KR20150029470A - 증착 장치 - Google Patents

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KR20150029470A KR20130108708A KR20130108708A KR20150029470A KR 20150029470 A KR20150029470 A KR 20150029470A KR 20130108708 A KR20130108708 A KR 20130108708A KR 20130108708 A KR20130108708 A KR 20130108708A KR 20150029470 A KR20150029470 A KR 20150029470A
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임승한
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Abstract

본 발명은 증착 장치에 관한 것으로, 소스 재료가 수용된 도가니; 상기 도가니를 에워 싸는 외부 열원; 및 상기 도가니의 노즐 부분에 내장되어 상기 노즐 부분의 온도와 압력을 제어하는 내부 열원을 포함한다. 상기 내부 열원은 상기 외부 열원에 의해 가열된 도가니의 온도로 가열되는 써머볼 또는 금속 배선 코일 중 하나 이상을 포함한다.

Description

증착 장치{DEPOSITON SYSTEM}
본 발명은 유기 발광 표시장치의 박막 증착용으로 적용 가능한 증착 장치에 관한 것이다.
유기 발광 표시장치의 픽셀들은 자발광 소자인 유기 발광다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함한다. OLED에는 도 1과 같이 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 사이에 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL) 등의 유기 화합물층이 적층된다. 유기 발광 표시장치는 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흐르게 하여 픽셀의 OLED 내에서 전자와 정공이 유기물층에서 결합할 때 발광하는 현상을 이용하여 입력 영상을 재현한다.
유기 발광 표시장치는 발광재료의 종류, 발광방식, 발광구조, 구동방식 등에 따라 다양하게 나뉘어질 수 있다. 유기 발광 표시장치는 발광방식에 따라 형광발광, 인광발광으로 나뉠 있고, 발광구조에 따라 전면발광(Top Emission) 구조와 배면발광 (Bottom Emission) 구조로 나뉘어질 수 있다. 또한, 유기 발광 표시장치는 구동방식에 따라 PMOLED(Passive Matrix OLED)와 AMOLED(Active Matrix OLED)로 나뉘어질 수 있다. AMOLED 표시장치의 픽셀은 도 2와 같이 스위칭 TFT(SWTFT), 스위칭 TFT와 연결된 구동 TFT(DRTFT), 구동 TFT(DRTFT)에 연결된 OLED 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다. 픽셀들 각각에는 도시하지 않은 문턱전압 및 이동도 보상회로가 더 포함될 수 있다.
도 3과 같은 증착 장치는 유기 발광 표시장치에 포함되는 박막들을 기판 상에 증착하기 위하여 이용되고 있다. 증착 장치는 진공 챔버 내에 설치된 증발원(Evaporation source)을 포함한다. 증발원 내의 소스 재료(source material)가 증착될 기판은 증발원으로부터 소정 거리 만큼 이격된 높이에서 진공 챔버 내에 로딩(Loading)된다. 증착 장치는 히터(heater)에 전원을 인가하여 증발원의 소스 재료를 가열하여 소스 재료를 기화 또는 승화시켜 소스 재료를 기판 상에 증착한다. 증발원은 소스 재료가 담겨 있는 도가니(10), 도가니(10)를 가열하기 위한 히터(Heater)(12)를 포함한다.
소스 재료가 금속인 경우에 1000℃ 이상의 고온 환경 하에서 가스 플럭스(flux)가 형성된다. 유기 재료는 500℃ 이하에서 플럭스가 형성된다. 고온 환경을 형성시키기 위해 열안정성을 갖는 히터가 필요하다. 히터(12)는 도가니 주변을 감싸는 구조로 설치된다. 히터(12)는 열 안정성 및 효율이 우수한 재질 예를 들어, Ta(Tm: 2850℃), W(Tm: 3387℃)을 필라멘트(Filament)로 제작될 수 있다. 도가니(10)의 외부에 히터(12)를 설치하면, 소스 재료의 특성에 따라 도가니(10) 내부에서 완벽하게 분해되지 않은 불안정한 상태로 도가니의 노즐(nozzle)을 통과할 수 있다. 가스(Gas)화 되지 않은 덩어리 입자들(14)은 기판(100)에 증착되는 박막의 불량 원인으로 작용한다. 이러한 현상은 스플레쉬(splash)로 알려져 있다. 특히, 금속 스플레쉬(metal splash)는 발생 빈도가 높다.
