KR20190085276A - 프레임 일체형 마스크 제조 시스템 - Google Patents

프레임 일체형 마스크 제조 시스템 Download PDF

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KR20190085276A KR1020180003203A KR20180003203A KR20190085276A KR 20190085276 A KR20190085276 A KR 20190085276A KR 1020180003203 A KR1020180003203 A KR 1020180003203A KR 20180003203 A KR20180003203 A KR 20180003203A KR 20190085276 A KR20190085276 A KR 20190085276A
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Abstract

본 발명은 프레임 일체형 마스크의 제조 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프레임 일체형 마스크의 제조 시스템(10)은, 복수의 마스크(100)를 프레임(200: 210, 220)에 일체로 형성하는 프레임 일체형 마스크 제조 시스템(10)으로서, 프레임(200)이 안착지지되는 스테이지부(20), 마스크(100)의 적어도 두 측을 클램핑(clamping)하고 인장하는 적어도 한 쌍의 클램퍼(300)가 배치되는 클램프부(30), 클램프부(30)를x축, y축, z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 클램프 이동부(40), 마스크(150)에 레이저(L, CL)를 조사하고, 마스크(150)의 얼라인을 센싱하는 헤드부(50), 및 헤드부(50)를 x축, y축, z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 헤드 이동부(60)를 포함하고, 마스크(150)를 클램핑한 클램퍼(300)가 프레임(200)의 상부 영역 내로 진입하고, 클램퍼(300)는, 클램핑한 마스크(150) 측의 수직 높이와, 프레임(200)에 접착되는 마스크(100)의 수직 높이가 상이(H)하도록, 마스크(150)에 하중을 가하는 것을 특징으로 한다.

Description

프레임 일체형 마스크 제조 시스템 {PRODUCING SYSTEM OF MASK INTEGRATED FRAME}
본 발명은 프레임 일체형 마스크 제조 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 프레임과 마스크가 일체를 이루며, 각 마스크 간의 얼라인(align)을 명확하게 할 수 있는 프레임 일체형 마스크 제조 시스템에 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.
기존의 OLED 제조 공정에서는 마스크를 스틱 형태, 플레이트 형태 등으로 제조한 후, 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용한다. 마스크 하나에는 디스플레이 하나에 대응하는 셀이 여러개 구비될 수 있다. 또한, 대면적 OLED 제조를 위해서 여러 개의 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 고정시킬 수 있는데, 프레임에 고정하는 과정에서 각 마스크가 평평하게 되도록 인장을 하게 된다. 마스크의 전체 부분이 평평하게 되도록 인장력을 조절하는 것은 매우 어려운 작업이다. 특히, 각 셀들을 모두 평평하게 하면서, 크기가 수 내지 수십 ㎛에 불과하는 마스크 패턴을 정렬하기 위해서는, 마스크의 각 측에 가하는 인장력을 미세하게 조절하면서, 정렬 상태를 실시간으로 확인하는 고도의 작업이 요구된다.
그럼에도 불구하고, 여러 개의 마스크를 하나의 프레임에 고정시키는 과정에서 마스크 상호간에, 그리고 마스크 셀들의 상호간에 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 마스크를 프레임에 용접 고정하는 과정에서 마스크 막의 두께가 너무 얇고 대면적이기 때문에 하중에 의해 마스크가 쳐지거나 뒤틀어지는 문제점이 있었다.
초고화질의 OLED의 경우, 현재 QHD 화질은 500~600 PPI(pixel per inch)로 화소의 크기가 약 30~50㎛에 이르며, 4K UHD, 8K UHD 고화질은 이보다 높은 ~860 PPI, ~1600 PPI 등의 해상도를 가지게 된다. 이렇듯 초고화질의 OLED의 화소 크기를 고려하여 각 셀들간의 정렬 오차를 수 ㎛ 정도로 감축시켜야 하며, 이를 벗어나는 오차는 제품의 실패로 이어지게 되므로 수율이 매우 낮아지게 될 수 있다. 그러므로, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고, 정렬을 명확하게 할 수 있는 기술, 마스크를 프레임에 고정하는 기술 등의 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이루는 프레임 일체형 마스크를 제조할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 프레임 일체형 마스크를 제조할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킨 프레임 일체형 마스크 제조 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 상기의 목적은, 복수의 마스크를 프레임에 일체로 형성하는 프레임 일체형 마스크 제조 시스템으로서, 프레임이 안착지지되는 스테이지부; 마스크의 적어도 두 측을 클램핑(clamping)하고 인장하는 적어도 한 쌍의 클램퍼가 배치되는 클램프부; 클램프부를x축, y축, z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 클램프 이동부; 마스크에 레이저를 조사하고, 마스크의 얼라인을 센싱하는 헤드부; 및 헤드부를 x축, y축, z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 헤드 이동부를 포함하고, 마스크를 클램핑한 클램퍼가 프레임의 상부 영역 내로 진입하고, 클램퍼는, 클램핑한 마스크 측의 수직 높이와, 프레임에 접착되는 마스크의 수직 높이가 상이하도록, 마스크에 하중을 가하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템에 의해 달성된다.
스테이지부는, 프레임의 위치를 정렬하는 프레임 정렬 유닛을 포함할 수 있다.
스테이지부는, 수직 상부 방향으로 빛을 방출하는 백라이트 유닛을 포함할 수 있다.
헤드부는, 마스크에 레이저를 조사하여 프레임과 용접하거나, 마스크에 레이저를 조사하여 레이저 트리밍(trimming)하는 레이저 유닛을 포함할 수 있다.
헤드부는, 마스크가 프레임에 부착되는 과정에서 마스크와 마스크 패턴의 정렬 상태를 촬영하는 카메라 유닛을 포함할 수 있다.
클램프부에는 적어도 하나의 마스크의 면적보다 넓은 관통구가 형성되고, 클램퍼가 마스크에 하중을 가하면, 마스크의 적어도 일부가 관통구를 통과하여 프레임에 접촉할 수 있다.
클램퍼는, 마스크를 클램핑하는 그립부; 그립부가 스윙하여 수평 방향으로부터 소정의 각도를 가지도록 제어하는 각도 조절부를 포함할 수 있다.
그립부는 상부 그립부와 하부 그립부를 포함하고, 상부 그립부와 하부 그립부 사이에 마스크가 클램핑되며, 상부 그립부가 하부 그립부보다 길게 형성될 수 있다.
그립부와 각도 조절부 사이에 스윙 축이 형성될 수 있다.
각도 조절부와 그립부의 상부면을 연결하는 스윙 연결부를 더 포함하고, 각도 조절부와 그립부와의 거리가 조절됨에 따라, 스윙 연결부는 그립부가 스윙 축을 기준으로 스윙하는 힘을 전달할 수 있다.
그립부가 스윙 축을 기준으로 하부 방향으로 스윙하면, 상부 그립부의 단부가 클램핑한 마스크 측보다 내측에 하중을 가할 수 있다.
상부 그립부가 클램핑한 마스크 측보다 내측에 하중을 가하여 프레임 상에 접촉시킬 수 있다.
헤드부에서 레이저를 조사하여 프레임과 접촉한 마스크의 부분을 용접하여 프레임에 접착할 수 있다.
헤드부에서 레이저를 조사하여 용접된 부분의 적어도 바깥 부분을 레이저 트리밍 할 수 있다.
