JP5798171B2

JP5798171B2 - 量産用蒸発装置および方法

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Publication number: JP5798171B2
Application number: JP2013245596A
Authority: JP
Inventors: 文 ▲ヨン▼ 李; 淑漢金; 應基李
Original assignee: ジージェイエムカンパニーリミテッド
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2033-11-28
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Description

本発明は、有機発光デバイス（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅ、ＯＬＥＤ）の発光材料である有機化合物、有機金属化合物、高分子などの有機物質を蒸発源から昇華させて基板に真空蒸着させる際に、蒸発源と基板との距離を減らして蒸発装置の構造を簡単化し、基板の両端における薄膜厚さの均一度を向上させて有機材料の浪費を減らすことが可能な量産用蒸発装置および方法に関する。

フラットパネルディスプレー（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙ）としての有機発光ダイオード（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅｓ）は、速い応答速度、低い消費電力および軽量性を有するうえ、別途のバックライト（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）装置を必要としないため超薄型に実現でき、高輝度を有するという長所により、次世代ディスプレー素子として脚光を浴びている。

このような有機発光ダイオードは、基板上に陽極膜、有機薄膜、陰極膜を順次被覆し、陽極と陰極との間に電圧を印加することにより、適切なエネルギーの違いが有機薄膜に形成されて自ら発光するものである。このような有機発光ダイオードは、真空状態で有機物質の収容された蒸発源を加熱して有機物質を気化または昇華させ、蒸気（気体）状態の有機物質を坩堝の上方に位置した基板に蒸着する真空蒸着法（ＶａｃｕｕｍＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ）によって前記有機薄膜を形成している。

多数の蒸発源から有機物質を昇華させて大面積の基板に真空蒸着させる際に、基板のサイズが大きくなるにつれて、２〜６個の点蒸発源を基板から４５０〜５００ｍｍ離間させて蒸着工程を行っている。ところが、この場合、それぞれの蒸発源ヒーターを独立に制御するために、蒸発源数だけの蒸発量測定センサーとパワーサプライ（電源供給部）を装着しなければならないので、蒸発装置の構造が複雑になって大容量の基板の量産方法としては適さない。

すなわち、大容量の基板に有機物質を真空蒸着させる場合、多数の蒸発源を使用し、それぞれの蒸発源毎に測定センサーを設置する一方で、パワーサプライを介して加熱温度を制御することにより、最適の蒸発が行われるようにしているが、基板と蒸発源との距離が遠いため、高価な有機物質が蒸着過程で流失してしまう場合が多い。また、蒸発源の数に対応する蒸発量測定センサーを設置する一方で、蒸発源のヒーターを独立して調節するためのパワーサプライを設置しなければならないので、基板の量産のための方式としては構造が複雑であり、長時間使用が容易でない。

一方、蒸発装置は、一例として、図１を参照すると、真空チャンバーの内部で線形蒸発源１０の加熱によって有機物質を蒸発させた後、蒸発した有機物質を基板（substrate）２０に蒸着させるようにしている。前記線形蒸発源１０を一定の間隔に保持する場合、基板２０に蒸着される有機物質が基板２０の両端に行くほど均一に維持されなくなる。このために、図１に示すように、線形蒸発源１０の間隔を両端に行くほど稠密にすることにより、基板２０の両端における薄膜厚さの均一度を向上させて基板２０全体に対する薄膜厚さの均一度を高めるようにしている。

ところが、図１に示すように、線形蒸発源１０の間隔を調節する場合、それぞれの線形蒸発源１０における放射角度が同一に保たれるので、基板２０の両端では基板２０に蒸着されずに外される材料Ａ１、Ａ２、つまり基板２０への蒸着に利用されない材料Ａ１、Ａ２が存在する。よって、有機物質を効率よく使用することができない。すなわち、蒸着されずに外される材料により、材料使用効率が低下するという問題点がある。

具体的には、図２に示すように、蒸発源１０の上端から一定の距離ｈを隔てて基板２０が通過する状態で、蒸発源１０から所定の角度θで蒸発する有機物質が基板２０に蒸着される。この際、蒸発源１０は、図３に示すように、蒸発特性（放射特性；Ｈ１）が平面視で円形をなす。前記蒸発源１０は、外側のヒーター１２によって有機物質５の加熱がなされる。蒸発源１０の中間に有機物質５の飛散現象を防止するためのバッフル１１を設けることにより、有機物質５がバッフル１１の両側の空間を介して蒸発するようにし、前記蒸発源のノズル１４には放出口１４ａを設けることにより、有機物質が外部に放射されるようにする。

前記蒸発源１０から蒸発する有機物質５の蒸発特性（放射特性；Ｈ１）は、図３に示すように円形の形態をなす。図４および図５に示すように、基板２０の表面に有機物質５の薄膜を形成する場合、有機物質５が上部のシールド板６によって一部遮断されながらオーバーラップ区間Ｗを介して基板２０に蒸着される。よって、実質的に蒸発源１０から蒸発は行われるものの、基板２０には蒸着されず、シールド板６によって図示の区間Ｓだけ材料が遮断されて使用できないので、高価な有機物質５を効率よく使用することができないという問題があった。

