KR102137168B1 - 박막 메탈 마스크용 가공방법 및 이를 이용한 박막 메탈 마스크 - Google Patents

박막 메탈 마스크용 가공방법 및 이를 이용한 박막 메탈 마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 메탈 마스크용 가공방법은, 박막의 인바가 상면에 고정되는 제1단계; 상기 제1단계에서 소정된 인바 상측에서 팸토초 레이저 광을 발생시키는 제2단계; 상기 제2단계에서 발생된 팸토초 레이저를 여러 개의 레이저 광으로 분산시키는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 분산된 레이저 광들을 소정의 레이어를 따라 상기 인바의 설정 위치들에 조사하는 제4단계;를 포함하고, 상기 제4단계는, 상기 레이저 광들을 조사하는 위치들에 복수개의 제1홀이 가공되는 제1과정과, 상기 제1홀들 사이에 복수개의 제2홀이 가공되는 제2과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 메탈 마스크용 가공방법을 이용하여 박막 메탈 마스크가 제작될 수 있는데, 상기 제1홀들은 상기 인바에 격자 형태로 배열되고, 상기 제2홀들은 네 개의 제1홀들 사이에 배열될 수 있다.

Description

박막 메탈 마스크용 가공방법 및 이를 이용한 박막 메탈 마스크 {Processing method for fine metal mask and fine metal mask using the same}
본 발명은 레이저 가공 방식으로 고해상도의 박막 메탈 마스크를 제작하더라도 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 메탈 마스크용 가공방법 및 이를 이용한 박막 메탈 마스크에 관한 것이다.
일반적으로 표시 장치는 영상을 표시할 수 있는 장치로서, 액정 표시장치(Liquid crystal display device : LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma display panel device : PDP), 전계 방출 표시장치(Field emission display device : FED), 유기 발광 표시장치(Organic light emitting device : OLED), 전기영동 표시장치(Electrophorretic display) 등을 포함한다.
상기와 같은 표시장치는, 한 쌍의 기판 사이에 고유의 형광 또는 편광 물질층이 개재된 다음, 기판들이 합착된 패널 형태로 구성된다.
그런데, 유기발광 표시장치는 자체 발광 특성을 가지기 때문에 액정 표시장치와 같이 광원을 필요로 하지 않으므로 두께와 무게를 줄일 수 있다. 또한, 유기발광 표시장치는 낮은 소비 전력, 높은 휘도 및 높은 반응 속도 등의 고품위 특성을 나타낸다.
이와 같은 유기발광 표시장치는 유기 화합물로 이루어진 박막 발광 다이오드에 의해 자체 발광하게 되는데, 기판 상에 red(R), green(G), blue(B) 색의 유기 발광층을 형성하기 위하여, 메탈 마스크(metal mask)를 이용할 수 있다.
이때, 한 화소 크기를 갖는 홀들이 형성된 메탈 마스크를 이용하여, 한가지 색의 유기 발광 물질을 형성한 후, 메탈 마스크를 한 화소 만큼 이동시키면서 다른 색의 유기 발광 물질을 형성할 수 있다.
메탈 마스크의 제작 시에는 식각(etching) 방식을 통하여 메탈 마스크의 패턴(pattern), 즉, 유기발광 물질을 형성하기 위한 홀들을 형성하였다.
그런데, 유기발광 표시장치의 사이즈가 커지고, 해상도가 높아짐에 따라, 식각 방식으로 메탈 마스크 제작하는 경우에, 메탈 마스크의 사이즈와 메탈 마스크에 형성된 홀들의 정밀도에 대한 한계가 있다.
한국공개특허 제2015-0029414호(2015.03.18 공개)는 레이저를 이용하여 개구부 패턴을 형성하는 메탈 마스크 제작 방법으로서, 박판을 편평하게 배치하는 제1단계; 및 레이저를 이용하여 박판에 복수 개의 패턴을 형성하는 제2단계를 포함하되, 제2단계는, 박판의 패턴 영역에 레이저를 조사하여 단계적으로 홈을 형성하면서 박판을 관통시킨다.
따라서, 유기발광 표시장치 내에 형성될 세밀한 RGB 픽셀의 형상과 수에 대응하는 패턴을 메탈 마스크 상에 가공한다.
