KR20070002553A - 유기전계 발광소자 제조 용 쉐도우 마스크 제조 방법 - Google Patents

유기전계 발광소자 제조 용 쉐도우 마스크 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 서로 이격하는 개구부를 갖는 유기전계 발광소자 제작 용 쉐도우 마스크를 제작 시, 상기 개구부에 의해 증착되는 패턴이 증착되지 않는 데드존을 줄임으로써 고해상도를 구현할 수 있도록 하기 위해, 제 1 식각과 제 2 식각을 진행하는 것을 특징으로 하며, 더욱이 제 1 식각은 금속기판의 양면 중 어느 한면에 대해서 진행하여 개구부가 형성될 영역에 홈을 형성하며, 제 2 식각은 상기 금속 기판의 양면 모두에 대해서 진행함으로써 상기 개구부와 개구부 사이의 프레임 구조에 있어, A높이를 줄이며 나아가 A높이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 쉐도우 마스크 제조 방법을 제안하고 있다.
쉐도우 마스크, 고해상도, 고정세, 개구부, 데드존

Description

유기전계 발광소자 제조 용 쉐도우 마스크 제조 방법{Method of fabricating the shadow mask for fabricating the organic electroluminescent device}
도 1은 다수의 개구부 갖는 유기 발광층 형성을 위한 쉐도우 마스크의 평면도.
도 2는 도 1을 절단선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 전술한 구조를 갖는 쉐도우 마스크를 제조하는 방법을 단계별로 도시한 제조 단면도.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따는 쉐도우 마스크 제조 방법에 따른 제조 단계별 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
110 : 금속기판(쉐도우 마스크)
115 : 개구부
120 : 프레임
161, 163 : 제 1, 2 포토레지스트 패턴
d3, d4 : 제 1, 2 포토레지스트 패턴 각각의 폭
A : 프레임의 밑면부터 최대로 볼록한 부분까지의 두께
t : 금속패턴의 두께
본 발명은 유기전계 발광층 형성을 위한 쉐도우 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
양극과 음극으로 구성되는 한 쌍의 전극을 포함하는 유기전계발광 소자가 기판 상에 제공되며, 유기 발광 물질로써 상기 한 쌍의 전극 사이에 형성된 유기 발광층이 전극 사이에 전류를 통과시킴으로써 상기 유기 발광층으로부터 광을 방출할 수 있는 소자인 유기전계 발광소자게 최근 평판표시장치로 제안되고 있다.
통상적으로, 유기전계발광 소자의 유기 발광층은 복수의 기능층들(홀 주입층, 홀 전달층, 발광층, 전자 전달층, 전자 주입층 등)을 포함하고, 이러한 기능층의 조합 및 배열 등을 통해 발광 성능을 더욱 발현하게 된다.
전술한 구성을 갖는 유기 발광층 중 저분자 재료의 유기전계발광 소자에 대해, 진공 증착 프로세스를 이용하여 유기 발광 물질이 기판 상에 증착되어 유기층을 형성하는 것이 일반적이다.
진공 증착 프로세스에서, 유기 발광층을 형성하는 유기 발광 물질은 배출구를 갖는 증착원에 놓여지고, 증착원은 진공이 유지되는 챔버에서 가열되어 배출구 를 통해 증발된 유기 발광 물질을 방출하며, 방출된 유기 발광 물질은 증착원에서 떨어져 기판 상에 증착된다.
이러한 유기전계발광 소자의 제조에서, 원하는 패턴을 갖는 유기 발광층들이 다수일 경우 다수의 개구부 패턴을 갖는 마스크를 이용하는 쉐도우마스크(shadow mask)법이 알려져 있다.
다수의 개부를 갖는 쉐도우 마스크를 기판과 근접하여 위치시킨 후, 상기 유기 발광물질을 상기 쉐도우 마스크 통해 기판에 증착시킴으로써 소정의 패턴형태로 다수의 이격하는 패턴을 갖는 유기 발광층을 형성할 수 있다.
