KR100546082B1

KR100546082B1 - 섀도우마스크 어셈블리

Info

Publication number: KR100546082B1
Application number: KR1020030091936A
Authority: KR
Inventors: 박형근; 고성우
Original assignee: 주식회사 이코니
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2006-01-26
Also published as: KR20040005757A

Abstract

본 발명은 섀도우마스크와 프레임을 스트레칭장치에서 정확하게 얼라인시켜 고정하는 섀도우마스크 어셈블리에 관한 것으로, 프레임(300)에 증착기 얼라인장치(100')의 얼라인핀(110')에 일치되는 얼라인홀(310)이 천공되고, 섀도우마스크(200)에는 상기 프레임(300)의 얼라인홀(310)에 일치되는 얼라인홀(210)이 천공되며, 스트레칭장치(30)의 얼라인장치(100)에는 상기 얼라인홀(210)(310)에 일치하는 얼라인핀(110)이 형성되어, 섀도우마스크(200)와 프레임(300)을 얼라인한 상태로 로딩하여 어셈블리하여, 상기 섀도우마스크(200)와 프레임(300)을 정확하게 얼라인시켜 글라스 기판(1)에 유기물을 정확하게 증착시킬 수 있고, 작업성이 향상되며, 섀도우마스크(200)와 프레임(300)의 강성 저하를 방지하는 효과가 있다.

섀도우, 마스크, 프레임, 얼라인, 스트레칭, 증착

Description

섀도우마스크 어셈블리{Shadow Mask Assembly}

도 1은, 일반적인 유기 EL을 도시한 도면으로서, 도 1a는 유기 EL의 레이어(Layer) 구조를 도시한 단면도이고, 도 1b는 유기 EL의 발광 메카니즘을 도시한 도면이다.

도 2a와 도 2b는, 종래의 유기 EL용 섀도우마스크와 프레임을 각각 도시한 도면이다.

도 3은, 종래의 스트레칭장치에서의 섀도우마스크와 프레임의 어셈블리 작업 순서를 도시한 도면이다.

도 4는, 종래의 섀도우마스크와 프레임의 얼라인을 도시한 도면이다.

도 5는, 본 발명에 따른 스트레칭장치의 얼라인장치에 의한 섀도우마스크와 프레임의 얼라인을 도시한 도면이다.

도 6은, 본 발명에 따른 프레임이 스트레칭장치와 진공증착기의 얼라인장치에 의해서 각각 얼라인된 상태를 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

H : 프레임의 높이

h : 얼라인핀의 높이

l : 경사홀의 높이

1 : 기판 2 : 제 1 전극

3 : 정공수송층 4 : 발광층

5 : 전자수송층 6 : 제 2 전극

7 : 정공주입층 8 : 전자주입층

9 : 플라론여기자 10 : 섀도우마스크

11 : 셀 12 : 어퍼처

13 : 테두리 14 : 얼라인홀

20 : 프레임 21 : 얼라인홀

22 : 얼라인홈 30 : 스트레칭장치

31 : 얼라인장치 32 : 제 1 얼라인핀

33 : 제 2 얼라인핀 34 : 클램핑장치

100,100' : 얼라인장치 110,110' : 얼라인핀

200 : 섀도우마스크 210 : 얼라인홀

300 : 프레임 310 : 얼라인홀

311 : 경사홀

본 발명은 섀도우마스크 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저분자 유기 EL 제품의 제조에 있어서 글라스 기판에 유기물을 정확하게 증착시키기 위해 섀도우마스크와 프레임을 스트레칭장치에서 정확하게 얼라인시켜 고정하는 섀도우마스크 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 유기 EL(Organic Electro Luminescence)은 유기물질의 전계 발광 현상(electro luminescence)을 이용한 평판 디스플레이로서, 현재 각광을 받고 있는 LCD와 같은 수광 형태의 소자에 비해 응답속도가 CRT 수준으로 빠르고(LCD에 비해 1000배 이상의 빠른 응답속도), 시야각이 넓고(160도 이상), 고휘도의 발광을 얻을 수 있으며, 낮은 직류전압으로 구동되며, 초 박막화(2mm 이하)가 가능할 뿐만 아니라, 제조공정이 다른 디스플레이에 비해 간단하고, 저온에서도 안정적인 구동이 가능하기 때문에, 현재 유기 EL에 대한 연구속도가 놀라울 정도로 빠르게 진행되고 있으며, 앞으로 디스플레이 업계의 판도에 커다란 영향을 미칠 것으로 기대되고 있다.

