KR20030085188A - 메탈 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 발광층 증착시 새도우 효과에 의한 퍼짐을 최소화함과 아울러 고정세화 표시소자를 제조할 수 있도록 한 메탈 마스크에 관한 것이다.

본 발명에 따른 메탈 마스크는 패턴영역을 제외한 소정 위치에 다수의 돌기를 구비하고, 상기 다수의 돌기 중 소정 개수의 돌기는 자기력에 반응할 수 있는 자성물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 본 발명에 따른 메탈 마스크는 투명기판과 대응되는 메탈 마스크의 표면에 자성을 띄는 돌기를 형성함으로써 메탈마스크와 투명기판 사이에 일정한 간격을 유지함과 아울러 정형 패턴의 유기 발광층을 형성할 수 있다. 또한, 돌기를 격벽의 위치를 피해 형성하여 새도우 효과에 의한 유기물 퍼짐을 줄임과 아울러 고정세화를 실현할 수 있다.

Description

메탈 마스크{Metal Mask}

본 발명은 메탈 마스크에 관한 것으로, 특히 유기 발광층 증착시 새도우 효과에 의한 퍼짐을 최소화함과 아울러 고정세화 표시소자를 제조할 수 있도록 한 메탈 마스크에 관한 것이다.

최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel) 및 일렉트로 루미네센스(Electro-Luminescence : 이하 "EL"라 함) 표시 패널 등이 있다.

이와 같은 평판표시장치의 표시품질을 높이고 대화면화를 시도하는 연구들이활발히 진행되고 있다. 이들 중 EL 표시 패널은 스스로 발광하는 자발광패널이다. EL 표시 패널은 전자 및 정공 등의 캐리어를 이용하여 형광물질을 여기 시킴으로써 비디오 영상을 표시하게 된다.

이 EL 표시소자는 사용하는 재료에 따라 무기 EL 표시소자과 유기 EL 표시소자로 크게 나뉘어진다. 유기 EL 표시소자는 100∼200V의 높은 전압을 필요로 무기 EL 표시소자에 비해 5∼20V 정도의 낮은 전압으로 구동됨으로써 직류 저전압 구동이 가능하다. 또한, 유기 EL표시소자는 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 콘트라스트비(contrast ratio) 등의 뛰어난 특징을 갖고 있으므로 그래픽 디스플레이의 픽셀(pixel), 텔레비젼 영상 디스플레이나 표면 광원(Surface Light Source)의 픽셀로서 사용될 수 있으며, 얇고 가벼우며 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이에 적합한 패널이다.

도 1은 일반적인 유기 EL 표시소자를 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 2는 종래기술에 따른 유기 EL패널 일부영역을 나타내는 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 유기 EL 표시소자는 투명 기판(1) 위에 투명 전극을 화학적 식각(chemical etching) 방법으로 띠(stripe) 형태의 애노드(anode)(2)를 형성하고, 그 위에 유기 EL 층(4)을 진공 증착 방법으로 입힌다음, 띠 형태의 애노드(2)와 수직 방향으로 캐소드(cathode)(3)를 입혀 패널를 제작한다. 애노드용 투명전극(2)은 사진식각법을 사용하여 원하는 형태로 구현되며, 투명전극재료로서는 산화인듐(In₂O₃)에 산화주석(SnO₂)을 도핑한 인듐-틴-옥사이드(Indium TinOxide ; 이하, "ITO"라 함)이 사용된다.

이와 같이 제작된 패널의 보호를 위하여 보호막을 입히고 실링(sealing)(5)한 다음, 패널의 전극들을 구동 회로나 또는 칩(chip)에 연결시킨다. 즉, 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버에 연결되어 구동부로부터 신호를 받아 화상을 표시하게 된다.

도 3은 도 2에 도시된 유기 EL 표시소자의 단면을 나타내는 도면로써, 유기 EL 표시소자의 메탈 캡 즉, 씨일 커버 플레이트를 제거한 패널을 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 유기 EL 표시소자는 투명기판(12) 상에 띠 형태로 일렬로 배열된 투명전극(14)과, 상기 투명전극(14) 상에 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층이 적층되어 형성된 유기 전계발광층(이하 "EL층"라 함, 20)과, 상기 EL층 상에서 상기 투명전극과 교차하고 띠 모양으로 형성된 캐소드 전극(22)을 구비한다. 또한 캐소드 전극(22)을 분리하기 위한 상기 캐소드 전극(22) 사이에 동일한 띠 모양으로 형성된 격벽(18)을 구비한다.

