KR101222971B1 - 섀도우 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기전계발광소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스크 프레임의 장변의 중앙 부분의 폭을 가장자리 부분의 폭보다 더 넓게 형성하여 마스크의 처짐을 방지하도록 한 섀도우 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기전계 발광소자의 제조방법에 관한 것으로써, 본 발명의 섀도우 마스크 프레임 조립체는 화소영역에 각각 대응하는 복수개의 투과영역과 상기 투과영역을 감싸는 차광영역으로 이루어진 섀도우 마스크; 및 상기 섀도우 마스크에 고정되며, 상기 복수개의 투과영역을 노출시키는 개구부를 갖는 마스크 프레임을 포함하며, 상기 마스크 프레임의 장변 중 상기 개구부의 중앙 부분에 대응되는 폭이 가장 넓고 상기 개구부의 중앙 부분에서 상기 개구부의 가장자리 부분으로 갈수록 폭이 좁아지며, 상기 마스크 프레임의 단변은 상기 개구부의 중앙 부분과 가장자리에 대응되는 폭이 일정하다

섀도우 마스크, 마스크 프레임, 유기전계 발광소자

Description

섀도우 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기전계 발광소자의 제조방법{shadow mask frame assembly and method for manufacturing organic light emitting device using the same}

도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 일부 단면도

도 2는 도 1과 같은 단위화소를 패턴하는 섀도우 마스크를 나타낸 평면도

도 3a 및 도 3b는 섀도우 마스크 개구의 형상에 따른 형태를 나타낸 평면도

도 4는 도 2의 섀도우 마스크를 이용하여 기판에 유기물질을 증착하는 과정을 도시한 도면

도 5a 및 도 5b는 종래와 본 발명의 마스크 프레임 형태를 나타낸 평면도

도 6은 본 발명에 의한 섀도우 마스크를 나타낸 평면도

도 7은 기판에 형성된 유기전계 발광소자의 셀 어레이를 나타낸 평면도

도 8은 도 6의 섀도우 마스크가 고정된 마스크 프레임을 나타낸 평면도

도 9a 내지 도 9e는 본 발명에 의한 풀칼라 유기전계 발광소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 섀도우 마스크 200 : 마스크 프레임

300 : 섀도우 마스크 프레임 조립체

본 발명은 유기전계 발광소자(OLED: organic light emitting device)에 관한 것으로, 특히 정밀한 섀도우 마스크 조립체를 만듦과 동시에 소자의 개구율을 향상시키도록 한 섀도우 마스크 프레임(shadow mask frame) 및 이를 이용한 유기전계 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 섀도우 마스크는 기판에 박막을 증착하는데 있어서, 노광을 이용하지 않고 열증착하는 방식에 사용되는 것으로, 특히 유기물질을 열증착하는 유기전계 발광소자에 사용하고 있다.

상기 유기전계 발광소자는 양극 사이에 유기 전계 발광층을 형성하고, 양극에 전하를 주입하면 전자(electron)와 정공(hole)이 결합하여 여기자(exciton)를 형성하고, 상기 형성된 여기자로부터 특정한 파장의 빛이 발생되는 것으로, 유기전계 발광소자는 저전압구동, 높은 발광 효율, 넓은 시야각, 그리고 빠른 응답속도 등의 장점을 가지고 있다.

상기 유기전계 발광소자로 사용되는 유기 재료는 종류에 따라 유기 단분자와 고분자로 유기 단분자를 사용하는 유기전계 발광소자와 고분자를 사용하는 고분자전계 발광소자, 그리고 고분자/단분자를 동시에 사용하는 혼성 유기전계 발광소자로 구분할 수 있다.

상기 유기전계 발광소자 중에서 유기 단분자를 이용한 소자가 가장 먼저 연 구되었으며 현재 상용화된 유일한 구조이다.

따라서 유기 단분자를 이용한 전기발광 소자를 일반적으로 유기전계 발광소자라 칭한다.