かかる問題は、蒸発源１０から有機物質５が蒸発するときにノズル１４からの放射特性Ｈ１が円形をなすために発生する現象である。基板２０の移動方向Ｂ１に対して直交する幅方向Ｂ２には問題がないが、有機物質が、基板２０の移動方向Ｂ１に対して前後には基板２０に蒸着されず、図４に示された区間Ｓを介してシールド板６に付着する場合が多いため、有機物質５の浪費を回避することができない。

韓国特許登録第１０−１２００６４１号韓国特許公開第１０−２０１１−０００５６３７号韓国特許登録第１０−０４８０３６３号

本発明の目的は、多数の蒸発源から有機物質を昇華させて大面積の基板に真空蒸着させる際に、多数の蒸発源を使用するが、それぞれの蒸発源毎に、有機物質の蒸発量をチェックする蒸発量測定センサーを設置する一方で、蒸発源のヒーターを制御するためのパワーサプライを設置する問題と共に、蒸発源と基板との距離が近くないため高価な有機材料を効率よく使用することができない問題を解決するようにすることにある。

本発明の他の目的は、線形蒸発源内の有機物質の放射角度が一定に維持されるから、基板の両端で基板に到達せずに捨てられる材料が増加する問題を解決することにより、基板の両端における薄膜均一度を高める一方で、薄膜に蒸着されずに捨てられる有機材料の量を大幅減らすことができるようにすることにある。

本発明の別の目的は、蒸発源の蒸発特性が、基板の移動方向に対して幅方向に長く前後方向には短い楕円形をなすようにすることにより、蒸発源から蒸発した有機材料が浪費されることなく効率よく基板に蒸着されるようにすることにある。

本発明は、多数の蒸発源から有機物質を昇華させて大面積の基板に真空蒸着させる装置であって、それぞれの蒸発源に設置されるヒーターを直列に連結して一つのパワーサプライと連結し、一つの蒸発量測定センサーを設置し、基板と蒸発源との距離を２５０ｍｍとするもので、９〜１０個の蒸発源を用いて３％以下の薄膜均一度を確保する一方で、一つの蒸発量測定センサーと一つのパワーサプライで蒸発源が加熱されるようにすることにより、簡単な設置を実現することができる。

本発明は、基板に有機物質を真空蒸着させる方法であって、幅１３００ｍｍの大面積の基板を準備する過程と、前記基板から下方に２５０ｍｍ隔てて９〜１０個の蒸発源を設置する過程と、前記蒸発源の一側に蒸発量測定センサーを設置する過程と、前記蒸発源のヒーターを直列に連結して一つのパワーサプライで加熱されるようにする過程とを含んでなり、一つの蒸発量測定センサーで一つの蒸発源から蒸発する有機物質の蒸発量をチェックして全体蒸発源の蒸発量を制御する。

本発明は、真空チャンバー内で線形蒸発源の加熱によって有機物質を蒸発させて基板に蒸着させる方法であって、前記基板の両端に有機物質を蒸着させる線形蒸発源には、点蒸発源の蒸発式である

（ここで、ｄＭ_ｒは微小平面ｄＡ_ｒに到達する蒸発粒子の総質量、Ｍ_ｅは蒸発した粒子の総質量、σは蒸発源から蒸発粒子の噴射される角度、θは蒸発粒子が微小面積ｄＡ_ｒに入射される角度、ｒは蒸発源と微小面積ｄＡ_ｒとの距離をそれぞれ示す。）において指数ｎ値を大きくして有機物質の放射角度を狭めるノズルを設置することを特徴とする。

また、本発明は、真空チャンバー内で線形蒸発源の加熱によって有機物質を蒸発させて基板に蒸着させる方法であって、前記基板の両端に有機物質を蒸着させる線形蒸発源は、点蒸発源の蒸発式である

（ここで、ｄＭ_ｒは微小平面ｄＡ_ｒに到達する蒸発粒子の総質量、Ｍ_ｅは蒸発した粒子の総質量、σは蒸発源から蒸発粒子の噴射される角度、θは蒸発粒子が微小面積ｄＡ_ｒに入射される角度、ｒは蒸発源と微小面積ｄＡ_ｒとの距離をそれぞれ示す。）において指数ｎ値を大きくして有機物質の放射角度を狭めて基板の両端の均一度を向上させる一方で、有機物質の無駄遣いを防止することを特徴とする。

また、本発明は、真空チャンバー内で線形蒸発源の加熱によって有機物質を蒸発させて基板に蒸着させる装置であって、前記基板に有機物質を蒸着させる線形蒸発源は同一の放射角度で有機物質を蒸発させるが、基板の両端に有機物質を蒸着させる線形蒸発源は基板の内側に向けて傾設することを特徴とする。

また、本発明は、真空チャンバー内で線形蒸発源の加熱によって有機物質を蒸着させて基板に蒸着させる装置であって、前記基板の両端に有機物質を蒸着させる線形蒸発源には点蒸発源の蒸発式である

