KR100757574B1

KR100757574B1 - 유기전계 발광소자용 마스크

Info

Publication number: KR100757574B1
Application number: KR1020010056817A
Authority: KR
Inventors: 윤주섭
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2007-09-10
Also published as: KR20030027168A

Abstract

본 발명은 마스크의 슬롯 형상을 변경하여 휘도 및 스트레칭 특성을 향상시킬 수 있도록 한 유기전계 발광소자용 마스크에 관한 것이다.

본 발명은 유입되는 유기물질이 통과하도록 일정한 간격으로 형성되는 슬롯들과, 인접한 상기 슬롯들을 연결하는 슬릿을 구비하고, 상기 슬릿은 상기 슬롯의 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.

이로 인해, 긴 스트라이프 형태의 슬롯이 형성되어 패터닝되는 발광 유기물질의 면적이 증가되어 휘도가 향상된다. 또한, 메탈 마스크의 슬롯이 긴 스트라이프 형태이기 때문에 가공이 용이하여 제조비용을 절감시킬 수 있다.

Description

유기전계 발광소자용 마스크{MASK FOR ORGANIC ELECTRO-LUMINESCENCES DEVICE}

도 1은 종래의 유기전계 발광소자를 나타내는 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 발광 유기물질을 증착하기 위한 진공 증착장치를 나타내는 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 메탈 마스크에 가해지는 장력을 나타내는 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 발광 유기물질을 증착하기 위한 진공 증착장치를 나타내는 사시도.

도 5a는 본 발명에 따른 메탈 마스크를 제작하기 전인 슬롯 마스크를 나타내는 평면도.

도 5b는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 메탈 마스크를 나타내는 평면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1, 31 : 유리기판 2, 32 : 애노드전극

3 : 절연막 4 : 정공관련층

5 : 발광층 6 : 전자관련층

7 : 캐소드전극 8 : 게터

9 : 패킹징판 10 : 씨일제

11 : 반 투성막 12, 22 : 가열용기

13, 23 : 메탈 마스크 14, 24 : 슬롯

15, 35 : 진공챔버 17, 37 : 마스크 홀더

18, 38 : 저항 20, 30 : 발광 유기물질

24" : 슬릿

본 발명은 유기전계 발광소자용 마스크에 관한 것으로, 특히 마스크의 슬롯 형상을 변경하여 휘도 및 스트레칭 특성을 향상시킬 수 있도록 한 유기전계 발광소자용 마스크에 관한 것이다.

최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : FED) 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 PDP"라 함) 및 일렉트로미네센스(Electro-luminescence : 이하 "EL"이라 함) 표시 장치 등이 있다. 이와 같은 평판표시장치의 표시품질을 높이고 대화면화를 시도하는 연구들이 활발히 진행되고 있다.

이들 중 PDP는 구조와 제조공정이 단순하기 때문에 경박 단소하면서도 대화면화에 가장 유리한 표시장치로 주목받고 있지만 발광효율과 휘도가 낮고 소비전력이 큰 단점이 있다. 이에 비하여, 스위칭 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)가 적용된 액티브 매트릭스 LCD는 반도체공정을 이용하기 때문에 대화면화에 어려움이 있지만 노트북 컴퓨터의 표시소자로 주로 이용되면서 수요가 늘고 있다. 그러나 LCD는 대면적화가 어렵고 백라잇 유닛으로 인하여 소비전력이 큰 단점이 있다. 또한, LCD는 편광필터, 프리즘시트, 확산판 등의 광학소자들에 의해 광손실이 많고 시야각이 좁은 특성이 있다.

이에 비하여, EL 표시소자는 발광층의 재료에 따라 무기 EL과 유기 EL로 대별되며 스스로 발광하는 자발광소자로서 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.

