KR20190011097A - 모판 및 모판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모판 및 모판의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 모판(40)은, 전주 도금(Electroforming)으로 마스크(100) 제조시 사용되는 모판(Mother Plate; 40)으로서, 전도성 기재(41) 및 전도성 기재(41)의 일면 상에서 패턴을 구성하며 배치되는 복수의 절연부(50: 51, 52, ...)를 포함하며, 절연부(50)는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 작아지는 형상을 가지고, 소정의 절연부(51)와 이에 이웃하는 절연부(52)는 적어도 상부(51a, 52a)가 연결(OR)되는 것을 특징으로 한다.

Description

모판 및 모판의 제조 방법 {MOTHER PLATE AND PRODUCING METHOD THEREOF}
본 발명은 모판 및 모판의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 절연부의 터널 공간에서 도금이 수행되어 미세한 패턴을 형성될 수 있는 모판 및 모판의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 박판 제조에 있어서 전주 도금(Electroforming) 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 전주 도금 방법은 전해액에 양극체, 음극체를 침지하고, 전원을 인가하여 음극체의 표면상에 금속박판을 전착시키므로, 극박판을 제조할 수 있으며, 대량 생산을 기대할 수 있는 방법이다.
한편, OLED 제조 공정에서 화소를 형성하는 기술로, 박막의 금속 마스크(Shadow Mask)를 기판에 밀착시켜서 원하는 위치에 유기물을 증착하는 FMM(Fine Metal Mask) 법이 주로 사용된다.
도 1은 종래의 화소 형성 공정을 나타내는 개략도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, FMM 법을 사용하는 화소 형성 공정을 위해, 먼저, 기판(10)과 패턴이 형성된 새도우 마스크(13)를 최대한 밀착시킨다. 그리고, 소스 공급 수단(15)을 통해 유기물, 저분자 등의 소스(17)를 증착한다. 새도우 마스크(13)를 얼라인하면서 R, G, B 소스(17)를 순차적으로 증착하여 화소(18)를 형성한다. 하지만, 도 1의 (a)와 같이, 새도우 마스크(13)의 패턴(PP')이 수직하게 형성되면, 소스(17)의 증착 경로가 패턴 벽에 가려지게 되는 새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의해 화소 패턴(F)과 정확히 일치하도록 증착되지 않는 문제점이 발생하였다. 그리하여, 도 1의 (b)와 같이, 새도우 마스크(13')의 패턴(PP)을 테이퍼(Taper) 형상(S)으로 경사지게 형성하여 오차를 최소화 하는 방법이 제안되었다. 이 밖에, FMM 법에 있어서 새도우 마스크(13)의 두께, 기판(10)과 새도우 마스크(13)의 간격, 새도우 마스크(13)의 정렬 등이 패턴 정밀도 향상을 위해 고려될 수 있다.
도 2는 종래의 고해상도 OLED 형성을 위한 새도우 마스크(13')를 나타내는 개략도이다.
고해상도의 OLED를 구현하기 위해 패턴의 크기가 줄어들고 있다. 도 2와 같이, 고해상도의 화소(18)를 구현하려면, 새도우 마스크(13')에서 화소 간격 및 화소 크기 등을 줄여야 한다. 화소 크기는 새도우 마스크(13')의 패턴(PP) 폭을 줄이는 것으로 가능하다. 하지만, 화소 간격을 줄이는 것에는 한계가 있다. 화소(18) 간격을 P -> P'로 줄일 수 있지만, 새도우 마스크(13')의 두께와 테이퍼 형상(S)을 고려하면, P' 크기의 폭을 가지는 새도우 마스크(13")보다 더 폭을 줄일 수는 없게 된다. 즉, P'의 크기는 P' = 2T/tanθ (T는 새도우 마스크의 두께, θ는 테이퍼 각도)로 제한되게 되는 문제점이 있었다. 또한, 약 30~50 ㎛정도 두께의 새도우 마스크(13')에 패턴을 경사지게 형성(S)하는 과정에서, 미세한 화소 간격 및 화소 크기에 맞는 패터닝(13")을 하기 어렵기 때문에 가공 공정에서 수율이 나빠지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 미세한 마스크 패턴을 가지도록 도금막을 형성하여 초고화질의 OLED를 구현할 수 있는 모판 및 모판의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 절연부 사이의 하부 공간에서 전주 도금을 수행하여 마스크 패턴을 구성할 수 있는 모판 및 모판의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 상기의 목적은, 전주 도금(Electroforming)으로 마스크 제조시 사용되는 모판(Mother Plate)으로서, 전도성 기재; 및 전도성 기재의 일면 상에서 패턴을 구성하며 배치되는 복수의 절연부를 포함하며, 절연부는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 작아지는 형상을 가지고, 소정의 절연부와 이에 이웃하는 절연부는 적어도 상부가 연결되는, 모판에 의해 달성된다.
소정의 절연부와 이에 이웃하는 절연부의 적어도 하부는 연결되지 않고 터널 공간을 형성할 수 있다.
절연부의 측단면은 역테이퍼 형상을 가질 수 있다.
각각의 절연부의 상부가 중첩될 수 있다.
절연부와 이에 이웃하는 절연부는 상부의 모서리 부분이 중첩될 수 있다.
절연부와 이에 이웃하는 절연부는 상부의 모서리 꼭지점 부분이 중첩될 수 있다.
