KR20210065723A - 증발원 및 이를 포함하는 박막 증착 장치 - Google Patents

증발원 및 이를 포함하는 박막 증착 장치 Download PDF

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KR20210065723A
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Abstract

본 기재의 증발원은 내부 공간을 포함하는 케이스; 상기 케이스의 내부 공간에 설치되고, 증착 물질을 가열하여 기화시키며, 상측이 개구된 도가니; 상기 도가니에 설치되고, 상기 도가니를 가열하는 가열 부재; 상기 도가니의 개구된 상측을 커버하는 커버부와, 상기 커버부에 결합되고 상기 도가니에서 기화된 증착 물질을 배출하는 분사부를 포함하고, 상기 도가니에서 기화된 증착 물질을 기판으로 배출하는 노즐 부재; 및 상기 케이스에 결합되고, 상기 분사부를 관통하면서 상기 커버부에 대응되도록 설치되며, 상기 케이스 내부의 열이 기판으로 전달되는 것을 차단하면서 상기 가열 부재에서 생성되는 특정 파장의 열을 반사하는 열 차단 부재;를 포함한다.

Description

증발원 및 이를 포함하는 박막 증착 장치{Evaporation source and thin film deposition apparatus including the same}
본 발명은 증발원 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증착 물질을 기판에 증착하는데 사용되는 증발원 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자(OLED: Organic Light Emitting Diodes)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하는 스스로 빛을 조사한다. 이러한 유기 전계 발광 소자는 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 대두되고 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 증착 방법으로 기판 상에 증착될 수 있다.
진공열 증착 방법은 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.
한편, 증발원과 기판과의 거리는 적절하게 이격된 것이 바람직하다. 증발원과 기판과의 거리가 과도하게 증가되면, 기판에 증착 물질을 도포하기 위하여 증발물질의 소모량이 증가될 수 있다. 반면, 증발원과 기판이 지나치게 가까워지면, 도가니에서 발생된 열에 의하여 기판이 과열될 수 있다. 그러므로, 증발원과 기판 사이의 거리는 감소되면서 기판이 과열되는 것을 방지하는 기술이 필요할 수 있다.
한국등록특허 제10-1410882호
본 발명의 목적은 도가니에서 기판으로 열이 전달되는 것을 최소화할 수 있는 증발원 및 이를 포함하는 박막 증착 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 증발원은 내부 공간을 포함하는 케이스; 상기 케이스의 내부 공간에 설치되고, 증착 물질을 가열하여 기화시키며, 상측이 개구된 도가니; 상기 도가니에 설치되고, 상기 도가니를 가열하는 가열 부재; 상기 도가니의 개구된 상측을 커버하는 커버부와, 상기 커버부에 결합되고 상기 도가니에서 기화된 증착 물질을 배출하는 분사부를 포함하고, 상기 도가니에서 기화된 증착 물질을 기판으로 배출하는 노즐 부재; 및 상기 케이스에 결합되고, 상기 분사부를 관통하면서 상기 커버부에 대응되도록 설치되며, 상기 케이스 내부의 열이 기판으로 전달되는 것을 차단하면서 상기 가열 부재에서 생성되는 특정 파장의 열을 반사하는 열 차단 부재;를 포함한다.
한편, 상기 열 차단 부재는, 베이스층; 및 상기 베이스층에서 상기 도가니를 향하는 면에 위치되어 특정 파장의 열을 반사하는 반사층;을 포함할 수 있다.
한편, 상기 반사층은, 금속으로 이루어진 금속층; 및 상기 금속층에 위치되고 상기 금속층의 박리를 방지하는 하나 이상의 보호층;을 포함할 수 있다.
한편, 상기 보호층은, 상기 금속층 상에 위치되고, 이산화 규소(SiO2)로 이루어진 제1 보호층; 및 상기 제1 보호층 상에 위치되고, 이산화 티타늄(TiO2)으로 이루어진 제2 보호층;을 포함할 수 있다.
한편, 상기 반사층은 상기 금속층을 폴리싱한 다음 보호층을 생성하여 제조하는 포함할 수 있다.
한편, 상기 금속층은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 상기 증발원을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증발원은 열 차단 부재를 포함하고, 열 차단 부재는 베이스층과 반사층을 포함한다. 열 차단 부재가 베이스층으로만 이루어진 경우, 가열 부재에서 발생되는 열이 전부 차단되지는 않고 일부의 열은 열 차단 부재를 가열시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원에 포함된 열 차단 부재는 반사층을 포함하고 있으므로, 가열 부재에서 발생된 대부분의 열이 케이스 내에 잔류할 수 있다.