유기 EL 소자는 도 1과 같이 유리기판(1) 상에 투명전극 패턴으로 애노드전극(2)을 형성하고, 그 위에 절연막(3), 정공관련층(4), 발광층((Emitting Layer : EMI, 5), 전자관련층(6)이 적층된다. 전자관련층(6) 상에는 금속전극으로 캐소드전극(7)이 형성된다.

애노드전극(2)은 유리기판(1) 위에 ITO, IZO, ITZO 등의 물질을 사진식각법(Photolithgraphy)에 의해 차례로 형성된다. 정공관련층(4)에는 애노드전극(2) 상에 정공주입층(Hole Injection Layer), 정공운송층(Hole Transport Layer)이 순차적으로 형성된다. 발광층(5)은 빛을 내는 기능을 하지만 주로 전자 혹은 정공을 운반하는 기능도 함께 하는 것이 대부분이다. 전자관련층(6)에는 전자운송층(Electron Transport Layer), 전자주입층(Electron Injection Layer)이 발광층(5) 상에 순차적으로 적층된다.

정공관련층(4), 발광층(5) 및 전자관련층(6)은 저분자 화합물인 경우에는 진공증착에 의해 형성되며, 고분자 화합물의 경우에는 스핀 코팅(Spin Coating) 또는 잉크젯 프린팅 방식 등에 의해 형성된다.

캐소드전극(7)은 반사율이 높은 Al, Ag 등이 쓰일 수 있으나 많은 경우 알루미늄(Al)과 같은 금속이 이용된다.

이와 같은, 유기 EL소자의 발광층(5)은 대기 중의 수분 및 산소에 쉽게 열화 되는 특성으로 인하여 인캡슐레이션(Encapsulation) 방법에 따라 에폭시 수지와 같은 씨일제(10)를 사이에 두고 애노드전극(2)과 패키징판(9)이 합착된다.

패킹징판(9)은 유리, 플라스틱, 캐니스터(Canister) 등을 재료로 하여 형성된다. 이 패킹징판(9)의 배면 중앙부에는 수분 및 산소를 흡수하기 위한 게터(Getter;8)가 충진될 수 있도록 오목한 내부공간 형성되고, 이 내부공간에는 BaO, CaO 등의 흡습제인 게터(8)가 충진된다. 또한, 흡습제인 게터(8)가 발광층(5)에 떨어지는 것을 방지하기 위하여 패킹징판(9)의 배면에는 수분 및 산소 등이 드나들도록 반투성막(11)이 부착된다. 반투성막(11)은 테프론, 폴리에스테르, 종이 등의 재료가 이용된다.

이와 같은 종래의 유기 EL 소자는 애노드전극(2) 및 캐소드전극(7)에 구동전 압 및 전류가 인가되면 정공주입층 내의 정공과 전자주입층 내의 전자는 각각 발광층(5) 쪽으로 진행하여 발광층(5) 내의 형광물질을 여기 시키게 된다. 이렇게 발광층(5)으로부터 발생되는 가시광은 투명한 애노드전극(2)을 통해 밖으로 빠져 나오는 원리로 화상 또는 영상을 표시하게 된다.

도 2는 유리기판(1)에 형성된 애노드전극(2) 상에 발광 유기물질을 증착하기 위한 진공 증착장치를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 종래의 저항 가열법에 의한 진공증착장치는 진공챔버(15)와, 진공챔버(15) 내부에 설치되며 내부에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 유기물질(20)이 담긴 가열용기(12)와, 투명한 애노드전극(2)이 형성된 유리기판(1)과, 가열용기(12)와 유리기판(1) 사이에 거리차를 두고 대면되게 설치되는 메탈 마스크(13)를 구비한다.

진공챔버(15)는 외부로부터 이물질이 유입되지 않도록 진공된 상태가 되고, 내부의 압력이 조절된다.

가열용기(12)는 진공챔버(15)의 저면에 각각의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 유기물질이 수용된 복수개가 소정간격 이격되어 순차적으로 설치될 수 있다. 이러한, 각각의 가열용기(12)는 상부쪽에 개구부가 있고, 이 개구부에 각각의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 유기물질(20)을 수용하게 된다.

