KR200257218Y1 - 유기발광소자용 마스크장치 - Google Patents

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KR200257218Y1
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이명호
이한상
안태준
박재용
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 고안은 마스크의 처짐을 최소화 할 수 있도록 한 유기발광소자용 마스크장치에 관한 것이다.
본 고안은 슬롯들이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 보조 마스크들을 포함하는 마스크와, 상기 마스크 쪽으로 유기물질을 공급하는 유기소스와, 상기 마스크의 슬롯을 경유하여 유입되는 상기 유기물질이 성막되는 기판을 구비하고, 상기 보조 마스크들 각각에 형성된 슬롯들은 동일한 대각선을 따라 연속되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하여, 마스크의 처짐을 방지할 수 있다.

Description

유기발광소자용 마스크장치{MASK APPARATUS FOR ORGANIC ELECTRO-LUMINESCENCE DEVICE}
본 고안은 유기발광소자의 제조장치에 관한 것으로, 특히 마스크의 처짐을 최소화 할 수 있도록 한 유기발광소자용 마스크장치에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 'LCD'라 함), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : FED) 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 PDP'라 함) 및 일렉트로미네센스(Electro-luminescence : 이하 'EL'이라 함) 표시장치 등이 있다. 이와 같은 평판표시장치의 표시품질을 높이고 대화면화를 시도하는 연구들이 활발히 진행되고 있다.
이들 중 PDP는 구조와 제조 공정이 단순하기 때문에 경박단소 하면서도 대화면화에 가장 유리한 표시장치로 주목받고 있지만 발광효율과 휘도가 낮고 소비전력이 큰 단점이 있다.
이에 비하여, 스위칭 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 'TFT'라 함)가 적용된 액티브 매트릭스 LCD는 반도체공정을 이용하기 때문에 대화면화에 어려움이 있지만 노트북 컴퓨터의 표시소자로 주로 이용되면서 수요가 늘고 있다.
그러나 LCD는 대면적화가 어렵고 백라잇 유닛으로 인하여 소비전력이 큰 단점이 있다. 또한, LCD는 편광필터, 프리즘시트, 확산판 등의 광학소자들에 의해 광손실이 많고 시야각이 좁은 특성이 있다.
이에 비하여, EL 표시소자는 발광층의 재료에 따라 무기 EL과 유기 EL로 대별되며 스스로 발광하는 자발광소자로서 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.
유기 EL 표시소자는 도 1a와 같이 유리기판(1) 상에 투명전극 패턴으로 애노드전극(2)을 형성하고, 그 위에 정공주입층(4), 발광층(5), 전자주입층(6)이 적층된다. 전자주입층(6) 상에는 금속전극으로 캐소드전극(7)이 형성된다.
애노드전극(2)과 캐소드전극(7)에 구동전압이 인가되면 정공주입층(4) 내의 정공과 전자주입층(6) 내의 전자들이 각각 발광층(5) 쪽으로 진행하여 발광층(5) 내의 형광물질을 여기시켜 가시광을 발생하게 된다. 이렇게 발광층(5)으로부터 발생되는 가시광으로 화상 또는 영상을 표시하게 된다.
한편, 도 1b와 같이 애노드전극(2)과 캐소드전극(7) 사이에 형성되는 발광층(5)의 발광물질의 특성으로 인하여 전자주입층(6)이 형성되지 않는 경우도 있을수 있다.
이와 같은 EL 표시소자는 양산 기술과 공정이 아직까지 10″이상의 대화면을 재현성있게 제작할 수 있는 수준에 못 미치므로 대화면화되기 어려운 문제점이 있다.
이러한, 고분자 유기 EL의 패터닝방법은 일반적으로 많이 쓰이는 방법으로는 도 2에 도시된 바와 같이 새도우 마스크(shadow mask)를 이용된다.