터널 공간의 측단면은 삼각형 형상, 또는 변, 모서리 중 적어도 하나가 라운딩진 삼각형 형상을 가질 수 있다.
임의의 터널 공간과 이에 이웃하는 터널 공간의 거리는 적어도 40㎛보다 작을 수 있다.
전도성 기재는 도핑된 단결정 실리콘 재질일 수 있다.
도핑은 적어도 1019 cm-3 이상 수행될 수 있다.
절연부 상에서 도금막의 형성이 방지되어 도금막이 패턴을 가지게 될 수 있다.
패턴을 가지는 도금막은 FMM(Fine Metal Mask)으로 사용될 수 있다.
모판은 전주 도금에서 음극체(Cathode Body)로 사용될 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 전주 도금(Electroforming)으로 마스크 제조시 사용되는 모판(Mother Plate)의 제조 방법으로서, (a) 전도성 기재를 제공하는 단계; (b) 전도성 기재의 적어도 일면 상에 복수의 절연부를 형성하는 단계를 포함하고, 절연부는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 작아지는 형상을 가지고, 소정의 절연부와 이에 이웃하는 절연부는 적어도 상부가 중첩되는, 모판의 제조 방법에 의해 달성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 미세한 마스크 패턴을 가지도록 도금막을 형성하여 초고화질의 OLED를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 절연부 사이의 하부 공간에서 전주 도금을 수행하여 마스크 패턴을 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 화소 형성 공정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 고해상도 OLED 형성을 위한 새도우 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 3은 FMM을 이용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 여러 실시 예에 따른 모판의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 여러 실시 예에 따른 절연부 형태를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 7는 본 발명의 모판을 통해 제조되는 마스크의 확대도이다.
도 8은 도 7의 A-A', B-B', C-C' 측단면도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 전자현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모판을 사용하여 마스크를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 FMM(100)을 이용한 OLED 화소 증착 장치(200)를 나타내는 개략도이다. 도 4는 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 일반적으로 OLED 화소 증착 장치(200)는, 마그넷(310)이 수용되고, 냉각수 라인(350)이 배설된 마그넷 플레이트(300)와, 마그넷 플레이트(300)의 하부로부터 유기물 소스(600)를 공급하는 증착 소스 공급부(500)를 포함한다.
마그넷 플레이트(300)와 소스 증착부(500) 사이에는 유기물 소스(600)가 증착되는 유리 등의 대상 기판(900)이 개재될 수 있다. 대상 기판(900)에는 유기물 소스(600)가 화소별로 증착되게 하는 FMM(100)이 밀착되거나 매우 근접하도록 배치될 수 있다. 마그넷(310)이 자기장을 발생시키고 자기장에 의한 인력으로 FMM(100)이 대상 기판(900)에 밀착될 수 있다.
마스크(100)[도 4 참조]는 대상 기판(900)에 밀착되기 전에 얼라인(align)이 필요하다. 하나의 마스크 또는 복수의 마스크는 프레임(800)에 결합될 수 있다. 프레임(800)은 OLED 화소 증착 장치(200) 내에 고정 설치되고, 마스크는 별도의 부착, 용접 공정을 거쳐 프레임(800)에 결합될 수 있다.
증착 소스 공급부(500)는 좌우 경로를 왕복하며 유기물 소스(600)를 공급할 수 있고, 증착 소스 공급부(500)에서 공급되는 유기물 소스(600)들은 FMM 마스크(100)에 형성된 패턴(PP)을 통과하여 대상 기판(900)의 일측에 증착될 수 있다. FMM 마스크(100)의 패턴을 통과한 증착된 유기물 소스(600)는 OLED의 화소(700)로서 작용할 수 있다.
새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의한 화소(700)의 불균일 증착을 방지하기 위해, FMM 마스크(100)의 패턴(PP)은 경사지게 형성(S)[또는, 테이퍼 형상(S)으로 형성]될 수 있다. 경사진 면을 따라서 대각선 방향으로 패턴(PP)을 통과하는 유기물 소스(600)들도 화소(700)의 형성에 기여할 수 있으므로, 화소(700)는 전체적으로 두께가 균일하게 증착될 수 있다.
도 4를 참조하면, 마스크(100)의 바디(Body)에는 복수의 디스플레이 패턴(DP)이 형성될 수 있다. 디스플레이 패턴(DP)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응하는 패턴이다. 디스플레이 패턴(DP)을 확대하면 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(PP)을 확인할 수 있다. 화소 패턴(PP)들은 측부가 기울어진 형상, 테이퍼(Taper) 형상 또는 역테이퍼 형상 등을 가질 수 있다[도 8 참조]. 수많은 화소 패턴(PP)들은 군집을 이루어 디스플레이 패턴(DP) 하나를 구성하며, 복수의 디스플레이 패턴(DP)이 마스크(100)에 형성될 수 있다.
즉, 본 명세서에서 디스플레이 패턴(DP)은 패턴 하나를 나타내는 개념은 아니며, 하나의 디스플레이에 대응하는 복수의 화소 패턴(PP)들이 군집된 개념으로 이해되어야 한다. 이하에서는 화소 패턴(PP)을 마스크 패턴(PP)과 혼용한다.
도 5는 본 발명의 여러 실시 예에 따른 모판(40, 40')의 사시도이다. 도 5는 모판(40, 40')의 일부를 과장되게 표현한 것이며, 도 5에 도시된 형태로 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모판(40)은 전도성 기재(41) 및 복수의 절연부(50)를 포함할 수 있다.