따라서, 열이 케이스의 외부로 나가지 못하게 되고, 케이스 표면의 온도가 종래의 증발원보다 낮아질 수 있다. 그러므로, 기판과 노즐 부재와의 거리가 종래의 증발원보다 현저하게 감소되어 증착 물질의 원재료 손실을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원은 종래의 증발원과 비교하여 기판이 노즐 부재에 더욱 가깝게 위치되면서, 증착 물질이 쉐도우 마스크에 입사되는 각도를 최소화하여 쉐도우(Shadow) 현상이 발생되는 것을 감소시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원은 열 차단 부재의 열 차단 효율이 더욱 증가될 수 있다. 따라서, 케이스 내부에서 발생되는 열에 의한 기판의 변형 또는 기판상의 유기막 결함발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원에 포함된 열 차단 부재의 단면도이다.
도 3은 알루미늄, 금 및 은의 파장에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 4는, 도 2의 증발원에서의 기판의 위치와 종래의 증발원을 사용하는 경우의 기판의 가상의 위치를 함께 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증발원을 설명하기에 앞서, 증발원이 설치될 수 있는 일반적인 박막 증착 장치를 설명하기로 한다. 도면에 도시하지는 않았으나, 일반적인 박막 증착 장치는 챔버, 기판 파지 유닛 및 증발원을 포함할 수 있다.
챔버는 처리 공간을 포함한다. 기판 파지 유닛은 챔버의 처리 공간의 상부에 위치되어 기판을 파지한다. 증발원은 챔버의 처리 공간의 바닥면에 설치된다. 기판이 외부로부터 챔버로 공급되면, 기판 파지 유닛은 기판을 파지하고, 증발원은 기판으로 증착 물질을 기화시킨다. 증착 물질은 마스크를 통과하여 기판에 특정 두께로 증착되면서 박막이 생성될 수 있다.
한편, 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원이 이와 같은 박막 증착 장치에만 적용되는 것으로 한정하지는 않으며, 다양한 박막 증착 장치에 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(100)은 케이스(110), 도가니(120), 가열 부재(150), 노즐 부재(130) 및 열 차단 부재(140)를 포함한다.
케이스(110)는 내부 공간을 포함한다. 케이스(110)는 도가니(120)를 수용한다. 케이스(110)는 상부가 개구된 형상일 수 있다. 케이스(110)는 일반적인 증발원에 포함된 것일 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도가니(120)는 상기 케이스(110)의 내부 공간에 설치되고, 증착 물질을 가열하여 기화시키며, 상측이 개구된다. 즉, 도가니(120)는 증착 물질을 기화시켜서 증발 입자를 생성한다. 기화된 증발 입자는 기판(S1)을 향하여 이동할 수 있다. 이러한 도가니(120)는 상측이 개구될 수 있다.
가열 부재(150)는 상기 도가니(120)에 설치되고, 상기 도가니(120)를 가열한다. 가열 부재(150)는 도가니(120)에 인접하게 설치되고, 상기 도가니(120)를 가열하여 증착 물질이 가열되도록 한다.
가열 부재(150)는 일례로 발열 코일로 구성될 수 있다. 가열 부재(150)는 도가니(120)에 밀착될 수도 있고, 도가니(120)로부터 이격되게 위치될 수도 있다. 가열 부재(150)는 열을 발생시켜서 도가니(120)를 가열하고, 이에 따라 증착 물질도 가열될 수 있다.
한편, 온도 센서(미도시)와 전원 공급 케이블(미도시)이 전술한 케이스(110)에 설치될 수 있다. 온도 센서는 도가니(120)의 온도를 측정하고, 도가니(120)의 과열을 감지하는데 사용될 수 있다. 전원 공급 케이블은 가열 부재(150)에 연결되고, 전력이 전원 공급 케이블을 통하여 가열 부재(150)에 인가될 수 있다.
노즐 부재(130)는 상기 도가니(120)에서 기화된 증착 물질을 기판(S1)으로 배출한다. 이러한 노즐 부재(130)는 커버부(131)와 분사부(132)를 포함할 수 있다.
커버부(131)는 상기 도가니(120)의 개구된 상측을 커버할 수 있다. 도가니(120)가 상측이 개구된 육면체인 경우, 커버부(131)는 도가니(120)의 개구된 상측을 커버하면서 도가니(120)의 측면의 상부를 감싸도록 이루어질 수 있다.
분사부(132)는 상기 커버부(131)에 결합되고 상기 도가니(120)에서 기화된 증착 물질을 분사한다. 분사부(132)는 복수개일 수 있고, 일정한 간격을 이루어 위치되거나, 상이한 간격으로 커버부(131)에 설치될 수 있다. 또한, 분사부(132) 각각은 커버부(131)에 상이한 각도로 설치될 수 있다.
열 차단 부재(140)는 상기 케이스(110)에 결합되고, 상기 분사부(132)를 관통하면서 상기 커버부(131)에 대응되도록 설치될 수 있다. 열 차단 부재(140)는 상기 케이스(110) 내부의 열이 기판(S1)으로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 뿐만 아니라, 열 차단 부재(140)는 상기 가열 부재(150)에서 생성되는 특정 파장의 열을 반사한다.
이를 위한 열 차단 부재(140)는 일례로, 베이스층(141) 및 반사층(142)을 포함할 수 있다.
베이스층(141)은 열 차단 부재(140)의 뼈대가 될 수 있다. 베이스층(141)은 내열성이 우수한 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 베이스층(141)은 열을 차단한다. 가열 부재(150)가 도가니(120)를 가열하면, 가열 부재(150)와 도가니(120)에서 열이 발생될 수 있다. 베이스층(141)은 도가니(120)와 가열 부재(150)에서 발생되는 열이 기판(S1)으로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