도 2를 참조하면, 종래의 저항 가열법에 의한 진공 증착장치는 진공챔버(15)와, 진공챔버(15) 내부에 설치되며 내부에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 유기물질(10)이 담긴 가열용기(12)와, 투명한 애노드전극(2)이 형성된 유리기판(1)과, 가열용기(12)와 유리기판(1) 사이에 거리차를 두고 대면되게 설치되는 섀도우 마스크(13)를 구비한다.
진공챔버(15)는 외부로부터 이물질이 유입되지 않도록 진공된 상태가 되고, 내부의 압력이 조절된다.
가열용기(12)는 진공챔버(15)의 저면에 각각의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 유기물질이 수용된 복수개가 소정간격 이격되어 순차적으로 설치될 수 있다. 이러한, 각각의 가열용기(12)는 상부쪽에 개구부가 있고, 이 개구부에 각각의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 유기물질(10)을 수용하게 된다.
또한, 가열용기(12)에는 수용된 발광 유기물질(10)을 승화시키기 위한 저항(18)이 감싸여진다. 이 저항(18)은 흐르는 전압에 의해 가열용기(12)를 가열하게 된다.
유리기판(1) 상에는 투명한 전극인 애노드전극(2)이 형성되어 있다.
섀도우 마스크(13)는 애노드전극(2) 상에 일정한 패턴으로 발광 유기물질(10)이 증착되도록 하는 역할을 한다. 이 섀도우 마스크(13)에는 도 3과 같이 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 픽셀(Pixel)들에 관계없이 스트라이프(Stripe) 형태의 슬롯(14)들이 일정한 간격으로 배열되어 형성된다. 이러한, 새도우 마스크(13)는 유리기판(1) 상에 스트라이프 형태의 픽셀 배열로 유기물질(10)이 성막되게 한다.
또한, 도 4 같이 종래의 새도우 마스크(13) 픽셀형태는 장방형의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 픽셀들이 매트릭스 형태로 배열되어 형성된다. 이러한, 섀도우 마스크(13)는 홀더(17)에 고정되어 증착장치에 장착된다.
이와 같은 발광 유기물질 증착장치의 증착공정을 설명하면, 발광 유기물질 증착장치는 진공챔버(15) 내에 설치된 가열용기(12)를 저항(18)에 의해 가열하게 된다. 이는 가열용기(12)에 수용된 발광 유기물질(10)은 상온에서는 증발되지 않고 일정한 온도 대략 200℃에서 증발한다.
이에 따라, 가열된 가열용기(12)에서 증발되는 발광 유가물질(20)이 분자 또는 원자 상태로 증발되고, 유리기판(1)과 가열용기(12) 사이에 섀도우 마스크(13)의 슬롯들(14)을 통과한 발광 유기물질(10)만이 상대적으로 온도가 낮은 유리기판(1)의 애노드전극(2) 상에 증착된다.
이와 같은 증착 공정 중 발광 유기물질(10)을 증발시키기 위하여 진공챔버(15) 내에서 가열용기(12)를 가열하게 되는데, 이 가열되는 열에 의한 복사에너지가 섀도우 마스크(13)에 전달되어 섀도우 마스크(13)의 온도가 증가하게 된다. 증가하는 섀도우 마스크(13)의 온도로 인해 섀도우 마스크(13)가 열팽창하게 되고, 이 열팽창에 의해 섀도우 마스크(13)가 하방으로 처지는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 종래의 섀도우 마스크(13)는 대면적의 화면으로 갈수록 처짐현상이 커지는 문제점이 있다.
따라서, 본 고안의 목적은 마스크의 처짐을 최소화 할 수 있도록 한 유기발광소자용 마스크장치를 제공하는데 있다.
도 1a 및 도 1b는 유기발광소자의 화소셀을 나타내는 단면도.
도 2는 종래의 유기발광소자용 마스크장치를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 섀도우 마스크를 나타내는 사시도.
도 5 본 고안에 따른 유기발광소자를 나타내는 단면도.
