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KR101320434B1 - 원료물질 공급 제어장치 - Google Patents

원료물질 공급 제어장치 Download PDF

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KR101320434B1
KR101320434B1 KR1020110044331A KR20110044331A KR101320434B1 KR 101320434 B1 KR101320434 B1 KR 101320434B1 KR 1020110044331 A KR1020110044331 A KR 1020110044331A KR 20110044331 A KR20110044331 A KR 20110044331A KR 101320434 B1 KR101320434 B1 KR 101320434B1
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최호중
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에스엔유 프리시젼 주식회사
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Abstract

본 발명은 원료물질 공급 제어장치에 관한 것으로서, 기판상에 증착되는 원료물질이 고체 또는 액체 상태로 수용되는 원료 용기; 상기 원료 용기에 수용된 원료물질을 기화시키기 위하여 상기 원료 용기에 열을 공급하는 히터; 상기 원료 용기로부터 이격되게 설치되며, 상기 원료 용기로부터 기화되는 원료물질의 기화량을 감지하는 센서부; 상기 원료 용기를 상하 방향으로 왕복이송시키는 이송유닛; 및 상기 센서부에 의해 감지된 원료물질의 기화량에 따라 상기 원료 용기가 상이한 속도로 이송되도록, 상기 이송유닛을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

원료물질 공급 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING SUPPLY OF MATERIALS}
본 발명은 원료물질 공급 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판상에 박막 형태로 증착되는 유기물질의 공급량을 제어하는 원료물질 공급 제어장치에 관한 것이다.
자체발광 특성을 갖는 유기발광 표시장치는, 주사 라인(scan line)과 데이터 라인(data line) 사이에 매트릭스 방식으로 연결되어 화소를 구성하는 유기발광 소자를 포함한다. 유기발광 소자는 애노드(anode) 전극 및 캐소드(cathode) 전극과, 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 형성되고 정공 수송층, 유기발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기 박막층으로 구성되며, 애노드 전극과 캐소드 전극에 소정의 전압이 인가되면 애노드 전극을 통해 주입되는 정공과 캐소드 전극을 통해 주입되는 전자가 유기발광층에서 재결합하게 되고, 이 과정에서 발생하는 에너지 차이에 의해 빛을 방출한다.
유기 박막층을 증착하는 공정에서 사용되는 유기물질은 무기물질과 달리 높은 증기압이 필요치 않으나, 고온에서 분해 및 변성이 용이하다. 이러한 소재의 특성으로 인해 유기 박막은 텅스텐 재질의 원료 용기에 유기물질을 충진하고, 원료 용기를 가열하여 유기물질을 기화시켜서 기판상에 증착시켰다.
도 1은 종래의 원료물질 공급장치의 일례를 도시한 도면이다.
종래의 원료물질 공급장치는, 원료물질(1)이 수용되는 원료 용기(10)와, 원료물질(1)을 기화시키는 히터(20)와, 원료물질(1)의 변성을 방지하기 위해 원료물질(1)을 냉각시키는 냉각부(30)와, 기화된 원료물질(1)의 상변화를 방지하기 위해 원료 용기(10) 내벽에 설치되는 서브히터(40)로 구성된다. 기화된 원료물질(1)은 연결관(2)을 경유하여 인젝터(3)로 공급되고, 분사구(4)를 통해 기판 측으로 분사된다.
원료 용기(10) 내의 원료물질(1)이 소모되면서 원료물질(1)의 수위가 떨어지면 원료 용기(10) 내의 원료물질(1)이 히터(20)로부터 멀어지게 된다. 종래의 원료물질 공급장치에서는 이송유닛(50)을 이용하여 피스톤(5)을 일정한 속도로 상승시키면서 원료물질(1)을 히터(20)에 인접하게 위치시키고, 원료물질의 기화량을 조절하기 위하여 히터(20)에 의해 공급되는 열에너지를 조절하였다.
