KR20160112293A - 증발원 및 이를 포함하는 증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증발원 및 이를 포함하는 증착장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 증발원은 내부에 증발물질이 수용되며, 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니; 상기 도가니의 상단에서 횡방향으로 결합되어 상기 도가니와 연통되는 분배관; 상기 분배관의 상단에 구비되고, 상기 도가니를 중심으로 양측 방향으로 배치되는 복수개의 메인 분사노즐; 및 상기 분배관의 양단부에 구비되고, 상기 메인 분사노즐로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 보조 분사노즐을 포함할 수 있다.

Description

증발원 및 이를 포함하는 증착장치{Evaporation source and Deposition apparatus including the same}
본 발명은 증발원 및 이를 포함하는 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섀도우(Shadow)가 가장 많이 발생하는 기판의 외곽 부분까지 충분히 증착이 이루어져 전체적으로 증착 균일도를 확보할 수 있는 증발원 및 이를 포함하는 증착장치에 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 장점이 있다.
유기 전계 발광소자는, 애노드 및 캐소드 전극을 제외한 나머지 구성층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등이 유기 박막으로 되어 있고, 이러한 유기 박막은 진공열 증착방법으로 기판 상에 증착된다.
진공열 증착방법은 진공 챔버 내에 기판을 배치하고, 일정 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)를 기판에 정렬시킨 후, 증발물질이 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 승화되는 증발물질을 기판 상에 증착하는 방식으로 이루어진다.
일반적으로, 이러한 방식에 의해 박막 증착을 하는 경우, 도가니에서 분출되는 증발입자의 분포는 도가니의 중심부에서 밀도가 높고 외측으로 갈수록 밀도가 낮아지는 가우스(Gauss) 분포를 나타낸다. 그리고, 기판의 외곽 부분으로 갈수록 증발원의 중앙부에 대하여 경사가 심해지기 때문에, 마스크에 형성된 패턴에 대응되게 기판에 증착이 이루어지지 않아 섀도우(Shadow)가 발생하는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1350026호(2014.01.03)
본 발명은 섀도우(Shadow)가 가장 많이 발생하는 기판의 외곽 부분까지 충분히 증착이 이루어져 전체적으로 증착 균일도를 확보할 수 있는 증발원을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 증발원은 내부에 증발물질이 수용되며, 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니; 상기 도가니의 상단에서 횡방향으로 결합되어 상기 도가니와 연통되는 분배관; 상기 분배관의 상단에 구비되고, 상기 도가니를 중심으로 양측 방향으로 배치되는 복수개의 메인 분사노즐; 및 상기 분배관의 양단부에 구비되고, 상기 메인 분사노즐로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 보조 분사노즐을 포함할 수 있다.
상기 메인 분사노즐은 상기 도가니를 중심으로 복수개가 하나의 그룹을 형성하고, 상기 메인 분사노즐은 상기 도가니를 중심으로 양측을 향하여 각각 경사지게 형성될 수 있다.
상기 도가니는 복수개가 배치되는데, 상기 도가니의 사이에 배치된 메인 분사노즐은 상기 도가니의 외측에 배치된 메인 분사노즐에 비하여 상대적으로 넓은 간격으로 배치될 수 있다.
상기 메인 분사노즐과 보조 분사노즐의 사이에는 상기 보조 분사노즐의 증착각도를 제한하기 위한 각도 제한판이 구비될 수 있다.
상기 각도 제한판은, 상기 분배관의 상단에서 수직하게 연장되는 수직부; 및 상기 수직부에서 상기 분배관의 일단부를 향하여 수평하게 연장되는 수평부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 증착장치는 기판에 유기박막을 형성하기 위한 증착장치에 있어서, 상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버; 및 상기 기판에 대향되도록 상기 진공챔버 내측에 배치되고, 상기 유기박막을 형성하기 위한 증발물질을 공급하는 증발원을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 섀도우(Shadow)가 가장 많이 발생하는 기판의 외곽 부분까지 충분히 증착이 이루어져 전체적으로 증착 균일도를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착장치를 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 증착이 이루어질 때 증착영역을 표시한 구성도.
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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 증발원의 일 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착장치를 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 증착이 이루어질 때 증착영역을 표시한 구성도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 증발원은 내부에 증발물질이 수용되며, 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니(10); 상기 도가니(10)의 상단에서 횡방향으로 결합되어 상기 도가니(10)와 연통되는 분배관(12); 상기 분배관(12)의 상단에 구비되고, 상기 도가니(10)를 중심으로 양측 방향으로 배치되는 복수개의 메인 분사노즐(20); 및 상기 분배관(12)의 양단부에 구비되고, 상기 메인 분사노즐(20)로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 보조 분사노즐(30)을 포함할 수 있다.
