KR20190035092A - 박막 증착용 마스크 제조 방법 및 이를 통해 제작된 박막 증착용 마스크 - Google Patents

박막 증착용 마스크 제조 방법 및 이를 통해 제작된 박막 증착용 마스크 Download PDF

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KR20190035092A
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주식회사 선익시스템
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Abstract

본 발명에 따른 박막 증착용 마스크 제조 방법 및 이를 통해 제작된 증착용 마스크는, 도금용 기판에 제 1 마스크 성형용 패턴을 형성하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후에, 제 1 마스크 성형용 패턴이 형성된 도금용 기판을 전해조에 투입하고, 전주 도금 방법을 이용하여 상기 도금용 기판에 제 1 두께의 도금층을 전착하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계 후에, 제 1 두께의 도금층이 형성된 도금용 기판에 제 2 마스크 성형용 패턴을 형성하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계 후에, 제 2 마스크 성형용 패턴이 형성된 도금용 기판을 전해조에 투입하고, 전주 도금 방법을 이용하여, 상기 도금용 기판의 일부분을 제 1 두께의 도금층 위에 제 2 두께의 도금층을 전착하여 전체적으로 복수의 두께를 갖는 마스크를 제작하는 제 4 단계를 포함하여 구성됨으로써, 마스크의 패턴부와 비패턴부의 두께를 상이하게 구성할 수 있고, 이를 통해 충분한 지지 강성을 확보하면서도 초정밀 고정도의 마스크를 제작할 수 있다.