（ここで、ｄＭ_ｒは微小平面ｄＡ_ｒに到達する蒸発粒子の総質量、Ｍ_ｅは蒸発した粒子の総質量、σは蒸発源から蒸発粒子の噴射される角度、θは蒸発粒子が微小面積ｄＡ_ｒに入射される角度、ｒは蒸発源と微小面積ｄＡ_ｒとの距離をそれぞれ示す。）において指数ｎ値を大きくして有機物質の放射角度を狭めるノズルを設置する一方で、前記線形蒸発源は基板の内側に向けて傾かせることを特徴とする。

また、本発明は、有機物質をヒーターで加熱して蒸発させる円筒形の蒸発源と、前記蒸発源の上部中央に設置されて前記有機物質の飛散を防止し、その側面の空間を介して前記有機物質が蒸発する円形のバッフルと、前記蒸発源の上部に被嵌され、中央には蒸発した有機物質を放射するための円形の放出口を有するノズルとを含んでなり、前記ノズルの底面に放出口に沿って一定の長さの遮断板を突設するが、前記遮断板と前記バッフルとの間に所定の間隔が保たれるようにし、前記遮断板は前記蒸発源から上方に一定の距離を隔てたままで移動する基板の進行方向に対して幅方向にのみ開放させて、有機物質の蒸発特性が前記基板の進行方向に短く前記基板の幅方向には長い楕円形となるようにすることを特徴とする。

また、前記ノズルは、円形の放出口を有するノズル、四角形の放出口を有するノズル、およびスロット状の放出口を有するノズルのいずれか一つを含み、前記放出口と同じ形状の遮断板を前記ノズルの底面に形成するが、前記遮断板は前記基板の進行方向に対して幅方向にのみ開放されるようにすることが良い。

また、前記蒸発源は、前記基板の進行方向に対して幅方向に多数設置するが、前記蒸発源同士の間隔は前記基板に有機物質が均一に蒸着されるように調節することが良い。

また、本発明は、有機物質を加熱して蒸発させる直方体状の蒸発源と、前記蒸発源の上部中央に設置されて前記有機物質の飛散を防止し、その側面の空間を介して、蒸発した有機物質が通過するようにする四角形のバッフルと、前記蒸発源の上部に被嵌され、中央には蒸発した有機物質を放射するためのスロット状の放出口を有する四角形のノズルとを含んでなり、前記ノズルの底面にスロット状の放出口に沿って一定の長さの遮断板を突設するが、前記遮断板と前記バッフルとの間に所定の間隔が保たれるようにし、前記遮断板は前記蒸発源から上方に一定の距離を隔てたままで移動する基板の進行方向に対して幅方向にのみ開放させて、有機材料の蒸発特性、基板の進行方向に短く基板の幅方向には長い楕円形となるようにすることを特徴とする。

本発明は、基板に有機物質を真空蒸着させる蒸着装備において、幅１３００ｍｍの大面積の基板に、９〜１０個の蒸発源から蒸発する有機物質を真空蒸着させるが、前記基板と蒸発源とを互いに２５０ｍｍ離隔させたままで真空蒸着が行われるようにし、多数の蒸発源から蒸発する有機物質の蒸発量を一つの蒸発量測定センサーで測定した後、多数の蒸発源に設置されるヒーターを直列に連結して一つのパワーサプライで蒸発温度の調節が行われるようにするものであって、蒸発量測定センサーまたはパワーサプライの数を減らして構造的に簡単化することにより量産が可能であるとともに、大面積の基板と蒸発源との距離を減らすことにより高価の有機物質の効率的な使用が可能であるという効果がある。

本発明は、有機物質を加熱して基板に蒸着させる装置において、有機物質を加熱して放射させる線形蒸発源のノズルが、基板の外側に行くほど中央への放射率が高くなる放射角度で放射されるようにすることにより、基板の両端で薄膜を高い厚さ均一度で蒸着することができるのはもとより、有機物質が基板に蒸着されない量を減らすことにより、効率よく有機物質を用いることができるという効果がある。

本発明は、蒸発源から有機材料を蒸発させる蒸発特性が基板の進行方向に対して幅方向に長い楕円形をなすようにすることにより、蒸発源から蒸発して基板に蒸着される有機材料が基板に蒸着されずにシールドで遮断される場合を無くして、効率よく有機材料を用いることができるようにする。

すなわち、本発明は、高価な有機材料が基板に蒸着されずに浪費される場合を減らすことにより、高価な有機材料を効率よく用いて費用を節減するという効果がある。

従来の蒸着装置の放射特性度を示す図である。従来の蒸着装置の放射特性度を示す図である。既存の蒸発源の放射特性を示す側面図、および放出特性を示す平面図である。既存の蒸発源の放射角度を示す側断面図である。既存の蒸発源の蒸着状態を示す平面図である。既存の多数の蒸発源とセンサーを備えた回路図である。既存方式の薄膜均一度を示すグラフである。本発明の蒸発源の配置説明図である。本発明の蒸発源の数による薄膜均一度を示すグラフである。本発明の実施例を示す回路図である。点蒸発源の蒸発現象を示すグラフである。指数ｎ値による点蒸発源の蒸発現象を示すグラフである。本発明の実施例を示す説明図である。本発明の他の実施例を示す説明図である。本発明の別の実施例を示す説明図である。既存の有機物質の使用を示すグラフである。本発明の有機物質の使用を示すグラフである。本発明の第４実施例を示す説明図である。蒸発粒子の分布度を示す説明図である。表１の実験２で薄膜厚さが２％以内に入ることを示すグラフである。本発明の放射特性を示す側面図、および放出特性を示す平面図である。本発明の蒸発源の放射角度を示す側断面図である。本発明の蒸発源の蒸着状態を示す平面図である。本発明の部分断面図である。本発明の実施例の部分断面図である。本発明の他の実施例の部分断面図である。本発明の蒸発源における基板の蒸着方向を示す平面図である。本発明の蒸発源における基板の蒸着方向を示す平面図である。本発明の蒸発源における基板の蒸着方向を示す平面図である。本発明の別の実施例に係る蒸発源のノズルの平面図、ノズルの底面図および蒸発源の平面図である。本発明の別の実施例に係る蒸発源の部分断面斜視図である。

