KR102000045B1 - 마스크 프레임 조립체의 제조 방법 - Google Patents

마스크 프레임 조립체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용접 공정 전후의 마스크 프레임의 변형량을 최소화할 수 있는 마스크 프레임 조립체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체의 제조 방법은 개구부를 가지는 마스크 프레임을 마련하는 단계와; 상기 마스크 프레임의 장변에 헤드를 통해 다중 하중을 가하는 단계와; 상기 마스크 프레임 상에 다수개의 분할 마스크를 정렬하는 단계와; 상기 마스크 프레임의 장변에 다중 하중이 가해지고 상기 분할 마스크에 상기 하중과 반대방향의 인장력이 가해진 상태에서, 상기 분할 마스크를 상기 마스크 프레임 상에 용접하는 단계와; 상기 헤드를 상기 마스크 프레임에서 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크 프레임 조립체의 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING MASK FRAME ASSEMBLY}
본 발명은 용접 공정 전후의 마스크 프레임의 변형량을 최소화할 수 있는 마스크 프레임 조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시 장치들이 대두되고 있다. 평판 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel) 및 유기 전계 발광 장치(Electro-Luminescence : EL) 등이 있다.
특히, 유기 전계 발광 장치는 자발광소자로서 다른 평판 표시 장치에 비해 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 이러한 종래 유기 전계 발광 장치에 포함된 다수의 박막 패턴들은 마스크 프레임 조립체를 통해 기판 상에 형성된다. 마스크 프레임 조립체는 다수의 박막 패턴들 각각과 대응하는 홀을 가지는 분할 마스크와, 분할 마스크를 고정시키는 마스크 프레임을 구비한다. 분할 마스크는 처짐을 방지하기 위해 인장력이 가해진 상태에서 마스크프레임에 부착 고정된다. 분할 마스크가 마스크 프레임에 고정된 후, 분할 마스크는 인장력과 반대 방향으로 복원력이 발생하게 된다. 이러한 분할 마스크의 복원력에 의해 분할 마스크의 복원 방향과 동일한 방향으로 마스크 프레임에 변형이 발생된다. 이에 따라, 용접 공정 전후 마스크 프레임의 변형량의 차이는 최대가 된다. 이러한 마스크 프레임의 변형으로 인해 도 1에 도시된 바와 같이 마스크 프레임의 개구부(22)도 변형되며, 마스크 프레임(20)에 고정된 분할 마스크도 변형된다. 변형된 분할 마스크를 이용하여 박막 패턴을 형성하게 되면 위치 정밀도가 저하되어 인접한 박막 패턴 간의 혼색 또는 결색이 발생되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 용접 공정 전후의 마스크 프레임의 변형량을 최소화할 수 있는 마스크 프레임 조립체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체의 제조 방법은 개구부를 가지는 마스크 프레임을 마련하는 단계와; 상기 마스크 프레임의 장변에 헤드를 통해 다중 하중을 가하는 단계와; 상기 마스크 프레임 상에 다수개의 분할 마스크를 정렬하는 단계와; 상기 마스크 프레임의 장변에 다중 하중이 가해지고 상기 분할 마스크에 상기 하중과 반대방향의 인장력이 가해진 상태에서, 상기 분할 마스크를 상기 마스크 프레임 상에 용접하는 단계와; 상기 헤드를 상기 마스크 프레임에서 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 프레임에 가해지는 다중 하중은 상기 마스크 프레임의 장변의 다수 영역에 상기 헤드를 통해 하중을 가하는 것이며, 상기 마스크 프레임에 가해지는 다중 하중은 상기 마스크 프레임의 장변의 중심부에서 상기 마스크 프레임의 외곽으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드에 가해지는 공기압의 압력에 따라 상기 마스크 프레임에 가해지는 하중이 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드는 상기 헤드에 공기압을 공급하는 헤드 구동부와 연결된 몸체와; 상기 마스크 프레임과 접촉하는 돌출부를 구비하며, 상기 돌출부는 상기 마스크 프레임과 접촉하는 부분이 면형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 프레임에 용접되는 분할 마스크의 개수는 상기 마스크 프레임에 하중을 가하는 헤드의 개수와 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 용접 전 상기 하중에 의한 상기 마스크 프레임의 변형량은 상기 용접 후 상기 마스크 프레임의 변형량과 대응되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 마스크 프레임의 다수의 영역에 인위적인 하중인 카운터포스(counter force)를 가한 후, 용접 공정을 진행한다. 