KR100905060B1 - 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판이 오염 및 손상되거나, 분리벽이 손상되는 것이 방지되도록 구조가 개선된 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 제1전극 및 제1전극과 교차하는 분리벽이 상측에 순차적으로 형성된 기판 상에 배치되는 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크에 있어서,

마스크는 증착공들이 형성된 활동영역, 및 증착공들이 형성되지 않은 비활동영역을 구비하며, 증착공들이 형성된 활동영역의 하부에는 분리벽으로부터 이격되도록 인입된 인입부가 형성된 것을 특징으로 하는 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크를 제공한다.

Description

유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크{Mask for organic electro luminescence device}

도 1은 종래의 통상적인 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크를 도시한 사시도이고,

도 2는 도 1의 활동영역에서 진공 증착시의 마스크, 및 기판의 배치를 도시한 사시도이고,

도 3a는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크 및 기판의 증착 구조를 도시한 단면도이고,

도 3b는 도 3a에 도시된 마스크 및 기판의 배치의 변형예를 도시한 단면도이고,

도 4는 본 실시예에 따른 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크를 개략적으로 도시한 사시도이고,

도 5a는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크 및 기판의 증착 구조를 도시한 단면도이고,

도 5b는 도 5a에 도시된 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크 및 기판의 증착 구조의 변형예를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 기판 20: 제1전극

21:제1전극 상면 25: 분리벽

26: 분리벽 상면 30: 발광층

150,250: 마스크 151,251: 증착공

155,255: 인입부 155b,255b: 인입부 하면

156,256: 마스크 지지부 156b,256b: 마스크지지부 하면

A: 활동영역 P: 비활동영역

L:활동영역 하면과 비활동영역 하면 간 높이차

L1: 제1전극 상면부터 분리벽 상면까지의 높이

L2: 격벽상면과 활동영역 하면의 이격거리

본 발명은 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크에 관한 것으로서, 더더욱 상세하게는 발광층 또는 제2전극의 증착 시에 기판이 오염 또는 손상되거나, 분리벽이 손상되는 것을 방지하도록 구조가 개선된 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크에 관한 것이다.

유기 전계 발광 소자는 자발 발광형 표시 소자로서, 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 표시 소자로서 주목을 받고 있다.

이러한 유기 전계 발광소자에는 투명한 절연기판 상에 일정한 패턴으로 형성된 제1전극들과, 이 제1전극들 상에 형성된 유기체로 이루어진 발광층, 및 상기 발광층의 상면에서 상기 제1전극과 교차하도록 형성된 제2전극들이 형성된다.

통상 제1전극은 에노드(anode)이고, 제2전극은 캐소우드(cathode)로서, 상기 제1전극은 통상 ITO(indium tin oxide)로 이루어지는데, 상기 제1전극은 통상 포토리소그래피(photolithograpy)법에 의하여 습식 식각되어 패턴화된다.

그런데, 상기와 같은 포토리소그래피법은 발광층을 형성하기 전 단계에서는 사용이 가능하나, 발광층을 형성하는 단계 및 발광층 형성 후의 단계에서는 사용되기 어렵다. 왜냐하면, 유기물로 구성된 발광층은 수분에 매우 취약하여서, 발광층 형성 공정 및 발광층 형성 후 공정에서, 상기 발광층이 수분으로부터 철저히 격리되어야 하는데, 상기 포토리소그래피법에 의할 경우, 레지스트 박리 과정과 식각 과정에서 수분에 노출되기 때문이다.

따라서, 발광층 또는 제2전극은 통상적으로 진공증착법에 의하여 패터닝된다. 즉, 발광층 형성재료 또는 제2전극 형성재료가 진공챔버 내에서 일정한 패턴을 가진 증착공이 형성된 마스크를 관통하여 기판 상에 증착됨으로써 패터닝된다.

도 1은 종래에 통상적으로 사용되는 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크(이하, 마스크)(50)를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마스크(50)는 평평한 형상을 하며, 증착공(51)들이 형성되는 활동영역(active area)(A)과 상기 증착공들이 형성되지 않은 비활동영역(passive area)(P)을 구비한다. 이 경우, 상기 증착공(51)들은 상기 제2전극(미도시)들과 동일한 패턴으로 형성된다.