本発明の第１実施例は、真空状態で多数の蒸発源を用いて有機物質を昇華させて大面積の基板に蒸着させる昇華装置において、大面積の基板に対する有機物質の使用効率性を高めるために蒸発源と基板との距離を減らす一方で、蒸発源の数を限定することにより、有機物質の使用量を減らしながらも最適の薄膜均一度を持たせる。

本発明の第１実施例は、多数の蒸発源を使用するが、有機物質の蒸発量は一つのセンサーを用いて検出するようにし、多数の蒸発源に設置されたヒーターは直列に連結した後、一つのパワーサプライを用いて温度調節が行われるようにするもので、簡単な構造に基づいて量産可能とする。

本発明の第１実施例は、幅１３００ｍｍの大面積の基板に３％以内の薄膜均一度を保つように有機物質を真空蒸着させるもので、９〜１０個の蒸発源を配置する一方で、基板と蒸発源との距離が２５０ｍｍを保つようにし、前記多数の蒸発源のうち一つの蒸発源から蒸発する有機物質の蒸発量を検出する蒸発量測定センサーを備え、前記蒸発量測定センサーの検出量に基づいて多数の蒸発源に対する蒸発量を制御する一つのパワーサプライを備えるが、蒸発源のヒーターは直列に連結する。

本発明の第１実施例は、多数の蒸発源を使用するが、一つの蒸発量検出センサーを用いて有機物質の蒸発量を検出した後、これを用いて多数の蒸発源からの蒸発量を調節するが、蒸発源のヒーターを直列に連結することにより、量産可能に構造的に簡単化させる。

以下、本発明の第１実施例を添付図面に基づいて説明する。

図６は多数の蒸発源Ｃ１〜Ｃ６を用いる既存の方式の蒸発量のチェックと蒸発量の制御を概略的に説明する図であって、多数の蒸発源Ｃ１〜Ｃ６にはそれぞれの蒸発量を検出する蒸発量検出センサーＳ１〜Ｓ６が設置され、１：１の方式で蒸発源Ｃ１〜Ｃ６に内蔵されたヒーターＨ１〜Ｈ６の加熱による蒸発量をセンサーＳ１〜Ｓ６で検出するようにする。前記蒸発量検出センサーＳ１〜Ｓ６で検出された蒸発量に応じて、コントローラー（図示せず）ではそれぞれの蒸発源Ｃ１〜Ｃ６に独立に設置されたパワーサプライ（図示せず）を用いてそれぞれの蒸発源Ｃ１〜Ｃ６に対する蒸発量を調節する。

このような従来の方式の場合は、蒸発源Ｃ１〜Ｃ６に対応する蒸発量検出センサーＳ１〜Ｓ６を必要とし、また、蒸発源Ｃ１〜Ｃ６に内蔵されたヒーターＨ１〜Ｈ６に対応するパワーサプライを備えなければならないので、量産のための構造では高価なセンサーＳ１〜Ｓ６およびパワーサプライの数が多くて不利である。

一方、本発明の第１実施例は、かかる問題点を解決するために、図８に示すように、蒸発源Ｃ１〜Ｃ６毎に蒸発量検出センサーＳ１〜Ｓ６を設置せず、一つの蒸発量検出センサーＳ１のみ設置することにより、一つの蒸発源Ｃ１に対する有機物質の蒸発量を検出するようにし、前記蒸発源Ｃ１〜Ｃ６のヒーターＨ１〜Ｈ６を直列に連結することにより、一つのパワーサプライ６で蒸発量が調節できるようにした。

すなわち、蒸発量検出センサーＳ１〜Ｓ６の数を減らす一方で、パワーサプライ６の数を減らすことにより、構造的に簡単に真空蒸着が行われるようにし、一つの蒸発量検出センサーＳ１、一つのパワーサプライ６、および直列に連結されたヒーターＨ１〜Ｈ６を用いて多数の蒸発源Ｃ１〜Ｃ６に対する蒸発量の制御が行われるようにする。図面符号７は一つの蒸発量検出センサーＳ１から伝達された検出情報に基づいてパワーサプライ６を制御するコントローラを示す。

本発明の第１実施例において、幅１３００ｍｍ以上の大面積の基板２０を蒸発源Ｃ１〜Ｃ６から４５０〜５００ｍｍ隔てて使用する場合、高価な有機物質が浪費されることを防止するために、基板２０と蒸発源Ｃ１〜Ｃ６との距離を２５０ｍｍに減らすが、蒸発源Ｃ１〜Ｃ６の数を限定することにより、高価な有機物質を浪費することなく、有機物質の効率的な使用を図ることができる。

