KR20220149173A - 프레임 및 프레임 일체형 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프레임 및 프레임 일체형 마스크에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프레임은, 복수의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크용 프레임으로서, 프레임은, 중공 영역을 포함하는 테두리 프레임부; 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비하며, 테두리 프레임부에 연결되는 마스크 셀 시트부;를 포함하고, 마스크 셀 영역의 테두리에서 소정거리 이격된 마스크 셀 시트부 상에 변형 방지부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

프레임 및 프레임 일체형 마스크{FRAME AND MASK INTEGRATED FRAME}
본 발명은 프레임 및 프레임 일체형 마스크에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 마스크를 프레임과 일체를 이루도록 할 수 있고, 각 마스크 간의 얼라인(align)을 명확하게 할 수 있는 프레임 및 프레임 일체형 마스크에 관한 것이다.
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 불과한 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 문제점, 용접 과정에서 용접 부분에 발생하는 주름, 번짐(burr) 등에 의해 마스크 셀의 정렬이 엇갈리게 되는 문제점 등이 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, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 프레임 및 프레임 일체형 마스크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 프레임에 마스크를 부착하는 과정에서 용접점에서 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있는 프레임 및 프레임 일체형 마스크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기의 목적은, 복수의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크용 프레임으로서, 프레임은, 중공 영역을 포함하는 테두리 프레임부; 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비하며, 테두리 프레임부에 연결되는 마스크 셀 시트부;를 포함하고, 마스크 셀 영역의 테두리에서 소정거리 이격된 마스크 셀 시트부 상에 변형 방지부가 형성되는, 프레임에 의해 달성된다.
복수의 변형 방지부가 마스크 셀 영역의 테두리 형성 방향을 따라 상호 이격되거나 연속적으로 형성될 수 있다.
변형 방지부는 마스크 셀 시트부의 두께보다 적은 깊이로 형성될 수 있다.
변형 방지부는 링, 원, 사각틀 형상 중 어느 하나일 수 있다.
변형 방지부는 마스크의 용접 대상 영역인 용접부를 둘러쌀 수 있다.
적어도 한 쌍의 변형 방지부의 사이에 흡착공이 형성되고, 흡착공은 마스크 셀 시트부의 두께 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
변형 방지부의 내측 영역에 흡착공이 형성되고, 흡착공은 마스크 셀 시트부의 두께 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 복수의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크로서, 프레임은, 중공 영역을 포함하는 테두리 프레임부; 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비하며, 테두리 프레임부에 연결되는 마스크 셀 시트부;를 포함하고, 마스크 셀 영역의 테두리에서 소정거리 이격된 마스크 셀 시트부 상에 변형 방지부가 형성되며, 하나의 마스크 셀이 형성된 마스크는 각각의 마스크 셀 영역 상에 대응되어 마스크 셀 시트부에 부착되는, 프레임 일체형 마스크에 의해 달성된다.
복수의 변형 방지부가 마스크 셀 영역의 테두리 형성 방향을 따라 상호 이격되거나 연속적으로 형성될 수 있다.
변형 방지부는 마스크 셀 시트부의 두께보다 적은 깊이로 형성될 수 있다.
변형 방지부는 링, 원, 사각틀 형상 중 어느 하나일 수 있다.
변형 방지부는 마스크와 마스크 셀 시트부가 레이저 용접되어 생성된 용접 비드를 둘러쌀 수 있다.
적어도 한 쌍의 변형 방지부의 사이에 흡착공이 형성되고, 흡착공은 마스크 셀 시트부의 두께 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
변형 방지부의 내측 영역에 흡착공이 형성되고, 흡착공은 마스크 셀 시트부의 두께 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
마스크는, 복수의 마스크 패턴이 형성된 마스크 셀; 및 마스크 셀 주변의 더미;를 포함하고, 더미의 적어도 일부가 마스크 셀 시트부의 변형 방지부에 부착될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마스크를 변형없이 안정적으로 지지 및 이동이 가능하고, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 프레임에 마스크를 부착하는 과정에서 용접점에서 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 마스크를 프레임에 부착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도 및 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타내는 정면도 및 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 5는 마스크를 마스크 셀 시트부에 용접 부착할 때의 문제점을 나타내는 개략 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 변형 방지부 및 흡착공이 형성된 프레임을 나타내는 부분 개략도이다.