도 6은 본 고안에 따른 유기발광소자용 마스크장치를 나타내는 사시도.
도 7 및 도 8은 본 고안의 제 1 실시 예에 따른 섀도우 마스크를 나타내는 평면도.
도 9 및 도 10은 본 고안의 제 2 실시 예에 따른 섀도우 마스크를 나타내는 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1, 21 : 유리기판 2, 22 : 애노드전극
4, 24 : 정공주입층 5, 25 : 발광층
6 : 전자주입층 7, 27 : 캐소드전극
10, 40 : 유기물질 12, 32 : 가열용기
13, 33 : 섀도우 마스크 14, 34, 44 : 슬롯
15, 35 : 진공챔버 17, 37 : 마스크 홀더
18, 38 : 저항 42 : 대형 마스크
43 : 소형 섀도우 마스크
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 유기발광소자용 마스크장치는 슬롯(34)들이 동일한 대각선을 따라 연속되게 배치되는 마스크(33)와, 상기 마스크(33) 쪽으로 유기물질(40)을 공급하는 유기소스(32)와, 상기 마스크(33)의 슬롯(34)을 경유하여 유입되는 상기 유기물질(40)이 성막되는 기판(21)을 구비한다.
본 고안에 따른 유기발광소자용 마스크장치는 슬롯들(44)이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 보조 마스크들(43)을 포함하는 마스크(42)와, 상기 마스크(42) 쪽으로 유기물질(40)을 공급하는 유기소스(32)와, 상기 마스크(42)의 슬롯들(44)을 경유하여 유입되는 상기 유기물질(40)이 성막되는 기판(21)을 구비하고, 상기 보조마스크(43)들 각각에 형성된 슬롯들(44)은 동일한 대각선을 따라 연속되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 고안의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예의 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 5 내지 도 10을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 고안에 따른 유기발광소자는 유리기판(21) 상에 투명전극패턴으로 애노드전극(22)을 형성하고, 그 위에 절연막(23), 정공관련층(24), 발광층((Emitting Layer : EMI, 25), 전자관련층(26)이 적층된다. 전자관련층(26) 상에는 금속전극으로 캐소드전극(27)이 형성된다.
애노드전극(22) 및 절연막(23)은 유리기판(21) 위에 ITO, IZO, ITZO 등의 물질을 사진식각법(Photolithgraphy)에 의해 차례로 형성된다. 정공관련층(24)에는 애노드전극(22) 상에 정공주입층(Hole Injection Layer : HIL), 정공운송층(Hole Transport Layer : HTL)이 순차적으로 형성된다. 발광층(25)은 빛을 내는 기능을 하지만 주로 전자 혹은 정공을 운반하는 기능도 함께 하는 것이 대부분이다. 전자관련층(26)에는 전자운송층(Electron Transport Layer : ETL), 전자주입층(Electron Injection Layer : EIL)이 발광층(25) 상에 순차적으로 적층된다.
정공관련층(24), 발광층(25) 및 전자관련층(26)은 저분자 화합물인 경우에는 진공증착에 의해 형성되며, 고분자 화합물의 경우에는 스핀 코팅(Spin Coating) 또는 잉크젯 프린팅 방식 등에 의해 형성된다.
캐소드전극(27)은 반사율이 높은 Al, Ag 등이 쓰일 수 있으나 많은 경우 알루미늄(Al)과 같은 금속이 이용된다.
이와 같은, 유기 EL소자의 발광층(25)은 대기 중의 수분 및 산소에 쉽게 열화 되는 특성으로 인하여 인캡슐레이션(Encapsulation) 방법에 따라 에폭시 수지와 같은 씨일제(30)를 사이에 두고 애노드전극(2)과 패키징판(9)이 합착된다.