도가니(10)의 내부에는 증발물질이 수용되며 가열에 따라 증발물질이 증발되어 증발입자가 도가니(10)의 개방된 상단을 통해 분출된다. 도가니(10)의 외주에는 도가니(10)를 가열하기 위한 가열히터(미도시)가 구비될 수 있고 가열히터의 가열에 따라 도가니(10)가 가열되면서 도가니(10) 내부의 증발물질이 승화 또는 기화되면서 증발입자가 상단을 통해 분출된다.
그리고, 도가니(10)의 상단에는 횡방향으로 분배관(12)이 결합된다. 분배관(12)은 좌우 양단이 막힌 튜브 형태로서, 도가니(10)의 상단에 횡방향으로 결합되어 도가니(10)와 연통된다. 서로 결합된 도가니(10)와 분배관(12)은 대략 T자 형상을 가진다. 도가니(10)는 분배관(12)의 길이방향을 따라 복수개가 결합될 수 있는데, 본 실시예에서는 2개의 도가니(10)가 분배관(12)에 결합된 형태를 제시한다.
분배관(12)의 상단에는 분배관(12)의 길이방향을 따라 복수개의 메인 분사노즐(20)이 구비될 수 있다. 메인 분사노즐(20)은 도 1에서와 같이 복수개가 하나의 그룹을 형성하여 구비되는데, 도가니(10)마다 복수개가 일정한 형태로 배치됨으로써 하나의 그룹을 형성할 수 있다.
또한, 메인 분사노즐(20)은 도가니(10)를 중심으로 양측을 향하여 각각 경사지게 형성될 수 있다. 이와 같이 메인 분사노즐(20)이 경사지게 형성되므로, 기판(110) 전체에 걸쳐 증발입자가 분사될 수 있다. 본 실시예에서 메인 분사노즐(20)은 기판(110)의 특정 영역에만 증착이 되도록 제어하는 것은 아니고 기판(110) 전체에 걸쳐 증착이 이루어질 수 있도록 증발입자를 분사한다. 본 명세서에는 구체적으로 설명하지 않았지만, 메인 분사노즐(20)의 분사각도는 기판의 크기, 증착조건 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 메인 분사노즐(20) 중에 도가니(10)의 사이에 배치된 메인 분사노즐(20)은 도가니(10)의 외측에 배치된 메인 분사노즐(20)에 비하여 상대적으로 넓은 간격으로 배치될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 1에서 메인 분사노즐(20) 중에 도가니(10)의 사이에 배치된 메인 분사노즐(20)의 간격(D2)은 도가니(10)의 외측에 배치된 메인 분사노즐(20)의 간격(D1)에 비하여 상대적으로 크다. 또한, 도가니(10)의 사이에 배치된 메인 분사노즐(20)의 간격을 넓히다 보니 메인 분사노즐(20)의 수도 상대적으로 적다.
본 실시예에서 메인 분사노즐(20)을 이와 같이 배치한 것은, 도가니(10)의 사이에 대응되는 부분은 서로 다른 그룹에 배치된 메인 분사노즐(20) 간에 중첩이 발생하기 때문에 메인 분사노즐(20) 수를 줄이고 간격을 넓게 하여도 기판(110)에 충분히 증착을 할 수 있기 때문이다. 반대로, 도가니(10)의 외측에 배치된 메인 분사노즐(20)은 다른 그룹에 배치된 메인 분사노즐(20)과 중첩되는 증착영역이 상대적으로 작기 때문에 상대적으로 수를 늘이고 간격을 좁게 배치한 것이다.
한편, 분배관(12)의 양단부에는 메인 분사노즐(20)로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 보조 분사노즐(30)이 구비된다. 보조 분사노즐(30)은 기판(110)의 증착 균일도를 확보하기 위해 구비하는 것으로서, 보조 분사노즐(30)이 구비됨으로써 기판(110)의 전체적인 증착 균일도가 향상될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예와 같이 선형 증발원의 경우 도가니(10)에서 분출되는 증발입자의 분포는 도가니(10)의 중심부에서 밀도가 높고 외측으로 갈수록 밀도가 낮아지는 가우스(Gauss) 분포를 나타낸다. 이와 같이 기판(110)의 중심부에서 증발입자의 밀도가 높아지고 외측의 밀도가 낮아지면 기판(110)의 외측에서 섀도우(Shadow) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 섀도우 현상을 방지하기 위해서, 본 실시예에서는 분배관(12)의 양단부에 보조 분사노즐(30)을 구비토록 한 것이다.
보조 분사노즐(30)의 증착영역을 살펴보면, 도 2에서와 같이 기판(110)의 외곽 부분에 집중적으로 증발입자를 분출시키게 된다. 따라서, 기판(110)의 중심부에 비하여 상대적으로 밀도가 낮은 증발입자의 증착을 보완되므로, 기판(110) 전체에 걸쳐 증착 균일도를 확보할 수 있게 된다.