유기 EL패널은 투명기판(12) 상에 일함수(work function)가 높은 투명전극(14)과 일함수가 낮은 금속전극(22) 사이에 유기 EL층(20)이 삽입되는 구조로 형성된다. 일함수가 높은 투명전극(14)은 정공을 주입하는 애노드 전극(Anode)으로 사용되고, 일함수가 낮은 금속전극(22)은 전자를 주입하는 캐소드 전극(Cathode)으로 사용된다. 이 때 투명전극(14)은 발광된 빛이 발광패널 외부로 발산되게 하기 위하여 기판과 한쪽 전극은 발광파장영역에서 빛의 흡수가 거의 없는 투명한 물질을 사용한다. 금속전극(22)은 유기 EL층(20) 상에 증착할 때격벽(18)들에 의해 이웃의 금속전극과 분리되어진다.

유기 EL층(20)은 애노드 전극(14)과 캐소드 전극(22) 사이에 순차적으로 적층된 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층으로 구성된다. 이들의 발광 원리를 살펴보면, 상기 애노드 및 캐소드 전극(14,22) 사이에 전류를 흘려주면 정공주입층 및 전자주입층을 통하여 전자 및 정공들로 구성된 캐리어들이 각각 주입된다. 이러한 캐리어들은 정공수송층 및 전자수송층을 통하여 정공수송층과 전자수송층 사이에 형성된 발광층(도시하지 않음)에 수송되어진다. 이 때 정공수송층과 전자수송층은 캐리어들을 발광물질로 효율적으로 수송시켜줌으로써 발광층 내에서 발광결합의 확률을 크게 한다. 캐리어들이 발광층에 주입되면 발광층 내에 엑시톤(exciton)이 생성되며, 이렇게 생성된 엑시톤들이 폴라론(Polaron) 에너지 갭에 해당하는 빛을 발생하여 발광소멸하게 된다.

여기서 발광되는 빛은 도 4에 도시된 바와 같이 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B)을 내기 위한 유기물질로 형성된 유기 EL층(20R,20G,20B)에 의해 투명기판(12) 하면으로 발광된다. 이 때 유기 EL층(20R,20G,20B)은 발광용 유기물질을 열 증발(Thermal Evaporation) 증착법을 이용하여 형성된다. 또한 유기 EL층(20R,20G,20B)은 각각의 발광용 유기물질을 형성하기 위해 증착기 내부에서 메탈 마스크(Metal Mask)를 사용하여 형성된다.

도 5a 내지 도 5d는 종래기술에 따른 유기 EL 표시소자의 유기 발광층 제조방법을 설명하는 도면이다.

도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 먼저 유기 EL패널의 투명기판(12) 상에는 띠형태로 배열된 투명전극(14)과, 후 공정에 형성될 금속전극(22)을 분리하기 위해 동일한 띠 모양의 격벽(18)과, 투명전극(14)과 격벽(18) 사이에 층간 절연을 위한 절연막(16)이 형성된다. 이후 상기에서와 같이 구성된 투명기판(12)을 증착기(도시하지 않음)에 투입된다. 증착기 내로 투입된 투명기판(12) 상에 적(R), 녹(G), 청(B)색의 유기물질 중 하나의 유기 발광물질을 증착하기 위한 메탈마스크(26)이 배열된다. 이 때 메탈마스크(26)는 스트라이프 방식의 화소 배열을 가지는 유기 EL패널에서 한 화소 크기에 해당하는 홀(도시하지 않음)을 가진다.

먼저 적색(R) 유기 EL층(20R)을 형성하기 위한 영역에 메탈마스크(26)가 배열된다. 이후 상기 영역에 적색 유기 발광물질을 증착하면 도 5a에 도시된 바와 같이 적색 유기 EL층(20R)이 형성된다.

적색 유기 EL층(20R)이 형성되면 상기 메탈 마스크(26)를 한 화소 셀 영역만큼 쉬프트시킨다. 쉬프트된 메탈 마스크(26)를 이용하여 녹색 유기 발광물질을 증착하면 도 5b에 도시된 바와 같이 녹색 유기 EL층(20G)이 형성된다.