한편, 풀 칼라(full color) 유기전계 발광소자를 제작하기 위해서 유기 단분자는 저항 가열식 열증착(thermal evaporation)방법으로 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 단위화소를 패턴하게 된다.

도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 일부 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 기판(11) 상부에 스트라이프(stripe) 형태로 형성되는 ITO(Indium-tin- dioxide)전극(12)과, 상기 ITO전극(12) 상부에 차례로 형성되는 절연막 패턴(15)과 격벽(16)과, 상기 절연막 패턴(15) 및 격벽(16)을 포함한 전면에 형성되는 유기전계 발광층(13)과, 상기 유기전계 발광층(13) 상부에 상기 ITO전극(12)과 수직으로 교차되어 형성되는 음극전극(14)을 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같이 형성된 유기전계 발광소자는 ITO 전극(12)과 음극전극(14)에 전원을 인가하면, 상기 ITO전극(12)에서 정공이 상기 유기전계 발광층(13)으로 주입되고, 상기 음극전극(14)에서 전자가 상기 유기전계 발광층(13)으로 주입된다.

결국, 상기 유기전계 발광층(13)에서는 정공과 전자가 재결합하여, 광을 발생시키고, 상기 기판(11)을 통하여 외부로 방출시켜 디스플레이로 구동된다.

한편, 풀-칼라(Full-color) 유기전계 발광소자를 제조하는데 있어서, 수동 매트릭스(Passive matrix) 또는 능동 매트릭스(Active matrix)에 상관없이 섀도우 마스크(Shadow mask)를 이용하여 RGB 픽셀(Pixels)인 유기전계 발광층(13)을 형성한다.

도 2는 도 1과 같은 단위화소를 패턴하는 섀도우 마스크를 나타낸 평면도이고, 도 3a 및 도 3b는 섀도우 마스크 개구의 형상에 따른 형태를 나타낸 평면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 섀도우 마스크(10)는 차단영역(21)과 기판(미도시)의 화소영역과 대응하는 투과영역(20)으로 구성된다.

여기서, 상기 섀도우 마스크(10)는 니켈 등으로 이루어진 금속판을 기계적으로 가공하여 제작하는데, 유기물 패턴에 따라 금속판에 개구(Aperture)를 형성하여 섀도우 마스크(10)를 제작하게 된다.

한편, 풀 칼라 유기전계 발광소자의 제작에 사용되는 섀도우 마스크의 디자인에 있어서 개구의 형상에 따라 슬롯 타입(도 3a)과 스트라이프 타입(도 3b)으로 구분된다.

도 4는 도 2의 섀도우 마스크를 이용하여 기판에 유기물질을 증착하는 과정을 도시한 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 개략적으로 유기전계 발광소자는 서로 교차하여 화소영역(36)을 정의하는 게이트 배선(32) 및 데이터 배선(30)과, 상기 게이트 배선(32)과 데이터 배선(30)의 교차지점에 위치한 박막트랜지스터로 구성된다.

상기 각 화소영역(36)에는 적색과 녹색과 청색을 각각 발광하는 특성을 가진 유기전계 발광층을 형성하게 되는데, 상기 게이트 배선(32) 및 데이터 배선(30)과 박막트랜지스터가 구성된 기판의 일면을 아래쪽으로 향하도록 하고 상기 기판의 하부에 전술한 섀도우 마스크(10)를 정렬시킨다.

이 상태에서 열증착(화살표 46 참조)을 통해 각 화소영역에 유기막 패턴을 형성하게 된다.

