KR102191415B1 - 섀도우 마스크 제조장치 - Google Patents

Abstract

정밀한 미세홀 패턴의 형성에 적용 가능한 섀도우 마스크 제조장치가 소개된다. 장치는 제1 전극(31)을 갖는 제1 절연체(10); 제2 전극(32)을 갖는 제2 절연체(20); 및 제1 전극(31)을 덮는 평판 유리(40)를 구비한다. 제1 전극(31)과 제2 전극(32)은 서로 반대의 극성을 갖도록 전원에 연결된다. 평판 유리(40) 위에 올려진 금속시트(1)는 제2 전극(32)과 전기적으로 연결되며 제1 전극(31)에 의해 정전기적으로 클램핑된다.

Description

섀도우 마스크 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING SHADOW MASKS}

본 발명은 섀도우 마스크, 특히 OLED 디스플레이의 유기발광층 형성에 사용 가능한 섀도우 마스크의 제조장치에 관한 것이다.

OLED 디스플레이는 전계에 의해 자발광하는 유기물로 픽셀들을 형성하고 픽셀들을 컨트롤하여 화면을 표시한다. 픽셀들을 형성하는 것을 컬러 패터닝이라고 하며, 색의 3원색인 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 서브픽셀들이 정확하게 패터닝되어야 원하는 화면이 정확히 표시될 수 있다.

상기 컬러 패터닝에 파인메탈마스크라 불리는 섀도우 마스크가 사용된다. 섀도우 마스크에는 유기물의 증착을 위해 다수의 미세홀이 가공되어 있다. 고해상도 디스플레이의 경우 미세홀들은 매우 높은 정밀도로 형성되어야 한다. 증착공정은 고온에서 수행되며 섀도우 마스크는 증착공정 중 변형 없이 모양을 유지할 수 있어야 한다.

상기 섀도우 마스크의 소재로는 온도 변화에 따른 열팽창계수가 매우 작은 금속, 예로서 철-니켈 합금인 인바(Invar)가 사용된다. 파인메탈마스크는 소형 OLED 디스플레이의 제조에 주로 이용되는데, 10㎛ 이하로 그 두께가 매우 얇아서 대형 디스플레이에 적용 시에는 기판과 섀도우 마스크와의 정렬이 문제되기도 한다.

종래 섀도우 마스크의 미세홀 패턴의 가공은 에칭에 의했다. 하지만 에칭은 섀도우 현상 등으로 인해 고해상도 디스플레이에 대응한 미세홀 패턴을 정밀하게 형성하기에는 한계가 있었다.

레이저 가공에 의해 고정밀도로 미세홀 패턴을 형성할 수 있다. 문제는 레이저 가공 시간이 매우 길뿐더러 가공 중 발생하는 파티클들을 석션해야 하므로 섀도우 마스크가 스테이지 상에서 정위치로부터 이탈될 수 있다는 점이다. 두께가 10~15㎛ 이하로 얇은 섀도우 마스크를 장시간 레이저 가공하는 동안 정확히 제 위치에 고정하기 위한 방안이 요구된다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로 고해상도의 디스플레이 제조에 적용할 수 있는 섀도우 마스크 제조장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 레이저 가공에 의해 고정밀도로 미세홀 패턴을 가공하는데 적용할 수 있는 섀도우 마스크 제조장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 수 있을 것이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 섀도우 마스크 제조장치는 제1 전극을 갖는 제1 절연체; 제2 전극을 갖는 제2 절연체; 및 제1 전극을 덮는 절연시트를 구비한다. 제1 전극과 제2 전극은 극성이 서로 다르게 전원에 연결된다. 절연시트 위에 올려진 금속시트는 제2 전극과 전기적으로 접촉되어 제2 전극과 동일 극성을 가지며, 제2 전극과 반대 극성을 갖는 제1 전극에 의해 정전기적으로 클램핑된다.

상기 금속시트가 제2 전극과 전기적으로 접촉된다는 것은 금속시트가 제2 전극에 직접 접촉되거나 혹은 직접이 아니더라도 제2 전극으로부터 금속시트에 전기가 공급되는 다양한 형태의 접촉을 포함하는 의미로 받아들여질 필요가 있다. 금속시트와 제1 전극 사이에는 절연시트가 개재된다. 제1 전극과 금속시트 간의 전위차에 의해 금속시트가 클램핑된다.

