KR20200092524A - 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리 - Google Patents

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thin film
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이종대
김야림
류영은
전상헌
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리를 개시한다. 본 발명은 마스크 프레임;과, 마스크 프레임 상에 배치된 적어도 하나의 마스크 시트;와, 제 1 방향으로 연장된 복수의 제 1 서포트 스틱;과, 제 2 방향으로 연장된 복수의 제 2 서포트 스틱;을 포함하되, 마스크 프레임 변형지수는 마스크 프레임 변형지수=Σ(제 1 서포트 스틱의 인장력/제 1 서포트 스틱의 인장률)-Σ(제 2 서포트 스틱의 인장력/제 2 서포트 스틱의 인장률)에 의하여 -1000 ~ +1000 범위내에 있다.(여기서, 인장력은 두께(T)×폭(W)×탄성계수(E)×인장률(δ/L0)이며, δ은 인장에 따른 변형량(Lf-L0)이며, L0은 스틱의 처음 길이이며, L0은 스틱의 나중 길이이다.)

Description

박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리{Mask frame assembly for thin film deposition}
본 발명은 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리에 관한 것이다.
통상적으로, 디스플레이 장치는 스마트 폰, 랩 탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 휴대 정보 단말기, 노트북, 태블릿 퍼스널 컴퓨터와 같은 모바일 장치나, 데스크 탑 컴퓨터, 텔레비전, 옥외 광고판, 전시용 디스플레이 장치, 자동차용 계기판, 헤드 업 디스플레이(head up display, HUD)와 같은 전자 장치에 이용할 수 있다.
최근 들어서는, 보다 슬림화된 디스플레이 장치가 출시되고 있다. 플렉서블 디스플레이 장치(flexible display device)는 휴대하기가 용이하고, 다양한 형상의 장치에 적용할 수 있다. 이중에서, 유기 발광 디스플레이 기술을 기반으로 하는 플렉서블 디스플레이 장치가 가장 유력한 플렉서블 디스플레이 장치이다. 플렉서블 디스플레이 장치는 일 방향으로 벤딩할 수 있다.
유기 발광 디스플레이 장치는 기판 상에 배치된 픽셀 전극, 대향 전극, 및 픽셀 전극과 대향 전극 사이에 개재된 유기 발광층을 포함한다. 유기 발광층과 같은 박막은 증착법으로 형성할 수 있다. 증착 장치는 박막을 형성하기 위한 마스크 프레임 어셈블리가 필요하다.
그런데, 증착 횟수가 증가할수록 마스크 어셈블리는 열적 변형할 수 있다. 마스크 프레임 어셈블리가 열적 변형할 경우, 증착 물질은 기판 상의 소망하지 않는 영역에 증착될 수 있다. 결과적으로, 기판 상에 정밀한 증착 패턴을 형성할 수 없다.
본 발명의 실시예들은 기판 상에 정밀한 증착 패턴을 형성할 수 있는 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리는, 개구를 가지며, 개구를 둘러싸는 복수의 프레임을 구비한 마스크 프레임;과, 상기 마스크 프레임 상에 배치되며, 복수의 증착홀들이 패턴화된 적어도 하나의 마스크 시트;와, 제 1 방향으로 연장된 복수의 제 1 서포트 스틱;과, 제 2 방향으로 연장된 복수의 제 2 서포트 스틱;을 포함하되, 마스크 프레임 변형지수는 마스크 프레임 변형지수=Σ(제 1 서포트 스틱의 인장력/제 1 서포트 스틱의 인장률)-Σ(제 2 서포트 스틱의 인장력/제 2 서포트 스틱의 인장률)에 의하여 -1000 ~ +1000 범위내에 있다.(여기서, 인장력은 두께(T)×폭(W)×탄성계수(E)×인장률(δ/L0)이며, δ은 인장에 따른 변형량(Lf-L0)이며, L0은 스틱의 처음 길이이며, L0은 스틱의 나중 길이이다.)