모판(mother plate; 40)은 전주 도금(electroforming)에서 음극체(cathode)로 사용될 수 있다. 전주 도금을 수행할 수 있도록, 모판(40)은 전도성 기재(41)를 포함하는 것이 바람직하다.
전도성 재질로서, 메탈의 경우에는 표면에 메탈 옥사이드들이 생성되어 있을 수 있고, 메탈 제조 과정에서 불순물이 유입될 수 있으며, 다결정 실리콘 기재의 경우에는 개재물 또는 결정립계(Grain Boundary)가 존재할 수 있으며, 전도성 고분자 기재의 경우에는 불순물이 함유될 가능성이 높고, 강도. 내산성 등이 취약할 수 있다. 메탈 옥사이드, 불순물, 개재물, 결정립계 등과 같이 모판(40)의 표면에 전기장이 균일하게 형성되는 것을 방해하는 요소를 "결함"(Defect)으로 지칭한다. 결함(Defect)에 의해, 상술한 재질의 음극체에는 균일한 전기장이 인가되지 못하여 도금막(100)의 일부가 불균일하게 형성될 수 있다. 또한, 다결정 기판 소재의 경우에는 전주 도금막의 열팽창 계수를 감소시키기 위한 열처리 공정에 의해 결정립 간의 불균일한 특성으로 인해 마스크에 형성된 패턴의 위치가 달라질 수 있고, 이는 화소의 증착 위치의 변경으로 이어지는 문제가 있다.
UHD 급 이상의 초고화질 화소를 구현하는데 있어서 도금막(100) 및 도금막 패턴(PP)의 불균일은 화소의 형성에 악영향을 미칠 수 있다. FMM, 새도우 마스크의 패턴(PP) 폭은 수 내지 수십㎛의 크기, 바람직하게는 40㎛보다 작은 크기로 형성될 수 있으므로, 수㎛ 크기의 결함조차 마스크의 패턴 사이즈에서 큰 비중을 차지할 정도의 크기이다.
또한, 상술한 재질의 음극체에서의 결함을 제거하기 위해서는 메탈 옥사이드, 불순물 등을 제거하기 위한 추가적인 공정이 수행될 수 있으며, 이 과정에서 음극체 재료가 식각되는 등의 또 다른 결함이 유발될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 단결정 실리콘 재질의 기재(41)를 사용할 수 있다. 전도성을 가지도록, 기재(41)는 1019 이상의 고농도 도핑이 수행될 수 있다. 도핑은 기재(41)의 전체에 수행될 수도 있으며, 기재(41)의 표면 부분에만 수행될 수도 있다.
복수의 절연부(50: 51, 52, ...)는 전도성 기재(41)의 적어도 일면 상에 형성될 수 있다. 절연부(50)는 기재(41)의 일면 상에 돌출되도록(양각으로) 형성한 부분으로서, 도금막(100)의 생성을 방지하도록, 절연 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 절연부(50)는 포토레지스트, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다. 절연부(50)는 기재(41) 상에 증착 등의 방법으로 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 형성할 수 있고, 기재(41)를 베이스로 하여 산화(Thermal Oxidation), 열 질화(Thermal Nitiridation) 방법을 사용할 수도 있다. 프린팅 방법 등을 이용하여 포토레지스트를 형성할 수도 있다. 포토레지스트를 사용하여 패턴을 형성할 때에는 다중 노광 방법, 영역마다 노광 강도를 다르게 하는 방법 등을 사용할 수 있다. 절연부(50)는 도금막(100)보다는 두껍도록 약 5㎛ ~ 20㎛의 두께를 가질 수 있다
각각의 절연부(50)는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 작아지는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 절연부(50)의 수직 측단면은 역 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
절연부(50)는 패턴을 가지도록 전도성 기재(41) 상에 형성될 수 있다. 즉, 절연부(50)가 전도성 기재(41) 상에서 점유하는 영역은 패턴을 가질 수 있고, 절연부(50)가 점유하는 영역은 마스크 패턴(PP)에 대응할 수 있다. 후술할 전주 도금 과정에서 기재(41)의 노출된 표면으로부터 도금막(100)이 형성되고, 절연부(50)가 배치되는 영역에서는 도금막(100)의 생성이 방지되어 패턴(PP)이 형성될 수 있다. 모판(40)은 도금막(100)의 생성 과정에서 패턴까지 형성할 수 있으므로, 몰드, 음극체와 병기하여 사용될 수 있다.
본 발명의 모판(40)은 절연부(50)가 상부에서 하부로 갈수록 폭이 작아지는 형상을 가지고, 임의의 절연부(51)와 이에 이웃하는 절연부(52)는 적어도 상부(51a, 52a)가 연결(OR)되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상호 이웃하는 절연부(51, 52)의 상부(51a, 52a)가 연결되고, 하부(51b, 52b)는 연결되지 않을 수 있다. 여기에서 상부(51a, 52a)가 연결(OR)된다는 것은, 절연부(51, 52)의 상부에 동일한 재질의 절연부가 더 개재되어 두 절연부(51, 52)를 연결하는 형태, 또는 동일한 형태의 절연부(51, 52)의 간격이 좁게 형성됨에 따라 상부(51a, 52a)가 중첩된 형태를 모두 포함하는 의미로 이해되어야 한다. 이렇게 상부(51a, 52a)가 연결, 중첩(OR)되는 부분을 "브릿지(bridge)"라고도 지칭한다. 도 5의 (a)는 상부(51a, 52a)가 중첩(OR)된 형태라고 볼 수 있고, 도 5의 (b)는 중첩(OR)된 정도가 보다 작고 절연부(51', 52')의 상부 사이가 연결된 형태에 가깝다고 볼 수 있다.
