KR101860013B1 - 마스크 - Google Patents

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KR101860013B1
KR101860013B1 KR1020160159668A KR20160159668A KR101860013B1 KR 101860013 B1 KR101860013 B1 KR 101860013B1 KR 1020160159668 A KR1020160159668 A KR 1020160159668A KR 20160159668 A KR20160159668 A KR 20160159668A KR 101860013 B1 KR101860013 B1 KR 101860013B1
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전진완
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주식회사 티지오테크
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Abstract

본 발명은 마스크에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마스크(100)는, 마스크 바디 및 마스크 바디에 형성된 마스크 패턴(P)을 포함하고, 마스크 패턴(P)의 측부는 단차(101-103)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크 {MASK}
본 발명은 마스크에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 마스크 패턴의 측부가 단차를 포함하여 테이퍼 형상과 동일한 기능을 할 수 있으며, 더 나아가 테이퍼 각도 및 패턴의 폭의 조절이 자유로운 마스크에 관한 것이다.
최근에 박판 제조에 있어서 전주 도금(Electroforming) 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 전주 도금 방법은 전해액에 양극체, 음극체를 침지하고, 전원을 인가하여 음극체의 표면상에 금속박판을 전착시키므로, 극박판을 제조할 수 있으며, 대량 생산을 기대할 수 있는 방법이다.
한편, OLED 제조 공정에서 화소를 형성하는 기술로, 박막의 금속 마스크(Shadow Mask)를 기판에 밀착시켜서 원하는 위치에 유기물을 증착하는 FMM(Fine Metal Mask) 법이 주로 사용된다.
도 1은 종래의 OLED 화소 형성 공정을 나타내는 개략도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, FMM 법을 사용하는 화소 형성 공정을 위해, 먼저, 대상 기판(9)과 패턴이 형성된 새도우 마스크(1)(또는, FMM)를 최대한 밀착시킨다. 그리고, 일정 경로를 왕복하는 소스 공급 수단(5)을 통해 유기물, 저분자 등의 소스(6)를 증착한다. 새도우 마스크(3)를 얼라인하면서 R, G, B 소스(6)를 순차적으로 증착하여 화소(8)를 형성한다. 하지만, 도 1의 (a)과 같이, 화소(8)가 화소 패턴(F)을 따라 균일한 두께를 가지지 않고 화소(8)의 양단으로 갈수록 두께가 얇아지는, 오차(E)가 발생하였다. 이는 직각 패턴으로 인해, 직진하는 소스(6)가 새도우 마스크(1) 패턴 모서리에 가려지게 되는, 이른바 새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의한 것이다.
그리하여, 도 1의 (b)와 같이, 화소(8)가 화소 패턴(F)을 따라 균일한 두께를 가지도록, 새도우 마스크(2) 패턴을 테이퍼(Taper) 형상으로 경사지게 형성(T)하여 오차(E)를 최소화 하는 방법이 제안되었다. 하지만, 테이퍼 형상(T)을 만들기 위한 별도의 공정이 수반되므로, 공정 시간, 비용이 증가하고, 생산성이 낮아지는 문제점이 있었다. 또한, 테이퍼 형상(T)의 각도를 조절하기가 어려운 문제점이 있었다. 그리고, UHD(Ultra High Definition) 급의 화질을 구현하기 위해서 패턴의 폭이 수㎛~수십㎛ 정도로 미세화되어 있는데, 이러한 미세한 마스크 패턴에 테이퍼 형상(T)을 만드는 과정에서 마스크의 패턴에 손상이 가해지거나 변형이 생기는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 테이퍼 각도를 가지는 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 별도의 공정 없이, 기울어진 형상, 테이퍼 형상을 가지는 마스크 패턴을 도금 공정만으로 형성할 수 있는 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크 패턴의 테이퍼 각도, 마스크 패턴의 폭을 조절 가능한 마스크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 상기의 목적은, 마스크 바디 및 마스크 바디에 형성된 마스크 패턴을 포함하고, 마스크 패턴의 측부는 단차를 포함하는, 마스크에 의해 달성된다.
마스크 패턴은, 제1 패턴; 및 제1 패턴의 상부에 위치하며 제1 패턴보다 적어도 폭이 좁은 제2 패턴을 포함할 수 있다.
제1 패턴 상단과 제2 패턴 하단의 폭의 차이가 단차를 구성할 수 있다.