일 실시예에 있어서, 상기 마스크 프레임의 제 1 방향은 상기 제 1 서포트 스틱이 연장된 방향에 대응되며, 상기 마스크 프레임의 제 1 방향의 전체 변화량은 5 마이크로미터 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스크 프레임의 제 2 방향은 상기 제 2 서포트 스틱이 연장된 방향에 대응되며, 상기 마스크 프레임의 제 2 방향의 전체 변화량은 5 마이크로미터 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스크 프레임의 변형율은 상기 제 1 서포트 스틱의 변형율-상기 제 2 서포트 스틱의 변형율에 대응될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스크 프레임의 복원력은 Σ제 2 서포트 스틱의 인장력/Σ제 1 서포트 스틱의 인장력에 비례할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스크 프레임은, 제 1 방향으로 연장되며, 제 2 방향으로 마주보는 제 1 프레임 및 제 2 프레임;과, 제 2 방향으로 연장되며, 제 1 방향으로 마주보는 제 3 프레임 및 제 4 프레임;를 포함하며, 상기 제 1 프레임, 제 2 프레임, 제 3 프레임, 및 제 4 프레임은 서로 연결되어 개구를 둘러싸일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스크 시트는 복수의 분리된 마스크 시트들을 포함하며, 복수의 분리된 마스크 시트들은 제 1 방향으로 분리 배치되며, 각각의 마스크 시트는 제 2 방향으로 연장될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 각 마스크 시트에는 제 2 방향으로 증착 영역 및 더미 영역이 교대로 배치되며, 상기 증착 영역에는 복수의 제 1 패턴홀들이 배치되며, 상기 더미 영역에는 복수의 제 2 패턴홀들이 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 더미 영역에 의하여 분리된 각 증착 영역은 단위 디스플레이 패널의 증착 영역에 대응될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 서포트 스틱은 제 1 방향으로 인접하게 배치된 복수의 마스크 시트들을 가로질러 연장되며, 상기 복수의 마스크 시트들에 각각 배치된 복수의 제 2 패턴홀들을 차폐할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 2 서포트 스틱은 제 2 방향으로 마스크 시트가 연장된 방향으로 배치되며, 제 1 방향으로 인접하게 배치된 복수의 마스크 시트 사이의 경계 영역에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 서포트 스틱과 제 2 서포트 스틱은 상기 마스크 프레임과 마스크 시트 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 서포트 스틱은 제 1 방향으로 상기 마스크 시트를 가로질러 연장되며, 상기 제 2 서포트 스틱은 제 2 방향으로 상기 마스크 시트를 가로질러 연장될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 서포트 스틱은 상기 마스크 시트에 배치된 증착홀의 적어도 일부를 차폐하며, 상기 제 2 서포트 스틱은 상기 마스크 시트의 가장자리에 배치된 리브에 중첩될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 서포트 스틱과 제 2 서포트 스틱은 서로 교차할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 서포트 스틱은 제 2 방향으로 이격되게 배치되며, 상기 제 2 서포트 스틱은 제 1 방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제 1 방향은 마스크 시트의 폭 방향에 대응되며, 제 2 방향은 마스크 시트의 길이 방향에 대응될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리는 특정 수치 범위의 마스크 프레임 변형지수를 적용함에 따라 마스크 프레임의 열적 변형을 줄일 수 있다. 이에 따라, 다양한 형상을 가지는 디스플레이 패널의 증착 패턴을 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 내용 이외에도, 도면을 참조하여 이하에서 설명할 내용으로부터도 도출될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리를 일부 분리하여 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 마스크 시트, 제 1 서포트 스틱, 및 제 2 서포트 스틱을 확대 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 마스크 프레임 어셈블리를 이용하여 증착하는 증착 장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 출원인의 실험에 따른 마스크 프레임 변형 지수를 도시한 그래프이다.
도 5는 도 1의 마스크 프레임 어셈블리를 이용하여 증착된 유기 발광 디스플레이 장치의 일 서브 픽셀을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1의 마스크 프레임 어셈블리를 이용하여 기판 상에 증착된 증착 패턴을 확대 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에 있어서, 층, 막, 영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장, 또는, 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에 있어서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리(100)를 일부 분리하여 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 마스크 시트(130), 제 1 서포트 스틱(140), 및 제 2 서포트 스틱(150)을 확대 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 마스크 프레임 어셈블리(100)는 마스크 프레임(110)과, 상기 마스크 프레임(110)에 장착되는 마스크 시트(120)를 포함한다.
상기 마스크 프레임(110)에는 개구(115)가 형성될 수 있다. 상기 개구(115)는 복수의 프레임(111 내지 114)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 상기 복수의 프레임(111 내지 114)은 서로 연결될 수 있다.
복수의 프레임(111 내지 114)은 제 1 방향(X 방향)으로 연장되며, 제 2 방향(Y 방향)으로 서로 마주보는 제 1 프레임(111) 및 제 2 프레임(112)과, 제 2 방향(Y 방향)으로 연장되며, 제 1 방향(X 방향)으로 서로 마주보는 제 3 프레임(113) 및 제 4 프레임(114)을 포함한다. 상기 제 1 프레임(111), 제 2 프레임(112), 제 3 프레임(113), 및 제 4 프레임(114)은 서로 연결되어 상기 개구(115)를 둘러쌀 수 있다. 상기 마스크 프레임(110)은 사각틀 형상일 수 있다. 상기 마스크 프레임(110)은 상기 마스크 시트(120)의 용접시 변형이 작은 물질, 예컨대, 강성이 큰 금속으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 마스크 프레임(110)은 스테인레스 스틸, 인바(invar) 등을 포함한다.
상기 마스크 시트(120)는 상기 마스크 프레임(110) 상에 결합될 수 있다. 상기 마스크 시트(120)는 박판일 수 있다. 상기 마스크 시트(120)는 스테인레스 스틸, 인바, 니켈(Ni), 코발트(Co), 니켈 합금, 니켈-코발트 합금 등을 포함한다.
상기 마스크 시트(120)는 복수의 분리된 마스크 시트(130)를 포함한다. 복수의 분리된 마스크 시트(130)는 제 1 방향(X 방향)으로 분리배치될 수 있다. 분리된 마스크 시트(130) 각각은 제 2 방향(Y 방향)으로 연장될 수 있다. 이하, 마스크 시트라 함은 분리된 마스크 시트(130)를 지칭한다.