패킹징판(29)은 유리, 플라스틱, 캐니스터(Canister) 등을 재료로 하여 형성된다. 이 패킹징판(29)의 배면 중앙부에는 수분 및 산소를 흡수하기 위한 게터(Getter;8)가 충진될 수 있도록 오목하게 형성되고, 이 오목한 공간에는 BaO, CaO 등의 물질이 충진된다. 또한, 흡습제인 게터(28)가 발광층(25)에 떨어지는 것을 방지하기 위하여 패킹징판(29)의 배면에는 수분 및 산소 등이 드나들도록 반투성막(31)이 부착된다. 반투성막(31)은 테프론, 폴리에스테르, 종이 등의 재료가 이용된다.
이와 같은 본 고안의 유기 EL 소자는 애노드전극(22) 및 캐소드전극(27)에 구동전압 및 전류가 인가되면 정공주입층 내의 정공과 전자주입층 내의 전자는 각각 발광층(25) 쪽으로 진행하여 발광층(25) 내의 형광물질을 여기 시키게 된다. 이렇게 발광층(25)으로부터 발생되는 가시광은 투명한 애노드전극(22)을 통해 밖으로 빠져 나오는 원리로 화상 또는 영상을 표시하게 된다.
도 6은 유리기판(21)에 형성된 애노드전극(22) 상에 발광 유기물질(40)을 증착하기 위한 진공 증착장치를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 종래의 저항 가열법에 의한 진공 증착장치는 진공챔버(35)와, 진공챔버(35) 내부에 설치되며 내부에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 유기물질(40)이 담긴 가열용기(32)와, 투명한 애노드전극(22)이 형성된 유리기판(21)과, 가열용기(32)와 유리기판(21) 사이에 거리차를 두고 대면되게 설치되는 섀도우 마스크(33)를 구비한다.
진공챔버(35)는 외부로부터 이물질이 유입되지 않도록 진공된 상태가 되고, 내부의 압력이 조절된다.
가열용기(32)는 진공챔버(35)의 저면에 각각의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 유기물질이 수용된 복수개가 소정간격 이격되어 순차적으로 설치될 수 있다. 이러한, 각각의 가열용기(32)는 상부쪽에 개구부가 있고, 이 개구부에 각각의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 유기물질(40)을 수용하게 된다.
또한, 가열용기(32)에는 수용된 발광 유기물질(40)을 승화시키기 위한 저항(38)이 감싸여진다. 이 저항(38)은 흐르는 전압에 의해 가열용기(32)를 가열하게 된다.
유리기판(21) 상에는 투명한 전극인 애노드전극(22)이 형성되어 있다.
본 고안에 제 1 실시 예에 따른 섀도우 마스크(33)는 애노드전극(22) 상에 일정한 패턴으로 발광 유기물질(40)이 증착되도록 하는 역할을 한다. 이를 위해 섀도우 마스크(33)에는 도 7과 같이 장방형 형태의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 각 슬롯들(34)이 동일한 대각선을 따라 배치되어 형성된다. 이렇게 동일한 대각선을 따라 슬롯들(34)이 형성된 섀도우 마스크(33)는 홀더(37)에 고정되어 증착장치에 장착된다. 또한, 섀도우 마스크(33)의 슬롯들(34)은 도 8과 같이 역대각선 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 우측에서 좌측으로 향하는 대각선을 따라 슬롯들(34)이 형성된다.
이와 같은 발광 유기물질 증착장치의 증착공정을 설명하면, 발광 유기물질 증착장치는 진공챔버(35) 내에 설치된 가열용기(32)를 저항(38)에 의해 가열하게 된다. 이는 가열용기(32)에 수용된 발광 유기물질(40)은 상온에서는 증발되지 않고 일정한 온도 대략 200℃에서 증발한다.
이에 따라, 가열된 가열용기(32)에서 증발되는 발광 유가물질(40)이 분자 또는 원자 상태로 증발되고, 유리기판(21)과 가열용기(32) 사이에 섀도우 마스크(33)의 슬롯들(34)을 통과한 발광 유기물질(40)만이 상대적으로 온도가 낮은 유리기판(21)의 애노드전극(22) 상에 증착된다.