또한, 가열용기(12)에는 수용된 발광 유기물질(20)을 승화시키기 위한 저항(18)이 감싸여진다. 이 저항(18)은 흐르는 전압에 의해 가열용기(12)를 가열하게 된다.

유리기판(1)에는 투명한 전극인 애노드전극(2)이 형성되어 있다. 메탈 마스크(13)는 애노드전극(2) 상에 일정한 패턴으로 발광 유기물질(20)이 증착되도록 하는 역할을 한다. 이 메탈 마스크(13)에는 장방형 슬롯(14)이 일정한 간격으로 배열되어 형성된다.

이와 같은 발광 유기물질 증착장치의 증착공정을 설명하면, 발광 유기물질 증착장치는 진공챔버(15) 내에 설치된 가열용기(12)를 저항(18)에 의해 가열하게 된다. 이는 가열용기(12)에 수용된 발광 유기물질(20)은 상온에서는 증발되지 않고 일정한 온도 대략 200℃에서 증발한다.

이에 따라, 가열된 가열용기(12)에서 증발되는 발광 유가물질(20)이 분자 또는 원자 상태로 증발되고, 유리기판(1)과 가열용기(12) 사이에 메탈 마스크(13)의 슬롯(14)을 통과한 발광 유기물질(20)만이 상대적으로 온도가 낮은 유리기판(1)의 애노드전극(2) 상에 증착된다.

이와 같은 증착 공정 중 발광 유기물질(20)을 증발시키기 위하여 진공챔버(15) 내에서 가열용기(12)를 가열하게 되는데, 이 가열되는 열에 의한 복사에너지가 메탈 마스크(13)에 전달되어 메탈 마스크(13)의 온도가 증가하게 된다. 증가하는 메탈 마스크(13)의 온도로 인해 메탈 마스크(13)가 열팽창하게 되고, 이 열팽창에 의해 메탈 마스크(13)가 하방으로 처지는 문제점이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 메탈 마스크(13)에는 도 3과 같이 스트레칭(Stretching)하여 장력을 인가한 상태에서 마스크 홀더(17)를 이용하여 고정한다. 즉, 메탈 마스크(13)에 소정 깊이로 물리게 되어 도시하지 않은 장치에 의해 소정의 장력이 인가된 상태에서 마스크 홀더(17)에 고정된다. 메탈 마스크(13)에 가해지는 장력은 마스크 홀더(17)에 물리지 않은 쪽에 가해지게 된다.

이와 같은 메탈 마스크(13)는 슬롯(14)과 슬롯(14) 사이의 간격이 미세할 뿐만 아니라 슬롯(14)의 크기에 비례하여 길이가 길어짐에 따른 처짐현상으로 인해 보관시나 운반시에 취급이 불편한 문제점이 있다.

이에 따라, 애노드전극(2) 상에 형성되는 발광 유기물질(10)이 설계된 패턴대로 증착되지 않아 패턴불량이 발생하게 된다. 따라서, 패턴불량으로 인해 유기발광소자의 휘도가 저하되는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 마스크의 슬롯 형상을 변경하여 휘도 및 스트레칭 특성을 향상시킬 수 있도록 한 유기전계 발광소자용 마스크를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 마스크는 유입되는 유기물질이 통과하도록 일정한 간격으로 형성되는 슬롯들과, 인접한 상기 슬롯들을 연결하는 슬릿을 구비하고, 상기 슬릿은 상기 슬롯의 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.

상기 슬릿의 폭은 상기 슬롯의 폭대비 20% ~ 80%의 범위인 것을 특징으로 한다.