상기 마스크 시트(130)에는 복수의 단위 디스플레이 패널의 증착 패턴에 대응되는 증착 패턴부(EP)가 배치될 수 있다. 상기 마스크 시트(130)는 복수의 단위 디스플레이 패널의 증착 패턴을 동시에 증착시킬 수 있다. 상기 증착 패턴부(EP)는 상기 마스크 시트(130)의 길이 방향인 제 2 방향(Y 방향)으로 연장될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스크 시트(130)에는 단일의 증착 패턴부(EP)가 배치될 수 있다. 상기 단일의 증착 패턴부(EP)는 상기 마스크 시트(130)의 제 2 방향(Y 방향)으로 연속적으로 형성될 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 상기 마스크 시트(130)에는 각 단위 디스플레이 패널의 증착 패턴에 대응되는 각 증착 패턴부(EP)가 복수개 구비되며, 복수의 증착 패턴부(EP)는 제 2 방향(Y 방향)으로 이격될 수 있다.
상기 증착 패턴부(EP)에는 복수의 증착 영역(E)과 복수의 더미 영역(D)이 배치될 수 있다. 상기 증착 영역(E)과 더미 영역(D)은 제 2 방향(Y 방향)으로 교대로 배치될 수 있다. 상기 더미 영역(D)에 의하여 분리된 하나의 증착 영역(E)은 단위 디스플레이 패널의 증착 영역에 대응될 수 있다. 상기 더미 영역(D)은 인접한 복수의 증착 영역(E)을 구획하는 비증착 영역에 대응될 수 있다.
상기 증착 패턴부(EP)에는 패턴홀들(131)이 배치될 수 있다. 상기 패턴홀들(131)은 증착 영역(E)에 배치된 복수의 제 1 패턴홀들(132)과, 더미 영역(D)에 배치된 복수의 제 2 패턴홀들(133)을 포함한다.
상기 복수의 제 1 패턴홀들(132)은 단위 디스플레이 패널의 표시 영역에 패턴화되는 증착 패턴을 형성하기 위하여 필요한 홀들일 수 있다. 상기 복수의 제 2 패턴홀들(133)은 증착 공정중 상기 마스크 시트(130)의 변형을 방지하기 위하여 요구되는 패턴홀들일 수 있다.
상기 증착 영역(E)에 배치된 복수의 제 1 패턴홀들(132)과, 상기 더미 영역(D)에 배치된 복수의 제 2 패턴홀들(133)은 상기 마스크 시트(130)의 길이 방향(Y 방향)으로 교대로 패턴화될 수 있다. 상기 복수의 제 1 패턴홀들(132)과, 복수의 제 2 패턴홀들(133)은 상기 마스크 시트(130)의 일단으로부터 타단까지 연속적으로 패턴화될 수 있다.
상기 복수의 제 1 패턴홀들(132) 및 복수의 제 2 패턴홀들(133)을 구비한 패턴홀들(131)들은 도트형의 슬릿 패턴이나, 스트립 형상의 슬릿 패턴을 포함한다. 상기 복수의 제 1 패턴홀들(132) 및 복수의 제 2 패턴홀들(133)은 동일한 형상 및 동일한 크기를 가지나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 마스크 시트(130)의 폭 방향인 제 1 방향(X 방향)의 양 가장자리에는 리브(134)가 배치될 수 있다. 상기 리브(133)에는 패턴홀이 형성되지 않을 수 있다. 상기 리브(133)는 마스크 시트(130)의 길이 방향인 제 2 방향(Y 방향)으로 연장될 수 있다.
상기 마스크 시트(130)는 제 1 방향(X 방향)으로 분리되며, 연속적으로 배치될 수 있다. 상기 마스크 시트(130)는 상기 마스크 프레임(110)의 개구(115)를 가로질러 제 2 방향(Y 방향)으로 연장될 수 있다. 복수의 마스크 시트(130)는 상기 개구(115)를 덮을 수 있다. 상기 마스크 시트(130)의 제 2 방향(Y 방향)의 양 단은 제 1 프레임(111) 및 제 2 프레임(112)에 대하여 스폿 용접에 의하여 고정될 수 있다.
상기 마스크 프레임(110)과 마스크 시트(130) 사이에는 복수의 제 1 서포트 스틱(140)이 배치될 수 있다. 상기 제 1 서포트 스틱(140)은 상기 마스크 시트(130)가 자중에 의하여 처지는 것을 방지할 수 있다. 상기 제 1 서포트 스틱(140)은 기판 상의 소망하지 않는 영역에 증착 물질이 증착되는 것을 방지하는 차폐박판일 수 있다. 상기 제 1 서포트 스틱(140)은 스테인레스 스틸, 인바(invar) 등을 포함한다.
상기 제 1 서포트 스틱(140)은 상기 마스크 시트(130)에 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제 1 서포트 스틱(140)은 제 1 방향(X 방향)으로 인접하게 배치된 복수의 마스크 시트(130)를 가로질러 연장될 수 있다.
복수의 제 1 서포트 스틱(140)은 제 2 방향(Y 방향)으로 서로 이격될 수 있다. 각각의 제 1 서포트 스틱(140)은 각각의 더미 영역(D)에 배치된 복수의 제 2 패턴홀들(133)을 차폐할 수 있다. 상기 제 1 서포트 스틱(140)은 제 1 방향(X 방향)으로 연장되는 제 1 스틱 본체(141)를 포함한다. 상기 제 1 스틱 본체(141)에는 제 1 방향(X 방향)으로 이격되게 복수의 제 1 돌기부(142)가 돌출될 수 있다. 복수의 제 1 돌기부(142)는 연결부(143)에 의하여 서로 연결될 수 있다.