제1 패턴은 폭이 일정하게 형성될 수 있다.
제2 패턴은 하부에서 상부 방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성될 수 있다.
제1 패턴 상단과 제2 패턴 하단의 폭의 차이는, 제2 패턴의 두께의 2배와 동일할 수 있다.
제1 패턴 상단과 제2 패턴 하단의 폭의 차이는, 마스크 바디의 두께와 제1 패턴의 두께의 차이에 2배를 한 값과 동일할 수 있다.
제2 패턴의 상단과 하단의 폭의 차이는 제2 패턴의 두께의 2배 크기일 수 있다.
마스크 패턴의 폭은 적어도 30㎛보다 작을 수 있다.
제1 패턴의 하단 모서리와 제2 패턴의 하단 모서리를 연결한 가상의 직선이 마스크 패턴의 테이퍼 각도를 형성할 수 있다.
마스크 패턴의 테이퍼 각도는 55° 내지 59°일 수 있다.
마스크 패턴의 테이퍼 각도 θ(°)는, θ=tan-1(제1 패턴의 두께/제2 패턴의 두께) 일 수 있다.
제2 패턴의 두께가 커질수록, 테이퍼 각도가 커질 수 있다.
제2 패턴의 두께가 커질수록, 마스크 패턴의 폭이 좁아질 수 있다.
마스크는 전주 도금(Electroforming)으로 제조되고, 전주 도금 중에, 음극체의 절연부를 제외한 표면에서 도금막이 형성되어 마스크 바디를 구성하고, 음극체의 절연부가 형성된 표면에서 도금막의 형성이 방지되어 마스크 패턴을 구성하며, 단차는 절연부의 두께만큼 형성될 수 있다.
마스크 바디는 인바(Invar) 또는 수퍼 인바(Super Invar) 재질일 수 있다.
마스크는 OLED 화소 증착에서 FMM(Fine Metal Mask)로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 마스크가 테이퍼 각도를 가지는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기울어진 형상, 테이퍼 형상을 가지는 마스크 패턴을 도금 공정만으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크 패턴의 테이퍼 각도, 마스크 패턴의 폭을 조절 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래의 OLED 화소 형성 공정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 FMM을 이용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 단면 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크 패턴을 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전주 도금 장치를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 FMM(100)을 이용한 OLED 화소 증착 장치(200)를 나타내는 개략도이다.
도 2를 참조하면, OLED 화소 증착 장치(200)는, 마그넷(310)이 수용되고, 냉각수 라인(350)이 배설된 마그넷 플레이트(300)와, 마그넷 플레이트(300)의 하부로부터 유기물 소스(600)를 공급하는 증착 소스 공급부(500)를 포함한다.
마그넷 플레이트(300)와 소스 증착부(500) 사이에는 유기물 소스(600)가 증착되는 유리 등의 대상 기판(900)이 개재될 수 있다. 대상 기판(900)에는 유기물 소스(600)가 화소별로 증착되게 하는 FMM(Fine Metal Mask; 100)이 밀착되거나 매우 근접하도록 배치될 수 있다. 마그넷(310)이 자기장을 발생시키고 자기장에 의해 FMM(100) 마스크가 대상 기판(900)에 밀착될 수 있다.
증착 소스 공급부(500)는 좌우 경로를 왕복하며 유기물 소스(600)를 공급할 수 있고, 증착 소스 공급부(500)에서 공급되는 유기물 소스(600)들은 FMM 마스크(100)에 형성된 패턴을 통과하여 대상 기판(900)의 일측에 증착될 수 있다. FMM 마스크(100)의 패턴을 통과한 증착된 유기물 소스(600)는 OLED의 화소(700)로서 작용할 수 있다.
새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의한 화소(700)의 불균일 증착을 방지하기 위해, FMM 마스크(100)의 패턴은 단차가 형성될 수 있다. 단차는 수직한 측면(101)과 수평한 측면(103)을 포함하여 형성될 수 있고, 수평한 측면(103)은 라운딩된 상부면(105)과 연결될 수 있다. 패턴이 경사지게 형성(S)된 것은 아니지만, 수직한 측면(101)과 수평한 측면(103)을 포함하는 단차가 형성되어, 단차의 모서리를 가상의 직선으로 연결하면 테이퍼 형상(S)과 유사한 형상이 만들어질 수 있다. 단차에 의한 가상의 직선 형태는 테이퍼 형상(S)과 같이, 대각선 방향으로 유기물 소스(600)들이 진입할 수 있는 경로를 제공한다. 따라서, 이하에서 언급하는 테이퍼 형상은 단차에서 양 모서리를 연결한 형상을 포함하는 의미로 이해될 수 있다.