이와 같은, 유기 EL은 저분자 또는 고분자의 유기물 박막내로 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공이 재결합하여 여기자(exciton)를 형성하고, 형성된 여기자가 여기 상태에서 기저 상태로 떨어질 때, 유기물 박막내 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 화상이 형성된다.

이러한 유기 EL의 기본적 레이어(layer) 구조를 도 1에 도시하였다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 유기 EL은 기판(1), 제 1 전극(2), 정공수송 층(HTL)(3), 발광층(EML)(4), 전자수송층(ETL)(5) 및 제 2 전극(6)으로 구성되어 있으며, 별도로 정공주입층(HIL)(7) 및 전자주입층(EIL)(8)을 포함할 수 있다(도 1b 참조).

상기 기판(1)은, 대부분 유리를 사용하고, 제 1 전극(2)은 정공 주입을 위한 전극으로서 일함수가 높고 발광된 빛이 외부로 나올 수 있도록 투명한 금속 산화물로 이루어져 있는데, 금속 산화물로 가장 널리 사용되는 물질은 ITO(Indium Tin Oxide)이다.

또한, 상기 발광층(4)의 재료로는, 알루니 키노륨 복합체(Alq₃), 안드라센(Anthracene) 등의 저분자 유기 EL 물질을 비롯하여 PPV, PT 등과 그들의 유도체인 고분자 유기 EL 물질이 사용된다.

그리고, 단층 구조의 유기 EL 레이어에는 정공수송층(3) 및 전자수송층(5)이 없으나, 다층 구조의 경우에는 정공수송층(3) 및 전자수송층(5)이 첨가된다.

상기 정공수송층(3)으로 디아민(Diamine) 유도체인 TPD와 광 전도성 고분자인 9-비닐카르바졸(Vinylcarbazole)이 사용되고, 상기 전자수송층(5)으로 옥사디아졸(Oxadiazole) 유도체 등이 사용된다.

이러한 수송층(3)(5)의 첨가로 인하여 정공 및 전자가 직접 주입되지 않고, 수송층(3)(5)을 통과하는 2단계 주입과정에 의해 구동전압을 낮출 수 있고, 발광층(4)에 주입된 정공 및 전자가 발광층(4)을 거쳐 반대 전극으로 이동할 때 수 송층(3)(5)에 의해 막힘으로써 재결합 조절이 가능하여 발광효율을 높일 수 있다.

상기 제 2 전극(6)은 전자 주입을 위한 전극으로서, 작은 일함수를 갖는 금속(Ca, Mg, Al 등)이 사용된다.

그리고, 도 1b는 유기 EL의 발광 메커니즘을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전극(2) 및 제 2 전극(6)에 각각 양전압(+) 및 음전압(-)을 인가하면, 양전극인 제 1 전극(2)과 음전극인 제 2 전극(6)의 금속전극에 있는 정공 및 전자가 터널링(tunneling) 또는 열전자 방출에 의해 정공주입층(7)과 전자주입층(8)으로 주입된다.

그리고, 상기 정공주입층(7)과 전자주입층(8)에 주입된 정공 및 전자는 각각 정공수송층(3)과 전자수송층(5)을 통과하여 발광층(4)으로 들어가서, 포논과의 상호작용에 의해 양성 및 음성 폴라론(polaron)을 생성한다. 생성된 양성 및 음성 폴라론이 반대편 전극으로 이동하면서, 양성 및 음성 폴라론이 재결합하여 폴라론-여기자(polaron-exciton)(9)을 생성한다.

다음, 폴라론-여기자(9)는 안정화되기 위해 바닥상태로 떨어지고, 이때 에너지가 방출되면서 발광층(4)의 형광성 분자에 의해 발광이 이루어진다.

이와 같이, 유기 EL 소자는 양전극인 제 1 전극(2)과 음전극인 제 2 전극(6) 사이에 발광층(4)이 형성되어 있는 구조를 가지며, 제 2 전극(6) 및 발광층(4)은 섀도우마스크(10)를 이용하여 원하는 패턴으로 형성된다(도 2a 참조).

여기서, 상기 섀도우마스크(10)는 니켈 등으로 이루어진 금속판을 기계적으 로 가공하여 제작하는데, 유기물 패턴에 따라 금속판에 어퍼처(Aperture)(12)를 형성하여 섀도우마스크(10)를 제작하게 된다. 글라스 기판(1)에 유기물 패턴을 형성하기 위해서, 섀도우마스크(10)를 기판(1)에 밀착시키고 유기물질을 증발시키면, 섀도우마스크(10)의 어퍼처(12)를 통과한 유기물질이 기판(1)에 달라 붙음으로써 유기물 패턴이 형성된다.

