KR100671975B1 - 대면적의 유기전계발광소자 제조용 섀도우 마스크 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 섀도우 마스크 및 섀도우 마스크를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 섀도우 마스크는 전주도금층을 포함하는 복수개의 패턴부와, 복수개의 패턴부 각각의 전주도금층의 외각을 지지하도록 식각되며, 전주도금층의 외각에 맞닿도록 형성된 개구를 갖는 프레임, 및 개구에 삽입되어 상기 패턴부의 외각에 프레임이 본딩되도록 하는 본딩체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 마스크의 열변형에 수반하는 변형을 방지할 수 있는 효과를 제공하며 대면적의 프레임상에 복수개의 마스크를 높은 위치정밀도로 장착하는 것이 가능한 효과를 제공한다.

섀도우마스크, 유기전계발광표시소자,

Description

대면적의 유기전계발광소자 제조용 섀도우 마스크 및 그 제조방법{Shadow mask and the method of its fabrication for OLED}

도 1은 기존의 증착마스크를 이용한 패턴형성방법을 도시한 도면,

도 2는 종래의 대면적의 유기전계발광소자 제조용 섀도우 마스크 제조공정을 보여주는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 섀도우마스크의 패턴부 형성과정을 보여주는 단면도,

도 4a는 본 발명에 따른 섀도우마스크의 프레임형성과정을 보여주는 단면도,

도 4b는 도 4a의 프레임형성과정에서 생성된 프레임의 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 섀도우마스크의 본딩과정을 보여주는 단면도,

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31 : 금속기판 32 : 절연체층

33 : 전주도금층 41 : 프레임기판

42 : 코팅층 43 : 개구

44 : 프레임 51 : 본딩매개체

본 발명은 진공증착이나 스퍼터링 등의 박막공정에 의해 소정 패턴을 갖는 소자의 제조에 적용되는 섀도우 마스크 및 섀도우 마스크를 제조하는 방법에 관한 것이다.

섀도우마스크를 이용하는 대표적인 전자 소자의 하나는 평판 디스플레이 중의 하나인 유기전계발광표시소자(OLED)로서 휴대폰 등의 개인 휴대 통신용 디스플레이로 현재 널리 개발되고 있다. 이의 칼라화를 구현하기 위해서 복수의 광방출층(보통 적색(R;red), 녹색(G;green), 청색(B;blue)의 3가지 색)이 유기 EL 디스플레이소자의 소정 영역에 선택적으로 형성된다. 광방출층의 제작을 위해서 널리 이용되는 방식이 진공증착(evaporation)이며, 증착 시에는 개구부를 지닌 마스크가 발광체 패턴이 형성될 기판에 부착되고 이 개구부를 통하여 증발되는 물질이 기판 상에 코팅되게 되어 개구부에 해당되는 발광체 패턴이 형성된다.

유기전계발광표시소자 제작에서는 미세패턴을 형성하기 위하여 마스크의 두께가 10-50 ㎛로 얇아져야하며, 이는 마스크의 휨이나 핸들링이 어려워지는 문제를 더욱 가중시키는 결과를 낳는다. 유기전계발광표시소자의 섀도우마스크는 증착되는 발광 유기물막이 원하는 위치에 증착되도록 하는 역할을 하는 것이다. 그러므로, 증착을 원하지 않는 부분은 막아주고, 원하는 부분만 열어 두면 된다.

그러나, 증착을 원하는 부분의 픽셀 크기가 수십 ㎛오더로 작기 때문에 마스 크의 두께가 두꺼우면 증착되는 입사각에 의하여 쉐도우가 생길 수 있다. 그리고, 두께가 얇아지면 마스크를 장비에 장착할 때 아래로 처지는 현상이 발생할 수 도 있다.