상기 마스크는 인접한 상기 슬롯들 사이에 슬릿들이 형성되어 긴 스트라이프 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예의 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 4 내지 도 5b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 하기로 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 진공 증착장치는 진공챔버(35)와, 진공챔버(35) 내부에 저면에 설치되며 내부에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 유기물질(30)이 담긴 가열용기(22)와, 투명한 애노드전극(32)이 형성된 유리기판(31)과, 가열용기(22)와 유리기판(31) 사이에 거리차를 두고 대면되게 설치되는 메탈 마스크(23)를 구비한다.

진공챔버(35)는 외부로부터 이물질이 유입되지 않도록 진공된 상태가 되고, 내부의 압력이 조절된다.

가열용기(22)는 진공챔버(35)의 저면에 각각의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 유기물질이 수용된 복수개가 소정간격 이격되어 순차적으로 설치될 수 있다. 이러한, 각각의 가열용기(22)는 상부쪽에 개구부가 있으며, 이 개구부를 통해 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 유기물질(30)이 증발하게 된다.

또한, 가열용기(22)는 수용된 발광 유기물질(30)을 승화시키기 위하여 전력공급원과 연결된 저항(38)에 의해 감싸여진다. 가열용기(22)는 저항(38)으로부터 인가되는 전압에 의해 가열되어 수용된 유기물질(30)을 승화시키게 된다.

유리기판(31)에는 상술한 바와 같은 전자 빔 증착, 스퍼터링 증착, 화학 반응법 등에 의해 애노드전극(32)이 형성되어 있다.

메탈 마스크(23)는 애노드전극(32) 상에 일정한 패턴으로 발광 유기물질(30)이 증착되도록 하는 역할을 한다. 이를 위해 스테인레스 철, 구리 합금, 니켈 합금, 알루미늄 합금 등의 금속 재료, 공지된 수지 재료, 폴리비닐계, 폴리이미드계, 폴리스티렌계, 아크릴계, 노르볼락계, 실리콘계 등의 폴리머에 감광성을 부여한 감광성 수지 등의 재료로 제작된다.

도 5a는 본 발명에 따른 메탈 마스크(23)을 형성되기 이전을 나타내는 평면도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 메탈 마스크(23)를 나타내는 평면도이다.

우선 메탈 마스크(23)는 장방형의 작은 슬롯(24')들이 일정한 간격으로 형성된다. 그런 다음, 인접한 슬롯들(24') 사이를 연결하는 슬릿(Slit; 24")을 형성함으로써, 도 5b와 같은 본 발명에 따른 메탈 마스크(23)가 제작된다.

도 5b를 참조하면, 메탈 마스크(23)는 장방형의 작은 슬롯들(24')들이 일정한 간격으로 형성되고, 인접하는 슬롯들(24')들 사이에 슬릿(24")의 중앙부가 제거되어 병합됨에 따라 세로 방향으로 서로 다른 크기의 긴 스트라이프 형태가 된다.

슬릿(24")의 중앙부는 슬롯(24')의 폭대비 20% ~ 80% 정도가 제거되도록 한다. 슬릿(24")이 폭을 슬롯(24')의 폭대비 20% ~ 80% 정도로 한정하는 이유는 상기 범위에서의 휘도가 가장 높게 나타났기 때문이다.

이와 같이, 메탈 마스크(23)의 슬롯들(24)과 슬릿(24")의 구멍이 서로 다른 크기를 갖도록 슬릿(24")의 중앙부를 제거하여 긴 슬롯(24)을 형성함으로써, 유리 기판에 증착되는 유기물질의 수직피치가 커지게 된다. 이에 따라, 화면상에서 표출되는 밝은 부분과 어두운부분 간의 간격이 벌어지게 되면서 명암의 차이를 명확하게 하여 화상의 선명도를 높일 수 있다.

