KR20190134155A - 원료 물질 증발장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도가니의 내부를 분리하되 높이를 달리하는 복수개의 격벽을 구비하여 원료 물질의 양을 조절함으로써 도가니 내에서 원료 물질이 고르게 증발될 수 있도록 형성된 원료 물질 증발장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 원료 물질 증발장치에 의하면, 도가니 내부에 수납되는 원료 물질의 양을 조절함으로써 증발량의 편차를 감소시켜 증착의 불균일성을 해소하고 증발되지 않는 원료 물질의 양을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

원료 물질 증발장치{Source Material Evaporator}
본 발명은 원료 물질 증발 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도가니의 내부를 분리하되 높이를 달리하는 복수개의 격벽을 구비하여 원료 물질의 양을 조절함으로써 도가니 내에서 원료 물질이 고르게 증발될 수 있도록 형성된 원료 물질 증발장치에 관한 것이다.
유기 발광 다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)는 상하로 이격된 두 전극 사이에 유기막이 마련되고, 두 전극을 통해 전류가 흐르면 두 전극으로부터 공급된 전자와 홀이 유기막에서 결합하여 빛을 발생하는 능동형 발광소자이다. 이러한 OLED는 얇고 가벼우며, 고휘도, 저전력 소비 등의 특성을 가지고 있어서 다양한 분야에서 적용되고 있다. 특히, OLED는 차세대 디스플레이로 각광받고 있으며, 백색광 및 단색광을 방출하는 조명으로도 이용될 수 있다.
OLED를 제작하는데 있어서는 유기박막을 형성하는 공정 및 도전체 박막 형성 공정이 요구되며, 이러한 박막 형성 공정은 증발 증착이 주로 사용된다.
유기 박막은 저분자 유기 물질을 담은 도가니를 감싼 열선에 전류를 흘려 가열하고 도가니에 전달된 열이 도가니 내의 유기물질의 온도를 상승시키며 유기물질의 온도가 상승됨에 따라 유기물질이 기체의 형태로 도가니를 빠져나가 기판에 증착되는 방식으로 주로 만들어진다. 이러한 열 증착법에 의한 유기 박막의 제작에는 증발장치가 사용되어 왔다.
증발장치는 분사 홀의 개수나 배열 등에 따라서 점 증발장치(point source), 선형 증발장치(linear source) 또는 면 증발장치(area source) 등으로 구분될 수 있다. 최근에는 기판이 대면적화 됨에 따라서 증착 재료의 효율이 높을 뿐만 아니라 높은 증착 속도의 구현이 가능한 선형 증발장치가 주목을 받고 있으며, 선형 증발장치의 길이는 점차 증가하는 추세에 있다.
다만, 선형 증발장치는 증착 온도 및 증착 속도의 제어가 어려울 뿐만 아니라 증착 균일성을 얻기가 어려운 단점이 있다. 특히, 기판이 대면적화 됨에 따라 선형 증발장치의 도가니의 길이도 길어지게 되는데 이와 같이 선형 증발장치의 도가니의 길이가 길어질수록 전체적으로 증착 균일성을 달성하기가 더욱 어려워지는 문제가 있다.
즉, 길어진 선형증발장치의 도가니에 다량의 원료 물질을 수납하는 경우 도가니의 중심부분과 도가니의 외측 부분에서의 증발량에 차이가 발생하게 되고, 이에 따라 증착의 균일성을 확보하기가 어렵게 된다.
뿐만 아니라 도가니의 외측 부분에는 증발되지 않고 잔류하는 원료 물질이 쌓이게 된다. 이와 같이 도가니의 외측 부분에서 증발되지 않고 쌓인 원료 물질은 열에 의해 변성이 된 상태이므로 주기적으로 교체해주어야 하며, 이러한 원료 물질의 빈번한 교체로 인해 비용이 증가하는 문제가 있었다.
이에 따라 선형 증발장치의 도가니의 내부를 격벽으로 분리하여 증발되지 않는 원료 물질의 양을 최소화하여 재료의 손실을 줄이고 증착의 균일성을 확보하기 위한 기술이 요구되어 왔다.