상기 제 1 돌기부(142)는 상기 제 1 스틱 본체(141)의 양 가장자리부터 제 2 방향(Y 방향)으로 돌출될 수 있다. 상기 제 1 돌기부(142)는 상기 제 1 스틱 본체(141)의 강성을 보강시킬 수 있는 부분일 수 있다. 상기 제 1 돌기부(142)는 상기 제 1 스틱 본체(141)의 적어도 일 가장자리로부터 돌출될 수 있다면, 어느 하나의 형상에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 서포트 스틱(140)은 제 1 돌기부(142)없이 제 1 스틱 본체(141)로만 이루어질 수 있다.
상기 제 1 서포트 스틱(140)의 양 단은 상기 제 3 프레임(113) 및 제 4 프레임(114)에 스폿 용접될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 서포트 스틱(140)은 인장력이 인가된 상태에서 상기 제 3 프레임(113) 및 제 4 프레임(114)에 고정될 수 있다.
상기 마스크 프레임(110)과 제 1 서포트 스틱(140) 사이에는 제 2 서포트 스틱(150)이 배치될 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 상기 제 2 서포트 스틱(150)은 마스크 시트(130)와 제 1 서포트 스틱(140) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제 1 서포트 스틱(140)과 제 2 서포트 스틱(150)은 서로 교차할 수 있다. 상기 제 2 서포트 스틱(150)은 스테인레스 스틸, 인바(invar) 등을 포함한다.
상기 제 2 서포트 스틱(150)은 상기 마스크 시트(130)가 연장된 방향으로 배치될 수 있다. 복수의 제 2 서포트 스틱(140)은 제 1 방향(X 방향)으로 서로 이격될 수 있다. 각각의 제 2 서포트 스틱(150)은 제 1 방향(X 방향)으로 인접하게 배치된 복수의 마스크 시트(130) 사이의 경계 영역(BA)에 배치될 수 있다. 상기 제 2 서포트 스틱(150)은 인접하게 배치된 복수의 마스크 시트(130) 사이의 간격을 차폐할 수 있다. 상기 제 2 서포트 스틱(150)은 인접하게 배치된 복수의 마스크 시트(130)의 리브(134)에 중첩될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제 2 서포트 스틱(150)의 일 가장자리로부터 제 1 방향(X 방향)으로 돌기부가 돌출될 수 있다.
상기 제 2 서포트 스틱(150)의 양 단은 상기 제 1 프레임(111) 및 제 2 프레임(112)에 스폿 용접될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 서포트 스틱(150)은 인장력이 인가된 상태에서 상기 제 1 프레임(111) 및 제 2 프레임(112)에 고정될 수 있다.
도 3은 도 1의 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리(100)를 이용하여 증착하는 증착 장치(300)를 도시한 구성도이다.
도면을 참조하면, 상기 증착 장치(300)에는 유기 발광 디스플레이 장치의 유기 발광층과 같은 박막을 증착하기 위한 진공 챔버(310)를 구비한다. 상기 진공 챔버(310) 내의 하부에는 증착원(320)이 위치할 수 있다. 상기 증착원(320) 상에는 마스크 프레임 어셈블리(100)가 설치될 수 있다. 마스크 프레임 어셈블리(100) 상에는 마스크 시트(130)가 설치될 수 있다. 상기 마스크 시트(130) 상에는 증착용 기판(330)이 위치할 수 있다. 상기 증착용 기판(330) 상에는 마스크 시트(130)가 증착용 기판(330)에 밀착할 수 있도록 자력을 발생시키는 마그넷(340)이 설치될 수 있다.
상기 마스크 시트(130)의 아랫면에는 상기 마스크 시트(130)가 처지는 것을 방지하기 위하여 제 1 서포트 스틱(140)과 제 2 서포트 스틱(150)이 설치될 수 있다. 상기 제 1 서포트 스틱(140)과 제 2 서포트 스틱(150)은 서로 교차하는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 증착원(320)으로부터 증착 물질을 상기 마스크 시트(130)를 향하여 분사하게 되면, 마스크 프레임(110)의 개구(115)를 통하여 진행하는 증착 물질은 상기 마스크 시트(130)에 형성된 패턴홀들(131)을 통과하여 상기 증착용 기판(330)의 일면에 소망하는 패턴을 가지도록 증착된다.
상기 증착용 기판(330) 상에 증착 패턴이 형성된 다음에는 다른 증착용 기판(330)을 진공 챔버(310)에 장입하여 증착 과정을 수행하게 된다. 수십 횟수의 증착 과정을 반복적으로 수행하게 되면, 상기 마스크 프레임(110)은 변형될 수 있다. 구체적으로, 증착 횟수가 증가하게 되면, 상기 증착원(320)으로부터 발생하는 열로 인하여 상기 제 1 서포트 스틱(140)과 제 2 서포트 스틱(150)은 열적 변형이 발생할 수 있다. 이들의 열적 변형이 발생되면, 상기 제 1 서포트 스틱(140) 및 제 2 서포트 스틱(150)이 용접된 상기 마스크 프레임(110)은 X축 및 Y 축 방향으로 수축, 또는, 팽창될 수 있다. 이에 따라, 기판(330) 상의 소망하는 위치에 증착 패턴을 형성하지 못할 수 있으며, 결과적으로, 섀도우 불량이 발생할 수 있다.
