KR20020088927A - 유기박막제조용 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기전계발광 소자의 제조방법 - Google Patents

유기박막제조용 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기전계발광 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 새도우 효과를 최소화할 수 있는 유기박막제조용 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기 전계발광 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 기판에 유기물질을 원하는 모양으로 선택적으로 증착할 수 있도록 하기 위한 다수의 패터닝 홀을 가지는 유기박막제조용 새도우 마스크에 있어서, 상기 새도우 마스크에는 스트레칭에 의하여 소정 크기의 장력이 인가되는 것을 특징으로 하는 유기박막제조용 새도우 마스크를 제공한다.

Description

유기박막제조용 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기 전계발광 소자의 제조방법{shadow mask for manufacturing organic layer and method for organic electroluminescent device}
본 발명은 유기 전계발광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기박막 제조시에 사용되는 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기 전계발광 소자의 제조방법에 관한 것이다.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자중 하나로서 전계발광소자가 주목되고 있다. 전계발광소자는 사용하는 재료에 따라 무기 전계발광 소자와 유기 전계발광 소자로 크게 나뉘어진다.
무기 전계발광 소자는 일반적으로 발광부에 높은 전계를 인가하고 전자를 이 높은 전계중에서 가속하여 발광 중심으로 충돌시켜 이에 의해 발광 중심을 여기함으로써 발광하는 소자이다. 그리고, 유기 전계발광 소자는 전자주입전극(cathode)과 정공주입전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내로 주입시켜 주입된 전자와 홀이 결합하여 생성된 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
도 1을 참조하여, 일반적인 유기 전계발광 소자를 설명하면 다음과 같다.
기판(3) 위에는 정공주입전극인 제1전극(4), 유기물질로 구성되는 발광층(9), 전자주입전극인 제2전극(11)이 순차적으로 적층된다. 그리고, 제1전극(4)의 소정 위치에는 절연막(5)이 형성되며, 상기 절연막(5) 위에는 전체면이 아닌 화소 각각에서 발광하도록 화소를 구분하는 격벽(7)이 형성되며, 상기 격벽(7) 위에는 역시 발광층(9) 및 제2전극(11)이 순차적으로 적층된다.
한편, 상술한 발광층(9) 즉 유기박막을 형성하는 방법에는 크게 물리적 증착방법(PVD : Phsycal Vapor Deposition)과 화학적 증착방법(CVD : Chemical Vapor Deposition)이 있으며, 물리적 증착방법에는 저항열이나 플라즈마 등을 이용하여 유기물질을 기체상태로 만들어 기판에 직접 증착시키는 저항가열법, 전자충격법 등의 진공증착법이 있는데 주로 저항가열법이 사용된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 저항가열법에서는 유기물질(1)은 열선(1a)과 같은 적절한 열원에 의하여 가열되며, 상기 유기물질(1)의 상부에는 기판(3)이 위치한다. 이때, 기판(3)에 패터닝된 유기박막을 형성하려면 유기물질(1)과 기판(3) 사이에 패터닝된 마스크(20)를 삽입하게 된다.
이러한 상태에서 유기물질(1)을 가열하면 가열된 유기물질(1)이 분자 또는 원자 상태로 증발되어 상대적으로 온도가 낮은 기판(3)에 증착되게 되며, 이때 새도우 마스크(20)에 의하여 기판(3)에는 유기물질(1)이 원하는 모양으로 선택적으로 증착되게 된다.
한편, 기판(3)과 새도우 마스크(20) 사이의 간격이 크면 저항가열법의 특성상 유기물질(1)이 증발될 때 원뿔각 형태의 직선운동을 하기 때문에 새도우 마스크(20)에 가려 증착이 안되는 곳이 생기게 된다. 따라서, 유기 전계발광 소자를 구동할 때 새도우 마스크(20)에 가려 증착이 안된 부분 때문에 백화현상이 일어 나며, 이러한 현상을 새도우 효과(shadow effect)라고 한다. 이러한 새도우 효과는 새도우 마스크(20)와 기판(3)의 간격이 커질수록 더욱 커지게 된다. 따라서, 새도우 효과를 줄이려면 새도우 마스크(20)와 기판(3)을 최대한 좁은 간격으로 밀착시켜야 한다.
상술한 종래의 유기박막제조용 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기 전계발광 소자의 제조방법에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 새도우 효과를 방지하기 위하여 새도우 마스크와 기판 사이를 최대한 접촉시켜 사용하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 방법에서는 새도우 마스크에 의하여 격벽이 무너지거나 비틀리는 경우가 발생하여 결국 소자 불량을 야기하게 되므로 새도우 효과를 방지하는 데에 있어서 한계가 있었다.
둘째, 도 3에 도시한 바와 같이, 새도우 마스크는 자체의 자중에 의하여 휘게 된다. 또한, 대면적의 기판을 제조하는 경우에는 새도우 마스크 자체도 대면적화가 되므로 이러한 현상은 더욱 심화된다. 따라서, 이와 같이 새도우 마스크의 변형이 발생하면 새도우 효과가 더욱 크게 발생한다. 또한, 이러한 휨때문에 증착된 유기박막의 두께가 불균일하게 되어 화소마다 특성이 불균일해진다는 문제점이 있다.
셋째, 종래 기술에서는 5" 이상이 대면적 기판을 제조하려면 새도우 효과를 줄이기 위하여 얇은 두께의 새도우 마스크를 사용하여야 하며, 얇은 새도우 마스크를 평평한 면으로 만들어 주기위해서는 기판과 새도우 마스크가 접촉하는 방법을 사용할 수밖에 없었다. 따라서, 이러한 종래의 방법으로는 기판과 새도우 마스크의 접촉에 의하여 격벽이 손상되어 소자의 불량이 발생되므로 사실상 대면적 기판의 제조가 어려웠다.
대면적 기판 제조의 다른 방법으로는 기판의 자중에 의한 휨을 방지하기 위하여 새도우 마스크의 두께를 두껍게 하는 방법이 있을 수 있다. 그러나, 이러한 방법에서는 기판의 변형에 의하여 유기박막의 두께가 불균일하게 되는 것을 어느 정도 방지할 수 있지만 새도우 마스크의 두께 증가에 따라서 또 다른 새도우 효과가 나타난게 된다. 따라서, 종래의 기술에서는 새도우 마스크의 변형의 영향을 받지 않고 제작할 수 있는 기판이 일정 크기 이하로 제한을 받게 된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 새도우 효과를 최소화할 수 있는 유기박막제조용 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기 전계발광 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 화소의 특성이 균일한 대면적 기판의 제조가 가능한 유기박막제조용 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기 전계발광 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 유기 전계발광 소자를 도시한 단면도