수직한 방향으로 패턴을 통과하는 유기물 소스(600)들과 더불어, 단차에 의해 가려진 면을 따라서 대각선 방향으로 패턴을 통과하는 유기물 소스(600)들도 화소(700)의 형성에 기여할 수 있으므로, 화소(700)는 전체적으로 두께가 균일하게 증착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크(100: 100a, 100b)를 나타내는 개략도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 A-A' 단면 사시도를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전주 도금(Electroforming) 방법으로 제조된 마스크(100: 100a, 100b)가 도시되어 있다. 도 3의 (a)에 도시된 마스크(100a)는 스틱형(Stick-Type) 마스크로서, 스틱의 양측을 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용할 수 있다. 도 3의 (b)에 도시된 마스크(100b)는 판형(Plate-Type) 마스크로서, 넓은 면적의 화소 형성 공정에서 사용될 수 있다. 도 3의 (c)는 도 3의 (a) 및 (b)의 A-A' 확대 측단면도이다.
마스크(100: 100a, 100b)의 바디(Body)에는 복수의 디스플레이 패턴(DP)이 형성될 수 있다. 디스플레이 패턴(DP)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응하는 패턴이다. 디스플레이 패턴(DP)을 확대하면 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(P)을 확인할 수 있다. 화소 패턴(P)들은 측부에 단차가 형성되어, 기울어진 형상, 테이퍼(Taper) 형상과 유사한 역할을 할 수 있다[도 3의 (c) 및 도 4 참조]. 수많은 화소 패턴(P)들은 군집을 이루어 디스플레이 패턴(DP) 하나를 구성하며, 복수의 디스플레이 패턴(DP)이 마스크(100: 100a, 100b)에 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크 패턴(P)을 나타내는 확대 단면도이다.
본 발명의 마스크(100)는 마스크 바디와 마스크 바디에 형성된 마스크 패턴(P: P1-P2)을 포함하고, 마스크 패턴의 측부는 단차를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하에서는 화소 패턴(P)을 마스크 패턴[도 3 내지 도 5 참조]이라고 칭하고, 화소 패턴(P)이 형성된 부분을 제외한 마스크 바디라고 칭한다. 그리고, 마스크 바디 중에서, 도 5와 같이 마스크 패턴(P)을 구현하는 부분을 제1 바디(110)에서 제4 바디(140)로 칭하고, 마스크 패턴(P)의 관점, 제1 바디-제4 바디(110-140)의 관점에서 번갈아 가며 설명한다.
도 5를 참조하면, 제1 바디(110)에서 제4 바디(140)의 일체(一體)가 마스크 바디를 구성할 수 있다. 제1 바디(110) 상에 제2 바디(120)가 수직하게 배치되고, 제2 바디(120)의 측면에 제3, 4 바디(130, 140)가 배치될 수 있다. 제1-4 바디(110-140)의 일체는 그 단면 형상이 대략 나사 볼트, 버섯 등과 같은 형상으로 구성될 수 있다.
제1 바디(110)의 측면(101)은 마스크(100)가 형성된 평면에 대하여 수직하게 형성되고, 제3 바디(130)[또는, 제4 바디(140)]의 하부면(103), 제2 바디(120)의 상부면(170), 제1 바디(110)의 하부면(109)은 대략 수평하게 형성되며, 제3 바디(130)[또는, 제4 바디(140)]의 상부면(105)은 라운딩지게 형성될 수 있다. 면 109와 면 101, 면 101과 면 103은 서로 수직을 이루며 연결되고, 면 103과 면 107, 109는 상호 평형을 이루며 소정 간격 이격되며, 면 103과 면 107은 라운딩지게 형성되는 면 105를 개재하여 서로 연결될 수 있다.
제1 바디(110)에서 제4 바디(140)의 일체와 이웃하는 일체 사이의 공간이 마스크 패턴(P)이 될 수 있다. 마스크 패턴(P)의 측부는 단차를 포함할 수 있다. 단차는 마스크 패턴(P)의 수직한 측면(101)과 수평한 측면(103)[또는, 제1 바디(110)의 측면(101)과 제3, 4 바디(130, 140)의 하부면(130)]에 의해 구성될 수 있다.