한편, 도 2a와 도 2b는, 종래의 유기 EL용 섀도우마스크와 프레임을 각각 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 상기 섀도우마스크(이하, "마스크"로 통칭함)(10)는 굵은 점선 안쪽 부분의 유효면과, 유효면 바깥쪽 부분의 비유효면인 테두리(13)로 구성된다.

상기 마스크(10)의 유효면에는, 다수의 셀(11)이 셀 어레이를 형성하고 있는데, 각 셀(11)에는 유기물의 증착 패턴과 관련된 영역에 어퍼처(Aperture)(12)가 형성되어 있다. 그리고, 유효면의 셀(11) 사이도 비유효면으로 형성되고, 테두리(13)를 포함한 비유효면에는 어떠한 어퍼처도 형성되지 않는다. 이러한 패턴의 마스크(10)가 유기 EL용 섀도우마스크로 가장 일반적으로 사용되고 있다.

한편, 이러한 마스크(10)는, 패턴 정밀도와 함께 스트레칭장치(30)에 의한 스트레칭이 중요한데, 일반적으로 유기 EL 증착 공정에서 열원(Heat Source)에 의한 온도상승은 그리 크지 않기 때문에, 온도 변화에 의한 보정으로 마스크(10)에 인가하는 스트레인(Strain) 즉 인장력(Tension)은 크지 않다. 하지만, 수 ㎛ 이내로 위치공차를 맞추어야 하기 때문에, 마스크(10)를 스트레칭에 유리하게 하고 반 발력(Reaction Force)이 크지 않게 설계하는 것이 매우 중요하다.

그리고, 상기 섀도우마스크(10)의 어셈블리를 만드는 설비 또한 매우 중요하다. 저분자 유기 EL에서 절연물 및 ITO 패턴과 유기물을 잘 매칭(Matching)하기 위해서는 마스크(10)와 프레임(20)의 어셈블리를 정확하게 정렬시켜 맞추어야 하는데, 그 중에 하나의 요소가 바로 스트레칭장치(30)에서 마스크(10)와 프레임(20)을 로딩(Loading)하는 방법이다. 처음 로딩이 정확하게 이뤄져야만 정확한 얼라인을 맞출 수 있기 때문이다.

첨부도면 도 3은 스트레칭장치에서 마스크와 프레임의 어셈블리를 만드는 공정을 도시한 도면이다.

이를 간략하게 설명하면 도시된 바와 같이, 스트레칭장치(30)의 얼라인장치(31)는 마스크(10)를 로딩한 상태로 스트레칭장치(30)의 상부로 상승된다. 그러면, 스트레칭장치(30)의 클램핑장치(34)가 상승된 마스크(10)를 클램핑한 후, 얼라인장치(31)는 다시 하강한다.

그리고, 얼라인장치(31)는 다시 프레임(20)을 로딩한 상태로 상승되어, 클램핑장치(34)에 의해서 스트레칭되는 마스크(10)에 밀착된 후, 용접된다.

이후, 클램핑장치(34)는 클램핑하고 있던 마스크(10)를 해제시키고, 어셈블리된 마스크(10)가 로딩되어 있는 얼라인장치(31)는 스트레칭장치(30)의 하부로 하강하여 마스크 어셈블리가 다음 공정인 증착공정으로 이송가능하도록 언로딩한다.

한편, 이와 같은 종래의 스트레칭장치(30)에 구성된 얼라인장치(31)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 마스크(10)를 로딩하기 위해서는 얼라인장치(31)에서 제 1 얼라인핀(32)을 분리시킨 상태에서 제 2 얼라인핀(33)을 마스크(10)의 얼라인홀(14)에 삽입시켜 로딩하고, 프레임(20)을 로딩하기 위해서는 프레임(20)의 얼라인홀(21)과 이격된 일측에 얼라인장치(31)의 제 2 얼라인핀(33)을 수용할 수 있는 얼라인홈(22)을 형성한 상태에서 프레임(20)의 얼라인홀(21)을 얼라인장치(31)에 다시 설치된 제 1 얼라인핀(32)에 삽입시켜 로딩함으로써 얼라인하게 된다.