그러나, 종래 기술에 따르면, 박판 표면에 레이저 광을 조사한 부분에만 홀 형태의 패턴이 형성되기 때문에 패턴의 수가 많아질수록 가공 횟수 및 가공 시간이 늘어나는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저 가공 방식으로 고해상도의 박막 메탈 마스크를 제작하더라도 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 메탈 마스크용 가공장치 및 그 가공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 메탈 마스크용 가공방법은, 박막의 인바가 상면에 고정되는 제1단계; 상기 제1단계에서 소정된 인바 상측에서 팸토초 레이저 광을 발생시키는 제2단계; 상기 제2단계에서 발생된 팸토초 레이저를 여러 개의 레이저 광으로 분산시키는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 분산된 레이저 광들을 소정의 레이어를 따라 상기 인바의 설정 위치들에 조사하는 제4단계;를 포함하고, 상기 제4단계는, 상기 레이저 광들을 조사하는 위치들에 복수개의 제1홀이 가공되는 제1과정과, 상기 제1홀들 사이에 복수개의 제2홀이 가공되는 제2과정을 포함한다.
이에 의하면, 레이저 광들이 직접 조사되는 인바의 영역에 제1홀들이 가공되고, 레이저 광들이 직접 조사되지 않더라도 서로 레이저 광들의 온도 영향으로 인바의 제1홀들 사이의 영역에 제2홀들이 가공될 수 있다.
상기 제1과정은, 상기 인바에 형성되는 제1홀들의 중심 사이의 간격이 100㎛ 이하가 되도록 상기 레이저 광들을 조사하는 위치들을 제어할 수 있다.
상기 제1과정은, 상기 레이저 광들을 상부 레이어를 따라 조사하여, 상기 인바의 상면에서 47㎛ 이하의 정사각 형상인 제1홀을 가공하거나, 상기 인바의 하면에서 32㎛ 이하의 정사각 형상인 제1홀을 가공할 수 있다.
상기 제1과정은, 상기 레이저 광들을 적어도 일부가 중첩되는 영역을 가지는 서로 다른 크기의 레이어들을 따라 조사하는 과정을 포함할 수 있는데, 상기 인바의 상면에서 하면으로 갈수록 점차 작아지는 제1홀을 가공하고, 적어도 7개 이상의 레이어를 따라 순차적으로 가공할 수 있다.
상기 제1과정은, 정방형 격자의 교차 지점에 위치하는 네 개의 레이저 광을 직접 조사하여 네 개의 제1홀이 가공되고, 상기 제2과정은, 상기 레이저 광들의 상호 간섭에 의해 상기 제1홀들 사이의 위치에 하나의 제2홀이 가공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 메탈 마스크용 가공방법을 이용하여 박막 메탈 마스크가 제작될 수 있는데, 상기 제1홀들은 상기 인바에 격자 형태로 배열되고, 상기 제2홀들은 네 개의 제1홀들 사이에 배열될 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 광들을 직접 인바의 표면에 조사하여 제1홀들을 가공하고, 레이저 광들을 직접 조사하지 않더라도 레이저 광들 사이의 간섭에 의해 인바의 제1홀들 사이에 제2홀이 가공된다.
따라서, 레이저 가공 방식으로 800ppi 이상의 고해상도의 박막 메탈 마스크를 제작할 수 있고, 패턴을 구성하는 홀의 형상과 크기를 다양하게 구현할 수 있어 소량 생산 시스템 구축이 가능하며, 가공 횟수 및 가공 시간이 단축됨에 따라 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 메탈 마스크용 가공장치의 일 실시예가 개략적으로 도시된 도면.
도 2는 도 1에 적용된 레이저 위치조절부의 일 실시예가 개략적으로 도시된 도면.
도 3은 본 발명에 따른 박막 메탈 마스크용 가공방법의 일 실시예가 개략적으로 도시된 순서도.
도 4은 본 발명에 따른 박막 메탈 마스크용 가공방법으로 제작된 박막 메탈 마스크의 일 실시예가 도시된 평면도.
도 5 내지 도 6은 도 4의 박막 메탈 마스크에 가공된 홀의 일 실시예가 도시된 평면도 및 측단면도.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 메탈 마스크용 가공장치의 일 실시예가 개략적으로 도시된 도면이고, 도 2는 도 1에 적용된 레이저 위치조절부의 일 실시예가 개략적으로 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 박막 메탈 마스크용 가공장치(100)는, 스테이지(stage : 110)와, 레이저 발생부(120)와, 레이저 분산부(130)와, 레이저 위치조절부(140)로 구성될 수 있다.
