KR101182439B1 - 박막 증착용 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기 발광 표시장치의 제조방법 - Google Patents

박막 증착용 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기 발광 표시장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 의하면, 개구부를 갖는 프레임에 그 길이 방향으로 양단부가 인장되어 상기 프레임에 고정되는 복수의 단위 마스크 스트립들을 포함하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어서, 상기 각 단위 마스크 스트립은, 복수의 개구부 패턴들을 포함하는 복수의 단위 마스킹 패턴부를 구비하고, 상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 상기 프레임에 인장되어 고정되기 전에는, 상기 단위 마스킹 패턴부의 상기 길이 방향에 수직한 방향의 폭이 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 증가하도록 설계된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체를 제공한다.

Description

박막 증착용 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기 발광 표시장치의 제조방법{Mask frame assembly for thin layer deposition and manufacturing method of organic light emitting display device thereused}
본 발명은 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기 발광 표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 단위 마스킹 패턴부의 위치 오차를 줄인 박막 증착용 마스크 프레임 조립체와, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것이다.
유기 발광 디스플레이(Organic light emitting display) 장치는 자체 발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 표시 소자로서 주목을 받고 있다.
유기 발광 디스플레이 장치는 투명한 절연 기판 상에 소정 패턴으로 형성된 제1전극과, 이 제1전극이 형성된 기판 상에는 진공증착법에 의해 형성된 유기 발광층을 포함하는 유기막과, 상기 유기막의 상면에 형성된 제2전극을 포함한다.
이와 같이 구성된 유기 발광 디스플레이 장치를 제작함에 있어서, 상기 제1전극은 포토리소그래피법과 같은 습식 식각법에 의해 패터닝될 수 있다. 그러나 상기 유기막, 특히 소정의 색상을 구현하는 유기 발광층은 수분과 산소에 취약하기 때문에 습식 식각법에 의해 패터닝할 수 없다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 유기 발광층을 이루는 유기 전자 발광재료를 증착과 동시에 패터닝하는 제조 방법이 제안되었다. 즉, 기판에 제1전극을 성막하여 포토리소그래피법 등으로 패턴을 형성한 후, 기판에 소정 패턴의 마스크를 밀착시켜 유기 전자 발광 재료를 증착함으로써 유기 발광층 패턴을 직접 형성한다.
이와 같은 증착에 의해 유기 발광층 패턴을 형성함에 있어서, 유기 발광층을 형성할 대상에 소정 패턴의 개구부 패턴들이 형성된 마스크를 장착한 후 증착을 행함으로써, 상기 마스크에 형성된 소정 패턴의 개구부 패턴들 통해 노출된 부분에만 유기 발광층이 증착되도록 하여 원하는 패턴으로 증착이 이루어지도록 하는 것이다.
이 경우, 마스크를 기판 등에 밀착시킨 후 증착이 이루어지는데, 종래의 마스크의 경우 마스크의 자중에 의해 마스크의 중앙부가 기판 등에 밀착되지 못한다는 문제점이 있었다. 이 문제는 유기 발광 디스플레이 장치의 대형화가 진행될수록 더욱 심각해진다.