클램프부와 클램퍼 사이에 레일이 개재되어 클램퍼가 클램프부의 길이 방향으로 왕복가능 할 수 있다.
프레임은, 테두리 프레임부; 및 제1 방향, 제2 방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 연장 형성되고, 양단이 테두리 프레임부에 연결되는 적어도 하나의 그리드 프레임부를 포함할 수 있다.
프레임은, 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비할 수 있다.
마스크 셀 영역은 테두리 프레임부 및 그리드 프레임부가 점유하는 영역을 제외한, 중공 형태의 영역일 수 있다.
각각의 마스크 셀 영역에 각각의 마스크가 연결될 수 있다.
클램프 이동부는 클램프부를 xy평면 상에서 회전하는 각도인 θ축 방향으로 더 이동할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이루는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 마스크를 프레임에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 마스크를 인장하는 과정에서 셀들간의 정렬 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타내는 정면도 및 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 프레임의 셀 영역에 대응하여 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크의 제조 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 8 및 도 9는 은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크의 제조 시스템에서 마스크를 프레임에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 10 및 도 11은 도 8 및 도 9의 공정 이후 순차적으로 마스크를 프레임에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램퍼를 나타내는 사시도 및 측면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램퍼가 마스크를 클램핑하고 마스크에 하중을 가하는 상태를 나타내는 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 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 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 2는 종래의 마스크(1)를 프레임(2)에 접착하는 과정을 나타내는 개략도, 도 3은 종래의 마스크(1)를 인장하는 과정에서 셀(C1~C3)들간의 정렬 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도이다. 도 2의 (b) 내지 (d)는 도 2의 (a)의 A-A' 방향에서의 측단면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 종래의 마스크(1)는 스틱형(Stick-Type) 또는 판형(Plate-Type)으로 제조될 수 있다. 도 1 에 도시된 마스크(1)는 스틱형 마스크로서, 스틱의 양측을 OLED 화소 증착 프레임(2)에 용접 고정시켜 사용할 수 있다.
마스크(1)의 바디(Body)[또는, 마스크 막(1a)]에는 복수의 디스플레이 셀(C)이 구비된다. 하나의 셀(C)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응한다. 셀(C)에는 디스플레이의 각 화소에 대응하도록 화소 패턴(P)이 형성된다. 셀(C)을 확대하면 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(P)이 나타난다. 일 예로, 셀(C)에는 70 X 140의 해상도를 가지도록 화소 패턴(P)이 형성된다. 즉, 수많은 화소 패턴(P)들은 군집을 이루어 셀(C) 하나를 구성하며, 복수의 셀(C)들이 마스크(1)에 형성될 수 있다. 이하에서는, 5개의 셀(C: C1~C5)을 구비하는 스틱 마스크(1)를 예로 들어 설명한다.
도 1의 (a), 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 참조하면, 먼저, 마스크(1)를 평평하게 펴야한다. 프레임(2)을 사이에 두고 상호 대향하는 한 쌍의 클램퍼(3)는 마스크(1)의 양측을 클램핑(clamping)하고, 마스크(1)의 장축 방향으로 인장력(F1~F2)을 가하여 당김에 따라 마스크(1)가 펴지게 된다. 그리고, 프레임(2)의 외측을 점유하는 y축 이동 레일(4)을 따라 클램퍼(3)가 프레임(2)에 대응하는 위치로 이동하게 된다.
다음으로, 도 2의 (c)를 참조하면, 한 쌍의 클램퍼(3)가 z축 이동 레일(5)을 따라 하강하여 마스크(1)를 인장한 상태로 사각틀 형태의 프레임(2) 상에 마스크(1)를 로딩한다. 마스크(1)의 셀(C1~C5)들은 프레임(2)의 틀 내부 빈 영역 부분에 위치하게 된다. 프레임(2)은 하나의 마스크(1)의 셀(C1~C5)들이 틀 내부 빈 영역에 위치할 정도의 크기일 수 있고, 복수의 마스크(1)의 셀(C1~C5)들이 틀 내부 빈 영역에 위치할 정도의 크기일 수도 있다.
다음으로, 도 1의 (b) 및 도 2의 (d)를 참조하면, 마스크(1)의 각 측에 가하는 인장력(F1~F2)을 미세하게 조절하면서 정렬을 시킨 후, 마스크(1) 측면의 일부를 레이저(L) 등으로 용접(W)함에 따라 마스크(1)와 프레임(2)을 상호 연결한다. 그리고, 클램퍼(3)는 마스크(1)의 클램핑을 해제한다. 도 1의 (c)는 상호 연결된 마스크(1)와 프레임(2)의 측단면을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 마스크(1)의 각 측에 가하는 인장력(F1~F2)을 미세하게 조절함에도 불구하고, 마스크 셀(C1~C3)들의 상호간에 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 나타난다. 가령, 셀(C1~C3)들의 패턴(P)간에 거리(D1~D1", D2~D2")가 상호 다르게 되거나, 패턴(P)들이 비뚤어지는 것이 그 예이다. 마스크(1)는 복수(일 예로, 5개)의 셀(C1~C5)을 포함하는 대면적이고, 수십 ㎛ 수준의 매우 얇은 두께를 가지기 때문에, 하중에 의해 쉽게 쳐지거나 뒤틀어지게 된다. 또한, 각 셀들을 모두 평평하게 하도록 인장력(F1~F2)을 조절하면서, 정렬 상태를 현미경을 통해 실시간으로 확인하는 것은 매우 어려운 작업이다.
따라서, 인장력(F1~F2)의 미세한 오차는 마스크(1) 각 셀(C1~C3)들이 늘어나거나, 펴지는 정도에 오차를 발생시킬 수 있고, 그에 따라 마스크 패턴(P)간에 거리(D1~D1", D2~D2")가 상이해지게 되는 문제점을 발생시킨다. 물론, 완벽하게 오차가 0이 되도록 정렬하는 것은 어려운 것이지만, 크기가 수 내지 수십 ㎛인 마스크 패턴(P)이 초고화질 OLED의 화소 공정에 악영향을 미치지 않도록 하기 위해서는, 정렬 오차가 3㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 이렇게 인접하는 셀 사이의 정렬 오차를 PPA(pixel position accuracy)라 지칭한다.
이에 더하여, 대략 6~20개 정도의 복수의 마스크(1)들을 프레임(2) 하나에 각각 연결하면서, 복수의 마스크(1)들간에, 그리고 마스크(1)의 복수의 셀(C~C5)들간에 정렬 상태를 명확히 하는 것도 매우 어려운 작업이고, 정렬에 따른 공정 시간이 증가할 수밖에 없게 되어 생산성을 감축시키는 중대한 이유가 된다.
이에, 본 발명은 마스크(100)가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 프레임(200)에 정렬을 명확히 하며, 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킬 수 있는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법과 이를 구현하는 프레임 일체형 제조 시스템을 제안한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임(200)을 나타내는 정면도[도 5의 (a)] 및 측단면도[도 5의 (b)]이다. 도 5 (b)는 도 5의 (a)의 B-B' 방향에서의 측단면도를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 프레임 일체형 마스크는, 복수의 마스크(100) 및 하나의 프레임(200)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 복수의 마스크(100)들을 각각 하나씩 프레임(200)에 접착한 형태이다. 도 4에서 마스크(100)는 3 X 5 개가 프레임(200)에 접착된 형태를 상정하여 설명하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 마스크(100), 프레임(200)의 크기에 따라 달라질 수 있다.