상기 제 1 서포트 스틱(140) 및 제 2 서포트 스틱(150)은 시계열적 마스크 프레임(110)의 변형을 최소화할 수 있는 마스크 프레임 변형지수를 고려하여 설계할 필요가 있다. 구체적으로, 상기 마스크 프레임 어셈블리(100)의 제조 이후, 증착 횟수가 증가함에 따라, 상기 제 1 서포트 스틱(140) 및 제 2 서포트 스틱(150)의 온도는 증가하게 되고, 결과적으로, 이들이 용접된 마스크 프레임(110)은 변형될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 서포트 스틱(140) 및 제 2 서포트 스틱(150)의 시계열적 변화율을 반영하여 마스크 프레임 어셈블리(100)를 제조해야 한다.
예컨대, 상기 마스크 프레임(110)의 변형율(Df)은 마스크 시트(131)에 교차하는 방향(X 방향)으로 연장된 제 1 서포트 스틱(140)의 변형율(D1)에서 상기 마스크 시트(131)에 나란한 방향(Y 방향)으로 연장된 제 2 서포트 스틱(150)의 변형율(D2)을 감한 값에 대응될 수 있다.(Df=D1-D2)
구체적으로, 상기 마스크 프레임(320) 상에 배치된 제 1 서포트 스틱(140)과 제 2 서포트 스틱(150)은 소재, 개수, 크기가 서로 다를 수 있다. 또한, 상기 제 1 서포트 스틱(140)과 제 2 서포트 스틱(150)에 인가되는 인장력도 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 서포트 스틱(140)과 제 2 서포트 스틱(150)은 열적 변형의 차이가 발생하게 된다. 상기 열적 변형 차이가 실질적으로 마스크 프레임(110)의 변형이 될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스크 프레임(110)의 복원력(R)은 복수의 제 2 서포트 스틱(150)의 인장력 합력(Σ제 2 서포트 스틱의 인장력)을 복수의 제 1 서포트 스틱(140)의 인장력 합력(Σ제 1 서포트 스틱의 인장력)으로 나눈 값에 비례할 수 있다.(R∝Σ제2 서포트 스틱의 인장력/Σ제 1 서포트 스틱의 인장력)
상기 마스크 프레임 변형지수가 하기 수학식 1에 의하여 -1000 ~ + 1000 범위 내에 있도록 상기 제 1 서포트 스틱(140)과 제 2 서포트 스틱(150)를 설계할 수 있다.
[수학식 1]
마스크 프레임 변형지수=Σ(제 1 서포트 스틱의 인장력/제 1 서포트 스틱의 인장률)-Σ(제 2 서포트 스틱의 인장력/제 2 서포트 스틱의 인장률)
여기서, 인장력은 두께(T)×폭(W)×탄성계수(E)×인장률(δ/L0)이며, δ은 인장에 따른 변형량(Lf-L0)이며, L0은 스틱의 처음 길이이며, Lf는 스틱의 나중 길이이다.
상기 마스크 프레임 변형지수가 -1000 ~ + 1000 범위 내에 있을시, 상기 마스크 프레임(110)의 X축 방향(제 1 방향) 및 Y축 방향(제 2 방향)의 변화량은 5 마이크로미터 이하로 변화할 수 있다. 구체적으로, 상기 마스크 프레임(110)의 제 1 방향(X 방향)의 전체 변화량은 5 마이크미터 이하일 수 있으며, 상기 마스크 프레임(110)의 제 2 방향(Y 방향)의 전체 변화량은 5 마이크로미터 이하일 수 있다.
상기 마스크 프레임 변형지수가 -1000 ~ + 1000 범위 내에 있다면, 상기 마스크 프레임(110)의 X축 방향 및 Y축 방향의 변화량은 오차 범위 이내일 수 있다. 즉, 증착회수가 증가하더라도, 상기 기판(330) 상의 소망하는 위치에 증착 패턴을 형성시킬 수 있다.
이처럼, 상기 마스크 프레임(110) 상에 배치된 제 1 서포트 스틱(140) 및 제 2 서포트 스틱(150)의 두께, 폭, 길이, 소재, 인장에 따른 변화량 등과 같은 요소들을 조절하는 것에 의하여 마스크 프레임 변형지수가 -1000 ~ + 1000 범위 내에 있을 수 있다면, 상기 마스크 프레임(1110)의 X축 및 Y축 변화량을 개선할 수 있다.
표 1 및 도 4는 본 출원인의 실험에 따른 마스크 프레임의 변형 지수를 도시한 그래프이다.
Figure pat00001
표 1 및 도 4를 참조하면, 제 1 서포트 스틱(140) 및 제 2 서포트 스틱(150)의 여러 가지 변수, 예를 들어, 폭, 두께, 인장력 등을 조절하여 마스크 프레임(110)에 인장 용접시 마스크 프레임의 변형지수를 측정한 것이다.
여기서, 제 1 방향(X축 방향)으로 수치가 음인 것은 마스크 프레임(110)이 X축 방향으로 수축한 것을 의미하며, 제 2 방향(Y축 방향)으로 수치가 양인 것은 마스크 프레임(110)이 Y축 방향으로 팽창한 것을 의미한다. 또한, 상기 X축 방향 및 Y축 방향의 변화량은 45회 증착 공정을 수행한 이후에 측정한 것이다.
