KR20190143660A - 증착 장치용 증발원 - Google Patents

Abstract

증착장치용 증발원이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증착물질이 수용되며 상단이 오픈된 용기 형상의 도가니 본체와, 중앙부에 노즐구가 형성되며 상기 도가니 본체의 상단을 커버는 도가니 캡을 포함하는 도가니와; 상기 노즐구에 상응하는 원형의 개구부가 형성되며 상기 도가니 캡의 상면에 안착되어 상기 도가니 내부열의 방출을 제한하는 보온 디스크와; 상기 도가니 본체의 외주면을 둘러싸며, 상기 도가니의 외주면을 가열하는 히터부를 포함하는, 증착 장치용 증발원이 제공된다.

Description

증착 장치용 증발원 {Evaporation source for deposition device}

본 발명은 기판에 증착물질을 증착하기 위한 증착 장치에 사용되는 증발원에 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 액정표시장치보다 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 진공열증착법으로 기판 상에 증착된다.

진공열증착법은 진공의 챔버 내에 기판을 배치하고, 일정 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)를 기판에 정렬시킨 후, 유기물이 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 승화되는 유기물을 기판 상에 증착하는 방식으로 이루어진다. 통상적으로, 증발원은 유기물을 수용하는 도가니와, 도가니를 가열하는 히터를 포함하는 구성을 갖는다.

도 1은 통상적인 형태의 증발원의 도가니 내부 온도를 측정하기 위한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 구성을 통해 측정된 내부 온도를 도가니 부위별로 나타낸 그래프이다.

도 1에 따르면, 증발원은 증착물질이 수용되는 도가니(1)와, 도가니(2)를 가열하기 위한 히터(2)를 포함한다.

도가니(1)는 상단이 개구된 실린더 형태를 가질 수 있고, 히터(2)는 도가니(1) 외주면에 배치되는 열선의 형태를 가질 수 있다. 히터(2)는 도가니(1)의 높이, 즉, 상단으로부터 하단까지의 거리를 커버할 수 있도록 도가니(2)의 높이 이상의 높이를 갖는다.

도가니(1)의 내부 온도를 부위 별로 측정하기 위하여, 도가니(1)의 상단, 중간, 바닥 부위에 제1 써모커플(T/C #1), 제2 써모커플(T/C #2), 제3 써모커플(T/C #3)을 설치하였다. 그리고, 히터(2)의 하부 영역, 즉, 도가니(1)의 하단 부위에 온도 제어용 써모커플(Cell T/C)를 설치하고, 써모커플(Tc)의 온도가 설정 온도값이 되도록 히터(2)에 인가되는 전원의 전압을 조절하였다.

도 2와 같이, 온도제어용 써모커플(Tc)의 온도가 시간에 따라 100℃, 200℃, 350℃, 500℃로서 계단식으로 증가하도록 히터(2)를 제어하였으며, 그에 따라 제1 내지 제3 써모커플(T/C #1, T/C #2, T/C #3)의 온도를 측정한 결과, 도 2의 그래프와 같은 온도 양상을 보였다.

이에 따르면, 도가니(1)의 상단 부위가 가장 낮은 온도를 갖는 것으로 나타났고, 도가니(1)의 하단 부위가 가장 높은 온도를 가져, 도가니(1)의 상하 방향으로 많은 온도 편차가 발생하는 것으로 나타났다. 이는 도가니(1)의 상단 개구부에서는 많은 열 손실이 일어나는 반면, 도가니(1)의 바닥 부위에서는 열이 빠져나가지 못하고 축적되는 것에 기인하는 것으로 판단된다.

도가니(1)의 온도를 증가시킬수록 이러한 온도 편차가 심하게 일어나며, 500℃의 온도에서는 300℃ 이상의 심한 온도 편차가 발생하였다. 이와 같은 극심한 온도 편차는 유기물의 균일한 증착을 방해하는 요인으로 작용할 수 있고, 유기물 등의 증착용 물질에 고온으로 인한 변성을 발생시키는 요인이 될 수 있으므로, 이와 같은 온도 편차를 줄이기 위한 방안이 필요한 실정이다.

공개특허공보 제10-2015-0083716호 (2015.07.20)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 증발원의 구조 변경을 통해 도가니 내부의 상하 온도 편차를 감소시켜 증착용 물질의 변성을 방지하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 증착물질이 수용되며 상단이 오픈된 용기 형상의 도가니 본체와, 중앙부에 노즐구가 형성되며 상기 도가니 본체의 상단을 커버는 도가니 캡을 포함하는 도가니와; 상기 노즐구에 상응하는 원형의 개구부가 형성되며 상기 도가니 캡의 상면에 안착되어 상기 도가니 내부열의 방출을 제한하는 보온 디스크와; 상기 도가니 본체의 외주면을 둘러싸며, 상기 도가니의 외주면을 가열하는 히터부를 포함하는, 증착 장치용 증발원이 제공된다.

