KR20220093673A - 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발원에 관한 것이다. 본 발명은 내부에 증발물질이 수용되며, 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되도록 상단이 개방된 용기 형상의 도가니; 상기 도가니의 상단에 결합되고, 상단에서 하단을 향하여 단면이 축소되도록 뿔대 형상으로 함입홈이 형성되며, 상기 함입홈의 바닥에는 증발물질이 분사되는 분사홀이 원주 방향을 따라 소정의 중심각만큼 형성되는 디퓨저; 및 외주면이 상기 함입홈의 측벽과 이격되도록 상기 함입홈의 바닥에서 상단을 향하여 단면이 확대되는 뿔대 형상의 확산부를 포함하며, 상기 분사홀의 중앙의 상기 함입홈의 바닥에 결합되는 디퓨저 헤드를 포함할 수 있다.

Description

증발원{EVAPORATION SOURCE}

본 발명은 증발원에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 도가니에서 증발된 증발입자를 고르게 분산시켜 분사함으로써 기판에 증착되는 증착막의 증착 균일도를 향상시키는 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 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.

상기 증발원은 그 내부에 박막재료인 증발물질이 수용되는 도가니(crucible)와, 상기 도가니의 외주면에 감겨져 전기적으로 가열하는 가열장치로 구성된다. 따라서, 상기 가열장치의 온도가 상승함에 따라 상기 도가니도 함께 가열되어 일정온도가 되면 증발물질이 증발되기 시작한다.

도가니의 상단에는 디퓨저가 결합되고, 디퓨저 헤드를 통해 도가니에서 분출되는 증발물질이 고르게 분산되어 기판에 증착되는 증착막의 증착 균일도를 향상시키게 된다.

하지만, 상기 도가니는 기판의 직하방에 위치하지 않고 일측 방향에 배치되어 증발물질이 상방으로 퍼져나가면서 기판에 증착되는데, 이때 기판을 향하는 방향이 아닌 반대방향에 배치된 디퓨저에서 분출되는 증발물질은 실질적으로 기판 증착에 큰 영향을 주지 않아 증착효율이 떨어지는 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0047987호(2017.05.08)

본 발명은 기판에 영향을 주지 않는 부분으로 분사되는 증발물질을 최소화하여 증발물질의 소모량을 감소시킬 수 있는 증발원을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 내부에 증발물질이 수용되며, 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되도록 상단이 개방된 용기 형상의 도가니; 상기 도가니의 상단에 결합되고, 상단에서 하단을 향하여 단면이 축소되도록 뿔대 형상으로 함입홈이 형성되며, 상기 함입홈의 바닥에는 증발물질이 분사되는 분사홀이 원주 방향을 따라 소정의 중심각만큼 형성되는 디퓨저; 및 외주면이 상기 함입홈의 측벽과 이격되도록 상기 함입홈의 바닥에서 상단을 향하여 단면이 확대되는 뿔대 형상의 확산부를 포함하며, 상기 분사홀의 중앙의 상기 함입홈의 바닥에 결합되는 디퓨저 헤드를 포함할 수 있다.

상기 분사홀은 상기 디퓨저의 중심에 대하여 180°이하의 중심각을 가지도록 원주 방향을 따라 형성될 수 있다.

상기 분사홀은 상기 증발물질이 증착되는 기판을 향하는 방향을 향하여 개구되게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판에 영향을 주지 않는 부분으로 분사되는 증발물질을 최소화하여 증발물질의 소모량을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원을 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 디퓨저 헤드를 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발원의 디퓨저 헤드를 보인 사시도.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원에서 증발물질이 증착되는 것을 보인 도면.

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 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 증발원을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 디퓨저 헤드를 보인 사시도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발원의 디퓨저 헤드를 보인 사시도이고, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원에서 증발물질이 증착되는 것을 보인 도면이다.

이에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원은 내부에 증발물질이 수용되며, 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되도록 상단이 개방된 용기 형상의 도가니(10); 상기 도가니(10)의 상단에 결합되고, 상단에서 하단을 향하여 단면이 축소되도록 뿔대 형상으로 함입홈이 형성되며, 상기 함입홈의 바닥에는 증발물질이 분사되는 분사홀이 원주 방향을 따라 소정의 중심각만큼 형성되는 디퓨저; 및 외주면이 상기 함입홈의 측벽과 이격되도록 상기 함입홈의 바닥에서 상단을 향하여 단면이 확대되는 뿔대 형상의 확산부를 포함하며, 상기 분사홀의 중앙의 상기 함입홈의 바닥에 결합되는 디퓨저 헤드를 포함할 수 있다.

먼저, 본 실시예에 따른 증발원을 포함하는 증착장치에 대해 설명한다. 진공챔버의 내부는 진공 펌프(미도시) 등에 의해 진공의 분위기가 유지되며, 진공 분위기 하에서 증발원으로부터 분출되는 증발입자가 상부에 위치한 기판(40)에 증착된다. 기판(40)은 진공챔버 내부에 구비되는 기판 안착부(미도시)에 의해 안착되어 지지되고, 기판의 하면과 대향하는 위치에 본 실시예에 따른 증발원이 배치된다.