이에 따라, 본 발명은 용접 전 마스크 프레임의 변형량과 용접 후 마스크 프레임의 변형량의 차이를 최소화할 수 있어 마스크 프레임 조립체의 제작 정밀도가 향상된다. 또한, 용접 공정 전후의 마스크 프레임의 변형량을 최소화할 있어 증착 공정시 발생되는 인접한 박막 패턴들 간의 혼색 및 결색을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 마스크 프레임 조립체의 마스크 프레임을 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 마스크 프레임에 하중을 가하는 헤드를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 헤드를 상세히 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 헤드를 구동하는 헤드 구동부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 종래와 본 발명에 따른 마스크 프레임의 용접 공정 전후의 변형량을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 8은 도 2에 도시된 마스크 프레임 조립체를 포함하는 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 2에 도시된 마스크 프레임 조립체(100)는 마스크 프레임(120)과, 마스크 프레임(120)에 고정되는 다수개의 분할 마스크(110)를 구비한다.
다수개의 분할 마스크(110)는 기판(130) 상에 형성될 박막 패턴(132)과 대응하는 크기의 패턴 개구부(112)를 구비한다. 이러한 분할 마스크(110)는 인장력이 가해진 상태에서 레이저를 이용한 용접공정을 통해 마스크 프레임(120)에 고정된다.
마스크 프레임(120)은 분할 마스크(110)를 고정 및 지지할 수 있도록 사각 테두리 형태로 형성된다. 또한, 마스크 프레임(120)은 기판(130) 상의 비발광 영역을 제외한 발광 영역과 대응하는 면적을 가지는 프레임 개구부(122)를 통해 증착 공정시 증착 물질이 통과된다.
이러한 마스크 프레임(120)에는 용접 공정 후 분할 마스크(110)의 복원력에 의해 마스크 프레임(120)이 변형되는 것을 방지하기 위해, 용접 공정 전에 인위적인 하중인 카운터 포스(counter force)가 가해진다. 이 때, 마스크 프레임(120)에 가해지는 하중에 의한 마스크 프레임(120)의 변형량은 분할 마스크(110)의 복원력에 의한 마스크 프레임(120)의 변형량과의 차이를 최소화한다. 이상적으로는 마스크 프레임(120)에 가해지는 카운터 포스에 의한 마스크 프레임(120)의 변형량과 분할 마스크(110)의 복원력에 의한 마스크 프레임(120)의 변형량을 같게 한다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 마스크 프레임(120)과 면접촉하는 헤드(140)를 통해 마스크 프레임(120)의 장변들의 적어도 2지점에는 용접 공정시 분할 마스크(110)에 가해지는 인장력과 반대 방향의 인위적인 하중인 카운터 포스(counter force)가 가해진다.
헤드(140)는 마스크 프레임(120)에 용접되는 분할 마스크(110)와 동일 개수로 형성되어 용접 공정 전과 용접 공정시 마스크 프레임(120)에 하중을 가한다. 이를 위해, 헤드(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(141)와, 마스크 프레임(120)과 접촉하는 돌출부(142)를 구비한다.
돌출부(142)는 몸체(141)로부터 돌출되어 마스크 프레임(120)과 접촉한다. 돌출부(142)는 마스크 프레임(120)과 면접촉하도록 마스크 프레임(120)과 접촉하는 부분이 면형태로 형성된다. 이 때, 마스크 프레임(120)과 접촉하는 부분의 폭은 2~3mm로 형성되며, 몸체(141)로부터 돌출된 높이는 약 4~6mm로 형성된다. 이와 같이, 돌출부(142)를 통해 마스크 프레임(120)과 면접촉하는 헤드(140)는 선접촉하는 경우보다 마스크 프레임(120)에 하중을 효과적으로 전달할 수 있어 상대적으로 적은 하중으로 마스크 프레임(120)을 변형시킬 수 있다.