또한, 이와 같은 마스크의 자중에 의한 처짐을 방지하기 위하여, 마스크를 프레임에 고정할 때 각 방향으로 균일하게 인장력이 가하게 되면, 각 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴들의 피치에 왜곡이 발생되어 설정된 공차 범위로 맞추는 것이 어렵게 된다. 따라서, 정확한 위치에 유기 발광층을 증착할 수 없어 표시 품질의 저하를 가져오는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제 및 그 밖의 다른 문제를 해결하기 위하여, 복수의 단위 마스크 스트립으로 구성되고, 각 단위 마스크 스트립에 구비된 단위 마스킹 패턴부의 위치 오차를 줄인 박막 증착용 마스크 프레임 조립체와, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 개구부를 갖는 프레임에 그 길이 방향으로 양단부가 인장되어 상기 프레임에 고정되는 복수의 단위 마스크 스트립들을 포함하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어서, 상기 각 단위 마스크 스트립은, 복수의 개구부 패턴들을 포함하는 복수의 단위 마스킹 패턴부를 구비하고, 상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 상기 프레임에 인장되어 고정되기 전에는, 상기 단위 마스킹 패턴부는 상기 길이 방향에 수직한 방향의 폭이 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 증가하도록 설계된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 단위 마스킹 패턴부의 상기 길이 방향에 수직한 방향의 폭은 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 소정 곡률을 가지면서 증가하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 곡률은 상기 단위 마스크 스트립의 두께, 상기 단위 마스크 스트립의 재질, 상기 단위 마스킹 패턴부의 크기, 및 상기 단위 마스킹 패턴부에 형성된 개구부 패턴의 형상, 크기, 위치 중 적어도 하나 이상의 요소를 고려하여 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 단위 마스킹 패턴부가 상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 인장되어 상기 프레임에 고정되기 전, 상기 길이 방향에 수직한 방향으로 동일 행에 위치한 가장 좌측의 개구부 패턴의 좌측 단부와 가장 우측의 개구부 패턴의 우측 단부까지의 거리(토탈 피치, total pitch)가, 상기 단위 마스킹 패턴부의 단부에서 중앙부로 갈수록 증가하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 길이 방향으로 동일 열에 배치된 상기 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴은 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 크게 설계될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 길이 방향에 수직인 방향의 동일 행에 배치된 상기 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴은 단위 마스킹 패턴부의 양단부로 갈수록 크게 설계 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 단위 마스킹 패턴부는, 상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 상기 프레임에 인장되어 고정된 후에는, 상기 길이 방향에 수직한 방향으로 동일 행에 위치한 최 양단의 개구부 패턴들 사이의 거리가 실질적으로 같아질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 단위 마스킹 패턴부의 각 중앙부의 위치는 상기 단위 마스킹 패턴부의 각 양단부의 위치와 대략 일정하게 정렬될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴은, 도트(dot) 타입의 개구부가 지그재그(zigzag)로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴은, 스트라이프(stripe) 타입의 개구부가 일렬로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 단위 마스킹 패턴부의 슬롯 패턴은, 도트(dot) 타입의 개구부가 일렬로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 복수의 단위 마스크 스트립들은 소정의 텐션(tension)을 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 복수의 단위 마스크 스트립들은 니켈, 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 각 단위 마스크 스트립은, 상기 단위 마스킹 패턴부를 둘러싸는 차단부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 복수의 단위 마스크 스트립들은 상기 프레임에 용접 고정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 복수의 단위 마스크 스트립들은 상기 프레임에 레이저 용접에 의해 고정될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판 상에 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 구비된 유기막을 포함하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 유기막은, 개구부를 갖는 프레임에 그 길이 방향의 양단부가 용접 고정된 복수의 단위 마스크 스트립들을 포함하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(10)에 의해 증착 형성되며, 상기 각 단위 마스크 스트립은, 복수의 개구부 패턴들을 포함하는 복수의 단위 마스킹 패턴부를 구비하고, 상기 단위 마스킹 패턴부는, 상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 상기 프레임에 인장되어 고정되기 전에는, 상기 길이 방향에 수직한 방향으로 동일 행에 위치한 최 양단의 개구부 패턴들 사이의 거리가 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 증가하도록 설계되고, 상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 상기 프레임에 인장되어 고정된 후에는, 상기 길이 방향에 수직한 방향으로 동일 행에 위치한 최 양단의 개구부 패턴들 사이의 거리가 실질적으로 같아지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 유기막은 적어도 유기 발광층을 더 포함하고, 상기 유기 발광층은 상기 박막 증착용 마스크 프레임 조립체로 증착될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(10)와, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법에 의하면, 단위 마스크 스트립을 프레임에 고정할 시 인장 방향으로 수직인 방향으로의 수축량을 예상하여 단위 마스킹 패턴부를 보상 설계함으로써, 단의 마스크 스트립이 프레임에 고정된 후 각 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴의 위치가 증착하고자 하는 유기 발광층 패턴의 위치에 오차없이 대응되도록 보정됨으로써, 유기 발광층의 패턴의 정밀도를 높여 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 박막 증착 장치용 마스크 프레임 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어서, 단위 마스크 스트립이 프레임에 고정되기 전의 단위 마스킹 패턴부의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어서, 단위 마스크 스트립이 프레임에 고정된 후의 단위 마스킹 패턴부의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 포아송 수축에 대한 보상을 고려하지 않은 단위 마스킹 패턴부의 인장 시의 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5 및 6은 본 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어서, 프레임에 고정된 단위 마스킹 패턴부의 다양한 예시들을 도시한 것이다.
