본 발명은 상기의 증발원 어셈블리를 이용하여 기판 상에 박막을 침적하는 박막침적방법을 제공하였는바, 상기 방법은 진공챔버에 설치된 복수 개의 증발기를 가열함으로써 증발기에 수용된 증착재료가 증발되도록 하여 증착재료의 증기가 증발기의 개구부, 본체의 입력구를 순차적으로 통과하여 본체의 캐비티로 보내도록 하는 단계와, 노즐을 제어하여 상기 캐비티 중의 증착재료의 증기가 노즐을 통해 본체 상측에 위치하는 기판 상에 침적되도록 하는 단계를 포함한다.

도 1은 종래의 단일 포인트 선형 증발원의 구조 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 증발원 어셈블리의 단면 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 일종의 노즐구 분포의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 다른 일종의 노즐구 분포의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 증발원 어셈블리의 구조설명도이다.

이하 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 유의해야 할 점은, 여기서 설명하는 실시예는 오직 예시적인 설명을 위한 것일 뿐이지 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.

실시예 1:

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예는 기판(30)에 박막을 증착하기 위한 증발원 어셈블리를 제공한다. 상기 증발원 어셈블리는 캐비티(134)를 둘러싸는 상부부재(131), 상기 캐비티(134)와 연통되는 복수 개의 입력구(1321)가 설치되어 있는 하부부재(132) 및 측벽(133)을 포함하는 본체(130)와, 상기 상부부재(131) 상에 설치되어 상기 캐비티(134)와 연통되는 복수 개의 노즐(140)과, 상기 본체(130) 하측에 설치되면서 입력구(1321) 각각에 대응하고, 개구부(111)를 포함하여 상기 개구부(111)를 통해 상응하는 입력구(1321)와 연통되며, 증착대기 재료를 수용하고 증발시키기 위한 복수 개의 증발기(110)와, 일단부가 증발기(110)의 개구부(111)와 연통되고 타단부는 본체(130)의 입력구(1321)와 연통되는, 즉 증발기(110)와 본체(130)가 서로 연통되도록 하는 복수 개의 연결관(150)을 포함한다. 상기 연결관(150)은 위는 넓고 아래는 좁은 콘형 파이프로서 증착재료의 증기가상기 캐비티(134) 내의 분위기 평형(atmosphere balance)을 가속화하기 위한 것이다. 구체적으로, 증발기(110)는 도가니 일 수 있고, 그 중 수용되는 증착대기 재료는 동일하거나 부동한 것 일 수 있다.

상기 증발원 어셈블리는 다중 포인트 선형 증발원 어셈블리일 수 있다. 상기 증발원 어셈블리는 증발기(110)의 밑부분 혹은 주변에 설치되어 증발기(110) 중의 증착대기 재료를 가열하기 위한 가열장치(120)를 더 포함한다. 가열장치(120)는 개별적인 가열장치(예를 들면, 온도보상장치)로서 각 증발기(110)를 부동한 온도로 가열하기 위한 것이다. 예를 들면, 상기 본체(130) 양단부측에 설치한 증발기(110)의 가열장치(120)에 의해 가열된 후의 온도는 상기 본체(130) 중앙 부근에 설치한 증발기(110)의 가열장치(120)에 의해 가열된 후의 온도보다 높다. 가열장치(120)는 증착대기 재료의 성질에 따라 선택할 수 있다.

본체(130)는 장척형상을 나타내고, 기판(30)의 하측에 평행 및 이격되게 설치된다. 예를 들면, 본체(130)는 양단이 밀봉된 중공 튜브일 수 있다. 상기 본체(130)는 강성이 양호하고 열전도성이 좋은 재료를 선택 사용할 수 있다. 예를 들면, 백철(SUS304) 혹은 티타늄(Ti) 재료로 제조될 수 있다. 상기 상부부재(131)와 상기 측벽(133)은 일체형 구조이거나 혹은 분리형 구조일 수 있다. 증발원 어셈블리의 전체 체적을 감소하기 위하여, 본체(130)의 길이는 기판(30)의 길이보다 작을 수 있다. 예를 들면, 본체(130)의 길이는 기판(30)의 길이의 1/2 ~ 4/5 일 수 있다.