스테이지(110)는 마스크로 제작될 박막의 인바(invar : I)를 고정시키기 위한 장치로서, 스테이지(110) 전체가 수평 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.
인바가 스테이지(110)의 위에 수평하게 올려지면, 스테이지(110) 측의 지그가 인바(I)를 스테이지(110)의 상면에 고정시킨 다음, 레이저 가공 방식으로 인바(A)의 일부 영역에 홀 형태의 패턴을 형성시키다. 그리고, 스테이지(110)를 수평 방향으로 이동시킨 다음, 레이저 가공 방식으로 인바의 다른 영역에 패턴을 형성시킬 수 있다.
레이저 발생부(120)는 하나의 팸토초 레이저 광(femto-second laser)을 발생시키기 위한 장치로서, 스테이지(110) 상측에 수평 방향으로 하나의 팸토초 레이저 광을 발생시킬 수 있다.
팸토초 레이저 광을 이용하여 매우 정밀한 단위의 홀들을 가진 패턴도 가공할 수 있으며, 800ppi 이상의 고해상도의 박막 메탈 마스크를 제작할 수 있다.
레이저 분산부(130)는 하나의 팸토초 레이저 광을 여러 개의 레이저 광으로 분산시키기 위한 장치로서, 레이저 발생부(120) 일측에 일렬로 구비된다.
레이저 분산부(130)는 레이저 광이 통과하지 못하는 마스크 형태로서, 정방형 격자의 교차 지점에 레이저 광이 통과할 수 있는 분산홀들(130h)이 구비될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
레이저 위치조절부(140)는 여러 개의 레이저 광을 반사시켜 스테이지(110)에 고정된 인바(I)에 조사되도록 하는 장치로서, 레이저 광들이 조사되는 위치를 제어할 수 있도록 구성된다.
상세하게, 레이저 위치조절부(140)는, 레이저 분산부(130)에서 수평 방향으로 전달된 레이저 광들을 수직 방향으로 반사시키는 반사 미러(141)와, 반사 미러(141)에서 수직 방향으로 전달된 레이저 광들을 수평 방향으로 반사시키는 제1미러(142)와, 제1미러(142)에서 수평 방향으로 전달된 레이저 광들을 수직 방향으로 반사시켜 스테이지(110) 측의 인바(I)로 조사하는 제2미러(143)를 포함할 수 있다.
그리고, 레이저 위치조절부(140)는 실제 레이저 광의 위치를 조절하기 위하여 제1미러(142)의 중심을 지나는 X방향으로 제1미러(142)의 각도를 조절하는 X 방향 조절부(144)와, 제2미러(143)의 중심을 지나고 X방향과 직교하는 Y방향으로 제2미러의 각도를 조절하는 Y 방향 조절부(145)를 포함할 수 있다.
물론 레이저 위치조절부(140)는 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
이와 같이, X,Y 방향 조절부(144,145)의 입력값을 제어하면, 제1,2미러(142,143)에 의해 레이저 광들의 반사각을 조절하고, 레이저 광들이 인바(I)의 표면에 조사되는 위치를 X 방향과 Y 방향으로 정밀하게 조절할 수 있다.
소정의 레이어(layer)가 결정되면, 각 레이어에 따른 X,Y 방향 조절부(144,145)의 입력값을 실시간 변화시키고, 제1,2미러(142,143)의 각도가 실시간 조절된다. 레이저 광들이 실시간 인바(I)의 표면에 소정의 레이어를 따라 이동되면, 인바(I)의 표면에 원하는 크기와 모양의 홀을 형성시킬 수 있다.
본 발명의 주요 특징은, 레이저 광들이 인바의 표면에 소정의 레이어를 따라 이동됨에 따라 각각의 홀을 가공하게 될 때, 레이저 광들의 간섭에 의해 레이저 광들이 직접 조사되지 않는 인파의 표면에 추가적인 홀을 가공할 수 있다.
따라서, 레이저 위치조절부(140)에 의해 레이저 광들이 조사되는 위치를 적절하게 조절하는 것이 중요하며, 하기에서 레이저 광들이 조사되는 위치를 한정하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막 메탈 마스크용 가공방법의 일 실시예가 개략적으로 도시된 순서도이다.
