KR20240021530A - Metal mask for organic light emitting diode display and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
차세대 초고해상도 유기발광다이오드(OLED) 마이크로 디스플레이 구현을 위하여 3원색(R, G, B) 유기물 발광층 증착에 사용되는 핵심 부품인 미세 메탈 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, (a) 도전성 기판 위에 포토레지스트를 스핀 도포하는 단계, (b) 포토마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광하고 현상하여 패턴화된 포토레지스트를 형성하는 단계, (c) 상기 패턴화된 포토레지스트가 형성되어 있는 도전성 기판을 전기 도금하여 Fe-Ni 도금층을 형성하는 단계, (d) 상기 포토레지스트를 제거하는 단계, (e) 상기 도금층이 형성된 도전성 기판을 어닐링하는 단계, (f) 상기 도금층을 상기 도전성 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 구성을 마련하여, 초고해상도 및 고정밀도를 갖는 미세 메탈 마스크를 제조할 수 있다.This is about a fine metal mask, which is a key component used in depositing an organic light-emitting layer of three primary colors (R, G, B) to implement a next-generation ultra-high-resolution organic light-emitting diode (OLED) micro-display, and its manufacturing method. (a) Photo on a conductive substrate spin-coating a resist, (b) exposing and developing the photoresist using a photomask to form a patterned photoresist, (c) electroplating the conductive substrate on which the patterned photoresist is formed. forming a Fe-Ni plating layer by plating, (d) removing the photoresist, (e) annealing the conductive substrate on which the plating layer is formed, (f) separating the plating layer from the conductive substrate. By providing a configuration including, a fine metal mask with ultra-high resolution and high precision can be manufactured.
Description
본 발명은 미세 메탈 마스크(Fine metal mask, FMM)의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 차세대 초고해상도 유기발광다이오드(OLED) 마이크로 디스플레이 구현을 위하여 3원색(R, G, B) 유기물 발광층 증착에 사용되는 핵심 부품인 미세 메탈 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a fine metal mask (FMM), and in particular, a method used for depositing an organic light-emitting layer of three primary colors (R, G, B) to implement a next-generation ultra-high-resolution organic light-emitting diode (OLED) micro display. It is about the fine metal mask, which is a key component, and its manufacturing method.
일반적으로 사용되는 표시 장치는 구동 방법에 따라 크게 LCD(Liquid Crystal Display) 및 OLED(Organic Light Emitting Diode) 등으로 구분될 수 있다.Commonly used display devices can be largely divided into LCD (Liquid Crystal Display) and OLED (Organic Light Emitting Diode) depending on the driving method.
액정 디스플레이(LCD)는 액정(Liquid Crystal)을 이용하여 구동되는 표시 장치로 상기 액정의 하부에는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 또는 LED(Light Emitting Diode) 등을 포함하는 광원이 배치되는 구조를 가지며, 상기 광원 상에 배치되는 액정을 이용하여 광원으로부터 방출되는 빛의 양을 조절하여 구동되는 표시 장치이다.A liquid crystal display (LCD) is a display device driven using liquid crystal. It has a structure in which a light source including a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) or a light emitting diode (LED) is placed below the liquid crystal, It is a display device that is driven by controlling the amount of light emitted from the light source using liquid crystal disposed on the light source.
유기발광다이오드(OLED) 디스플레이는 백라이트(backlight)를 사용하지 않고 전계에 의해 자발광을 내는 것으로, 액정 디스플레이(LCD) 대비, 저전력, 빠른 응답속도, 넓은 시야각, 경량/초박형 및 유연/투명 디스플레이 적용 가능성 등의 장점을 가지고 있어 주목받고 있다.Organic light-emitting diode (OLED) displays do not use a backlight and emit light by an electric field. Compared to liquid crystal displays (LCDs), organic light-emitting diode (OLED) displays have low power, fast response speed, wide viewing angles, and are lightweight/ultra-thin and flexible/transparent. It is attracting attention because it has advantages such as possibility.
스마트폰, 태블릿(tablet), 노트북, AR/VR용 등의 중소형 OLED 디스플레이 제조공정에서는, 기판상에 화소를 형성하기 위하여 3원색(R, G, B) 각각의 컬러에 대응하는 유기물 발광층을 마련하기 위해 섀도 마스크(shadow mask)를 정렬해 가면서 기판 위에 진공 중에서 차례로 증착한다.In the manufacturing process of small and medium-sized OLED displays for smartphones, tablets, laptops, and AR/VR, organic light-emitting layers corresponding to each of the three primary colors (R, G, and B) are prepared to form pixels on the substrate. To do this, shadow masks are aligned and deposited one after another in a vacuum on the substrate.
유기물 발광층 증착에 사용되는 섀도 마스크로서 미세 메탈 마스크(fine metal mask, FMM)는 OLED의 해상도를 좌우하는 핵심 부품으로 사용된다. 진공 증착 중의 열팽창에 의해 화소 크기 및 위치가 달라지지 않도록, 미세 메탈 마스크는 열팽창계수가 낮은 Fe-Ni계 합금인 인바(INVAR®) 소재를 사용하며 인바 박판에 관통공 어레이를 형성하여 제작한다. 즉, 미세 메탈 마스크는 OLED 패널 제조시 유기발광물질 물질들을 증착하는 공정에 사용되며, OLED 패널 기판(substrate)에서 원하는 부위에만 색을 구현하는 물질인 R(Red), G(Green), B(Blue)를 각각 도포하게 하는 제품으로써, 니켈과 철의 합금인 인바 박판에 복수의 관통공들을 형성하여 제조된 제품이다.As a shadow mask used to deposit organic light-emitting layers, a fine metal mask (FMM) is used as a key component that determines the resolution of OLED. To prevent the pixel size and position from changing due to thermal expansion during vacuum deposition, the fine metal mask uses INVAR® material, a Fe-Ni alloy with a low thermal expansion coefficient, and is manufactured by forming an array of through holes in the Invar thin plate. In other words, the fine metal mask is used in the process of depositing organic light-emitting materials when manufacturing OLED panels, and is made of R (Red), G (Green), and B (materials that realize colors only in desired areas on the OLED panel substrate). Blue) is applied individually, and is manufactured by forming a plurality of through holes in a thin Invar plate, which is an alloy of nickel and iron.