도 7은 본 실시예에 따른 마스크 프레임 조립체에 있어서, 단위 마스크 스트립을 인장하여 프레임에 고정하기 전과 후의 단위 마스킹 패턴부의 상대적 위치를 나타낸 그래프이다.
도 8은 기판에 유기막을 증착하기 위한 증착 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 액티브 메트릭스 방식의 유기 발광 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 박막 증착 장치용 마스크 프레임 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 박막 증착 장치용 마스크 프레임 조립체(10)는 프레임(30)과, 프레임(30)에 양단부가 지지되는 단위 마스크 스트립들(110)을 포함한다. 상기 복수의 단위 마스크 스트립들(110)이 모여 마스크(100)가 이루어진다.
상기 프레임(30)은 상호 평행하게 설치되는 제1지지부(31)(32)와, 각 제1지지부(31)(32)의 단부와 연결되어 사각형의 개구부(33)를 형성하는 제2지지부(34)(35)를 포함한다. 상기 제2지지부(34)(35)는 단위 마스크 스트립들(110)과 나란한 방향으로 설치되는 것으로 탄성력을 가지는 재질로 형성함이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1지지부(31)(32) 및 제2지지부(34)(35)가 일체로 형성될 수도 있다.
이 프레임(30)에 단위 마스크 스트립들(110)이 인장된 상태로 지지되므로, 프레임(30)은 충분한 강성을 가져야 한다. 또한, 프레임(30)은 피증착물과 마스크(100)의 밀착시 간섭을 일으키지 않은 구조이면 어느 것이나 가능하다.
상기 마스크(100)는 전술한 바와 같이, 적어도 둘 이상의 단위 마스크 스트립들(110)로 구비된다. 상기 도면에는 4개의 단위 마스크 스트립들(110)이 도시되었지만, 이는 일 예시일뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
이와 같이 마스크(100)를 복수의 단위 마스크 스트립들(110)로 나누어 패턴을 형성하기 때문에, 종래의 마스크와 같이 마스크의 자중에 의한 처짐 현상을 방지할 수 있다.
각 단위 마스크 스트립(110)은 장방형의 박판으로 이루어지며, 그 길이 방향(±y 방향)을 따라 소정의 간격으로 복수의 단위 마스킹 패턴부(120a)(120b)가 형성되고, 단위 마스킹 패턴부(120a)(120b) 주위로 차단부(130)가 형성된다. 그리고, 각 단위 마스킹 패턴부(120a)(120b)는 복수의 개구부 패턴들(111a)(111b)로 구성된다. 상기 도면에 도시되어 있듯이, 각 단위 마스킹 패턴부(120a)(120b)의 형상은 각 단위 마스크 스트립(110)이 프레임(30)에 고정되기 전과 후에 있어서 차이가 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
각 단위 마스크 스트립(110)은 자성을 띤 박판으로 이루어질 수 있는 데, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있으며, 미세 패턴 형성이 용이하고, 표면 거칠기가 매우 좋은 니켈-코발트의 합금으로 형성할 수 있다.