각각의 마스크(100)에는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성되며, 하나의 마스크(100)에는 하나의 셀(C)이 형성될 수 있다. 얇은 두께로 형성할 수 있도록, 마스크(100)는 전주도금(electroforming)으로 형성될 수 있다. 마스크(100)는 열팽창계수가 약 1.0 X 10-6/℃인 인바(invar), 약 1.0 X 10-7/℃ 인 슈퍼 인바(super invar) 재질일 수 있다. 이 재질의 마스크(100)는 열팽창계수가 매우 낮기 때문에 열에너지에 의해 마스크의 패턴 형상이 변형될 우려가 적어 고해상도 OLED 제조에서 있어서 FMM(Fine Metal Mask), 새도우 마스크(Shadow Mask)로 사용될 수 있다. 이 외에, 최근에 온도 변화값이 크지 않은 범위에서 화소 증착 공정을 수행하는 기술들이 개발되는 것을 고려하면, 마스크(100)는 이보다 열팽창계수가 약간 큰 니켈(Ni), 니켈-코발트(Ni-Co) 등의 재질일 수도 있다.
프레임(200)은 대략 사각 형상, 사각틀 형상의 테두리 프레임부(210)를 포함할 수 있다. 프레임(200)은 인바, 슈퍼인바, 알루미늄, 티타늄 등의 금속 재질로 구성될 수 있으며, 열변형을 고려하여 마스크와 동일한 열팽창계수를 가지는 인바, 슈퍼 인바, 니켈, 니켈-코발트 등의 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 프레임(200)은 제1 방향(x 방향), 제2 방향(y 방향) 중 적어도 어느 하나의 방향으로 연장 형성되는 적어도 하나의 그리드 프레임부(220)를 포함할 수 있다. 그리드 프레임부(220)는 직선 형태로 형성되어 양단이 테두리 프레임부(210)에 연결될 수 있다. 프레임(200)이 복수의 그리드 프레임부(220)를 포함하는 경우, 각각의 그리드 프레임부(220)는 동등한 간격을 이루는 것이 바람직하다.
그리드 프레임부(220)의 길이 방향에 수직하는 단면의 형상은 삼각형, 평행사변형과 같은 사각형 형상일 수 있으며[도 5의 (b) 참조], 변, 모서리 부분이 일부 라운딩 될 수도 있다.
테두리 프레임부(210)의 두께는 그리드 프레임부(220)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 테두리 프레임부(210)는 프레임(200)의 전체 강성을 담당하기 때문에 수mm 내지 수cm의 두께로 형성될 수 있다. 그리드 프레임부(220의 경우는, 두께가 너무 두꺼워지면 OLED 화소 증착 공정에서 유기물 소스가 마스크(100)를 통과하는 경로를 막는 문제를 발생시킬 수 있다. 반대로, 두께가 너무 얇아지면 마스크(100)를 지지할 정도의 강성 확보가 어려울 수 있다. 이에 따라, 그리드 프레임부(220)의 폭, 두께는 약 1~5mm 정도로 형성될 수 있다.
테두리 프레임부(210), 그리드 프레임부(220)의 결합에 의해, 프레임부(200)는 복수의 마스크 셀(C) 영역을 구비할 수 있다. 마스크 셀(C) 영역이라 함은, 프레임부(200)에서 테두리 프레임부(210), 그리드 프레임부(220)가 점유하는 영역을 제외한, 중공 형태의 빈 영역을 의미할 수 있다. 이 마스크 셀(C) 영역에 마스크(100)의 셀(C)이 대응됨에 따라, 실질적으로 마스크 패턴(P)을 통해 OLED의 화소가 증착되는 통로로 이용될 수 있게 된다. 전술하였듯이 하나의 마스크 셀(C)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응한다. 하나의 마스크(100)에는 하나의 셀(C)을 구성하는 마스크 패턴(P)들이 형성될 수 있다. 또는, 하나의 마스크(100)가 복수의 셀(C)을 구비할 수도 있으나, 마스크(100)의 명확한 정렬을 위해서는 대면적 마스크(100)를 지양할 필요가 있고, 하나의 셀(C)을 구비하는 소면적 마스크(100)가 바람직하다.
프레임(200)은 복수의 마스크 셀(C) 영역을 구비하고, 각각의 마스크(100)는 각각 하나의 마스크 셀(C)에 대응되도록 접착될 수 있다. 각각의 마스크(100)는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크 패턴부[셀(C)에 대응] 및 마스크 패턴부 주변의 더미부[셀(C)을 제외한 마스크 막 부분에 대응]를 포함할 수 있다. 마스크 패턴부는 프레임(200)의 마스크 셀(C) 영역에 대응하고, 더미부의 일부 또는 전부가 프레임(200)에 접착될 수 있다. 이에 따라, 마스크(100)와 프레임(200)이 일체형 구조를 이룰 수 있게 된다.
이하에서는, 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정에 대해 설명한다.
먼저, 도 4 및 도 5에서 상술한 프레임(200)을 제공할 수 있다. 프레임(200)은 테두리 프레임부(210)에 그리드 프레임부(220)를 제1 방향(x 방향), 제2 방향(y 방향)으로 연결하여 제조할 수 있다. 본 명세서에서는 제1 방향으로 형성되는 4개의 그리드 프레임부(220)와, 제2 방향으로 형성되는 2개의 그리드 프레임부(220)를 테두리 프레임부(210)에 연결하여, 3 X 5의 마스크 셀(C) 영역을 형성한 것을 예로 들어 설명한다.
다음으로, 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크(100)를 제공할 수 있다. 전주도금 공정에서 음극체(Cathode Body)로 사용되는 모판(mother plate) 상에 마스크(100)를 형성할 수 있다. 전주도금 방식으로 인바, 슈퍼 인바 재질의 마스크(100)를 제조할 수 있고, 마스크(100)에는 하나의 셀(C)이 형성될 수 있음은 상술한 바 있다. 모판 상에서 마스크 패턴(P)의 폭은 40㎛보다 작게 형성될 수 있고, 마스크(100)의 두께는 약 2~50㎛로 형성될 수 있다. 마스크 패턴(P)은 테이퍼 또는 역테이퍼 형상을 가질 수 있다.
한편, 마스크(100)가 복수의 셀(C)을 구비하고, 프레임(200)의 복수의 셀(C)에 영역에 대응하여도 정렬 오차가 최소화되는 범위 내에서라면, 마스크(100)는 프레임(200)의 복수의 마스크 셀(C) 영역에 대응할 수도 있다. 이 경우에도, 정렬에 따른 공정 시간과 생산성을 고려하여, 마스크(100)는 가급적 적은 수의 셀(C)을 구비하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 프레임(200)의 셀(C) 영역에 대응하여 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 6에서는 설명의 편의상 2개의 마스크(100)를 각각 마스크 셀(C11)과 마스크 셀(C12)에 접착한 형태를 도시하였으나, 동일한 접착 방법으로 마스크(100)를 모든 마스크 셀(C11~C13, C21~C23, ...)에 부착하는 것이 바람직하다. 구체적인 접착 방법은 프레임 일체형 마스크 제조 시스템(10)을 참조하여 도 7 이하에서 후술한다. 한편, 편의상 마스크(100)로 도시하였으나, 실제로는 스틱 형태의 마스크(150)[도 8 참조]를 사용하고, 스틱 형태의 마스크(150)를 프레임(200)에 접착한 후, 더미부 일부를 제거하고 프레임(200) 상에 남아서 접착된 부분이 마스크(100)인 것으로 이해되어야 한다.