상기 히터부는, 상기 도가니 본체의 외주면의 상부 영역에 설치되며, 상기 도가니 본체의 상단을 부분 가열하여 상기 도가니 내의 물질이 증발되도록 하는 부분 히터를 포함할 수 있다.

상기 히터부는, 상기 노즐구의 주위를 둘러싸도록 상기 도가니 캡의 상단에 설치되어, 상기 도가니의 상하 온도를 균일화시키기 위한 상단 히터를 포함할 수 있다.

상기 부분 히터의 하단은 상기 도가니의 중앙 부위보다 높은 위치에 위치될 수 있다.

상기 상단 히터에는 전원 인가를 위한 단자가 반경 방향으로 인출될 수 있다.

상기 부분 히터의 하단의 상기 도가니 외곽의 하부 영역에 설치되며, 상기 도가니 바닥 주위의 열 축적을 감소시키기 위한 냉각 자켓을 더 포함할 수 있다.

상기 냉각 자켓은 상하 위치 조정이 가능하도록 상기 도가니에 대하여 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도가니의 상하 방향 온도 분포가 균일하도록 도가니의 상부 영역에서 열의 방출을 제한하거나 도가니를 분할 가열하여 증착의 균일화를 도모할 수 있으며 증착물질의 변성을 방지할 수 있다.

도 1은 통상적인 형태의 증착 장치용 증발원의 도가니 내부 온도를 측정하기 위한 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 구성을 통해 측정된 도가니의 내부 온도를 도가니 부위별로 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치용 증발원을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 도시된 보온 디스크의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치용 증발원의 도가니 내부 온도를 도가니 부위별로 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치용 증발원을 개략적으로 나타낸 도면.
도 7은 도 6에 도시된 상단 히터의 평면도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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 증착 장치용 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치용 증발원을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 보온 디스크의 평면도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치용 증발원의 도가니 내부 온도를 도가니 부위별로 나타낸 그래프이다.

도 3 및 도 4에는, 도가니 본체(12), 노즐구(14), 도가니 캡(16), 개구부(17), 보온 디스크(18), 도가니(20), 히터부(22), 부분 히터(24), 냉각 자켓(26)이 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 증착 장치용 증발원은, 증착물질이 수용되며 상단이 오픈된 용기 형상의 도가니 본체(12)와, 중앙부에 노즐구(14)가 형성되며 상기 도가니 본체(12)의 상단을 커버는 도가니 캡(16)을 포함하는 도가니(20)와; 상기 노즐구(14)에 상응하는 원형의 개구부가 형성되며 상기 도가니 캡(16)의 상면에 안착되며, 상기 도가니(20) 내부열의 방출을 제한하는 보온 디스크(18)와; 상기 도가니 본체(12)의 외주면을 둘러싸며, 상기 도가니(20)의 외주면을 가열하는 히터부(22)를 포함한다.

본 발명에 따른 도가니(20)는, 증착물질이 수용되는 용기 형상의 도가니 본체(12)와, 기체 상태의 증착물질이 분출되는 노즐구(14)가 형성되고 도가니 본체(12)의 개방된 상단을 커버하는 도가니 캡(16)으로 구성된다.

도가니 캡(16)으로 도가니 본체(12)를 커버함으로써 증착을 위한 도가니(20)의 가열과정에서 도가니(20) 내부의 열이 상단으로 방출되는 것을 제한하여 도가니(20) 상단의 온도를 높일 수 있다.

도가니 본체(12)는 증착물질(예를 들어, 유기물)이 수용되며, 증착물질이 증발하여 배출되는 상단이 오픈된 용기 형상을 갖는다. 본 실시예에 따른 도가니 본체(12)는 상단이 오픈된 원통 형태로서, 점증발원으로 이용될 수 있다.

도가니 캡(16)은, 그 중앙부에 노즐구(14)가 형성되며 도가니 본체(12)의 상단을 커버한다. 노즐구(14)는 도가니 본체(12)의 오픈된 상단보다 작은 사이즈로서 가열에 따라 도가니(20) 내에서 증착물질의 증발이 일어나면 노즐구(14)를 통해 증발물질이 토출되면서 기판에 대한 증착이 이루어진다. 도가니 캡(16)이 도가니 본체(12)를 커버함으로써 도가니(20)의 가열과정에서 도가니(20) 내부의 열이 상단으로 방출되는 것을 제한하여 도가니(20) 내부 상단의 온도를 높일 수 있다.