すなわち、有機物質の効率を増大させるためには、基板２０と蒸発源Ｃ１〜Ｃ６との距離を減らすことが良い。その理由は基板２０と蒸発源Ｃ１〜Ｃ６との距離が近いほど分子の移動距離が減少して気体分子の拡散範囲が減り、一つの蒸発源から噴出される気体分子が基板２０から外される確率が減少するためである。ところが、基板２０と蒸発源Ｃ１〜Ｃ６との距離が減少すると、上述のように蒸発源Ｃ１〜Ｃ６から噴出される拡散範囲が減少し、基板２０に蒸着される気体分子の区間が減少するため、蒸発源Ｃ１〜Ｃ６の数を増加させれば薄膜均一度が低下しなくなる。

幅１３００ｍｍの大面積の基板２０を基準として６個の蒸発源Ｃ１〜Ｃ６を使用し、基板２０と蒸発源Ｃ１〜Ｃ６との距離が４５０〜５００ｍｍである場合、図７に示した不均一度グラフのように２．１３％の薄膜均一度（uniformity）を確保することができる。本発明の第１実施例において基板と蒸発源Ｃ１〜Ｃ６との距離を２５０ｍｍとする場合には、蒸発源Ｃ１〜Ｃ６の数を増やして３％以内の薄膜均一度を確保しなければならない。

すなわち、基板と蒸発源との距離が４５０〜５００ｍｍである場合、図７のグラフのとおり２．１３％の薄膜均一度を確保することができる（３％以下であれば優れた均一度である）。ところが、基板と蒸発源との距離が４５０〜５００ｍｍの場合に材料使用率が低下することが従来の方式の問題点であった。

本発明の第１実施例のように幅１３００ｍｍの大面積の基板２０を使用し、基板と蒸発源Ｃ１〜Ｃ６とを互いに２５０ｍｍ離隔させた後、蒸発源Ｃ１〜Ｃ６の数を増加させるが、ヒーターを直列に連結する一方で、一つの蒸発量測定センサーＳ１を用いて測定した薄膜均一度は、図９に示すとおりである。

図９のグラフから確認できるように、基板２０と蒸発源Ｃ１〜Ｃ６との距離が２５０ｍｍであれば、蒸発源Ｃ１〜Ｃ６が６個の場合には薄膜均一度が１６．７％であり、蒸発源Ｃ１〜Ｃ８が８個の場合には薄膜均一度が４．２６％であり、蒸発源Ｃ１〜Ｃ９が９個の場合には薄膜均一度が２．６７％であり、蒸発源Ｃ１〜Ｃ１０が１０個の場合には薄膜均一度が２．２２％であり、蒸発源Ｃ１〜Ｃ１２が１２個の場合には薄膜均一度が２．２８％であった。

したがって、幅１３００ｍｍの大面積の基板から５００ｍｍ隔てて６個の蒸発源Ｃ１〜Ｃ６を設置する場合、薄膜均一度が２．１３％であるので、本発明においても幅１３００ｍｍの大面積の基板から２５０ｍｍ隔てた後、薄膜均一度が３％以内となるようにするためには、図１０のように９個以上の蒸発源Ｃ１〜Ｃ９を使用すればよい。

ところが、蒸発源Ｃ１〜Ｃ６の数を増やすことは、製造コストの増加をもたらすので、幅１３００ｍｍの大面積の基板から蒸発源Ｃ１〜Ｃ６を２５０ｍｍ隔てた状態で薄膜均一度を３％以内と維持するためには９〜１０個の蒸発源Ｃ１〜Ｃ９を使用することが適することが分かる。

このように、本発明の第１実施例は、幅１３００ｍｍの大面積の基板と蒸発源Ｃ１〜Ｃ９との距離を２５０ｍｍとするが、前記蒸発源Ｃ１〜Ｃ９は９〜１０個とした後、前記多数の蒸発源Ｃ１〜Ｃ９のうち一つの蒸発源Ｃ１に一つの蒸発量感知センサーＳ１を設置し、前記蒸発量感知センサーＳ１の蒸発量の感知に応じて一つのパワーサプライで多数の蒸発源Ｃ１〜Ｃ９に内蔵されたヒーターＨ１〜Ｈ９を直列に連結して蒸発量を調節するようにするもので、幅１３００ｍｍの大面積の基板に対する薄膜均一度を３％以内に確保することができる。

本発明の第２実施例は、有機物質入りの線形蒸発源を加熱してノズルから有機物質を蒸発させるが、放射角度の低いノズルを基板の両端に配置して蒸着が行われるようにすることにより、基板全体に対する蒸着均一度を高める一方で、基板の両端で浪費される有機物質を減らすようにして、有機物質の効率的な使用を図ることができるようにする。

線形蒸発源に入っている有機物質の蒸着工程における蒸発粒子の分布は実験から確認できるが、真空蒸着工程における点蒸発源の蒸発する粒子の分布はコサイン分布を持つ。高真空領域で蒸発する粒子が互いに衝突しないという仮定を適用すると、図１９のような状態における放射角度による蒸発粒子の分布は、次のとおり計算される。