유기 발광 표시장치에는 캐소드와 같은 금속 전극이 증착 방법으로 형성된다. 저항을 줄이고 전자 주입 효율을 높이기 위하여 캐소드의 은(Ag) 함량을 높이는 것이 바람직하다. 그런데 은(Ag)을 증착할 때 스플레쉬 현상이 매우 심각하게 발생하고 있다. 따라서, 종래 기술에서는 유기 발광 표시장치의 캐소드의 불량률을 낮추기 위하여 음 함량을 높일 수 없었다.
스플레쉬 현상을 개선하기 위하여, 본원 출원인은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0031446호(2013.03.29.)를 통해 도가니의 노즐 근방에 배플(baffle)을 설치한 증착 장치를 제안한 바 있다. 배플은 도가니의 노즐을 통과하는 소스 재료의 크기를 제한하고 도가니 주변의 압력을 높일 수 있어 스플레쉬 현상을 개선할 수 있었다. 그런데, 배플을 적용한 증착 장치는 초기 구동시에 금속 덩어리가 발생되었고 노즐 온도가 이상적인 온도로 가열된 후 부터 스플레쉬 현상을 개선한 효과를 제공하였다. 다시 말하여, 배플을 사용하더라도 초기 구동시에 스플레쉬 현상이 나타나고 있다.
본 발명은 초기 구동시부터 스플레쉬 현상을 방지할 수 있는 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 증착 장치는 소스 재료가 수용된 도가니; 상기 도가니를 에워 싸는 외부 열원; 및 상기 도가니의 노즐 부분에 내장되어 상기 노즐 부분의 온도와 압력을 제어하는 내부 열원을 포함한다. 상기 내부 열원은 상기 외부 열원에 의해 가열된 도가니의 온도로 가열되는 써머볼 또는 금속 배선 코일 중 하나 이상을 포함한다.
상기 도가니는 상기 소스 재료가 수용된 하부 바디; 및 상기 하부 바디에 착탈 가능하게 연결되고 노즐구가 형성된 상부 바디를 포함한다. 상기 내부 열원은 상기 하부 바디와 상기 상부 바디 사이에 설치된다.
상기 증착 장치는 상기 도가니로부터의 가스 플럭스 밀도를 감지하는 센서; 및 상기 센서의 출력 신호에 응답하여 상기 외부 열원의 온도를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 외부 열원은 상기 도가니의 노즐 부분을 포함한 상기 도가니의 상부를 에워싸는 제1 외부 열원; 및 상기 소스 재료가 수용된 상기 도가니의 하부를 에워싸는 제2 외부 열원을 포함한다. 상기 제어부는 상기 센서의 출력 신호에 응답하여 상기 제2 외부 열원의 온도를 가변한다.
상기 제어부는 상기 제1 외부 열원의 전원을 일정하게 유지한다.
본 발명의 다른 증착 장치는 은(Ag)이 수용된 제1 도가니; 상기 제1 도가니를 에워 싸는 제1 외부 열원; 마그네슘(Mg)이 수용된 제2 도가니; 상기 제2 도가니를 에워 싸는 제2 외부 열원; 및 상기 제1 및 제2 도가니들 중 하나 이상의 노즐 부분에 내장되어 상기 노즐 부분의 온도와 압력을 제어하는 내부 열원을 포함한다.
