KR20110120700A - 마스크 프레임 조립체 - Google Patents

Abstract

박막 증착에 사용되는 마스크 프레임 조립체가 개시된다. 개시된 마스크 프레임 조립체는 프레임과, 증착용 패턴을 구비하여 프레임에 제1방향으로 인장된 상태로 설치되는 마스크 및, 제1방향과 수직인 제2방향으로 인장력이 작용되도록 마스크에 설치된 인장력작용부를 포함한다. 이러한 구조에 의하면 마스크를 인장시켜서 프레임에 설치하더라도 주름이 거의 생기지 않기 때문에, 이를 증착 작업에 이용하면 보다 안정적이고 정밀한 패터닝이 가능해진다.

Description

마스크 프레임 조립체 {Mask frame assembly}

본 발명은 박막 증착에 사용되는 마스크 프레임 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 디스플레이 장치들 중 유기 발광 표시 장치는 시야각이 넓고, 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다.

유기 발광 표시 장치는 애노드와 캐소드에 주입되는 정공과 전자가 발광층에서 재결합하여 발광하는 원리로 색상을 구현할 수 있는 것으로서, 애노드와 캐소드 사이에 발광층을 삽입한 적층형 구조이다. 그러나, 상기한 구조로는 고효율 발광을 얻기 어렵기 때문에 각각의 전극과 발광층 사이에 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 수송층, 및 정공 주입층 등의 중간층을 선택적으로 추가 삽입하여 이용하고 있다.

한편, 유기 발광 표시 장치의 전극들과, 발광층을 포함한 중간층은 여러 가지 방법에 의하여 형성시킬 수 있는데, 이중 하나의 방법이 증착법이다. 증착 방법을 이용하여 유기 발광 표시 장치를 제조하기 위해서는 기판 상에 형성될 박막 등의 패턴과 동일한 패턴을 가지는 파인 메탈 마스크(fine metal mask, FMM)를 정렬하고, 박막의 원소재를 증착하여 소망하는 패턴의 박막을 형성하게 된다.

이러한 파인 메탈 마스크가 대면적화되면 패턴 형성을 위한 에칭 오차도 커지고, 자중에 의한 중앙부의 처짐 현상도 심해지므로 최근에는 마스크를 여러 개의 스트라이프(stripe) 형상으로 만든 후 프레임에 붙여서 사용하는 분할 마스크가 선호되는 추세에 있다. 그러나, 분할 마스크도 대면적 마스크에 비해 상대적으로 약하기는 하지만 처짐 현상은 생길 수 있으므로, 프레임에 부착할 때에는 마스크를 길이 방향으로 팽팽하게 인장시킨 상태에서 프레임에 용접하게 된다.

그런데, 이와 같이 마스크를 인장시킨 상태로 프레임에 용접하게 되면, 인장되는 길이 방향으로는 팽팽한 인장력이 가해지지만, 폭방향으로는 수축력이 작용해서 결과적으로 마스크에 웨이브 형태의 주름(wrinkle)이 생기게 된다. 특히, 최근의 마스크는 증착막 두께에 영향을 주는 섀도우(shadow)를 줄이기 위해 점차 박형화되어 두께가 거의 20~40㎛ 정도 밖에 되지 않기 때문에, 이러한 폭방향의 수축력에 의해 주름이 더 잘 생기는 문제점이 드러나고 있다. 이렇게 주름이 생기게 되면 마스크가 기판에 밀착되지 못하는 부위가 군데군데 생기게 되므로, 정밀한 패터닝을 할 수 없게 된다.

그렇다고 해서 마스크를 인장시키지 않고 그대로 프레임에 부착한다면 마스크의 처짐 현상 때문에 마찬가지로 정밀한 패터닝을 할 수 없게 된다.

따라서, 마스크를 길이방향으로 팽팽하게 인장시켜서 프레임에 고정하더라도 주름이 생기지 않게 할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명의 실시예는 마스크를 인장시켜서 프레임에 고정하더라도 주름이 생기지 않도록 개선된 마스크 프레임 조립체를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 마스크 프레임 조립체는, 프레임; 증착용 패턴을 구비하여 상기 프레임에 제1방향으로 인장된 상태로 설치되는 마스크; 및, 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 인장력이 작용되도록 상기 마스크에 설치된 인장력작용부;를 포함한다.

상기 인장력작용부는, 상기 제1방향의 인장력에 의해 상기 마스크에 상기 제2방향으로 인장력을 작용시키는 네가티브 프와송비 부재일 수 있다.

상기 네가티브 프와송비 부재는 상기 제1방향의 인장력 작용 전에는 접혀진 상태로 있다가 상기 제1방향의 인장력 작용 시 상기 제2방향으로 펼쳐질 수 있다.

상기 네가티브 프와송비 부재는 상기 마스크의 제1방향으로의 양단부에 마련될 수 있다.