실시예 A, 실시예B, 실시예C, 및 실시예D를 참조하면, 마스크 프레임 변형지수는 각각 352.9, 380.5, 539.4, 606.6를 나타낸다. 상기 마스크 프레임의 변형지수가 -1000 ~ + 1000 범위 내에 있음을 알 수 있다. 이럴 경우, X축 변화량(Ax, Bx, Cx, Dx)은 각각 -1.2㎛, -2㎛, 0.3㎛, 0.0㎛이며, Y축 변화량(Ay, By, Cy, Dy)은 각각 2.5㎛, 1.3㎛, 3.5㎛, 3.2㎛로 변화됨을 알 수 있다. 상기와 같은 X축 및 Y축 변화량을 가지는 마스크 프레임(110)은 증착 공정에 사용가능하다.
반면에, 비교예E 및 비교예F를 참조하면, 마스크 프레임 변형지수는 각각 2411.1, 3109.5를 나타낸다. 상기 마스크 프레임 변형지수가 -1000 ~ + 1000 범위를 벗어났음을 알 수 있다. 이럴 경우, X축 변화량(Ex, Fx)은 각각 -4.9㎛, -6.8㎛이며, Y축 변화량(Ey, Fy)은 각각 7.5㎛, 7.2㎛로 변화됨을 알 수 있다. 상기와 같은 X축 및 Y축 변화량을 가지는 마스크 프레임(110)은 섀도우 불량을 유발하기 때문에 증착 공정에 사용할 수 없다.
이처럼, 상기 마스크 프레임 변형지수가 -1000 ~ + 1000 범위 내에 있는 실시예 A, 실시예B, 실시예C, 및 실시예D는 제 1 서포트 스틱(140) 및 제 2 서포트 스틱(150)의 열적 변화로 인한 마스크 프레임(110)의 X축 및 Y축 변화량이 증착 공정에 사용할 수 있는 오차 범위인 5 마이크로미터 이하이다.
표 2는 본 출원인의 실험에 따른 마스크 프레임 변형지수를 도시한 것이다.
Figure pat00002
표 2를 참조하면, 비교예는 제 1 서포트 스틱(140)과, 제 2 서포트 스틱(150)의 두께, 인장력 등을 조절하여 마스크 프레임 변형지수가 3110이며, 실시예는 제 1 서포트 스틱(140)과 제 2 서포트 스틱(150)의 두께, 인장력 등을 조절하여 마스크 프레임 변형지수가 861이다. 이때, 마스크 어셈블리(100)는 20℃의 온도가 상승된 이후를 측정한 것이다.
표 3은 표 2의 마스크 프레임 변형지수에 따른 마스크 프레임(110)의 X축 및 Y 축의 변화량을 도시한 것이다.
Figure pat00003
표 3을 참조하면, 비교예의 마스크 프레임(100)의 X축 및 Y축 변화량은 각각 -6.8㎛, 7.2㎛인데 반하여, 실시예의 마스크 프레임(100)의 X축 및 Y축 변화량은 각각 0.3㎛, 3.7㎛이다.
이처럼, 마스크 프레임의 변형지수가 -1000 ~ + 1000 범위 내에 있는 실시예는 비교예보다 마스크 프레임(110)의 변형은 줄어듬을 알 수 있다.
이에 따라, 증착 공정동안, 상기 제 1 서포트 스틱(140) 및 제 2 서포트 스틱(150)이 열적 변형에 의하여 상기 마스크 프레임(110)이 변화되더라도, 상기 증착용 기판(330) 상의 소망하는 영역에 증착이 가능하다.
도 5는 도 1의 마스크 프레임 어셈블리(100)를 이용하여 증착된 유기 발광 디스플레이 장치(500)의 일 서브 픽셀을 도시한 단면도이다.
여기서, 서브 픽셀들은 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT)와, 유기 발광 소자(OLED)를 가진다. 상기 박막 트랜지스터는 반드시 도 5의 구조로만 가능한 것은 아니며, 그 수와 구조는 다양하게 변형가능하다.
도면을 참조하면, 유기 발광 디스플레이 장치(500)에는 기판(511)이 마련되어 있다. 상기 기판(511)은 글래스 기판이나, 플라스틱 기판이나, 유연성을 가지는 필름 기판을 포함한다. 상기 기판(511)은 투명하거나, 반투명하거나, 불투명할 수 있다.
상기 기판(511) 상에는 배리어막(512)이 배치될 수 있다. 상기 배리어막(512)은 상기 기판(511)의 윗면을 덮을 수 있다. 상기 배리어막(512)은 무기막, 또는, 유기막으로 형성될 수 있다. 상기 배리어막(512)은 단일막, 또는, 다층막일 수 있다.
상기 배리어막(512) 상에는 박막 트랜지스터(Thin film transistor, TFT)가 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 탑 게이트(Top gate) 방식의 박막 트랜지스터를 예시하나, 바텀 게이트(Bottom gate) 방식 등 다른 구조의 박막 트랜지스터가 구비될 수 있음은 물론이다.
상기 배리어막(512) 상에는 반도체층(513)이 배치될 수 있다. 상기 반도체층(513)에는 N형, 또는, P형 불순물 이온을 도핑하는 것에 의하여 소스 영역(514)과, 드레인 영역(515)이 형성될 수 있다. 상기 소스 영역(514)과, 드레인 영역(515) 사이의 영역은 불순물이 도핑되지 않는 채널 영역(516)일 수 있다.
상기 반도체층(513)은 유기 반도체나, 무기 반도체나, 비정질 실리콘(amorphous silicon)일 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 상기 반도체층(513)은 산화물 반도체일 수 있다.
상기 반도체층(513) 상에는 게이터 절연막(517)이 증착될 수 있다. 상기 게이트 절연막(517)은 무기막으로 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(517)은 단일층, 또는, 다층막일 수 있다.