이때 관통공 내부의 형상은 발광층의 진공증착 시에 섀도 효과(shadow effect)를 제거하기 위해 테이퍼 각도(taper angle)를 가져야 한다.At this time, the shape inside the through hole must have a taper angle to eliminate the shadow effect during vacuum deposition of the light emitting layer.
또한, AR, VR 등 메타버스에 사용되는 마이크로 디스플레이에서는 사용자의 몰입감을 증대하기 위해 화소수의 증가(예: 2,000 PPI 이상, PPI: Pixel Per Inch)가 필요하며, 이를 위해 인바 박판은 두께가 더욱 얇아져야 하며(예: 10㎛ 이하), 관통공의 각 홀(hole)들은 초미세, 초균일화가 필요하다.In addition, micro displays used in metaverse such as AR and VR require an increase in the number of pixels (e.g., 2,000 PPI or more, PPI: Pixel Per Inch) to increase the user's sense of immersion, and for this purpose, the thickness of the Invar thin plate is increased. It must be thin (e.g., 10㎛ or less), and each hole of the through hole must be ultrafine and ultrauniform.
이러한 기술의 일 예가 하기 특허 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.An example of this technology is disclosed in Patent Documents 1 to 3 below.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 OLED 패널 제조용 미세 메탈 마스크를 제조하기 위한 금속층과 상기 금속층의 상부와 하부에 각각 포토레지스트를 형성하는 단계 및 상기 금속층의 상부와 하부에 포토레지스트가 도포된 상기 금속층을 에칭액에 담지하고, OLED 패널 제조용 미세 메탈 마스크의 복수의 홀(hole)들을 형성하도록 상기 금속층에 (+) 영구 대전체 또는 (-) 영구 대전체를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도에 의해 상기 금속층에 분극을 발생하게 하고 1번 습식 에칭을 실시하는 단계를 포함하고, 상기 금속층은 니켈과 철의 합금인 인바(Invar) 금속을 사용하는 원 스텝 습식 에칭기술을 이용한 OLED 패널 제조용 미세 메탈 마스크 제조 방법에 대해 개시되어 있다.For example, Patent Document 1 below discloses a metal layer for manufacturing a fine metal mask for manufacturing an OLED panel, forming a photoresist on top and a bottom of the metal layer, and the metal layer with photoresist applied on the top and bottom of the metal layer. is immersed in an etching solution, and when a (+) permanent charger or a (-) permanent charger is placed on the metal layer to form a plurality of holes of a fine metal mask for OLED panel production, the metal layer is electrostatically induced upon proximity. A method of manufacturing a fine metal mask for manufacturing an OLED panel using a one-step wet etching technology, comprising the step of generating polarization and performing wet etching once, and the metal layer uses Invar metal, an alloy of nickel and iron. It is disclosed about.
또, 하기 특허문헌 2에는 (a) 전도성 기재를 제공하는 단계, (b) 전도성 기재를 음극체(Cathode Body)로 사용하고, 전주 도금(Electroforming)으로 전도성 기재의 일면 상에 도금막을 형성하는 단계, (c) 도금막의 일면 상에 패턴화된 절연부를 형성하는 단계, (d) 도금막의 일면에서 습식 식각으로 소정 깊이만큼 제1 마스크 패턴을 형성하는 단계 및 (e) 레이저 식각 또는 건식 식각으로 제1 마스크 패턴에서부터 도금막의 타면을 관통하는 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 마스크의 제조 방법에 대해 개시되어 있다.In addition, Patent Document 2 below includes (a) providing a conductive substrate, (b) using the conductive substrate as a cathode body, and forming a plating film on one side of the conductive substrate by electroforming. , (c) forming a patterned insulating portion on one side of the plating film, (d) forming a first mask pattern to a predetermined depth on one side of the plating film by wet etching, and (e) forming the first mask pattern by laser etching or dry etching. A method of manufacturing a mask is disclosed, including the step of forming a second mask pattern that penetrates the other surface of the plating film from the first mask pattern.
한편, 하기 특허문헌 3에는 증착 패턴을 형성하기 위한 증착 영역 및 상기 증착 영역 이외의 비증착 영역을 포함하는 금속판을 포함하고, 상기 증착 영역은 길이 방향으로 이격된 다수 개의 유효부 및 상기 유효부 이외의 비유효부를 포함하고, 상기 유효부는 상기 금속재의 일면 상에 형성되는 다수 개의 소면공들, 상기 일면과 반대되는 타면 상에 형성되는 다수 개의 대면공들, 상기 소면공들 및 상기 대면공들을 각각 연통하는 다수 개의 관통 홀들 및 인접한 상기 관통 홀들 사이에 형성되는 리브 및 아일랜드부를 포함하는 증착용 마스크에 대해 개시되어 있다.Meanwhile, Patent Document 3 below includes a metal plate including a deposition region for forming a deposition pattern and a non-deposition region other than the deposition region, and the deposition region includes a plurality of effective portions spaced apart in the longitudinal direction and a plurality of effective portions other than the effective portion. It includes a non-effective portion, wherein the effective portion includes a plurality of carding holes formed on one surface of the metal material, a plurality of facing holes formed on the other surface opposite to the one surface, the carding holes and the facing holes, respectively. A deposition mask including a plurality of communicating through holes and ribs and islands formed between adjacent through holes is disclosed.