보온 디스크(18)는, 도가니 캡(16)의 노즐구(14)에 상응하는 원형의 개구부(17)가 형성되며 도가니 캡(16)의 상면에 안착되어 도가니(20) 내부열의 방출을 제한한다. 도가니 캡(16)에 의해 도가니(20) 상단에서 열의 방출을 제한하나 이와 더불어 보온 디스크(18)가 도가니 캡(16) 상면을 덮어 도가니(20) 내부열의 방출을 더욱 더 제한한다.

도 4를 참조하면, 보온 디스크(18)는 도가니(20) 상단의 열이 도가니(20)의 외부로 방출되는 것을 제한하기 위한 것으로서, 도가니(20) 탭의 노즐구(14)에 대응되는 개구부(17)가 중앙에 형성되며, 개구부(17)가 노즐구(14)에 상응하도록 도가니(20) 탭의 상면을 덮게 된다. 보온 디스크(18)는, 탄탈륨(Ta) 등으로 이루어진 금속성의 재질로 이루어지거나 내열성이 강한 단열성의 재질로 이루어질 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상단이 오픈된 도가니(1) 구조의 경우, 도가니(1)의 상단 부위에서 가장 낮은 온도가 나타내며, 도가니(1)의 하단 부위가 가장 높은 온도가 나타난다. 이와 같이 상단이 오픈된 도가니(1) 구조의 경우 도가니(1) 내부에서 상하 방향으로 큰 온도 편차가 발생할 수 있는데, 큰 온도편차로 인해 도가니(1)의 가열 제어가 어려워 증착물질의 균일한 분출 제어가 어려울 수 있다.

본 실시예에서는 도가니(20)의 상단에서 열의 방출을 제한하기 위한 보온 디스크(18)를 구비한 도가니 캡(16)을 도가니 본체(12)에 결합함으로써 도가니(20) 상단과 도가니(20) 하단의 온도 편차를 줄여 증착물질의 증착량 조절을 위한 온도제어를 효율적으로 수행할 수 있다.

히터부(22)는, 도가니 본체(12)의 외주면을 둘러싸며, 도가니(20)의 외주면을 가열한다. 히터부(22)는 도가니 본체(12)의 외주면을 둘러싸서 도가니(20)를 가열하게 되는데, 히터부(22)에서 방출되는 열이나 도가니(20)에서 반사되는 열을 가둬두기 위한 실린더 형태의 리플렉터(미도시)가 히터부(22)의 외주를 감쌀 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 히터부(22)는, 도가니 본체(12)의 외주면의 상부 영역에 설치되며, 도가니 본체(12)의 상단을 부분 가열하여 도가니(20) 내의 물질이 증발되도록 하는 부분 히터(24)를 포함할 수 있다. 부분 히터(24)는 열선의 형태를 가질 수 있고, 리플렉터의 내주에 지지된 지지 구조에 의해 권선될 수 있다.

부분 히터(24)는 그 하단이 도가니(20)의 중앙 부위보다 높은 위치에 위치하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 부분 히터(24)에서 발생하는 복사열은 도가니(20)의 상부 영역으로 전달되게 된다. 도가니(20)로 전달된 열은 도가니(20)의 하부 영역까지 전도되어 도가니(20) 내의 물질이 증발되도록 한다.

상술한 바와 같이, 상단이 오픈된 도가니(1) 구조에서, 도가니(1)의 상단, 중간, 하단 부위의 온도를 측정한 결과, 도가니(1) 상단에서 하단으로 갈수록 온도가 높아짐을 알 수 있었는데, 본 실시예에서와 같이 도가니 본체(12)의 상부 영역에만 부분 히터(24)를 배치함으로써 도가니(20) 상단에 보단 높은 온도를 제공함과 아울러 부분 히터(24)의 복사열이 도가니(20)의 하단으로 전도됨으로써 도가니(20)의 상하 방향으로 온도 편차를 줄일 수 있다.

도 5는 본 실시예에 따른 증착 장치용 증발원의 도가니(20) 내부 온도를 도가니(20) 부위별로 나타낸 그래프인데, 도가니(20)의 상단 부위가 가장 낮은 온도를 가지고 도가니(20)의 하단 부위가 가장 높은 온도를 갖는 점에서는 도 2의 측정 결과와 유사하다. 다만, 도가니(20)의 상단과 하단 사이의 온도 편차는 도 2의 측정 결과와 대비했을 때 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 보온 디스크(18)를 구비한 도가니 캡(16)을 도가니 본체(12)에 결합함과 아울러 도가니(20)의 상부 영역만을 부분 가열함으로써 도가니(20)의 상하 온도 편차를 감소시킬 수 있다.

한편, 본 실시예의 증착 장치용 증발원은 도가니(20) 상부에 대해 상대적으로 높은 도가니(20) 하부의 온도를 떨어뜨리기 위해 부분 히터(24)의 하단에 냉각 자켓(26)을 설치할 수 있다.