녹색 유기 EL층(20G)이 형성되면 상기 메탈 마스크(26)를 다시 한 화소 셀 영역만큼 쉬프트시킨다. 쉬프트된 메탈 마스크(26)를 이용하여 청색 유기 발광물질을 증착하면 도 5c에 도시된 바와 같이 청색 유기 EL층(20B)이 형성된다.

상기 공정을 통하여 유기 EL층(20R,20G,20B)이 형성되면 도 5d에 도시된 바와 같이 금속전극(22)을 증착시킴으로써 유기 EL 표시소자가 완성된다.

이 때, 메탈 마스크(26)와 투명기판(12) 사이의 간격은 좁을 수록 새도우(Shadow) 효과에 의한 유기 발광물질의 퍼짐을 줄일 수 있다. 그러나, 종래기술에 따른 유기 EL표시소자에서는 메탈마스크(26)와 투명기판(12)을 밀착시킬 경우 메탈마스크(26)에 의해 격벽(18)이 손상될 우려가 있다. 또한, 투명기판(12)과 메탈마스크(26)가 서로 이격되어 있어 이들 사이의 일정한 간격을 유지하기가 어려운 단점이 있다. 이로 인한 유기 EL 표시소자의 유기 EL층(20)의 증착시 화소가 불균일하게 되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 메탈 마스크의 표면에 미세 돌기를 형성함으로써 균일한 유기 발광층을 형성함과 아울러 고정세화가 가능하도록 한 메탈 마스크를 제공하는 데 있다.

도 1은 일반적인 유기 전계발광 표시소자를 개략적으로 도시하는 도면.

도 2는 종래기술에 따른 유기 EL 표시소자 일부영역을 나타내는 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 유기 EL 표시소자의 단면을 나타내는 도면.

도 4는 유기 EL 표시소자의 발광 화소 형성 개념을 나타내는 도면.

도 5a 내지 도 5d는 종래기술에 따른 유기 EL 표시소자의 유기 발광층 제조방법을 설명하는 도면.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 전계발광 표시소자 제조용 메탈 마스크를 나타내는 도면.

도 7은 도 6에 도시된 메탈마스크를 선 "A-A'"로 절단한 단면을 나타내는 도면.

도 8a 내지 도 8d는 도 6에 도시된 메탈 마스크를 이용한 유기 EL 표시소자의 유기 발광층 제조방법을 설명하는 도면.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 따른 유기 EL 표시소자의 메탈 마스크를 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1 : 투명기판2 : 애노드

3 : 캐소드4,20,56 : 유기 EL 층

12,50 : 투명기판14,52 : 투명전극

18,54 : 격벽22,58 : 금속전극

16 : 절연막60 : 메탈 마스크

62 : 돌기64 : 전자석

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 메탈 마스크는 패턴영역을 제외한 소정 위치에 다수의 돌기를 구비하고, 상기 다수의 돌기 중 소정 개수의 돌기는 자기력에 반응할 수 있는 자성물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 상기 다수의 돌기는 자성물질로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 상기 돌기는 상기 돌기와 대응하도록 위치하여 자기력을 제공하도록 다수의 자기력 발생수단을 구비한 증착기에 의해 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 상기 자기력 발생수단는 자기력의 발생 또는 소멸이 선택적으로 가능하며, 상기 돌기는 상기 자기력 발생수단의 자기력 발생 유무에 의해 상기 증착기와 선택적으로 착탈되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 상기 메탈 마스크는 유기 전계발광 표시소자 제조를 위한 유기 발광층 증착시 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 상기 메탈 마스크의 돌기는 상기 유기 전계발광 표시소자 제작을 위한 격벽과 동일하거나 더 높도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 상기 돌기의 높이는 약 4∼5㎛ 정도인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 상기 돌기는 원기둥, 반구형, 구형, 직육면체형 및 삼각뿔 중 어느 하나의 형태로 구성되며, 균일한 높이로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 설명 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 6 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 전계발광 표시소자 제조용 메탈 마스크를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 메탈마스크를 선 "A-A'"로 절단한 단면을 나타내는 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 유기 EL 표시소자 제조용 메탈 마스크(60)는 유기 발광물질을 증착하기 위한 홀(64)들과, 상기 홀 주변에 원기둥 형태를 가지도록 메탈 마스크(60) 표면 상에 형성된 돌기(62 ; Embossing)들을 구비한다.

