KR101002185B1 - 대면적 ｏｌｅｄ 제조용 와이어 마스크 및 와이어 마스크의고정 방법 - Google Patents

대면적 ｏｌｅｄ 제조용 와이어 마스크 및 와이어 마스크의고정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대면적 OLED 디스플레이 패널의 제작시 필요로하는 대면적 및 박형의 마스크 제작의 어려움과 제작된 대면적 마스크의 증착도중 발생하는 마스크 처짐 현상 및 마스크의 반복 사용을 위한 마스크의 세정문제 등을 제거하여 대면적 고해상도의 OLED 디스플레이 소자를 제작할 수 있는 새로운 OLED 제조용 마스크 대용 장치를 제공할 수 있는 것으로, 대면적 고해상도 OLED를 제조하는 데 있어서 사용되는 대면적 쉐도우(shadow) 마스크를 제작하지 않고 상기 쉐도우 마스크를 대신하여 마스크 프레임에 일정 간격으로 평행하게 고정되어 상기 간격을 통해 물질이 기판상에 증착되어 화소들을 형성할 수 있게 하는 와이어 마스크를 제공한다.
와이어 마스크, OLED 제작용 쉐도우 마스크

Description

대면적 ＯＬＥＤ 제조용 와이어 마스크 및 와이어 마스크의 고정 방법{Wire Mask for manufacturing large sized OLED and thereof fixing method}
본 발명은 대면적 OLED 제조공정에 사용되는 증착 마스크에 관한 것이다. 보다 상세하게는 대면적 OLED 제조공정에 필요한 기존의 쉐도우 마스크를 대신할 수 있는 와이어(wire) 마스크에 관한 것이다.
OLED(Organic Light Emitting Diode)는 유기 화합물에 전류를 흘릴 때 발광하는 현상을 디스플레이에 적용한 것으로 LCD와 함께 평판 디스플레이 소자로서 점차 각광 받고 있다. LCD 의 경우 자체 발광이 불가능해 뒷판에 백라이트를 달아 컬러 필터와 액정의 작용에 의해 RGB의 색상과 영상이 표현되나, OLED는 LCD와 달리 백라이트를 필요로 하지 않고 RGB 각각이 물질의 자체적인 형광 또는 인광에 의한 발광으로 구현된다. 따라서 OLED 소자는 LCD에 비해 얇고 가벼운 구성을 취할 수 있으며 소비 전력도 절감할 수 있고, 액정을 사용하지 않기 때문에 액정의 트위스팅 작용 등에 따른 응답 시간의 지연이 없어 훨씬 빠른 응답 시간을 갖는 장점이 있다. 뿐만 아니라 OLED는 LCD 보다 넓은 시야각을 가지며 고휘도, 고순도 색상을 나타내며, 휘어짐 등의 유연성을 나타내어 응용 분야가 광범위하다. 상술한 OLED의 여러 장점으로 인해 그 수요가 급증하고 있는 추세이다.
그러나, 현재 휴대전화 화면용으로 각광 받고 있는 OLED의 경우 LCD에 비해 평면 디스플레이의 대형화 요구에 부응하지 못하고 있는 실정이다. 이른바 3.5세대 OLED의 디스플레이 면적은 460mm×720mm 또는 600mm×720mm 이며, 나아가 730mm×920mm 의 4세대, 1100mm×1300mm 의 5세대의 OLED 소자는 T.V. 화면에 탑재될 예정이다.
OLED의 대면적화의 어려움은 그 제조공정과 관계된다.
OLED의 제조는 패터닝(patterning)된 얇은 금속 마스크(쉐도우 마스크라고도 함)를 이용하여 화소에 물질을 증착하는 쉐도우 마스크 방식, 양극으로 사용되는 ITO(Indium Tin Oxide) 위에 고분자 물질을 방울형태로 떨어뜨려 발광층을 형성하는 잉크젯 방식 및 레이저를 이용하여 고분자 물질이 코우팅된 도너막(donor film) 위에 코우팅된 저분자 또는 고분자 물질을 화소에 형성하는 LITI(Laser Induced Thermal Imaging) 방식이 있다.