도 1은 다수의 패턴형태를 갖는 유기 발광층 형성을 위한 쉐도우 마스크의 평면도이며, 도 2는 도 1을 절단선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 유기 발광층 형성을 위한 쉐도우 마스크(10)는 평판 형태로 소정의 두께(t)를 가지며, 다수의 소정 패턴형상의 개구부(OA)와, 상기 개구부(OA)와 개구부(OA) 사이의 프레임(15)를 가지며 금속재질로써 구성되고 있다. 이때, 상기 쉐도우 마스크(10)의 두께(t)는 30㎛ 내지 50㎛정도가 되고 있다.
또한, 상기 개구부(OA) 또는 프레임(15)의 단면구조를 살펴보면, 그 단면모양이 직선형태로 이루어진 것이 아니라 식각 특성에 의해 상기 프레임(15)의 경우 중앙부분이 볼록한 형태로 이루어지고 있으며, 따라서 개구부(OA)는 그 중앙이 오목한 형태가 되고 있음을 알 수 있다. 이러한 구조적 특징은 상기 쉐도우 기판의 제조 시, 양면 식각을 진행함으로써 형성되며, 제조 방법을 통해 구조적 특징을 더욱 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 전술한 구조를 갖는 쉐도우 마스크를 제조하는 방법을 단계별로 도시한 제조 단면도이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 소정의 두께(t)를 갖는 금속재질의 기판(10)을 표면 산화물 또는 이물을 제거하는 전처리를 실시한 후, 상기 기판(10)의 양면에 포토레지스트를 도포하여 제 1 및 제 2 포토레지스트층(51, 52)을 형성한다.
다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트층(도 3a의 51, 52) 위로 각각 또는 연속하여 투과영역과 차단영역을 갖는 포토 마스크(미도시)를 통한 노광을 실시하고, 상기 노광된 제 1 및 제 2 포토레지스트층(도 3a의 51, 52)을 현상함으로써 상기 기판(10)의 상하면에 서로 대응되는 위치에 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(55, 58)을 형성한다. 이때 상기 기판(10)을 기준으로 상하에 위치한 제 1 포토레지스트 패턴(55)과 제 2 포토레지스트 패턴(58)은 그 폭(d1, d2)이 소정간격 차이가 나도록 형성한다. 이는 상기 제 1, 2 포토레지스트 패턴(55, 58)을 식각 마스크로 하여 상기 기판(10)을 식각할 경우, 식각되어 개구부(OA)를 형성하는데 상기 개구부(OA)의 측면을 특정 모양이 되도록 형성하기 위함이다.
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 이격하는 다수의 제 1, 2 포토레지스트 패턴(55, 58)이 양면에 형성된 금속 기판(10)을 염화철(FeCl3) 용액에 담구거나 또는 스프레이 함으로써 상기 제 1, 2 포토레지스트 패턴(55, 58) 외부로 노출된 금속 기판(10) 영역을 상기 기판(10)의 양면에서 동시에 식각한다.
다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 식각 후 상기 기판(10)상에 남아있는 포토레지스트 패턴(도 3c의 55, 58)을 스트립(strip)함으로써 다수의 개구부(OA)를 갖는 쉐도우 마스크(10)를 완성한다.
하지만, 전술한 바와 같이 제조 된 쉐도우 마스크(10)는 그 프레임(15)의 단면 형태를 살펴보면, 그 측면에 있어, 기판(10)의 상하면에서 동시에 식각이 진행됨으로써 기판 두께(t)의 중앙 또는 도면에서는 상하부의 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 영역의 크기에 의해 중앙부분에서 볼록한 부분이 생기게 된다. 이는 기판(10)을 식각을 진행하면 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 부분 그대로 동일한 비율로 식각되는 것이 아니라, 처음에는 동일한 속도로 진행하지만, 점점 표면에서 내부로 식각해 들어가며 점점 표면을 기준으로 기판을 녹이며 내부로 들어갈수록 상기 포토레지스트 패턴의 에지면에 가까운 영역일수록 식각이 덜되고 상기 포토레지스트 패턴으로 둘러싸인 영역의 중앙부가 식각이 상대적으로 빨리 진행되기 때문이다.