홀(64)들은 스트라이프 배열의 화소셀 구조를 가지는 유기 EL 표시소자에서 한 화소셀 영역에 해당하는 크기를 가진다. 유기 EL 표시소자는 상기 홀(64)들을 통하여 각 색에 해당하는 유기 발광물질을 증착시킴으로써 유기 EL층을 형성한다.

돌기(62)들은 상기 홀(64)들 주변에 금속물질을 전기저항용접의 한 형태인 점용접(Spot Welding)을 이용하여 형성되어 유기 EL 표시소자의 기판과 메탈 마스크(60) 사이에 일정 간격을 유지하도록 한다. 이를 상세히 하면, 접합하고자 하는 메탈마스크(60)와 돌기(62)를 맛대어 놓고 적당한 기계적 압력을 주면서 전류를 흐르게 하면 저항열이 발생하는 데, 이를 이용하여 메탈마스크(60)와 돌기(62)를 접합되게 하는 것이다.

돌기(62)의 높이는 유기 EL 표시소자의 격벽(도시하지 않음)과 동일하거나 격벽보다 높게 형성되며, 약 4∼5㎛ 정도로 구성된다. 돌기(62)의 위치는 메탈 마스크(60)와 기판이 서로 합착시 패턴과 간섭이 일어나지 않도록 피하여 설계한다. 그리고, 돌기(62)의 재질은 자석 또는 자성이 있는 물질을 사용하며, 자성이 있는 물질로는 금속재질이 사용된다.

또한 본 발명에 따른 유기 EL 표시소자에서는 돌기(62)가 형성된 메탈 마스크(60)를 사용하기 위해서 유기 EL층을 증착하는 증착기에는 전자석(도시하지 않음)을 구비한다. 전자석의 위치는 돌기(62)와 동일 위치에 국소적으로 부착되며, 전자석은 균일한 자장을 형성한다. 증착기에서의 전자석 형성위치는 얼라인시 마스크에 형성된 돌기와 정확하게 맞닿을 수 있도록 대응하는 위치로 한다. 이는 메탈 마스크가 증착기에서의 전자석에 의한 자력에 의해 투명기판 쪽으로 휘는 것을방지하게 된다.

도 8a 내지 도 8d는 도 6에 도시된 메탈 마스크를 이용한 유기 EL 표시소자의 유기 발광층 제조방법을 설명하는 도면이다.

도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 먼저 유기 EL 표시소자의 투명기판(50) 상에는 띠 형태로 배열된 투명전극(52)과, 후 공정에 형성될 금속전극(58)을 분리하기 위해 동일한 띠 모양의 격벽(54)과, 투명전극(52)과 격벽(54) 사이에 층간 절연을 위한 절연막(도시하지 않음)이 형성된다. 이후 상기에서와 같이 구성된 투명기판(50)을 증착기(도시하지 않음)에 투입한다. 증착기 내로 투입된 투명기판(50) 상에 적(R), 녹(G), 청(B)색의 유기물질 중 하나의 유기 발광물질을 증착하기 위한 돌기(62)가 형성된 메탈마스크(60)가 배열된다. 이 때 메탈마스크(60)는 스트라이프 방식의 화소 배열을 가지는 유기 EL패널에서 한 화소 크기에 해당하는 홀(64)을 가진다.

먼저 적색(R) 유기 EL층(56R)을 형성하기 위해 투명기판(50) 상에 메탈마스크(60)가 배열된다. 이 때 메탈마스크(60)는 투명기판(50)과 대응하는 영역 상에 투명기판(50)과 일정간격을 유지하도록 한 돌기(62)들을 구비한다. 또한, 투명기판(50)의 배면에는 돌기(62)들과 대응하며 돌기(62)를 지지함과 아울러 자력에 의해 투명기판(50)이 휘어지는 것을 방지하기 위한 증착기에 부설된 전자석(64)이 위치한다. 이러한 메탈 마스크(60)를 통하여 적색 유기 발광물질을 증착하면 도 8a에 도시된 바와 같이 적색 유기 EL층(56R)이 형성된다.

적색 유기 EL층(56R)이 형성되면 상기 메탈 마스크(60)를 한 화소 셀 영역만큼 쉬프트시킨다. 쉬프트된 메탈 마스크(60)를 이용하여 녹색 유기 발광물질을 증착하면 도 8b에 도시된 바와 같이 녹색 유기 EL층(56G)이 형성된다.

