KR20110088052A - 증착마스크 및 그를 포함하는 마스크 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기발광표시소자를 제조하기 위해 유기물질을 증착하는 공정에 적용되는 증착마스크 및 그를 포함하는 마스크 어셈블리에 관한 것으로, 복수의 증착마스크 간의 경계면에서 발생될 수 있는 틈을 차폐하기 위한 것이다. 이러한 본 발명에 따른 마스크 어셈블리는 유기물질이 투과되는 개구영역과 상기 개구영역의 외곽에 해당되는 차단영역으로 정의되고, 양단 각각의 단면이 비대칭한 뿔 형태를 가지는 복수의 증착마스크; 및 상기 복수의 증착마스크와 결합되는 프레임을 포함한다.

Description

증착마스크 및 그를 포함하는 마스크 어셈블리{Deposition Mask Unit and Mask Assembly comprising the same}
본 발명은 증착마스크 및 그를 포함하는 마스크 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유기발광표시소자의 유기층을 형성하는 공정에서, 유기물 증착 효율이 향상될 수 있도록 하는 증착마스크와 그를 포함하는 마스크 어셈블리에 관한 것이다.
최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전하고 있다. 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광 표시장치(Electro luminescence Display Device: ELD), 전기습윤 표시장치(Electro-Wetting Display: EWD) 및 유기전계발광 표시장치(Organic Light Emitting Display: OLED) 등을 들 수 있다.
이 중, 유기전계발광표시장치(이하, "OLED"로 지칭함)는, 자발광 소자인 유기 발광 다이오드를 이용하여 화상 표시를 구현한다. 여기서, 유기 발광 다이오드는, 전자(electron)와 정공(hole)이 재결합(recombination)하여 발생된 여기자(exciton)로부터 비롯된 에너지에 의해 특정한 파장의 빛을 발생시키는 소자이다. 이러한 OLED는, 콘트라스트 비(Contrast Ratio)와 응답속도(response time) 등의 표시 특성이 우수하다는 장점과, 플렉서블 디스플레이(Flexible Display)의 구현이 용이하다는 장점이 있어, 이상적인 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.
일반적인 OLED는 복수의 서브픽셀이 매트릭스 형태로 배열되는 액티브 영역과 액티브 영역 외에 나머지인 비액티브 영역으로 정의된다. 각 서브필셀은 박막 트랜지스터와 유기 발광 다이오드를 포함하여 이루어진다. 유기 발광 다이오드는 제1 전극, 유기층 및 제2 전극으로 이루어지고, 유기층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함하여 이루어진다. 이와 같이 구성되는 OLED는, 제1 전극과 제2 전극에 수 볼트의 전압을 인가하여, 유기층을 통해 흐르는 전류에 의해 발광 현상을 발생시켜, 화상을 표시한다. 즉, OLED는, 전류가 주입되면, 유기 분자가 여기 상태(excited state)로 들떴다가, 다시 원래의 기저 상태(ground state)로 돌아오면서 여분의 에너지를 빛으로 방출하는 원리를 이용하여 화상을 표시한다.
한편, 유기층을 형성하는 공정에서, 서브픽셀에 대응되어 발광영역이 발생되도록, 마스크 어셈블리가 이용된다. 이때, 마스크 어셈블리는 액티브 영역에 대응하는 개구영역과 개구영역 외곽의 차단영역을 포함하는 금속 또는 플라스틱의 박막으로 구비되는 증착마스크 및 증착마스크와 결합되는 프레임을 포함하여 이루어진다. 이러한 마스크 어셈블리에 있어서, 증착마스크는 평평하게 펼쳐진 상태에서, 용접 등을 통해 프레임과 결합하고, 프레임은 증착마스크의 평평한 상태가 유지되도록 한다.
그런데, 복수의 유기발광표시장치를 한번에 제조하여 수율이 향상되도록, 또는 유기발광표시장치를 대형화하기 위하여, 기판(substrate)이 점차 큰 사이즈(size, 크기)로 마련되고 있다. 이에 따라, 마스크 어셈블리도 기판에 대응되도록 큰 사이즈로 마련되어야 한다.