상기 인장력작용부는, 상기 마스크에 상기 제2방향으로 탄성복원력을 작용시키는 스프링일 수 있다.

상기 스프링은 상기 마스크의 상기 증착 패턴부 사이마다 설치될 수 있다.

상기 마스크의 단부측에 설치된 스프링이 중앙측에 설치된 스프링보다 클 수 있다.

상기 스프링은 활 모양의 휘어진 형태로 상기 마스크에 양단이 고정되는 금속 박판일 수 있다.

상기 마스크는 상기 제1방향이 길이방향이고 상기 제2방향이 폭방향인 복수개의 마스크가 상기 프레임에 설치되는 분할 마스크일 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 마스크 프레임 조립체는 마스크를 인장시켜서 프레임에 설치하더라도 주름이 거의 생기지 않기 때문에, 이를 증착 작업에 이용하면 보다 안정적이고 정밀한 패터닝이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마스크 프레임 조립체의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 마스크 프레임 조립체 중 마스크를 확대한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 포지티브 프와송비 부재와 네가티브 프와송비 부재의 특성을 비교해서 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3b에 도시된 네가티브 프와송비 부재의 다양한 형태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 마스크의 변형 가능한 예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 프레임 조립체의 구조를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 본 실시예의 마스크 프레임 조립체는, 프레임(20)과, 그 프레임(20)에 양단부가 고정된 복수의 마스크(10)를 구비하고 있다.

먼저, 상기 프레임(20)은 조립체의 외곽 틀을 형성하는 것으로, 중앙에 개구부가 형성된 사각형 모양을 하고 있다. 이 프레임(20)의 서로 마주보는 한 쌍의 변에 상기 마스크(10)들의 양단부가 용접으로 고정된다.

상기 마스크(10)는 길쭉한 스트라이프(stripe) 형상의 부재들로서, 상기 개구부 안에 위치되는 증착용 패턴(11)이 형성되어 있으며 그 양단부는 상기한 바와 같이 프레임(20)에 용접된다. 이 마스크(10)를 상기 개구부가 한번에 덮어지는 하나의 큰 부재로 만들지 않고 도면과 같이 복수의 스트라이프 형상으로 분할해서 부착하는 이유는, 전술한 바와 같이 자중에 의한 처짐 현상을 줄이기 위해서이다. 마스크(10)는 예컨대 니켈, 니켈 합금, 니켈-코발트 합금 등으로 형성할 수 있으며, 상기 증착용 패턴(11)은 포토리소그래피 공정으로 형성할 수 있다.

도 2는 이러한 복수의 마스크 중 하나를 도시한 것인데, 도면에 있는 바와 같이 마스크(10)의 양단부에는 길이방향(A;이하 제1방향이라 함)과 수직인 폭방향(B; 이하 제2방향이라 함)으로 인장력을 작용시키기 위한 인장력작용부(12)가 구비되어 있다. 이 마스크(10)는 프레임(20)에 설치될 때 제1방향(A)으로 인장된 상태로 고정되는데, 이때 인장력작용부(12)가 제2방향(B)으로 마스크(10)에 인장력을 작용시켜서 길이방향 뿐 아니라 폭방향으로도 마스크(10)에 팽팽한 장력이 걸리도록 하는 것이다. 이렇게 되면 기존에 문제였던 주름 발생 현상이 거의 사라지게 된다. 즉, 만일 이 인장력작용부(12)가 없는 일반적인 경우라면, 제1방향(A)으로 마스크(10)를 잡아당길 때 제2방향(B)으로는 수축이 일어나게 되며, 이러한 수축 작용에 의해 주름이 생기게 된다. 그러나, 상기와 같은 인장력작용부(12)가 마스크(10)의 제1방향으로의 인장 시 제2방향(B)으로도 인장력이 작용하게 함으로써 주름 발생을 억제해주는 것이다.

이러한 동작이 가능한 이유는 인장력작용부(12)가 네가티브 프와송비 부재(negative Poisson ratio member)로 구성되기 때문이다. 이를 좀더 자세히 설명하면, 대부분의 구조물은 도 3a에 도시된 바와 같은 포지티브 프와송비(positive Poisson ratio) 특성을 갖는다. 즉, 제1방향(A)으로 구조물을 잡아당기면 그와 수직인 제2방향(B)으로는 수축이 일어난다. 그러나, 도 3b와 같은 네가티브 프와송비 부재는 제1방향(A)을 잡아당길 경우 제2방향(B)으로도 수축력이 아닌 인장력이 작용한다. 이것은 네가티브 프와송비 부재가 평상 시에 접혀진 형태로 있다가, 제1방향(A)으로 인장력이 가해지면 제2방향으로 펼쳐지면서 인장력을 작용시키는 구조이기 때문이다.