더 살펴보면, 마스크 패턴(P)은 마스크 패턴(P)의 하부 공간을 구성하는 제1 패턴(P1) 및 마스크 패턴(P)의 상부 공간을 구성하는 제2 패턴(P2)으로 구성될 수 있다. 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)은 면 103이 점유하는 가상의 수평면을 기준으로 마스크 패턴(P)을 상, 하부로 나눈 영역으로 이해될 수 있다.
제2 패턴(P2)은 제1 패턴(P1)보다 적어도 폭이 좁게 형성될 수 있다. 제1 패턴(P1)의 상단과 제2 패턴(P2)의 하단이 접하는 영역에서 패턴의 폭이 D5에서 D6로 급격히 줄어들 수 있으며, 이러한 폭의 차이가 단차를 구성할 수 있다. 단차를 구성하는, 이 폭의 차이 D5-D6은, 면 103의 폭 D3의 2배와 동일하다.
제1 패턴(P1)의 폭은 D5, 제2 패턴(P1)의 폭은 D6와 D5의 사이값을 가질 수 있다. 제1 패턴(P1)은 하부에서 상부에 이르기까지 폭이 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 마스크(100)가 형성된 평면에 대하여 수직한 패턴 형태를 가질 수 있다. 그리고, 제 2 패턴(P2)은 하부에서 상부 방향으로 갈수록 폭이 넓어지는 패턴 형태를 가질 수 있다. 즉, 제2 패턴(P2)은 하부에서 상부 방향으로 갈수록 D6에서 D5로 넓어지는 폭을 가질 수 있다. 제2 패턴(P2)의 폭 D6은, 제1 패턴(P1)의 폭 D5에서 제3 바디(130)[또는, 제4 바디(140)]의 하부면(103)의 폭 D3의 2배를 뺀 값과 실질적으로 동일할 수 있다.
마스크(100)를 전주 도금으로 제조할 때, 하부에서부터 전착되어 두께가 두꺼워지고, 제1 바디(110)까지는 폭 D5를 유지하면서 생성되며, 제1 바디(110)를 초과하여 생성되는 부분에 있어서는 두께가 두꺼워지는만큼 폭도 넓어질 수 있다. 다시 말해, 제2 바디(120)가 생성되는 두께 D2만큼, 등방성을 가지고 제2 바디(120)의 양측으로 전착이 더 수행되어 제3, 4 바디(130, 140)가 폭 D3를 가지고 형성될 수 있다. 그리하여, 제3, 4 바디(130, 140)의 상부면(105)은 라운딩지게 형성될 수 있는 것이다. 라운딩지게 형성되는 상부면(105)의 곡률반경 역시 제2 바디(120)의 두께 D2와 실질적으로 동일하다.
이에 따르면, 제3, 4 바디(130, 140)의 폭 D3는 제2 바디(120)의 두께 D2와 동일하다. 그리고, 제2 바디(120)의 두께 D2는 제2 패턴(P2)의 두께 D2와 동일하다. 결국, 제1 패턴(P) 상단과 제2 패턴 하단의 폭의 차이 D5-D6은, 제2 패턴(P2)의 두께 D3의 2배와 같다. 제2 패턴(P2)의 두께 D2는 전체 마스크 바디의 두께 D1+D2에서 제1 패턴(P1)의 두께 D1를 뺀 값이므로, 제1 패턴(P) 상단과 제2 패턴 하단의 폭의 차이 D5-D6은, 마스크 바디의 두께 D1+D2와 제1 패턴(P1)의 두께 D1의 차이에 2배와 같다고도 볼 수 있다.
또한, 제2 패턴(P2)은 라운딩된 면(105)에 의해 하단에서 상단으로 갈수록 폭이 넓어지는 형태를 가진다. 제2 패턴(P2)의 상단과 하단의 폭의 차이 D5-D6는, 제2 패턴(P2)의 두께 D3의 2배와 실질적으로 동일할 수 있다.
마스크 패턴(P)의 폭은 적어도 30㎛보다 작을 수 있다. 즉, 제1 패턴(P1)의 폭 및 제2 패턴(P2)의 폭은 30㎛보다 작게 형성될 수 있고, 이 폭의 크기는 결국 OLED 화소 1픽셀의 폭에 대응하므로, 본 발명의 마스크를 통해 UHD 이상의 고해상도 OLED를 구현할 수 있게 된다.