본 발명에 의하면 상기 제1 전극과 제2 전극은 각각 절연체 상에 외부에 노출되게 마련될 수 있다. 외부에 노출된 제1 전극 위에 절연시트가 올려지고, 외부에 노출된 제2 전극에 금속시트가 집접 접촉될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면 장치의 구성이 단순해지고 금속시트를 충분한 힘으로 그리고 안정적으로 클램핑할 수 있다.

상기 절연시트는 새 절연시트와의 교체 등 필요에 따라 제거가 용이할 수 있도록 제1 절연체 위에 놓여질 수 있다. 절연시트는 제1 및 제2 전극 간의 절연막 역할을 할 뿐만 아니라 레이저에 의해 제1 전극이 손상되는 것을 방지한다. 절연시트는 평판 유리일 수 있다. 유리는 매우 평탄하고 매끄럽게 제조될 수 있어 레이저 가공을 위해 파인메탈마스크를 그 위에 밀착시켜 펼쳐두기에 좋다.

본 발명에 의하면 상기 제2 절연체의 제2 전극 하부에 마그넷이 승강 가능하게 배치될 수 있다. 절연시트 위에 로딩된 금속시트의 일단부(즉 제2 전극 측 단부)를 마그넷이 상승하여 홀딩함으로써 금속시트가 정위치에서 벗어나지 않고 정확히 위치되도록 할 수 있다. 마그넷에 의해 금속시트가 미리 홀딩되며, 이후 제1 전극과 제2 전극에 전원이 인가되어 금속시트가 전체적으로 클랭핑된다.

본 발명에 의하면 상기 제1 전극은 제1 절연체의 상면을 거의 차지하는 평판형 전극일 수 있다. 이 경우 장치는 다양한 크기, 형태의 섀도우 마스크에 공용될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 섀도우 마스크 제조장치는 고해상도의 디스플레이 제조에 활용될 수 있다.

또한 본 발명의 섀도우 마스크 제조장치는 섀도우 마스크에 미세홀 패턴을 고정밀도로 레이저 가공하는데 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크 제조장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ로 표시된 선을 따라서의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 섀도우 마스크 제조장치를 개략적으로 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 다른 섀도우 마스크 제조장치의 사용 예를 개략적으로 보인 도면이다.

이하 본 발명의 여러 특징적인 측면을 이해할 수 있도록 실시예들을 들어 보다 상세히 살펴보기로 한다. 첨부된 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징에 대한 명확한 이해와 설명을 위해 과장되게 그리고 개략적으로 도시될 수 있다.

본 발명에 대한 설명에서, 별도 한정이 없는 한, 제2 요소가 제1 요소 '상'에 배치되거나 두 요소가 서로 '연결'된다고 하는 것은, 두 요소가 서로 직접 접촉하는 것은 물론 제1 및 제2 요소의 요소 사이에 제3의 요소가 개재된 것을 허용하는 의미로 이해될 필요가 있다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표현은 설명의 편의를 위한 것이라는 점도 이해될 필요가 있다.

도 1 및 도 2는 실시예에 따른 섀도우 마스크 제조장치를 보여준다.

도 1 및 도 2를 참조하면 상기 섀도우 마스크 제조장치는 제1 전극(31)을 갖는 제1 절연체(10); 제2 전극(32)을 갖는 제2 절연체(20); 및 제1 전극(31)을 덮는 절연시트(40)를 구비한다.

상기 제1 절연체(10)는 상면에 캐비티(12)가 형성되고 캐비티(12) 둘레를 따라 테두리(11)가 마련된 구조를 갖는다. 제1 절연체(10)는 알루미나(Al₂O₃), 이트리아(Y₂O₃), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 세라믹으로 제작될 수 있다. 제1 절연체(10)는 알루미늄과 같은 메탈로 제작(표면 절연처리)될 수 있으나, 정밀한 레이저 가공을 위해서는 평탄도가 매우 엄격하게 관리되어야 하므로 제1 절연체(10)의 소재로는 세라믹이 선호된다.

상기 제1 절연체(10)는 세라믹 용사 코팅에 의해 제작될 수 있다. 도 2에는 제1 절연체(10)가 단일 바디로 도시되어 있으나, 단일 바디가 아닌 조립체일 수 있으며 2 이상의 층을 가질 수 있다. 캐비티(12)는 제1 절연체(10)를 형성 후 그 상면의 캐비티(12) 형성 부위를 연마함에 의해 얻어질 수 있다.