도 5를 더 참조하면, 임의의 절연부(51)와 이에 이웃하는 절연부(52)는 하부(51b, 52b)가 연결되지 않고 빈 공간(TR)을 형성할 수 있다. 여기서, 빈 공간(TR)을 "터널 공간"(TR)이라고도 지칭한다.
터널 공간(TR)의 높이, 폭, 크기 등은 절연부(50: 51, 52, ...)의 (역)테이퍼 각도, 연결/중첩(OR)되는 상부(51a, 52a)의 두께 등에 따라 변경될 수 있다. 따라서, 화소 간격을 다양하게 제어하는 것이 가능하다.
전주 도금 과정에서 절연부(50) 상에서는 도금막(100)의 형성이 방지되어 도금막(100)이 패턴(PP)을 가지게 되고, 도금막(100)은 터널 공간(TR) 내에서 형성될 수 있다. 따라서, 터널 공간(TR)의 높이, 폭, 크기 등을 제어하는 것은 도금막(100)[마스크(100)]의 마스크 패턴(PP) 크기를 제어하는 것에 대응하고, 마스크 패턴(PP) 크기의 제어는 화소 간격의 제어에 대응할 수 있다. 일 예로, 마스크 패턴(PP)의 폭은 40㎛보다 작은 크기로 형성될 수 있으므로, 터널 공간(TR)과 이웃하는 터널 공간(TR)의 거리는 40㎛보다 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
물론, 터널 공간(TR)의 높이는 절연부(50)의 높이보다 작게 형성된다. 절연부(50)가 역테이퍼 형상인 경우, 터널 공간(TR)의 수직 측단면 형상은 삼각형 형상을 가질 수 있다. 삼각형 형상은 변, 모서리가 라운딩지고 전체적으로 삼각형 형상인 것도 포함한다.
도 5의 (a)는 상부와 하부가 대략 사각형 평면이고, 역테이퍼 형상을 가지는 절연부(50)에서, 임의의 절연부(51)와 이에 이웃하는 절연부(52)의 상부(51a, 52a) 모서리 부분이 중첩(OR)되는 것을 나타낸다. 복수의 절연부(50)들은 상호 중첩(OR)된 채로 한 방향을 따라 배치되어 있다. 여기에서는 터널 공간(TR)이 한 방향으로 뚫린 형태가 나타난다.
도 5의 (b)는 상부와 하부가 대략 사각형 평면이고, 역테이퍼 형상을 가지는 절연부(50')에서, 임의의 절연부(51')와 이에 이웃하는 절연부(52')의 상부 모서리 꼭지점 부분이 연결(OR')[또는, 중첩(OR)]되는 것을 나타낸다. 복수의 절연부(50)들은 상호 연결(OR')된 채로 두 방향(일 예로, X, Y축 방향)을 따라 배치되어 있다. 여기에서는 터널 공간(TR')이 두 방향으로 뚫린 형태가 나타난다.
도 6은 본 발명의 여러 실시 예에 따른 절연부 형태를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 6의 (a)는 종래의 모판(40")을 나타낸다. 절연부(50")가 상호 연결/중첩되지 않고 터널 공간(TR)을 형성하지 않는, 일반적인 역테이퍼 형상의 절연부(50)를 포함하는 모판(40")의 전자현미경 사진이다.
도 6의 (b)는 도 5의 (a)에 도시된, 한 방향을 따라 복수의 절연부(50)가 배치되고, 절연부(50)의 상부가 중첩되어, 하부에 터널 공간(TR)을 형성하는 모판(40)의 전자현미경 사진이다.
도 6의 (c) 및 (d)는 도 5의 (b)에 도시된, 두 방향을 따라 복수의 절연부(50')가 배치되고, 절연부(50')의 상부가 중첩(OR')되어, 하부에 터널 공간(TR')을 형성하는 모판(40')의 전자현미경 사진이다.
위와 같이, 본 발명의 모판(40, 40')은 터널 공간(TR, TR')에만 도금막을 형성하여 마스크(100)를 제조할 수 있고, 마스크(100)의 모든 부분에서 측단면의 형상이 삼각형 형상을 가질 수 있다. 즉, 이 모판(40, 40')을 사용하여 전주 도금을 수행하면, 마스크(100)가 테이퍼 형상의 중심부(111)[도 7 참조]를 구비하지 않고, 모든 마스크(100)의 부분이 연결부(115)[도 7 참조]와 같은 형상을 가질 것이다. 이러한 모판(40, 40')을 사용하여 보다 초고화질의 OLED를 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 모판(40, 40')을 통해 제조되는 마스크의 확대도이다. 도 8은 도 7의 A-A', B-B', C-C' 측단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 모판(40, 40')을 통해 제조된 마스크(100)의 바디는 복수의 마스킹 셀(110)을 포함할 수 있다. 마스킹 셀(110)은 마스크(100) 바디를 구성하는 단위 구성요소로 볼 수 있으며, 마스크 패턴(PP)에 따라 다른 형태를 가질 수 있다. 도 7에서는 사각형의 마스크 패턴(PP) 4개(PP1~PP4)가 세트를 이루어 반복적으로 배치되며, 마스크 패턴(PP)의 사이 공간의 마스크(100) 부분을 마스킹 셀(110)로 상정하여 설명한다. 또한, 이하에서는 마스킹 셀(110)과 이웃하는 마스킹 셀(110)을 연결하는 연결부(115)를 마스킹 셀(110)과 별도의 용어로 구분하여 설명하나, 마스킹 셀(110)은 연결부(115)와 물리적으로 엄격히 구분되는 요소는 아니며, 마스킹 셀(110)에 연결부(115)가 포함되는 개념임을 밝혀둔다. 즉, 연결부(115)는 마스킹 셀(110)에 포함되는 마스킹 셀(110)의 테두리부, 모서리부의 일부 또는 전부일 수 있으며, 연결부(115)와 마스킹 셀(110)의 중심부(111)가 일체로 연결되어 매트릭스 형태로 군집을 이룬 것이 마스크(100)라고 할 수 있다.