도 2는 활동영역(A)에서, 상기와 같은 구조를 가진 마스크 및 상기 마스크에 대응되는 기판들이 발광층의 증착 시에 배치되는 증착구조를 나타낸다. 도 2에는, 풀 칼라 유기 전계 소자 중 적색, 녹색, 청색의 각 화소를 기판 상에 각각 독립적으로 증착시키는 삼색 독립 증착 방식에 사용되는 마스크가 적용된다. 도면을 참조하면, 제1전극(20) 및 분리벽(25)이 형성된 기판(10)에 적색, 녹색, 및 청색의 발광층을 증착하기 위해서 진공챔버(미도시)의 내부에 유기막 증착 용기(crucible)(60), 마스크(50), 마그네트 유니트(미도시)가 배치된다. 즉, 도면을 기준으로, 유기막 증착 용기(60)의 하측에, 증착공(51)들이 형성된 마스크(50)가 배치되고, 상기 마스크(50) 하측에, 발광층이 형성될 기판(10)이 배치된다. 기판 상에는 제1전극(20) 및 분리벽(25)가 순차적으로 형성되어 있다. 상기 기판(10)을 기준으로 상기 유기막 증착 용기(60)의 반대편에는 상기 마스크(50)를 기판(10)에 밀착시키기 위하여 마그네트 유니트(미도시)가 배치될 수 있다.

상기와 같은 구조를 가진 증착수단에 의하여, 상기 유기막 증착용기(60) 내에 담겨있던 발광층 형성물질이 증발되면서 상기 마스크(50)에 형성된 증착공(51)들을 통과하여 상기 기판(10)에 증착됨으로써, 발광층이 일정한 패턴으로 형성된다.

도 2의 증착 수단에 의하여 발광층이 기판에 증착될 때의 기판 구조 및 기판과 마스크의 배치상태가 도 3a에 도시되어 있다. 도 3a를 참조하면, 통상 투명유리재료로 제작된 기판(10)의 상측에는 제1전극(20) 및 분리벽(25)이 형성된다. 즉, 기판(10) 상면에 제1전극(20)들이 일정한 패턴으로 형성되고, 그 후에 상기 제1전극(20)과 교차하도록 형성되는 복수의 분리벽(cathode separator)(25)들이 배치된다. 상기 분리벽(25)이 형성되기 전에 버퍼층(미도시)이 형성될 수도 있다.

상기 분리벽(25)의 상부에는 마스크(50)가 배치되는데, 상기 마스크 하면(52)은 분리벽(25)과 접한다. 상기 마스크(50) 중 활동영역(A)에는 증착공(51)들이 형성되며, 이 증착공(51)을 통하여 적색, 녹색, 청색 발광체가 상기 기판(10) 상에 형성된다. 상기 기판(10) 상의 적 발광셀 영역(R), 녹 발광셀 영역(G), 청 발광셀 영역(B)에 각각 적색, 녹색, 청색의 발광체가 모두 형성된 후에 상기 마스크(50)가 제거되고, 제2전극(미도시)이 형성된다.

그런데, 상기와 같은 증착구조를 가진 종래의 풀칼라 유기 전계 소자에서는, 마스크(50)가 상기 분리벽(25)과 접촉된 상태에서, 발광층(30)이 기판(10)에 증착됨으로 인하여, 마스크(50)에 발생한 오염이 발광층(30)을 통하여 기판(10)으로 전이되어서 기판이 오염된다는 문제점이 있다. 특히 마스크가 쉽게 오염되는 금속재질로 이루어지고, 상기 발광층이 점성을 가짐으로써, 상기 오염이 더욱 쉽게 전이된다.

또한 기판(10) 및 마스크(50)가 진공챔버 내에 설치될 때에 발생하는 마스크의 진동으로 인하여 마스크가 분리벽과 충돌되고, 이로 인하여 분리벽이 손상된다는 문제점이 있다.