이와 같은 증착 공정 중 발광 유기물질(40)을 증발시키기 위하여 진공챔버(35) 내에서 가열용기(32)를 가열하게 되는데, 이 가열되는 열에 의한 복사에너지가 섀도우 마스크(33)에 전달되어 섀도우 마스크(33)의 온도가 증가하게 된다. 증가하는 섀도우 마스크(33)의 온도로 인해 섀도우 마스크(33)가 열팽창하게되더라도 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 각 슬롯들(34)이 동일한 대각선을 따라 형성되어 있기 때문에 처짐현상을 최소화 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 고안의 제 2 실시 예에 따른 섀도우 마스크는 대형 마스크(42)에 다수개의 소형 섀도우 마스크들(43)을 포함한다.
이 다수개의 소형 섀도우 마스크들(43)에는 좌측에서 우측 방향의 대각선으로 인접한 소형 섀도우 마스크들(43)과 동일한 대각선 선을 따라 장방형 슬롯(44)들이 형성된다. 다시 말하여, 대형 마스크(42) 내의 소형 섀도우 마스크(43) 각각에 형성되는 슬롯들(44)은 서로 다른 방향으로 배치되는 것이 아니라 모두 동일한 대각선을 따라 배치된다.
또한, 도 10과 같이 소형 섀도우 마스크들(43)에는 우측에서 좌측 방향의 대각선으로 인접한 소형 섀도우 마스크들(43)과 동일한 대각선을 따라 장방형 슬롯(44)들이 형성된다. 다시 말하여, 대형 마스크(42) 내의 소형 섀도우 마스크(43) 각각에 형성되는 슬롯들(44)은 서로 다른 방향으로 배치되는 것이 아니라 모두 동일한 대각선 내에 배치된다.
이와 같이, 하나의 대형 마스크(42)에 적어도 하나의 소형 섀도우 마스크(43)를 배치하고, 각각의 소형 섀도우 마스크(43)에 동일한 대각선을 따라 픽셀 슬롯(44)을 배치함으로써 대형 마스크(42)의 처짐을 최소화 할 수 있다.
한편, 본 고안에 따른 대각선 방향으로 슬롯들이 형성된 섀도우 마스크를 이용하여 대형패널의 픽셀을 제작하여 픽셀에 글씨를 표시할 때 글씨에서 계단현상이 발생하는 문제점이 있다. 그러나 3인치용 소형패널의 경우에서는 이와 같은 계단현상이 발생하지 않으므로, 소형패널 제작에 사용되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 유기발광소자용 마스크장치는 마스크에 형성되는 슬롯의 방향을 대각선방향으로 배치하여 마스크의 처짐이 최소화된다.또한, 대형 마스크에 배치된 적어도 하나의 마스크에 형성되는 슬롯을 동일한 대각선을 따라 배치함으로써 대형 마스크의 처짐이 최소화된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 고안의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 고안의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 실용신안등록 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (2)

  1. 슬롯(34)들이 동일한 대각선을 따라 연속되게 배치되는 마스크(33)와,
    상기 마스크(33) 쪽으로 유기물질(40)을 공급하는 유기소스(32)와,
    상기 마스크(33)의 슬롯(34)을 경유하여 유입되는 상기 유기물질(40)이 성막되는 기판(21)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 마스크장치.
  2. 슬롯들(44)이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 보조 마스크들(43)을 포함하는 마스크(42)와,
    상기 마스크(42) 쪽으로 유기물질(40)을 공급하는 유기소스(32)와,
    상기 마스크(42)의 슬롯들(44)을 경유하여 유입되는 상기 유기물질(40)이 성막되는 기판(21)을 구비하고,
    상기 보조 마스크(43)들 각각에 형성된 슬롯들(44)은 동일한 대각선을 따라 연속되게 배치되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 마스크장치.
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