또한, 상기 개구부(OA)와 개구부(OA) 사이의 프레임(15)의 단면 모양은 상부에서 그 중앙부로 갈수록 볼록한 형태가 되며, 최대로 볼록한 부분에서 하부로는 다시 그 폭이 좁아지거나 또는 비슷한 단면 폭을 가지며 형성되고 있다.
따라서, 이러한 프레임(15) 구조를 갖는 쉐도우 마스크(10)의 개구부(OA)는 반대로 상부가 가장 넓고 기판 두께(t)의 중앙부로 갈수록 좁아지는 형태가 되며 프레임(15)의 가장 볼록한 부분에서 가장 좁은 폭을 이루고 그 하부로는 다시 좁아 지고 있다.
이때, 설명의 편의를 위해 상기 쉐도우 마스크(10)의 몇몇 부분을 정의한다. 프레임(15)에 있어 밑면으로부터 상기 가장 볼록한 부분까지의 높이를 A, 상기 프레임(15)의 단면 중 가장 볼록하게 나온 부분과 상기 프레임 상면을 이은 선이 밑면 또는 밑면상의 연장선 이루는 각, 즉 상기 프레임의 테이퍼 각을 B라 정의하면, 유기 발광물질을 전술한 쉐도우 마스크를 통해 증착할 경우, A의 높이가 낮을수록, 그리고, 테이터 각 B가 작을수록 증착 시 증착이 안 되는 부분을 최소화할 수 있으며, 고정세의 패턴 형성이 가능하다.
하지만, 전술한 종래의 방법에 의해 제작된 쉐도우 마스크는 상기 A값이 쉐도우 마스크 두께의 중앙부분에서 형성되고 있는 바, 그 값이 비교적 크게 형성되고 이러한 A값의 크기 조절이 거의 불가능하다.
또한, 도면으로 제시하지 않았지만, 또 다른 마스크 제조 방법으로 한면만을 계속 식각하여 개구부를 형성하는 방법도 있으나, 이러한 방법의 경우, 생성되는 개구부의 크기가 매우 커야 하며, 그 해상도가 매우 낮은 경우에 실시되는 방법이며, 최근 점점 고해상도를 요구하는 유기전계 발광소자의 유기 발광층을 한면만을 식각하는 방법에 의해 제작된 쉐도우 마스크를 이용하여 형성하기에는 무리가 있으며, 전술한 바와같은 양면 식각방법에 의해 제작된 쉐도우 마스크를 이용하여 유기 발광층을 형성하고 있지만, A값을 조절하기 어려우며, 비교적 테이퍼 각도 커 고해상도를 요구하는 유기전계 발광 소자의 유기 발광층을 형성하기에는 무리가 있다.
상술한 문제를 해결하고자 본 발명은 고해상의 유기전계 발광소자의 형성이 가능한 고정세의 쉐도우 마스크를 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광 소자용 쉐도우 마스크 제조 방법은 제 1 두께를 갖는 금속재질의 기판의 상면에, 이격하며 제 1 폭을 갖는 다수의 제 1 포토레지스트 패턴과, 하면 전체에 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 상기 기판을 제 1 식각하여 제 1 깊이를 갖는 홈을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트층을 패터닝하여 상기 제 1 포토레지스트 패턴과 중첩하며 제 2 폭을 갖는 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 제 2 식각하여 다수의 개구부를 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 1 식각은 상기 홈의 제 1 깊이가 상기 제 1 두께의 2/3 내지 4/5가 되도록 진행하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 폭은 상기 제 1 폭보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제 1, 2 식각에 이용하는 식각액은 염화철(FeCl3) 용액인 것이 특징이며, 상기 제 1, 2 식각은 식각액 내에 디핑(dipping)하거나 또는 식각액을 분사하 는 방법에 의해 진행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 식각 진행 후에는 상기 제 1, 2 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더욱 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명의 가장 큰 특징은 다수의 서로 이격하는 개구부를 갖는 쉐도우 마스크를 제작 시, 상기 개구부에 의해 증착되는 패턴이 증착되지 않는 데드존을 줄임으로써 고해상도를 구현할 수 있도록 하기 위해, 제 1 식각과 제 2 식각을 진행하는 것을 특징으로 하며, 더욱이 제 1 식각은 금속기판의 양면 중 어느 한면에 대해서 진행하여 개구부가 형성될 영역에 홈을 형성하며, 제 2 식각은 상기 금속 기판의 양면 모두에 대해서 진행함으로써 상기 개구부와 개구부 사이의 프레임 구조에 있어, A높이를 줄이며 나아가 A높이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 쉐도우 마스크 제조 방법을 제안하고 있다.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따는 쉐도우 마스크 제조 방법에 따른 제조 단계별 단면도이다.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 소정의 두께(t)를 갖는 금속 기판(110) 상하면에 모두에 포토레지스트를 도포하여 제 1 및 제 2 포토레지스트층(미도시, 153)을 형성한다.