본 발명은 도가니의 노즐 부분에 내부 열원을 설치하여 노즐 부분의 온도와 압력을 최적 조건으로 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명은 도 10의 비교 실험 결과에서 알 수 있듯이 증착 장치의 초기 구동시부터 스플레쉬 현상을 방지할 수 있고 그 결과, 유기 발광 표시장치의 캐소드에 은(Ag)의 함량을 높일 수 있다.
도 1은 OLED 구조와 그 발광 원리를 보여 주는 도면이다.
도 2는 AMOLED의 픽셀을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 3은 종래의 증착 장치에서 스플레쉬 현상을 보여 주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 보여 주는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 내부 열원 구조를 보여 주는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치를 보여 주는 도면이다.
도 10은 종래 기술과 본 발명의 비교 실험 결과를 보여 주는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 진공 챔버 내에 설치된 다수의 증발원들을 포함한다.
증발원들은 소스 재료가 담겨 있는 도가니(20, 30), 도가니(20, 30)를 가열하기 위한 외부 열원(22, 32)을 포함한다. 증발원들 중 하나 이상은 도가니(20, 30)의 노즐 부분에 설치된 내부 열원(24)을 포함한다. 진공 챔버 내에는 소스 재료가 증착될 기판(100)이 증발원들 위에 설치된다. 진공 챔버에는 기판을 고정하는 스테이지(stage)가 설치된다. 진공 챔버에는 기판 앞에 배치되어 증착 영역을 정의하기 위한 쉐도우 마스크(shadow mask)이 설치될 수 있다.
증발원들은 은(Ag)을 기화 또는 승화시키기 위한 제1 증발원과, 마그네슘(Mg)을 기화 또는 승화시키기 위한 제2 증발원을 포함한다. 내부 열원(24)은 제1 및 제2 증발원들 각각의 도가니(20, 30)에 내장되거나 제1 증발원에 내장될 수 있다.
외부 열원(22, 32)은 도가니(20, 30)를 에워싸는 Ta, W 등의 내열 금속으로 제작된 필라멘트 또는 코일을 포함한다. 외부 열원(22, 32)은 전원이 인가되면 발열하여 도가니(20, 30), 소스 재료 및 내부 열원(24)의 온도를 높이는 1차 열원이다. 외부 열원(22, 32)에 의해 도가니(20, 30)의 온도가 소스 재료의 승화 온도 이상으로 상승하면 소스 재료가 승화된다.
기판(100)에 박막이 정상적으로 증착되기 위하여, 'A'를 기판(100)과 도가니 노즐 사이의 공간, 'B'를 도가니(20, 30)의 노즐 부분, 'C'를 도가니 노즐 부분 아래의 소스 재료 부분이라 할 때 진공 챔버 내의 온도 분포와 압력 분포로 아래와 같이 제어 되어야 한다.
온도 : B > C > A
압력 : C > B > A
외부 열원(22, 32)은 도가니(20, 30)를 가열한다. 내부 열원(24)은 도가니(20, 30)의 열에 가열된다. 내부 열원(24)은 온도를 유지하여 도가니(20, 30)의 노즐 부분(B)의 온도와 압력을 위와 같은 조건으로 제어한다. 이를 위하여, 내부 열원(24)은 써모볼(thermo ball), 내열 금속 배선 코일 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 써모볼은 보온 능력과 열안정성이 우수한 쎄라믹 재질로 제작될 수 있다. 도 6 및 도 8은 써모볼을 내장한 내부 열원(24)의 분해 사시도이고, 도 7 및 도 8은 내열 금속 배선 코일을 내장한 내부 열원(24)의 분해 사시도이다.
내부 열원(24)은 큰 금속 입자를 차단하는 필터(filter) 역할을 함과 아울러, 외부 열원(22, 32)에 의해 가열되어 도가니 노즐 부분 온도를 높이는 2차 열원 역할을 한다. 내부 열원은 큰 금속 입자를 열로 분해하고 도가니(20, 30)의 노즐 부분 온도와 압력을 최적으로 제어한다.