ここで、ｄＭ_ｒは微小平面ｄＡ_ｒに到達する蒸発粒子の総質量、Ｍ_ｅは蒸発した粒子の総質量、σは蒸発源から蒸発粒子の噴射される角度、θは蒸発粒子が微小面積ｄＡ_ｒに入射される角度、ｒは蒸発源と微小面積ｄＡ_ｒとの距離をそれぞれ示す。

このような数式に基づいて、Ｌ．Ｈｏｌｌａｎｄ、Ｗ．Ｓｔｅｃｋｅｌｍａｃｈｅｒ（１９５２）、Ｈ．Ａ．ＭａｃＬｅｏｄ（１９６９）等は、実験および観察から、真空蒸着工程における点蒸発源の蒸発現象が次のとおりコサイン関数のｎ乗で表現できることを明らかにしている。

前記数式は、指数ｎ値が大きいほど中央に集中する蒸発量が多くなり、縁部に行くほど蒸発量は少なくなり、逆に、指数ｎ値が小さくなるほど中央に集中する蒸発量が少なくなり、縁部に行くほど蒸発量は多くなることを意味する。

本発明の第２実施例は、このような数式に基づいて、指数ｎが大きくなるほど、基板に蒸着される分布は中心が多くなり縁部は減少する図１２に示すような現象を用いて、基板の両端で蒸着の分布度を高めながら有機物質の効率的な使用を図るようにする。

すなわち、本発明の第２実施例は、図１３および図１４に示すように、基板２０の両端に、有機物質を蒸着させる線形蒸発源３０を基板２０の中央側より稠密に配置することにより、基板２０の両端に対する薄膜の均一度を高めるようにする際に、前記基板２０の両端に位置する線形蒸発源３０のノズル４０を、基板２０の中央側に位置する線形蒸発源３０ａより指数ｎが増加するようにして、基板２０の両側側面で有機物質の放射角度を減らすことにより、基板２０の両端に対する薄膜厚さの均一度を向上させると同時に、有機物質が基板２０に蒸着されない量を減らすことにより、有機物質の効率的な使用を図るようにする。

以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。

本発明の第２実施例は、指数ｎ値に応じて有機物質の放射角度が変わるノズル４０を線形蒸発源３０に設置するが、図１３のように指数ｎ値の低いノズルは基板２０の中央部位に位置する線形蒸発源３０aに使用するようにし、指数ｎ値の高いノズルは基板２０の両端に位置する線形蒸発源３０に使用するようにすることにより、有機物質の蒸発過程において、基板２０の中央部分では有機物質の放射が広く行われるようにし、基板２０の両端では有機物質の放射が狭く行われるようにする。

本発明の第２実施例は、線形蒸発源３０に放射特性の互いに異なるノズルを配置することにより、基板２０に蒸着される有機物質の均一度を向上させる一方で、有機物質の浪費を減らすもので、基板２０の両端に有機物質を蒸着させる線形蒸発源３０には指数ｎ値の大きいノズルを配置して有機物質の放射角度を狭くすることにより、基板２０の端部に蒸着される薄膜の均一度を高めると同時に、基板２０に蒸着されない有機物質を減らすことにより、有機物質の効率的な使用が行われるようにする。

本発明の第３実施例は、図１４のように、線形蒸発源３０’の形態が異なっても、放射角度の狭いノズル４０から蒸発する有機物質が基板２０の両端に蒸着されるようにし、放射角度の広いノズル４０ａを中央に位置させると、第２実施例と同様の効果を得ることができるもので、線形蒸発源３０、３０’の構造が互いに異なっても、基板２０の両端に蒸着される有機物質の放射角度が狭くなるようにノズルを選択して使用する場合、その結果は同一である。

本発明の第４実施例は、図１５のように線形蒸発源５０のノズルの放射角度が指数ｎ値によって異なるようにせず、線形蒸発源５０を基板２０の中央に向けて傾かせる場合、基板２０の両端で薄膜の均一度を高める一方で、有機物質の損失を減らすことができる。

すなわち、図１５のように同一の放射角度を有するノズルを使用する場合、線形蒸発源５０の傾きを変化させることにより、本発明の第２〜第３実施例と同一の効果を得ることができる。基板２０の中央と内側には線形蒸発源５０を横にせず立設して使用し、基板２０の両端に有機物質を蒸着させる線形蒸発源５０は内側に向けて傾かせる場合、基板２０の蒸着均一度を高め、有機物質を効率よく使用することができる。

このように両端に配置された線形蒸発源５０のノズル角度をノズルが基板２０の端部に向けるようにして、蒸着薄膜均一度を満足させ且つ材料使用効率を極大化することができる。よって、両端のノズルの角度は世代別基板のサイズ、線形蒸発源のサイズ、または基板と蒸発源間の距離によって決定される。線形蒸発源５０の長さを長くするほど、材料使用効率を向上させることができる。

このような本発明の実施例において、線形蒸発源５０の長さを８００ｍｍ、基板２０を４世代（７３０ｍｍ）、ｎ値を２、基板２０と線形蒸発源５０間の距離を４００ｍｍとするとき、各ノズルの位置、両端のノズルの角度による薄膜均一度、および材料使用効率を表１のとおり比較することができる。