반사층(142)은 상기 베이스층(141)에서 상기 도가니(120)를 향하는 면에 위치되어 특정 파장의 열을 반사할 수 있다. 도면에 도시된 방향을 기준으로, 도가니(120)는 열 차단 부재(140)의 아래에 위치되어 있으므로, 반사층(142)은 베이스층(141)의 하면에 위치될 수 있다.
전원이 가열 부재(150)에 인가되면, 가열 부재(150)가 가열되면서 특정 파장의 빛과 함께 열을 발생시킬 수 있다. 반사층(142)은 이러한 특정 파장의 빛과 열을 반사시킬 수 있다.
이를 위한 상기 반사층(142)은 일례로 금속층(143) 및 보호층(144)을 포함할 수 있다.
금속층(143)은 금속으로 이루어진다. 금속층(143)은 일례로 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 그리고, 알루미늄은 열을 흡수하지 않는 높은 반사율과 열을 방출하지 않는 낮은 방사율을 가진 반사형 단열재이다.
베이스층(141)에 금속층(143)을 생성시키는 방법은 일례로 특정 대상물에 알루미늄 박막을 생성하는 방법이 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄(Al)은 반사율이 높은 물질로 대부분의 파장의 빛을 반사시킨다. 금(Ag)이나 은(Au)은 특정 범위의 파장에서만 반사율이 우수하지만, 알루미늄(Al)은 넓은 파장 범위에 걸쳐서 반사율이 우수할 수 있다. 알루미늄으로 이루어진 금속층(143)은 가열 부재(150)에서 발생되는 특정 파장의 열을 대부분 반사할 수 있다.
보호층(144)은 상기 금속층(143)에 위치되고, 상기 금속층(143)의 박리를 방지할 수 있다. 보호층(144)은 하나 이상일 수 있다.
보호층(144)은 일례로 제1 보호층(144a) 및 제2 보호층(144b)을 포함할 수 있다.
제1 보호층(144a)은 상기 금속층(143) 상에 위치될 수 있다. 제1 보호층(144a)은 일례로 이산화 규소(SiO2)로 이루어진다. 이산화 규소는 반사율이 우수하고 넓은 파장 영역대의 빛을 반사하는 특성이 있다. 일반적으로 이산화 규소로 이루어진 석영유리는 광학 특성이 매우 우수하다.
제2 보호층(144b)은 상기 제1 보호층(144a) 상에 위치되고, 이산화 티타늄(TiO2)으로 이루어진다. 이산화 티타늄은 이산화 규소보다 내 마모성 내 부식성이 우수하다. 따라서, 제2 보호층(144b)이 이산화 규소이고, 제1 보호층(144a)이 이산화 티타늄인 경우보다, 반대의 경우가 보호층(144) 자체의 내구성을 향상시키는데 있어서 유리할 수 있다.
이와 같은 반사층(142)이 알루미늄 박막인 금속층(143)만으로 이루어지는 경우, 알루미늄 박막이 고온에서 쉽게 산화 되어 변색되거나, 박리될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(100)은 금속층(143) 상에 보호층(144)을 생성함으로써, 보호층(144)이 금속층(143)을 고온으로부터 보호할 수 있다. 뿐만 아니라, 보호층(144)은 광학 박막으로의 기능을 하여 금속층(143)과 함께 대부분의 파장의 열을 반사함으로써, 반사율을 극대화 할 수 있다.
상기 반사층(142)은 상기 금속층(143)을 폴리싱한 다음 보호층(144)을 생성하여 제조할 수 있으나, 이에 반드시 한정하지는 않는다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(100)은 열 차단 부재(140)를 포함하고, 열 차단 부재(140)는 베이스층(141)과 반사층(142)을 포함한다. 열 차단 부재(140)가 베이스층(141)으로만 이루어진 경우, 가열 부재(150)에서 발생되는 열이 전부 차단되지는 않고 일부의 열은 열 차단 부재(140)를 가열시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(100)에 포함된 열 차단 부재(140)는 반사층(142)을 포함하고 있으므로, 가열 부재(150)에서 발생된 대부분의 열이 케이스(110) 내에 잔류할 수 있다.
따라서, 열이 케이스(110)의 외부로 나가지 못하게 되고 내부에서 유지되면서, 케이스(110) 외면의 온도가 종래의 증발원보다 낮아질 수 있다. 그러므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(S1)과 노즐 부재(130)와의 거리(D1)가 종래의 증발원에서의 기판(S2, 도면에 가상으로 도시함)과 노즐 부재(130)와의 거리(D2)보다 현저하게 감소되어 증착 물질의 원재료 손실을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(100)은 종래의 증발원과 비교하여 기판(S1)이 노즐 부재(130)에 더욱 가깝게 위치되면서, 증착 물질이 쉐도우 마스크에 입사되는 각도를 최소화하여 쉐도우(Shadow) 현상이 발생되는 것을 감소시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(100)은 열 차단 부재(140)의 열 차단 효율이 더욱 증가될 수 있다. 따라서, 케이스(110) 내부에서 발생되는 열에 의한 기판(S1)의 변형 또는 기판(S1)상의 유기막 결함발생을 억제할 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 증발원 110: 케이스
120: 도가니 130: 노즐 부재
131: 커버부 132: 분사부
140: 열 차단 부재 141: 베이스층
142: 반사층 143: 금속층
144: 보호층 144a: 제1 보호층
144b: 제2 보호층 150: 가열 부재