인바를 가공 위치에 장착한다. (S1 참조)
하기에서 설명될 인바의 한 영역에서 홀들이 가공되면, 인바가 수평 방향으로 이동된 다음, 인바의 다른 영역에서 홀들이 가공되도록 한다.
하나의 팸토초 레이저 광을 발생시키고, 하나의 팸토초 레이저 광을 복수개의 레이저 광으로 분산시킨다. (S2, S3 참조)
하나의 팸토초 레이저 광이 마스크에 형성된 복수개의 홀을 통과하면, 복수개의 레이저 광으로 분산되는데, 굴절률이 다른 두 개 이상의 렌즈를 통과시키면서 레이저 광들을 특정 영역으로 집중시킬 수 있다.
이러한 레이저 광들을 인바의 표면에 조사하는데, 사전에 입력된 레이어에 따라 인바에 조사되는 레이저 광의 위치를 조절하면, 레이저 광들이 직접 조사되는 부분에 제1홀들이 가공된다. (S4,S5 참조)
레이저 광들이 인바의 표면에 소정의 레이어를 따라 이동하게 되는데, X 방향 좌표과 Y 방향 좌표가 실시간으로 변경되고, 레이저 광들이 직접 조사되는 부분에 제1홀들이 가공된다.
예를 들어, 레이저 광들이 정사각형의 네 변으로 이루어진 레이어를 따라 이동하면, 인바의 표면에 정사각형 홀들을 가공할 수 있다. 레이어를 다양하게 구성함으로서, 인바에 가공되는 홀들의 모양과 크기를 다양하게 구현할 수 있다.
또한, 레이저 광이 적어도 일부가 중첩되는 영역을 가지는 서로 다른 크기의 레이어들을 따라 인바의 표면에 조사되도록 하면, 인바의 상면에서 하면으로 갈수록 점차 작아지고 단차진 측면을 가진 제1홀을 가공할 수도 있다.
물론, 레이저 광이 많은 레이어들을 따라 조사될수록 인바에 형성되는 홀의 단차진 측면을 미세하게 가공할 수 있다.
인바의 두께가 15 ~ 20㎛ 이고, 팸토초 레이저 광을 16개의 레이저 광으로 분산시켜 적용하는 것을 고려하면, 적어도 7회 이상의 레이어를 따라 단계적으로 가공하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 인바의 표면에 제1홀들이 가공되는 동시에 레이저 광들이 직접 조사되지 않는 부분 즉, 제1홀들 사이에 제2홀들이 가공된다. (S6 참조)
레이어 광들의 간섭에 의해 레이저 광이 조사되지 않는 영역에 제2홀들을 가공하려면, 레이저 광의 조사 위치를 제어할 때, 레이저 광이 직접 조사되어 인바의 표면에 가공되는 제1홀들의 중심 사이의 간격을 100㎛ 이하가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 레이저 광의 조사 위치를 제어할 때, 인바의 상면에서 47㎛ 이하의 정사각형 제1홀이 가공되거나, 인바의 하면에서 32㎛ 이하의 정사각형 제1홀이 가공되도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 박막 메탈 마스크용 가공방법으로 제작된 박막 메탈 마스크가 도시된 평면도이고, 도 5 내지 도 6은 도 4의 박막 메탈 마스크에 가공된 홀의 일 실시예가 도시된 평면도 및 단면도이다.
본 발명의 박막 메탈 마스크는 도 4에 도시된 바와 같이 제1홀들(H1~H4) 사이에 제2홀(H5)이 위치된 패턴을 형성시킬 수 있다. 즉, 제1홀들(H1~H4)은 레이저 광들(P/L1~P/L4)이 직접 조사됨에 따라 가공되지만, 제2홀(H5)은 레이저 광들(P/L1~P/L4)이 직접 조사되지 않더라도 레이저 광들(P/L1~P/L4)의 간섭 영향으로 가공될 수 있다.
본 발명의 박막 메탈 마스크는, 적어도 제1홀들(H1~H4)의 중심 사이의 간격(A)이 100㎛ 이하기 되도록 레이저 광들(P/L1~P/L4)의 조사 위치를 제어함으로서, 제1홀들(H1~H4)이 가공되는 동시에 레이저 광들(P/L1~P/L4)의 간섭 영향으로 제1홀들(H1~H4) 사이에 제2홀(H5)이 가공될 수 있다.