도 7은 도 6의 프레임의 마스크 셀 영역에 대응되도록 마스크를 부착한 상태를 나타내는 부분 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 도 6 (b)의 E-E' 단면을 나타내는 개략 측단면도, (b) 마스크를 용접 부착한 상태를 나타내는 개략 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 변형 방지부 및 흡착공이 형성된 프레임을 나타내는 부분 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착공을 통해 마스크에 흡착력을 인가하는 상태를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 이용한 OLED 화소 증착 장치를 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 1은 종래의 마스크(10)를 프레임(20)에 부착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
종래의 마스크(10)는 스틱형(Stick-Type) 또는 판형(Plate-Type)이며, 도 1의 스틱형 마스크(10)는 스틱의 양측을 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용할 수 있다. 마스크(10)의 바디(Body)[또는, 마스크 막(11)]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.
도 1의 (a)를 참조하면, 스틱 마스크(10)의 장축 방향으로 인장력(F)을 가하여 편 상태로 사각틀 형태의 프레임(20) 상에 스틱 마스크(10)를 로딩한다. 스틱 마스크(10)의 셀(C1~C6)들은 프레임(20)의 틀 내부 빈 영역 부분에 위치하게 된다.
도 1의 (b)를 참조하면, 스틱 마스크(10)의 각 측에 가하는 인장력(F)을 미세하게 조절하면서 정렬을 시킨 후, 스틱 마스크(10) 측면의 일부를 용접(W)함에 따라 스틱 마스크(10)와 프레임(20)을 상호 연결한다. 도 1의 (c)는 상호 연결된 스틱 마스크(10)와 프레임의 측단면을 나타낸다.
스틱 마스크(10)의 각 측에 가하는 인장력(F)을 미세하게 조절함에도 불구하고, 마스크 셀(C1~C6)들의 상호간에 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 나타난다. 가령, 셀(C1~C6)들의 패턴 간에 거리가 상호 다르게 되거나, 패턴(P)들이 비뚤어지는 것이 그 예이다. 스틱 마스크(10)는 복수의 셀(C1~C6)을 포함하는 대면적이고, 수십 ㎛ 수준의 매우 얇은 두께를 가지기 때문에, 하중에 의해 쉽게 쳐지거나 뒤틀어지게 된다. 또한, 각 셀(C1~C6)들을 모두 평평하게 하도록 인장력(F)을 조절하면서, 각 셀(C1~C6)들간의 정렬 상태를 현미경을 통해 실시간으로 확인하는 것은 매우 어려운 작업이다. 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.
OLED 화소 형성을 위한 대상 기판의 크기가 증가하면서, 스틱 마스크(10)의 크기가 증가하며, 고해상도를 구현하기 위해 스틱 마스크(10)의 두께도 얇아지면서 스틱 마스크(10)를 인장하여 용접하기가 점점 어려워지고 있다. 이에 더하여, 복수의 스틱 마스크(10)들을 프레임(20) 하나에 각각 연결하면서, 복수의 스틱 마스크(10)들간에, 그리고 스틱 마스크(10)의 복수의 셀(C~C6)들간에 정렬 상태를 명확히 하는 것도 매우 어려운 작업이고, 정렬에 따른 공정 시간이 증가할 수밖에 없게 되어 생산성을 감축시키는 중대한 이유가 된다.
한편, 스틱 마스크(10)를 프레임(20)에 연결 고정시킨 후에는, 스틱 마스크(10)에 가해졌던 인장력(F)이 프레임(20)에 역으로 장력(tension)을 작용할 수 있다. 이러한 장력이 프레임(20)을 미세하게 변형시킬 수 있고, 복수의 셀(C1~C6)들간에 정렬 상태가 틀어지는 문제가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명은 마스크(100)가 프레임(200)과 일체형 구조를 이룰 수 있게 하는 프레임(200) 및 프레임 일체형 마스크를 제안한다. 프레임(200)에 일체로 형성되는 마스크(100)는 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형이 방지되고, 프레임(200)에 명확히 정렬될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도[도 2의 (a)] 및 측단면도[도 2의 (b)]이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임(200)을 나타내는 정면도[도 3의 (a)] 및 측단면도[도 3의 (b)]이다.
본 명세서에서는 아래에서 프레임 일체형 마스크의 구성을 간단히 설명하나, 프레임 일체형 마스크의 구조, 제조 과정은 한국특허출원 제2018-0016186호의 내용이 전체로서 산입된 것으로 이해될 수 있다.