한편 삼색 독립 증착 방식을 이용하는 유기 전계 소자와 달리, 도 3b에 도시된 바와 같이 기판(10) 상에 일정한 패턴을 가지는 제1전극(20), 및 제1전극들을 매립하는 발광층(30)이 순차적으로 형성된 후, 제2전극 형성물질이 마스크(50)의 증착공(51)들을 관통함으로써, 일정한 패턴을 가진 제2전극(40)들이 상기 발광층(30) 상에 형성될 수 있다. 여기서, 제2전극(40)들을 기판 상에 증착시키기 위한 진공챔버 내에서의 유기막 증착 용기(60), 및 마그네트 유니트(미도시)의 배치는 도 2와 동일하다.

그런데 이 경우에도, 마스크의 하면(52)이 발광층(30)과 접촉된 상태에서 제2전극(40)들이 증착됨으로 인하여, 마스크에 발생한 오염이 기판(10)으로 전이되어 기판이 오염된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점 등을 포함하여 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발광층 또는 제2전극이 기판에 증착되는 공정 시에 분리벽이 손상되거나 기판이 오염되는 것이 방지되도록 구조가 개선된 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은:

제1전극 및 상기 제1전극과 교차하는 분리벽이 상측에 순차적으로 형성된 기판 상에 배치되는 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크에 있어서,

상기 마스크는 증착공들이 형성된 활동영역과 증착공들이 형성되지 않은 비활동영역을 구비하며, 증착공들이 형성된 상기 활동영역의 하부에는 상기 분리벽으로부터 이격되도록 인입된 인입부가 형성된 것을 특징으로 하는 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크를 제공한다.

상기 비활동영역에는 상기 제1전극에 의하여 지지되는 마스크 지지부가 형성된 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 인입부 하면과 마스크 지지부 하면간의 높이차는, 상기 제1전극의 상면으로부터 상기 분리벽 상면까지의 높이에 1㎛ 내지 50㎛를 더한 값을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면,

제1전극 및 발광층이 상측에 순차적으로 형성된 기판 상에 배치되는 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크에 있어서,

상기 마스크는 증착공들이 형성된 활동영역과 증착공들이 형성되지 않은 비활동영역을 구비하며, 증착공들이 형성된 상기 활동영역의 하부에는 상기 발광층으로부터 이격되도록 인입된 인입부가 형성된 것을 특징으로 하는 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크가 제공된다.

여기서, 상기 비활동영역에는 상기 발광층에 의하여 지지되는 마스크 지지부가 형성된 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 인입부 하면과 마스크 지지부 하면간의 높이차는 1㎛ 내지 50㎛ 인 것이 바람직하다.

이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 여기서 도1 내지 도 3b와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 마스크(150)는 증착공(151)들이 형성되어 하나의 소자에 대응하는 활동영역(A), 및 증착공(151)들이 형성되지 않은 비활동영역(P)을 구비한다. 상기 활동영역(A)의 하부에는 인입부(155)가 형성된다. 도 4에서는 설명의 편의를 위하여 마스크가 상면(U)과 하면(L)이 뒤집어진 상태로 도시되어 있다. 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크(이하, 마스크)(150)는, 적색, 녹색, 청색의 각 화소를 기판 상에 독립 증착시키는 삼색 독립 증착 방식을 이용한 풀 컬러 유기 전자 발광 소자 제작 시에 사용된다.

도 5a를 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 마스크의 구조 및 작용을 상세히 설명하면, 발광층(30) 증착시의 마스크(150)는 기판(10) 상부에 배치된다. 이 때, 상기 기판(10)은 상측에 통상 에노드(anode)인 제1전극(20) 및 상기 제1전극(20)과 교차하는 방향으로 형성되는 분리벽(25)이 순차적으로 배치된다. 상기 분리벽(25) 하면에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 마스크(150)는 적 발광셀 영역(R)에만 증착공(151)이 형성된 레드발광체용 마스크, 녹 발광셀 영역(G)에만 증착공(151)이 형성된 그린발광체용 마스크, 및 청 발광셀 영역(B)에만 증착공(151)이 형성된 블루발광체용 마스크가 순차적으로 교체되며 설치되어 적색, 녹색, 청색 발광체(30)가 증착되거나, 하나의 마스크에 형성된 증착공들이 적 발광셀 영역(R), 녹 발광셀 영역(G), 청 발광셀 영역(B)으로 순차적으로 이동되며 발광층(30)이 정착될 수 있다. 상기 발광층(30)은 제1전극(20) 상에 형성되는 정공 주입층(hole injecting layer ; HIL) 또는 정공수송층(hole transporting layer ; HTL)과, 정공 주입층 또는 정공 수송층 위에 형성되는 유기발광층과, 유기발광층 위에 형성되는 전자수송층(electron transporting layer ; ETL) 또는 전자 주입층(electron injecting layer ; EIL)으로 이루어진다. 상기 제1전극(10) 상에 정공 주입층과 정공 수송층을 연속적으로 형성할 수 있으며, 유기 발광층위에 전자 수송층과 전자 주입층을 연속적으로 형성할 수도 있다.