이와 같이, 하나의 증착마스크로 큰 사이즈의 마스크 어셈블리를 구성하는 경우, 증착마스크도 큰 사이즈로 구비되어야 한다. 이에, 증착마스크가 팽팽하게 스트레칭된 상태에서 프레임에 결합되더라도, 증착마스크의 자중에 의해 증착마스크가 아래로 쳐지는 쳐짐현상이 발생된다. 이러한 쳐짐현상에 의해, 증착마스크가 기판에 밀착되지 못하므로, 설계된 패턴에 따라 유기물질 증착이 수행되는 것이 어렵다. 또한, 쳐짐현상을 방지하기 위하여 증착마스크에 과도한 인장력을 가한다면, 인장력에 의해 증착마스크의 패턴이 변형되어, 유기물질 증착이 설계대로 실시되는 것이 어려워진다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 큰 사이즈의 기판에 대응하는 큰 사이즈의 마스크 어셈블리가 복수의 증착마스크(이하, "분할 증착마스크"로 지칭함)를 포함하여 이루어지는 방안이 제시되었다. 즉, 마스크 어셈블리는, 나란하게 연속하는 복수의 분할 증착마스크를 평평하게 배치하고, 용접 등을 통해 프레임과 결합하여 구비된다. 이때, 복수의 분할 증착마스크는 비교적 작은 사이즈를 가지므로, 자중에 의한 쳐짐현상이 방지될 수 있다. 그러나, 분할 증착마스크 간의 경계면에서 소정의 틈이 발생하고, 이러한 틈을 통해 유기물질이 통과되어, 설계와 달리 발광영역 외의 영역에 유기물질이 증착될 수 있다. 이와 같이 되면, 유기물질 증착 공정에서, 유기물 증착 효율이 떨어지고, 유기발광표시장치의 특성 균일도가 낮아진다. 따라서, 복수의 분할 증착마스크를 포함하는 마스크 어셈블리에 있어서, 틈을 차폐하는 방안이 마련될 필요가 있다.
이에 따라, 본 발명은 연속하여 배열되는 복수의 증착마스크 간의 경계면에서 발생될 수 있는 틈을 차폐할 수 있는 구조를 가지는 증착마스크 및 그를 포함하는 마스크 어셈블리를 제공한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 유기물질이 투과되는 개구영역과 상기 개구영역의 외곽에 해당되는 차단영역으로 정의되고, 양 단 각각의 단면이 비대칭한 뿔 형태를 가지는 증착마스크를 제공한다.
그리고, 본 발명은, 유기물질이 투과되는 개구영역과 상기 개구영역의 외곽에 해당되는 차단영역으로 정의되고, 양단 각각의 단면이 비대칭한 뿔 형태를 가지는 복수의 증착마스크; 및 상기 복수의 증착마스크와 결합되는 프레임을 포함하는 마스크 어셈블리를 제공한다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 비교적 작은 사이즈 및 작은 중량을 갖는 복수의 증착마스크를 나란하게 연속 배치하여, 마스크 어셈블리를 구비함으로써, 증착마스크의 자중에 의한 증착마스크의 쳐짐현상을 방지할 수 있다. 이때, 증착마스크의 양단은 비대칭한 화살표, 또는 뿔 형태의 단면을 갖도록 하여, 연속 배치된 증착마스크 간의 경계면에서, 연속배치된 증착마스크의 적어도 일부가 서로 중첩된다. 이에 따라, 연속 배치된 증착마스크 간의 경계면에서 발생가능한 틈이, 연속 배치된 증착마스크가 중첩되는 영역에 의해, 차폐될 수 있다. 그러므로, 유기 물질이 설계대로 증착될 수 있어, 유기물 증착 효율의 감소를 방지할 수 있고, 완성된 유기발광표시장치의 특성 균일도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기물질 증착 공정을 실시하는 장비의 예시를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마스크 어셈블리를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 A 영역을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3의 B-B'를 나타낸 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 증착마스크의 양 가장자리에 뿔 패턴을 형성하는 공정을 나타낸 과정도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 증착마스크 및 마스크 어셈블리에 대하여, 첨부한 도면을 참고로 하여, 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 마스크 어셈블리가 적용되는 유기물질 증착 공정에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기물질 증착 공정을 실시하는 장비의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유기물질 증착 장비는, 내부를 진공상태로 유지하는 챔버(10), 챔버 내부에 배치되어, 유기물질을 배출하는 증착원(20), 증착원(20) 상부에 배치되는 마스크 어셈블리(100), 마스크 어셈블리(100) 상부에 배치되는 기판(30), 기판(30)을 사이에 두고, 마스크 어셈블리(100)와 대향하여 배치되는 마그넷 유닛(40)을 포함하여 이루어진다.