상술한 바와 같은 특허문헌 등에 개시된 기술에서는 64％의 철과 36％의 니켈로 구성된 인바(Invar) 압연 박판을 포토(Photo)와 습식 식각(Etching) 공정을 이용하여 미세 가공하는 미세 메탈 마스크 제조 방식을 적용하며, 마이크로 디스플레이용 미세 메탈 마스크 구현을 위한 두께가 매우 얇은 인바 초박판을 얻기 위해서 공정 비용이 증가한다는 문제점이 있다. 또한, 미세 홀 가공을 위하여 인바 박판 양면을 패터닝한 후 습식 식각을 하는데 습식 등방성 식각에서는 반구형의 캐비티(cavity)가 얻어지므로 홀(hole)의 크기를 정밀하게 제어하기 어렵다. In the technology disclosed in the above-mentioned patent documents, etc., a fine metal mask manufacturing method is used to fine-process Invar rolled sheet consisting of 64% iron and 36% nickel using photo and wet etching processes. However, there is a problem that the process cost increases in order to obtain a very thin Invar ultra-thin plate for implementing a fine metal mask for a micro display. In addition, for fine hole processing, wet etching is performed after patterning both sides of the Invar thin plate. In wet isotropic etching, a hemispherical cavity is obtained, making it difficult to precisely control the size of the hole.
이러한 문제점에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1은 종래의 미세 메탈 마스크 제조 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도1의 제조 과정에 의해 제조된 미세 메탈 마스크의 형상과 그 문제점을 설명하기 위한 도면이다.This problem will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional fine metal mask manufacturing process, and FIG. 2 is a diagram for explaining the shape and problems of a fine metal mask manufactured through the manufacturing process in FIG. 1.
즉, 종래의 기술에서는 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 니켈과 철의 합금인 압연 인바 박판(Rolled Invar Sheet)을 공급받아 포토레지스트(PR)를 도포하고, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 인바 박판의 양면을 포토(Photo) 공정으로 패터닝한 후, 도 1의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 양면에 대해 습식 식각(Etching) 공정을 이용하여 홀을 미세 가공한다. 이후, 포토레지스트를 제거하는 것에 의해 도 1의 (e)에 도시된 바와 같은 미세 메탈 마스크가 마련된다. 그러나 이러한 방식에서는 마이크로 디스플레이용 미세 메탈 마스크를 구현하고자 할 때, 두께가 매우 얇은 인바 초박판을 얻기 위해서 공정 비용이 증가한다는 문제점이 있다. That is, in the prior art, as shown in (a) of FIG. 1, a rolled Invar sheet, which is an alloy of nickel and iron, is supplied and photoresist (PR) is applied, and (b) of FIG. 1 As shown, both sides of the Invar thin plate are patterned using a photo process, and then, as shown in Figures 1 (c) and (d), holes are created using a wet etching process on both sides. Finely process. Afterwards, a fine metal mask as shown in (e) of FIG. 1 is prepared by removing the photoresist. However, this method has the problem that process costs increase in order to obtain ultra-thin Invar plates when trying to implement a fine metal mask for a micro display.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 미세 홀 가공을 위한 습식 식각은 등방성 식각으로 반구형의 캐비티가 얻어지므로 홀의 크기를 정밀하게 제어하기 어렵다. 즉, 인바 박판의 양면을 오버에칭(Overetching)이나 언더에칭(Underetching) 시에 도 2의 (a)의 적색 원으로 나타낸 것과 같이 홀 사이즈(Hole Size)가 변동하기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 인바 박판 양면의 습식 등방성 식각으로 캐비티 내의 둔턱(step) 부위에 홈(recess)이 형성되며, 이에 따라 도 2의 (b)와 같이 증착되는 각각의 유기물 발광층 패턴의 크기를 정확히 제어하기 어렵고 혼색이 발생하여 화질 저하를 초래하기 쉬운 문제점이 있다.In addition, as shown in FIG. 2, wet etching for fine hole processing is isotropic, and a hemispherical cavity is obtained, making it difficult to precisely control the size of the hole. That is, there is a problem that the hole size is prone to change, as shown by the red circle in Figure 2 (a), when both sides of the Invar thin plate are overetched or underetched. In addition, wet isotropic etching on both sides of the Invar thin plate forms a recess at the step area in the cavity, and as a result, it is difficult to accurately control the size of each organic light-emitting layer pattern deposited as shown in (b) of Figure 2. There is a problem that color mixing occurs, which easily causes image quality to deteriorate.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 차세대 모바일 및 메타버스향(AR/VR 등) 초고해상도 OLED 마이크로 디스플레이 구현을 위한 핵심 부품으로서 초고해상도 및 고정밀도를 갖는 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the problems described above, and as a core component for implementing ultra-high-resolution OLED micro-displays for next-generation mobile and metaverse (AR/VR, etc.), organic light-emitting diodes with ultra-high resolution and high precision are provided. The object is to provide a metal mask for a display and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 제조 비용을 절감할 수 있는 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a metal mask for an organic light-emitting diode display that can reduce manufacturing costs and a manufacturing method thereof.