그러나, 대면적으로 갈수록 섀도우 마스크가 커지게 되고 따라서 그 무게에 의해 중간부분이 쳐지는 현상이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 마스크 프레임의 장변 테두리 중앙 부분을 가장자리부분보다 더 두껍게 형성하여 마스크의 처짐을 방지하도록 한 섀도우 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기전계 발광소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 섀도우 마스크 프레임 조립체는 화소영역에 각각 대응하는 복수개의 투과영역과 상기 투과영역을 감싸는 차광영역으로 이루어진 섀도우 마스크와, 상기 섀도우 마스크에 고정되며, 상기 복수개의 투과영역을 노출시키는 개구부를 갖는 마스크 프레임을 포함하며, 상기 마스크 프레임의 장변 중 상기 개구부의 중앙 부분에 대응되는 폭이 가장 넓고 상기 개구부의 중앙 부분에서 상기 개구부의 가장자리 부분으로 갈수록 폭이 좁아지며, 상기 마스크 프레임의 단변은 상기 개구부의 중앙 부분과 가장자리에 대응되는 폭이 일정하다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유기전계 발광소자의 제조방법은 기판에 화소영역을 정의하는 어레이배선과 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 기판 중 어레이배선과 박막트랜지스터가 구성된 일면을 아래쪽으로 향하도록 하는 단계와, 상기 기판의 하부에 복수개의 투과영역과 상기 투과영역을 감싸는 차광영역으로 이루어진 섀도우 마스크 및 상기 섀도우 마스크에 고정되며, 상기 복수개의 투과영역을 노출시키는 개구부를 갖는 마스크 프레임을 포함하는 섀도우 마스크 프레임 조립체를 위치시키는 단계와, 상기 섀도우 마스크를 통해 상기 기판의 화소영역에 유기물질을 증착하는 단계를 포함하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 섀도우 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기전계 발광소자의 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5a 및 도 5b는 종래와 본 발명의 마스크 프레임 형태를 나타낸 평면도이다.

도 5a에서와 같이, 종래의 섀도우 마스크가 고정되는 마스크 프레임(50)은 사각의 테두리가 동일한 폭(Width)을 갖는다.

그러나 도 5b에서와 같이, 본 발명에 의한 마스크 프레임(200)은 마스크 프레임(200)의 장변 중 개구부의 중앙 부분에 대응되는 폭이 가장 넓고 개구부의 중앙 부분에서 가장자리 부분으로 갈수록 폭이 좁아진다.

즉, 상기 마스크 프레임(200)의 단변은 개구부의 중앙 부분과 가장자리에 대응되는 폭이 일정하게 형성되어 있지만, 장변 중 개구부의 중앙 부분의 폭은 상기 단변의 폭에 약 1.05를 곱한 만큼의 폭을 갖고, 상기 장변 중 가장자리 부분의 폭은 단변의 폭에 약 0.85를 곱한 만큼의 폭을 갖는다.

도 6은 본 발명에 의한 섀도우 마스크를 나타낸 평면도이고, 도 7은 기판에 형성된 유기전계 발광소자의 셀 어레이를 나타낸 평면도이며, 도 8은 도 6의 섀도 우 마스크가 고정된 마스크 프레임을 나타낸 평면도이다.

본 발명은 풀 칼라 유기 전계 발광 소자의 제작에 사용되는 슬롯/스트라이프 타입의 섀도우 마스크의 제작시에 마스크 프레임의 형상을 변화시켜 보다 정밀한 섀도우 마스크 조립체를 만드는 데 있다.

즉, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, 유기전계 발광 소자 제작용 섀도우 마스크(100)는 굵은 점선의 용접 라인(111)을 사용해 마스크 프레임(200)과 접합하여 섀도우 마스크 조립체를 만들고 있다.

한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 용접 라인(111) 안쪽으로는 유효영역 즉 픽셀영역, 바깥쪽 부분을 비유효 영역으로 나눈다.

여기서, 상기 픽셀영역에는, 다수의 셀(110)이 셀 어레이를 형성하고 있는데, 각 셀(110)에는 유기물의 증착 패턴과 관련된 영역에 개구(Aperture)(120)가 형성되어 있다.

그리고, 유효영역의 셀(110) 사이도 비유효 영역으로 형성되고, 상기 비유효 영역에는 어떠한 개구(120)도 형성되지 않는다. 이러한 패턴의 섀도우 마스크(100)가 유기 전계 발광 소자용 마스크로 사용되고 있다.