그러나, 종래에는 스트레칭장치(30)를 제조하는 업체와, 증착기(미도시)를 제조하는 업체와, 마스크(10) 및 프레임(20)을 제조하는 설계 업체가 각기 다르고, 그로 인해 각각의 얼라인 기준을 채택하여 각자 기준대로 설계 제작하기 때문에, 마스크(10)와 프레임(20)의 얼라인 정도가 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 마스크(10)와 프레임(20)의 얼라인시에는 얼라인을 제대로 맞추기 위해서 여러개의 얼라인먼트용 홀이나 얼라인먼트용 홈을 천공하였고, 스트레칭장치(30)에서는 마스크 어셈블리를 위해 마스크(10)의 로딩시, 간섭을 피하기 위해 제 1 얼라인핀(32)을 얼라인장치(31)로부터 분리시켜야 하는 번거로움이 있었고, 여러개로 천공된 얼라인홀(14)(21) 이나 얼라인홈(22)에 의해 마스크(10) 및 프레임(20)의 강성이 저하되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출 된 것으로, 스트레칭장치에서 섀도우마스크와 프레임의 어셈블리시 얼라인장치의 얼라인핀을 일원화함으로써 섀도우마스크와 프레임이 정확하게 얼라인되어 글라스 기판에 유기물을 정확하게 증착시킬 수 있고, 작업성이 향상되며, 섀도우마스크와 프레임의 강성 저하를 방지하는 섀도우마스크 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 이루기 위한 본 발명의 섀도우마스크 어셈블리는, 프레임에 증착기 얼라인장치의 얼라인핀에 일치되는 얼라인홀이 천공되고, 섀도우마스크에는 상기 프레임의 얼라인홀에 일치되는 얼라인홀이 천공되며, 스트레칭장치의 얼라인장치에는 상기 얼라인홀에 일치하는 얼라인핀이 형성되어, 섀도우마스크와 프레임을 얼라인한 상태로 로딩하여 어셈블리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임의 얼라인홀 하부에는, 얼라인핀을 안내하도록 얼라인홀로부터 확장된 경사홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 얼라인핀은, 경사홀보다는 높고 프레임보다는 작은 높이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 얼라인핀은, 원형 또는 다각형상으로 형성되고, 이에 대응한 섀도우마스크와 프레임의 얼라인홀도 원형 또는 다각형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 종래기술과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.

첨부도면 도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 섀도우마스크와 프레임 및 얼라인장치를 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 프레임(300)에는 증착기(미도시)에 구성된 얼라인장치(100')의 얼라인핀(110')에 일치되는 얼라인홀(310)이 천공되고, 섀도우마스크(200)에는 프레임(300)의 얼라인홀(310)에 일치되는 얼라인홀(210)이 천공되며, 스트레칭장치(30)의 얼라인장치(100)에는 상기 얼라인홀(210)(310)에 일치하는 얼라인핀(110)이 형성되어, 섀도우마스크(200)와 프레임(300)을 얼라인한 상태로 로딩하여 어셈블리한다.

따라서, 상기 스트레칭장치(30)의 얼라인장치(100)에는, 섀도우마스크(200)와 프레임(300)을 로딩하는 얼라인핀(110)이 하나로 일원화되어, 종래와 같이 제 1 얼라인핀(32)의 탈.부착 작업이 해소된다.

한편, 상기 얼라인홀(210)(310)과 스트레칭장치(30)의 얼라인핀(110)은, 증착기에 구성된 얼라인장치(100')의 얼라인핀(110')에 기준하여 일치되는 바, 이는 증착기 내부에서 행해지는 증착공정과 밀접한 관계를 갖는다.

즉, 상기 증착기 내부에서는 섀도우마스크 어셈블리가 글라스 기판(1)에 근접되게 위치하여 증발하는 유기물을 마스킹하여 일정한 패턴이 형성된다. 그러므 로, 상기 섀도우마스크(200)와 프레임(300) 그리고 글라스 기판(1)간의 얼라인은 매우 중요한 사안으로 대두되고, 그 가운데서도 섀도우마스크(200)와 글라스 기판(1)간의 얼라인이 제일 중요하다. 이를 위해서 우선 고려되어야 할 사안이 섀도우마스크(200)와 프레임(300)간의 얼라인 정도이다. 만약, 섀도우마스크(200)와 프레임(300)간의 얼라인이 맞지 않는다면, 자연적으로 섀도우마스크(200)와 기판(1)간의 정확한 얼라인을 기대할 수 없기 때문이다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프레임(300)의 얼라인홀(310) 하부에는, 얼라인홀(310)내로 얼라인핀(110)(110')의 삽입을 용이케 하는 경사홀(311)이 형성되되, 이 경사홀(311)은 직선형의 얼라인홀(310)로부터 프레임(300)의 하단부 즉, 얼라인장치(100)(100')가 접하는 면측으로 점차적으로 확장되는 직경을 갖도록 형성된다.