도 1은 기존의 증착마스크를 이용한 패턴형성방법을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 패턴을 형성하고자 하는 기판(1-1)을 적절한 진공상태를 유지하고 있는 장치 내에 배치하고 패턴을 형성할 재료가 되는 물질(1-2 ; 보통 source라고 함)을 가열시키면 입자들이 증발(1-4)하게 되어 기판 쪽으로 가게 된다. 기판에 개구부가 형성된 마스크(1-3)를 배치하면 개구부를 통하여 기판상에 증발물질의 패턴(1-5)이 형성되게 된다. 보통 마스크는 프레임(1-6)에 고착을 시킨 채 이용되고 있다. 현재 이와 같은 증착용 마스크의 대부분이 포토리소그라피 공정과 전주기법에 의해 형성이 되고 있다.

그러나 대면적의 기판 상에 패턴을 형성하는 경우 증착용 마스크의 크기도 커지게 되며, 이 때는 증착 시 발생되는 열에 의해 마스크가 변형되기 쉬우며 또 일반적으로 이용되는 마스크 재료인 니켈과 기판으로 주로 이용되는 유리와의 열팽창 차이에 의해 치수도 변하게 되어 패턴이 원하는 위치에 형성되지 않는 문제점을 지니고 있다.

휴대형 정보통신 단말기에 이용되는 디스플레이와 같이 그 크기가 작은 디스플레이의 경우는 생산시의 양산성을 향상시키기 위해 보통 큰 기판에 다수의 디스플레이가 제작되게 한 다음 이것을 잘라서 이용하는 방식이 널리 이용되고 있다.

도 2는 종래의 대면적의 유기전계발광소자 제조용 섀도우 마스크를 제조방법 을 간략하게 도시하였다.

도 2를 참조하면, 증착장치내에 기판(2-1)을 설치한 다음 여기에 증착용마스크(2-2)를 배치한다. 증착용 마스크는 소자별로 일정간격으로 분리되어 있다. 이 상태에서 증발원(2-3)으로부터 물질을 증발(2-4)시키면 마스크의 개구부를 통하여 박막의 패턴(2-5)이 형성되게 된다. 발광체 전극 층 등이 형성된 기판을 증착기 외부로 꺼낸 다음 여기에 흡습제 등을 함유한 커버플레이트(2-6)를 부착시킨다. 커버플레이트와 부착된 상태(2-7)에서 각 소자별로 잘라내어 각각의 디스플레이(2-8)로 사용을 한다.

