[논문]OLED 증착을 위한 선형증발원 히터 위치선정

주영철; 한충환; 엄태준; 이상욱; 김국원; 권계시

doi:10.5302/j.icros.2008.14.6.515

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Organic light emitting diode(OLED) is one of the most promising type of future flat panel display. A linear source is used to deposite organic vapor to a large size OLED substrate. An electric heater which is attached on the side of linear source heats the organic powder for the sublimation. The noz...

Organic light emitting diode(OLED) is one of the most promising type of future flat panel display. A linear source is used to deposite organic vapor to a large size OLED substrate. An electric heater which is attached on the side of linear source heats the organic powder for the sublimation. The nozzle of heater, which is attached at the top of the linear source has an optimal temperature. An numerical analysis has been performed to find optimal heater position for the optimal nozzle temperature. A commercial CFD program, FLUENT, is used on the analysis. Two-dimensional and three-dimensional analysis have been performed. The analysis showed that the heater should be attached at the outer side of crucible wall rather than inner side of housing, which was original design. Eighteen milimeter from the top of the linear source was suggested as the optimal position of heater. Improving thermal performance of linear source not only helps the uniformity of organic vapor deposition on the substrate but also increase productibity of vapor deposition process.

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문제 정의

선형증발원 상부에 노즐 구멍이 반복적으로 분포되는데 구멍이 없는 부분의 단면과 구멍의 폭이 가장 큰 단면의 온도를 해석한 결과 노즐의 온도는 2℃ 이내의 차이밖에 보이지 않았다. 본 연구에서는 구멍이 없는 부분의 온도분포를 해석하였다. 그림 3(b)에 격자구조를 나타내었다.
본 연구에서는 전산해석을 통하여 선형증발원의 열적 성능을 해석하고 이를 바탕으로 히터의 적당한 위치를 구하여 선형증발원 개발에 도움이 되고자 한다.

제안 방법

대면적 OLED 가판에 유기물을 증착하는데 사용되는 선형증발 원의 온도분포를 전산해석을 통하여 구하였다. 해석 결과 히터의 위치를 원래 설계의 초안인 하우징 내벽에서 크루시블 외벽으로 옮기는 것이 좋다는 것을 알았다.
선형증발원의 온도분포 경향과 최적의 히터위치를 선정하기 위해서 이차원 해석을 하였다. 선형증발원의 단면이 좌우대칭이므로 그림 3(a)에 나타낸 바와 같이 단면의 오른쪽 반만 모델링하고 해석하였다.
이를 해결하기 위해 히터의 부착위치를 하우징 내부 벽면이 아닌 크루시블의 외부 벽면으로 바꾸어서 온도분포를 해석하였다. 하우징의 내부 벽면에 히터를 장착하는 것보다 크루시블의 외부에 장착하는 것이 장치를 만드는 것도 약간의 어려움이 따르고 크루시블을 탈부착할 때도 번거로움이 좀 더 있지만 현재의 히터 위치로는 노즐의 온도가 너무 낮아 승화된 유기물이 노즐에 증착될 가능성이 너무 많기 때문에 설계변경을 고려하여야 한다.
좀 더 자세한 온도분포 해석을 위하여 선형증발원 온도분포의 삼차원 해석을 하였다. 선형증발원가 좌우 대칭이고 노즐 구멍이 길이방향으로 같은 패턴으로 되풀이되므로 메모리 용량을 줄이고 계산 시간을 단축하기 위하여 그림 4(a), (b)와 같이 모델링하고 격자구조를 만들었다.
히터의 장착 높이에 따른 선형증발원의 온도분포를 이차원으로 해석하였다. 히터의 위치를 원래 설계안의 높이였던 크루시블 상부에서 9mm 떨어진 위치와 18mm, 27mm 떨어진 위치의 세가지를 선정하였다 그리고 각 경우에 대해서 분말의 높이가 크루시블 높이의 80%, 60%, 40%, 20%, 5%인 경우를 해석하였다. 그림 6에 유기물 분말의 높이가 40%일 때 히터의 위치가 다른 세 가지 경우에서의 온도분포를 나타내었다.
최적의 위치인지를 알기 어렵다. 히터의 장착 높이에 따른 선형증발원의 온도분포를 이차원으로 해석하였다. 히터의 위치를 원래 설계안의 높이였던 크루시블 상부에서 9mm 떨어진 위치와 18mm, 27mm 떨어진 위치의 세가지를 선정하였다 그리고 각 경우에 대해서 분말의 높이가 크루시블 높이의 80%, 60%, 40%, 20%, 5%인 경우를 해석하였다.

대상 데이터

크루시블 상부에서 18mm 떨어진 위치에 히터가 장착된 경우에는 유기물 분말의 높이가 변하는 전 범위에 걸쳐서 노즐의 온도가 최적온도에 가장 가깝게 변한다. 따라서 18mm 떨어진 경우를 히터의 최적위치로 선정하였다.

데이터처리

열유체 전용 전산해석 프로그램인 FLUENT를 이용하여 선형증발 원의 온도분포를 해석하였다. 히터에 가하는 열량을 변화시키면서 시행착오법으로 유기물 분말 표면의 온도가 유기물의 승화온도인 300℃에 도달했을 때의 온도분포를 구하였다 그림 5(a)에 분말의 높이가 전체 크루시블 높이의 60%에 해당할 때의 온도분포를 나타내었다.

성능/효과

온도분포를 전산해석을 통하여 구하였다. 해석 결과 히터의 위치를 원래 설계의 초안인 하우징 내벽에서 크루시블 외벽으로 옮기는 것이 좋다는 것을 알았다. 히터의 최적 위치를 찾기 위해 부착 높이를 변경해가며 온도를 계산한 결과 크루시블 상부에서 거리가 18mm에 히터가 위치할 때에 여러 유기물 분말의 높이 변화에 대해서 노즐의 온도가 적정 온도에 들게 되었다.

참고문헌 (4)

이준신, 김도영, 평판 디스플레이 공학, 홍릉과학출판사, pp. 157-198, 2005
키도 준지, 유기EL, 광문각, pp. 193-212, 2004
엄태준, 주영철, 김국원, 이상욱, "대면적 OLED 증착용서큘러소스의 성능개선," 한국산학기술학회논문지, vol. 7, no. 5, pp. 759-765, 2006

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주영철, 한충환, 엄태준,이상욱, 김국원, "OLED 증착용서큘러소스의 열적성능 해석," 반도체및디스플레이장비학회지, vol. 6, no. 4, pp. 39-42, 2007

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