도 1은 종래의 선형증발장치의 개략적인 단면도이고 도 2는 도 1의 선형증발장치의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면 종래의 선형증발장치(100)는 진공 용기(1000)의 내부에 배치되고 원료 물질을 수납하는 도전성 도가니(110), 상기 도전성 도가니(110) 내부에 배치되고 상기 원료 물질과 접촉 면적을 증가시키는 도전성 격벽(111), 상기 도전성 도가니(110)에 장착되고 복수의 관통 노즐(121)들을 포함하는 노즐 블록(120), 상기 도전성 도가니(110)를 감싸도록 배치되어 상기 도전성 도가니(110)를 유도 가열하는 도전성 도가니 유도 가열 코일(131) 및 상기 노즐 블록(120)을 감싸도록 배치되어 상기 노즐 블록(120)을 유도 가열하는 노즐 블록 유도 가열 코일(132)을 포함한다.
상기 도전성 도가니(110)는 도가니 뚜껑(112)을 더 포함할 수 있으며 도가니 뚜껑(112)은 상기 원료 물질의 재충전을 위하여 상기 도전성 도가니(110)와 분리될 수 있다.
상기 도전성 격벽(111)은 상기 도전성 도가니(110)의 하부면 및 측면에 접촉하도록 배치되어 상기 원료 물질을 공간적으로 분리함으로써 증착의 불균일성을 해소하고 증발되지 않는 원료 물질의 양을 감소시킬 수 있다.
그러나 종래의 선형증발장치(100)의 경우 격벽(111)의 높이가 일정하여 도가니 중심부분과 외측 부분에서 발생하는 원료 물질의 증발량의 편차로 인한 문제를 해결할 수 없었다. 또한 격벽(111)이 고정되어 있어서 도가니 내부의 상황에 따라 격벽의 위치를 달리하여 증발량을 조절하는 것이 불가능하여 분리된 구역별로 증발되지 않는 원료 물질의 양을 감소시키는데도 한계가 있다.
특허문헌 1: 한국공개특허 10-2016-0133589 (공개일 : 2016년 11월 23일, 명칭 : 선형 증발 증착 장치)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 도가니 내부에 결합 및 분리가 가능한 복수개의 격벽을 이용하여 도가니의 내부를 복수의 영역으로 분리하고 도가니의 중심부의 격벽의 높이를 외측 부분의 격벽보다 높게 형성하여 도가니 내부에 수납되는 원료 물질의 양을 조절함으로써 도가니 내에서 원료 물질이 고르게 증발될 수 있도록 형성된 원료 물질 증발장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 해결하기 위한 본 발명의 원료 물질 증발장치는, 반응 챔버 내부에 배치되며 원료 물질을 증발시켜 기판에 증착시키는 원료 물질 증발 장치에 있어서, 상기 원료 물질을 수납하는 도가니; 상기 도가니 내부를 복수의 공간으로 분리할 수 있고, 높이가 상이한 적어도 하나의 격벽; 및 가열수단에 의해 상기 도가니에서 증발된 원료 물질을 분사하도록 배치된 노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 원료 물질 증발장치에 의하면, 도가니 내부에 결합 및 분리가 가능한 복수개의 격벽을 이용하여 도가니의 내부를 복수의 영역으로 분리하고 도가니의 중심부의 격벽의 높이를 외측 부분의 격벽보다 높게 형성하여 도가니 내부에 수납되는 원료 물질의 양을 조절함으로써 증발량의 편차를 감소시켜 증착의 불균일성을 해소하고 증발되지 않는 원료 물질의 양을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 선형증발장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 선형증발장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 도가니의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 가이드에 격벽이 결합된 상태의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 가이드에 격벽이 결합된 상태의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 가이드에 격벽이 결합된 상태의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 격벽의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 3은 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 도가니의 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치(300)는 상기 원료 물질을 수납하는 도가니(310)와, 상기 도가니 내부를 복수의 공간으로 분리할 수 있고, 높이가 상이한 적어도 하나의 격벽(311) 및 가열수단에 의해 상기 도가니에서 증발된 원료 물질을 분사하도록 배치된 노즐부(320)를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치는 도전성의 상기 도가니(310)를 감싸도록 배치되어 상기 도가니(310)를 유도 가열하는 도가니 유도 가열 코일(331)과, 상기 노즐부(320)을 감싸도록 배치되어 상기 노즐부(320)를 유도 가열하는 노즐부 유도 가열 코일(332) 및 교류전원(333)을 더 포함한다.
상기 도가니(310)의 내부 측면에는 상기 격벽이 끼워져서 결합될 수 있도록 적어도 한 쌍의 가이드(312)가 형성되어 있다. 상기 가이드(312)는 상기 격벽(311)이 끼워질 수 있는 정도의 높이로 형성될 수도 있으나, 열전달의 효과를 높이기 위해서는 도전성 도가니의 높이와 같은 높이로 형성하는 것이 더 바람직하다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치에서 도가니(310) 중심부의 격벽의 높이를 높게 하고 외측으로 갈수록 그 높이가 낮아지도록 하는 경우 도가니(310)에 수납되는 원료 물질의 양에 차이가 발생하게 된다. 즉, 원료 물질은 도가니의 중심부에 많이 수납되고 외측으로 갈수록 수납되는 원료 물질의 양이 줄어들게 된다.