도 6을 참조하면, 스틱 형태의 마스크(150)[도 8 참조]의 일축 방향을 따라 양 측(두 측)을 인장(F1~F2)하여 평평하게 편 상태로 마스크 셀(C) 영역에 대응할 수 있다. 스틱 마스크(150)의 인장은 후술할 클램퍼(300)를 통해 수행할 수 있다.
예를 들어, 마스크(100)의 각 측에 가하는 인장력은 4N을 초과하지 않을 수 있다. 마스크(100)의 크기에 따라 가하는 인장력은 동일하거나, 달라질 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 마스크(100)는 1개의 마스크 셀(C)을 포함하는 크기이므로, 복수개의 셀(C1~C5)을 포함하는 종래의 스틱형 마스크(1)보다 필요로 하는 인장력이 동일하거나, 적어도 줄어들 가능성이 있다. 9.8N이 1kg의 중력 힘을 의미함을 고려하면, 1N은 400g의 중력 힘보다도 작은 힘이기 때문에, 마스크(100)가 인장된 후에 프레임(200)에 부착되어도 마스크(100)가 프레임(200)에 가하는 장력(tension), 또는, 반대로 프레임(200)이 마스크(100)에 가하는 장력은 매우 적게 된다. 그리하여, 장력에 의한 마스크(100) 및/또는 프레임(200)의 변형이 최소화되어 마스크(100)[또는, 마스크 패턴(P)]의 정렬 오차가 최소화 될 수 있다.
그리고, 종래의 도 1의 마스크(1)는 셀 5개(C1~C5)를 포함하므로 긴 길이를 가지는데 반해, 본 발명의 마스크(100)는 셀 1개(C)를 포함하여 짧은 길이를 가지므로 PPA(pixel position accuracy)가 틀어지는 정도가 작아질 수 있다. 예를 들어, 복수의 셀(C1~C5, ...)들을 포함하는 마스크(1)의 길이가 1m이고, 1m 전체에서 10㎛의 PPA 오차가 발생한다고 가정하면, 본 발명의 마스크(100)는 상대적인 길이의 감축[셀(C) 개수 감축에 대응]에 따라 위 오차 범위를 1/n 할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 마스크(100)의 길이가 100mm라면, 종래 마스크(1)의 1m에서 1/10로 감축된 길이를 가지므로, 100mm 길이의 전체에서 1㎛의 PPA 오차가 발생하게 되며, 정렬 오차가 현저히 감소하게 되는 효과가 있다.
한편, 마스크(100)가 복수의 셀(C)을 구비하고, 프레임(200)의 복수의 셀(C)에 영역에 대응하여도 정렬 오차가 최소화되는 범위 내에서라면, 마스크(100)는 프레임(200)의 복수의 마스크 셀(C) 영역에 대응할 수도 있다. 이 경우에도, 정렬에 따른 공정 시간과 생산성을 고려하여, 마스크(100)는 가급적 적은 수의 셀(C)을 구비하는 것이 바람직하다.
마스크(100)가 평평한 상태로 마스크 셀(C) 영역에 대응하도록 인장력을 조절하면서, 헤드부(50)의 카메라 유닛을 통해 실시간으로 정렬 상태를 확인할 수 있다. 본 발명의 경우는, 마스크(100)의 하나의 셀(C)을 대응시키고 정렬 상태를 확인하기만 하면 되므로, 복수의 셀(C: C1~C5)을 동시에 대응시키고 정렬 상태를 모두 확인하여야 하는 종래의 방법[도 1 참조]보다, 제조시간을 현저하게 감축시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 프레임 일체형 마스크 제조 방법은, N개의 마스크(100)를 각각 하나의 셀(C)에 대응시키고 각각 정렬 상태를 확인하는 N번의 과정을 통해, N개의 셀(C1~C5)을 동시에 대응시키고 N개 셀(C1~C5)의 정렬 상태를 동시에 모두 확인하는 종래의 방법보다 훨씬 시간이 단축될 수 있다.
또한, 본 발명의 프레임 일체형 마스크 제조 방법은, 예를 들어, 25개의 셀(C) 영역에 25개의 마스크(100)를 각각 대응시키고 정렬하는 25번의 과정에서의 제품 수득률이, 5개의 셀(C1~C5)을 각각 포함하는 5개의 마스크(1)[도 1의 (a) 참조]를 25개의 셀(C) 영역에 각각 대응시키고 정렬하는 5번의 과정에서의 종래의 제품 수득률보다 훨씬 높게 나타날 수 있다. 한번에 5개씩의 셀(C) 영역에 5개의 셀(C1~C5)을 정렬하는 종래의 방법이 훨씬 번거롭고 어려운 작업이므로 제품 수율이 낮게 나타나는 것이다.
다음으로, 마스크(100)를 셀(C)에 대응을 마친 후, 마스크(100)의 테두리의 일부 또는 전부를 프레임(200)에 부착할 수 있다. 부착은 용접(W)으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 레이저 용접(W)으로 수행될 수 있다. 용접(W)된 부분은 마스크(100)/프레임(200)과 동일한 재질을 가지고 일체로 연결될 수 있다.
레이저를 마스크(100)의 테두리 부분[또는, 더미부]의 상부에 조사하면, 마스크(100)의 일부가 용융되어 프레임(200)과 용접(W)될 수 있다. 용접(W)은 프레임(200)의 모서리쪽에 최대한 가깝게 수행하여야 마스크(100)와 프레임(200) 사이의 들뜬 공간을 최대한 줄이고 밀착성을 높일 수 있게 된다. 용접(W) 부분은 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 생성될 수 있으며, 마스크(100)와 동일한 재질을 가지고 마스크(100)와 프레임(200)을 일체로 연결하는 매개체가 될 수 있다.
마스크(100)가 프레임(200)과 부착될 때, 마스크(100)는 프레임(200)[또는, 테두리 프레임부(210), 그리드 프레임부(220)] 방향, 또는 외측 방향으로 인장력을 받는 상태로 부착될 수 있다. 그리하여 팽팽하게 프레임(200) 측으로 당겨진 마스크(100)를 프레임(200)에 임시 부착하게 된다. 이 상태에서, 레이저 용접(W)을 수행하면, 마스크(100)는 외측으로 인장력을 받는 상태로 프레임(200) 상부에 용접(W) 될 수 있게 된다. 따라서, 마스크(100)가 하중에 의해 쳐지거나 뒤틀림이 없이 팽팽하게 프레임(200) 측으로 당겨진 상태를 유지할 수 있게 된다.
하나의 마스크(100)를 프레임(200)에 부착하는 공정을 완료하면, 나머지 마스크(100)들을 나머지 마스크 셀(C)에 순차적으로 대응시키고, 프레임(200)에 부착하는 과정을 반복할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크의 제조 시스템(10)을 나타내는 개략도이다. 도 7의 (a)는 평면도, (b)는 우측면도, (c) 정면도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 프레임 일체형 마스크의 제조 시스템(10)은 테이블(15), 스테이지부(20), 클램프부(30), 클램프 이동부(40), 헤드부(50), 헤드 이동부(60), 제진대(70) 등을 포함한다.