이후, 상기 기판(110) 상하에 형성된 제 1 및 제 포토레지스트층(미도시, 153) 중 어느 하나의 포토레지스트층(도면에 있어서는 제 1 포토레지스트층(미도시)) 위로 투과영역과 반사영역을 갖는 마스크(미도시)를 위치시키고 상기 마스크(미도시)를 통한 노광을 실시하고, 상기 노광된 제 1 포토레지스트층(미도시)을 현상함으로써 소정 폭(d3)을 가지며, 일정간격 이격하는 제 1 포토레지스트 패턴(161)을 형성한다. 도면에 있어서는 금속기판(110)의 상면에 제 1 포토레지스트 패턴(161)을 형성한 것을 보이고 있다.
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 포토레지스트층(153) 및 일정간격 이격하는 제 1 포토레지스트 패턴(161)이 형성된 금속기판(110)을 염화철(FeCl3) 등의 식각액에 노출시킴으로써 상기 제 1 포토레지스트 패턴(161) 외부로 노출된 기판(110) 상면을 식각한다(제 1 식각).
이때, 상기 금속기판(110)이 염화철(FeCl3) 용액에 노출되는 시간을 적절히 조절함으로써 상기 금속기판(110) 두께(t)의 2/3 내지 4/5 정도까지 식각되도록 한다. 따라서, 상기 제 1 식각에 의해서는 상기 금속기판(110)에 개구부가 형성되지 않고, 다수의 홈(113)이 형성되는 것이 특징이다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 식각에 의해 상기 금속기판(110) 상부에 다수의 홈(113)이 형성된 상기 금속기판(110) 하부에 형성된 제 2 포토레지스층(도 4b의 153)에 마스크(미도시)를 통한 노광을 실시하고, 현상함으로써 상기 금속기판(110) 상면에 형성된 제 1 포토레지스트 패턴(161)에 대응하여 상기 금속기판(110) 하면에서 서로 일정간격 이격하는 다수의 제 2 포토레지스트 패턴 (163)을 형성한다. 이때, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(163)은 상기 제 1 포토레지스트 패턴(161)과 중첩되도록 형성하며, 대응되는 상기 제 1 포토레지스트 패턴(161)보다는 넓은 폭(d4)을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(161, 163)이 형성된 금속기판(110)을 염화철(FeCl3) 등의 식각액에 담구거나 또는 상기 염화철(FeCl3) 용액을 상기 금속기판(110)의 상하면에 분사시킴으로써 상기 금속기판(110)의 제 2 식각을 진행한다.
이 경우, 상기 금속기판(110)의 상면에 상기 제 1 식각을 통해 형성된 홈(도 4c의 113)은 상기 제 2 식각에 의해 더욱 식각이 진행되어 그 깊이가 깊어지게 되고, 상기 금속기판(110)의 하면에는 상기 제 2 포토레지스트 패턴(163) 외부로 노출된 부분이 식각이 진행되며, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(161, 163)에 의해 노출된 부분이 상기 금속기판(110)의 상하면에 중첩되므로 어느 정도 제 2 식각이 진행되면 도시한 바와 같이 개구(115)가 형성된다. 이후 상기 제 1, 2 포토레지스트 패턴을 스트립(strip)하여 제거함으로써 쉐도우 마스크(110)를 완성한다.