각 단위 마스크 스트립(110)은 프레임(30)에 고정되기 전에, 각 단위 마스크 스트립(110)을 구성하는 증착용 개구부 패턴들(111a)을 전주(electro forming)법으로 미세한 패터닝과 우수한 표면 평활성을 얻도록 할 수 있다. 물론 에칭법에 의해서도 제조될 수 있는 데, 포토레지스트(photoresist)를 이용해 각 증착용 개구부 패턴(111a)들과 동일한 패턴을 가지는 포토레지스트층을 박판에 형성하거나 개구부들의 패턴을 가진 필름을 박판에 부착한 후 박판을 에칭(etching)함으로써 제조할 수 있다.
상기와 같이 제조된 단위 마스크 스트립들(110)은 그 길이 방향(±y 방향)으로 소정의 인장력을 가한 상태에서, 단위 마스크 스트립들(110)의 길이 방향의 양단을 프레임(30)에 고정한다. 이때, 상기 단위 마스크 스트립들(110)의 증착용 개구부들(111b)은 모두 프레임(30)의 개구부(33) 내측에 위치하도록 한다. 고정 방법은 레이저 용접, 저항 가열 용접 등 다양한 방법을 적용할 수 있으나, 정밀도 변화 등을 고려하여 레이저 용접 방법을 사용할 수 있다. 이때, 각 단위 마스크 스트립들(110)은 그 사이가 소정의 갭(gap)을 형성하도록 정렬되어 용접될 수 있다.
본 실시예에 따르면 각 단위 마스킹 패턴부(120a)(120b)의 형상은 각 단위 마스크 스트립(110)이 프레임(30)에 고정되기 전과 후에 있어서 차이가 난다.
도 2는 본 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어서, 단위 마스크 스트립이 프레임에 고정되기 전의 단위 마스킹 패턴부의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 단위 마스킹 패턴부(120a)는 단위 마스크 스트립(110)의 길이 방향(±y 방향)으로 양단부가 인장되어 프레임(30)에 고정되기 전에는, 단위 마스킹 패턴부(120a)의 길이 방향(±y 방향)에 수직한 방향(±x 방향)의 폭(ℓ)이 단위 마스킹 패턴부(120a)의 중앙부로 갈수록 증가하도록(ℓ1 < ℓ2) 설계된다. 즉, 단위 마스킹 패턴부(120a)의 중앙부는 약 양단부에 비해 약 δ 만큼 돌출된다. 여기서, 단위 마스킹 패턴부(120a)의 길이 방향(±y 방향)에 수직한 방향(±x 방향)의 폭(ℓ)은 단위 마스킹 패턴부(120a)의 중앙부로 갈수록 소정 곡률을 가지면서 증가하도록 설계될 수 있다. 이를 달리 표현하면, 길이 방향(±y 방향)에 수직한 방향(±x 방향)으로 동일 행에 위치한 가장 좌측의 개구부 패턴의 좌측 단부와 가장 우측의 개구부의 우측 단부까지의 거리를 토탈 피치(total pitch)라 할 때, 토탈 피치가 단위 마스킹 패턴부(120a)의 중앙부로 갈수록 증가하도록 설계되며, 이 토탈 피치는 단위 마스킹 패턴부(120a)의 중앙부로 갈수록 소정 곡률을 가지면서 증가하도록 설계될 수 있다.
한편, 상기 길이 방향(±y 방향)으로 동일 열에 배치된 상기 단위 마스킹 패턴부(120a)의 개구부 패턴(111a)은 상기 단위 마스킹 패턴부(120a)의 중앙부로 갈수록 크게 설계될 수 있고, 상기 길이 방향(±y 방향)에 수직인 방향(±x 방향)의 동일 행에 배치된 상기 단위 마스킹 패턴부(120a)의 개구부 패턴(111a)은 단위 마스킹 패턴부(120a)의 양단부로 갈수록 크게 설계 될 수 있다.
일반적으로 일체형의 마스크는 프레임에 고정할 때 마스크를 사방으로 인장하여 프레임에 고정한다. 그러나, 본 실시예와 같이 복수의 분할된 단위 마스크 스트립(110)으로 구성되는 마스크(100)는, 각 분할된 단위 마스크 스트립(110)을 단위 마스크 스트립(110)의 길이 방향(±y 방향)으로만 인장하여 프레임(30)에 고정한다. 이 경우, 단위 마스크 스트립(110)의 인장 방향(±y 방향)으로 발생하는 인장력에 의해, 인장 방향(±y 방향)에 수직한 방향(±x 방향)으로 단위 마스크 스트립(110)을 수축시키게 된다.