도 2은 종래의 새도우 마스크를 이용한 유기 전계발광 소자의 제조장치를 개략적으로 도시한 구성도
도 3는 도 2의 새도우 마스크의 변형 상태를 도시한 설명도
도 4는 본 발명에 따른 유기박막제조용 새도우 마스크를 개략적으로 도시한 평면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유기물질 3 : 기판
4 : 제1전극 5 : 절연막
7 : 격벽 9: 발광층
11 : 제2전극 20 : 새도우 마스크
23a : 홀 인접부 23b : 홀 비인접부
30 : 마스크 홀더
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판에 유기물질을 원하는 모양으로 선택적으로 증착할 수 있도록 하기 위한 다수의 패터닝 홀을 가지는 유기박막제조용 새도우 마스크에 있어서, 상기 새도우 마스크에는 스트레칭에 의하여 소정 크기의 장력이 인가되는 것을 특징으로 하는 유기박막제조용 새도우 마스크를 제공한다.
그리고, 상기 새도우 마스크에 인가되는 장력을 분산시키기 위하여, 상기 스트레칭은 수회 나누어 실행되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 패터닝 홀의 가장자리에 인접하는 홀 인접부와 홀 비인접부에는 다른 크기의 장력이 인가되는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기 기판과 상기 새도우 마스크는 서로 접촉하지 않도록 일정한 간격을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 기판과 상기 새도우 마스크의 사이에는 스페이서가 설치되어 일정한 간격을 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 유기물질이 증착되는 기판의 하부에 새도우 마스크를 설치하는 단계와; 상기 새도우 마스크에 스트레칭에 의하여 소정 크기의 장력을 인가하는 단계를 포함하는 유기 전계발광 소자의 제조방법을 제공한다.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면 새도우 효과를 최소화할 수 있으므로 유기박막을 균일하게 증착할 수 있고, 또한 대면적 기판의 제작이 가능하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 유기박막제조용 새도우 마스크를 개략적으로 도시한 평면도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 유기박막제조용 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기 전계발광 소자의 제조방법의 원리를 설명하면 다음과 같다.
새도우 마스크(20)는 다수의 패터닝 홀(22)이 형성된 홀 형성부(21)와, 상기 홀 형성부(21)와 인접하며 패터닝 홀(22)이 형성되지 않는 홀 비형성부(23)로 구성된다. 그리고, 상기 새도우 마스크(20)는 마스크 홀더(30)에 의하여 고정된다.
상술한 새도우 마스크(20)의 구조는 일반적인 새도우 마스크의 구조와 유사하다. 다만, 본 발명에서는 새도우 마스크(20)에 소정 크기의 장력이 인가되며, 기판에 형성된 격벽의 파손을 방지하기 위하여 기판과 새도우 마스크(20)가 접촉하지 않도록 한다. 이때, 기판과 새도우 마스크(20)의 비접촉에 따른 새도우 효과를 방지하기 위하여 매우 얇은 두께 예를 들어 수십 마이크로미터 두께를 가진 새도우 마스크(20)를 사용한다.
상술한 바와 같이, 얇은 새도우 마스크(20)를 사용하면 강성이 떨어져 휨과 같은 변형이 많이 발생할 우려가 있다. 따라서, 이러한 휨을 방지하기 위하여 새도우 마스크(20)를 스트레칭(streching)하여 소정 크기의 장력을 걸어준다.
이때, 너무 큰 장력을 걸어주면 얇은 새도우 마스크(20)가 파손될 우려가 있다. 또한, 새도우 마스크(20)에는 다수의 패터닝 홀(22)이 형성되어 있으므로 약간의 장력을 인가하여도 주름이 발생할 우려가 있다. 따라서, 이러한 점을 감안하여 적절한 응력해석을 통하여 새도우 마스크(20)의 변형이 발생하지 않는 범위에서 상기 새도우 마스크(20)를 스트레칭한다. 또한, 유기물질을 가열하는 열원에 의한 새도우 마스크(20)의 열팽창에 의한 변형을 방지하기 위한 최소한의 힘 이상이 인가되도록 새도우 마스크(20)에 인가되는 장력을 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 스트레칭을 할 때 여러번 반복 실행에 의한 적당한 양의 분산된 장력을 인가하여 주는 것이 바람직하다.
한편, 상술한 바와 같이, 새도우 마스크(20)의 대부분 영역은 패터닝 홀(22)이 형성된 홀 형성부(21)이며, 가장자리는 패터닝 홀(22)이 형성되지 않은 홀 비형성부(23)이다. 그리고, 상기 홀 비형성부(23)는 새도우 마스크(20)의 홀의 에지에 인접하는 홀 인접부(23a)와, 인접하지 않는 홀 비인접부(23b)로 나눌 수 있다. 일반적으로 인가되는 장력에 의하여 발생하는 주름은 홀 인접부(23a)와 비인접부(23b)에서 각각 다르며, 패터닝 홀(22)의 에지부 즉 홀 인접부(22a)에서 가장 많이 발생한다.
따라서, 새도우 마스크(20)의 외곽 즉 홀 비형성부(23)에서 장력을 고루 분산하여 인가하여야 한다. 즉, 적당한 응력 계산에 의하여 홀 인접부(23a)와 홀 비인접부(23b)에 각각 크기가 다른 장력을 인가하여 주름 발생을 방지하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 새도우 마스크(20)이 두께가 얇은 것을 사용할 수 있으므로 상기 기판과 상기 새도우 마스크(20)의 사이에는 서로 접촉하지 않도록 하여도 새도우 효과를 방지할 수 있다. 따라서, 격벽의 파손을 방지하기 위하여 상기 기판과 상기 새도우 마스크(20)의 사이에는 일정한 간격을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 기판과 상기 새도우 마스크(20)의 사이에는 소정 두께의 스페이서(미도시)를 설치하여 일정한 간격을 유지시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다는 것을 이해할 것이다.
상술한 본 발명에 따른 유기박막제조용 새도우 마스크 및 이를 이용한 유기 전계발광 소자의 제조방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명에서는 얇은 새도우 마스크에 장력을 인가함으로써 상기 새도우 마스크의 변형을 방지하고, 또한 상기 새도우 마스크와 기판을 접촉시키지 않으면서 유기물질을 증착할 수 있다. 따라서, 새도우 효과를 방지할 수 있으며, 대면적 기판의 제작이 가능하다.
둘째, 본 발명에서는 새도우 마스크에 장력을 줌으로서 유기물질의 가열에 의하여 발생하는 복사열에 의한 새도우 마스크의 열팽팡 변형을 방지함으로써 증착 공정 중에 상기 새도우 마스크를 항상 평평한 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 균일한 두께의 유기박막을 형성시킬 수 있으며 대면적 발광면의 제작이 가능하다.