그러나, 종래의 장치에서는, 원료물질이 소모되는 속도를 전혀 고려하지 않고 항상 일정한 속도로만 원료물질을 상승시키므로, 증발이 최적화될 수 있는 히터와 원료물질의 표면 사이의 상대적인 위치 관계를 조절할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 히터에 의해 공급되는 열에너지를 원료물질의 기화에 이용하는 열효율을 일정하게 유지할 수 없어서, 기화되는 원료물질의 양이 변화되어 기판에 증착되는 막의 두께 변화로 신뢰성 있는 소자 제작이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
또한, 히터의 온도를 통해서만 원료물질의 기화량을 조절하다 보니 히터에 의해 과도한 열에너지가 원료물질에 공급되는 경우 원료물질이 변성되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원료물질이 기화되어 소모되는 양에 따라 원료 용기 내의 원료물질을 히터에 근접시키는 속도를 제어함으로써, 기판에 증착되는 유기발광 소자의 두께 및 품질을 일정하게 유지하여 신뢰성 높은 유기발광 소자를 제작할 수 있는 원료물질 공급 제어장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 원료물질 공급 제어장치는, 기판상에 증착되는 원료물질이 고체 또는 액체 상태로 수용되는 원료 용기와, 상기 원료 용기에 수용된 원료물질을 기화시키기 위하여 상기 원료 용기에 열을 공급하는 히터와, 기화된 원료물질이 분사되는 인젝터와 상기 원료 용기를 연결하는 연결관에 설치되며 기화되는 원료물질의 일부를 외부로 분사하는 노즐과, 상기 노즐과 마주보게 설치되고 상기 원료 용기로부터 이격되게 설치되며 상기 원료 용기로부터 기화되는 원료물질의 기화량을 감지하는 센서부와, 상기 원료 용기를 상하 방향으로 왕복이송시키는 이송유닛과, 상기 센서부에 의해 감지된 원료물질의 기화량에 따라 상기 원료 용기가 상이한 속도로 이송되도록 상기 이송유닛을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 센서부에 의해 감지된 원료물질의 기화량을 입력받고, 입력된 원료물질의 기화량을 상기 기판에 증착되는 원료물질의 증착률로 환산하며, 환산된 원료물질의 증착률이 상기 기판에 증착되어야 하는 원료물질의 목표 증착률과 실질적으로 동일한 경우, 제1이송속도로 상기 원료 용기를 이송시키고, 환산된 원료물질의 증착률이 상기 원료물질의 목표 증착률보다 높은 경우, 상기 제1이송속도보다 느린 제2이송속도로 상기 원료 용기를 이송시키고, 환산된 원료물질의 증착률이 상기 원료물질의 목표 증착률보다 낮은 경우, 상기 제1이송속도보다 빠른 제3이송속도로 상기 원료 용기를 이송시키는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 원료물질 공급 제어장치에 따르면, 원료물질의 기화량을 안정적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 원료물질 공급 제어장치에 따르면, 기판에 증착되는 유기발광 소자의 두께 및 품질을 일정하게 유지하여 신뢰성 높은 유기발광 소자를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 원료물질 공급 제어장치에 따르면, 과도한 열에너지의 공급으로 인해 원료 용기 내의 원료물질이 변성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 원료물질 공급 제어장치에 따르면, 원료 용기 외부로 원료물질이 새어나와 증착 장비를 오염시키는 것을 방지하고, 원료물질이 응고되어 피스톤의 승강이 방해받는 문제를 원천적으로 차단할 수 있다.
도 1은 종래의 원료물질 공급장치의 일례를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료물질 공급 제어장치를 도시한 도면이고,
도 3은 도 2의 원료물질 공급 제어장치에서 원료 용기 내에 수용된 원료물질의 표면 부위를 확대한 도면이고,
도 4는 도 2의 원료물질 공급 제어장치의 제어부의 기능을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 원료물질 공급 제어장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료물질 공급 제어장치를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 원료물질 공급 제어장치에서 원료 용기 내에 수용된 원료물질의 표면 부위를 확대한 도면이고, 도 4는 도 2의 원료물질 공급 제어장치의 제어부의 기능을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 원료물질 공급 제어장치(100)는, 기판상에 박막 형태로 증착되는 유기물질의 공급량을 제어하는 것으로서, 원료 용기(110)와, 히터(120)와, 냉각부(130)와, 서브히터(140)와, 이송유닛(150)과, 센서부(160)과, 제어부(170)를 포함한다.