이와 같이, 긴 스트라이프 형태의 슬롯(24)이 형성된 메탈 마스크(23)는 유리기판(31) 상에 형성된 애노드전극(32)의 파괴를 막기 위해 일정 간격을 유지하고, 가열용기(22)에서 발광 유기물질이 증발될 때 원뿔각을 이룬 형태의 직선 운동을 하기 때문에 메탈 마스크(23)에 가려서 증착이 안되는 곳이 생기는데 메탈 마스크(23)와 유리기판(31)의 간격이 커지면 이런 현상도 커지게 된다. 이에 따라, 메탈 마스크(23)는 두께가 매우 얇은 것을 사용하게 된다.

이와 같은 발광 유기물질 증착장치의 증착공정을 설명하면, 발광 유기물질 증착장치는 진공챔버(35) 내에 설치된 가열용기(22)을 저항에 의해 가열하게 된다. 이는 가열용기(22)에 수용된 발광 유기물질(30)은 상온에서는 증발되지 않고 일정한 온도 대략 200℃에서 증발한다.

이에 따라, 가열된 가열용기(22)에서 증발되는 발광 유가물질(30)이 분자 또는 원자 상태로 증발되고, 유리기판(31)과 가열용기(22) 사이에 메탈 마스크(23)에 형성된 슬롯(24)을 통과한 발광 유기물질(30)만이 상대적으로 온도가 낮은 유리기판(31)의 애노드전극(32) 상에 증착된다.

이와 같은 증착 공정 중 발광 유기물질(30)을 증발시키기 위하여 진공챔버(35) 내에서 가열용기(22)를 가열하게 되는데, 이 가열되는 열에 의한 복사에너지가 메탈 마스크(23)에 전달되어 메탈 마스크(23)의 온도가 증가하게 된다. 증가하는 메탈 마스크(23)의 온도로 인해 메탈 마스크(23)가 열팽창하게 되고, 이 열팽창에 의해 메탈 마스크(23)가 하방으로 처지는 문제점이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 메탈 마스크(23)에는 장력이 인가된 상태에서 마스크 홀더(37)에 고정된다. 즉, 메탈 마스크(23)에 소정 깊이로 물리게 되어 도시하지 않은 장치에 의해 소정의 장력이 인가된 상태에서 마스크 홀더(37)에 고정된다. 메탈 마스크(23)에 가해지는 장력은 스트라이프 형태의 슬롯(24)의 방향으로 가해지게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 마스크의 각 슬롯(24)은 세로 방향으로 인접하는 슬롯(24')들 사이의 슬릿(24")을 제거하여 복수개의 슬롯(24)이 연통되는 긴 스트라이프 형태로 형성된다. 이에 따라, 메탈 마스크(23)에 가해지는 장력에 대한 스트레칭 작업이 용이하게 된다. 또한, 슬롯(24)의 수직 피치(Pitch)가 증가되어 유리기판(31)의 애노드전극(32) 상에 증착되기 때문에 화면상에 표출되는 밝은 분분과 어두운 부분과의 간격이 증가하게 된다. 이에 따라 명암의 차이가 명확하게 되어 화상의 선명도가 높아지게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 마스크는 메탈마스크에 형성된 인접한 슬롯들을 연결하는 슬릿을 형성함으로써, 긴 스트라이프 형태의 슬롯이 형성되어 패터닝되는 발광 유기물질의 면적이 증가되어 휘도가 향상된다. 또한, 메탈 마스크의 슬롯이 긴 스트라이프 형태이기 때문에 가공이 용이하여 제조비용을 절감시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims

유입되는 유기물질이 통과하도록 일정한 간격으로 형성되는 슬롯들과,

인접한 상기 슬롯들을 연결하는 슬릿을 구비하고,

상기 슬릿은 상기 슬롯의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 마스크.
제 1 항에 있어서,

상기 슬릿의 폭은 상기 슬롯의 폭대비 20% ~ 80%의 범위인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 마스크.
제 1 항에 있어서,

상기 마스크는 인접한 상기 슬롯들 사이에 슬릿들이 형성되어 긴 스트라이프 형태인 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자용 마스크.