상기 게이트 절연막(517) 상에는 게이트 전극(518)이 배치될 수 있다. 사익 게이트 전극(518)은 Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Pd, Al, Mo, Cr 등의 단일막, 또는, 다층막을 포함하거나, Al:Nd, Mo:W 와 같은 합금을 포함한다.
상기 게이트 전극(518) 상에는 층간 절연막(519)이 배치될 수 있다. 상기 층간 절연막(519)은 실리콘 산화물이나, 실리콘 질화물 등과 같은 무기막으로 형성될 수 있다.
상기 층간 절연막(519) 상에는 소스 전극(520)과, 드레인 전극(521)이 배치될 수 있다. 상기 게이트 절연막(517)의 일부 및 층간 절연막(519)의 일부를 제거하여서 컨택 홀을 형성하고, 컨택 홀을 통하여 소스 영역(514)에 대하여 소스 전극(520)이 전기적으로 연결되고, 드레인 영역(515)에 대하여 드레인 전극(521)이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 소스 전극(520)과, 드레인 전극(521) 상에는 패시베이션막(522)이 형성될 수 있다. 상기 패시베이션막(522)은 무기막, 또는, 유기막으로 형성될 수 있다.
상기 패시베이션막(522) 상에는 평탄화막(523)이 형성될 수 있다. 상기 평탄화막(523)은 아크릴(acryl), 폴리이미드(polyimide), BCB(Benzocyclobutene) 등의 유기막을 포함한다. 일 실시예에 이어서, 상기 패시베이션막(522) 및 평탄화막은 단일층, 또는, 다층으로 형성할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터의 상부에는 유기 발광 소자(OLED)가 배치될 수 있다.
상기 유기 발광 소자(OLED)는 제 1 전극인 픽셀 전극(525), 제 2 전극인 대향 전극(527), 및 픽셀 전극(525)과 대향 전극(527) 사이에 개재되는 중간층(526)을 포함한다.
픽셀 전극(525)은 컨택 홀을 통하여 상기 소스 전극(520)이나 드레인 전극(521)중 어느 한 전극에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 픽셀 전극(525)은 픽셀 전극에 대응될 수 있다.
상기 픽셀 전극(525)은 애노우드로 기능하는 것으로서, 다양한 도전성 소재로 형성될 수 있다. 상기 픽셀 전극(525)은 투명 전극, 또는, 반사형 전극으로 형성될 수 있다.
상기 평탄화막(523) 상에는 상기 픽셀 전극(525)의 가장자리를 덮는 픽셀 정의막(pixel define layer, PDL, 524)이 배치될 수 있다. 상기 픽셀 정의막(524)은 상기 픽셀 전극(525)의 가장자리를 둘러싸는 것에 의하여 각 서브 픽셀의 발광 영역을 정의한다.
상기 픽셀 정의막(524)은 유기막으로 형성될 수 있다.
상기 픽셀 전극(525) 상에는 상기 픽셀 정의막(524)의 일부를 에칭하는 것에 의하여 노출된 영역에 중간층(526)이 배치될 수 있다. 상기 중간층(526)은 증착 공정에 의하여 형성시킬 수 있다.
상기 중간층(526)은 저분자 유기물이나, 고분자 유기물로 이루어질 수 있다.
상기 중간층(526)은 유기 발광층(Emissive layer, EML)을 구비할 수 있다. 선택적인 다른 예로서, 상기 중간층(526)는 유기 발광층을 구비하고, 그 외에, 정공 주입층(Hole injection layer, HIL), 정공 수송층(Hole transport layer, HTL), 전자 수송층(Electron transport layer, ETL), 전자 주입층(Electron injection layer, EIL)중 적어도 어느 하나를 더 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 이에 한정되지 않고, 상기 중간층(526)이 유기 발광층을 구비하고, 기타 다양한 기능층을 더 구비할 수 있다.
상기 중간층(526) 상에는 대향 전극(527)이 배치될 수 있다. 상기 대향 전극(527)은 커먼 전극에 대응될 수 있다. 상기 대향 전극(527)은 픽셀 전극(525)과 마찬가지로 투명 전극이나, 반사형 전극으로 형성할 수 있다.
상기 픽셀 전극(525)과, 대향 전극(527)은 중간층(526)에 의하여 서로 절연될 수 있다. 상기 픽셀 전극(525) 및 대향 전극(527)에 전압이 인가되면, 상기 중간층(526)에서 가시광이 발광하여 사용자가 인식할 수 있는 화상이 구현된다.
유기 발광 소자의 상부에는 밀봉부(540, Encapsulation)가 배치될 수 있다.
상기 밀봉부(540)는 복수의 유기막(541)(542)와, 복수의 무기막(543)(544)(545)이 교대로 적층될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 밀봉부(540)는 유기막(541)(542)이 적어도 1층이고, 무기막(543)(544)(545)이 적어도 2층의 구조를 가질 수 있다. 상기 밀봉부(540)중 외부로 노출된 최상층(545)은 유기 발광 소자에 대한 투습을 방지하기 위하여 무기막으로 형성할 수 있다.