ここで、目標仕様を満足する蒸発源の最適化位置を計算する必要がある。最適のノズル位置は数値解析的技法を適用し、各ノズルの位置および角度で薄膜均一度と材料使用効率を計算し、このような過程を繰返し行って、目標仕様を満足する各ノズルの位置および角度を確認する。

ノズル１および６は基板の両端のノズルを示し、ノズル２〜５は基板の中央部に向けるノズルを示す。

実験１と実験２はいずれも、一定の水準の目標仕様である２％以内に薄膜均一度を示している。ところが、両端にノズルの角度を与えた実験２は実験１より高い材料使用効率を示していることが分かる。これはｇ当たり数百万ウォンに相当する有機材料に対する材料使用効率を高めるものであって、量産ラインでは夥しいコスト節減の効果を得ることができる。

図２０に示したグラフより、表１における実験２のときに薄膜厚さが２％以内であることを確認することができる。

このように全ての線形蒸発源５０を傾かせずに立てて使用する一方で、同一の放射角度を有するノズルを使用する場合、基板２０の両端を蒸着させる線形蒸発源５０における有機物質の放射は図１６のように行われる。よって、約５０％の有機物質の無駄遣いが発生するが、本発明の図１５のように線形蒸発源５０の角度を傾かせる場合、図１７のように３５％程度の有機物質の無駄遣いが行われるので、有機物質を効率よく使用することができる。

一方、本発明の第５実施例は、図１８のように基板２０の両端に有機物質を蒸着させる線形蒸発源６０を基板２０の中心に向けて傾かせると同時に、指数ｎ値を高めたノズルを用いて有機物質の放射角度を減らすようにすることにより、基板２０の両端に対する蒸着厚さを高め、基板２０に蒸着されずに捨てられる有機物質の量を大幅減らすようにする。

すなわち、基板２０の両端に有機物質を蒸着させる線形蒸発源６０を基板２０の中心に向けて傾かせることにより、蒸着厚さを高める一方で、有機物質を効率よく使用するようにするが、基板２０の両端を蒸着させる線形蒸発源６０には指数ｎ値の大きいノズルを用いて有機物質の放射角度を減らすようにすることにより、有機物質の効率性をさらに高めると同時に有機物質の蒸着均一度も高める。

本発明の第６実施例以下は、蒸発源からの有機材料の蒸発特性が基板の移動方向に対して幅方向に長い楕円をなすようにすることにより、蒸発した有機材料の多くの量が基板に蒸着されるようにして、高価な有機材料が浪費される場合をなくす。

本発明のノズルに設けられた放出口は、円形、正四角形、または細長いスロット状の形状にし、前記放出口の形状に応じて遮断板が設置される。

本発明は、基板の進行方向に対して幅方向に長い線形蒸発源を備え、前記線形蒸発源のノズルは基板の進行方向に対して幅方向に長いスロット状の放出口を備え、前記放出口を有するノズルの底面には放出口に沿って遮断板を一定の長さに形成するが、前記遮断板は基板の進行方向には閉塞され、基板の幅方向にのみ開放された形態となるようにする。

本発明は、蒸発源から蒸発する有機材料の蒸発特性を調節し、基板に蒸着されずにシールド板に遮断されて浪費される有機材料を最小化することにより、高価な有機材料の使用量を節約することができるようにする。以下、本発明を、添付された実施例の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の第６実施例は、図２１のように内蔵された有機物質５を外側のヒーター１２で加熱して蒸発させる蒸発源３０を備えるが、前記蒸発源３０の上部中央にはバッフル３１を設置して有機物質５の飛散現象を防止する一方で、蒸発した有機物質５がバッフル３１の側面の空間を介して放射されるようにする。そして、前記蒸発源３０の上部はノズル５０を被嵌するが、前記ノズル５０の中央には放出口５１を形成することにより、蒸発した有機物質５の放射が行われるようにする。前記ノズル５０の底面に放出口５１に沿って一定の長さの遮断板５３を設置するが、前記遮断板５３とバッフル３１との間に所定の間隔が保たれるようにする。さらに、前記遮断板５３は、基板２０の進行方向Ｂ１に対して幅方向Ｂ２にのみ開放された様態を保つように構成される。

ここで、ノズルは、図２７〜図２９に示すように、円形の放出口５１を有するノズル５０、四角形の放出口５１ａを有するノズル５０ａ、またはスロット状の放出口５１ｂを有するノズル５０ｂからなってもよく、どの放出口５１、５１ａ、５１ｂを有するノズル５０、５０ａ、５０ｂを使用するかは使用者の選択による。

本発明の第６実施例は、図２２に示すように、真空チャンバーで一方向に移動する基板２０の表面に蒸発源３０の有機物質５を蒸発させて基板２０の表面に有機材料薄膜を形成する場合、蒸発源３０の有機物質５が上部シールド板によって極めて一部のみ遮断され、大部分の蒸発した有機材料５がオーバーラップ区間Ｗを介して基板２０に蒸着されるようにするもので、図４に示した既存の方式と比較して、有機物質がシールド板６で遮断される面積Ｔが狭いため、高価な有機物質５を最大限節約することができる。