이때, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(161) 사이로 노출된 영역을 제 1 식각하여 홈(도 4c의 113)을 형성한 부분은 상기 제 2 식각에 의해 그 홈(도 4c의 113)이 더욱 깊어지게 되고, 상기 금속기판(110)의 하면이 식각되어 상기 홈(도 4c의 113) 부분이 개구(115)가 됨으로써 이러한 개구부(115)와 개구부(115) 사이에 형성된 프레임(120)의 단면 구조에 있어, 밑면으로부터 최대로 볼록한 부분까지의 높이 (A)가 기판 두께(t)의 중앙 부분에 형성되는 종래와는 달리 기판 두께(t)의 중앙부분보다는 더욱 아래로 치우쳐 형성됨을 알 수 있다.
따라서, 이렇게 형성된 쉐도우 마스크(110)를 이용하여 유기 발광물질을 증착 시는 밑면부터 프레임(120)의 개구부(115)로의 돌출된 부분까지의 높이인 A높이가 매우 낮아지게 되어 상기 쉐도우 마스크의 밑면이 유기전계발광 소자 제조 시 유기 발광층이 형성될 면과 대응되도록 한 후, 증착을 진행하면 유기 발광물질이 증착되지 않는 데드 존(dead zone)이 작게 형성됨으로써 유기 발광층을 더욱 촘촘히 형성할 수 있게 됨을 알 수 있다. 따라서, 고해상도의 유기전계 발광 소자 제조를 가능하게 함은 자명하다.
특히, 본 발명에 있어서는 금속기판의 한면만을 식각하는 제 1 식각의 시간을 조절함으로써 개구부와 개구부 사이의 프레임에 있어 밑면으로부터 돌출부까지의 높이를 조절할 수 있게 됨으로써 유기전계 발광소자의 모델에 따라 증착 마진의 폭을 조절할 수 있게 되는 것이 특징이 된다.
본 발명에 따른 유기전계 발광 소자용 쉐도우 마스크 제조 방법에 의해 제조 된 쉐도우 마스크는 개구부과 개구부 사이의 프레임 구조에 있어, 밑면으로부터 개구부로의 돌출부 즉, 최대로 볼록한 부분까지의 높이를 종래대비 최소로 함으로써 증착이 안되는 데드 존(dead zone)을 작게함으로써 고해상도의 유기전계 발광소자 구현을 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 기판의 일면만을 식각하는 제 1 식각을 적절히 조절함으로써 상기 밑면으로부터 개구부로의 돌출 부분까지의 높이를 조절함으로써 유기 발광층의 증착 마진을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 제 1 두께를 갖는 금속재질의 기판의 상면에, 이격하며 제 1 폭을 갖는 다수의 제 1 포토레지스트 패턴과, 하면 전체에 포토레지스트층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 상기 기판을 제 1 식각하여 제 1 깊이를 갖는 홈을 형성하는 단계와;
    상기 포토레지스트층을 패터닝하여 상기 제 1 포토레지스트 패턴과 중첩하며 제 2 폭을 갖는 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 제 2 식각하여 다수의 개구부를 형성하는 단계
    를 포함하는 유기전계발광 소자용 쉐도우 마스크 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 식각은 상기 홈의 제 1 깊이가 상기 제 1 두께의 2/3 내지 4/5가 되도록 진행하는 것이 특징인 유기전계발광 소자용 쉐도우 마스크 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 폭은 상기 제 1 폭보다 크게 형성하는 유기전계발광 소자용 쉐도 우 마스크 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 식각에 이용하는 식각액은 염화철(FeCl3) 용액인 유기전계발광 소자용 쉐도우 마스크 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 식각은 식각액 내에 디핑(dipping)하거나 또는 식각액을 분사하는 방법에 의해 진행되는 유기전계발광 소자용 쉐도우 마스크 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 식각 진행 후에는 상기 제 1, 2 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더욱 포함하는 유기전계발광 소자용 쉐도우 마스크 제조 방법.
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