이와 같은 공정에 사용되는 기판 유리는 현재 업체에서 370mm × 470mm 정도의 대면적 기판을 이용하여 한번에 수 십장의 디스플레이를 한꺼번에 제조하려는 경향을 보이고 있다. 그러므로 여기에 사용되는 증착용마스크의 경우는 보통 유리 기판의 사이즈 보다 더 큰 면적이 요구된다. 증착용 마스크의 면적이 커질수록 증착 시 발생되는 열에 의해 열변형을 받기가 쉬워 패턴이 원하는 위치에 형성되지 않고 또 마스크 수명이 짧아진다. 이와 같은 이유로 수율 및 양산성이 저하되며 고가의 마스크를 수시로 교체해야 되는 문제점을 지니고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 대면적에 각각의 소자의 패턴을 형성할때 열변형을 받지않아 섀도우마스크의 변형이 적고 프레임의 두께가 얇아지므로 프레임의 분리가 쉬운 대면적의 유기전계발광소자 제조용 섀 도우 마스크 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대면적의 유기전계발광소자 제조용 섀도우 마스크는 다수의 소자를 제조하기 위한 대면적의 섀도우 마스크에 있어서, 전주도금층을 포함하는 복수개의 패턴부와, 복수개의 패턴부 각각의 전주도금층의 외각을 지지하도록 식각되며, 전주도금층의 외각에 맞닿도록 형성된 개구를 갖는 프레임, 및 개구에 삽입되어 상기 패턴부의 외각에 프레임이 본딩되도록 하는 본딩체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 전주도금층의 두께는 5㎛ ~ 50㎛ 인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 프레임의 두께는 0.03mm ~ 0.15mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 개구는 전주도금층쪽으로 점차로 커지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대면적의 유기전계발광소자 제조용 섀도우 마스크의 제조방법은 다수의 소자를 제조하기 위한 대면적의 섀도우 마스크제조방법에 있어서, 기판상에 전주도금층이 생성된 복수개의 패턴부를 형성하는 제 1단계와, 형성된 패턴부에 대응하도록 패턴부를 지지하기 위한 개구를 갖는 프레임을 형성하는 제 2단계와, 프레임의 개구에 본딩매개체를 삽입하여 패턴부 와 본딩하는 제 3단계 및, 본딩이 완료되면 패턴부의 기판을 제거시키는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 제 1단계는 기판위에 절연체층을 형성하는 과정과 절연체층 이외의 부분에 전주도금층을 형성하는 과정 및 상기 절연체층을 제거하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 제 2단계는 프레임기판의 양면에 마스킹재료로 코팅하여 코팅층을 형성하는 과정 및 상기 코팅층이 형성된 프레임기판을 개구를 형성하도록 에칭하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 개구는 전주도금층쪽으로 점차로 커지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 전주도금층의 두께는 5㎛ ~ 50㎛ 인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 프레임의 두께는 0.03mm ~ 0.15mm인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 섀도우마스크의 패턴부 형성과정을 보여주는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 금속기판(31)위에 반도체 공정기술을 이용하여 전주도금층 을 형성한다. 여기서는 금속기판을 사용하였지만, 유리나 폴리머등의 기판을 사용할 수 도 있다. 우선, 금속기판(31)위에 절연체층(32)을 형성하는데 절연체층(32)에 폴리머를 사용한다. 폴리머는 네가티브형 레지스트이며 네가티브형 레지스트를 사용하는 이유는 역테이퍼 형상의 구조물 제작이 용이하며 테이퍼 각을 조절하는 것이 가능하기 때문이다.

이러한 금속기판(31)에 폴리머를 이용해 절연체층(32)을 형성한 후, 전주도금층(33)을 절연체층(32)이 형성되지 않은 나머지 금속기판(31)위에 형성한다. 여기서 전주도금은 Ni, Cu, Ni/Cu등의 메탈 전주도금을 행한다. 전주 도금의 두께는 5㎛-50㎛사이에서 선택될 수 있으며 두께가 얇을수록 보다 미소화소를 구현할 수 있는 섀도우마스크가 제조될 수 있다. 절연체층(32)이 형성된 금속기판(31)을 전주욕조에 넣고 전주도금을 행하면, 전주도금층(33)이 형성된다. 그런 다음, 절연체층(32)을 제거한다. 그러면, 도 3에 최하단에 개시된 것처럼 금속기판(31)위에 전주도금층(33)만이 남아서 패턴부로 사용될 수 있다.

도 4a는 본 발명에 따른 섀도우마스크의 프레임형성과정을 보여주는 단면도이다.

도 4a를 참조하면, 프레임기판(41)은 메탈시트를 이용하며 메탈은 일반적으로 디스플레이에 이용되는 기판 유리와 열팽창계수가 비슷한 인바(invar)등의 철과 니켈의 합금 소재를 사용한다. 그 두께는 0.03mm~15mm이다. 이러한, 프레임기판(41)에 마스킹재료를 이용하여 양면에 코팅을 하여 코팅층(42)을 형성한다. 코팅층(42)이 형성되면, 에칭공정을 수행한다. 유기전계발광소자 하나의 패널면적에 해당하는 영역을 에칭하여 관통한다. 이때, 프레임과 패턴부를 본딩하기 위한 개구(43)을 함께 에칭한다. 따라서, 도 4a의 완성된 프레임(44)을 보면, 패턴부의 양옆에 개구(43)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 여기서 프레임(44)에 형성된 개구(43)의 직경은 전주도금층(33)쪽으로 더 커지며, 프레임(44)의 수직방향을 기준으로 50 내지 60도의 기울기를 갖는다. 이는 도 4a의 부분확대도를 보면 상세히 도시되어 있다.