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 압연 박판의 양면 습식 식각에서 비롯되는 미세 메탈 마스크의 둔턱 부위의 홈을 제거함으로써 유기 발광층 증착 과정에서 유기물 발광층 패턴의 단면 형상을 정확히 제어하여 발광층의 혼색을 방지할 수 있는 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to accurately control the cross-sectional shape of the organic light-emitting layer pattern during the deposition of the organic light-emitting layer by removing the grooves in the berm area of the fine metal mask resulting from double-sided wet etching of the conventional rolled thin plate, thereby preventing color mixing of the light-emitting layer. To provide a metal mask for an organic light emitting diode display and a method for manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크의 제조 방법은 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크를 제조하는 방법으로서, (a) 도전성 기판 위에 포토레지스트(PR)를 스핀 도포하는 단계, (b) 포토마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광하고 현상하여 패턴화된 포토레지스트를 형성하는 단계, (c) 상기 패턴화된 포토레지스트가 형성되어 있는 도전성 기판을 전기 도금하여 Fe-Ni 도금층을 형성하는 단계, (d) 상기 패턴화된 포토레지스트를 제거하는 단계, (e) 상기 도금층이 형성된 도전성 기판을 어닐링하는 단계, (f) 상기 도금층을 상기 도전성 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method of manufacturing a fine metal mask according to the present invention is a method of manufacturing a metal mask for an organic light-emitting diode display, which includes the steps of (a) spin-coating photoresist (PR) on a conductive substrate, (b) forming a patterned photoresist by exposing and developing the photoresist using a photomask; (c) forming a Fe-Ni plating layer by electroplating the conductive substrate on which the patterned photoresist is formed; , (d) removing the patterned photoresist, (e) annealing the conductive substrate on which the plating layer is formed, and (f) separating the plating layer from the conductive substrate.
또 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크의 제조 방법에서, 상기 단계 (b)에서의 포토마스크는 영역별로 전자 도즈를 다르게 하거나 광 투과를 차단하는 도트(dot)의 수를 다르게 하여 광 투과율이 조정된 그레이스케일 포토마스크인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a fine metal mask according to the present invention, the photomask in step (b) is a gray color whose light transmittance is adjusted by varying the electron dose for each region or varying the number of dots that block light transmission. It is characterized as a scale photomask.
또 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크의 제조 방법에서, 상기 단계(a)에서 도전성 기판은 고농도로 불순물 도핑된 단결정 실리콘(Si) 기판, 인듐 주석 산화물(ITO)의 도전성 산화물 또는 금속이 코팅된 글라스 기판인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a fine metal mask according to the present invention, the conductive substrate in step (a) is a single crystal silicon (Si) substrate doped with impurities at a high concentration, a conductive oxide of indium tin oxide (ITO), or a glass substrate coated with metal. It is characterized by being.
또 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크의 제조 방법에서, 상기 단계 (a)에서 스핀 도포된 포토레지스트의 두께는 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a fine metal mask according to the present invention, the thickness of the photoresist spin-coated in step (a) is 10 μm or less.
또 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크의 제조 방법에서, 상기 단계 (b)에서 패턴화된 포토레지스트에 대해 150~250℃의 온도에서 5~30분간 큐어링(curing)하여 부분적인 리플로우(reflow)를 실행하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a fine metal mask according to the present invention, the photoresist patterned in step (b) is cured at a temperature of 150 to 250 ° C. for 5 to 30 minutes to cause partial reflow. It is characterized by executing.
또 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크의 제조 방법에서, 상기 단계 (c)에서 Fe-Ni 도금층의 조성은 Fe 62~66wt%, Ni 34~38wt%인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for manufacturing a fine metal mask according to the present invention, the composition of the Fe-Ni plating layer in step (c) is characterized by 62 to 66 wt% of Fe and 34 to 38 wt% of Ni.
또 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크의 제조 방법에서, 상기 단계 (c)에서 도금층의 두께는 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for manufacturing a fine metal mask according to the present invention, the thickness of the plating layer in step (c) is 10 μm or less.
또 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크의 제조 방법에서, 상기 단계 (e)에서의 어닐링은 온도 300~900℃, 진공 중 또는 비활성 가스 또는 수소 가스 분위기 중에서 실시하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for manufacturing a fine metal mask according to the present invention, the annealing in step (e) is performed at a temperature of 300 to 900 ° C. in vacuum or in an inert gas or hydrogen gas atmosphere.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크는 상술한 미세 메탈 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the fine metal mask according to the present invention is characterized by being manufactured by the above-described fine metal mask manufacturing method.
또한, 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크의 제조 방법은 상기 미세 메탈 마스크를 마스터 몰드로 사용하여, 도전성 기판 위에 고분자 수지를 도포하고, 나노임프린트로 상기 고분자 수지층에 패턴을 전사하고, 이를 Fe-Ni 전주도금하여 미세 메탈 마스크를 제조하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a fine metal mask according to the present invention uses the fine metal mask as a master mold, applies a polymer resin on a conductive substrate, transfers the pattern to the polymer resin layer with a nanoimprint, and transfers the pattern to the Fe-Ni layer. It is characterized by manufacturing a fine metal mask through electroplating.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크 및 그 제조 방법에 의하면, 미세 메탈 마스크를 전주도금으로 마련하므로, 초고해상도 OLED 마이크로 디스플레이 구현을 위하여 초고해상도 및 고정밀도를 갖는 미세 메탈 마스크를 제조할 수 있고 제조 비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, according to the metal mask for an organic light emitting diode display and its manufacturing method according to the present invention, a fine metal mask is prepared by electroplating, so a fine metal with ultra-high resolution and high precision is used to implement an ultra-high-resolution OLED micro display. The effect of being able to manufacture masks and reduce manufacturing costs is achieved.