이러한 네가티브 프와송비 부재는 도 4a 내지 도 4c와 같은 다양한 모양으로 만들 수 있다. 모두 평상 시엔 접혀져 있다가 제1방향으로 인장력이 가해지면 그와 수직인 제2방향으로 펼쳐지는 모양들이다. 그리고, 이 모양들은 마스크(10)의 증착용 패턴(11) 포토리소그래피 공정 시 함께 패터닝하면 된다. 즉, 마스크(10)의 증착용 패턴(11)을 포토리소그래피 공정으로 형성할 때, 양단부에는 인장력작용부(12)로서 네가티브 프와송비 부재의 모양을 패터닝한다.

이와 같은 네가티브 프와송비 부재를 인장력작용부(12)로 양단에 구비한 마스크(10)를 사용하게 되면, 마스크(10)를 제1방향(A)으로 당겨서 프레임(20)에 고정시킬 때 제2방향(B)으로도 마스크(10)가 인장력을 받기 때문에, 전체적으로 팽팽한 인장 상태가 되어 주름이 거의 생기지 않게 된다.

따라서, 이를 증착 작업에 이용하면 보다 안정적이고 정밀한 패터닝이 가능해진다.

다음으로 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인장력작용부(13a)(13b)가 구비된 마스크(10)를 도시한 것이다.

본 실시예에서는 인장력작용부(13a)(13b)로서 증착용 패턴(11) 사이마다 스프링이 설치되어 있다. 이 스프링은 활 모양으로 휘어진 상태로 양단이 마스크(10)에 용접으로 고정된 금속 박판으로서, 그 탄성 복원력에 의해 제1방향(A)과 수직인 제2방향(B)으로 마스크(10)에 인장력이 작용한다. 일반적으로 주름을 펴는 데에는 0.1N 정도의 작은 힘만 있어도 되므로, 이러한 금속 박판을 휘어서 붙여놓기만 해도 충분히 주름이 억제될 수 있다.

그리고, 마스크(10)의 인장 시 제1방향(A)의 인장력이 가장 가까이에서 작용하는 마스크(10)의 단부 측에는 상대적으로 큰 스프링(13a)을 설치하고, 나머지 중앙측 부분에는 상대적으로 작은 스프링(13b)을 설치하는 형태로 구성할 수 있다.

이와 같은 구조에 의하면, 제2방향(B)으로 항상 인장력작용부(13a)(13b)의 탄성복원력이 작용하게 되므로, 제1방향(A)으로 마스크(10)을 인장시키더라도 주름은 거의 발생하지 않게 된다.

그러므로, 상기한 실시예들의 인장력작용부를 구비한 마스크를 사용하면, 마스크와 프레임의 조립 시 마스크에 주름이 거의 생기지 않게 되며, 이에 따라 안정적이고 정밀한 패터닝을 보장할 수 있게 된다.

한편, 여기서는 분할 마스크의 경우를 예시하였는데, 일체형 마스크인 경우에도 상기한 인장력작용부를 설치하면 동일한 효과를 볼 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10...마스크 11...증착용 패턴
12,13a,13b.. 인장력작용부 20.. 프레임
A.. 제1방향(길이방향) B ..제2방향(폭방향)

Claims (9)

1. 프레임;
   증착용 패턴을 구비하여 상기 프레임에 제1방향으로 인장된 상태로 설치되는 마스크; 및,
   상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 인장력이 작용되도록 상기 마스크에 설치된 인장력작용부;를 포함하는 마스크 프레임 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 인장력작용부는, 상기 제1방향의 인장력에 의해 상기 마스크에 상기 제2방향으로 인장력을 작용시키는 네가티브 프와송비 부재인 마스크 프레임 조립체.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 네가티브 프와송비 부재는 상기 제1방향의 인장력 작용 전에는 접혀진 상태로 있다가 상기 제1방향의 인장력 작용 시 상기 제2방향으로 펼쳐지는 마스크 프레임 조립체.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 네가티브 프와송비 부재는 상기 마스크의 제1방향으로의 양단부에 마련된 마스크 프레임 조립체.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 인장력작용부는, 상기 마스크에 상기 제2방향으로 탄성복원력을 작용시키는 스프링인 마스크 프레임 조립체.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 스프링은 상기 마스크의 상기 증착 패턴부 사이마다 설치된 마스크 프레임 조립체.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 마스크의 단부측에 설치된 스프링이 중앙측에 설치된 스프링보다 큰 마스크 프레임 조립체.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 스프링은 활 모양의 휘어진 형태로 상기 마스크에 양단이 고정되는 금속 박판인 마스크 프레임 조립체.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 마스크는 상기 제1방향이 길이방향이고 상기 제2방향이 폭방향인 복수개의 마스크가 상기 프레임에 설치되는 분할 마스크인 마스크 프레임 조립체.

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