이와 같이 인장 방향(±y 방향)으로의 단위 마스크 스트립(110)의 변형률에 대한 횡방향(±x 방향)으로의 단위 마스크 스트립(110)의 변형률의 비, 즉 포아송 비(Poisson ratio)는 단위 마스크 스트립(110)의 두께나 재질, 또는 단위 마스킹 패턴부(120a)에 형성된 개구부 패턴(111a)의 형상, 크기, 위치 등에 의해 결정될 수 있다. 도 2에 도시된 단위 마스킹 패턴부(120a)는, 전술한 포아송 비에 영향을 주는 모든 요소를 고려하여 보상 설계된 일 예시를 도시한 것이다.
도 3은 본 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어서, 단위 마스크 스트립이 프레임에 고정된 후의 단위 마스킹 패턴부의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 단위 마스킹 패턴부(120b)는 단위 마스크 스트립(110)의 길이 방향(±y 방향)으로 양단부가 인장되어 프레임(30)에 고정된 후에는, 길이 방향(±y 방향)에 수직한 방향(±x 방향)의 폭(ℓ)은 실질적으로 같아진다(ℓ1' = ℓ2'). 즉, 단위 마스킹 패턴부(120b)의 각 개구부들(111b)들은 토탈 피치뿐만 아니라, 단위 피치들도 일정하게 정렬된다. 따라서, 이들 정렬된 개구부 패턴들(111b)를 통과하여 증착되는 유기물도 원하는 위치에 오차 없이 증착된다.
도 4는 포아송 수축에 대한 보상을 고려하지 않은 단위 마스킹 패턴부의 인장 시의 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
상기 도면과 같이, 전술한 포아송 수축에 대한 고려 없이 설계하여 단위 마스크 스트립을 프레임에 인장 고정할 경우, 단위 마스크 스트립에 포함된 단위 마스킹 패턴부(20a)에는 인장 방향(±y 방향)에 수직한 방향(±x 방향)으로 수축력이 발생한다. 그 결과 수축된 단위 마스킹 패턴부(20b)에 포함된 개구부(21b)들 사이의 피치가 변하게 되며, 이들 개구부(11b)를 통해 증착되는 유기물 패턴도 원하는 위치에서 벗어나 증착될 것이다.
도 5 및 6은 본 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어서, 프레임에 고정된 단위 마스킹 패턴부의 다양한 예시들을 도시한 것이다.
전술한 실시예에 따른 단위 마스킹 패턴부(120b)는 그 개구부 패턴(111b)이 도트(dot) 타입으로 형성되고, 지그재로(zigzag)로 정렬되는 형상이고, 도 5에 따른 단위 마스킹 패턴부(220b)는 그 개구부 패턴(211b)이 스트라이프(stripe) 타입으로 일렬로 정렬된 형상이며, 도 6에 따른 단위 마스킹 패턴부(320b)는 그 개구부 패턴(311b)이 도트(dot) 타입으로 일렬로 정렬된 형상이다. 물론 상기 도면에 도시된 형상 이외에도 유기 발광층 패턴의 설계에 따라 단위 마스킹 패턴부의 설계를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
도 7은 본 실시예에 따른 마스크 프레임 조립체에 있어서, 단위 마스크 스트립을 인장하여 프레임에 고정하기 전과 후의 단위 마스킹 패턴부의 상대적 위치를 나타낸 그래프이다.