마스크(100)는 마스킹 셀(110)의 중심부(111)의 두께가 마스킹 셀의 테두리부(115)의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 한다. 테두리부(115)는 마스킹 셀(110)의 테두리, 모서리, 또는 이들의 일부 또는 전부를 모두 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 테두리부(115)는 연결부(115)로도 지칭될 수 있다.
도 7의 A-A' 및 도 8의 (a)를 참조하면, 소정의 마스크 패턴(PP)과 이에 두번째로 가깝게 이웃하는 마스크 패턴(PP)의 사이 공간에 마스킹 셀(110)[중심부(111)]이 형성될 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴 PP1과 가장 가깝게 이웃하는 마스크 패턴은 PP2, PP4이고, 두번째로 가깝게 이웃하는 마스크 패턴은 PP3이다. 마스크 패턴 PP1과 마스크 패턴 PP3의 사이에는 마스킹 셀(110)[중심부(111)]이 형성될 수 있으며, 두께 T1으로 형성될 수 있다. 두께 T1은 마스크(100)의 두께로 볼 수 있으며, 마스크(100) 바디 중에서 가장 두꺼운 두께라고 할 수 있다. 즉, 마스킹 셀(110)의 중심부(111)는 마스크(100) 바디 중에서 가장 두껍게 형성되는 부분일 수 있다.
A-A' 측단면에서의 마스킹 셀(110)[중심부(111)]의 형태는 테이퍼(taper) 형상 또는 역 테이퍼 형상(뒤집어 볼 경우)을 나타낼 수 있다. A-A' 측단면에서의 마스크(100)의 패턴(PP) 형태는 일반적인 테이퍼 형상의 마스크 패턴과 유사하다.
도 7의 B-B' 및 도 8의 (b)를 참조하면, 소정의 마스크 패턴(PP)과 이에 가장 가깝게 이웃하는 마스크 패턴(PP)의 사이 공간에 연결부(115)[또는, 마스킹 셀(110)의 모서리]가 형성될 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴 PP1과 가장 가깝게 이웃하는 마스크 패턴은 PP2, PP4이고, 두번째로 가깝게 이웃하는 마스크 패턴은 PP3이다. 마스크 패턴 PP1과 마스크 패턴 PP2, 마스크 패턴 PP1과 마스크 패턴 PP4의 사이에는 연결부(115)가 형성될 수 있으며, 두께 T2로 형성될 수 있다. 두께 T2는 T1보다 작은 값을 가지며, 마스크(100) 바디 중에서 가장 얇은 두께라고 할 수 있다. 즉, 마스킹 셀(110)의 연결부(115)[테두리부, 모서리부]는 마스크(100) 바디 중에서 가장 얇게 형성되는 부분일 수 있다. 정리하면, 마스크(100)는 마스킹 셀(110)의 중심부(111)에서 가장 두꺼운 T1의 두께를 가지고, 연결부(115)[테두리부, 모서리부]에서 가장 얇은 T2의 두께를 가질 수 있다.
마스킹 셀(110)은 인접하는 마스킹 셀(110)과 연결부(115)를 통해 일체로 연결될 수 있다. 다른 말로, 마스킹 셀(110)은 연결부(115)를 포함하며, 이웃하는 마스킹 셀(110)과 연결부(115)를 매개로 일체로 연결될 수 있다. 또 다른 말로, 한 쌍의 마스킹 셀(110)의 중심부(111)는 연결부(115)를 매개로 상호 일체로 연결될 수 있다.
도 7의 C-C' 및 도 8의 (c)를 참조하면, 마스크 패턴(PP)을 제외하고 마스킹 셀(110) 부분만을 확인할 수 있다. 마스킹 셀(110)은 폭(R1)으로 나타나는 중심부(111)와 폭(R2)로 나타나는 연결부(115)가 번갈아가면서 배치될 수 있다.
연결부(115)의 측단면 형상은 삼각형 형상을 가질 수 있다. 삼각형 형상은 변, 모서리 중 적어도 하나가 라운딩지고 전체적으로 삼각형 형상인 것도 포함한다. 이는 본 발명의 모판(40)의 한 쌍의 절연부(51, 52)의 상부가 일부 중첩(OR)되고, 하부에 생기는 터널 공간(TR)에 도금막이 형성됨에 따른 결과이다[도 10의 (c2) 참조].