증발 과정이 완료된 후에는 도가니의 중심부분과 도가니의 외측 부분에 있는 원료 물질이 모두 증발되고 도가니의 외측 부분에 증발되지 않고 남아있는 원료 물질의 양이 최소화된다. 이에 따라 버려지는 원료 물질의 양을 최소화 할 수 있고 증착의 균일성도 확보할 수 있는 장점이 있다.
도가니 내부에서 격벽과 격벽 사이의 간격은 동일하게 형성할 수도 있으나, 도가니 중심부의 격벽 사이 간격보다 외측의 격벽 사이 간격을 좁게 형성하는 경우 격벽에 의해 도가니의 중심부보다 도가니의 외측 부분에서 열전달이 더욱 활발하게 진행될 수 있다. 이에 따라 도가니의 외측 부분에서 증발되지 않고 쌓이는 원료 물질의 양을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 가이드에 격벽이 결합된 상태의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 요철 형태로 형성된 가이드의 홈에 격벽이 끼워지는 것을 나타내는 도면이고, 도 6은 원형 형태로 형성된 가이드의 홈에 격벽이 끼워지는 것을 나타내는 도면이다.
도 6에서와 같이 가이드의 홈 및 가이드의 홈에 결합되는 격벽의 끝단부를 원형으로 형성하는 경우 격벽을 가이드에 결합하는 것이 더욱 용이하고, 가이드의 홈에 접촉되는 격벽의 면적이 증가하여 열전달 효율이 향상되는 장점이 있다.
한편, 도 7에서와 같이 상기 가이드의 홈에 결합되는 격벽의 끝단부의 두께를 중심부의 두께보다 두껍게 형성하여 격벽이 도가니의 가이드와 접촉되는 면적을 크게 하는 경우에는 더욱 큰 열전달 효과를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 원료 물질 증발장치의 격벽의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8의 (a) 내지 (c)에서와 같이 격벽의 형태를 요철이나 슬레이트 형상 및 자바라 형상으로 구현하는 경우 원료 물질과 접촉되는 면적이 넓어져서 더욱 큰 열전달 효과를 얻을 수 있다.
상기 도가니와 격벽 및 가이드는 동일한 재질로 형성하는 것이 바람직하며, 열전도성이 높은 스테인레스 스틸, 구리, 티타늄 또는 니켈 재질로 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 우수한 열전달 효과 및 열변형의 최소화를 고려할 때 특히 티타늄(Ti)재질로 형성하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명은 도면들에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
300 : 원료 물질 증발장치 310 : 도가니
311 : 격벽 312 : 가이드
320 : 노즐부 321 : 분사홀
331 : 도가니 유도 가열코일 332 : 노즐부 유도 가열 코일
333 : 교류전원

Claims (8)

  1. 반응 챔버 내부에 배치되며 원료 물질을 증발시켜 기판에 증착시키는 원료 물질 증발 장치에 있어서,
    상기 원료 물질을 수납하는 도가니;
    상기 도가니 내부를 복수의 공간으로 분리할 수 있고, 높이가 상이한 적어도 하나의 격벽; 및
    가열수단에 의해 상기 도가니에서 증발된 원료 물질을 분사하도록 배치된 노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원료 물질 증발장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 격벽은
    상기 도가니의 중심부로부터 외측으로 갈수록 높이가 낮아지는 것을 특징으로 하는 원료 물질 증발장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 격벽은
    상기 도가니 중심부의 격벽 사이 간격보다 외측의 격벽 사이 간격이 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 원료 물질 증발장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도가니는
    내부 측면에 상기 격벽이 결합 및 분리될 수 있도록 형성된 적어도 한 쌍의 가이드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원료 물질 증발장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 격벽은
    상기 가이드에 결합되는 부분의 두께가 중심부의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 원료 물질 증발장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 격벽은
    슬레이트 형상 또는 요철 형상으로 굴곡진 것을 특징으로 하는 원료 물질 증발장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도가니와 격벽 및 가이드는 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 원료 물질 증발장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도가니와 격벽 및 가이드는
    열전도성이 높은 스테인레스 스틸, 구리, 티타늄 또는 니켈 재질인 것을 특징으로 하는 원료 물질 증발장치.
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