도 6은 도 1의 마스크 프레임 어셈블리(100)를 이용하여 기판 상에 증착된 증착 패턴을 확대 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 증착원(도 5의 320)으로부터 증발된 증착 물질은 상기 마스크 시트(130)의 패턴홀들(131)을 통과하고, 이후, 기판(도 5의 330) 상의 표시 영역(DA)에 증착된다. 이에 따라, 표시 영역(DA)에는 유기 발광층의 패턴(601)이 형성될 수 있다. 상기 표시 영역(DA)에 증착된 패턴(601)은 구동시 발광할 수 있다.
상기 표시 영역(DA)의 바깥으로 연장된 비표시 영역(NDA)에는 더미 패턴(602)이 증착된다. 상기 더미 패턴(602)의 일부는 섀도우 현상 등으로 인하여 조각난 패턴(603)을 포함한다. 상기 더미 패턴(602)은 실질적으로 발광에 관여하지 않은 패턴이다.
100...마스크 프레임 어셈블리 110...마스크 프레임
120...마스크 시트 130...분리된 마스크 시트
131...패턴홀 132...제 1 패턴홀
133...제 2 패턴홀 134...리브
140...제 1 서포트 스틱 150...제 2 서포트 스틱
320...증착원 330...기판

Claims (17)

  1. 개구를 가지며, 개구를 둘러싸는 복수의 프레임을 구비한 마스크 프레임;
    상기 마스크 프레임 상에 배치되며, 복수의 증착홀들이 패턴화된 적어도 하나의 마스크 시트;
    제 1 방향으로 연장된 복수의 제 1 서포트 스틱; 및
    제 2 방향으로 연장된 복수의 제 2 서포트 스틱;을 포함하되,
    마스크 프레임 변형지수는 하기 수학식 1에 의하여 -1000 ~ +1000 범위내에 있는 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
    [수학식1]
    마스크 프레임 변형지수=Σ(제 1 서포트 스틱의 인장력/제 1 서포트 스틱의 인장률)-Σ(제 2 서포트 스틱의 인장력/제 2 서포트 스틱의 인장률)
    여기서, 인장력은 두께(T)×폭(W)×탄성계수(E)×인장률(δ/L0)이며, δ은 인장에 따른 변형량(Lf-L0)이며, L0은 스틱의 처음 길이이며, L0은 스틱의 나중 길이이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 프레임의 제 1 방향은 상기 제 1 서포트 스틱이 연장된 방향에 대응되며, 상기 마스크 프레임의 제 1 방향의 전체 변화량은 5 마이크로미터 이하인 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 프레임의 제 2 방향은 상기 제 2 서포트 스틱이 연장된 방향에 대응되며, 상기 마스크 프레임의 제 2 방향의 전체 변화량은 5 마이크로미터 이하인 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 프레임의 변형율은 상기 제 1 서포트 스틱의 변형율-상기 제 2 서포트 스틱의 변형율에 대응되는 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 프레임의 복원력은 Σ제 2 서포트 스틱의 인장력/Σ제 1 서포트 스틱의 인장력에 비례하는 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 프레임은,
    제 1 방향으로 연장되며, 제 2 방향으로 마주보는 제 1 프레임 및 제 2 프레임; 및
    제 2 방향으로 연장되며, 제 1 방향으로 마주보는 제 3 프레임 및 제 4 프레임;를 포함하며,
    상기 제 1 프레임, 제 2 프레임, 제 3 프레임, 및 제 4 프레임은 서로 연결되어 개구를 둘러싸는 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 시트는 복수의 분리된 마스크 시트들을 포함하며,
    복수의 분리된 마스크 시트들은 제 1 방향으로 분리 배치되며,
    각각의 마스크 시트는 제 2 방향으로 연장된 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각 마스크 시트에는 제 2 방향으로 증착 영역 및 더미 영역이 교대로 배치되며,
    상기 증착 영역에는 복수의 제 1 패턴홀들이 배치되며,
    상기 더미 영역에는 복수의 제 2 패턴홀들이 배치된 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 더미 영역에 의하여 분리된 각 증착 영역은 단위 디스플레이 패널의 증착 영역에 대응되는 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 서포트 스틱은 제 1 방향으로 인접하게 배치된 복수의 마스크 시트들을 가로질러 연장되며, 상기 복수의 마스크 시트들에 각각 배치된 복수의 제 2 패턴홀들을 차폐하는 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 서포트 스틱은 제 2 방향으로 마스크 시트가 연장된 방향으로 배치되며, 제 1 방향으로 인접하게 배치된 복수의 마스크 시트 사이의 경계 영역에 배치된 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 서포트 스틱과 제 2 서포트 스틱은 상기 마스크 프레임과 마스크 시트 사이에 배치된 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 서포트 스틱은 제 1 방향으로 상기 마스크 시트를 가로질러 연장되며, 상기 제 2 서포트 스틱은 제 2 방향으로 상기 마스크 시트를 가로질러 연장된 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 서포트 스틱은 상기 마스크 시트에 배치된 증착홀의 적어도 일부를 차폐하며, 상기 제 2 서포트 스틱은 상기 마스크 시트의 가장자리에 배치된 리브에 중첩된 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 서포트 스틱과 제 2 서포트 스틱은 서로 교차하는 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 서포트 스틱은 제 2 방향으로 이격되게 배치되며,
    상기 제 2 서포트 스틱은 제 1 방향으로 이격되게 배치된 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.
  17. 제 1 항에 있어서,
    제 1 방향은 마스크 시트의 폭 방향에 대응되며,
    제 2 방향은 마스크 시트의 길이 방향에 대응되는 박막 증착용 마스크 프레임 어셈블리.

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