상술한 OLED의 제조방법들 중 잉크젯 방식은 수명이 짧다는 문제가 있고, LITI 방식은 고해상도화됨에 따라 화소마다 레이저 처리를 해야 하므로 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서 쉐도우 마스크 방식이 수명의 안정성과 생산성 측면에서 가장 널리 이용되고 있다.
도 1은 일반적인 쉐도우 마스크 방식의 OLED 제조방법을 나타낸다. 기판(10)의 아래쪽에는 기판(10)과 틈새를 두고 마스크 프레임에 고정되어 장착되는 쉐도우 마스크(30)가 배치되고, 화소를 형성하게될 물질(40)이 진공 증착법으로 기판(10) 의 하면을 향해 분사되어 RGB 각 화소(20)가 증착되어 형성되는 과정을 보여준다.
도 2a는 종래의 쉐도우 마스크(30)의 평면도와 측면도를 도시하며, 상기 쉐도우 마스크(30)는 금속으로 얇게 성형되며, 물질이 기판(10)상의 소정의 위치에 증착되도록 소정의 슬롯(32)을 갖는 슬롯 마스크(30)이다. 일반적으로 한번의 증착으로 여러 개의 OLED 디스플레이 패널을 제작하며, 도 2b에는 그러한 경우 여러 개의 슬롯 마스크(30)가 장착된 평면도를 나타낸다.
도 3a는 길이 방향의 개구부(34)를 갖는 종래의 스트라이프 마스크(33)를 나타낸다. 도 3b는 여러 개의 스트라이프 마스크(33)가 장착된 평면도를 나타낸다.
도 2b와 도 3b의 마스크들(30,33)은 모두 마스크 프레임(31)에 용접으로 고정된다.
상술한 쉐도우 마스크(30,33)는 두께가 두꺼울 경우 기판(10)상에 증착되어야 할 물질이 쉐도우 마스크의 두께에 의해 가려지는 에지(edge) 부분과 가려지지 않는 중앙 부분에 증착되는 두께가 틀려 화소의 단면이 일정하지 않게 되는 문제를 일으킨다. 따라서 쉐도우 마스크(30,33)의 두께는 일반적으로 50μm 미만이라야 하며 이러한 제한은 마스크 제작을 어렵게 하는 요인이 된다.
또한, 대면적으로 제작된 마스크는 마스크 프레임에 장착할 경우, 마스크가 아래로 쳐지는 현상이 발생하여 전체적으로 고해상도를 갖는 디스플레이에서 화소의 정밀한 배치를 어렵게 한다.
뿐만 아니라 어렵게 제작한 마스크를 한번 사용하고 난 후에는 마스크에 달라붙은 물질들을 다시 깨끗하게 세정해야만 재사용이 가능하다. 따라서, 마스크 세 정방법의 개발을 요하게 된다.
또한, 미세한 금속 마스크는 기판(10)에 대하여 정밀하게 얼라이닝(aligning) 하여야 하고, 기판과 마스크의 처짐 방지 기구를 설치하여야 하며, 증착도중 복사열에 의한 마스크의 팽창에 따른 냉각 기구를 필요로 하게 된다.
상술한 문제점으로부터 마스크 제작의 한계로 인한 고해상도 구현의 어려움이 발생하며, 마스크에 잔류하는 물질에 의한 선(Line) 불량, 다크 스팟(Dark Spot) 등의 소자 불량이 발생한다.
본 발명은 쉐도우 마스크 방식의 OLED 제조공정에 있어서, OLED 디스플레이의 대면적 고해상도화에 따라 대면적화되어가는 마스크의 제작 및 사용에 따른 상술한 문제점들을 해결하고자 안출되었다.
즉, 본 발명은 대면적 및 박형(50μm 미만)의 마스크 제작의 어려움, 대면적 마스크의 처짐 현상, 마스크의 세정문제 등을 제거하여 대면적 고해상도의 OLED 디스플레이 소자를 제작할 수 있는 새로운 OLED 제조용 마스크 대용 장치를 제공하고자 한다.
따라서, 본 발명은 대면적 고해상도 OLED를 제조하는 데 있어서 사용되는 대면적 쉐도우 마스크를 제작하지 않고 상기 쉐도우 마스크를 대신하여 마스크 프레임에 일정 간격으로 평행하게 고정되어 상기 간격을 통해 물질이 기판상에 증착되어 화소들을 형성할 수 있게 하는 와이어 마스크를 제공하고자 한다.