몸체(141)는 도 5에 도시된 바와 같이 에어 실린더 또는 솔레노이드 밸브로 형성된 헤드 구동부(144)를 통해 상하좌우로 이동 가능하게 형성된다. 헤드 구동부(144)를 통해 공급되는 공기압을 통해 헤드(140)는 상하운동으로 전진 또는 후진함으로써 마스크 프레임(120)에 하중을 가한다. 이 때, 헤드 구동부(144)를 통해 헤드(140)에 가해지는 공기압은 마스크 프레임(120)의 중심부에서 외곽부로 갈수록 낮아진다. 또한, 몸체(141)는 헤드 구동부(144)에 형성된 가이드 라인(143)을 따라 좌우이동함으로써 헤드(140)의 정확한 위치를 설정한다.
도 6a 내지 도 6d는 종래와 본 발명에 따른 마스크 프레임의 변형량을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a에 도시된 바와 같이 마스크 프레임(120)의 장변들의 중심부에만 단일하중을 가하게 되면, 용접 공정 전 마스크 프레임(120)은 중심부에서만 집중 하중 형태로 변형되지만, 용접 공정 후 분할 마스크(110)의 복원력은 도 6b에 도시된 바와 같이 분포 하중 형태로 나타나게 된다. 이 경우, 도 6d에 도시된 바와 같이 분할 마스크(110)의 복원력에 의한 마스크 프레임(120)의 변형량(즉, 용접 공정 후 마스크 프레임(120)의 변형량)과, 단일 하중에 의한 마스크 프레임(120)의 변형량(즉, 용접 공정 전 마스크 프레임(120)의 변형량)의 차이가 커지는 문제점이 있다. 예를 들어, 용접 공정 전 마스크 프레임(120)의 변형량이 46.136㎛이고, 용접 공정 후 마스크 프레임(120)의 변형량이 40.11㎛이므로 용접공정 전후의 마스크 프레임(120)의 변형량은 6.026㎛이다.
반면에, 본원 발명은 도 6c에 도시된 바와 같이 헤드(140)를 통해 마스크 프레임(120)의 장변들의 적어도 2 지점에 하중을 가하므로 마스크 프레임(120)의 장변들에는 다중 하중이 가해진다. 그러면, 용접 공정 전 마스크 프레임(120)은 분포 하중과 유사한 형태로 변형되고, 용접 공정 후 분할 마스크(110)의 복원력은 분포 하중 형태로 나타나게 된다. 이에 따라, 도 6d에 도시된 바와 같이 분할 마스크(110)의 복원력에 의한 마스크 프레임(120)의 변형량(즉, 용접 공정 후 마스크 프레임(120)의 변형량)과, 다중 하중에 의한 마스크 프레임(120)의 변형량(즉, 용접 공정 전 마스크 프레임(120)의 변형량)의 차이가 최소화된다. 특히, 헤드(140)와 마스크 프레임(120)이 선접촉할 때보다 면접촉하는 경우 용접 공정 전후의 변형량을 더 최소화할 수 있다. 예를 들어, 용접 공정 전 마스크 프레임(120)의 변형량이 46.136㎛이고, 용접 공정 후 마스크 프레임의 변형량이 45.76㎛이므로 용접공정 전후의 마스크 프레임(120)의 변형량은 0.376㎛이므로 종래보다 변형량의 차이를 93.76%감소시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이 프레임 개구부(122)를 가지는 마스크 프레임(120)을 마련한다. 헤드(140)를 통해 마스크 프레임(120)의 장변에 다중 하중이 가해짐으로써 마스크 프레임(120)은 변형된다. 이 때, 마스크 프레임(120)의 변형량은 추후 진행되는 용접 공정 후 마스크 프레임(120)의 변형량과 유사해야 한다. 이에 따라, 마스크 프레임(120)의 중심부에서 외곽부로 갈수록 마스크 프레임(120)의 변형량은 감소하게 된다. 이를 위해, 마스크 프레임(120)의 중심부에서 외곽부로 갈수록 헤드(140)에 가해지는 공기압은 낮아진다.