도 8에서 나타나는 마스크(100)는 뒤집어서 마스크 패턴(PP)이 테이퍼 형상을 나타내는 상태에서 대상 기판(900)에 밀착될 수 있다[도 3 참조]. 연결부(115)가 마스크(100)의 두께 T1보다 얇은 T2의 두께를 가지며, 테이퍼 형상이 아닌 삼각형 형상을 가지므로, 마스크 패턴(PP) 사이의 간격을 더욱 줄일 수 있고, 그만큼 OLED 화소(700)의 간격을 줄일 수 있게 된다. 도 8의 (a)에서의 마스크 패턴(PP) 사이의 간격(P)은 마스킹 셀(110)[중심부(111)]의 폭에 대응하는 반면, 도 8의 (b)에서의 마스크 패턴(PP) 사이의 간격(P")은 연결부(115)의 폭에 대응하는 것을 보면, OLED 화소(700)의 간격을 얼마나 더 줄일 수 있는지 쉽게 확인할 수 있다. OLED 화소(700)는 마스크 패턴(PP)는 통과한 증착된 유기물 소스(600)에 의해 형성되기 때문에, 마스크 패턴(PP)들의 간격이 곧 OLED 화소(700)의 간격에 대응할 수 있다.
도 2를 통해 전술한 바와 같이, 종래에는 마스크 패턴(PP)이 형성되는 부분에서의 마스크 두께를 조절할 수 없기 때문에, 화소 간격이 P'=2*T/tanθ [여기서, T는 마스크의 두께, θ는 테이퍼 각도]로 제한되는 문제점이 있었다. 본 발명에서는 연결부(115)의 두께(T2)를 낮추는 정도에 따라서 화소 간격 P"=2*T2/tanθ [여기서, T는 마스크의 두께, θ는 테이퍼 각도]를 대폭 줄일 수 있게 된다. 중심부(111)의 두께(T1)보다 연결부(115)의 두께(T2)가 50% 수준이라면, 종래의 화소 간격과 비교하여 화소 간격(P")을 반절로 줄일 수 있으므로, 해상도가 그 제곱인 4배로 상승되는 효과가 있다. 절연부(51, 52)의 상부가 연결/중첩(OR)되는 두께에 따라서, 연결부(115)의 두께(T2)는 중심부(111)의 두께(T1)보다 50% 이하로도 조절할 수 있으므로, 해상도는 줄어든 두께에 제곱에 비례하도록 대폭 상승될 수 있다.
따라서, 본 발명의 모판(40)을 통해 마스크(100)의 마스크 패턴(PP)을 더욱 미세하게 형성하여 초고화질의 OLED를 구현할 수 있는 효과가 있다. 본 발명은 500~600 PPI(pixel per inch)로 화소의 크기가 약 30~50㎛에 이르는 QHD의 화질을 넘어서, ~860 PPI, ~1600 PPI 등의 해상도를 가지는 4K UHD, 8K UHD의 초고화질, 혹은 그보다도 높은 화질을 구현할 수 있게 된다.
다시, 도 7을 참조하면, 일 예로, 하나의 마스킹 셀(110) 주변에는 4개의 마스크 패턴(PP1~PP4)이 배치되고, 마스크 패턴(PP)들의 모서리, 마스킹 셀(110)들의 모서리는 라운징지게 형성될 수 있다. 또한, 마스크 패턴(PP)과 마스킹 셀(110)은 격자 형태로 번갈아 배치될 수 있다. 이른바, 펜타일(pentile) 구조를 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크(100)의 전자현미경 사진이다. 도 9의 (a)는 격자 형태로 번갈아 배치된 마스크 패턴(PP)과 마스킹 셀(110)을 나타내고, 도 9의 (b)는 하나의 마스킹 셀(110)을 확대하여 나타내며, 도 9의 (c)는 마스킹 셀(110)의 측단면 형상을 나타낸다.
도 9의 (a)를 참조하면, 마스킹 셀(110)의 중심부(111)가 두껍게 형성되고, 연결부(115)[모서리부, 테두리부]가 얇게 형성된 것을 확인할 수 있다. 그리고, 도 9의 (b)를 참조하면, 연결부(115)의 단면이 삼각형 형상을 가지며, 연결부(115)를 사이에 두고 두 개의 마스크 패턴(PP)의 간격이 매우 근접하게 형성되었음을 확인할 수 있다. 그리고, 도 9의 (c)를 참조하면, 중심부(111)가 약 45°의 테이퍼 각도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모판(40)을 사용하여 마스크(100)를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다. 이하에서는, 도 5의 (a)의 모판(40)을 사용하여, 도 7의 A-A' 측단면, B-B' 측단면의 두가지 형태를 모두 포함하는 마스크(100)를 제조하는 과정을 설명한다. A-A' 측단면 형태의 형성 과정은 (b1), (c1), (d1)에 도시하고, B-B' 측단면 형태의 형성 과정은 (b2), (c2), (d2)에 도시한다.
먼저, 도 10의 (a)를 참조하면, 전주 도금을 수행할 수 있도록, 전도성 기재(41)를 준비한다. 전도성 기재(41)는 단결정 실리콘을 사용할 수 있음은 상술한 바 있다.