Description

박막 증착용 마스크 제조 방법 및 이를 통해 제작된 박막 증착용 마스크{Method for manufacturing thin film deposition mask and deposition mask manufactured thereby}
본 발명은 OLED 등을 제조하기 위해 사용되는 박막 증착용 마스크 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자발광소자로서, 비발광소자에 빛을 가하기 위한 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량이고 박형의 평판표시장치를 제조할 수 있다.
이러한 유기 전계 발광소자를 이용한 평판표시장치는 응답속도가 빠르며, 시야각이 넓어 차세대 표시장치로서 대두 되고 있다. 특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.
유기 전계 발광소자는, 애노드 및 캐소드 전극을 제외한 나머지 구성층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등이 유기 박막으로 되어 있고, 이러한 유기 박막은 진공열 증착방법으로 기판 상에 증착된다.
진공열 증착방법은 증착 챔버 내의 기판 지지부에 기판을 로딩하고, 일정 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)(이하 '박막 증착용 마스크' 또는 '마스크'라고도 함)와 기판을 얼라인(align)한 후, 증발물질이 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 승화되는 증발물질을 기판 상에 원하는 패턴으로 증착하는 방식으로 이루어진다.
쉐도우 마스크는 기판에 특정 패턴을 형성하기 위한 중요한 구성 부분으로, 통상 쉐도우 마스크를 제작하는 방법으로는 에칭 제작 방법, 금속 도금 제작 방법, 레이저 제작 방법 등을 이용하여 제작하고 있다.
그러나, 종래의 쉐도우 마스크는 증착물질이 통과하는 패턴이 형성되는 패턴부나, 이 패턴부 둘레에 형성되어 패턴부를 지지하거나 마스크 프레임 등에 고정되는 비패턴부가 모두 동일한 두께로 형성되어 있기 때문에 미세 패턴을 가지면서도 충분한 지지 강성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2012-0085042호 대한민국 공개특허 10-2016-0069075호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 포토 리소그래피(Photo-lithography)와 전주 도금법을 반복 이용하여 마스크를 성형함으로써 마스크의 패턴부와 비패턴부의 두께를 상이하게 구성할 수 있고, 이를 통해 충분한 지지 강성을 확보하면서도 초정밀 고정도의 마스크를 제작할 수 있는 박막 증착용 마스크 제조 방법 및 이를 통해 제작된 박막 증착용 마스크를 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 박막 증착용 마스크 제조 방법은, 도금용 기판에 제 1 마스크 성형용 패턴을 형성하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후에, 제 1 마스크 성형용 패턴이 형성된 도금용 기판을 전해조에 투입하고, 전주 도금 방법을 이용하여 상기 도금용 기판에 제 1 두께의 도금층을 전착하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계 후에, 제 1 두께의 도금층이 형성된 도금용 기판에 제 2 마스크 성형용 패턴을 형성하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계 후에, 제 2 마스크 성형용 패턴이 형성된 도금용 기판을 전해조에 투입하고, 전주 도금 방법을 이용하여, 상기 도금용 기판의 일부분을 제 1 두께의 도금층 위에 제 2 두께의 도금층을 전착하여 전체적으로 복수의 두께를 갖는 마스크를 제작하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 단계 또는 제 3 단계에서, 상기 제 1 마스크 성형용 패턴 또는 상기 제 2 마스크 성형용 패턴은 포토 리소그래피(Photo-lithography) 방법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 마스크가 다수의 홀이 연속하여 형성되어 투과 영역을 구성하는 패턴부와, 이 패턴부 주위에 패턴부를 지지하도록 이루어진 비패턴부로 구성될 때, 상기 박막 증착용 마스크 제조 방법에 의해, 상기 비패턴부의 두께가 상기 패턴부의 두께보다 더 두껍게 형성되도록 마스크가 제작되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 단계에 의해, 상기 패턴부와 비패턴부가 모두 제 1 두께의 도금층으로 성형되고, 상기 제 4 단계에 의해, 상기 비패턴부만 제 2 두께의 도금층이 추가로 성형되는 것이 바람직하다.
다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 박막 증착용 마스크는, 상기한 박막 증착용 마스크 제조 방법으로 제작된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.