본 발명은 물질을 기판 상에 증착시켜 화소를 형성하는 OLED 제조장치에 있어서,
상기 기판의 하단에 장착되어 상기 물질이 상기 기판의 소정의 면적에 증착되도록 하는, 소정 간격을 두고 평행하게 배열되며, 상기 기판의 하단에 장착되는 마스크 프레임에 와이어의 양 단부가 용접으로 고정되는, 와이어 두께가 200 내지 700 μm인 증착용 와이어 마스크를 제공할 수 있다.
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또한, 본 발명은 증착되는 물질 입자의 입사각과 나란한 경사각을 갖는 단면의 와이어 마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 대화면 고화질(full HD) 디스플레이 제작에 있어서, 동일 색상의 화소간 거리를 밑변으로 하고 증착되는 물질 입자의 입사각과 나란한 이등변을 갖는 삼각형 단면의 와이어 마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 대화면 고화질(full HD) 디스플레이 제작에 있어서, 단면의 형상이 오각형을 이루고, 상기 오각형의 밑변의 길이는 동일 색상의 화소간 거리에 대해 3~5% 만큼 작고 상기 밑변에 인접한 두 개의 변과 볼록각을 형성하며 경사지는 두 개의 변은 증착되는 물질 입자의 입사각과 나란한 각을 이루는 오각형 단면의 와이어 마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 오각형 단면에서 상기 밑변과 마주하는 꼭지점 부분을 수평하게 깍아 형성되는 육각형 단면을 갖는 증착용 와이어 마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 와이어 마스크의 처짐 현상의 방지 및 평행 유지를 위해 상기 와이어 마스크의 와이어와 길쌈방식으로 수직 교차하게 고정되는 보강용 와이어를 포함하는 증착용 와이어 마스크를 제공할 수 있다.
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본 발명에 따르면, 대면적 OLED 디스플레이 제작에 있어서, 대면적 및 박형의 금속 마스크를 별도의 성형공정에 의하여 제작할 필요가 없으므로 대면적 OLED 디스플레이 제작비용을 크게 절감할 수 있다.
또한, 대면적 쉐도우 마스크를 저비용으로 생상 가능케 하고, 현재 소형 디스플레이에 적용되고 있는 OLED 디스플레이를 대형 디스플레이로 확장함으로써 OLED 응용분야 확장에 기여할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 4a는 본 발명에 따른 와이어 마스크(300)의 평면도, 측면도 및 측면도의 부분 확대도를 나타낸다.
마스크 프레임(100)의 대향하는 양 변위에 와이어들을 일정 간격을 두고 배열하며 상기 간격은 동일 색상을 나타내는 화소 간의 간격이 된다(측면도의 부분 확대도 참조). 나란히 배열된 와이어들은 증착 도중 와이어의 처짐 현상을 방지하기 위해 와이어 스트레칭 장치로 팽팽하게 스트레칭하고, 그렇게 스트레칭된 상태에서 용접기로 마스크 프레임(100)에 와이어의 단부를 용접하여 고정시킨다.
상기와 같이 간단한 공정으로 와이어 마스크(300)가 완성된다.
도 4b는 한 번의 증착 공정으로 4개의 OLED 디스플레이 패널을 제작하는 경우를 나타낸다. 도 4c는 4개의 디스플레이 위에 4개의 와이어 마스크(300)를 용접으로 장착시킨 경우를 나타낸다. 이러한 경우 와이어 마스크(300)의 용접 공정을 최소화하기 위해, 와이어의 길이를 두개의 OLED 디스플레이 패널을 커버할 수 있을 정도로 길게 하고 그에 따라 마스크 프레임(100)의 대향하는 두 변(101,102)에만 용접을 실시할 수도 있다. 즉, 마스크프레임(100)의 중앙부에 있는 십자교차로 형태의 프레임 부위에는 용접을 하지 않으므로 제작 공정을 간소화할 수 있다.