도 4b는 도 4a의 프레임형성과정에서 생성된 프레임의 평면도이다.

도 4b를 보면, 프레임(44)에 에칭된 영역과 에칭된 영역의 바깥부분에 또한 에칭에 의해 형성된 개구(43)이 보여진다.

도 5는 본 발명에 따른 섀도우마스크의 본딩과정을 보여주는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본딩과정은 도 3에서 형성된 패턴부와 도 4의 프레임을 본딩하는 것으로, 전기도금층(33)이 형성된 금속기판(31)의 상부에 프레임(44)을 얼라인 후 밀착시킨다. 이때 강자성체를 금속기판(31) 하부에 부착하여 프레임(44)을 밀착시키는 방법과 프레임(44)에 텐션(tension)을 가하여 평행한 상태에서 기계적인 힘으로 밀착시키는 방법 등이 있다. 이렇게 하여 전기도금층(33)이 형성된 금속기판(31)과 프레임(44)이 밀착되면 프레임(44)에 형성되어 있는 개구(43)을 이용하여 본딩을 수행한다. 본딩방법은 솔더링, 도금, 레이저용접 폴리머수지 등을 이용한다. 도 5를 보면, 개구에 본딩매개체(51)를 개구(43)에 삽입하여 본딩을 수행하고 본딩이 완료되면 전기도금층(33)을 금속기판(31)과 분리한다. 이렇게 하여 섀도우 마스크를 완성한다.

따라서, 본 발명의 섀도우 마스크는 대면적의 기판상에 복수개의 소자를 제작할 때 마스크의 열변형에 수반하는 변형을 방지할 수 있어 마스크의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 프레임의 두께가 얇으므로 마스크 전체의 두께를 줄이는 것이 가능하며 정밀한 패턴을 형성 할 수 있다. 따라서, 섀도우 마스크의 안정성이 개선되어 수율 및 양산성의 향상을 도모할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (10)

1. 다수의 소자를 제조하기 위한 대면적의 섀도우 마스크에 있어서,

   전주도금층을 포함하는 복수개의 패턴부;

   상기 복수개의 패턴부 각각의 전주도금층의 외각을 지지하도록 식각되며, 상기 전주도금층의 외각에 맞닿도록 형성된 개구를 갖는 프레임; 및

   상기 개구에 삽입되어 상기 패턴부의 외각에 프레임이 본딩되도록 하는 본딩체를 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전주도금층의 두께는 5㎛ ~ 50㎛ 인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 프레임의 두께는 0.03mm ~ 0.15mm인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 개구는 전주도금층쪽으로 점차로 커지는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
5. 다수의 소자를 제조하기 위한 대면적의 섀도우 마스크제조방법에 있어서,

   기판상에 전주도금층이 생성된 복수개의 패턴부를 형성하는 제 1단계;

   상기 형성된 패턴부에 대응하도록 패턴부를 지지하기 위한 개구를 갖는 프레임을 형성하는 제 2단계;

   상기 프레임의 개구에 본딩매개체를 삽입하여 패턴부와 본딩하는 제 3단계 및

   상기 본딩이 완료되면 패턴부의 기판을 제거시키는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제 1단계는 기판위에 절연체층을 형성하는 과정과 절연체층 이외의 부분에 전주도금층을 형성하는 과정 및 상기 절연체층을 제거하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 제조방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제 2단계는 프레임기판의 양면에 마스킹재료로 코팅하여 코팅층을 형성하는 과정 및 상기 코팅층이 형성된 프레임기판을 개구를 형성하도록 에칭하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 제조방법.
8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 개구는 전주도금층쪽으로 점차로 커지는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 제조방법.
9. 제 5항에 있어서,

   상기 전주도금층의 두께는 5㎛ ~ 50㎛ 인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 제조방법.
10. 제 5항에 있어서,

    상기 프레임의 두께는 0.03mm ~ 0.15mm인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 제조방법.

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