도 2 및 3을 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 부착한 형태이다. 이하에서는, 설명의 편의상 사각 형태의 마스크(100)를 예로 들어 설명하나, 마스크(100)들은 프레임(200)에 부착되기 전에는 양측에 클램핑되는 돌출부를 구비한 스틱 마스크 형태일 수 있으며, 프레임(200)에 부착된 후에 돌출부가 제거될 수 있다.
각각의 마스크(100)에는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성되며, 하나의 마스크(100)에는 하나의 셀(C)이 형성될 수 있다. 하나의 마스크 셀(C)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응할 수 있다.
마스크(100)는 인바(invar), 슈퍼 인바(super invar), 니켈(Ni), 니켈-코발트(Ni-Co) 등의 재질일 수도 있다. 마스크(100)는 압연(rolling) 공정 또는 전주 도금(electroforming)으로 생성한 금 시트(sheet)를 사용할 수 있다.
프레임(200)은 복수의 마스크(100)를 부착시킬 수 있도록 형성된다. 프레임(200)은 열변형을 고려하여 마스크와 동일한 열팽창계수를 가지는 인바, 슈퍼 인바, 니켈, 니켈-코발트 등의 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 프레임(200)은 대략 사각 형상, 사각틀 형상의 테두리 프레임부(210)를 포함할 수 있다. 테두리 프레임부(210)의 내부는 중공 형태일 수 있다.
이에 더하여, 프레임(200)은 복수의 마스크 셀 영역(CR)을 구비하며, 테두리 프레임부(210)에 연결되는 마스크 셀 시트부(220)를 포함할 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)는 테두리 시트부(221) 및 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)로 구성될 수 있다. 테두리 시트부(221) 및 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)는 동일한 시트에서 구획된 각 부분을 지칭하며, 이들은 상호간에 일체로 형성된다.
테두리 프레임부(210)의 두께는 마스크 셀 시트부(220)의 두께보다 두꺼운 수mm 내지 수cm의 두께로 형성될 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)는 테두리 프레임부(210)의 두께보다는 얇지만, 마스크(100)보다는 두꺼운 약 0.1mm 내지 1mm 정도로 두께일 수 있다. 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)의 폭은 약 1~5mm 정도로 형성될 수 있다.
평면의 시트에서 테두리 시트부(221), 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)가 점유하는 영역을 제외하여, 복수의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)이 제공될 수 있다.
프레임(200)은 복수의 마스크 셀 영역(CR)을 구비하고, 각각의 마스크(100)는 각각 하나의 마스크 셀(C)이 마스크 셀 영역(CR)에 대응되도록 부착될 수 있다. 마스크 셀(C)은 프레임(200)의 마스크 셀 영역(CR)에 대응하고, 더미의 일부 또는 전부가 프레임(200)[마스크 셀 시트부(220)]에 부착될 수 있다. 이에 따라, 마스크(100)와 프레임(200)이 일체형 구조를 이룰 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 나타내는 개략도이다.
마스크(100)는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크 셀(C) 및 마스크 셀(C) 주변의 더미(DM)를 포함할 수 있다. 압연 공정, 전주 도금 등으로 생성한 금속 시트로 마스크(100)를 제조할 수 있고, 마스크(100)에는 하나의 셀(C)이 형성될 수 있다. 더미(DM)는 셀(C)을 제외한 마스크 막(110)[마스크 금속막(110)] 부분에 대응하고, 마스크 막(110)만을 포함하거나, 마스크 패턴(P)과 유사한 형태의 소정의 더미 패턴이 형성된 마스크 막(110)을 포함할 수 있다. 더미(DM)는 마스크(100)의 테두리에 대응하여 더미(DM)의 일부 또는 전부가 프레임(200)[마스크 셀 시트부(220)]에 부착될 수 있다.
마스크 패턴(P)의 폭은 40㎛보다 작게 형성될 수 있고, 마스크(100)의 두께는 약 5~20㎛로 형성될 수 있다. 프레임(200)이 복수의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)을 구비하므로, 각각의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)에 대응하는 마스크 셀(C: C11~C56)을 가지는 마스크(100)도 복수개 구비할 수 있다.
도 5는 마스크(100)를 마스크 셀 시트부(220')에 용접 부착할 때의 문제점을 나타내는 개략 측단면도이다.
도 5를 참조하면, 마스크(100)를 마스크 셀 시트부(220')에 대응시킨 후, 마스크(100)의 용접 대상 영역인 용접부(WP)에 레이저를 조사하여 마스크(100)를 마스크 셀 시트부(220')에 부착할 수 있다. 용접부(WP)에 레이저를 조사하면 용접 비드(WB')가 생성되며 마스크(100)와 마스크 셀 시트부(220')가 일체로 연결될 수 있다.