또한, 도 4d와 도 4e를 보면, 증착 공정 중 와이어들이 처짐 현상을 일으키거나, 평행한 상태를 유지하지 못할 경우를 대비하여 마스크를 구성하는 와이어 보다 좀 더 가는 보강용 와이어(310, 320)를 와이어 마스크(300)의 와이어들과 수직한 방향으로 직조물을 짜듯 길쌈형태로 배열하거나 와이어 마스크(300)의 표면에 소정 간격으로 배열하여 스팟 용접을 하여 고정시키거나, 접착제로 마스크 프레임(100)상이나 와이어 마스크(300)의 와이어 상에 고정시킬 수 있다. 길쌈형태로 배열되는 보강용 와이어(320)는 유연성을 갖는 재료를 채택하여 만들 수 있다.
도 5는 두 개의 증착원(400,401)을 사용하여 화소를 증착하고 있는 공정을 도시한다. 기판(110)상에 마스크 프레임(100)과 와이어 마스크(300)가 장착되어 있고 화소(330)가 형성되고 있다. 증착공정에서 분사되는 물질 입자의 각도와 마스크 두께는 이른 바 쉐도우 효과(shadow effect)와 밀접한 관계가 있다.
도 6a, 6b 및 6c에는 쉐도우 효과와 마스크 두께에 대한 상관관계가 나와 있다. 쉐도우 효과란 경사각을 가지고 입사하는 물질 입자가 기판상에 증착될 때, 두께를 가진 마스크로 인하여 화소의 단면이 직사각형을 이루지 못하고 아래쪽(물질 입자가 입사하는 쪽)으로 갈수록 화소의 면적이 감소되어 화소의 단면은 엎어놓은 등변 사다리꼴을 이루는 현상을 말한다. 이러한 쉐도우 효과는 마스크 두께가 두꺼울 수록 심각해지며 그로 인해 종래 마스크 제작시 그 두께를 얇게 하여야 한다는 제한이 있었다. 이러한 마스크 두께가 얇아야 한다는 제한은 화소의 크기가 작을 경우 특히 중요한 요소가 되어있었다.
그러나, 화소의 크기가 클 경우는 마스크 두께가 종전 처럼 얇지 않아도 쉐도우 효과가 발생하지 않는다는 사실에 본 발명은 착안하였고, 그에 따라 대면적 OLED 디스플레이 패널의 증착 공정에 사용되는 마스크를 종전보다는 두께가 두꺼운 와이어 마스크(300)로 대체하게 된 것이다.
도 7a와 도 7b는 마스크의 단면을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7b는 3 인치(inch) 휴대전화용 OLED 디스플레이 패널을 제작할 경우를 나타낸다. 동일 색상의 화소들(20)이 777μm 간격으로 증착 및 배열되며 화소(20) 자체의 폭은 150μm 이다. 화소간 간격은 디스플레이 패널의 개구율과 해상도가 연동해서 변화할 수 있다. 상기와 같은 경우 입사하는 입자의 각도가 45°이상이라고 가정하면, 이상적인 마스크의 단면은 밑변 627μm와 높이 313.5μm 인 삼각형이 된다. 실질적인 마스크의 단면은 제작상의 문제로 삼각형보다는 오각형 또는 육각형이 된다.
도 7a의 경우는 42 인치(inch) OLED 디스플레이 패널을 제작할 경우를 나타내며, 화소(330) 자체 폭은 270μm, 동일 화소간 거리는 1460μm이고 이 간격 역시 디스플레이 패널의 개구율과 해상도가 연동해서 변화할 수 있다. 상기와 같은 경우 입사하는 입자의 각도가 45°이상이라고 가정하면, 이상적인 마스크의 단면은 밑변 1190μm와 높이 595μm (3인치의 경우에 비해 훨씬 큰 수치이다)인 삼각형이 된다. 실질적인 마스크의 단면은 제작상의 문제로 삼각형보다는 오각형 또는 육각형이 된다.
따라서, 본 발명의 와이어 마스크는 42인치 디스플레이 패널의 경우, 대략 595μm 의 두께를 가질 수 있다.
와이어의 단면이 오각형을 이루는 경우, 상기 오각형의 밑변의 길이는 동일 색상의 화소간 거리에 대해 3~5% 만큼 작고 상기 밑변에 인접한 두 개의 변과 볼록각을 형성하며 경사지는 두 개의 변은 증착되는 물질 입자의 입사각과 나란한 각을 이루게 된다.