본 실시예에서 4개의 단위 마스크 스트립을 프레임에 고정하였으며 각 단위 마스크 스트립은 4개의 단위 마스킹 패턴부를 구비하고 있다. 단위 마스킹 패턴부의 중앙점(P2, P5, P8, P11)과 양 끝점(P1, P3, P4, P6, P7, P9, P10, P12)을 포함한 총 12개를 측정 포인트로 하였다(도 1 참조)
도 7의 상부 그래프는 단위 마스크 스트립들(110)을 프레임(30)에 고정하기 전, 단위 마스킹 패턴부(120a)의 각 측정 포인트(P1 ~ P12)의 상대적 위치를 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 도면을 참조하면, 각 단위 마스킹 패턴부(120a)의 각 양 끝점(P1, P3, P4, P6, P7, P9, P10, P12)의 위치를 기준점(거의 0에 가까움)으로 할 때, 단위 마스킹 패턴부(120a)의 각 중앙점(P2, P5, P8, P11)의 위치 δ가 기준점으로부터 대략 10~12 ㎛ 정도 떨어져 설계되어 있음을 알 수 있다.
도 7의 하부 그래프는 단위 마스크 스트립들(110)을 프레임(30)에 고정한 후, 단위 마스킹 패턴부(120b)의 각 측정 포인트(P1 ~ P12)의 상대적 위치를 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 도면을 참조하면, 중앙부(P2, P5, P8, P11)를 포함한 모든 측정 포인트에서의 위치 값이 오차 범위 2㎛ 이내에 들어옴을 확인할 수 있다.
상기 그래프로부터 본 실시예에 따른 마스크 프레임 조립체(10)에 따르면, 프레임(30)에 고정된 후의 단위 마스킹 패턴부(120b)의 각 중앙점(P2, P5, P8, P11)의 위치는 각 양 끝점(P1, P3, P4, P6, P7, P9, P10, P12)의 위치와 거의 일정하게 정렬되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체(10)는 각종 박막 증착용으로 사용될 수 있으며, 특히, 유기 발광 디스플레이 장치의 유기 발광층의 패터닝 공정에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체는 도 8에서 볼 수 있는 바와 같은 증착 장치에 장착되어 증착을 행하게 된다.
도면을 참조하면, 마스크(100)를 이용하여 유기 발광 디스플레이 장치의 박막 즉, 적색, 녹색, 청색의 유기 발광층을 증착하기 위해서는 진공 챔버(41)에 설치된 유기막 증착 용기(crucible: 42)와 대응되는 측에 마스크 프레임 조립체(10)를 설치하고 이의 상부에 박막이 형성될 기판(20)을 장착한다. 그리고 그 상부에는 프레임(30)에 지지된 마스크(100)를 기판(20)에 밀착시키기 위한 마그네트 유니트(43)를 구동시켜 상기 마스크(100)가 기판(20)에 밀착되도록 한다. 이 상태에서 상기 유기막 증착 용기(42)의 작동으로 이에 장착된 유기물이 기화되어 기판(20)에 증착하게 된다.
도 9에는 이렇게 증착 형성된 액티브 메트릭스 방식의 유기 발광 디스플레이 장치의 일 예를 도시하였다.
상기 도면에는 액티브 매트릭스형(Active Matrix type) 유기 발광 디스플레이 장치의 한 부화소의 일 예를 도시하였다. 도 9에서 부화소들은 적어도 하나의 박막트랜지스터(thin film transistor: TFT)와 자발광 소자인 유기 EL 소자(OLED)를 갖는다. 상기 TFT는 반드시 도 9에 도시된 구조로만 가능한 것은 아니며, 그 수와 구조는 다양하게 변형 가능하다. 이러한 액티브 매트릭스형 유기 발광 디스플레이 장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
기판(420)상에 버퍼층(430)이 형성되어 있고, 이 버퍼층(430) 상부로 전술한 TFT가 구비된다.
상기 TFT는 버퍼층(430) 상에 형성된 반도체 활성층(431)이 형성된다. 활성층(431)은 무기반도체 또는 유기반도체로부터 선택되어 형성될 수 있는 것으로, 소스 영역과 드레인 영역에 n형 또는 p형 불순물이 도핑될 수 있고, 이 소스 영역과 드레인 영역을 연결하는 채널 영역을 구비한다.