박막의 인바에 동일한 패턴을 가공할 때, 기존과 같이 4개의 레이저 광들이 직접 조사되는 위치에만 4개의 홀들이 가공되지만, 본 발명과 같이 4개의 레이저 광들이 직접 조사되는 위치 및 서로 간섭 영향이 미치는 위치에 5개의 홀들이 가공될 수 있다. 기존에 비해 본 발명과 같이 박막 메탈 마스크를 제조하면, 가공 tact time 을 25% 개선시킬 수 있고, 생산성을 더욱 높일 수 있다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 레이저 광을 인바의 표면에 직접 조사하여 홀(H)을 구성할 때, 상면과 하면에서 크기가 다른 형상의 홀(H)을 구현할 수 있다.
인바(I)에 표면에 가공된 홀(H)의 일 실시예는, 인바(I)의 상면에서 길이(B)가 47㎛인 정사각형일 수 있고, 인바(I)의 하면에서 길이(C)가 32㎛인 정사각형일 수 있으며, 적어도 7개 이상의 레이어(L1~L7)를 가진 단차진 측면을 가지도록 구성될 수 있다.
110 : 스테이지 120 : 레이저 발생부
130 : 레이저 분산부 140 : 레이저 위치조절부
I : 인바

Claims (9)

  1. 박막의 인바(invar)가 상면에 고정되는 제1단계;
    상기 제1단계에서 소정된 인바 상측에서 팸토초 레이저 광(femto-second laser)을 발생시키는 제2단계;
    상기 제2단계에서 발생된 팸토초 레이저를 여러 개의 레이저 광으로 분산시키는 제3단계; 및
    상기 제3단계에서 분산된 레이저 광들을 소정의 레이어를 따라 상기 인바의 설정 위치들에 조사하는 제4단계;를 포함하고,
    상기 제4단계는,
    적어도 두 개의 레이저 광 일부가 간섭되는 위치를 포함하도록 상기 레이저 광들을 조사하는 위치들을 설정하는 과정과,
    상기 레이저 광들을 조사하는 위치들에 복수개의 제1홀이 가공되는 제1과정과,
    상기 제1홀이 가공되는 동안, 상기 레이저 광들의 일부가 간섭되는 상기 제1홀들 사이의 위치에 복수개의 제2홀이 가공되는 제2과정을 포함하는 박막 메탈 마스크용 가공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1과정은,
    상기 인바에 형성되는 제1홀들의 중심 사이의 간격이 100㎛ 이하가 되도록 상기 레이저 광들을 조사하는 위치들을 설정하는 과정을 포함하는 박막 메탈 마스크용 가공방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1과정은,
    상기 레이저 광들을 상부 레이어를 따라 조사하여, 상기 인바의 상면에서 47㎛ 이하의 정사각 형상인 제1홀을 가공하는 과정을 포함하는 박막 메탈 마스크용 가공방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1과정은,
    상기 레이저 광들을 하부 레이어를 따라 조사하여, 상기 인바의 하면에서 32㎛ 이하의 정사각 형상인 제1홀을 가공하는 과정을 포함하는 박막 메탈 마스크용 가공방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1과정은,
    상기 레이저 광들을 적어도 일부가 중첩되는 영역을 가지는 서로 다른 크기의 레이어들을 따라 조사하는 과정을 포함하는 박막 메탈 마스크용 가공방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1과정은,
    상기 인바의 상면에서 하면으로 갈수록 점차 작아지는 제1홀을 가공하는 박막 메탈 마스크용 가공방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1과정은,
    적어도 7개 이상의 레이어를 따라 순차적으로 가공하는 박막 메탈 마스크용 가공방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1과정은,
    정방형 격자의 교차 지점에 위치하는 네 개의 레이저 광을 직접 조사하여 네 개의 제1홀이 가공되고,
    상기 제2과정은,
    상기 레이저 광들의 상호 간섭에 의해 상기 제1홀들 사이의 위치에 하나의 제2홀이 가공되며,
    상기 인바의 표면에 네 개의 제1홀과 하나의 제2홀로 구성된 기본 단위가 주기적으로 반복되는 가공 패턴을 형성하는 박막 메탈 마스크용 가공방법.
  9. 삭제
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