노즐(140)은 상기 상부부재(131)에 별도로 설치된(예를 들어 용접된) 노즐관일 수 있거나 또는 노즐(140)은 상기 상부부재(131)에 형성된 관통홀일 수 있다. 노즐(140)의 축선과 상부부재(131)의 표면은 끼인각(θ)을 이룬다. 상부부재(131) 중심측에 위치하는 노즐(140)은 그 축선과 상부부재(131) 표면 사이의 끼인각(θ)이 90도이다. 즉, 노즐(140)의 축선은 상부부재(131)의 표면에 수직됨으로써 캐비티(134) 내의 증착대기 재료를 기판(30) 중심측에 직접 침적시킨다. 상부부재(131) 양단부측에 위치하는 노즐(140)은 그 축선과 상부부재(131) 표면 사이의 끼인각(θ)이 90도보다 작으면서 상부부재(131) 양단부측의 방향으로 기울어진다. 상부부재(131)의 중심측과 점차 멀어지면서, 노즐(140)의 축선과 상부부재(131)의 표면사이의 끼인각(θ)이 점차적으로 감소됨으로써 캐비티(134) 내의 증착대기 재료를 기판(30)의 양측에 침적시킨다. 구체적으로, 상부부재(131) 중심측과 상부부재(131) 양단부측의 노즐(140) 사이의 끼인각(θ)의 차이값에 있어서, 기판(30)과 본체(130)의 길이 차이값과 관련된다. 즉, 길이의 차이값이 클수록 끼인각의 차이값도 크기에 기판(30)의 양측도 재료의 침적이 있도록 한다. 나아가, 상부부재(131)의 중심측과 점차 멀어지면서, 노즐(140)의 직경이 점차적으로 증대되고 배열밀도 역시 점차적으로 증대됨으로써, 기판(30) 양측의 박막 두께의 균일성을 향상시킨다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 노즐(140) 상단의 노즐구(141)는 동일 직선상 배열 혹은 교대 배열일 수 있다. 즉, 노즐구(141)의 연결선이 직선 형상을 가지거나 또는 톱니 형상을 가짐으로써 노즐(140) 상측의 증기압이 더욱 균형을 이루도록 한다.

연결관(150)은 백철(SUS304) 혹은 티타늄(Ti) 재료로 제조된다. 상기 연결관(150)은 증발기(110)에 탈부착 가능하게 연결됨으로써 증발기(110)에 증착재료를 충진할 수 있도록 한다.

실시예 2:

도 5는 본 발명의 제2실시예에서 제공되는 증발원 어셈블리를 나타낸 것으로서, 이는 제1실시예에서 제공된 증발원 어셈블리와 기본적으로 동일하다. 다른 점이라면, 상기 제2실시예의 증발원 어셈블리는 배기관(160), 플래넘 챔버(170), 삼방 밸브(180)를 더 포함한다. 상기 삼방 밸브(180)는 3개의 포트를 구비하고, 그 중 제1포트는 증발기(110)와 연통하고 제2포트는 본체(130)의 캐비티(134)와 연통하며 제3포트는 배기관(160)의 일단부에 연통되고, 배기관(160)의 타단부는 플래넘 챔버(170)와 연통한다. 상기 제2실시예 중에서, 증발기(110), 캐비티(134) 및 배기관(160)은 삼방 밸브(180)를 통해 서로 연통할 수 있다.

증발원 어셈블리가 작동시, 상기 삼방 밸브(180)의 제1포트, 제2포트는 열리고 제3포트는 닫힘으로써 증발기(110)에서 나오는 증기가 캐비티(134)에 진입하도록 한다. 증발원 어셈블리가 작동 정지시, 상기 삼방 밸브(180)의 제1포트, 제2포트는 닫히고 제3포트는 열림으로써 증발기(110)에서 나오는 증기가 배기관(160)을 거쳐 플래넘 챔버(170)로 회수되도록 한다. 이를 통해 재료의 낭비를 방지할 수 있다.

상기 제2실시예의 증발원 어셈블리의 기타 구조는 제1실시예와 동일한 바, 여기서 더이상 중복 설명하지 않는다.

본 발명에 의해 제공되는 증발원 어셈블리 중에서, 캐비티(134)의 증기압력이 비교적 균형적이고 또한 양단부측의 노즐(140)의 경사적인 설치로 인해, 각 노즐(140)에서 분사하는 증기의 밀도와 압력이 비교적 균형적이다. 이에 따라, 기판(30) 상에 형성되는 박막의 두께도 매우 균일하다. 테스트를 거친 결과, 박막의 균일도는 +3% 이하이다. 아울러, 본 발명의 증발원 어셈블리가 증착이 필요하지 않을 경우, 캐비티(134) 내의 증기를 플래넘 챔버(170)에 회수할 수 있어, 30% 이상의 재료 사용률을 실현한다.

실시예 3:

또한, 본 발명은 진공챔버와 진공챔버 내에 설치되는 실시예 1 혹은 실시예 2에 따른 증발원 어셈블리를 포함하는 박막침적장치를 제공한다. 상기 박막침적장치는 상기 증발원 어셈블리를 사용함으로써 30% 이상의 재료 사용률, +3% 이하의 박막 균일도를 실현할 수 있다.