그리고, 상기 얼라인핀(110)(110')은, 경사홀(311)보다는 높고 프레임(300)보다는 작거나 동일한 높이를 갖도록 형성되고(l＜h≤H), 상기 경사홀(311)은 섀도우마스크(200)보다 큰 높이를 갖도록 형성됨이 바람직하다.

이는, 상기 얼라인핀(110)(110')이 경사홀(311)보다 큰 높이를 가져야만(h＞l), 얼라인장치(100)(100')에 로딩된 프레임(300)의 유동을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 형성된 얼라인핀(110)(110')과 얼라인홀(210)(310)이 원형 또는 다각형상으로 형성됨이 로딩시에 섀도우마스크(200) 및 프레임(300)의 유 동을 효과적으로 방지하면서 안정적인 로딩을 이룰 수 있게 된다.

한편, 상기 얼라인핀(110)(110')과 얼라인홀(210)(310)은 그 개수가 많을수록 정확한 얼라인을 이룰 수 있으나, 이의 개수는 작업성을 고려하여 설계됨이 바람직하다.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 섀도우마스크의 어셈블리 공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 섀도우마스크(200)의 얼라인홀(210)을 스트레칭장치(30)의 얼라인장치(100)에 형성된 얼라인핀(110)에 삽입시켜 로딩시킨 후, 얼라인장치(100)를 상승시킨다.

이후, 상기 스트레칭장치(30)의 상부에 구성된 클램핑장치(34)가 상승된 섀도우마스크(200)를 클램핑한 후, 얼라인장치(100)는 다시 하강한다.

그리고, 하강한 얼라인장치(100)의 얼라인핀(110)에 프레임(300)의 얼라인홀(310)을 삽입시켜 로딩시킨 상태에서 얼라인장치(100)를 다시 상승시켜 섀도우마스크(200)에 밀착시킨 후, 용접하여 어셈블리한다.

이후, 어셈블리된 섀도우마스크(200)와 프레임(300)은 다음 공정인 증착공정을 위해 진공 증착기 내부로 이송된다.

이때, 증착기내에 구성된 얼라인장치(100') 역시, 스트레칭장치(30)의 얼라인장치(100)와 동일한 구조로 구성되어 있어, 전술한 바와 같이 어셈블리된 프레임(300)을 상승시켜 글라스 기판(1)에 섀도우마스크(200)를 정확하게 얼라인시 킴으로써 글라스 기판(1)에 유기물을 정확하게 증착시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 섀도우마스크 어셈블리에 의하면, 섀도우마스크와 프레임이 정확하게 얼라인되어 글라스 기판에 유기물을 정확하게 증착시킬 수 있고, 작업성이 향상되며, 섀도우마스크와 프레임의 강성 저하를 방지하는 효과가 있다.

Claims

프레임(300)에 증착기 얼라인장치(100')의 얼라인핀(110')에 일치되는 얼라인홀(310)이 천공되고, 섀도우마스크(200)에는 상기 프레임(300)의 얼라인홀(310)에 일치되는 얼라인홀(210)이 천공되며, 스트레칭장치(30)의 얼라인장치(100)에는 상기 얼라인홀(210)(310)에 일치하는 얼라인핀(110)이 형성되어, 섀도우마스크(200)와 프레임(300)을 얼라인한 상태로 로딩하여 어셈블리하는 것을 특징으로 하는 섀도우마스크 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 프레임(300)의 얼라인홀(310) 하부에는, 얼라인핀(110)(110')을 안내하도록 얼라인홀(310)로부터 확장된 경사홀(311)이 형성된 것을 특징으로 하는 섀도우마스크 어셈블리.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 얼라인핀(110)(110')은, 경사홀(311)보다는 높고 프레임(300)보다는 작거나 동일한 높이(l＜h≤H)를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 섀도우마스크 어셈블리.
제 3 항에 있어서,

상기 얼라인핀(110)(110')은, 원형 또는 다각형상으로 형성되고, 이에 대응한 섀도우마스크(200)와 프레임(300)의 얼라인홀(210)(310)도 원형 또는 다각형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 섀도우마스크 어셈블리.