본 발명은 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Device: OLED)를 제조하는 장치를 제시한 것으로서, 본 발명에 제시되는 원료물질은 예를 들어 유기물질이 사용되는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 인젝터(3)는, 내부에 연결관(2)과 연통되는 유로가 형성되고, 그 단부에는 기화된 원료물질(1)이 분사되는 분사구(4)가 형성된다. 이때 인젝터(3)는 선형으로 이루어져서 분사구(4)가 일직선으로 배열되어 기판과 대향되도록 배치된다. 그리고, 분사구(4)는 노즐 형태의 별도의 부품으로 제작되어 인젝터(3)의 단부에 결합될 수도 있고, 인젝터(3)의 단부에 관통홀의 형태로 일체로 성형될 수도 있다.
연결관(2)은, 후술할 히터(120)에 의해 기화된 원료물질(1)이 인젝터(3)로 유동되도록 원료 용기(110)와 인젝터(3)를 연결한다. 연결관(2)은 인젝터(3) 및 챔버(111)에 착탈 가능하게 결합된다.
상기 원료 용기(110)는, 기판상에 증착되는 원료물질(1)이 고체 또는 액체 상태로 수용되는 것으로서, 일측이 개구되는 원통 형상으로 형성된다. 원료 용기(110)는 예를 들어 텅스텐 재질로 제작되며, 원료 용기(110)의 내부에는 기판에 증착되는 원료물질(1)인 유기물질이 충진되어 있다.
히터(120)에 의해 원료 용기(110)에 수용되어 있던 고체 상태 또는 액체 상태의 원료물질(1)이 가열되고, 가열된 원료물질(1)은 기화되어 상부로 증발된다. 증발되는 원료물질(1)은 연결관(2)을 통과하여 분사구(4)를 통해 기판으로 분사된다.
원료 용기(110)는 중공의 챔버(111) 내부에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치된다. 원료 용기(110)의 내부에 기판에 증착시킬 원료물질(1), 즉 유기물질을 충진하고자 하는 경우, 증착 공정을 중단하고 원료 용기(110)를 챔버(111)로부터 분리시킨다. 이후, 원료 용기(110) 내에 원료물질(1)의 충진이 완료되면 다시 원료 용기(110)를 챔버(111) 내부에 배치하고, 증착 공정을 수행한다.
상기 히터(120)는, 원료 용기(110)에 수용된 원료물질(1)을 기화시키기 위하여 원료 용기(110)에 열을 공급하는 것으로서, 챔버(111)의 외벽을 감싸도록 설치된다.
히터(120)는 원료물질(1)을 기화시킬 수 있는 열에너지를 공급할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 예를 들어 코어히터 또는 램프히터 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 코어히터가 사용되는데, 이때 사용되는 저항열선은 Ta, W, Mo 금속 또는 이것들의 합금선으로 이루어진다.
상기 냉각부(130)는, 원료 용기(110)의 내부에 수용된 원료물질(1)이 히터(120)의 열에 의해 변성되는 것을 방지하기 위하여, 원료 용기(110)에 수용된 원료물질(1)을 냉각시킨다. 냉각부(130)는 히터(120)의 하측에 설치되며, 챔버(111)의 외벽을 감싸도록 설치된다.
냉각부(130)는 원료물질(1)이 수용된 원료 용기(110)의 내부를 냉각시킬 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 본 실시예에서는 예컨대, 냉각 재킷이 사용된다. 냉각부(130)는 챔버(111)의 외벽에 냉각수가 흐르는 냉각유로가 둘러싸여서 이루어진다.
상기 서브히터(140)는, 원료 용기(110) 내에서 기화되어 원료 용기(110)의 상부를 통과하는 원료물질(1)이 액체 또는 고체 상태로 상변화되는 것을 방지하기 위하여 기화된 원료물질(1)에 열을 공급한다. 서브히터(140)는 히터(120)의 상측에 설치되며, 챔버(111)의 외벽 내부에 또는 외벽을 감싸도록 설치된다.
서브히터(140)는 예를 들어 코어히터 등이 사용될 수 있으며, 챔버(111)의 상부 외벽을 저항열선이 감싸는 형태로 형성된다. 이때 사용되는 저항열선은 Ta, W, Mo 금속 또는 이것들의 합금선으로 이루어진다.