도가니(20, 30)는 도 5와 같이 하부 바디(body)(28)와, 상부 바디(26)로 나뉘어진다. 상부 바디(26)의 상단에는 소스 재료가 기화 또는 승화된 가스 플럭스(gas flux)가 배출되는 노즐구가 형성된다. 상부 바디(26)의 폭은 노즐구 쪽으로 갈수록 그 직경이 작아진다. 상부 바디(26)의 하단 폭은 하부 바디(28)의 폭과 동일하다. 상부 바디(26)의 하단은 하부 바디(28)와 내부 열원(24)에 연결된다. 상부 바디(26)의 하단 바닥은 내부 열원(24)을 통과한 가스 플럭스가 기판(100) 쪽으로 향하도록 오픈(open)되어 있다. 상부 바디(26)와 하부 바디(28)는 착탈 가능하게 결합되는 구조로 연결되고 그 경계에 내부 열원(24)이 설치된다. 상부 바디(26)를 하부 바디(28)로부터 분리하면 내부 열원(24)이 노출된다. 따라서, 내부 열원(24)은 교체가 용이하다.
내부 열원은 써모볼(50)이나 내열 금속 배선 코일(56)이 수용된 하판 용기(52)와, 그 하판 용기(52)를 덮는 상판(54)으로 구성된다. 상판(54)은 하판 용기(52)로부터 쉽게 분리될 수 있는 구조로 하판 용기(52)를 덮는다. 하판 용기(52)와 상판(54)은 가스 플럭스가 통과되는 홀들(52a, 54a)이 형성된다.
내부 열원(24)이 적용된 증발원으로 기판(100)에 은(Ag)을 증착하는 실험을 실시한 결과, 증착 장치의 초기 구동시부터 큰 금속 입자들이 거의 없이 은(Ag)이 기판(100) 상에 균일하게 증착되는 것이 확인되었다. 실험에서 사용된 내부 열원(24)은 써모볼(50)이 내장된 내부 열원(24)이 사용되었다. 도 10은 실험 결과이다. 도 10에서 횡축은 시간(Hr)이고 종축은 금속 스플레쉬 현상을 일으키는 금속 입자들의 개수(EA)이다. 도 10에서 흑색 그래프는 종래 기술의 증착 장치에서 측정된 금속 입자들의 개수이고, 적색 그래프는 본 발명의 증착 장치에서 측정된 금속 입자들의 개수이다.
본 발명의 증착 장치는 유기 발광 표시장치의 캐소드를 형성할 때에 제1 및 제2 증발원을 구동하여 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 동시에 기판(100) 상에 증착한다. 금속 스플레쉬 현상 없이 은(Ag)이 기판(100) 상에 증착될 수 있기 때문에 캐소드에서 은(Ag)의 함량을 마그네슘(Mg) 보다 높일 수 있다. 은(Ag)의 증착 온도는 940℃~1000℃이고, 마그네슘(Mg)의 증착 온도는 400℃~450℃이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치를 보여 주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 증착 장치는 도가니(20, 30)의 상부를 가열하는 제1 외부 열원(52), 도가니(20, 30)의 하부를 가열하는 제2 외부 열원(54), 제1 외부 열원(52)에 전원을 공급하는 제1 히터 구동부(58), 제2 외부 열원(54)에 전원을 공급하는 제2 히터 구동부(60), 도가니(20, 30)로부터 기화 또는 승화되는 가스 플럭스 밀도를 감지하는 센서(50), 센서(50)의 출력에 응답하여 외부 열원(54, 56)의 전원을 조절하는 제어부(56)를 포함한다.