도가니(10)는 가열히터(미도시)에 의해 가열되어 내부에 수용되는 증발물질이 기화되고, 기화된 증발입자가 증발원을 통해 분출되어 기판(40) 상에 증착된다.

이하에서는 본 실시예에 따른 증발원의 구성에 대해서 자세히 살펴보기로 한다.

도가니(10)는, 상단이 개방된 용기 형상으로, 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 가열히터가 구비될 수 있고 가열히터의 가열에 따라 도가니(10)가 가열되면서 도가니(10) 내부의 증발물질이 승화 또는 기화되면서 증발입자가 상단을 통해 분출된다.

도가니(10)에서 분출되는 증발입자의 분포는 도가니(10)의 중심부에서 밀도가 높고 외측으로 갈수록 밀도가 낮아지는 가우스(gauss) 분포를 갖게 되는데, 도가니(10)에서 분출되는 가우스 분포의 증발입자가 바로 기판(40)에 증착되는 경우 기판(40)에 대한 증착정밀도가 낮아진다.

따라서, 후술할 디퓨저(20)와 디퓨저 헤드(30)를 통해 도가니(10)에서 분출되는 증발입자를 고르게 분산시켜 기판(40)에 증착되는 증착막의 증착 균일도를 향상시키게 된다.

디퓨저(20)의 상단에는, 상단에서 하단을 향하여 단면이 축소되도록 뿔대 형상으로 함입되어 형성되는 함입홈(22)이 형성되고, 함입홈(22)의 바닥에는 함입홈(22)의 바닥을 관통하는 분사홀(24)이 형성된다.

도 2를 참조하면, 분사홀(24)은 원주 방향을 따라 소정의 중심각만큼 형성될 수 있다. 기존의 분사홀(24)은 함입홈(22)의 바닥에 원주 방향을 따라 복수개가 일정한 간격으로 형성되어 있었다. 하지만, 이와 같이 분사홀(24)이 형성될 경우 기판(40)을 향하지 않는 방향에 배치된 분사홀(24)에서 분사되는 증발입자는 기판(40)에 직접적으로 증착되지 않기 때문에 기판(40)에 영향을 주지 않는 문제가 있었다. 또한, 기판(40)의 반대방향으로 분사되는 증발입자가 QCM 센서(50)에 과도하게 증착되면 QCM 센서(50)의 내구성이 나빠져 수명이 감소되는 문제도 있었다.

따라서, 본 실시예에서는 도 2에서와 같이 분사홀(24)이 기판(40)을 향하는 방향을 향하여 개구되게 형성하여 증발물질의 증착효율을 높이도록 한 것이다. 분사홀(24)은 함입홈(22)의 바닥에 원주 방향을 따라 장공의 형태로 길게 형성될 수 있는데 디퓨저(20)의 중심에 대하여 180°이하의 중심각을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 분사홀(24)이 180°초과의 중심각을 가지도록 형성되면 기판(40)의 반대방향으로 형성되는 부분을 통해 증발입자가 과도하게 분사되는 것을 방지하기 위함이다.

이상에서는 분사홀(24)이 디퓨저(20)의 중심에 대하여 180°이하의 중심각을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다고 설명하였으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 분사홀(24)은 도 3에 도시된 바와 같이 디퓨저(20)의 중심에 대하여 180°를 약간 초과하는 정도의 중심각을 가져도 상술한 효과를 발휘하는 데에는 큰 문제는 없게 된다. 중요한 것은 분사홀(24)의 상당 부분이 기판(40)을 향하는 방향으로 개구되게 형성되어야 한다는 것이다.

다시 도 1을 참조하면, 디퓨저(20)는 도가니(10)의 상단과 결합되며, 도가니(10)에서 분출되는 증발입자가 디퓨저(20)의 분사홀(24)을 통해 분사된다. 분사홀(24)을 통해 유출되는 증발입자는 디퓨저(20)의 함입홈(22)의 내벽과 디퓨저 헤드(30)의 확산부(32)가 형성하는 분출 경로를 통해 확산되면서 기판(40)에 증착된다.

본 실시예에서는 원뿔대(circular truncated cone) 형상의 함입홈(22)이 디퓨저(20)의 상면에 함입되어 형성되어 있고, 이에 따라 분사홀(24)도 함입홈(22)의 바닥에 환 형을 이루어 형성된다.

디퓨저(20)는 일정 두께를 가질 수 있으며 이에 따라 함입홈(22)의 바닥에 관통하여 형성되는 분사홀(24)이 일정 높이를 갖게 된다. 일정 높이를 갖는 분사홀(24)은 도가니(10)에서 분출되어 분사홀(24)로 유입되는 증발입자가 일정 높이의 분사홀(24)을 거치면서 분사홀(24)의 형성 방향으로 일정한 방향성을 갖고 분사홀(24)에서 분출된다.