이때, 보조 분사노즐(30)이 기판(110)의 외곽 부분이 아닌 중심부에 가까운 부분까지 과도하게 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 메인 분사노즐(20)과 보조 분사노즐(30)의 사이에는 각도 제한판(40)이 구비된다. 각도 제한판(40)의 실질적으로 보조 분사노즐(30)의 분사각도를 제한함으로써 보조 분사노즐(30)에서 분출된 증발입자가 기판(110)의 중심부 쪽으로 증착되는 것을 방지한다.
각도 제한판(40)은, 분배관(12)의 상단에서 수직하게 연장되는 수직부(42); 및 수직부(42)에서 분배관(12)의 일단부를 향하여 수평하게 연장되는 수평부(44)를 포함할 수 있다. 여기에서 수직부(42)의 높이, 수평부(44)의 길이 등은 기판(110)의 크기, 증착조건 등에 따라 적절하게 설계될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 진공챔버(100)는 기판(110)의 표면에 유기박막이 형성되는 증착공정이 이루어지는 반응공간을 제공하는 수단으로서, 그 내부는 증발입자의 증착을 위하여 진공 분위기가 유지된다. 진공챔버(100)의 내부에는 별도의 지지수단에 의해 지지되는 안착부(120)가 구비되는데, 이러한 안착부(120)의 하부에 기판(110)이 안착되어 지지될 수 있다.
안착부(120)의 하부에는 소정의 패턴이 형성된 금속 재질의 마스크(130)가 고정되고, 그 위에 기판(110)이 별도의 고정용 지그(Jig) 등을 통해 고정되어 지지된다. 그리고, 기판(110)의 상부에는 별도의 마그넷(미도시) 등이 설치되어 마스크(130)와 기판(110)을 밀착시키게 된다. 이러한 구조를 통하여 기판(110)의 저면은 마스크(130)에 형성된 패턴을 통하여 일부분만이 선택적으로 노출된다.
이 상태에서 상술한 증발원이 마스크(130)를 중심으로 기판(110)과 대향되는 위치에는 상술한 증발원이 배치되고, 도가니(10)에 수용된 증발물질이 가열되어 증발입자로 변형된 뒤 분사노즐(20,30)을 통해 분출되어 마스크(130)를 통해 기판(110)의 표면에 증착된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에서는 기판(110)의 외곽 부분에서 섀도우 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해 분배관(12)의 양단부에 보조 분사노즐(30)을 배치함으로써, 보조 분사노즐(30)을 통해 기판(110)의 외곽 부분의 증착을 보완할 수 있도록 하였다. 따라서, 기판(110)에 전체적으로 증착이 균일하게 이루어질 수 있으므로, 증착 균일도를 확보할 수 있는 장점이 있다.
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.
10 : 도가니 12 : 분배관
20 : 메인 분사노즐 30 : 보조 분사노즐
40 : 각도 제한판 42 : 수직부
44 : 수평부 100 : 진공챔버
110 : 기판 120 : 안착부
130 : 마스크

Claims (6)

  1. 내부에 증발물질이 수용되며, 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되는 도가니;
    상기 도가니의 상단에서 횡방향으로 결합되어 상기 도가니와 연통되는 분배관;
    상기 분배관의 상단에 구비되고, 상기 도가니를 중심으로 양측 방향으로 배치되는 복수개의 메인 분사노즐; 및
    상기 분배관의 양단부에 구비되고, 상기 메인 분사노즐로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 보조 분사노즐을 포함하는 증발원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 분사노즐은 상기 도가니를 중심으로 복수개가 하나의 그룹을 형성하고, 상기 메인 분사노즐은 상기 도가니를 중심으로 양측을 향하여 각각 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도가니는 복수개가 배치되는데, 상기 도가니의 사이에 배치된 메인 분사노즐은 상기 도가니의 외측에 배치된 메인 분사노즐에 비하여 상대적으로 넓은 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 분사노즐과 보조 분사노즐의 사이에는 상기 보조 분사노즐의 증착각도를 제한하기 위한 각도 제한판이 구비되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 각도 제한판은,
    상기 분배관의 상단에서 수직하게 연장되는 수직부; 및
    상기 수직부에서 상기 분배관의 일단부를 향하여 수평하게 연장되는 수평부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
  6. 기판에 유기박막을 형성하기 위한 증착장치에 있어서,
    상기 기판이 내부에 안착되는 진공챔버; 및
    상기 기판에 대향되도록 상기 진공챔버 내측에 배치되고, 상기 유기박막을 형성하기 위한 증발물질을 공급하는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 증발원을 포함하는 증착장치.
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