실질적으로는 제작상의 문제로 인해 와이어의 단면은 육각형을 이루며, 상기 오각형 단면에서 상기 밑변과 마주하는 꼭지점 부분을 수평하게 깍아 형성되는 육각형 단면을 갖고 그 육각형을 이루는 수평하게 깍여 형성되는 변의 길이는 본래의 삼각형 높이의 1/5 정도가 깍이면서 형성된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 OLED 디스플레이 패널을 제작하는 증착공정을 개략적으로 보여주는 개략도이다.
도 2a는 종래의 쉐도우 마스크의 평면도와 측면도이다.
도 2b는 여러 개의 슬롯 마스크가 장착된 평면도이다.
도 3a는 길이 방향의 개구부를 갖는 종래의 스트라이프 마스크의 평면도와 측면도이다.
도 3b는 여러 개의 스트라이프 마스크가 장착된 평면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 와이어 마스크의 평면도, 측면도 및 측면도의 부분 확대도이다.
도 4b 및 4c는 한 번의 증착 공정으로 4개의 OLED 디스플레이 패널을 제작하는 경우를 나타낸 평면도이다.
도 4d는 본 발명의 와이어 마스크 상에 보강용 와이어를 더 부가한 것을 나타내는 도면이다.
도 4e는 본 발명의 와이어 마스크에 대하여 유연성있는 보강용 와이어를 길쌈방식으로 적용한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 5는 두 개의 증착원을 사용하여 화소를 증착하고 있는 공정을 도시한 개략도이다.
도 6a, 6b 및 6c는 쉐도우 효과와 마스크 두께에 대한 상관관계를 보여주는 단면도들이다.
도 7a와 도 7b는 마스크의 단면을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
31, 100: 마스크 프레임 30, 33: 쉐도우 마스크
10, 110: 기판 300: 와이어 마스크
310, 320: 보강용 와이어
20, 330: 화소 400, 401: 증착원

Claims (8)

  1. 물질을 기판 상에 증착시켜 화소를 형성하는 OLED 제조장치에 있어서,
    상기 기판의 하단에 장착되어 상기 물질이 상기 기판의 소정의 면적에 증착되도록 하는, 소정 간격을 두고 평행하게 배열되며, 상기 기판의 하단에 장착되는 마스크 프레임에 와이어의 양 단부가 용접으로 고정되는, 와이어 두께가 200 내지 700 μm 인 증착용 와이어 마스크.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 증착되는 물질 입자의 입사각과 나란한 경사각을 갖는 단면의 증착용 와이어 마스크.
  4. 제3항에 있어서, 대화면 고화질 디스플레이 제작에 있어서, 동일 색상의 화소간 거리를 밑변으로 하고 증착되는 물질 입자의 입사각과 나란한 이등변을 갖는 삼각형 단면의 증착용 와이어 마스크.
  5. 제4항에 있어서, 대화면 고화질 디스플레이 제작에 있어서, 단면의 형상이 오각형을 이루고, 상기 오각형의 밑변의 길이는 동일 색상의 화소간 거리에 대해 3~5% 만큼 작고 상기 밑변에 인접한 두 개의 변과 볼록각을 형성하며 경사지는 두 개의 변은 증착되는 물질 입자의 입사각과 나란한 각을 이루는 오각형 단면의 증착 용 와이어 마스크.
  6. 제5항에 있어서, 상기 오각형 단면에서 상기 밑변과 마주하는 꼭지점 부분을 수평하게 깍아 형성되는 육각형 단면을 갖는 증착용 와이어 마스크.
  7. 제1항에 있어서, 와이어 마스크의 처짐 현상의 방지 및 평행 유지를 위해 상기 와이어 마스크의 와이어와 길쌈방식으로 수직 교차하게 고정되는 보강용 와이어를 포함하는 증착용 와이어 마스크.
  8. 삭제
KR1020080112424A 2008-11-12 2008-11-12 대면적 ｏｌｅｄ 제조용 와이어 마스크 및 와이어 마스크의고정 방법 KR101002185B1 (ko)

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