본 발명에 따른 박막 증착용 마스크 제조 방법 및 이를 통해 제작된 박막 증착용 마스크는, 포토 리소그래피(Photo-lithography)와 전주 도금법을 반복 이용하여 마스크를 성형하기 때문에 마스크의 패턴부와 비패턴부의 두께를 상이하게 구성할 수 있고, 이에 따라 상대적으로 두께가 두꺼운 비패턴부를 통해 충분한 지지 강성을 확보하면서도, 상대적으로 두께가 얇고 포토 리소그래피(Photo-lithography)로 성형되는 패턴부를 통해 초정밀 고정도의 마스크를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 패턴부와 비패턴부를 전주 도금법에 의해 일체로 제작하기 때문에 용접 등 접합 작업이 필요 없고, 이에 따라 안정적이면서 물질 오염이 없는 고품질의 마스크를 제작할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크가 도시된 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크가 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 제조 방법이 도시된 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 제조 방법이 도시된 순서 도면들이다.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 전주 도금 시스템이 도시된 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명에서, 도금용 기판에 형성되는 제 1 마스크 성형용 패턴을 보여주는 참고 사진이다.
도 7은 본 발명에서, 전주 도금에 의해 형성된 마스크의 패턴부를 보여주는 참고 사진이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크가 도시된 평면도 및 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같은 박막 증착용 마스크(이하 '마스크'라고도 함)(10)는, 아래에서 설명할 포토 리소그래피(Photo-lithography)와 전주 도금 방법으로 제작되고, 미세 패턴 즉, 다수의 홀로 이루어진 투과 영역을 구성하는 패턴부(12)와, 이 패턴부(12) 주위에 패턴부를 지지하도록 이루어진 비패턴부(14)가 일체형 구조로 제작되어 구성된다.
여기서, 패턴부(12)는 OLED 제작시에 증착 물질이 통과하여 유리 기판에 증착 패턴이 형성되도록 하는 투과 영역 부분이다.
그리고, 비패턴부(14)는, 패턴부(12) 주변에 각 투과 영역의 구획을 위한 더미부(15)와, 양쪽에 일정 면적을 갖도록 형성되어 마스크 프레임에 용접 등의 방법으로 고정되는 세팅부(16)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 마스크(10)는 비패턴부(14)의 두께(t2)가 상기 패턴부(12)의 두께(t1)보다 상대적으로 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 비패턴부(14) 전체 즉, 더미부(15)와 세팅부(16) 모두가 패턴부(12) 보다 두께가 더 두껍게 형성될 수도 있고, 도면에 예시된 바와 같이 세팅부(16)만 패턴부(12)보다 두께가 더 두껍게 형성될 수도 있다.
참고로, 마스크(10)의 두께는 아래에서 설명할 본 발명에 따른 박막 증착용 마스크 제조 방법에 의해 패턴부(12)의 두께(t1)가 10um, 세팅부(16)의 두께(t2)가 20um 정도로 형성할 수 있다.
이와 같이 구성되는 마스크(10)는 마스크 프레임 등에 A 방향 또는 B 방향(도 1 참조)으로 연속적으로 배열된 상태로 세팅되어 이용될 수 있다.
이제, 상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크를 제조하는 방법에 대하여 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 도 3은 제조 방법의 순서도, 도 4는 제조 방법의 순서 도면들, 도 5는 전주 도금 시스템의 구성도, 도 6은 제 1 마스크 성형용 패턴의 참고 사진, 도 7은 전주 도금에 의해 형성된 마스크의 패턴부의 참고 사진이다.
도 1 및 도 2에 도시된 마스크(10)는 패턴부(12)와 비패턴부(14)의 두께가 상이하도록 포토 리소그래피와 전주 도금 방법을 이용하여 일체형 구조로 제작된다.
이러한 박막 증착용 마스크 제조 방법은, 도 3 및 도 4를 참조하면, 도금용 기판(20)에 제 1 마스크 성형용 패턴(25)을 형성하는 제 1 단계(S1)와; 제 1 단계 후에, 제 1 마스크 성형용 패턴(25)이 형성된 도금용 기판(20)을 전해조(50)에 투입하고, 전주 도금 방법을 이용하여 상기 도금용 기판(20)에 제 1 두께의 도금층(10a)을 전착하는 제 2 단계(S2)와; 제 2 단계 후에, 제 1 두께의 도금층(10a)이 형성된 도금용 기판(20)에 제 2 마스크 성형용 패턴(26)을 형성하는 제 3 단계(S3)와; 제 3 단계 후에, 제 2 마스크 성형용 패턴(26)이 형성된 도금용 기판(20)을 전해조(50)에 투입하고, 다시 전주 도금 방법을 이용하여, 도금용 기판(20)의 일부분을 제 1 두께의 도금층(10a) 위에 제 2 두께의 도금층(10b)을 전착하여 복수의 두께를 갖는 마스크(10)를 제작하는 제 4 단계(S4)를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 제조 방법의 각각의 단계에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 제 1 단계(S1)는, 도금용 기판(20)에 마스크 성형용 패턴(25)을 형성하기 위해 포토 리소그래피(Photo-lithography) 방법을 이용할 수 있다(도 4의 (a) 참조).
여기서, 도금용 기판(20)은 마스크(10)의 모형과 유사하게 형성되고, SUS 304 등의 도전성 금속판으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 포토 리소그래피를 이용한 마스크 성형용 패턴(25)의 형성은 공지의 포토 리소그래피 공법을 적용하여 실시할 수 있는데, 도 4의 (a)를 참조하면, 도금용 기판(20)의 상면에 포토레지스트 층(23)을 형성하고, 이 포토레지스트 층(23)의 상부에 포토 마스크(27)를 위치시킨 다음, 노광 공정을 진행하고, 이후 현상 공정을 차례로 진행하는 방법으로 도금용 기판(20) 위에 마스크 성형용 패턴(25)을 형성하는 것이다.