녹색 유기 EL층(56G)이 형성되면 상기 메탈 마스크(60)를 다시 한 화소 셀 영역만큼 쉬프트시킨다. 쉬프트된 메탈 마스크(56)를 이용하여 청색 유기 발광물질을 증착하면 도 8c에 도시된 바와 같이 청색 유기 EL층(56B)이 형성된다.

상기 공정에서 유기 EL층(56R,56G,56B)을 증착시에는 증착기에 부설된 전자석(66)을 온(On)하여 메탈마스크(60)와 투명기판(50)을 밀착시키고, 증착 완료 후에는 전자석(66)을 오프(Off)하여 메탈마스크(60)를 투명기판(50)으로부터 탈착시키도록 한다.

상기 공정을 통하여 유기 EL층(56R,56G,56B)이 형성되면 도 8d에 도시된 바와 같이 금속전극(58)을 증착시킴으로써 유기 EL표시소자이 완성된다.

이러한 구성을 통하여 투명전극(52)과 금속전극(58) 사이에 전류를 흘려주면 두 전극(52,58) 사이에 전류를 흘려주면 전극들 사이에 증착되어 있는 유기 EL층(56R,56G,56B)이 발광하면 동작하게 된다.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 따른 유기 EL 표시소자의 메탈 마스크를 나타내는 단면도이다.

도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 따른 유기 EL 표시소자의 메탈 마스크(60)는 도 6에서와 동일 방법으로 표면 상에 돌기(62)를 구비한다.

돌기(62)의 형태는 도 9에서의 반구형, 도 10에서의 구형, 도 11에서의 직육면체형 및 도 12에서의 삼각뿔형 등 다양한 형태를 가진다. 이 때 돌기(62)들의 재질은 자석 또는 자성을 띄는 물질로, 주로 금속물질이 사용된다. 또한, 돌기(62)들의 높이는 도 6에 설명한 바와 같이 격벽(54)과 동일하거나 큰 높이로 구성되며, 약 4∼5㎛ 정도로 형성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전계발광 표시소자 제조용 메탈 마스크 및 그를 이용한 유기 발광층 제조방법은 투명기판과 대응되는 메탈 마스크의 표면에 자성을 띄는 돌기를 형성함으로써 메탈마스크와 투명기판 사이에 일정한 간격을 유지함과 아울러 정형 패턴의 유기 발광층을 형성할 수 있다. 또한, 돌기를 격벽의 위치를 피해 형성하여 새도우 효과에 의한 유기물 퍼짐을 줄임과 아울러 고정세화를 실현할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (10)

1. 패턴영역을 제외한 소정 위치에 다수의 돌기를 구비하고,

   상기 다수의 돌기 중 소정 개수의 돌기는 자기력에 반응할 수 있는 자성물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 메탈 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 돌기는 자성물질로 구성된 것을 특징으로 하는 메탈 마스크.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 돌기와 대응하도록 위치하여 자기력을 제공하도록 다수의 자기력 발생수단을 구비한 증착기에 의해 사용되는 것을 특징으로 하는 메탈 마스크.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 자기력 발생수단는 자기력의 발생 또는 소멸이 선택적으로 가능하며,

   상기 돌기는 상기 자기력 발생수단의 자기력 발생 유무에 의해 상기 증착기와 선택적으로 착탈되는 것을 특징으로 하는 메탈 마스크.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 메탈 마스크는 유기 전계발광 표시소자 제조를 위한 유기 발광층 증착시 사용되는 것을 특징으로 하는 메탈 마스크.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 메탈 마스크의 돌기는 상기 유기 전계발광 표시소자 제작을 위한 격벽과 동일하거나 더 높도록 구성되는 것을 특징으로 하는 메탈 마스크.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 돌기의 높이는 약 4∼5㎛ 정도인 것을 특징으로 하는 메탈 마스크.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌기는 원기둥, 반구형, 구형, 직육면체형 및 삼각뿔 중 어느 하나의 형태로 구성되며, 균일한 높이로 이루어진 것을 특징으로 하는 메탈 마스크.
9. 제 4 항에 있어서,

   상기 증착기는 상기 자기력을 선택적으로 발생할 수 있도록 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 메탈 마스크.
10. 제 3 항에 있어서,

    상기 메탈마스크에서의 돌기는 자체 패턴을 간섭하지 않는 영역에 위치하는것을 특징으로 하는 메탈 마스크.