Claims (7)

  1. 내부 공간을 포함하는 케이스;
    상기 케이스의 내부 공간에 설치되고, 증착 물질을 가열하여 기화시키며, 상측이 개구된 도가니;
    상기 도가니에 설치되고, 상기 도가니를 가열하는 가열 부재;
    상기 도가니의 개구된 상측을 커버하는 커버부와, 상기 커버부에 결합되고 상기 도가니에서 기화된 증착 물질을 배출하는 분사부를 포함하고, 상기 도가니에서 기화된 증착 물질을 기판으로 배출하는 노즐 부재; 및
    상기 케이스에 결합되고, 상기 분사부를 관통하면서 상기 커버부에 대응되도록 설치되며, 상기 케이스 내부의 열이 기판으로 전달되는 것을 차단하면서 상기 가열 부재에서 생성되는 특정 파장의 열을 반사하는 열 차단 부재;를 포함하는 증발원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 차단 부재는,
    베이스층; 및
    상기 베이스층에서 상기 도가니를 향하는 면에 위치되어 특정 파장의 열을 반사하는 반사층;을 포함하는 증발원.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사층은,
    금속으로 이루어진 금속층; 및
    상기 금속층에 위치되고 상기 금속층의 박리를 방지하는 하나 이상의 보호층;을 포함하는 증발원.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보호층은,
    상기 금속층 상에 위치되고, 이산화 규소(SiO2)로 이루어진 제1 보호층; 및
    상기 제1 보호층 상에 위치되고, 이산화 티타늄(TiO2)으로 이루어진 제2 보호층;을 포함하는 증발원.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 금속층을 폴리싱한 다음 보호층을 생성하여 제조하는 포함하는 증발원.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 금속층은 알루미늄으로 이루어진 증발원.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 증발원을 포함하는 박막 증착 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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