다음으로, 도 10의 (b1) 및 (b2)를 참조하면, 기재(41)의 적어도 일면 상에 절연부(50)를 형성할 수 있다. 절연부(50)는 역 테이퍼 형상을 가지는 것이 바람직하다. 한편, 도 10의 (b2)를 참조하면, 복수의 절연부(50: 51, 52, ...)는 적어도 상부(51a, 52a)가 연결(OR)[또는, 중첩(OR)]될 수 있다. 즉, 소정의 절연부(51)와 이에 가장 가깝게 이웃하는 절연부(52)의 적어도 상부(51a, 52a)가 연결(OR)[또는, 중첩(OR)]되어 브릿지를 형성하고, 하부(51b, 52b)는 중첩되지 않고 빈 공간(TR), 터널 공간(TR)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 10의 (c1) 및 (c2)를 참조하면, 모판(40)[또는, 음극체(40)]과 대향하는 양극체(미도시)를 준비한다. 양극체(미도시)는 도금액(미도시)에 침지되어 있고, 모판(40)은 전부 또는 일부가 도금액(미도시)에 침지되어 있을 수 있다. 모판(40)[또는, 음극체(40)]과 대향하는 양극체 사이에 형성된 전기장으로 인해 도금막(100)이 모판(40)의 표면에서 전착되어 생성될 수 있다. 다만, 전도성 기재(41)의 노출된 표면에서만 도금막(100)이 생성되며, 절연부(50) 표면에서는 도금막(100)이 생성되지 않으므로, 도금막(100)에 패턴(PP)이 형성될 수 있다.
도금액은 전해액으로서, 마스크(100)를 구성할 도금막(100)의 재료가 될 수 있다. 일 실시 예로, 철니켈합금인 인바(Invar) 박판을 도금막(100)으로서 제조하는 경우, Ni 이온을 포함하는 용액 및 Fe 이온을 포함하는 용액의 혼합액을 도금액으로 사용할 수 있다. 다른 실시 예로, 철니켈코발트합금인 슈퍼 인바(Super Invar) 박판을 도금막(20)으로 제조하는 경우, Ni 이온을 포함하는 용액, Fe 이온을 포함하는 용액 및 Co 이온을 포함하는 용액의 혼합액을 도금액으로 사용할 수도 있다. 인바 박판, 슈퍼 인바 박판은 OLED의 제조에 있어서 FMM(Fine Metal Mask), 새도우 마스크(Shadow Mask)로 사용될 수 있다. 그리고, 인바 박판은 열팽창계수가 약 1.0 X 10-6/℃, 슈퍼 인바 박판은 열팽창계수가 약 1.0 X 10-7/℃ 정도로 매우 낮기 때문에 열에너지에 의해 마스크의 패턴 형상이 변형될 우려가 적어 고해상도 OLED 제조에서 주로 사용된다. 이 외에도 목적하는 도금막(100)에 대한 도금액을 제한없이 사용할 수 있으며, 본 명세서에서는 인바 박판(100)을 제조하는 것을 주된 예로 상정하여 설명한다.
기재(41) 표면으로부터 도금막(100)이 전착되면서 두꺼워지기 때문에, 절연부(50)의 상단을 넘기 전까지만 도금막(100)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 절연부(50)의 두께보다 도금막(100)의 두께가 더 작을 수 있다. 도금막(100)은 절연부(50)의 패턴 공간에 채워지며 전착되므로, 절연부(50)의 패턴과 역상을 가지는 테이퍼 형상을 가지며 생성될 수 있다[도 10의 (c1) 참조].
절연부(50)가 절연 특성을 가지므로, 절연부(50)와 양극체 사이에서는 전기장이 형성되지 않거나, 도금이 수행되기 어려운 정도의 미약한 전기장만이 형성된다. 따라서, 모판(40)에서 도금막(100)이 생성되지 않는, 절연부(50)에 대응하는 부분은 도금막(100)의 패턴, 홀(Hole) 등을 구성한다. 다시 말해, 절연부(50) 각각은 마스크(100) 바디의 R, G, B에 대응하는 마스크 패턴(PP)을 형성할 수 있다. 마스크 패턴(PP)의 측단면의 형상은 대략 테이퍼 형상으로 기울어지게 형성될 수 있고, 기울어진 각도(테이퍼 각도)는 약 45° 내지 65°일 수 있다.
도 10의 (c1)에서는 절연부(50) 사이에서 테이퍼 형상의 측단면 형상을 가지는 마스킹 셀(110)[중심부(111)]가 전착되어 생성될 수 있다. 마스킹 셀(110)은 절연부(50)를 초과하지 않는 두께(T1)로 형성될 수 있다.
한편, 도 10의 (c2)에서는, 터널 공간(TR) 내에서 삼각형, 또는 변, 모서리 중 적어도 하나가 라운딩진 삼각형의 측단면 형상을 가지는 마스킹 셀(110)[연결부(115)]가 전착되어 생성될 수 있다. 마스킹 셀(110)[연결부(115)]는 터널 공간(TR)을 초과하지 않는 두께(T2)로 형성될 수 있다. 터널 공간(TR) 내에 전주 도금하는 방식을 "터널 도금"이라고 지칭하고, 터널 공간(TR)내 도금된 마스크를 "터널 마스크"라고 지칭한다. 즉, 연결부(115)는 터널 마스크라고도 할 수 있다.
터널 공간(TR)에서 형성된 도금막은 마스킹 셀(110)[중심부(111)] 사이를 일체로 연결하는 연결부(115)를 구성할 수 있다. 전주 도금 과정에서 전도성 기재(41)의 표면으로부터 도금막(100)이 생성되기 때문에, 두께가 얇은(높이가 낮은) 터널 공간(TR)에서 먼저 도금막이 형성되어 연결부(115)가 구성되고, 계속 전주 도금이 수행되어 도금막(100)이 더 두꺼워지면 마스킹 셀(110)[중심부(111)]가 형성될 수 있다.