그런 다음, 마스크 프레임(120) 상에 도 7b에 도시된 바와 같이 다수개의 분할 마스크(110)가 정렬된다. 정렬시 마스크 프레임에 가해진 다중 하중과 반대 방향의 인장력을 분할 마스크(110)에 가함으로써 분할 마스크(110)가 자중에 의해 처지는 현상을 방지할 수 있다. 이 때, 분할 마스크(110)의 양단에 클램프(도시하지 않음)를 결합시켜 분할 마스크(110)에 인장력을 가할 수 있다.
마스크 프레임(120)에 하중이 가해지고, 분할 마스크(110)에 인장력이 가해진 상태에서 분할 마스크(110)와 마스크 프레임(120)이 중첩되는 부분을 용접함으로써 도 7c에 도시된 바와 같이 마스크 프레임(120) 상에 상기 다수개의 분할 마스크(110)가 고정된다. 용접 공정 후, 헤드(140)는 마스크 프레임(120)으로부터 분리된다.
이와 같은 방법으로 제조된 마스크 프레임 조립체는 도 8에 도시된 증착 장치에 장착되어 기판(130) 상에 박막을 형성한다.
구체적으로, 유기 전계 발광 디스플레이 장치의 박막, 즉, 적, 녹, 청색의 유기 발광층 등의 박막들을 증착하기 위해서는 진공챔버에 설치된 박막 증착 용기(crucible; 142)와 대응되는 측에 마스크 프레임 조립체(100)가 설치된다. 그런 다음, 그 상부에 박막이 형성될 기판(130)이 장착된다. 그런 다음, 마스크 프레임(120)에 지지된 분할 마스크(110)를 기판(130)에 밀착시키기 위해 마그네트 유니트를 구동시킴으로써 분할마스크(110)는 기판(130)에 밀착된다. 이 상태에서 박막 증착 용기(142)를 동작시킴으로써 증착 재료가 기화되어 기판(130)에 증착되게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 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 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110 : 분할 마스크 112 : 패턴 개구부
120 : 마스크 프레임 122 : 프레임 개구부
130 : 기판 140 : 헤드

Claims (6)

  1. 개구부를 가지는 마스크 프레임을 마련하는 단계와;
    상기 마스크 프레임의 장변에 헤드를 통해 마스크 프레임의 장변의 중심부에서 외곽으로 갈수록 감소하도록 면접촉 방식으로 다중 하중을 가하는 단계와;
    상기 마스크 프레임 상에 다수개의 분할 마스크를 정렬하는 단계와;
    상기 마스크 프레임의 장변의 다수 영역에 상기 다수의 분할 마스크의 개수와 동일한 개수의 헤드를 통해 분할된 다중 하중이 가해지고 상기 분할 마스크에 상기 하중과 반대방향의 인장력이 가해진 상태에서, 상기 분할 마스크를 상기 마스크 프레임 상에 용접하는 단계와;
    상기 헤드를 상기 마스크 프레임에서 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 프레임 조립체의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드에 가해지는 공기압의 압력에 따라 상기 마스크 프레임에 가해지는 하중이 조절되는 것을 특징으로 하는 마스크 프레임 조립체의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드는
    상기 헤드에 공기압을 공급하는 헤드 구동부와 연결된 몸체와;
    상기 마스크 프레임과 접촉하는 돌출부를 구비하며,
    상기 돌출부는 상기 마스크 프레임과 접촉하는 부분이 면형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 프레임 조립체의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 전 상기 하중에 의한 상기 마스크 프레임의 변형량은 상기 용접 후 상기 마스크 프레임의 변형량과 대응되는 것을 특징으로 하는 마스크 프레임 조립체의 제조 방법.
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