먼저, 일명 갠트리(gantry)라고 하는 테이블(15)은 지면에 대하여 견고하게 설치되어 외부의 진동이나 충격을 방지할 수 있는 구조물 상에 설치된다. 테이블(15)의 상부면은 보다 신뢰성 있는 공정을 진행하기 위해 정확하게 수평면이 되도록 한다.
테이블(15) 상에는 프레임(200)이 안착지지되는 스테이지부(20)가 설치된다. 스테이지부(20)는 프레임 로딩부(21), 프레임 지지체(23), 백라이트 유닛(25), 프레임 정렬 유닛(27)을 포함한다.
프레임 로딩부(21)는 프레임(200)이 안착지지 될 수 있도록, 프레임(200)과 유사한 사각 테두리 형태를 가지고, 제진대(70) 상에 배치될 수 있다.
프레임 지지체(23)는 마스크(100)가 프레임(200)에 접착되는 공정 중에 테두리 프레임부(210) 및 그리드 프레임부(220)가 장력에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다. 프레임 지지체(23)는 프레임(200)의 하부에서 프레임(200)에 밀착되도록 배치될 수 있다. 프레임 지지체(23) 상면에는 테두리 프레임부(210) 및 그리드 프레임부(220)가 꼭 맞게 끼워지도록 홈들이 형성될 수 있고, 홈들에 프레임(200)이 끼워져 안착될 수 있다. 그리하여, 마스크(100)가 프레임(200)에 접착되어 장력을 가하는 상태에서도 프레임(200)의 변형을 방지한다. 프레임 로딩부(21)와 프레임 지지체(23)는 일체로 구성될 수도 있다.
이 후, 이웃하는 셀(C)에 마스크(100)가 또 접착되면, 상호 이웃하는 마스크(100)들이 사이에 배치되는 프레임(200)에 상호 반대되는 힘을 작용하게 되므로, 결국, 프레임(200)에 가해지는 장력은 상쇄될 수 있다. 이렇게 장력이 상쇄되기 전, 즉, 하나의 마스크(100)만이 접착되었을 때, 프레임 지지체(23)가 프레임(200)을 안착 수용함에 따라 마스크(100) 접착 공정 중에 프레임(200)의 변형을 방지할 수 있는 것이다.
백라이트 유닛(25)은 수직 상부(z축) 방향으로 빛을 방출함에 따라 헤드부(50)의 카메라 유닛이 마스크 패턴(P)의 정렬 형태를 확인하는데 도움을 줄 수 있다.
프레임 정렬 유닛(27)은 프레임(200)의 각 측면, 각 모서리에 배치되어, 프레임(200)를 스테이지부(20)의 중앙 위치에 맞춰지게 정렬할 수 있다.
클램프부(30)는 대략 판형으로 형성되고 수평 폭은 프레임(200)의 수평 폭보다 크게 형성될수 있다. 클램프부(30)의 상부에는 적어도 한 쌍의 클램퍼(300)가 상호 대향하도록 배치될 수 있다.
클램프부(30)에는 관통구(35)가 형성될 수 있다. 관통구(35)가 형성되는 면적은 적어도 하나의 스틱 마스크(150)[또는, 마스크(100)] 면적보다 넓을 수 있다. 관통구(35)의 양측에 한 쌍의 클램퍼(300)가 상호 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다. 관통구(35)는 클램프부(30)의 수직 상부 영역에서 수직 하부 영역으로 스틱 마스크(150)를 통과시켜, 스틱 마스크(150)를 프레임(200)과 맞닿게 할 수 있는 매개 공간으로 사용될 수 있다. 또한, 헤드부(50)의 레이저 유닛으로부터 프레임(200)을 향해 수직 하부 방향으로 조사되는 레이저(L, CL)가 통과하는 공간으로 사용될 수 있다.
클램프 이동부(40: 41, 45, 49)는 클램프부(30)를 x축, y축, z축 방향으로 이동시킬 수 있다. 스테이지부(20)의 양측에는 직선 형태로 형성된 한 쌍의 y축 이동부(45)가 서로 연동하도록 설치될 수 있고, y축 이동부(45) 각각에는 직선 형태로 형성된 x축 이동부(41)의 양단이 연결될 수 있다. x축 이동부(41)의 상부에는 클램프부(30)가 연결될 수 있다. 도 7에 나타나지는 않지만, z축 이동부(49)도 수직 방향으로 신축하며 클램프부(30)를 이동시킬 수 있다. 한편, 클램프 이동부(40)는 클램프부(30)를 θ축 방향으로 더 이동시킬 수도 있다. θ축 방향은 xy평면 상에서 클램프부(30)가 회전하는 각도로서, 클램프부(30)의 스틱 마스크(150)를 프레임(200) 상에 정렬할 때 조절하는 축 방향이다. θ축 방향으로의 이동은 x축, y축 이동부(41, 45)의 조합으로 수행될 수 있고, 별도의 θ축 이동부를 설치하여 수행될 수도 있다.
헤드부(50)는 스테이지부(20), 클램프부(30)의 상부에 배치된다. 헤드부(50)에는 레이저 유닛, 카메라 유닛 등이 설치될 수 있다. 레이저 유닛은 마스크(100)와 프레임(200)과 용접(W)하는 용접 레이저(L)를 생성하는 용접 레이저 유닛, 마스크(100)에 레이저(CL)를 조사하여 레이저 트리밍(trimming)하는 커팅 레이저 유닛 등을 포함할 수 있다. 카메라 유닛은 마스크(100), 마스크 패턴(P)의 정렬 상태를 촬영하고 센싱할 수 있다.
헤드 이동부(60: 61, 65, 69)는 헤드부(50)를 x축, y축, z축 방향으로 이동시킬 수 있다. 테이블(15) 양측에는 직선 형태로 형성된 한 쌍의 y축 이동부(65)가 서로 연동하도록 설치될 수 있고, y축 이동부(65) 각각에는 직선 형태로 형성된 x축 이동부(61)의 양단이 연결될 수 있다. x축 이동부(61)의 상부에는 헤드부(50)가 연결될 수 있다. 도 7에 나타나지는 않지만, z축 이동부(69)도 수직 방향으로 신축하며 헤드부(50)를 이동시킬 수 있다.
제진대(70)는 테이블(15)의 진동을 방지하기 위해서 설치할 수 있다. 마스크(100)를 프레임(200)에 접착할 때, 매우 작은 진동이 발생하는 환경에서도 마스크 패턴(P)의 정렬 오차(PPA)에 영향을 미치게 된다. 따라서, 제진대(70), 바람직하게는 패시브 제진대(passive isolator)를 테이블(15)의 하부에 설치하여 진동을 방지할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크의 제조 시스템(10)에서 마스크(100)를 프레임(200)에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 D-D' 방향에서의 측단면도를 나타낸다.