냉각 자켓(26)은 부분 히터(24)의 하단의 도가니(20) 외곽의 하부에 대응되는 영역에 설치될 수 있다. 냉각 자켓(26)은 도가니(20)의 하부 영역을 부분적으로 냉각하여, 도가니(20) 하단 주위의 열 축적을 감소시키는 기능을 한다. 이와 같이, 보온 디스크(18)가 구비된 도가니 캡(16)을 씌워 도가니(20)의 상단을 통한 열 손실을 줄이고, 냉각 자켓(26)을 설치하여 도가니(20)의 하단 부위의 열 축적을 줄임으로써, 도가니(20)의 상하 온도 편차를 최소화할 수 있다.

그리고, 냉각 자켓(26)은 상하 위치 조정이 가능하도록 도가니(20)에 대하여 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치될 수 있다. 이를 통해 도가니(20)의 냉각 위치를 조절할 수 있게 되며, 이러한 구성은 리플렉터에 냉각 자켓(26)을 슬라이드 결합시킨 구성을 통해 구현 가능하다 할 것이다.

이상에서는 증착 장치용 증발원 중 점증발원 방식에 대한 구성을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 부분 히터(24), 상단 히터(28), 및 냉각 자켓(26)을 이용하여 도가니(20) 내부 온도의 균일화하는 기술적 사상은 선형 증발원 등 다양한 방식의 증발원에 모두 적용 가능하다 할 것이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치용 증발원을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 상단 히터(28)의 평면도이다.

도 6 및 도 7에는, 도가니 본체(12), 노즐구(14), 도가니 캡(16), 보온 디스크(18), 도가니 (20), 히터부(22), 부분 히터(24), 냉각 자켓(26), 상단 히터(28), 전원 단자(30, 32)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 증착 장치용 증발원은, 도가니(20) 상단의 온도를 높여 도가니(20) 하단과의 온도편차를 더욱 줄이기 위해, 도가니(20)의 상단 즉, 도가니 캡(16)의 상단에 상단 히터(28)를 더 추가한 형태이다. 이외의 구성요소는 상술한 일 실시예에 동일하거나 유사하다.

상단 히터(28)는 도가니 캡(16)의 노즐구(14) 둘러싸도록 도가니 캡(16)의 상단에 설치되어, 도가니 캡(16)에 열을 가함으로써 도가니(20) 내부의 상하 온도를 균일화시키는 기능을 한다. 상단 히터(28)는 링 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어 열선이 링 형태로 권선된 구조를 가질 수 있다.

도 7를 참고하면, 상단 히터(28)에는 전원 인가를 위한 전원 단자(30)가 반경 방향으로 인출되게 구성될 수 있으며, 본 실시예의 경우 인출선을 통하여 전원 단자(30)가 상단 히터(28)의 외측 방향으로 인출되어 있다. 전원 단자(30)는 리플렉터에 설치된 전원 단자(32)에 접촉하도록 구성되어 상단 히터(28)의 탈착을 용이하게 할 수 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.

12: 도가니 본체 14: 노즐구
16: 도가니 캡 18: 보온 디스크
20: 도가니 22: 히터부
24: 부분 히터 26: 냉각 자켓
28: 상단 히터 30, 32: 전원 단자

Claims (7)

1. 증착물질이 수용되며 상단이 오픈된 용기 형상의 도가니 본체와, 중앙부에 노즐구가 형성되며 상기 도가니 본체의 상단을 커버는 도가니 캡을 포함하는 도가니와;
   상기 노즐구에 상응하는 원형의 개구부가 형성되며 상기 도가니 캡의 상면에 안착되어 상기 도가니 내부열의 방출을 제한하는 보온 디스크와;
   상기 도가니 본체의 외주면을 둘러싸며, 상기 도가니의 외주면을 가열하는 히터부를 포함하는, 증착 장치용 증발원.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 히터부는,
   상기 도가니 본체의 외주면의 상부 영역에 설치되며, 상기 도가니 본체의 상단을 부분 가열하여 상기 도가니 내의 물질이 증발되도록 하는 부분 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 증착 장치용 증발원.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 히터부는,
   상기 노즐구의 주위를 둘러싸도록 상기 도가니 캡의 상단에 설치되어, 상기 도가니의 상하 온도를 균일화시키기 위한 상단 히터를 포함하는, 증착 장치용 증발원.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 부분 히터의 하단은 상기 도가니의 중앙 부위보다 높은 위치에 위치되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치용 증발원.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 상단 히터에는 전원 인가를 위한 전원 단자가 반경 방향으로 인출되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치용 증발원.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 부분 히터의 하단의 상기 도가니 외곽의 하부 영역에 설치되며, 상기 도가니 바닥 주위의 열 축적을 감소시키기 위한 냉각 자켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 증착 장치용 증발원.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 자켓은 상하 위치 조정이 가능하도록 상기 도가니에 대하여 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치용 증발원.

Images