これは、有機物質５を蒸発させる蒸発源３０のノズル５０に設けられた放出口５１の下側に遮断板５３を形成するためである。蒸発源１０からヒーター１２の加熱により蒸発する有機物質５は、上部中央に位置したバッフル３１によって飛散現象が防止される。蒸発した有機物質５はバッフル３１の側面の空間を介して上方に放射される。

前記バッフル３１の側面の空間を介して蒸発する有機物質５は、ノズル５０の放出口５１を介して基板２０へ放射される。本発明は、遮断板５３によって、有機物質５の放射が、平面視で基板２０の進行方向に対して幅方向Ｂ２に長い楕円形の放射特性Ｈ２を持つようにすることにより、最大限シールド板６の遮断領域Ｔにより遮断される有機物質５を節約する。

すなわち、本発明の第６実施例では、遮断板５３を用いてバッフル３１の側面の空間を介して蒸発する有機物質５の方向を調節し、放出口５１から放出される有機物質５の放射特性Ｈ２は楕円形を持つようにする。この際、基板２０の進行方向Ｂ１に対して幅方向Ｂ２に長い楕円形を持つように、遮断板５３は、基板２０の進行方向の前後に設置され、幅方向には開放された状態でなければならない。

このように放出口５１の下側に遮断板５３が設置された場合は、蒸発源３０から蒸発する有機物質５の放射量を遮断板５３によって基板２０の進行する前後方向より基板２０の進行方向に対して幅方向に少なくすることにより、楕円形の放射特性Ｈ２を持つようにする。これは遮断板５３が基板２０の進行方向に閉塞状態を保ち、幅方向には開放状態を保つためである。

このように、本発明は、有機物質５の蒸発の際に、遮断板５３によって、基板２０の進行方向Ｂ１に短く幅方向Ｂ２には長い楕円形の放射特性Ｈ２を持つように有機物質５の放射が行われると、オーバーラップ区間Ｗを通じて基板２０に蒸着されずにシールド板６の底面に遮断される有機材料の量を少なくすることにより、高価な有機物質５を節約する。

また、放出口５１が円形である場合の遮断板５３と、放出口５１ａが四角形である場合の遮断板５３ａは放出口５１、５１ａの形状に応じて設置するが、基本原則は、基板２０の進行方向の前後には閉塞状態を保ち、基板２０の進行方向の左右側方向には開放状態を保つことである。

このような遮断板５３の原理は、スロット状の放出口５１ｂが設けられた場合にも適用されるもので、スロット状の放出口５１ｂが設けられたノズル５０ｂにおいても、遮断板５３ｂは、基板２０の進行方向の前後には閉塞状態となるようにし、基板２０の進行方向の左右方向には開放状態となるようにする。

図２７〜図２９のように多数個の蒸発源３０、３０’、３０”を基板２０の進行方向に対して幅方向に設置するが、蒸発源３０、３０’、３０”間の間隔を調節して基板２０に最適の状態で均一な有機材料５が蒸着されるようにする。

また、本発明は、図３０および図３１に示すように、円筒状の蒸発源ではなく直方体状の蒸発源１３０にも適用することができるもので、基板２０の進行方向に対して幅方向（Ｂ２）に長い側が位置するように蒸発源１３０ｃを設置し、前記蒸発源１３０ｃの上部を直方体状のノズル１５０で覆うが、前記ノズル１５０には基板２０の進行方向に対して幅方向に長いスロット状の放出口１５１ｃを備え、前記放出口１５１ｃの下方にノズル１５０には遮断板１５３を設置する。前記遮断板１５３は、前述したように、基板２０の進行方向には閉塞状態を保ち、基板２０の進行方向に対して幅方向（Ｂ２）には開放状態を保つ。

以上説明した本発明の実施例に係る蒸発源は、ＯＬＥＤ、薄膜太陽電池、ＣＩＧＳなどの薄膜蒸着分野に応用可能である。

Ｃ１〜Ｃ９、１０、３０、１３０蒸発源
Ｓ１〜Ｓ６センサー
Ｈ１〜Ｈ９、１２ヒーター
２０基板
４０、５０、１５０ノズル

Claims

幅１３００ｍｍの大面積の基板を準備する過程と、
前記基板から下方に２５０ｍｍ隔てて、前記基板の幅方向に蒸発源を９〜１０個配置する過程と、
前記蒸発源の一側に、蒸発源の蒸発量を感知する蒸発量測定センサーを配置する過程と、
前記蒸発量感知センサーの蒸発量を感知し、多数の蒸発源に内蔵されたヒーターを直列連結して蒸発量を調節する一つのパワーサプライを配置する過程とを含んでなることを特徴とする、量産用蒸発方法。
幅１３００ｍｍの大面積の基板から下方に２５０ｍｍ隔てて、前記基板の幅方向に配置する９〜１０個の蒸発源と、
前記蒸発源の一側に配置され、一つの蒸発源に対する有機物質の蒸発量を感知する蒸発量感知センサーと、
前記蒸発量感知センサーの蒸発量を感知し、多数の蒸発源に内蔵されたヒーターを直列連結して蒸発量を調節する一つのパワーサプライとを含んでなることを特徴とする、量産用蒸発装置。