한편, 상기 섀도우 마스크(100)는 패턴 정밀도를 위해 섀도우 마스크(100) 본래의 크기보다 조금 줄여 설계해 실제 사용 시에는 장력인가 작업을 통해 섀도우 마스크(100)의 각 변의 테두리(101,102,103,104)를 기계장치로 인장시킨다.

그리고, 상기 각 변의 테두리(101,102,103,104)를 인장시킨 섀도우 마스크(100)를 도 8과 같이, 마스크 프레임(200)에 용접라인(111)을 따라 용접하여 고정한다. 이 때, 용접라인(111) 내부의 복수개의 개구(120)는 마스크 프레임(200)의 개구부에 대응된다.

이때 상기 섀도우 마스크(100)가 원래의 모양으로 복귀하려는 힘 때문에 마스크 프레임(200)의 형상변화가 생기게 된다.

본 발명에서는 상기 마스크 프레임(200)의 특성상 장변이 단변보다 변화 정도가 심하므로, 이를 보완하기 위해서 단변의 폭은 일정하고, 장변 중 개구부의 중앙 부분에 대응되는 폭이 가장 넓고, 중앙 부분에서 가장자리 부분으로 갈수록 점점 폭이 좁아지는 형태로 형성한다.

따라서, 장변의 중앙 부분의 폭이 가장자리 부분의 폭보다 더 넓은 마스크 프레임(200)을 포함하는 마스크 프레임 조립체는 섀도우 마스크(100)에 인장력을 가하여 마스크 프레임(200)에 용접라인(111)을 따라 용접하더라도 마스크 프레임(200)의 형상 변화가 적어 섀도우 마스크(100)의 변형이 적다.

상기와 같이 구성된 섀도우 마스크 프레임 조립체를 이용하여 레드 빛을 내는 유기 발광층 및 그린, 블루 빛을 내는 유기 발광층을 형성하게 된다.

도 9a 내지 도 9e는 본 발명에 의한 풀칼라 유기전계 발광소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 글래스 기판(210) 위에 ITO와 같은 투명금속을 증착하고, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 투명 금속을 선택적으로 제거하여 투명전극(제 1 전극, 220)을 띠 형태로 형성한다.

이어, 상기 투명 전극(220)과 수직 방향으로 소정의 간격을 갖는 격벽(250)을 형성한다. 한편, 상기 격벽(250)을 형성하기 전에 상기 투명 전극(220) 상에는 절연층(230)을 형성할 수 있다.

그리고 상기 격벽(250) 위에 화소를 형성시키기 위해 도 6 및 도 8과 같이 구성된 섀도우 마스크 프레임 조립체(300)를 정렬하고, 적색 발광체(R)를 증착한다.

이어서, 도 9b 내지 도 9c에 도시된 바와 같이 차례로 녹색 발광체(G), 청색 발광체(B)를 각각 증착한다.

그리고 도 9d에 도시된 바와 같이, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 픽셀 영역에 발광체를 모두 형성한 후 섀도우 마스크 프레임 조립체(300)를 제거하고 전체 픽셀 영역을 포함한 전면에 제 2 전극(260)을 형성한다.

여기서, 상기 제 2 전극(260)은 Mg-Ag 합금, Al 등과 같은 도전성 물질로 형성한다.