한편, 도금막(100)을 형성한 후에 도금막(100)에 열처리를 수행할 수 있다. 열처리는 300℃ 내지 800℃의 온도로 수행할 수 있다. 일반적으로 압연으로 생성한 인바 박판에 비해, 전주 도금으로 생성한 인바 박판이 열팽창계수가 높다. 그리하여 인바 박판에 열처리를 수행함으로써 열팽창계수를 낮출 수 있는데, 이 열처리 과정에서 인바 박판에 약간의 변형이 생길 수 있다. 따라서, 모판(40)[또는, 기재(41)]과 마스크(100)가 접착된 상태에서 열처리를 수행하면, 모판(40)의 절연부(50)가 차지하는 공간 부분에 형성된 마스크 패턴(PP)의 형태가 일정하게 유지되고, 열처리로 인한 미세한 변형을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 도금막(100)으로부터 모판(40)[또는, 기재(41)]을 분리한 후, 마스크 패턴(PP)을 가지는 마스크(100)에 열처리를 수행하여도 인바 박판의 열팽창계수를 낮추는 효과가 있다.
따라서, 마스크(100)의 열팽창계수를 더 낮춤에 따라, ㎛ 스케일의 패턴(PP)의 변형을 방지하고, 초고화질의 OLED 화소를 증착할 수 있는 마스크(100)를 제조할 수 있는 이점이 있다.
다음으로, 도 10의 (d1) 및 (d2)를 참조하면, 모판(40)[또는, 음극체(40)]을 도금액(미도시) 바깥으로 들어올린 후, 도금막(100)과 모판(40)을 분리한다. 도금막(100)과 모판(40)의 분리 전에 절연부(50)를 제거하는 공정을 더 수행할 수도 있다. 도금액 바깥에서, 도금막(100)과 모판(40)를 분리하면, 도금막(100)이 생성된 부분은 마스크(100)[또는, 마스크 바디]를 구성하고, 도금막(100)이 생성되지 않은 부분은 마스크 패턴(PP)을 구성할 수 있다.
위와 같이, 본 발명은 절연부(50) 사이의 하부 공간(TR)에서 전주 도금을 수행하여 마스크 패턴(PP)을 미세하게 형성할 수 있는 효과가 있다. 그리하여, 기존의 방법으로는 달성할 수 없는 초고화질의 OLED를 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
40: 모판
41: 전도성 기재
50: 절연부
100: 마스크, 새도우 마스크, FMM(Fine Metal Mask)
110: 마스킹 셀
111: 중심부
115: 연결부, 테두리부, 모서리부
200: OLED 화소 증착 장치
DP: 디스플레이 패턴
OR: 절연부 상부 연결/중첩 영역
PP, PP1~PP4: 화소 패턴, 마스크 패턴
T1: 중심부 두께
T2: 연결부 두께
TR: 절연부 하부 공간, 터널 공간

Claims (14)

  1. 전주 도금(Electroforming)으로 마스크 제조시 사용되는 모판(Mother Plate)으로서,
    전도성 기재; 및
    전도성 기재의 일면 상에서 패턴을 구성하며 배치되는 복수의 절연부
    를 포함하며,
    절연부는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 작아지는 형상을 가지고, 소정의 절연부와 이에 이웃하는 절연부는 적어도 상부가 연결되는, 모판.
  2. 제1항에 있어서,
    소정의 절연부와 이에 이웃하는 절연부의 적어도 하부는 연결되지 않고 터널 공간을 형성하는, 모판.
  3. 제1항에 있어서,
    절연부의 측단면은 역테이퍼 형상을 가지는, 모판.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 절연부의 상부가 중첩되는, 모판.
  5. 제4항에 있어서,
    절연부와 이에 이웃하는 절연부는 상부의 모서리 부분이 중첩되는, 모판.
  6. 제4항에 있어서,
    절연부와 이에 이웃하는 절연부는 상부의 모서리 꼭지점 부분이 중첩되는, 모판.
  7. 제2항에 있어서,
    터널 공간의 측단면은 삼각형 형상, 또는 변, 모서리 중 적어도 하나가 라운딩진 삼각형 형상을 가지는, 모판.
  8. 제2항에 있어서,
    임의의 터널 공간과 이에 이웃하는 터널 공간의 거리는 적어도 40㎛보다 작은, 모판.
  9. 제1항에 있어서,
    전도성 기재는 도핑된 단결정 실리콘 재질인, 모판.
  10. 제8항에 있어서,
    도핑은 적어도 1019 cm-3 이상 수행된, 모판.
  11. 제1항에 있어서,
    절연부 상에서 도금막의 형성이 방지되어 도금막이 패턴을 가지게 되는, 모판.
  12. 제11항에 있어서,
    패턴을 가지는 도금막은 FMM(Fine Metal Mask)으로 사용되는, 모판.
  13. 제1항에 있어서,
    모판은 전주 도금에서 음극체(Cathode Body)로 사용되는, 모판.
  14. 전주 도금(Electroforming)으로 마스크 제조시 사용되는 모판(Mother Plate)의 제조 방법으로서,
    (a) 전도성 기재를 제공하는 단계;
    (b) 전도성 기재의 적어도 일면 상에 복수의 절연부를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    절연부는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 작아지는 형상을 가지고, 소정의 절연부와 이에 이웃하는 절연부는 적어도 상부가 중첩되는, 모판의 제조 방법.
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