실시예 4:

또한 본 발명은 실시예 3에 따른 증발원 어셈블리를 이용하여 기판 상에 박막을 침적하는 박막침적방법을 제공한다. 상기 방법은 진공챔버에 설치된 복수 개의 증발기(110)를 가열함으로써 증발기(110)에 수용된 증착재료가 증발되도록 하여 증착재료의 증기가 증발기(110)의 개구부(111), 본체(130)의 입력구(1321)를 순차적으로 통과하여 본체(130)의 캐비티(134)로 보내도록 하는 단계와, 노즐(140)을 제어하여 상기 캐비티(134) 중의 증착재료의 증기가 노즐(140)을 통해 본체(130) 상측에 위치하는 기판(30) 상에 침적되도록 하는 단계를 포함한다.

종합해보면, 본 발명은 바람직한 실시예를 통하여 상기와 같이 본 발명에 대하여 개시하였지만, 이는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 본 발명의 특허청구범위에서 개시되는 본 발명의 범위 및 사상 내에서 진행되는 변경 및 수식은 모두 본 발명의 특허청구범위의 보호범위에 속할 것이다.

10 본체
12 노즐
20 도가니
30 기판
110 증발기
111 개구부
120 가열장치
130 본체
131 상부부재
132 하부부재
1321 입력구
133 측벽
134 캐비티
140 노즐
141 노즐구
150 연결관
160 배기관
170 플래넘 챔버
180 삼방 밸브

Claims

기판에 박막을 증착하기 위한 증발원 어셈블리에 있어서,
캐비티를 둘러싸는 상부부재, 하부부재 및 측벽을 포함하되, 상기 하부부재에는 캐비티와 연통되는 복수 개의 입력구가 설치되어 있는 본체와,
상기 상부부재에 설치되어 상기 캐비티와 연통되는 복수 개의 노즐과,
상기 본체 하측에 설치되면서 입력구 각각에 대응하고, 각각 개구부를 포함하여 상기 개구부를 통해 대응하는 입력구와 연통되며, 증착대기 재료를 수용하여 증발시키기 위한 복수 개의 증발기와,
상기 증발기의 개구부와 상기 본체의 입력구를 각각 연결시키고, 위는 넓고 아래는 좁은 콘형(cone) 파이프로서 증착재료의 증기가 상기 캐비티 내의 분위기 평형을 가속화하기 위한 복수 개의 연결관을 포함하는 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 증발원 어셈블리는 다중 포인트 선형 증발원 어셈블리이고 또한 상기 본체는 장척(長尺) 형상을 나타내는 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 증발기의 밑부분 혹은 주변에 설치되어 상기 증발기를 가열하기 위한 가열장치를 더 포함하며,
상기 본체 양단부측에 설치된 증발기의 가열장치에 의해 가열된 후의 온도는 상기 본체 중앙 부근에 설치된 증발기의 가열장치에 의해 가열된 후의 온도보다 높은 증발원 어셈블리.
제3항에 있어서,
상기 가열장치는 온도보상장치인 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 본체의 길이는 기판의 길이보다 작은 증발원 어셈블리.
제5항에 있어서,
상기 본체의 길이는 상기 기판의 길이의 1/2 ~ 4/5인 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 상부부재와 상기 측벽은 일체형 구조이거나 혹은 분리형 구조인 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
상부부재의 중심측에 위치한 노즐은 그 축선과 상부부재 표면사이의 끼인각(θ)이 90도인 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 상부부재의 양단부측에 위치한 노즐은 그 축선과 하우징 표면사이의 끼인각(θ)이 90도보다 작으면서 상부부재의 양단부측의 방향으로 기울어지는 증발원 어셈블리.
제9항에 있어서,
상부부재의 중심측과 멀어짐에 따라, 상기 노즐의 축선과 상부부재의 표면사이의 끼인각(θ)이 점차적으로 감소되는 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
상부부재의 중심측과 멀어짐에 따라, 상기 복수 개의 노즐의 직경이 증대되는 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
상부부재의 중심측과 멀어짐에 따라, 상기 복수 개의 노즐의 배열밀도가 증대되는 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 노즐의 노즐구는 동일 직선상에 배열 혹은 교대로 배열되는 증발원 어셈블리.
제1항에 있어서,
3개 포트를 구비하되 제1포트는 상기 증발기와 연통하고 제2포트는 상기 본체의 캐비티와 연통하는 삼방 밸브와,
일단부가 상기 삼방 밸브의 제3포트와 연통되는 배기관과,
상기 배기관의 타단부에 연통되는 플래넘 챔버를 더 포함하고,
상기 증발원 어셈블리가 작동시, 상기 제1포트, 제2포트는 열리고 제3포트는 닫히며, 상기 증발원 어셈블리가 작동 정지시, 상기 제1포트, 제2포트는 닫히고 제3포트는 열리는 증발원 어셈블리.