상기 제1 전극(31)은 캐비티(12)에 마련된다. 도 1에서 보듯이 제1 전극(31)은 테두리(11)를 제외하고 제1 절연체(10)의 상면을 거의 차지하는 평판형으로 마련된다. 제1 전극(31)은 외부로 노출되며 테두리(11)와 동일한 높이로 형성된다. 제1 전극(31)은 전극 재료를 캐비티(12)에 용사코팅함에 의해 마련될 수 있다. 제1 전극(31) 형성 후, 제1 전극(31)을 포함하여 제1 절연체(10)의 상면이 전체적으로 평탄하게 연마 가공될 수 있다. 전극 재료로는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 금속이 사용될 수 있다.

상기 제2 절연체(20)는 제1 절연체(10)의 우측에 마련된다. 제2 절연체(20) 또한 제1 절연체(10)와 마찬가지로 세라믹을 용사코팅함에 의해 얻어질 수 있다. 도 2에 제2 절연체(20)는 단일 바디인 듯이 도시되어 있으나, 단일 바디가 아닌 조립체일 수 있다. 제1 절연체(10)도 마찬가지로 조립체일 수 있다. 한편 제1 절연체(10)와 제2 절연체(20)는 적어도 부분적으로라도 단일 바디로 형성될 수도 있을 것이다.

상기 제2 전극(32)은 제2 절연체(20)의 상면 중앙에 길게 띠 처럼 연장 형성된다. 제2 전극(32)은 외부로 노출되며 그 상면은 제2 절연체(20)와 동일 수평면에 놓인다. 제2 전극(32)은 전극 재료를 용사코팅함에 의해 얻어질 수 있다. 전극 재료로는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 금속이 사용될 수 있다.

상기 제2 절연체(20)에는 제2 절연체(20)의 길이방향을 따라 내부 공간(21)이 마련되며, 이 공간(21)에는 금속시트 홀딩장치(50)가 설치된다. 금속시트 홀딩장치(50)는 마그넷(51)과 마그넷 승강기구(52)를 구비한다.

도 2 및 도 4를 참조하면 상기 마그넷(51)은 제2 전극(32)에 걸쳐서 절연시트(40)에 로딩된 금속시트(1)를 자력으로 위치 고정한다. 제2 전극(32)은 제2 절연체(20)의 슬라브(22) 상에 마련되며, 마그넷(51)은 상승 위치에서 슬라브(22)의 저면에 접촉된다. 마그넷(51)은 영구자석이나 전자석일 수 있고 상승 위치에서 금속시트(1)를 자력으로 구속할 수 있어야 한다.

상기 승강기구(52)는 공압 리프터일 수 있다. 금속시트(1)를 절연시트(40)에 로딩하기 전 마그넷(51)은 하강위치에 있으며, 절연시트(40)에 금속시트(1)가 로딩 완료되면 승강기구(52)에 의해 마그넷(51)은 상승위치로 이동한다. 절연시트(40)로부터 금속시트(1)를 언로딩 시 승강기구(52)는 마그넷(51)을 하강위치로 이동시킨다.

상기 제1 전극(31)과 제2 전극(32)이 서로 반대의 극성을 갖도록 전원에 연결된다. 제2 전극(32)과 전기적으로 접촉되게 절연시트(40) 위에 금속시트(1)가 로딩되면, 먼저 마그넷(51)이 상승하여 금속시트(1)를 위치 고정하며 그 다음 금속시트(1)의 클램핑을 위해 전극들(31,32)에 전원이 인가된다. 예로서 제1 전극(31)에는 플러스극 그리고 제2 전극(32)은 마이너스극이 연결되며, 제2 전극(32)과 접촉된 금속시트(1)는 절연시트(40)를 사이에 두고 배치된 제1 전극(31)에 의해 클램핑된다.

상기 절연시트(40)는 그 위에 놓인 금속시트(1)가 제1 전극(31)과 통전되지 않도록 한다. 절연시트(40)와 제2 절연체(20)의 각 상면은 동일 수평면 상에 놓인다. 절연시트(40)는 제1 전극(31)과 제2 전극(32) 사이의 절연을 위해 전극들(31,32) 사이 제1 절연체(10)의 테두리(11)를 덮는다.