한편, 상기 마스크 패턴(P)의 측부에 형성된 단차는, OLED 화소 증착 공정에서 새도우 이펙트를 유발할 수 있다. 제1 패턴(P1)의 하단 모서리와 제2 패턴(P2)의 하단 모서리를 연결한 가상의 직선(S)이 마스크 패턴(P)의 테이퍼 각도(TA)를 형성할 수 있다. 다시 말해, 면 109의 테두리[제1 패턴(P1)의 하단 모서리]와 면 103의 테두리[제2 패턴(P2)의 하단 모서리]가 가상의 직선(S)을 구성하며, 가상의 직선(S) 경로를 통해서 마스크 패턴(P) 내로 직진하는 소스(600)[도 3 참조]가 진입하여 화소(700)를 증착할 수 있는 것이다.
테이퍼 각도(TA) θ (°)는 아래 수학식으로 나타낼 수 있다.
θ = tan-1(제1 패턴의 두께/제2 패턴의 두께)
= tan-1(D1/D2)
= tan-1(D1/D3)
본 발명의 마스크는, 제1 패턴(P1)의 두께 D1과 제2 패턴(P2)의 두께 D2[제2 바디(120)의 두께] 또는 면 103의 폭 D3(제3, 4 바디[130, 140)의 폭]을 조절하여 마스크 패턴(P)의 테이퍼 각도(TA)를 조절하는 것을 특징으로 한다. 테이퍼 각도(TA)는 약 45°~70°일 수 있다. 특히, 전착되는 도금막의 두께에 따른 각도 형성의 용이성, 증착 화소 두께의 균일성 등을 고려할 때, 테이퍼 각도(TA)는 55~59°가 이상적일 수 있다.
상기 수학식을 살펴보면, 제2 패턴(P2)의 두께 D2가 커질수록 테이퍼 각도(TA)가 커지게 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 마스크(100)는 제1 바디(110)를 초과하여 전착 형성하는 제2 바디(120)의 두께 D2에 따라서 테이퍼 각도(TA)가 조절되는 이점이 있다. 제2 바디(120)를 두껍게 형성할수록 테이퍼 각도(TA)가 커지게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 마스크(100)는 제1 바디(110)를 초과하여 전착 형성하는 제2 바디(120)의 두께 D2에 따라서 마스크 패턴(P)의 폭이 조절되는 이점이 있다. 제2 바디(120)를 두껍게 형성할수록 제2 패턴(P2)의 폭 (D5-D6 = 2*D3 = 2*D2)이 좁아지게 되는 것이다.
이하에서는, 마스크(100)를 제조하기 위한 전주 도금 장치(10)와 마스크(100)의 제조 과정에 대하여 살펴본다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전주 도금 장치(10)를 나타내는 개략도이다. 도 6에는 평면 전주 도금 장치(10)를 도시하였지만, 본 발명은 도 6에 도시된 형태에 제한되지는 않으며 평면 전주 도금 장치, 연속 전주 도금 장치 등 공지의 전주 도금 장치에 모두 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전주 도금 장치(10)는, 도금조(11), 음극체(Cathode Body; 20), 양극체(Anode Body; 30), 전원공급부(40)를 포함한다. 이 외에, 음극체(20)를 이동시키기 위한 수단, 마스크(100)로 사용될 도금막(15)[또는, 금속 박판(15)]을 음극체(20)로부터 분리시키기 위한 수단, 커팅하기 위한 수단 등(미도시)을 더 포함할 수 있다.
도금조(11) 내에는 도금액(12)이 수용된다. 도금액(12)은 전해액으로서, 마스크로 사용될 도금막(15)의 재료가 될 수 있다. 일 실시 예로, 철니켈합금인 인바(Invar) 박판을 도금막(15)으로서 제조하는 경우, Ni 이온을 포함하는 용액 및 Fe 이온을 포함하는 용액의 혼합액을 도금액(12)으로 사용할 수 있다. 다른 실시 예로, 철니켈코발트합금인 슈퍼 인바(Super Invar) 박판을 도금막(15)으로 제조하는 경우, 일 예로, Ni 이온을 포함하는 용액, Fe 이온을 포함하는 용액 및 Co 이온을 포함하는 용액의 혼합액을 도금액(12)으로 사용할 수도 있다. 인바 박판, 슈퍼 인바 박판은 OLED의 제조에 있어서 FMM(Fine Metal Mask), 새도우 마스크(Shadow Mask)로 사용되며, 전자빔을 형광체에 정확하게 유도할 수 있는 역할을 한다. 그리고, 인바 박판은 열팽창계수가 약 약 1.0 X 10-6/℃, 슈퍼 인바 박판은 열팽창계수가 약 1.0 X 10-7/℃ 정도로 매우 낮기 때문에 열에너지에 의해 마스크의 패턴 형상이 변형될 우려가 적어 고해상도 OLED 제조에서 주로 사용된다. 이 외에도 목적하는 도금막(15)에 대한 도금액(12)을 제한없이 사용할 수 있다.