활성층(431)을 덮도록 형성된 게이트 절연막(432)이 형성된다. 게이트 절연막(432)은 SiO2 등으로 구비될 수 있는 데, 이 외에도 SiNx 등이 사용될 수 있고, SiO2와 SiNx의 이중막으로 구비될 수도 있으며, 이 외 유기물로도 형성될 수 있다.
게이트 절연막(432) 상부에 게이트 전극(433)이 형성된다. 게이트 전극(433)은 MoW, Al, Cr, Al/Cu 등의 도전성 금속막으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 도전성 폴리머 등 다양한 도전성 물질이 게이트 전극(433)으로 사용될 수 있다. 상기 게이트 전극(433)이 형성되는 영역은 활성층(431)의 채널 영역에 대응된다.
게이트 전극(433)을 덮도록 층간 절연막(434)이 형성된다. 층간 절연막(434)은 SiO2나 SiNx 또는 이들의 화합물로 형성될 수 있다.
층간 절연막(434)의 상부에 소스 및 드레인 전극(435)이 형성된다. 소스 및 드레인 전극(435)은 전술한 게이트 전극(433)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 소스 및 드레인 전극(435)은 게이트 절연막(432) 및 층간 절연막(434)에 형성된 컨택홀에 의해 활성층(431)의 소스 영역 및 드레인 영역에 각각 접촉된다.
소스 및 드레인 전극(435) 상부에 SiO2, SiNx 등으로 이루어진 패시베이션막(434)이 형성되고, 패시베이션 막(434)의 상부에 아크릴, 폴리 이미드 등에 의한 평탄화막(437)이 형성된다.
한편, 상기 도면에는 도시하지는 않았지만, 상기 TFT에는 적어도 하나의 커패시터가 연결된다.
소스 및 드레인 전극(435) 중 하나는 유기 EL 소자(OLED)와 연결되는데, 상기 유기 EL 소자(OLED)의 애노우드 전극이 되는 제 1 전극층(421)에 연결된다. 상기 제 1 전극층(421)은 평탄화막(437) 상부에 형성되어 있으며, 이 제 1 전극층(421)을 덮도록 화소정의막(Pixel defining layer: 438)이 형성된다. 그리고, 이 화소정의막(438)에 소정의 개구부를 형성한 후, 유기 EL 소자(OLED)를 형성한다.
상기 유기 EL 소자(OLED)는 전류의 흐름에 따라 적색, 녹색, 및 청색의 빛을 발광하여 소정의 화상 정보를 표시하는 것으로, TFT의 소스 및 드레인 전극(435)에 연결되어 이로부터 플러스 전원을 공급받는 제 1 전극층(421)과, 전체 화소를 덮도록 구비되어 마이너스 전원을 공급하는 제 2 전극층(427), 및 이들 제 1 전극층(421)과 제 2 전극층(427)의 사이에 배치되어 발광하는 유기층(426)으로 구성된다. 물론 제1 전극층(421)과 제2 전극층(427)의 극성은 바뀌어도 무방하다.