도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 클램프부(30)의 상부에는 클램퍼(300)가 설치될 수 있다. 클램퍼(300)는 관통구(35)를 사이에 두고 상호 대향할 수 있다. 적어도 한 쌍의 클램퍼(300)가 상호 대향하도록 설치될 수 있으며, 본 발명에서는 스틱 마스크(150)의 네 모서리를 클램핑 할 수 있도록 두 쌍의 클램퍼(300)가 상호 대향하도록 설치되는 것을 상정하여 설명한다. 또한, 스틱 마스크(150)에서 마스크 패턴(P)이 형성된 셀(C) 부분은 프레임(200)에 접착되어 마스크(100)가 되므로, 이하에서는 스틱 마스크(150)와 마스크(100)를 동일한 개념으로 혼용하여 사용한다.
상호 대향하는 클램퍼(300)의 그립부(310)는 스틱 마스크(150)의 모서리를 클램핑할 수 있다. 복수의 스틱 마스크(150)가 적재된 외부의 스틱 로딩 플레이트(미도시)로부터 스틱 마스크 로더(스틱 마스크 인덱스)가 하나의 스틱 마스크(150)를 로딩한다. 그러면, 클램프 이동부(40)가 스틱 마스크(150)의 위치로 클램프부(30)를 이동시키고, 클램퍼(300)가 스틱 마스크(150)의 모서리를 클램핑 할 수 있다.
다음으로, 클램프 이동부(40)는 클램프부(30)를 프레임(200)의 수직 상부 영역 내로 이동시킬 수 있다. 정확하게는, 클램퍼(300)가 클램핑한 스틱 마스크(150), 또는, 관통구(35)를 프레임(200)의 수직 상부 영역 내로 진입시킬 수 있다. 프레임(200)의 셀(C) 영역에 스틱 마스크(150)의 마스크 패턴부가 대응되도록 클램프부(30)를 이동시키는 것이 바람직하다.
도 2와 같이, 종래의 마스크(1)의 경우는 복수의 셀(C: C1~C5)들을 포함하고, 클램퍼(3)가 마스크(1)를 클램핑한 상태에서 프레임(2)의 외측으로만 이동한다. 따라서, 프레임(2)의 영역 내로 진입하지 않으므로, 프레임(2)과 클램퍼(3)가 간섭이 일어나는 문제가 없다.
반면에, 본 발명은 마스크(100)가 하나의 셀(C)을 포함하고, 프레임(200)의 셀(C) 영역에 마스크(100)를 하나씩 접착하는 형태이기 때문에, 상술한 바와 같이 마스크(100) 정렬 시간 감축, PPA의 감축 등의 이점이 있음에도 불구하고, 프레임(200)과 클램퍼(300)와의 간섭 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 클램퍼(300)가 마스크(100)를 클램핑한 상태에서 프레임(200)의 상부 영역으로 진입하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 본 발명은 클램퍼(300)가 클램핑한 마스크(100) 측의 수직 높이와, 프레임(200)에 접착되는 마스크(100)의 수직 높이가 상이하도록, 마스크(100)에 하중을 가하는 것을 특징으로 한다. 다시 말해, 상대적으로 높은 위치에서 스틱 마스크(150)의 모서리를 그립부(310)가 클램핑하고, 스틱 마스크(150)를 프레임(200)에 접착할 때에는 스틱 마스크(150) 중에 일부[또는, 마스크(100)]의 높이를 낮추도록 클램퍼(300)가 하중을 가하는 것이다.
도 9의 (c)를 참조하면, 클램퍼(300)는 스틱 마스크(150)의 일부에 대해서만 하중을 가하여 클램핑 된 부분과의 높이 차이(H)를 발생시킬 수 있다. 클램퍼(300)의 그립부(310) 부분은 스윙(S)할 수 있다. 스틱 마스크(150)의 모서리를 그립부(310)가 클램핑한 상태에서 그립부(310) 부분이 스윙(S)하면 스틱 마스크(150)가 꺾어지게 된다. 여기서, 하중을 가한다는 것은 그립부(310) 부분이 스윙(S)하여 스틱 마스크(150)가 꺾어지는 것을 의미할 수 있다.
스틱 마스크(150)가 하중을 받아 꺾어지면서, 스틱 마스크(150)의 꺾어진 부분과 그립부(310)는 관통구(35)를 통과할 수 있다. 그리고, 꺾어진 스틱 마스크(150)의 일부는 프레임(200) 상에 접촉할 수 있다. 스틱 마스크(150)의 셀(C) 주위는 프레임(200) 상에 접촉하고 나머지 부분은 그립부(310)에 클램핑 될 수 있다. 헤드부(50)의 카메라 유닛은 셀(C) 부분의 정렬 상태 및 마스크 패턴(P)의 정렬 상태를 확인할 수 있다.
다음으로, 도 9의 (d)를 참조하면, 프레임(200)과 스틱 마스크(150)의 셀(C)을 대응시킨 후, 헤드부(50)의 레이저 유닛에서 레이저(L)를 조사하여 프레임(200)과 이에 접촉한 스틱 마스크(150) 간에 레이저 용접(W)을 수행할 수 있다. 레이저(L)를 셀(C)의 테두리 부분에 조사하면, 스틱 마스크(150)의 일부가 용융되어 용접(W)됨에 따라 프레임(200)에 접착될 수 있다. 구체적으로 레이저는 프레임(200)과 접촉되는 스틱 마스크(150) 부분의 최외곽보다 내측 영역에 조사될 필요가 있다. 또한, 프레임(200)의 모서리쪽에 가깝게 용접(W)해야 마스크(100)와 프레임(200) 사이의 들뜬 공간을 최대한 줄이고 밀착성을 높일 수 있게 된다. 용접(W)는 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 수행될 수 있으며, 레이저(L)에 의해 용융되는 스틱 마스크(150)의 부분은 마스크(100)와 동일한 재질을 가지고 마스크(100)와 프레임(200)을 일체로 연결하는 매개체가 될 수 있다.
다음으로, 도 9의 (e)를 참조하면, 헤드부(50)의 레이저 유닛에서 커팅 레이저(CL)를 조사하여 스틱 마스크(150)의 셀(C) 주위를 레이저 트리밍 할 수 있다. 커팅 레이저(CL)는 용접(W)된 부분의 바깥 부분에 조사되는 것이 바람직하다. 레이저 트리밍에 따라 스틱 마스크(150)에서 프레임(200)과 접착된 셀(C) 및 셀(C) 주위 부분은 마스크(100)가 되고, 나머지 더미부(160)는 그립부(310)에 클램핑된 상태가 된다.
다음으로, 도 9의 (f)를 참조하면, 클램프부(30)를 z축 상부 방향으로 이동하거나, 그립부(310)를 상부 방향으로 스윙(S)시킬 수 있다. 스틱 마스크(150)의 더미부(160)는 도 9의 (e) 단계에서 레이저 트리밍으로 분리된 상태이다. 따라서, 더미부(160)는 그립부(310)에 클램핑 된 상태로 분리되고, 프레임(200)의 하나의 셀(C) 영역 상에는 마스크(100)가 접착될 수 있다.
도 10 및 도 11은 도 8 및 도 9의 공정 이후 순차적으로 마스크(100)를 프레임(200)에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 10의 (b)는 도 10의 (a)의 D-D' 방향에서의 측단면도를 나타낸다. 도 10 및 도 11은 도 8 및 도 9와 차이점에 대해서만 설명한다.