기판(30)에 유기물질이 증착되는 동안, 챔버(10)의 내부는 높은 진공도 및 높은 온도로 유지된다. 이때, 챔버(10) 내부의 높은 진공도를 유지하기 위하여, 별도로 도시되진 않았으나, TMP(Turbo Molecular Pump)와 같은 진공펌프가 챔버(10) 내부에 배치될 수 있다. 그리고, 별도로 도시되진 않았으나, 유기물질 증착 장비는, 유기물질의 증착된 두께를 측정하는 두께 센서(thickness monitoring sensor), 측정된 유기물질의 두께에 따라 증착원(20)의 구동을 제어하는 컨트롤러(hickness controller), 증착원으로부터 배출된 유기물질을 차단하는 셔터(shutter) 등을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
증착원(20)은 챔버(10) 내의 하부에 배치되고, 유기물질에 열을 가하여 유기물질을 증발시켜 배출하는 가열용기(crucible) 형태로 마련된다.
마스크 어셈블리(100)는 선택적으로 증착물질을 통과시키는 증착마스크(110) 및 증착마스크(110)과 결합되는 다각형 형태의 틀을 포함하는 프레임(120)을 포함하여 이루어진다. 본 발명의 실시예에 따른 마스크 어셈블리(100)에 대해서는 차후에 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
기판(30)은 복수의 셀이 매트릭스 형태로 배열되고 유기 물질이 증착되는 액티브 영역과, 액티브 영역의 외곽에 해당되는 더미 영역을 포함한다. 이때, 마스크 어셈블리(100)의 증착마스크는 기판(30)의 액티브 영역에 대응하는 개구영역을 포함한다. 그리고, 별도로 도시되진 않았으나, 유기물질 증착 장비는, 챔버(10) 내부에, 기판(30)과 마스크 어셈블리(100)를 정렬하는 정렬기(aligner)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
다음, 도 2 내지 도 4를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 마스크 어셈블리(100) 및 증착마스크에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마스크 어셈블리를 나타낸 평면도이다. 그리고, 도 3은 도 2의 A 영역을 확대하여 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3의 B-B'를 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마스크 어셈블리(100)는, 복수의 증착마스크(110)와 프레임(120)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 복수의 증착마스크(110) 각각은, 기판(30)의 액티브 영역에 대응하는 개구영역(111)과 개구영역(111) 외곽에 해당되는 차단영역(112)을 각각 포함한다. 그리고, 프레임(120)은 다각형(도 2에서는 직사각형으로 도시)의 틀로 형성되어, 평평하게 연속배치된 복수의 증착마스크(110)의 상·하단과 용접 등을 통해 접착됨으로써, 복수의 증착마스크(110)와 결합된다. 복수의 증착마스크(110)는 소정의 인장력을 받아 스트레칭된 상태에서 프레임(120)과 결합하고, 이러한 프레임(120)과의 결합에 의해, 복수의 증착마스크(110)에 가해지는 인장력이 유지되어, 복수의 증착마스크(110)가 평평한 상태로 유지될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 증착마스크(110) 각각에 있어서, 개구영역(111)은 복수의 셀패턴(113)을 포함한다. 이때, 복수의 셀패턴(113)은 기판(30)의 액티브 영역에 배치되는 복수의 셀(31)에 각각 대응하도록 형성되어, 복수의 셀(31)에 대응하는 발광영역이 발생되도록 한다. 그리고, 셀패턴(113)의 폭(X)은 해당 셀패턴(113)과 대응되는 셀(31)보다 크게 마련된다. 또한, 별도로 도시되진 않았으나, 유기물질의 수명 또는 색의 발광 세기를 고려하여, 청색의 셀(31)에 대응하는 셀패턴은 적색과 녹색의 셀(31)에 대응하는 셀패턴(113)보다 크게 설계될 수 있다.