또 본 발명에 따른 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크 및 그 제조 방법에 의하면, 종래 압연 박판의 양면 습식 식각에서 비롯되는 미세 메탈 마스크의 둔턱(step) 부위의 홈을 제거함으로써 유기 발광층 증착 과정에서 유기물 발광층 패턴의 단면 형상을 정확히 제어 가능하여 인접 화소끼리 혼색을 방지할 수 있다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the metal mask for an organic light-emitting diode display and its manufacturing method according to the present invention, the grooves in the step area of the fine metal mask resulting from wet etching on both sides of the conventional rolled thin plate are removed, thereby forming the organic light-emitting layer during the organic light-emitting layer deposition process. The cross-sectional shape of the pattern can be accurately controlled, thereby preventing color mixing between adjacent pixels.
또 본 발명에 따른 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크 및 그 제조 방법에 의하면, Fe-Ni 전주도금 시에 도금층은 도전성 기판에 직각 방향으로만 성장하므로 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 등과 같은 평탄화 공정을 추가하지 않아도 두께 균일도 및 표면 평활도가 우수하다는 효과가 얻어진다.In addition, according to the metal mask for an organic light emitting diode display and its manufacturing method according to the present invention, during Fe-Ni electroplating, the plating layer grows only in the direction perpendicular to the conductive substrate, so planarization such as chemical mechanical planarization (CMP) is required. The effect of excellent thickness uniformity and surface smoothness is obtained without additional processes.
또한, 본 발명에 따른 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크 및 그 제조 방법에 의하면, 캐비티(cavity) 내의 테이퍼 각도(taper angle)를 저비용으로 구현 가능하고 둔턱(step) 형상을 정확히 제어 가능하여 인접 화소끼리 혼색을 방지할 수 있다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the metal mask for an organic light emitting diode display and its manufacturing method according to the present invention, the taper angle within the cavity can be realized at low cost and the step shape can be accurately controlled, so that adjacent pixels can be separated from each other. The effect of preventing color mixing is also achieved.
도 1은 종래의 미세 메탈 마스크 제조 과정을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 미세 메탈 마스크의 형상과 그 문제점을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크의 제조 과정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 3에 대응하는 제조 공정도,
도 5는 본 발명에 적용되는 그레이스케일 포토마스크 패턴의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 적용되는 그레이스케일 포토마스크의 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 도 6에 도시된 그레이스케일 포토마스크를 사용하여 제조된 미세 메탈 마스크에 의해 형성된 R, G, B 발광층 화소를 나타낸 도면.1 is a diagram for explaining a conventional fine metal mask manufacturing process;
Figure 2 is a diagram for explaining the shape and problems of the fine metal mask shown in Figure 1;
Figure 3 is a diagram for explaining the manufacturing process of a metal mask for an organic light-emitting diode display according to the present invention;
Figure 4 is a manufacturing process diagram corresponding to Figure 3;
5 is a diagram showing an example of a grayscale photomask pattern applied to the present invention;
6 is a diagram showing an example of a grayscale photomask applied to the present invention;
FIG. 7 is a diagram showing R, G, and B light-emitting layer pixels formed by a fine metal mask manufactured using the grayscale photomask shown in FIG. 6.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and new features of the present invention will become more clear by the description of this specification and the accompanying drawings.
한편, 본원의 실시 예의 설명에서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. Meanwhile, in the description of the embodiments of the present application, each layer (film), region, pattern or structure is “on” or “below/below” the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. The description of being formed “under” includes being formed directly or through another layer. The standards for top/top or bottom/bottom of each floor are explained based on the drawing.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
도 3은 본 발명에 따른 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3에 대응하는 제조 공정도이다.Figure 3 is a diagram for explaining the manufacturing process of a metal mask for an organic light emitting diode display according to the present invention, and Figure 4 is a manufacturing process diagram corresponding to Figure 3.
본 발명에 따른 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유기물 발광층 증착에 사용되는 섀도 마스크로서 미세 메탈 마스크(fine metal mask, FMM)로 마련된다. As shown in FIGS. 3 and 4, the metal mask for an organic light-emitting diode display according to the present invention is a shadow mask used for depositing an organic light-emitting layer and is prepared as a fine metal mask (FMM).
먼저, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 도전성 기판을 마련하고, 이 도전성 기판상에 포토레지스트(Photoresist : PR)를 스핀 도포한다(S10). First, as shown in (a) of FIG. 3, a conductive substrate is prepared, and photoresist (PR) is spin-coated on the conductive substrate (S10).
상기 도전성 기판은 고농도로 불순물 도핑된 단결정 실리콘(Si) 기판, 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 도전성 산화물 또는 금속(Au, Ag, Al 등)이 코팅된 글라스 기판으로 마련될 수 있다.The conductive substrate may be prepared as a single crystal silicon (Si) substrate doped with impurities at a high concentration, a conductive oxide such as indium tin oxide (ITO), or a glass substrate coated with a metal (Au, Ag, Al, etc.).