상기 절연시트(40)는 평판 유리일 수 있다. 절연시트(40)는 교체가 용이하도록 단순히 제1 절연체(10) 위에 놓여지는 것으로 족하나, 간단한 고정부재로 제1 절연체(10)에 고정되거나 또는 절연시트(40)를 항상 일정하게 제1 절연체(10) 상에 정위치시키기 위한 요소 등도 사용될 수 있다.

도 3에는 또 하나의 실시예에 따른 섀도우 마스크 제조장치가 도시되어 있다.

도 3를 참조하면 특히 제2 절연체(20)는 단일 바디가 아닌 여러 구성부재들의 조립체일 수 있으며 이는 제1 절연체(10)도 마찬가지이다. 제1 절연체(10)와 접하는 제2 절연체(20) 측에 스텝(22)이 마련되고, 절연시트(40)는 스텝(22)까지 덮도록 제1 절연체(10) 위에 놓여진다. 제2 절연체(20)의 내부 공간(21)에 마련되는 마그넷(51)은 제2 절연체(20)의 길이방향을 따라 복수 개 배치될 수 있다.

도 4를 참조하여 실시예에 따른 섀도우 마스크 제조장치의 사용 예를 살펴본다.

도 4에서 보듯이 1단계로 금속시트(1)는 우측 즉, 제2 절연체(20) 측으로부터 유입되서 제2 전극(32)과 접촉되게 절연시트(40) 위에 놓여진다. 금속시트(1)가 절연시트(40) 위에 로딩 완료되면 2단계로 마그넷(51)이 상승하여 자력으로 금속시트(1)를 홀딩하며, 3단계로 전극들(31,32)에 전원이 인가되어 절연시트(40)에 놓인 금속시트(1)가 제1 전극(31)에 의해 클램핑된다. 4단계로 레이저 장치(61)에 의한 금속시트(1) 홀가공이 수행된다. 홀가공 중 발생되는 파티클들은 석션장치(62)에 의해 흡입되며, 제1 전극(31)에 의해 클램핑된 금속시트(1)는 석션 압력에도 위치가 틀어지지 않고 고정될 수 있다.

상기 홀가공이 완료되면 전원 OFF되며 마그넷(52)이 하강한다. 전원 OFF 후에도 금속시트(1)에 잔류하는 전하를 제거하기 위한 수단이 마련될 수 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었다. 본 발명은 이들 실시예 외에도, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 구현될 수 있다는 점이 이해될 필요가 있다.

또한 본 발명의 여러 실시예들, 변형례들은 그 각각이 본 발명의 특징을 이룰 수 있으며, 이들 특징은 선택적으로 조합되어 본 발명의 장치나 방법을 구성할 수 있다.

10: 제1 절연체 20: 제2 절연체
31: 제1 전극 32: 제2 전극
40: 유전체 51: 마그넷

Claims (3)

1. 제1 절연체;
   상기 제1 절연체 상에 마련된 제1 전극;
   상기 제1 절연체의 일측에 마련된 제2 절연체;
   상기 제2 절연체 상에 마련되며 제1 전극과는 이격된 제2 전극; 및
   상기 제1 전극을 덮는 절연시트를 포함하며,
   상기 제1 전극과 제2 전극이 서로 반대의 극성을 갖도록 전원에 연결되며, 제2 전극과 전기적으로 접촉되게 절연시트 위에 올려진 금속시트가 제1 전극과에 의해 정전기적으로 클램핑될 수 있도록 구성되며,
   상기 제1 전극은 외부에 노출되게 제1 절연체 상에 마련되며,
   상기 절연시트는 평판 유리로서 제거 가능하게 제1 절연체 위에 놓여지며,
   상기 제2 절연체의 제2 전극 하부에 마그넷이 승강 가능하게 배치되고, 절연시트 위에 로딩된 금속시트를 마그넷이 상승하여 홀딩하도록 구성되며,
   상기 제2 절연체는, 조립체이며, 상기 제1 절연체와 접하는 부분에 스텝이 마련되고,
   상기 절연시트는, 스텝까지 덮도록 제1 절연체 위에 놓여지며,
   상기 마그넷은 상기 제2 절연체의 길이방향을 따라 복수 개 배치되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 제조장치.
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