복수의 증착마스크(110) 각각의 양단은, 가장자리패턴에 의해, 비대칭하고 뾰족한 형태의 단면을 갖는다. 이때, 가장자리패턴의 단면은 비대칭한 뿔 형태 또는 비대칭한 화살표 형태로 설명될 수 있다. 이러한 가장자리패턴에 의해, 증착마스크(110) 간의 경계면에서, 두께가 증가되지 않고서도, 인접한 두 개의 증착마스크(110)의 적어도 일부가 서로 중첩되어 배치될 수 있다. 이와 같이, 인접한 증착마스크(110)의 적어도 일부가 서로 중첩되어 배치되면, 인접한 증착마스크(110) 간의 틈이 차폐될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 제1 증착마스크(110a)와 제2 증착마스크(110b)는 서로 중첩되어 배치된다.
즉, 제1 증착마스크(110a)의 일단에 형성되는 가장자리패턴(114a)은, 상면에 형성되는 제1 부채꼴과, 하면에 형성되는 제2 부채꼴이 제1 증착마스크(110a)의 외곽을 향하는 제1 접점에서 접하는 형태의 단면을 갖는다. 이때, 제1 부채꼴은 제1 반지름과 제1 중심각을 가지며, 제1 증착마스크(110a)의 가장자리의 상면을 식각함으로써 형성된다. 그리고, 제2 부채꼴은 제1 반지름보다 작은 제2 반지름과 제1 중심각보다 작은 제2 중심각을 가지며, 제1 증착마스크(110a)의 가장자리의 하면을 식각함으로써 형성된다.
이와 같이, 제1 부채꼴과 제2 부채꼴이 서로 다른 중심각 및 서로 다른 반지름을 가지므로, 제1 증착마스크(110a)의 일단은 비대칭한 뿔 형태(또는, 비대칭한 화살표 형태)의 단면을 갖게 된다. 이때, 제1 증착마스크(110a)의 양단은 서로 다른 형태의 단면을 갖도록 형성될 수 있고, 또는 동일한 형태의 단면을 갖도록 형성되는 것도 가능하다. 다만, 이웃한 다른 증착마스크의 일단에 형성되는 가장자리패턴과 다른 단면 형태의 가장자리패턴으로 형성되어야만 한다. 이는, 이웃한 증착마스크의 적어도 일부가 중첩되도록 하기 위함이다.
즉, 제1 증착마스크(110a)에 이웃한 제2 증착마스크(110b)의 일단에 형성되는 가장자리패턴(114b)은, 상면에 형성되는 제3 부채꼴과, 하면에 형성되는 제4 부채꼴이 제2 증착마스크(110b)의 외곽을 향하는 제2 접점에서 접하는 형태의 단면을 갖는다. 이때, 제3 부채꼴은 제3 반지름과 제3 중심각을 가지며, 제2 증착마스크(110b)의 가장자리의 상면을 식각함으로써 형성된다. 그리고, 제4 부채꼴은 제3 반지름보다 큰 제4 반지름과 제3 중심각보다 큰 제4 중심각을 가지고, 제2 증착마스크(110b)의 가장자리의 하면을 식각함으로써 형성된다.
이와 같이, 제3 부채꼴과 제4 부채꼴이 서로 다른 중심각 및 서로 다른 반지름을 가지므로, 제2 증착마스크(110b)의 일단은 비대칭한 뿔 형태(또는, 비대칭한 화살표 형태)의 단면을 갖게 된다. 이때, 제2 증착마스크(110b)의 양단은 서로 다른 형태의 단면을 갖도록 형성될 수 있고, 또는 동일한 형태의 단면을 갖도록 형성되는 것도 가능하다. 다만, 이웃한 다른 증착마스크의 일단에 형성되는 가장자리패턴과 다른 단면 형태의 가장자리패턴으로 형성되어야만 한다. 이는, 이웃한 증착마스크의 적어도 일부가 중첩되도록 하기 위함이다.