도금액(12)이 외부의 도금액 공급수단(미도시)으로부터 도금조(11)로 공급될 수 있으며, 도금조(11) 내에는 도금액(12)을 순환시키는 순환 펌프(미도시), 도금액(12)의 불순물을 제거하는 필터(미도시) 등이 더 구비될 수 있다.
음극체(20)는 일측이 평평한 평판 형상 등을 가지며, 도금액(12) 내에 음극체(20)의 전부가 침지될 수 있다. 도 6에는 음극체(20) 및 양극체(30)가 수직으로 배치되는 형태가 도시되어 있으나, 수평으로 배치될 수도 있으며, 이 경우에는 도금액(12) 내에 음극체(20)의 적어도 일부 또는 전부가 침지될 수 있다.
음극체(20)는 도금액(12)과 반응하지 않는 티타늄(Ti), 스테인리스 스틸(SUS), 도핑된 실리콘, 기판 위에 코팅된 ITO 등과 같은 전도성 재료로 구성될 수 있다. 이 중에서 도핑된 실리콘, 특히, 도핑된 단결정 실리콘의 경우는 결함(Defect)이 없기 때문에 전주도금 시에 표면 전부에서 균일한 전기장 형성으로 인한 균일한 도금막(15)이 생성될 수 있는 이점이 있다. 그리고, 메탈, 다결정 실리콘의 경우에는 메탈 옥사이드 같은 불순물, 개재물 또는 결정립계(Grain Boundary)와 같은 결함에 의해 균일한 전기장이 인가되지 못하여 도금막(15)의 일부가 불균일하게 형성될 수 있으므로, 이러한 결함을 제거, 해소하는 추가 공정이 수행될 수도 있다.
음극체(20)의 표면 상에 도금막(15)이 전착되고, 도금막(15)에 음극체(20)의 절연체(26)[도 7 참조]와 대응하는 패턴[제1 패턴(P1)]이 형성될 수 있다. 음극체(20)는 도금막(15)의 생성 과정에서 패턴까지 형성할 수 있으므로, 음극체(20)는 "모판"(Mother Plate; 20) 또는 "몰드"로서 기능한다.
양극체(30)는 음극체(20)와 대향하도록 소정 간격 이격 설치되고, 음극체(20)에 대응하는 일측이 평평한 평판 형상 등을 가지며, 도금액(12) 내에 양극체(30)의 전체가 침지될 수 있다. 양극체(30)는 티타늄(Ti), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등과 같은 불용성 재료로 구성될 수 있다. 음극체(20)와 양극체(30)는 수cm 정도로 이격 설치될 수 있다.
전원공급부(40)는 음극체(20)와 양극체(30)에 전기 도금에 필요한 전류를 공급할 수 있다. 전원공급부(40)의 (-) 단자는 음극체(20), (+) 단자는 양극체(30)에 연결될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크(100)의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
먼저, 도 7의 (a)를 참조하면, 모판(20)을 준비한다. 모판(20)은 전도성 기재(21) 상에, 수직하게 형성된 음각 패턴(28)으로 패턴화된 절연부(26)를 형성함에 따라 제조할 수 있다.
전도성 기재(21)는 음극체(20)로 사용되는 재질로서, 티타늄(Ti), 스테인리스 스틸(SUS)과 같은 금속, 도핑된 실리콘 기판 등을 사용할 수 있다. 전도성 기재(21)의 표면에서 절연부(26)가 형성된 부분을 제외하고는 도금막(15)이 생성될 수 있다.