하지만, 마스크(100)와 마스크 셀 시트부(220')가 일부 녹으면서 용접 비드(WB')가 생성되고, 레이저의 고에너지가 전달되므로, 용접 비드(WB') 주변으로는 열응력이 집중되어 변형이 발생할 수 있다. 도 5의 확대 부분을 참조하면, 용접 비드(WB')가 생성되면서 용접 비드(WB') 주변의 마스크 셀 시트부(220')가 열응력에 의해 당겨지게 되어 변형(TF)이 발생할 수 있다. 수㎛보다도 적은 변형(TF)은 마스크 패턴(P)들의 얼라인에 악영향을 미칠 수 있고, 초고화질의 OLED 화소 형성에서는 사소한 위 변형이 제품의 실패를 유발할 수도 있다.
또한, 용접 비드(WB')가 생성되면서 용접 비드(WB') 주변의 마스크 셀 시트부(220')가 열응력에 의해 당겨 뭉쳐질 수 있으므로, 마스크(100)의 윗면의 높이보다 용접 비드(WB')의 상부가 돌출(PT)되는 경우가 발생할 수 있다. 도 11에서 나타나는 OLED 화소 형성 과정에서, 용접 비드(WB')가 돌출(PT)된 높이만큼 대상기판(900)과 마스크(100)가 밀착되지 않고 뜬 공간이 생기면 새도우 효과에 의한 정밀한 화소 증착이 어려워질 수 있다.
따라서, 본 발명은 마스크(100)가 마스크 셀 시트부(220)에 부착될때 변형(TF)이 발생되는 것을 방지하도록, 복수의 변형 방지부(230)를 구비한 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]를 제안한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 변형 방지부(230) 및 흡착공(240)이 형성된 프레임(200: 210, 220)을 나타내는 부분 개략도이다. 도 6 (b)는 도 6 (a)의 D 부분을 확대한 것이다. 도 7은 도 6의 프레임(200)의 마스크 셀 영역(CR)에 대응되도록 마스크(100)를 부착한 상태를 나타내는 부분 개략도이다. 도 7 (b)는 도 7 (a)의 H 부분을 확대한 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 프레임(200), 구체적으로 마스크 셀 시트부(220) 상에는 복수의 변형 방지부(230)가 형성될 수 있다. 변형 방지부(230)는 마스크 셀 시트부(220) 내의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56) 주변에 형성될 수 있다. 다시 말해, 마스크 셀 영역(CR)의 테두리에서 소정거리 이격된 마스크 셀 시트부(220) 상에 변형 방지부(230)가 형성될 수 있다.
복수의 변형 방지부(230)는 마스크 셀 영역(CR)의 테두리 형성 방향을 따라 상호 이격되게 형성될 수 있다. 변형 방지부(230)는 용접 대상 영역인 마스크(100)의 용접부(WP) 크기를 고려하여 용접부(WP)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 도 6에서는 링 형상의 변형 방지부(230)가 형성된 것이 예시되어 있으나, 변형 방지부(230)는 반드시 링, 원형이 아니고 열응력을 분산시킬 수 있는 형태라면 그 제한은 없다. 다만, 용접부(WP) 및 용접 비드(WB)가 대략 원형으로 형성되므로, 이를 둘러싸서 균일하게 열응력을 분산시킬 수 있도록 링, 원형인 것이 바람직하게 고려된다. 동심(同心)이고 직경이 상이한 링, 원형이 복수 배치된 형태도 사용될 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)의 그리드 시트부(223, 225)의 폭이 약 수mm 정도인 점을 고려하면, 변형 방지부(230)의 폭은 수백 100㎛~1mm 정도의 크기로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 도 6 (b)의 E-E' 단면을 나타내는 개략 측단면도, (b) 마스크를 용접 부착한 상태를 나타내는 개략 측단면도이다.