또, 상기 포토레지스트는 최대 10㎛의 두께로 도포할 수 있는 포토레지스트를 사용한다. 한편, 상기 단계 S10의 설명에서는 포토레지스트를 도전성 기판상에 스핀 도포로 마련되는 구조로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 감광성 필름 부착 등의 방법에 의해 마련될 수도 있다.In addition, the photoresist used is a photoresist that can be applied to a thickness of up to 10㎛. Meanwhile, in the description of step S10, the photoresist is described as a structure prepared by spin coating on a conductive substrate, but it is not limited to this and may be prepared by a method such as attaching a photosensitive film.
다음에 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 그레이스케일(Grayscale) 포토마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광하고, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 현상하여 패턴화된 포토레지스트를 형성한다(S20).Next, as shown in (b) of FIG. 3, the photoresist is exposed using a grayscale photomask, and as shown in (c) of FIG. 3, the photoresist is developed and patterned. Form (S20).
상기 단계 S20에서 사용되는 그레이스케일 포토마스크는 영역별로 전자 도즈를 다르게 하거나 광 투과를 차단하는 도트(dot)의 수를 다르게 하여 광 투과율이 조정된 그레이스케일 마스크이며, 상기 패턴화된 포토레지스트의 형상은 원형, 직사각형, 정사각형 등의 형상으로 이루어질 수 있다. The grayscale photomask used in step S20 is a grayscale mask whose light transmittance is adjusted by varying the electron dose for each region or varying the number of dots that block light transmission, and the shape of the patterned photoresist It may be formed in a shape such as a circle, rectangle, or square.
상술한 그레이스케일 포토마스크로서는 그레이 톤 마스크(Graytone Mask) 또는 바이너리 마스크(Binary Mask)를 적용할 수 있다. As the grayscale photomask described above, a graytone mask or a binary mask can be applied.
상기 그레이 톤 마스크는 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 HEBS(High-Energy Beam Sensitive) 글라스와 같은 특수 유리를 사용하여 전자빔 노광으로 영역마다 전자 도즈(electron dose)를 다르게 하여 광 투과율(optical transmittance)을 조정하여 제작할 수 있으며, 바이너리 마스크는 보통의 포토마스크용 글라스에 전자빔 노광을 사용하여 투과율 0%이면 '1', 투과율 100%이면 '0'과 같이 일정 크기의 디지털 도트(digital dot)로 패턴을 나타내고, 영역마다 도트의 밀도(수)를 다르게 하여 영역에 따른 광투과율을 0 내지 1 사이에서 다르게 설정할 있다.For example, as shown in FIG. 5, the gray tone mask uses special glass such as HEBS (High-Energy Beam Sensitive) glass and varies the electron dose for each area through electron beam exposure to achieve optical transmittance (optical). It can be manufactured by adjusting the transmittance, and the binary mask uses electron beam exposure on ordinary photomask glass to create digital dots of a certain size, such as '1' if the transmittance is 0% and '0' if the transmittance is 100%. A pattern is indicated, and the density (number) of dots is varied for each area, so that the light transmittance for each area can be set to vary between 0 and 1.
도 5는 본 발명에 적용되는 그레이 톤 스케일 포토마스크의 일 예를 나타내는 도면으로서, 각각의 영역은 표 1과 같이 마련될 수 있다.Figure 5 is a diagram showing an example of a gray tone scale photomask applied to the present invention, and each area may be prepared as shown in Table 1.
즉, 그레이스케일 포토마스크는 형성하고자 하는 포토레지스트(PR) 패턴의 두께에 대응하여, 현상 후에 포토레지스트가 그대로 남아 있는 경우를 '1', 포토레지스트가 완전히 제거된 경우를 '0'으로 할 때, '0'과 '1' 사이에서 영역에 따라 빛의 투과도를 다르게 설정할 수 있다. 도 5와 표 1의 경우는 포지티브형 포토레지스트를 사용한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 네거티브형 포토레지스트를 사용하는 경우라면 포토마스크의 영역에 따른 명암 및 광 투과율이 반전되도록 마련될 수 있다. In other words, the grayscale photomask corresponds to the thickness of the photoresist (PR) pattern to be formed, with '1' when the photoresist remains after development and '0' when the photoresist is completely removed. , the light transmittance can be set differently depending on the area between '0' and '1'. In the case of FIG. 5 and Table 1, the case of using a positive type photoresist is explained as an example, but in the case of using a negative type photoresist, the contrast and light transmittance according to the area of the photomask can be reversed.
도 6은 본 발명에 적용되는 그레이스케일 포토마스크의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 6의 (a)는 3원색(R, G, B)에서 그린(Green) 화소 증착용 미세 메탈 마스크를 제작하기 위한 포토마스크를 나타내고, 도 6의 (b)는 3원색(R, G, B)에서 블루(Blue) 화소 증착용 미세 메탈 마스크를 제작하기 위한 포토마스크를 나타내고, 도 6의 (c)는 3원색(R, G, B)에서 레드(Red) 화소 증착용 미세 메탈 마스크를 제작하기 위한 포토마스크를 각각 나타낸다. 도 7은 도 6에 도시된 그레이스케일 포토마스크를 사용하여 제작된 각각의 미세 메탈 마스크에 의해 형성된 R, G, B 발광층 화소를 나타낸다. FIG. 6 is a diagram showing an example of a grayscale photomask applied to the present invention, and FIG. 6(a) shows a method for manufacturing a fine metal mask for green pixel deposition in three primary colors (R, G, B). Figure 6 (b) shows a photomask for manufacturing a fine metal mask for blue pixel deposition in three primary colors (R, G, B), and Figure 6 (c) shows 3 Each photomask for producing a fine metal mask for red pixel deposition in primary colors (R, G, B) is shown. FIG. 7 shows R, G, and B light emitting layer pixels formed by each fine metal mask manufactured using the grayscale photomask shown in FIG. 6.