다음, 제 2 단계(S2)는, 상기 제 1 단계에서 제 1 마스크 성형용 패턴(25)이 형성된 도금용 기판(20)을 전해조(50)에 투입하고, 전주 도금 방법으로 도금용 기판(20)에 제 1 두께의 도금층(10a)을 형성하는 단계이다(도 4의 (b) 참조).
여기서, 일반적인 금속 도금 방법은, 크게 전기 도금(electroplating), 무전해 도금(electroless plating), 전주 도금(electro-forming) 등이 있는데, 본 발명에서는 전체적으로 균일한 도금이 가능하고 고정도의 미세 패턴을 형성하기 위해 전주 도금을 이용한다.
전주 도금은 전착에 의해 금속 제품의 제조 또는 복제품을 만드는 도금 방법으로서, 크기와 형상에 제한이 없이 고순도의 금속 제품을 얻을 수 있는 특징을 가지고 있다.
이러한 전주 도금은, 도 5에 도시된 바와 같이, 니켈 이온 등의 성분을 갖는 전해질이 저장된 전해조(50)에, 마스크 성형용 패턴(25)이 구성된 도금용 기판(20)과 금속재(55)를 각각 투입하고, 도금용 기판(20)과 금속재(55)에 음극과 양극을 각각 연결한 상태에서 일반적인 전기 도금 방법과 같이 통전하여 도금을 실시한다.
이때, 금속재(55)로는 Fe-Ni 합금(예를 들면, Fe 63.5%-Ni 36.5% 합금) 형태인 인바(Invar)를 이용하게 되면, 도 4의 (b)에서와 같이 철 이온과 니켈 이온이 도금용 기판(20)에 전착되면서 마스크 형성을 위한 제 1 두께의 도금층(10a)을 성형할 수 있게 된다. 이때, 제 1 두께의 도금층(10a)의 패턴은 제 1 마스크 성형용 패턴(25)에 의해 형성된다.
한편, 도 5에서 도면 부호 40은 전주 도금을 위해 통전 전류를 제공하는 전원제공장치를 나타낸다.
상기와 같이 포토 리소그래피(Photo-lithography) 공법과 전주 도금(Electroforming) 공법을 이용하여 마스크(10) 형성을 위한 제 1 두께의 도금층(10a)을 성형할 경우에, 마이크로미터 크기의 정밀도로 패턴 형성이 가능하고, 더욱 세밀한 공정을 거칠 경우에는 나노미터 크기의 정밀 가공도 가능하게 되어, 고정도 고품질의 마스크 패턴부(12; 도 1 참조)의 제작이 가능해지게 된다.
특히, 전주 도금으로 생성한 Fe-Ni 합금의 인바(Invar) 마스크(10)는 열팽창 계수가 0에 가깝고(1.6ㅧ10-7/℃), 인장강도가 압연 인바(433.50 N/mm2)에 비하여 2~3배(1,039.50 N/mm2)가 강하고, 자성도 가지고 있을 뿐만 아니라, 포토 리소그래피와 결합하여 제작함으로써 초정밀 고정도의 품질을 확보할 수 있게 된다.
참고로, 도 6은 포토 리소그래피 방법에 의해 만들어진 마이크로미터 단위의 제 1 마스크 성형용 패턴(25)을 보여주는 사진이고, 도 7은 도 6의 제 1 마스크 성형용 패턴(25)을 이용하여 전주 도금에 의해 제작된 마스크의 패턴부(12)를 보여주는 사진이다.
다음, 제 3 단계(S3)는, 전 단계에서 제 1 두께의 도금층(10a)이 형성된 도금용 기판(20)에 제 2 마스크 성형용 패턴(26)을 형성한다(도 4의 (c) 참조).
이때에도 도금용 기판(20)에 포토 리소그래피를 이용하여 제 2 마스크 성형용 패턴(26)을 형성할 수 있는데, 도 4의 (c)를 참조하면, 제 1 두께의 도금층(10a)이 형성된 도금용 기판(20)의 상면에 포토레지스트 층(23)을 형성하고, 이 포토레지스트 층(23)의 상부에 포토 마스크(28)를 위치시킨 다음, 노광 공정을 진행하고, 이후 현상 공정을 차례로 진행하는 방법으로 제 1 두께의 도금층(10a) 위에 제 2 마스크 성형용 패턴(26)을 형성한다.
이때, 제 2 마스크 성형용 패턴(26)은 마스크의 비패턴부(14) 쪽 두께를 더 두껍게 형성하기 위한 것으로 패턴부(12) 상부에 주로 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 제 4 단계(S4)는, 다시 전주 도금 방법을 이용하여 제 1 두께의 도금층(10a) 위의 비패턴부(14) 쪽에 제 2 두께의 도금층(10b)을 전착하여 마스크(10)를 제작하는 단계이다(도 4의 (d) 참조).
즉, 제 1 두께의 도금층(10a) 위에 제 2 마스크 성형용 패턴(26)이 형성된 도금용 기판(20)을 도 5에 도시된 바와 같은 전해조(50)에 투입하고, 전주 도금 방법을 이용하여, 제 1 두께의 도금층(10a) 위에서, 마스크의 비패턴부(14) 쪽에 제 2 두께의 도금층(10b)을 추가로 더 전착하여 비패턴부(14) 쪽의 두께가 패턴부(12) 쪽의 두께보다 더 두꺼운 마스크를 제작하는 것이다.
이와 같이 하여, 마스크 성형이 완료된 후에는 도금용 기판(20)에서 성형된 마스크(10)를 분리하고, 마스크 성형용 패턴(25)(26)들도 제거하는 등 후처리 공정을 거쳐, 본 발명에 따른 마스크(10)를 완성한다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 포토 리소그래피와 전주 도금 방법을 반복하여, 비패턴부(14)의 두께(t2)가 패턴부(12)의 두께(t1)보다 상대적으로 더 두껍게 형성되어, 충분한 강성을 확보하면서도 고품질의 마스크 성형이 가능해진다.
즉, 마스크의 패턴부(12)가 상기 제 1 단계 및 제 2 단계의 공정을 통해 제 1 두께로 정밀한 패턴을 갖도록 형성하고, 마스크의 비패턴부(14)가 제 1 단계에서 제 4 단계의 공정을 통해 제 1 두께+제 2 두께로 충분한 지지 강성을 갖도록 형성되므로, 고정도 및 고강도의 마스크 성형이 가능해지게 되는 것이다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 마스크 10a : 제 1 두께의 도금층
10b : 제 2 두께의 도금층 12 : 패턴부
14 : 비패턴부 15 : 더미부
16 : 세팅부 20 : 도금용 기판
25 : 제 1 마스크 성형용 패턴 26 : 제 2 마스크 성형용 패턴
27, 28 : 포토 마스크 40 : 전원제공장치
50 : 전해조