상기 이송유닛(150)은, 원료 용기(110)를 상하 방향으로 왕복이송시킨다. 본 실시예의 이송유닛(150)은 직선왕복운동을 수행할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 공압 실린더, 리니어 모터, 회전모터와 볼 스크류를 조합한 구성 등 통상의 기술자에게 잘 알려진 구성을 채용할 수 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기 센서부(160)는, 원료 용기(110)로부터 기화되는 원료물질(1)의 기화량을 감지한다. 기화되는 원료물질(1)의 일부를 외부로 분사하는 노즐(161)이 연결관(2)의 일측에 설치되고, 센서부(160)는 원료 용기(110)로부터 이격된 위치에서 노즐(161)과 마주보게 설치된다.
상기 제어부(170)는, 센서부(160)에 의해 감지된 원료물질(1)의 기화량에 따라 원료 용기(110)가 상이한 속도로 이송되도록 이송유닛(150)을 제어한다.
우선, 제어부(170)는 센서부(160)에 의해 감지된 원료물질(1)의 기화량을 입력받는다. 이후, 시간의 변화에 따른 원료물질의 기화량의 변화를 근거로 하여 기판에 증착되는 원료물질의 증착률로 환산한다. 그리고 나서, 환산된 원료물질의 증착률에 따라 상이하게 설정된 이송속도 명령을 이송유닛(150)으로 출력하여 원료 용기(110)가 상이한 속도로 이송되도록 한다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 증착 공정이 시작되기 전, 원료 용기(110)에 수용된 원료물질의 표면(1a)이 히터(120)의 중앙부에 위치한 기화 최적지점(EP)과 일치되도록 원료 용기(110)가 배치된다. 여기서 기화 최적지점(EP)은, 원료 용기(110)에 수용된 원료물질의 표면(1a)과 히터(120)의 중앙부 근처가 만나는 일 지점으로서, 히터(120)에 의해 공급되는 열에너지를 원료물질(1)의 기화에 이용하는 열효율을 가장 높일 수 있는 지점으로 정의한다. 이러한 기화 최적지점(EP)은 히터(120)를 통해 동일한 열에너지를 공급하면서 원료물질의 표면(1a)을 미세하게 이동시키는 반복되는 테스트 과정을 거쳐 산출되는 데이터를 통해 찾을 수 있다.
이후, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 증착 공정이 시작되면, 원료 용기(110)에 수용된 원료물질(1)이 기화되기 시작하고 원료물질의 표면(1a)은 기화 최적지점(EP)의 하측으로 이동하게 된다. 이때, 제어부(170)는 소모되는 원료물질(1)의 양에 따라 원료물질의 표면(1a)이 기화 최적지점(EP)에 근접하는 속도를 다르게 제어한다.
여기서, 원료 용기(110) 내에서 소모되는 원료물질(1)의 양은 환산된 원료물질의 증착률과 비례하는 관계이다. 원료물질의 증착률이 높다는 것은 원료물질의 기화량이 많아 원료 용기(110) 내에서 소모되는 원료물질(1)의 양이 많다는 것을 의미하고, 원료물질의 증착률이 낮다는 것은 원료물질의 기화량이 적어서 원료 용기(110) 내에서 소모되는 원료물질(1)의 양이 적다는 것을 의미한다.
따라서, 제어부(170)는 환산된 원료물질의 증착률에 따라 원료물질의 표면(1a)이 기화 최적지점(EP)에 근접하는 속도를 다르게 제어한다. 즉, 환산된 원료물질의 증착률이 기판에 증착되어야 하는 원료물질의 목표 증착률(증착 공정에서 구현하고자 하는 최적의 증착률)과 실질적으로 동일한 경우, 미리 설정된 제1이송속도로 원료 용기(110)를 이송시키면서 원료물질의 표면(1a)이 기화 최적지점(EP)에 근접하도록 한다.