한편, 상기 단계 S20에서의 포토레지스트(PR)를 현상한 후, 형성된 포토레지스트 패턴에 대해 큐어링(curing)하여 부분적인 리플로우(reflow)를 실행할 수도 있다. 이와 같은 부분 리플로우 공정은 예를 들어 150~250℃에서 5~30분간 실행될 수 있다. 즉, 그레이스케일 포토 공정 후에 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트에 여러 개의 미세한 계단 형상이 나타나게 되는데, 가열을 통해서 계단 모서리부가 부분적으로 유동을 일으켜 계단 형상을 부드러운 곡선 형상으로 바꾸어 줌으로써 도금층의 박리를 용이하게 할 수 있다.Meanwhile, after developing the photoresist (PR) in step S20, partial reflow may be performed by curing the formed photoresist pattern. This partial reflow process can be performed, for example, at 150 to 250°C for 5 to 30 minutes. That is, after the grayscale photo process, as shown in (c) of FIG. 3, several fine step shapes appear in the photoresist. Through heating, the edge of the step partially flows, changing the step shape into a smooth curved shape. By doing so, peeling of the plating layer can be facilitated.
상기 S20 단계에 계속해서 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 패턴화된 포토레지스트가 형성되어 있는 도전성 기판 위에 전주도금(electroforming)하여 Fe-Ni 도금층을 형성한다(S30). 즉 상기 단계 S20에서의 현상 후에 얻어진 포토레지스트 몰드가 형성된 도전성 기판을 도금조 내에 장입하고 Fe-36wt% Ni 합금이 얻어지도록 전주도금한다. 상기 단계 S30에서의 도금층의 두께는 단계 S20에서 형성된 포토레지스트 패턴의 최대 높이 이하가 되도록 한다. 즉, 상기 단계 S30에서의 도금층은 10㎛ 이하로 마련된다. Continuing from step S20, as shown in (d) of FIG. 3, electroforming is performed on the conductive substrate on which the patterned photoresist is formed to form an Fe-Ni plating layer (S30). That is, the conductive substrate on which the photoresist mold obtained after development in step S20 is formed is charged into a plating bath and electroplated to obtain Fe-36wt% Ni alloy. The thickness of the plating layer in step S30 is set to be less than or equal to the maximum height of the photoresist pattern formed in step S20. That is, the plating layer in step S30 is prepared to be 10 μm or less.
한편, 상기 도금조 내에는 철(Fe) 이온과 니켈(Ni) 이온 및 각종 첨가제를 포함하는 전해액이 구비되며, 상기 전해액에는 소량의 탄소(C), 규소(Si), 황(S), 인(P), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 구리(Cu), 은(Ag), 바나듐(V), 나이오븀(Nb), 인듐(In), 안티몬(Sb) 중 적어도 하나 이상의 원소를 더 포함될 수도 있다. 상기 단계 S30에서의 도금층은 철(Fe)이 약 62wt% 내지 약 66wt%, 니켈(Ni)이 약 34wt% 내지 약 38wt% 포함될 수 있다. 즉, 상기 단계 S30에서의 도금층은 열팽창계수가 0에 가까운 저열팽창 합금인 인바(INVAR®) 조성을 포함할 수 있다.Meanwhile, the plating bath is provided with an electrolyte solution containing iron (Fe) ions, nickel (Ni) ions, and various additives, and the electrolyte solution contains small amounts of carbon (C), silicon (Si), sulfur (S), and phosphorus. (P), manganese (Mn), titanium (Ti), cobalt (Co), copper (Cu), silver (Ag), vanadium (V), niobium (Nb), indium (In), antimony (Sb). At least one more element may be included. The plating layer in step S30 may contain about 62 wt% to about 66 wt% of iron (Fe) and about 34 wt% to about 38 wt% of nickel (Ni). That is, the plating layer in step S30 may include a composition of INVAR ® , a low thermal expansion alloy with a thermal expansion coefficient close to 0.
다음에, 도 3의 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 단계 S20에서 마련된 포토레지스트를 제거한다(S40). 즉, 상기 단계 S40에서는 단계 S30에서의 도금 완료 후에 패턴화된 포토레지스트를 건식 식각(RIE : Reactive Ion Etch) 또는 습식 식각(PR stripper 용액 사용)으로 제거하고 세정한다.Next, as shown in (e) of FIG. 3, the photoresist prepared in step S20 is removed (S40). That is, in step S40, after completion of plating in step S30, the patterned photoresist is removed by dry etching (RIE: Reactive Ion Etch) or wet etching (using a PR stripper solution) and cleaned.
또한, 상기 단계 S40에서 마련된 도금층에 대해 어닐링(annealing)할 수 있다(S50). 상기 어닐링은 900℃ 이하, 즉 300 내지 900℃, 진공 중 또는 수소(H2) 또는 비활성 분위기 하에서 실행될 수 있다. Additionally, the plating layer prepared in step S40 may be annealed (S50). The annealing may be performed at temperatures below 900°C, i.e., 300 to 900°C, in vacuum or under hydrogen (H 2 ) or an inert atmosphere.