도 8 (a)를 참조하면, 변형 방지부(230)는 마스크 셀 시트부(220)의 두께보다 적은 깊이로 형성될 수 있다. 다시 말해, 마스크 셀 시트부(220)를 관통하지 않도록 홈, 트렌치 등의 형태로 형성될 수 있다. 변형 방지부(230)는 공지의 하프 에칭(half etching) 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
도 8 (b)를 참조하면, 마스크(100)를 마스크 셀 시트부(220)에 대응시킨 후, 마스크(100)의 용접 대상 영역인 용접부(WP)에 레이저를 조사하여 마스크(100)를 마스크 셀 시트부(220)에 부착할 수 있다. 용접부(WP)에 레이저를 조사하면 용접 비드(WB)가 생성되며 마스크(100)와 마스크 셀 시트부(220)가 일체로 연결될 수 있다.
이때, 용접 비드(WB)가 생성되는 과정에서 주변의 열응력이 집중되지 않을 수 있다. 변형 방지부(230)가 용접 비드(WB) 주변에서 소정의 깊이로 형성되어 있으므로, 마스크 셀 시트부(220)가 용접 비드(WB)로 몰리는 것을 방지할 수 있게 된다. 도 5와 같이 용접 비드(WB') 주변의 마스크 셀 시트부(220')가 열응력에 의해 당겨지게 되어 변형(TF)이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 용접 비드(WB)가 마스크(100)와 마스크 셀 시트부(220) 사이에서 안정적으로 생성되므로, 마스크(100)의 윗면의 높이보다 용접 비드(WB)의 상부가 돌출(PT)되는 문제[도 5 참조]도 방지될 수 있다. 결국, 도 11에서 나타나는 OLED 화소 형성 과정에서, 대상기판(900)과 마스크(100)가 밀착되고 빈 공간이 생기지 않기 때문에, 새도우 효과에 의한 화소의 불완전한 증착 문제가 해결될 수 있는 효과가 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 변형 방지부(230) 및 흡착공(240)이 형성된 프레임(200: 210, 220)을 나타내는 부분 개략도이다. 도 9 (b)는 도 9 (a)의 D' 부분을 확대한 것이다.
다른 실시예의 변형 방지부(230)는 마스크 셀 영역(CR)의 테두리 형성 방향을 따라 상호 이격되게 형성되되, 사각틀, 그물망 형상으로 형성될 수 있다. 사각틀의 크기는 용접 대상 영역인 마스크(100)의 용접부(WP) 크기를 고려하여 용접부(WP)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 사각틀 내부 공간에 마스크(100)의 용접부(WP)가 대응되어 용접이 수행될 수 있다. 도 9에서는 사각틀 형상의 변형 방지부(230)이 연속적으로 이어져 형성된 형태가 도시되나, 복수의 사각틀이 상호 간격을 이루며 배치된 형태도 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착공(240)을 통해 마스크(100)에 흡착력(VS)을 인가하는 상태를 나타내는 개략도이다.
한편, 도 6 및 도 10을 참조하면, 적어도 한 쌍의 변형 방지부(230)의 사이에 흡착공(240)이 더 형성될 수 있다. 흡착공(240)은 변형 방지부(230)와 번갈아 형성될 수도 있지만, 후술할 마스크(100)에 흡착력(VS)을 인가하는 범위 내라면 개수, 형태에 있어서 제한은 없다. 또는, 흡착공(240)은 도 6과 같은 링 형상의 변형 방지부(230)의 내측 영역에 형성될 수도 있다. 이때, 흡착공(240)은 마스크(100)가 용접될 영역인 용접부(WP)와는 중첩되지 않는 것이 바람직하다.
또는, 도 7을 참조하면, 흡착공(240)은 변형 방지부(230) 내측 영역에 형성되되, 용접부(WP)에 대응되는 변형 방지부(230)와 번갈아가면서 변형 방지부(230) 내측 영역에 형성될 수 있다. 또는, 흡착공(240)은 용접부(WP)와 동일하게 하나의 변형 방지부(230)의 내측 영역에 형성되되, 용접부(WP)와는 중첩되지 않도록 형성될 수도 있다.
흡착공(240)은 변형 방지부(230)와는 다르게, 반대측에서 흡착력(VS)을 인가해야 하므로 마스크 셀 시트부(220)의 두께 방향으로 관통되게 형성되어야 한다.
프레임(200)을 준비한 후, 마스크(100)를 부착하는 과정을 다시 살펴보면 이하와 같다.
마스크(100)는 템플릿(50)에 접착된 채로 프레임(200)에 대응될 수 있다. 본 명세서에서는 아래에서 마스크 지지 템플릿의 구성을 간단히 설명하나, 마스크 지지 템플릿의 구조, 제조 과정은 한국특허출원 제10-2018-0122020호의 내용이 전체로서 산입된 것으로 이해될 수 있다.