이때, 유기층(426)은 유기 발광층(미도시)을 포함하여 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 및 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer)을 단일 혹은 복합의 구조로 적층하여 형성할 수 있다. 이때, 사용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB) , 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용 가능하다. 이들 저분자 유기층(426)은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(10)를 이용하여 증착 공정을 진행하므로, 높은 정밀도의 패턴을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체는, 단위 마스크 스트립을 프레임에 고정할 시 인장 방향으로 수직인 방향으로의 수축량을 예상하여 단위 마스킹 패턴부를 보상 설계함으로써, 단의 마스크 스트립이 프레임에 고정된 후 각 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴의 위치가 증착하고자 하는 유기 발광층 패턴의 위치에 오차없이 대응되도록 보정됨으로써, 유기 발광층의 패턴의 정밀도를 높여 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
상기 도면들에 도시된 구성요소들은 설명의 편의상 확대 또는 축소되어 표시될 수 있으므로, 도면에 도시된 구성요소들의 크기나 형상에 본 발명이 구속되는 것은 아니며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 마스크 프레임 조립체
30: 프레임
100: 마스크
110: 단위 마스크 스트립
120a: 프레임 고정 전 단위 마스킹 패턴부
120b: 프레임 고정 후 단위 마스킹 패턴부
111a, 11b: 개구부 패턴

Claims (20)

  1. 개구부를 갖는 프레임에 그 길이 방향으로 양단부가 인장되어 상기 프레임에 고정되는 복수의 단위 마스크 스트립들을 포함하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어서,
    상기 각 단위 마스크 스트립은, 복수의 개구부 패턴들을 포함하는 복수의 단위 마스킹 패턴부를 구비하고,
    상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 상기 프레임에 인장되어 고정되기 전에는, 상기 단위 마스킹 패턴부의 상기 길이 방향에 수직한 방향의 폭이 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 증가하도록 설계된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 마스킹 패턴부의 상기 길이 방향에 수직한 방향의 폭은 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 소정 곡률을 가지면서 증가하도록 설계된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 마스킹 패턴부가 상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 인장되어 상기 프레임에 고정되기 전, 상기 길이 방향에 수직한 방향으로 동일 행에 위치한 가장 좌측의 개구부 패턴의 좌측 단부와 가장 우측의 개구부 패턴의 우측 단부까지의 거리(토탈 피치, total pitch)가, 상기 단위 마스킹 패턴부의 단부에서 중앙부로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 토탈 피치는 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 곡률을 가지면서 증가하도록 설계된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 길이 방향으로 동일 열에 배치된 상기 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴은 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 크게 설계되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 길이 방향에 수직인 방향의 동일 행에 배치된 상기 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴은 단위 마스킹 패턴부의 양단부로 갈수록 크게 설계되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 마스킹 패턴부는, 상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 상기 프레임에 인장되어 고정된 후에는, 상기 길이 방향에 수직한 방향으로 동일 행에 위치한 최 양단의 개구부 패턴들 사이의 거리가 같아지는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단위 마스킹 패턴부의 각 중앙부의 위치는 상기 단위 마스킹 패턴부의 각 양단부의 위치와 일정하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴은, 도트(dot) 타입의 개구부가 지그재그(zigzag)로 배치된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 단위 마스킹 패턴부의 개구부 패턴은, 스트라이프(stripe) 타입의 개구부가 일렬로 배치된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 단위 마스킹 패턴부의 슬롯 패턴은, 도트(dot) 타입의 개구부가 일렬로 배치된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 마스크 스트립들은 텐션(tension)을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 마스크 스트립들은 니켈, 또는 니켈 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 단위 마스크 스트립은, 상기 단위 마스킹 패턴부를 둘러싸는 차단부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 마스크 스트립들은 상기 프레임에 용접 고정되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 마스크 스트립들은 상기 프레임에 레이저 용접에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  19. 기판 상에 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 구비된 유기막을 포함하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 유기막은, 개구부를 갖는 프레임에 그 길이 방향의 양단부가 용접 고정된 복수의 단위 마스크 스트립들을 포함하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 의해 증착 형성되며,
    상기 각 단위 마스크 스트립은, 복수의 개구부 패턴들을 포함하는 복수의 단위 마스킹 패턴부를 구비하고,
    상기 단위 마스킹 패턴부는,
    상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 상기 프레임에 인장되어 고정되기 전에는, 상기 길이 방향에 수직한 방향으로 동일 행에 위치한 최 양단의 개구부 패턴들 사이의 거리가 상기 단위 마스킹 패턴부의 중앙부로 갈수록 증가하도록 설계되고,
    상기 단위 마스크 스트립의 길이 방향으로 양단부가 상기 프레임에 인장되어 고정된 후에는, 상기 길이 방향에 수직한 방향으로 동일 행에 위치한 최 양단의 개구부 패턴들 사이의 거리가 같아지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 유기막은 적어도 유기 발광층을 더 포함하고, 상기 유기 발광층은 상기 박막 증착용 마스크 프레임 조립체로 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
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