이어서, 상기 단계 S50에서 어닐링된 도금층을 상기 도전성 기판으로부터 분리(S60)하는 것에 의해 본 발명에 따른 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크가 완성된다. Next, the metal mask for an organic light-emitting diode display according to the present invention is completed by separating the plating layer annealed in step S50 from the conductive substrate (S60).
또한, 본 발명에서는 상기 단계 S60에서 제작된 미세 메탈 마스크를 마스터 몰드로 사용하여 또 다른 도전성 기판 위에 나노임프린트(Nanoimprint)로 고분자 패턴을 전사하고, 고분자 패턴에 Fe-Ni 합금을 전주도금함으로써 미세 메탈 마스크를 대량으로 제작할 수도 있다.In addition, in the present invention, the fine metal mask produced in step S60 is used as a master mold to transfer a polymer pattern by nanoimprint onto another conductive substrate, and electroplating Fe-Ni alloy on the polymer pattern to form fine metal. Masks can also be produced in large quantities.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the invention made by the present inventor has been described in detail according to the above-mentioned embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can of course be changed in various ways without departing from the gist of the invention.
본 발명에 따른 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크 및 그 제조 방법을 사용하는 것에 의해 초고해상도 및 고정밀도를 갖는 미세 메탈 마스크를 제조할 수 있다.By using the metal mask for an organic light emitting diode display and its manufacturing method according to the present invention, a fine metal mask with ultra-high resolution and high precision can be manufactured.
Claims (10)
(a) 도전성 기판 위에 포토레지스트(PR)를 스핀 도포하는 단계,
(b) 포토마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광하고 현상하여 패턴화된 포토레지스트를 형성하는 단계,
(c) 상기 패턴화된 포토레지스트가 형성되어 있는 도전성 기판을 전기 도금하여 Fe-Ni 도금층을 형성하는 단계,
(d) 상기 포토레지스트를 제거하는 단계,
(e) 상기 도금층이 형성된 도전성 기판을 어닐링하는 단계,
(f) 상기 도금층을 상기 도전성 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크의 제조 방법.A method of manufacturing a metal mask for an organic light-emitting diode display,
(a) spin-coating photoresist (PR) on a conductive substrate,
(b) forming a patterned photoresist by exposing and developing the photoresist using a photomask;
(c) forming an Fe-Ni plating layer by electroplating the conductive substrate on which the patterned photoresist is formed,
(d) removing the photoresist,
(e) annealing the conductive substrate on which the plating layer is formed,
(f) A method of manufacturing a fine metal mask, comprising the step of separating the plating layer from the conductive substrate.
상기 단계 (b)에서의 포토마스크는 영역별로 전자 도즈를 다르게 하거나 광 투과를 차단하는 도트(dot)의 수를 다르게 하여 광 투과율이 조정된 그레이스케일 마스크인 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크의 제조 방법.In paragraph 1:
The photomask in step (b) is a grayscale mask whose light transmittance is adjusted by varying the electron dose for each region or varying the number of dots that block light transmission. A method of manufacturing a fine metal mask. .
상기 단계(a)에서 도전성 기판은 고농도로 불순물 도핑된 단결정 실리콘(Si) 기판, 인듐 주석 산화물(ITO)의 도전성 산화물 또는 금속이 코팅된 글라스 기판인 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크의 제조 방법.In paragraph 2,
In step (a), the conductive substrate is a single crystal silicon (Si) substrate doped with impurities at a high concentration, a conductive oxide of indium tin oxide (ITO), or a glass substrate coated with a metal. A method of manufacturing a fine metal mask.
상기 단계 (a)에서 스핀 도포된 포토레지스트의 두께는 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크의 제조 방법.In paragraph 2,
A method of manufacturing a fine metal mask, characterized in that the thickness of the photoresist spin-applied in step (a) is 10㎛ or less.
상기 단계 (b)에서 패턴화된 포토레지스트에 대해 150~250℃의 온도에서 5~30분간 큐어링(curing)하여 부분적인 리플로우(reflow)를 실행하는 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크의 제조 방법.In paragraph 2,
A method of manufacturing a fine metal mask, characterized in that partial reflow is performed by curing the photoresist patterned in step (b) at a temperature of 150 to 250 ° C. for 5 to 30 minutes. .
상기 단계 (c)에서 Fe-Ni 도금층의 조성은 Fe 62~66wt%, Ni 34~38wt%인 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크의 제조 방법.In paragraph 2,
A method of manufacturing a fine metal mask, characterized in that the composition of the Fe-Ni plating layer in step (c) is 62 to 66 wt% Fe and 34 to 38 wt% Ni.
상기 단계 (c)에서 도금층의 두께는 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크의 제조 방법.In paragraph 2,
A method of manufacturing a fine metal mask, characterized in that the thickness of the plating layer in step (c) is 10㎛ or less.
상기 단계 (e)에서의 어닐링은 온도 300~900℃, 진공 중 또는 비활성 가스 또는 수소 가스 분위기 중에서 실시하는 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크의 제조 방법.In paragraph 2,
A method of manufacturing a fine metal mask, characterized in that the annealing in step (e) is performed at a temperature of 300 to 900 ° C. in vacuum or in an inert gas or hydrogen gas atmosphere.
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| KR102323615B1 (en) | 2020-01-23 | 2021-11-05 | 김용석 | Method of manufacturing the fine metal mask for OLED panel using one-step wet etching technology |
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