특히, 이웃한 증착마스크의 적어도 일부가 중첩되도록 하기 위해서는, 이웃한 증착마스크 각각의 가장자리패턴의 접점이 서로 다른 위치에 놓이도록 해야한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 증착마스크(110a)의 일단은 제1 위치에 놓인 제1 접점에서 제1 부채꼴과 제2 부채꼴이 접하는 형태의 단면을 갖도록 형성되고, 제2 증착마스크(110b)의 일단은 제1 위치보다 높은 제2 위치에 놓인 제2 접점에서 제3 부채꼴과 제4 부채꼴이 접하는 형태의 단면을 갖도록 형성된다. 이와 같이 하면, 제1 증착마스크(110a)와 제2 증착마스크(110b) 사이의 경계면에서, 두 개의 증착마스크(110a, 110b) 각각의 접점이 서로 대향되지 않으므로, 두 개의 인접한 증착마스크(110a, 110b)의 적어도 일부가 서로 중첩될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 증착마스크(110)의 양단에 가장자리패턴을 형성하는 과정은 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 증착마스크의 가장자리패턴을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.
먼저, 금속 또는 플라스틱 재질의 박막(200)을 마련하고(도 5a), 박막(200) 일단의 상면을 제1 반지름 및 제1 중심각을 가지는 제1 부채꼴 형태로 식각하는 1차 식각과정을 실시한다(도 5b). 그리고, 박막 일단의 하면을 제2 반지름 및 제2 중심각을 가지는 제2 부채꼴 형태로 식각하는 2차 식각과정을 실시한다(도 5b). 이러한 제1 및 제2 식각과정 각각의 식각 강도에 따라, 접점의 위치가 조절될 수 있다. 그리고, 1차 및 2차 식각과정은 가장자리패턴이 완만하게 형성되도록, 습식식각을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 1차 및 2차 식각과정에서, 식각마스크를 조절하여, 셀패턴(도 4의 113)이 가장자리패턴과 함께 형성될 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 증착마스크의 양단은 가장자리패턴에 의해 화살표 또는 뿔 형태의 단면을 가지므로, 이러한 증착마스크의 가장자리패턴에 의해, 이웃한 증착마스크의 적어도 일부가 서로 중첩되어 배치된다. 이러한 증착마스크의 중첩 배치 영역에 의해, 증착마스크 간의 경계면에서 발생될 수 있는 틈이 차폐된다. 이에 따라, 유기물질이 설계대로 기판에 증착될 수 있어, 유기물 증착 효율이 향상될 수 있고, 완성된 유기발광표시장치의 특성 균일도도 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
10: 챔버 20: 증착원
30: 기판 100: 마스크 어셈블리
110: 증착마스크 120: 프레임
113: 셀패턴 114: 가장자리패턴

Claims (6)

  1. 유기물질이 투과되는 개구영역과 상기 개구영역의 외곽에 해당되는 차단영역으로 정의되고,
    양 단 각각의 단면이 비대칭한 뿔 형태를 가지는 증착마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양 단 중 적어도 하나의 단면은,
    상측의 제1 부채꼴과, 하측의 제2 부채꼴이 외곽을 향하는 접점에서 접하는 형태에 해당되는 비대칭한 뿔 형태를 가지는 증착마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 부채꼴과 제2 부채꼴은 서로 다른 반지름 또는 서로 다른 중심각을 가지는 증착마스크.
  4. 유기물질이 투과되는 개구영역과 상기 개구영역의 외곽에 해당되는 차단영역으로 정의되고, 양단 각각의 단면이 비대칭한 뿔 형태를 가지는 복수의 증착마스크; 및
    상기 복수의 증착마스크와 결합되는 프레임을 포함하는 마스크 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단면 형태를 통해, 복수의 증착마스크 중 이웃한 두 개의 증착마스크는 서로 적어도 일부가 중첩되는 마스크 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이웃한 두 개의 증착마스크 중 하나의 단면은, 제1 반지름과 제1 중심각을 가지는 상측의 제1 부채꼴과, 제2 반지름과 제2 중심각을 가지는 제2 부채꼴을 포함하고,
    상기 두 개의 증착마스크 중 다른 하나의 단면은, 제3 반지름과 제3 중심각을 가지는 제1 부채꼴과, 제4 반지름과 제4 중심각을 가지는 제4 부채꼴을 포함하며,
    상기 제1 부채꼴과 제2 부채꼴이 접하는 제1 접점은, 상기 제3 부채꼴과 제4 부채꼴이 접하는 제2 접점의 위치와 다른 위치를 가지는 마스크 어셈블리.
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