디퓨저(20)의 외주에는 플랜지(26)가 돌출되어 형성될 수 있으며, 본 실시예에 따른 증발원을 원통 형태의 가열히터에 삽입하여 설치하는 경우 디퓨저(20)의 플랜지(26)가 가열히터의 상단에 지지되면서 가열히터에 설치될 수 있다.

디퓨저 헤드(30)는, 외주면이 함입홈(22)의 측벽과 이격되도록 함입홈(22)의 바닥에서 상단을 향하여 단면이 확대되는 뿔대 형상의 확산부(32)를 구비하며, 복수의 분사홀(24)의 중앙의 함입홈(22)의 바닥에 결합된다.

확산부(32)는, 디퓨저(20)에 형성되는 함입홈(22)의 형상과 상응하여 함입홈(22)의 바닥에서 상단을 향하여 단면이 확대되는 뿔대 형상으로 형성된다.

함입홈(22)의 측벽과 확산부(32)의 외주면은 서로 대향하여 이격되어 있고 그 사이의 함입홈(22)의 바닥에는 분사홀(24)이 형성되어 있다. 따라서, 함입홈(22)의 측벽과 확산부(32)의 외주면이 형성하는 공간은 함입홈(22)의 분사홀(24)에서 분출되는 증발입자의 분출 경로를 형성하게 된다.

뿔대 형상의 함입홈(22)의 측벽과 뿔대 형상의 확산부(32)의 외주면이 형성하는 공간은 도가니(10)의 중심에 대해 경사를 이루게 되고 이러한 경사에 의해 증발입자가 확산된다.

본 실시예에 따른 확산부(32)는 원뿔대(circular truncated cone) 형상의 함입홈(22)에 상응하여 원뿔대 형상을 갖는다.

디퓨저(20)와 디퓨저 헤드(30)의 결합을 위하여 함입홈(22)의 바닥에는 결합홈(28)이 형성되고 디퓨저 헤드(30)의 확산부(32)의 하단에는 결합구(34)가 형성되어 있어, 결합구(34)를 결합홈(28)에 삽입하여 결합함으로써 디퓨저(20)에 디퓨저 헤드(30)가 결합될 수 있다.

디퓨저 헤드(30)의 상면에는 판 상의 리플렉터(36)가 결합될 수 있다. 가열히터에 의해 도가니(10)가 가열되는 경우, 열 에너지가 디퓨저(20)와 디퓨저 헤드(30)를 거쳐 외부로 방출되는데 이러한 열 에너지의 방출을 방지하기 위해 디퓨저 헤드(30)의 상면에 리플렉터(36)를 결합하여 도가니(10)에서 방출되는 열 에너지를 가둬 둘 수 있다.

리플렉터(36)는 탄탈륨(Ta, tantalum), 티타늄(Ti, titanium) 등이 포함하는 재질로 이루어질 수 있다

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 증발원은 기판(40)에 대하여 직하방이 아닌 기판(40)의 일측 방향에 배치되어 증발물질을 증발시키게 된다. 이때, 기판(40)을 향하는 방향에 배치된 분사홀(24)을 원주 방향을 따라 길게 형성하면 기판(40)으로 증발되는 증발입자의 소모량을 최소화하면서 기판(40)에 효과적인 증착이 이루어질 수 있다.

반대로 기판(40)의 반대방향에 위치한 부분에는 분사홀(24)을 형성하지 않거나 분사홀(24)의 형성을 최소화함으로써 QCM 센서(50)에 증착되는 증발물질의 양을 최소화할 수 있다. 즉, 기판(40)의 증착에 영향을 주지 않는 분사홀(24)을 형성하지 않도록 하는 것이다.

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 20: 디퓨저
22: 함입홈 24: 분사홀
26: 플랜지 28: 결합홈
30: 디퓨저 헤드 32: 확산부
34: 결합구 36: 리플렉터
40: 기판 50: QCM 센서

Claims (3)

1. 내부에 증발물질이 수용되며, 가열에 따라 상기 증발물질이 증발되어 증발입자가 분출되도록 상단이 개방된 용기 형상의 도가니;
   상기 도가니의 상단에 결합되고, 상단에서 하단을 향하여 단면이 축소되도록 뿔대 형상으로 함입홈이 형성되며, 상기 함입홈의 바닥에는 증발물질이 분사되는 분사홀이 원주 방향을 따라 소정의 중심각만큼 형성되는 디퓨저; 및
   외주면이 상기 함입홈의 측벽과 이격되도록 상기 함입홈의 바닥에서 상단을 향하여 단면이 확대되는 뿔대 형상의 확산부를 포함하며, 상기 분사홀의 중앙의 상기 함입홈의 바닥에 결합되는 디퓨저 헤드를 포함하는 증발원.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분사홀은 상기 디퓨저의 중심에 대하여 180°이하의 중심각을 가지도록 원주 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 분사홀은 상기 증발물질이 증착되는 기판을 향하는 방향을 향하여 개구되게 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원.
   

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