도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 다시, 복수의 스틱 마스크(150)가 적재된 외부의 스틱 로딩 플레이트(미도시)로부터 스틱 마스크 로더(스틱 마스크 인덱스)가 하나의 스틱 마스크(150)를 로딩한다. 그러면, 클램프 이동부(40)가 스틱 마스크(150)의 위치로 클램프부(30)를 이동시키고, 클램퍼(300)가 스틱 마스크(150)의 모서리를 클램핑 할 수 있다.
다음으로, 클램프 이동부(40)는 클램프부(30)를 프레임(200)의 수직 상부 영역 내로 이동시킬 수 있다. 정확하게는, 클램퍼(300)가 클램핑한 스틱 마스크(150), 또는, 관통구(35)를 프레임(200)의 수직 상부 영역 내로 진입시킬 수 있다. 프레임(200)의 셀(C) 영역에 스틱 마스크(150)의 마스크 패턴부가 대응되도록 클램프부(30)를 이동시키는 것이 바람직하다. 순차적으로, 마스크(100)를 프레임(200)에 접착하기 위해, 도 8 및 도 9에서 접착한 마스크(100)에 이웃하는 셀(C) 영역 상부로 클램프부(30)를 이동시킬 수 있다.
도 11의 (c)를 참조하면, 그립부(310)를 스윙(S)하여 스틱 마스크(150)가 하중을 받아 꺾어질 수 있다. 스틱 마스크(150)의 꺾어진 부분과 그립부(310)는 관통구(35)를 통과할 수 있다. 그리고, 꺾어진 스틱 마스크(150)의 일부는 프레임(200) 상에, 구체적으로, 도 8 및 도 9에서 접착한 마스크(100)에 이웃하는 셀(C) 영역을 포함하는 프레임(200) 상에 접촉할 수 있다. 스틱 마스크(150)의 셀(C) 주위는 프레임(200) 상에 접촉하고 나머지 부분은 그립부(310)에 클램핑 될 수 있다. 헤드부(50)의 카메라 유닛은 셀(C) 부분의 정렬 상태 및 마스크 패턴(P)의 정렬 상태를 확인할 수 있다.
다음으로, 도 11의 (d)를 참조하면, 헤드부(50)의 레이저 유닛에서 레이저(L)를 조사하여 프레임(200)과 이에 접촉한 스틱 마스크(150) 간에 레이저 용접(W)을 수행할 수 있다.
다음으로, 도 11의 (e)를 참조하면, 헤드부(50)의 레이저 유닛에서 커팅 레이저(CL)를 조사하여 스틱 마스크(150)의 셀(C) 주위를 레이저 트리밍 할 수 있다.
다음으로, 도 11의 (f)를 참조하면, 클램프부(30)를 z축 상부 방향으로 이동하거나, 그립부(310)를 상부 방향으로 스윙(S)시킬 수 있다. 따라서, 더미부(160)는 그립부(310)에 클램핑 된 상태로 분리되고, 프레임(200)의 하나의 셀(C) 영역 상에는 마스크(100)가 접착될 수 있다.
위와 같이, 순차적으로, 각각의 스틱 마스크(150)를 프레임(200)의 각각의 셀(C) 영역에 대응시켜 마스크(100)를 접착할 수 있다. 본 발명은 이미 프레임(200)에 부착된 마스크(100)가 기준 위치를 제시할 수 있으므로, 나머지 마스크(100)들을 셀(C)에 순차적으로 대응시키고 정렬 상태를 확인하는 과정에서의 시간이 현저하게 감축될 수 있는 이점이 있다. 그리고, 하나의 마스크 셀 영역에 부착된 마스크(100)와 이에 이웃하는 마스크 셀 영역에 부착된 마스크(100) 사이의 PPA(pixel position accuracy)가 3㎛를 초과하지 않게 되어, 정렬이 명확한 초고화질 OLED 화소 형성용 마스크를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램퍼(300)를 나타내는 사시도 및 측면도이다. 이하에서는, 클램퍼(300)의 구성을 구체적으로 설명한다.
클램퍼(300)는 그립부(310), 각도 조절부(320)를 포함할 수 있다.
그립부(310)는 스틱 마스크(150)를 클램핑 할 수 있다. 그립부(310)는 상부 그립부(311)와 하부 그립부(315)를 포함할 수 있다. 상부 그립부(311)와 하부 그립부(315)는 조임 수단에 의해 간격이 조절될 수 있고, 상부 그립부(311)와 하부 그립부(315) 사이에 스틱 마스크(150)가 클램핑 될 수 있다.
한편, 상부 그립부(311)는 하부 그립부(315)보다 길게 형성될 수 있다. 이에 따라, 그립부(310)가 스윙할 때, 그립부(310)가 스틱 마스크(150)를 클램핑 한 상태에서 상부 그립부(311)의 단부(311a)가 스틱 마스크(150)의 클램핑한 부분보다 내측 부분에 하중을 가할 수 있게 된다. 하중을 보다 명확히 가하고 스틱 마스크(150)를 꺾을 때 정확한 인장력을 가할 수 있도록, 상부 그립부(311)의 단부(311a)는 뾰족하게 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 상부 그립부(311)는 단부(311a)로 갈수록 두께가 줄어드는 형상을 가질 수 있다.
각도 조절부(320)는 그립부(310)를 스윙(S)하여 수평 방향으로부터 소정의 각도를 가지도록 제어할 수 있다. 각도 조절부(320)는 제어부(321), 힘 인가부(323), 스윙 연결부(325), 신축부(327)를 포함할 수 있다. 그립부(310)와 각도 조절부(320) 사이에는 스윙 축(330)이 형성될 수 있고, 그립부(310)는 스윙 축(330)을 기준으로 스윙(S)하게 된다.
제어부(321)는 힘 인가부(323)가 x축 방향을 따라 이동하는 정도를 제어할 수 있다. 힘 인가부(323)가 그립부(321) 방향으로 이동[도 12에서 왼쪽 방향]하게 되면, 스윙 연결부(325)에 힘을 전달할 수 있다. 스윙 연결부(325)는 대략 곡선 형상으로 형성될 수 있다. 그리하여, 스윙 연결부(325)는 힘 인가부(323)로부터 직선 방향으로 인가받은 힘의 방향을 곡선 방향의 힘으로 전환할 수 있다.
스윙 연결부(325)는 그립부(310)의 상부 연결부(317)와 연결되고, 힘 인가부(323)로부터 힘을 인가받으면 상부 연결부(317)를 하부 방향으로 힘을 가할 수 있다. 그립부(310)는 스윙 축(330)을 기준으로 회전 가능하게 설치되므로, 스윙 연결부(325)가 상부 연결부(317)를 통해 하부 방향으로 힘을 인가하면 스윙 축(330)을 기준으로 하부 방향으로 스윙(S)할 수 있다.
신축부(327)는 힘 인가부(323)에 의한 그립부(310)의 스윙(S) 정도가 너무 크지 않도록 힘의 균형을 잡아주는 역할을 한다. 신축부(327)는 스프링과 같은 탄성 수단으로서, 힘 인가부(323)에 인가되는 힘이 해제되면, 힘 인가부는 다시 원래 위치로 복귀시킬 수 있다.