템플릿(50)은 마스크(100)가 일면 상에 부착되어 지지된 상태로 이동시킬 수 있는 매개체이다. 템플릿(50)의 일면은 평평한 마스크(100)를 지지하여 이동시킬 수 있도록 평평한 것이 바람직하다.
템플릿(50)은 템플릿(50)의 상부에서 조사하는 레이저(L)가 마스크(100)의 용접부(WP)에까지 도달할 수 있도록, 템플릿(50)에는 레이저 통과공(51)이 형성될 수 있다.
템플릿(50)의 일면에는 임시접착부(55)가 형성될 수 있다. 임시접착부(55)는 마스크(100)가 프레임(200)에 부착되기 전까지 마스크(100)[또는, 마스크 금속막(110)]이 임시로 템플릿(50)의 일면에 접착되어 템플릿(50) 상에 지지되도록 할 수 있다.
임시접착부(55)는 열을 가함에 따라 분리가 가능한 접착제, UV 조사에 의해 분리가 가능한 접착제를 사용할 수 있다.
일 예로, 임시접착부(55)는 액체 왁스(liquid wax)를 사용할 수 있다. 액체 왁스인 임시접착부(55)는 85℃~100℃보다 높은 온도에서는 점성이 낮아지고, 85℃보다 낮은 온도에서 점성이 커지고 고체처럼 일부 굳을 수 있어, 마스크 금속막(110')과 템플릿(50)을 고정 접착할 수 있다.
임시접착부(55)가 형성된 템플릿(50) 상에 마스크 금속막(110)을 접착할 수 있다. 또는, 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크(100)를 템플릿(50) 상에 접착할 수 있다.
마스크 금속막(110) 또는 마스크(100)를 템플릿(50) 상에 접착할 때, 마스크 금속막(110) 또는 마스크(100)의 측면 방향으로 인장력을 가한 상태로 템플릿(50)에 접착할 수 있다. 이후, 마스크 금속막(110)은 인장력이 가해진 상태로 템플릿(50) 상에 접착되어 마스크 패턴(P) 형성 공정이 더 수행될 수 있다. 이에 따라, 마스크 금속막(110) 또는 마스크(100)는 그 자체에 인장력을 보유한 상태로 템플릿(50) 상에 접착 고정될 수 있다. 이 잔존 인장력은 마스크 금속막(110) 또는 마스크(100)가 템플릿(50)과 분리되기 전까지 유지될 수 있다.
템플릿(50)에 마스크 금속막(110)[또는, 마스크(100)]을 접착한 후에 마스크 금속막(110)의 일면을 평탄화 할 수도 있다. 압연 공정으로 제조된 마스크 금속막(110)은 평탄화 공정으로 두께를 감축시킬 수 있다. 그리고, 전주 도금 공정으로 제조된 마스크 금속막(110)도 표면 특성, 두께의 제어를 위해 평탄화 공정이 수행될 수 있다. 템플릿(50)에 접착 전에, 마스크 금속막(110)의 평탄화 공정을 수행할 수도 있다. 마스크 금속막(110)은 두께가 약 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
그리고, 마스크 금속막(110)을 식각하여 마스크 패턴(P)을 형성할 수 있다. 포토리소그래피 공정 등 공지의 마스크 패턴(P) 공정을 사용할 수 있다.
한편, 마스크 금속막(110)을 식각하여 마스크 패턴(P)을 형성할 때, 식각액이 마스크 금속막(110)과 임시접착부(55)의 계면까지 진입하여 임시접착부(55)/템플릿(50)을 손상시키고, 마스크 패턴(P)의 식각 오차를 발생시키는 것을 방지할 필요가 있다. 이에 따라, 마스크 금속막(110)의 일면 상에 절연부(미도시)를 형성한 상태로 템플릿(50)의 상부면에 마스크 금속막(110)을 접착할 수 있다. 절연부는 경화성 네거티브 포토레지스트, 에폭시를 포함하는 네거티브 포토레지스트 등의 식각액에 식각되지 않는 포토레지스트 재질로 프린팅 방법 등을 사용하여 마스크 금속막(110) 상에 형성될 수 있다.
상기 절연부의 재질 특성에 의해 복수의 후속적인 식각 공정이 수행되더라도 내식각성이 강화된다. 만약에, 절연부가 없으면, 식각액이 손상된 임시접착부(55)와 마스크 금속막(110)의 계면 사이로 진입할 수 있고, 마스크 패턴(P)의 하부를 더 식각하게 됨에 따라 패턴의 크기를 과다하게 크게 형성하거나, 국부적인 부정형의 결함을 유발할 수 있다.