Claims (6)

  1. 기판에 유기물질을 원하는 모양으로 선택적으로 증착할 수 있도록 하기 위한, 다수의 패터닝 홀을 가지는 유기박막제조용 새도우 마스크에 있어서,
    상기 새도우 마스크에는 스트레칭에 의하여 소정 크기의 장력이 인가되는 것을 특징으로 하는 유기박막제조용 새도우 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 새도우 마스크에 인가되는 장력을 분산시키기 위하여, 상기 스트레칭이 수회 실행되는 것을 특징으로 하는 유기박막제조용 새도우 마스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 패터닝 홀의 가장자리에 인접하는 홀 인접부와 홀 비인접부에는 다른 크기의 장력이 인가되는 것을 특징으로 하는 유기박막제조용 새도우 마스크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판과 상기 새도우 마스크는 서로 접촉하지 않도록 일정한 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 유기박막제조용 새도우 마스크.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판과 상기 새도우 마스크의 사이에는 스페이서가 설치되어 일정한 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 유기박막제조용 새도우 마스크.
  6. 유기물질이 증착되는 기판의 하부에 새도우 마스크를 설치하는 단계와;
    상기 새도우 마스크에 스트레칭에 의하여 소정 크기의 장력을 인가하는 단계를 포함하는 유기 전계발광 소자의 제조방법.
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US7824823B2 (en) * 2004-02-04 2010-11-02 Lg Display Co., Ltd. Mask, method of fabricating the same, and method of fabricating organic electro-luminescence device using the same
KR20170028050A (ko) * 2015-09-03 2017-03-13 삼성전자주식회사 박막 형성 장치, 이를 이용한 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법

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