상기 발광층(30)이 정착된 후, 상기 마스크(150)가 제외된 상태에서 통상 캐소우드(cathode)인 제2전극(미도시)이 상기 기판(10)에 증착된다.

상기 마스크(150) 중 단위 소자에 대응하는 활동영역(A)의 하부에는 상기 분리벽(25)과 이격되도록 인입된 인입부(155)가 형성된다. 이 경우, 상기 인입부(155)는 마스크를 전부 에칭하지 않고, 일정부분까지만 에칭하는 중간 에칭(half etching)함으로써 형성될 수 있다.

상기 마스크(150)가 상기 분리벽 상면(26)과 접촉하지 않도록 이격되어 형성됨으로써, 통상 니켈 등의 금속재료로 제작된 마스크(150)에서 발생되는 오염이 직접적으로 기판(10) 쪽으로 전이되지 않아서 기판의 오염이 방지된다. 또한 마스크와 기판 설치 시에 발생하는 마스크(150)의 진동이 발생하더라도, 상기 분리벽 상면(26)이 인입부 하면(155b)과 이격됨으로써, 상기 분리벽(25)과 마스크(150)가 상호 충돌되지 않게 되어, 결과적으로 분리벽이 손상되지 않게 된다.

이 경우, 상기 비활동영역(P)에는 상기 제1전극(20)에 의하여 지지되는 마스크 지지부(156)가 형성되는 것이 바람직한데, 이로 인하여 마스크 자체의 강성이 증대되고 자중에 의한 마스크의 처짐이 방지됨으로써, 마스크(150)와 분리벽(25)간 이 일정하게 이격되어, 정확한 위치에 발광층(30)이 증착되기 때문이다.

한편, 상기 인입부의 하면(155b)과 마스크 지지부의 하면(156b) 간의 높이차(L)는, 상기 제1전극의 상면(21)으로부터 상기 분리벽의 상면(26)까지의 높이(L1)에 1㎛ 내지 50㎛를 더한 값을 가지는 것이 바람직하다. 다시 말해서 상기 분리벽의 상면(26)과 인입부 하면(155b)까지의 이격거리(L2)가 1㎛ 내지 50㎛ 인 것이 바람직하다. 이는 상기 분리벽의 상면(26)과 인입부 하면까지의 이격거리(L2)가 1㎛ 보다 작을 경우에는 마스크(150) 및 기판(10)가 진공챔버에 설치될 때, 마스크(150)가 진동됨으로 인하여, 상기 마스크(150)가 상기 분리벽 상면(26)과 충돌되어 분리벽이 손상되고, 상기 분리벽 상면(26)과 인입부 하면(155b)까지의 이격거리(L2)가 50㎛ 이상의 경우에는 증착되는 발광층의 일부가 다른 컬러 영역을 가진 이웃 발광셀에도 증착되어, 이웃 발광셀에 영향을 미치는 쉐도우 현상(shadow phenomenon)이 발생하기 때문이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크(250)가 도 5b에 도시되어 있다. 이 경우의 마스크(250)는 삼색 독립 증착 방식이 아닌 청색 발광을 발광원으로 하여 색변환층을 광취출면에 설치하는 색변환 방식(CCM 방식)이나 백색 발광을 발광원으로 하여 컬러 필터를 사용하는 컬러 필터 방식 등에서 채택될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크(250)는 증착공(251)이 형성된 활동영역(A) 및 증착공(251)이 형성되지 않은 비활동영역(P)으로 구분된다. 상기 마스크 하측에는 기판이 배치된다. 상기 기판의 상면에는 제1전극(220)들이 일정 패턴, 예를 들면 줄무늬타입(stripe type)패턴으로 형성된다. 상기 제1전극(220)들은 발광층(230)에 의하여 매립된다. 상기 발광층(230)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광층(30)과 동일하게, 제1전극(220) 상에 형성되는 정공 주입층 또는 정공수송층과, 정공 주입층 또는 정공 수송층 위에 형성되는 유기발광층과, 유기발광층 위에 형성되는 전자수송층 또는 전자 주입층으로 이루어진다. 상기 제1전극(220) 상에 정공 주입층과 정공 수송층을 연속적으로 형성할 수 있으며, 유기 발광층위에 전자 수송층과 전자 주입층을 연속적으로 형성할 수도 있다. 상기 기판에 제1전극(220) 및 발광층(230)이 형성된 후, 마스크(250)가 설치된 상태에서 제2전극(240)이 증착된다. 이 경우 마스크 중 활동영역(A)에는 증착공(251)들이 형성되며, 비활동영역(P)에는 증착공(251)들이 형성되지 않는다.