프레임(200)이 복수의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)을 구비하므로, 각각의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)에 대응하는 마스크 셀(C: C11~C56)을 가지는 마스크(100)도 복수개 구비할 수 있다. 또한, 복수개의 마스크(100)의 각각을 지지하는 복수의 템플릿(50)을 구비할 수 있다.
템플릿(50)은 진공 척(90)에 의해 이송될 수 있다. 진공 척(90)으로 마스크(100)가 접착된 템플릿(50) 면의 반대 면을 흡착하여 이송할 수 있다. 진공 척(90)이 템플릿(50)을 흡착하여 플립한 후, 프레임(200) 상으로 템플릿(50)을 이송하는 과정에서도, 마스크(100)의 접착 상태 및 정렬 상태에는 영향이 없게 된다.
다시, 도 10을 참조하면, 템플릿(50)을 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)] 상에 로딩하면 마스크(100)의 하부면 일부가 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)] 상부와 맞닿게 된다. 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]에 형성된 흡착공(240)의 상부는 마스크(100)의 하부면에 대응하고, 흡착공(240)의 하부에 대응되는 흡착력(흡압) 인가 수단이 흡착공(240)을 통해 흡착력(VS)[또는, 흡압(VS)]을 마스크(100)에 인가하여 흡착공(240)에 대응하는 마스크(100) 부분을 끌어당길 수 있다. 이에 따라, 마스크(100)는 프레임(200)에 더욱 밀착되고, 레이저 용접을 수행할 때 용접 비드(WB)가 더욱 안정적으로 생성될 수 있다.
흡착력(흡압) 인가 수단으로는, 흡착공(240)에 진공 흡입이 가능한 공지의 장치를 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하부 지지체(70)를 프레임(200) 하부에 더 배치할 수 있다. 하부 지지체(70)는 마스크(100)와 프레임(200)의 부착 공정이 수행되는 재치대인 스테이지부(미도시) 상면에 배치될 수 있고, 프레임(200)의 하부를 지지할 수 있다.
하부 지지체(70)의 상부에는 흡착부(75)가 형성될 수 있다. 흡착부(75)는 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]에 형성된 흡착공(240)의 위치에 대응하도록 배치되는 것이 바람직하다. 흡착부(75)는 공지의 진공 흡입이 가능한 장치를 사용할 수 있고, 외부의 흡압 발생 수단과 연결될 수 있다. 일 예로, 하부 지지체(70)의 내부에 진공 유로(76)가 형성되어 타단이 펌프 등의 외부 흡압 발생 수단(미도시)과 연결되고, 일단이 흡착부(75)와 연결될 수 있다.
하부 지지체(70)는 마스크(100)가 접촉하는 마스크 셀 영역(CR)의 반대면을 압착할 수 있다. 이와 동시에, 하부 지지체(70)와 템플릿(50)이 상호 반대되는 방향으로 마스크(100)의 테두리 및 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]를 압착하게 되므로, 마스크(100)의 정렬 상태가 흐트러지지 않고 유지될 수 있게 된다.
이에 더하여, 하부 지지체(70)의 흡착부(75)에서 흡착력(VS)[또는, 흡압(VS)]을 제공하고, 이 흡착력(VS)이 흡착공(240)을 통해 마스크(100)에 인가됨에 따라, 마스크(100)가 흡착부(75) 측(하부측)으로 당겨질 수 있다. 그러면서, 마스크(100)와 프레임(200)[또는, 마스트 셀 시트부(220)]의 계면이 긴밀히 맞닿게 될 수 있고, 레이저(L) 조사에 의해 마스크(100)와 프레임(200) 사이에서 용접 비드(WB)가 안정적으로 잘 생성될 수 있는 이점이 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 이용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 11을 참조하면, OLED 화소 증착 장치(1000)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 프레임 일체형 마스크(100, 200)[또는, FMM]이 밀착되거나 매우 근접하도록 배치될 수 있다. 마그넷(310)이 자기장을 발생시키고 자기장에 의해 대상 기판(900)에 밀착될 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 프레임 일체형 마스크(100, 200)에 형성된 패턴(P)을 통과하여 대상 기판(900)의 일측에 증착될 수 있다. 프레임 일체형 마스크(100, 200)의 패턴(P)을 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, 프레임 일체형 마스크(100, 200)의 패턴은 경사지게 형성(S)[또는, 테이퍼 형상(S)으로 형성]될 수 있다. 경사진 면을 따라서 대각선 방향으로 패턴을 통과하는 유기물 소스(600)들도 화소(700)의 형성에 기여할 수 있으므로, 화소(700)는 전체적으로 두께가 균일하게 증착될 수 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.