단위 절연부(26)들은 SOG(Spin On Glass), BPSG(Borophosphosilicate Glass), PSG(Phosphosilicate Glass) 등을 포함하는 재질을 사용하여 전도성 기재(21) 상에서 곧바로 패턴을 가지도록 형성할 수 있다. 또는, SOG(Spin On Glass)를 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드 등의 코팅 방법을 사용하여 절연층을 형성한 후, 리소그래피 공정을 통해 음각 패턴(28)을 형성할 수 있다. SOG 등을 사용할 때, 약 10㎛ 이상의 두께를 형성하기 유리하도록, SOG에 유무기 복합재를 혼합하여 사용할 수 있다.
절연부(26)의 두께는 제조하고자 하는 마스크(100)의 두께와 유사하거나 약간 작을 수 있으며, 약 5㎛ 내지 10㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 7의 (b)를 참조하면, 도금막(15)을 형성할 수 있다.
구체적으로, 모판(20)[또는, 음극체(20)]과 대향하는 양극체(미도시)를 준비한다. 양극체(30)는 도금액(미도시)에 침지되어 있고, 모판(20)은 전부 또는 일부가 도금액(미도시)에 침지되어 있을 수 있다. 모판(20)[또는, 음극체(20)]과 대향하는 양극체 사이에 형성된 전기장으로 인해 도금막(15)이 모판(20)의 표면에서 전착되어 생성될 수 있다.
전주 도금 초기에는 전도성 기재(21)의 노출된 영역 및 음각 패턴(28) 내에서만 도금막(15a)이 생성되고, 절연부(26) 영역에서는 도금막(15a)이 생성되지 않는다. 모판(20)의 음각 패턴(28) 바닥에서부터 도금막(15a)이 점차 전착될 수 있다.
다음으로, 도 7의 (c)를 참조하면, 계속 전기장이 인가됨에 따라 도금막(15b)의 전착이 더 진행될 수 있다. 도금막(15b)이 절연부(26)의 두께를 초과하도록 전착되면, 도금막(15b)은 상부 방향으로 두꺼워짐과 동시에 측부 방향으로 퍼지게 될 수 있다. 다시 말해, 단위 절연부(26)의 상부의 소정 부분에까지 도금막(15b)이 더 형성될 수 있다. 단위 절연부(26)의 상부의 소정 부분은 단위 절연부(26) 상부면의 모서리에서 중심부로 점점 확대될 수 있다. 전기장은 구배(Gradient)를 가지기 때문에, 도금막(15)이 측부 방향으로 퍼지게 되는 크기는 음각 패턴(28)의 높이를 초과하는 크기와 실질적으로 동일하다. 즉, 음각 패턴(28) 내의 공간을 도금막(15a)이 다 채우게 된 이후에, 음각 패턴(28)의 높이를 초과하는 영역에서는 등방성을 가지고 도금막(15b)이 생성될 수 있다.
더 살펴보면, 절연부(26)가 점유하는 부분의 형상 및 절연체(26) 상에서 도금막(15)이 형성되지 않은 부분의 형상의 합이 마스크 패턴(P)에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 절연부(26)가 점유하는 부분의 형상은 제1 패턴(P1)에 대응하고, 절연부(26) 상에서 도금막(15)이 형성되지 않은 부분의 형상은 제2 패턴(P2)에 대응할 수 있다.
유기물 소스가 통과하는 마스크 패턴(P)의 폭은 절연부(26)의 폭(D5)과 절연부(26) 상에 형성되는 도금막(15)의 폭(D3)의 차이로 결정될 수 있다. 절연부(26)의 폭(D5)은 음각 패턴(28)을 형성할 때, 음각 패턴(28)의 폭을 조절함에 따라 조절할 수 있다. 그리고, 전기장의 세기를 조절하여, 음각 패턴(28)의 높이(D1)를 초과하여 생성되는 도금막(15b)의 두께(D2)를 조절함에 따라, 절연부(26) 상의 소정 부분에까지 형성되는 도금막(15)의 폭(D3)을 조절할 수 있다.
다음으로, 도 7의 (d)를 참조하면, 모판(20)[또는, 음극체(20)]을 도금액(미도시) 바깥으로 들어올린다. 그리고, 도금막(15)과 모판(20)를 분리하면, 도금막(15)이 생성된 부분은 마스크(100)[또는, 마스크 바디]를 구성하고, 도금막(15)이 생성되지 않은 부분은 마스크 패턴(P)을 구성할 수 있다. 마스크(100)는 OLED 화소 공정에서 새도우 마스크, FMM으로 사용될 수 있다.