만약, 환산된 원료물질의 증착률이 원료물질의 목표 증착률보다 높은 경우, 제1이송속도보다 느린 제2이송속도로 원료 용기(110)를 이송시키면서 원료물질의 표면(1a)이 상대적으로 천천히 기화 최적지점(EP)에 근접하도록 한다. 이렇게 하여 원료물질(1)의 기화량을 줄임으로써 환산된 원료물질의 증착률이 원료물질의 목표 증착률과 동일해지도록 제어한다.
반면에, 환산된 원료물질의 증착률이 원료물질의 목표 증착률보다 낮은 경우, 제1이송속도보다 빠른 제3이송속도로 원료 용기(110)를 이송시키면서 원료물질의 표면(1a)이 상대적으로 빠르게 기화 최적지점(EP)에 근접하도록 한다. 이렇게 하여 원료물질(1)의 기화량을 늘림으로써 환산된 원료물질의 증착률이 원료물질의 목표 증착률과 동일해지도록 제어한다.
이와 같이, 이송유닛(150)을 이용하여 원료물질의 증착률(소모되는 원료물질(1)의 양)에 따라 원료 용기(110)의 이송속도를 제어함으로써, 원료 용기(110)에서 기화되는 원료물질(1)의 양 및 품질을 일정하게 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 원료물질 공급 제어장치는, 원료물질의 증착률 또는 소모되는 원료물질의 양에 따라 원료 용기 내의 원료물질을 히터에 근접시키는 속도를 제어함으로써, 원료물질의 기화량을 안정적으로 제어할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 원료물질 공급 제어장치는, 기판에 증착되는 유기발광 소자의 두께 및 품질을 일정하게 유지하여 신뢰성 높은 유기발광 소자를 제작할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 원료물질 공급 제어장치는, 히터의 온도 제어 대신 원료 용기의 이송속도 제어를 통해 원료물질의 기화량을 제어함으로써, 과도한 열에너지의 공급으로 인해 원료 용기 내의 원료물질이 변성되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 원료물질 공급 제어장치는, 피스톤을 이용하여 원료물질을 승강시키는 대신, 원료 용기 자체를 왕복이송시킴으로써, 원료 용기 외부로 원료물질이 새어나와 증착 장비를 오염시키는 것을 방지하고, 원료물질이 응고되어 피스톤의 승강이 방해받는 문제를 원천적으로 차단할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 원료물질 공급 제어장치
110 : 원료 용기
120 : 히터
130 : 냉각부
140 : 서브히터
150 : 이송유닛
160 : 센서부
170 : 제어부

Claims (4)

  1. 기판상에 증착되는 원료물질이 고체 또는 액체 상태로 수용되는 원료 용기와, 상기 원료 용기에 수용된 원료물질을 기화시키기 위하여 상기 원료 용기에 열을 공급하는 히터와, 기화된 원료물질이 분사되는 인젝터와 상기 원료 용기를 연결하는 연결관에 설치되며 기화되는 원료물질의 일부를 외부로 분사하는 노즐과, 상기 노즐과 마주보게 설치되고 상기 원료 용기로부터 이격되게 설치되며 상기 원료 용기로부터 기화되는 원료물질의 기화량을 감지하는 센서부와, 상기 원료 용기를 상하 방향으로 왕복이송시키는 이송유닛과, 상기 센서부에 의해 감지된 원료물질의 기화량에 따라 상기 원료 용기가 상이한 속도로 이송되도록 상기 이송유닛을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 센서부에 의해 감지된 원료물질의 기화량을 입력받고, 입력된 원료물질의 기화량을 상기 기판에 증착되는 원료물질의 증착률로 환산하며,
    환산된 원료물질의 증착률이 상기 기판에 증착되어야 하는 원료물질의 목표 증착률과 실질적으로 동일한 경우, 제1이송속도로 상기 원료 용기를 이송시키고,
    환산된 원료물질의 증착률이 상기 원료물질의 목표 증착률보다 높은 경우, 상기 제1이송속도보다 느린 제2이송속도로 상기 원료 용기를 이송시키고,
    환산된 원료물질의 증착률이 상기 원료물질의 목표 증착률보다 낮은 경우, 상기 제1이송속도보다 빠른 제3이송속도로 상기 원료 용기를 이송시키는 것을 특징으로 하는 원료물질 공급 제어장치.
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