상기 활동영역에는 상기 발광층(230)으로부터 이격되도록 인입된 인입부(255)가 형성된다. 따라서, 상기 인입부(255)가 상기 발광층의 상면(231)과 접촉되지 않도록 이격된 상태에서 제2전극(240)이 증착됨으로써, 통상 금속으로 제작된 마스크에서 발생하는 오염이 직접 발광층으로 전이되지 않음으로써, 발광층이 오염되지 않는다. 이와 더불어 마스크(250) 및 발광층이 형성된 기판(10)이 진공챔버에 설치될 때, 마스크가 진동됨으로 인하여, 발광층이 파손되는 것이 방지될 수 있다.

상기 비활동영역(P)에는 상기 발광층(230)에 의하여 지지되는 마스크 지지부(256)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 마스크 지지부(256)는 발광층(230)과 접하도록 형성되는 것이 바람직한데, 이로 인하여 마스크(256) 자체의 강성이 향상되며, 마스크(256) 자체의 중력에 의하여 마스크(256)가 처지는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

이 경우 상기 인입부의 하면(255b)과 마스크 지지부의 하면(256b) 간의 높이차(L)는 1㎛ 내지 50㎛인 것이 바람직한데, 상기 높이차(L)가 1㎛ 보다 작을 경우는 진공챔버에 마스크(250)가 설치될 때, 상기 마스크의 진동으로 인하여 발광층(230)이 파손되기 때문이고, 상기 높이차(L)가 50㎛ 보다 클 경우는 쉐도우현상이 발생되기 때문이다.

위와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하여, 활동영역에서 기판과 마스크가 접하지 않는 상태에서 발광층 또는 제2전극들이 증착됨으로써, 기판이 오염되거나, 분리벽이 손상되는 것이 방지되어, 결론적으로 유기 전계 소자의 불량률이 감소된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 제1전극 및 상기 제1전극과 교차하는 분리벽이 상측에 순차적으로 형성된 기판 상에 배치되는 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크에 있어서,

   상기 마스크는 증착공들이 형성된 활동영역과 증착공들이 형성되지 않은 비활동영역을 구비하며, 증착공들이 형성된 상기 활동영역의 하부에는 상기 분리벽으로부터 이격되도록 인입된 인입부가 형성되어 분리벽 상면이 인입부 하면과 이격되고,

   상기 비활동영역에는 상기 제1전극에 의하여 지지되는 마스크 지지부가 형성되어 마스크와 분리벽 간이 일정하게 이격되며,

   상기 인입부의 하면과 마스크 지지부의 하면간의 높이차는, 상기 제1전극의 상면으로부터 상기 분리벽의 상면까지의 높이에 1㎛ 내지 50㎛를 더한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 소자의 박막 증착용 마스크.
4. 삭제
5. 삭제
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