위와 같이, 본 발명은 전주 도금 공정에서 도금막(15)을 형성하는 공정만으로 패턴을 가지는 마스크(100)를 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 별도의 공정 없이, 기울어진 형상(S), 테이퍼 형상을 가지는 마스크 패턴을 도금 공정만으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제1 바디(110)의 폭과 제2-4 바디(120-140)의 폭의 차이로 인한 단차 형태로서, 유기물 소스(600)들이 대각선 방향으로 진입할 수 있는 경로인 테이퍼 형상(S)과 동일한 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 테이퍼 각도(TA)를 도금막(15) 생성 중에 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 전기장의 세기를 조절하여 제2 바디(120)가 형성되는 두께를 조절함에 따라, 마스크 패턴(P)의 폭을 도금막(15) 생성 중에 조절할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 전주 도금 장치
11: 도금조
12: 도금액
15: 도금막
20: 음극체, 모판
21: 전도성 기재
26: 절연체
28: 음각 패턴
30: 양극체
40: 전원공급부
100: 마스크, 새도우 마스크, FMM(Fine Metal Mask)
110-140: 제1-4 바디
200: OLED 화소 증착 장치
D1: 제1 바디 두께, 제1 패턴 두께
D2: 제2 바디 두께, 제2 패턴 두께
D3: 제3, 4 바디 폭
D4: 제1, 2 바디 폭
D5: 제1 패턴 폭
D6: 제2 패턴 폭
DP: 디스플레이 패턴
P: 마스크 패턴, 화소 패턴
P1, P2: 제1, 2 패턴
S: 마스크 패턴 측면의 테이퍼 형상, 기울어진 형상
TA: 테이퍼 각도

Claims (17)

  1. OLED 화소 형성용 마스크로서,
    마스크 바디 및 마스크 바디에 형성된 마스크 패턴 - 마스크 패턴은, 제1 패턴; 및 제1 패턴의 상부에 위치하며 제1 패턴보다 적어도 폭이 좁은 제2 패턴을 포함함 - 을 포함하고,
    마스크 패턴의 측부는 단차를 포함하며,
    제1 패턴의 하단 모서리와 제2 패턴의 하단 모서리를 연결한 가상의 직선이 마스크 패턴의 테이퍼 각도를 형성하고,
    OLED 화소 증착에서 FMM(Fine Metal Mask)으로 사용되는, 마스크.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    제1 패턴 상단과 제2 패턴 하단의 폭의 차이가 단차를 구성하는, 마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 패턴은 폭이 일정하게 형성된, 마스크.
  5. 제4항에 있어서,
    제2 패턴은 하부에서 상부 방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성된, 마스크.
  6. 제5항에 있어서,
    제1 패턴 상단과 제2 패턴 하단의 폭의 차이는, 제2 패턴의 두께의 2배와 동일한, 마스크.
  7. 제5항에 있어서,
    제1 패턴 상단과 제2 패턴 하단의 폭의 차이는, 마스크 바디의 두께와 제1 패턴의 두께의 차이에 2배를 한 값과 동일한, 마스크.
  8. 제5항에 있어서,
    제2 패턴의 상단과 하단의 폭의 차이는 제2 패턴의 두께의 2배 크기인, 마스크.
  9. 제1항에 있어서,
    마스크 패턴의 폭은 적어도 30㎛보다 작은, 마스크.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    마스크 패턴의 테이퍼 각도는 55° 내지 59°인, 마스크.
  12. 제1항에 있어서,
    마스크 패턴의 테이퍼 각도 θ(°)는,
    θ=tan-1(제1 패턴의 두께/제2 패턴의 두께)
    인, 마스크.
  13. 제1항에 있어서,
    제2 패턴의 두께가 커질수록, 테이퍼 각도가 커지는, 마스크.
  14. 제1항에 있어서,
    제2 패턴의 두께가 커질수록, 마스크 패턴의 폭이 좁아지는, 마스크.
  15. 제1항에 있어서,
    마스크는 전주 도금(Electroforming)으로 제조되고,
    전주 도금 중에, 음극체의 절연부를 제외한 표면에서 도금막이 형성되어 마스크 바디를 구성하고, 음극체의 절연부가 형성된 표면에서 도금막의 형성이 방지되어 마스크 패턴을 구성하며,
    단차는 절연부의 두께만큼 형성되는, 마스크.
  16. 제1항에 있어서,
    마스크 바디는 인바(Invar) 또는 수퍼 인바(Super Invar) 재질인, 마스크.
  17. 삭제
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