상술하였듯이, 클램퍼(300)는 클램프부(30)의 상면에 설치될 수 있다. 클램퍼(300)와 클램프부(30)의 사이에는 클램퍼 이동 수단(340)이 설치될 수 있다. 클램퍼 이동 수단(340)은 제어부(341) 및 이동 레일(345)을 포함한다. 제어부(341)는 클램퍼(300)가 x축 방향[클램프부(30)의 길이 방향]으로 이동하는 정도를 제어할 수 있다. 클램퍼(300)는 이동 레일(345)에 연결되어 제어부(341)의 제어에 따라 x축 방향으로 이동하면서, 스틱 마스크(150)의 인장 정도를 제어할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램퍼(300)가 마스크(150)를 클램핑하고 마스크(150)에 하중을 가하는 상태를 나타내는 개략도이다.
도 14의 (a)를 참조하면, 상호 대향하는 클램퍼(300)의 그립부(310)는 스틱 마스크(150)의 모서리를 클램핑할 수 있다. 그리고, 클램퍼(300)가 마스크(100)를 클램핑한 상태에서 프레임(200)의 상부 영역으로 진입한다. 관통구(35)가 프레임(200)의 셀(C) 영역에 대응되도록 클램프부(30)를 이동할 수 있다.
다음으로, 도 14의 (b)를 참조하면, 제어부(321)는 힘 인가부(323)가 그립부(310) 방향으로 힘을 인가하도록 제어한다. 그리고 힘 인가부(323)는 스윙 연결부(325)에 힘을 전달한다. 스윙 연결부(325)는 반대측에 연결된 상부 연결부(317)에 하부 방향으로 힘을 가하고, 상부 연결부(317)가 하부 방향으로 힘을 받음에 따라 그립부(310)가 스윙 축(330)을 기준으로 하부 방향으로 스윙(S)하게 된다.
스윙(S)하는 중에 상부 그립부(311)의 단부(311a)가 스틱 마스크(150)의 클램핑한 부분보다 내측 부분에 하중을 가하게 된다. 스틱 마스크(150)는 하중을 받은 부분이 꺾어지면서, 스틱 마스크(150)의 꺾어진 부분과 그립부(310)는 관통구(35)를 통과하게 된다. 그리고, 꺾어진 스틱 마스크(150)의 일부[셀(C) 주위 부분]는 프레임(200) 상에 접촉할 수 있다. 스틱 마스크(150)의 셀(C) 주위는 프레임(200) 상에 접촉하고 나머지 부분은 그립부(310)에 클램핑 되므로, 클램핑 된 부분과, 프레임(200)에 접촉하는 부분과의 높이 차이(H)를 발생시킬 수 있게 된다.
본 발명의 프레임 일체형 마스크 제조 시스템(10)은 마스크(100)와 프레임(200)이 일체형 구조를 이루도록 할 수 있다. 클램퍼(300)가 프레임(200)의 상부 영역 내로 진입하고, 마스크(100)에 하중을 가하여 프레임(200)의 상부에서 하부 방향으로 마스크(100)를 꺾음으로써 프레임(200)과 마스크(100)의 접착을 수행할 수 있게 된다. 이로써, 마스크(100)가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있으며, 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 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.
10: 프레임 일체형 마스크 제조 시스템
15: 테이블
20: 스테이지부
30: 클램프부
35: 관통구
40: 클램프 이동부
50: 헤드부
60: 헤드 이동부
70: 제진대
100: 마스크
150: 스틱 마스크
160: 더미부
200: 프레임
210: 테두리 프레임부
220: 그리드 프레임부
300: 클램퍼
310: 그립부
320: 각도 조절부
325: 스윙 연결부
330: 스윙 축
340: 클램퍼 이동 수단
C: 셀, 마스크 셀
L, CL: 레이저, 커팅 레이저
P: 마스크 패턴
W: 용접

Claims (20)

  1. 복수의 마스크를 프레임에 일체로 형성하는 프레임 일체형 마스크 제조 시스템으로서,
    프레임이 안착지지되는 스테이지부;
    마스크의 적어도 두 측을 클램핑(clamping)하고 인장하는 적어도 한 쌍의 클램퍼가 배치되는 클램프부;
    클램프부를x축, y축, z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 클램프 이동부;
    마스크에 레이저를 조사하고, 마스크의 얼라인을 센싱하는 헤드부; 및
    헤드부를 x축, y축, z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 헤드 이동부
    를 포함하고,
    마스크를 클램핑한 클램퍼가 프레임의 상부 영역 내로 진입하고,
    클램퍼는, 클램핑한 마스크 측의 수직 높이와, 프레임에 접착되는 마스크의 수직 높이가 상이하도록, 마스크에 하중을 가하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    스테이지부는, 프레임의 위치를 정렬하는 프레임 정렬 유닛을 포함하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    스테이지부는, 수직 상부 방향으로 빛을 방출하는 백라이트 유닛을 포함하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    헤드부는,
    마스크에 레이저를 조사하여 프레임과 용접하거나, 마스크에 레이저를 조사하여 레이저 트리밍(trimming)하는 레이저 유닛을 포함하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    헤드부는,
    마스크가 프레임에 부착되는 과정에서 마스크와 마스크 패턴의 정렬 상태를 촬영하는 카메라 유닛을 포함하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    클램프부에는 적어도 하나의 마스크의 면적보다 넓은 관통구가 형성되고,
    클램퍼가 마스크에 하중을 가하면, 마스크의 적어도 일부가 관통구를 통과하여 프레임에 접촉하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    클램퍼는,
    마스크를 클램핑하는 그립부;
    그립부가 스윙하여 수평 방향으로부터 소정의 각도를 가지도록 제어하는 각도 조절부
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    그립부는 상부 그립부와 하부 그립부를 포함하고,
    상부 그립부와 하부 그립부 사이에 마스크가 클램핑되며,
    상부 그립부가 하부 그립부보다 길게 형성되는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    그립부와 각도 조절부 사이에 스윙 축이 형성되는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    각도 조절부와 그립부의 상부면을 연결하는 스윙 연결부를 더 포함하고,
    각도 조절부와 그립부와의 거리가 조절됨에 따라, 스윙 연결부는 그립부가 스윙 축을 기준으로 스윙하는 힘을 전달하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    그립부가 스윙 축을 기준으로 하부 방향으로 스윙하면, 상부 그립부의 단부가 클램핑한 마스크 측보다 내측에 하중을 가하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  12. 제11항에 있어서
    상부 그립부가 클램핑한 마스크 측보다 내측에 하중을 가하여 프레임 상에 접촉시키는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  13. 제6항에 있어서,
    헤드부에서 레이저를 조사하여 프레임과 접촉한 마스크의 부분을 용접하여 프레임에 접착하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    헤드부에서 레이저를 조사하여 용접된 부분의 적어도 바깥 부분을 레이저 트리밍하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    클램프부와 클램퍼 사이에 레일이 개재되어 클램퍼가 클램프부의 길이 방향으로 왕복가능한, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    프레임은,
    테두리 프레임부; 및
    제1 방향, 제2 방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 연장 형성되고, 양단이 테두리 프레임부에 연결되는 적어도 하나의 그리드 프레임부
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    프레임은, 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비하는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    마스크 셀 영역은 테두리 프레임부 및 그리드 프레임부가 점유하는 영역을 제외한, 중공 형태의 영역인, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    각각의 마스크 셀 영역에 각각의 마스크가 연결되는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    클램프 이동부는 클램프부를 xy평면 상에서 회전하는 각도인 θ축 방향으로 더 이동할 수 있는, 프레임 일체형 마스크 제조 시스템.
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