50: 템플릿(template)
51: 레이저 통과공
55: 임시접착부
70: 하부 지지체
75: 흡착부
100: 마스크
110: 마스크 막
200: 프레임
210: 테두리 프레임부
220: 마스크 셀 시트부
221: 테두리 시트부
223: 제1 그리드 시트부
225: 제2 그리드 시트부
230: 변형 방지부
240: 흡착공
C: 셀, 마스크 셀
CR: 마스크 셀 영역
VS: 흡착력, 흡압 인가
WB: 용접 비드
WP: 용접부

Claims (15)

  1. 복수의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크용 프레임으로서,
    프레임은,
    중공 영역을 포함하는 테두리 프레임부;
    제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비하며, 테두리 프레임부에 연결되는 마스크 셀 시트부;
    를 포함하고,
    마스크 셀 영역의 테두리에서 소정거리 이격된 마스크 셀 시트부 상에 변형 방지부가 형성되는, 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 변형 방지부가 마스크 셀 영역의 테두리 형성 방향을 따라 상호 이격되거나 연속적으로 형성되는, 프레임.
  3. 제1항에 있어서,
    변형 방지부는 마스크 셀 시트부의 두께보다 적은 깊이로 형성되는, 프레임.
  4. 제1항에 있어서,
    변형 방지부는 링, 원, 사각틀 형상 중 어느 하나인, 프레임.
  5. 제1항에 있어서,
    변형 방지부는 마스크의 용접 대상 영역인 용접부를 둘러싸는, 프레임.
  6. 제2항에 있어서,
    적어도 한 쌍의 변형 방지부의 사이에 흡착공이 형성되고, 흡착공은 마스크 셀 시트부의 두께 방향으로 관통되게 형성되는, 프레임.
  7. 제2항에 있어서,
    변형 방지부의 내측 영역에 흡착공이 형성되고, 흡착공은 마스크 셀 시트부의 두께 방향으로 관통되게 형성되는, 프레임.
  8. 복수의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크로서,
    프레임은,
    중공 영역을 포함하는 테두리 프레임부;
    제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비하며, 테두리 프레임부에 연결되는 마스크 셀 시트부;
    를 포함하고,
    마스크 셀 영역의 테두리에서 소정거리 이격된 마스크 셀 시트부 상에 변형 방지부가 형성되며,
    하나의 마스크 셀이 형성된 마스크는 각각의 마스크 셀 영역 상에 대응되어 마스크 셀 시트부에 부착되는, 프레임 일체형 마스크.
  9. 제8항에 있어서,
    복수의 변형 방지부가 마스크 셀 영역의 테두리 형성 방향을 따라 상호 이격되거나 연속적으로 형성되는, 프레임 일체형 마스크.
  10. 제8항에 있어서,
    변형 방지부는 마스크 셀 시트부의 두께보다 적은 깊이로 형성되는, 프레임 일체형 마스크.
  11. 제8항에 있어서,
    변형 방지부는 링, 원, 사각틀 형상 중 어느 하나인, 프레임 일체형 마스크.
  12. 제8항에 있어서,
    변형 방지부는 마스크와 마스크 셀 시트부가 레이저 용접되어 생성된 용접 비드를 둘러싸는, 프레임 일체형 마스크.
  13. 제9항에 있어서,
    적어도 한 쌍의 변형 방지부의 사이에 흡착공이 형성되고, 흡착공은 마스크 셀 시트부의 두께 방향으로 관통되게 형성되는, 프레임 일체형 마스크.
  14. 제9항에 있어서,
    변형 방지부의 내측 영역에 흡착공이 형성되고, 흡착공은 마스크 셀 시트부의 두께 방향으로 관통되게 형성되는, 프레임 일체형 마스크.
  15. 제8항에 있어서,
    마스크는, 복수의 마스크 패턴이 형성된 마스크 셀; 및 마스크 셀 주변의 더미;를 포함하고,
    더미의 적어도 일부가 마스크 셀 시트부의 변형 방지부에 부착되는, 프레임 일체형 마스크.
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