제1 외부 열원(52)은 도가니(20, 30)의 상부에 위치하는 노즐 부분을 에워싸는 히터를 포함한다. 제2 외부 열원(54)은 도가니(20, 30)의 하부에 위치하는 소스 재료를 에워싸는 히터를 포함한다. 히터들 각각은 내열 금속의 코일 또는 필라멘트로 구현된다. 제어부(56)는 제1 외부 열원(52)의 히터에 인가되는 전원을 일정하게 유지하는 반면, 센서(50)의 출력 변화에 응답하여 제2 외부 열원(54)의 히터 전원을 조절한다. 제어부(56)는 PLC(Programmable Logic Controller)로 구현될 수 있다. 제1 히터 구동부(58)는 제어부(56)의 제어 신호에 응답하여 제1 외부 열원(22)의 히터에 전원을 공급한다. 제2 히터 구동부(60)는 제어부(56)의 제어 신호에 응답하여 제2 외부 열원(54)의 히터에 전원을 공급한다.
제어부(56)는 센서(50)에 의해 감지된 가스 플럭스의 밀도에 따라 도가니(20, 30)의 온도를 조절한다. 예를 들어, 제어부(56)는 센서 신호를 분석하여 가스 플럭스의 밀도가 미리 설정된 기준값 보다 낮으면 제2 외부 열원(54)의 전원을 높여 도가니(20, 30)의 온도를 높이는 반면, 가스 플럭스의 밀도가 기준값에 도달하면 제2 외부 열원(54)의 전원을 유지한다. 그리고 제어부(56)는 가스 플럭스의 밀도가 기준값 보다 높으면 제2 외부 열원(54)의 전원을 낮추어 가스 플럭스 밀도를 일정하게 유지한다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
20, 30 : 도가니 22, 32, 52, 54 : 외부 열원
24 : 내부 열원 100 : 기판

Claims (9)

  1. 소스 재료가 수용된 도가니;
    상기 도가니를 에워 싸는 외부 열원; 및
    상기 도가니의 노즐 부분에 내장되어 상기 노즐 부분의 온도와 압력을 제어하는 내부 열원을 포함하고,
    상기 내부 열원은 상기 외부 열원에 의해 가열된 도가니의 온도로 가열되는 써머볼 또는 금속 배선 코일 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도가니는,
    상기 소스 재료가 수용된 하부 바디; 및
    상기 하부 바디에 착탈 가능하게 연결되고 노즐구가 형성된 상부 바디를 포함하고,
    상기 내부 열원은 상기 하부 바디와 상기 상부 바디 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도가니로부터의 가스 플럭스 밀도를 감지하는 센서; 및
    상기 센서의 출력 신호에 응답하여 상기 외부 열원의 온도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 외부 열원은,
    상기 도가니의 노즐 부분을 포함한 상기 도가니의 상부를 에워싸는 제1 외부 열원; 및
    상기 소스 재료가 수용된 상기 도가니의 하부를 에워싸는 제2 외부 열원을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 센서의 출력 신호에 응답하여 상기 제2 외부 열원의 온도를 가변하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 외부 열원의 전원을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  6. 은(Ag)이 수용된 제1 도가니;
    상기 제1 도가니를 에워 싸는 제1 외부 열원;
    마그네슘(Mg)이 수용된 제2 도가니;
    상기 제2 도가니를 에워 싸는 제2 외부 열원; 및
    상기 제1 및 제2 도가니들 중 하나 이상의 노즐 부분에 내장되어 상기 노즐 부분의 온도와 압력을 제어하는 내부 열원을 포함하고,
    상기 내부 열원은 상기 외부 열원에 의해 가열된 도가니의 온도로 가열되는 써머볼 또는 금속 배선 코일 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도가니들의 위에 설치된 기판에는 상기 제1 도가니로부터 승화된 은과 상기 제2 도가니로부터 승화된 마그네슘이 증착되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판에는 상기 은과 상기 마그네슘이 증착된 유기 발광 표시장치의 캐소드가 형성된 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 캐소드에서 상기 은의 함량이 상기 마그네슘의 함량 보다 많은 것을 특징으로 하는 증착 장치.
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