마지막으로 도 9e에 도시된 바와 같이 유기EL 소자를 외부의 수분과 산소 등으로부터 보호하기 위하여 Dry 질소 분위기에서 금속이나 유리 캔(270)을 사용하여 발광 소자가 형성된 기판(210)과 접착제(271)로 부착하여 소자를 봉지하면 풀 칼라 유기EL 소자를 제작하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 섀도우 마스크 프레임 조립체 및 이를 이용한 유기전계 발광소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 마스크 프레임의 장변의 중앙 부분의 폭을 가장자리 부분의 폭보다 넓게 형성하고, 마스크 프레임에 섀도우 마스크를 고정하여 정밀한 섀도우 마스크 조립체를 만들 수 있어 유기전계 발광소자의 성능 및 개구율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 유기막 증착시 패널과 섀도우 마스크의 위치 정밀도 맞춤 향상함으로써 유기전계 발광소자 제작 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 화소영역에 각각 대응하는 복수개의 투과영역과 상기 투과영역을 감싸는 차광영역으로 이루어진 섀도우 마스크; 및

   상기 섀도우 마스크에 고정되며, 상기 복수개의 투과영역을 노출시키는 개구부를 갖는 마스크 프레임을 포함하며,

   상기 마스크 프레임의 장변 중 상기 개구부의 중앙 부분에 대응되는 폭이 가장 넓고 상기 개구부의 중앙 부분에서 상기 개구부의 가장자리 부분으로 갈수록 폭이 좁아지며, 상기 마스크 프레임의 단변은 상기 개구부의 중앙 부분과 가장자리에 대응되는 폭이 일정한 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 프레임 조립체.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 섀도우 마스크는 상기 마스크 프레임에 용접으로 고정되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 프레임 조립체.
4. 삭제
5. 기판에 화소영역을 정의하는 어레이배선과 박막트랜지스터를 형성하는 단계;

   상기 기판 중 상기 어레이배선과 박막트랜지스터가 구성된 일면을 아래쪽으로 향하도록 하는 단계;

   복수개의 투과영역과 상기 투과영역을 감싸는 차광영역으로 이루어진 섀도우 마스크 및 상기 섀도우 마스크에 고정되며, 상기 복수개의 투과영역을 노출시키는 개구부를 갖는 마스크 프레임을 포함하는 섀도우 마스크 프레임 조립체를 상기 기판의 하부에 위치시키는 단계; 및

   상기 섀도우 마스크를 통해 상기 기판의 화소영역에 유기물질을 증착하는 단계를 포함하며,

   상기 마스크 프레임의 장변 중 상기 개구부의 중앙 부분에 대응되는 폭이 가장 넓고 상기 개구부의 중앙 부분에서 상기 개구부의 가장자리 부분으로 갈수록 폭이 좁아지며, 상기 마스크 프레임의 단변은 상기 개구부의 중앙 부분과 가장자리에 대응되는 폭이 일정한 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자의 제조방법.
6. 기판 위에 일정한 간격을 갖는 다수개의 제 1 전극을 형성하는 단계;

   상기 제 1 전극 상에 소정 간격을 갖는 격벽들을 형성하는 단계;

   복수개의 투과영역과 상기 투과영역을 감싸는 차광영역으로 이루어진 섀도우 마스크 및 상기 섀도우 마스크에 고정되며, 상기 복수개의 투과영역을 노출시키는 개구부를 갖는 마스크 프레임을 포함하는 섀도우 마스크 프레임 조립체를 상기 기판 상부에 위치시키는 단계;

   상기 섀도우 마스크의 개구를 통해 상기 기판의 픽셀 영역에 적색, 녹색, 청색의 유기 발광층을 순차적으로 형성하는 단계; 및

   상기 섀도우 마스크 프레임 조립체를 제거한 후 상기 유기 발광층을 포함한 전면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,

   상기 마스크 프레임의 장변 중 상기 개구부의 중앙 부분에 대응되는 폭이 가장 넓고 상기 개구부의 중앙 부분에서 상기 개구부의 가장자리 부분으로 갈수록 폭이 좁아지며, 상기 마스크 프레임의 단변은 상기 개구부의 중앙 부분과 가장자리에 대응되는 폭이 일정한 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 전극을 형성한 후 상기 기판 외부의 수분과 산소 등으로부터 보호하기 위하여 전면에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하여 형성함을 특징으로 하는 유기전계 발광소자의 제조방법.

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