Claims (5)

  1. 도금용 기판에 제 1 마스크 성형용 패턴을 형성하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계 후에, 제 1 마스크 성형용 패턴이 형성된 도금용 기판을 전해조에 투입하고, 전주 도금 방법을 이용하여 상기 도금용 기판에 제 1 두께의 도금층을 전착하는 제 2 단계와;
    상기 제 2 단계 후에, 제 1 두께의 도금층이 형성된 도금용 기판에 제 2 마스크 성형용 패턴을 형성하는 제 3 단계와;
    상기 제 3 단계 후에, 제 2 마스크 성형용 패턴이 형성된 도금용 기판을 전해조에 투입하고, 전주 도금 방법을 이용하여, 상기 도금용 기판의 일부분을 제 1 두께의 도금층 위에 제 2 두께의 도금층을 전착하여 전체적으로 복수의 두께를 갖는 마스크를 제작하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 단계 또는 제 3 단계에서, 상기 제 1 마스크 성형용 패턴 또는 상기 제 2 마스크 성형용 패턴은 포토 리소그래피(Photo-lithography) 방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스크가 다수의 홀이 연속하여 형성되어 투과 영역을 구성하는 패턴부와, 이 패턴부 주위에 패턴부를 지지하도록 이루어진 비패턴부로 구성될 때,
    상기 박막 증착용 마스크 제조 방법에 의해, 상기 비패턴부의 두께가 상기 패턴부의 두께보다 더 두껍게 형성되도록 마스크가 제작되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 2 단계에 의해, 상기 패턴부와 비패턴부가 모두 제 1 두께의 도금층으로 성형되고,
    상기 제 4 단계에 의해, 상기 비패턴부만 제 2 두께의 도금층이 추가로 성형되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 제조 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 박막 증착용 마스크 제조 방법으로 제작된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크.
KR1020170123922A 2017-09-26 2017-09-26 박막 증착용 마스크 제조 방법 및 이를 통해 제작된 박막 증착용 마스크 KR20190035092A (ko)

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KR20120085042A (ko) 2011-01-21 2012-07-31 (주)에스이피 박막증착용 쉐도우마스크 제조 방법
KR20160069075A (ko) 2014-12-05 2016-06-16 삼성디스플레이 주식회사 증착용 마스크 프레임 조립체 및 그 제조 방법

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