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KR101182440B1 - 박막 증착용 마스크 프레임 조립체 - Google Patents

박막 증착용 마스크 프레임 조립체 Download PDF

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KR101182440B1
KR101182440B1 KR1020100002379A KR20100002379A KR101182440B1 KR 101182440 B1 KR101182440 B1 KR 101182440B1 KR 1020100002379 A KR1020100002379 A KR 1020100002379A KR 20100002379 A KR20100002379 A KR 20100002379A KR 101182440 B1 KR101182440 B1 KR 101182440B1
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masking pattern
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

박막 증착용 마스크 프레임 조립체를 개시한다. 본 발명은 개구부를 가지는 프레임;과, 프레임에 대하여 길이 방향의 양 단부가 용접 고정된 적어도 2개의 스트립형의 단위 마스크;를 포함하되, 각 단위 마스크에는 복수의 증착용 개구부가 형성된 단위 마스킹 패턴부가 이격되게 배열되고, 각 단위 마스크는 단위 마스킹 패턴부가 형성된 제 1 영역과, 인접하게 배열된 한 쌍의 단위 마스킹 패턴부 사이의 제 2 영역을 가지고, 제 1 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 제 1 두께를 가지고, 제 2 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면과 반대되는 제 2 면으로부터 제 2 두께를 가지는 것으로서, 복수의 단위 마스크를 서로 다른 면에서 하프 에칭을 하는 것에 의하여 마스크 조립체의 마스크에서 발생하는 주름의 높이를 줄일 수 있다.

Description

박막 증착용 마스크 프레임 조립체{Mask frame assembly for thin film deposition}
본 발명은 마스크 프레임 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마스크에서 발생하는 주름을 방지하기 위한 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 관한 것이다.
통상적으로, 디스플레이 장치들중 유기 발광 표시 장치는 시야각이 넓고, 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다.
유기 발광 표시 장치는 애노우드와 캐소우드에 주입되는 정공과 전자가 발광층에서 재결합하여 발광하는 원리로 색상을 구현할 수 있는 것으로서, 애노우드와 캐소우드 사이에 발광층을 삽입한 적층형 구조이다. 그러나, 상기한 구조로는 고효율 발광을 얻기 어렵기 때문에 각각의 전극과 발광층 사이에 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 수송층, 및 정공 주입층 등의 중간층을 선택적으로 추가 삽입하여 이용하고 있다.
한편, 유기 발광 표시 장치의 전극들과, 발광층을 포함한 중간층은 여러 가지 방법에 의하여 형성시킬 수 있는데, 이중 하나의 방법이 증착법이다. 증착 방법을 이용하여 유기 발광 표시 장치를 제조하기 위해서는 기판 상에 형성될 박막 등의 패턴과 동일한 패턴을 가지는 파인 메탈 마스크(fine metal mask, FMM)를 정렬하고, 박막의 원소재를 증착하여 소망하는 패턴의 박막을 형성한다.
통상적으로, 고해상도 VGA 파인 메탈 마스크는 매우 높은 패턴의 정밀도가 필요할 뿐 아니라, 마스크 두께가 매우 얇아야 한다. 그런데, 마스크 두께를 얇게 형성하는 과정에서, 발생되는 주름(wrinkle) 문제가 심각하다.
즉, 고해상도 VGA 마스크는 패턴 크기가 매우 작다. 따라서, 증착하고자 하는 박막의 두께에 영향을 주는 음영이 거의 없어야 한다. 음영을 최소화하려면 마스크의 두께가 매우 얇아야 한다.
이렇게 마스크가 두께를 얇게 하여서 1축으로 마스크를 인장하게 되면, 마스크에는 주름이 발생하게 된다. 이렇게 주름이 발생된 상태에서 기판에 대하여 마스크를 얼라인하여 증착시, 주름이 발생된 마스크는 기판과 접촉하지 못하는 영역이 발생하게 된다. 이에 따라, 비접촉 영역에서는 정밀한 패턴을 형성할 수 없게 된다.
통상적으로, 주름의 높낮이는 대략 500 내지 700 마이크로미터로 측정되며, 마스크 종류와, 인장률 등에 따라 다를 수 있다. 주름이 발생하는 이유는 마스크의 구조적인 불안정(Structural instability)에 기인한 것으로서, 반드시 제거하거나, 최소화시켜야 한다. 얇게 가공된 마스크를 인장하게 되면, 어느 순간 주름이 발생하여 주름이 더욱 더 커지는데, 주름이 발생하는 시점(Onset of wrinkling)에 대한 정확한 예측이 용이하지 않다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 마스크에서 발생하는 주름을 방지하여 정밀한 박막 패턴의 증착이 가능한 박막 증착용 마스크 프레임 조립체에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체는,
개구부를 가지는 프레임;과,
상기 프레임에 대하여 길이 방향의 양 단부가 용접 고정된 적어도 2개의 스트립형의 단위 마스크;를 포함하되,
상기 각 단위 마스크에는 복수의 증착용 개구부가 형성된 단위 마스킹 패턴부가 이격되게 배열되고,
상기 각 단위 마스크는 상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 제 1 영역과, 인접하게 배열된 한 쌍의 단위 마스킹 패턴부 사이의 제 2 영역을 가지고,
상기 제 1 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 제 1 두께를 가지고,
상기 제 2 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면과 반대되는 제 2 면으로부터 제 2 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 영역은 상기 단위 마스크의 제 2 면으로부터 하프 에칭에 의하여 제 1 두께를 가지고,
상기 제 2 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 하프 에칭에 의하여 제 2 두께를 가진다.
더욱이, 하프 에칭전 상기 단위 마스크의 두께가 t0일 때,
상기 제 1 두께는 상기 제 1 면의 표면으로부터 t0의 1/2이고,
상기 제 2 두께는 상기 제 2 면의 표면으로부터 t0의 1/2이다.
아울러, 상기 제 1 영역은 상기 단위 마스크의 길이 방향으로 이격되게 배열되고,
상기 제 2 영역은 상기 한 쌍의 단위 마스킹 패턴부 사이에서 상기 단위 마스크의 폭 방향으로 연장된다.
게다가, 상기 제 1 영역의 양 가장자리에는 상기 단위 마스크의 폭 방향을 따라서 제 3 두께를 가지는 제 3 영역이 더 형성되고,
상기 제 2 영역의 양 가장자리에는 상기 단위 마스크의 폭 방향을 따라서 제 4 두께를 가지는 제 4 영역이 더 형성된다.
나아가, 상기 제 1 면은 패터닝하고자 하는 기판에 대하여 접촉하는 면이다.
본 발명의 다른 측면에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체는,
개구부를 가지는 프레임;과,
상기 프레임에 대하여 길이 방향의 양 단부가 용접 고정된 적어도 2개의 스트립형의 단위 마스크;를 포함하되,
상기 각 단위 마스크는 복수의 증착용 개구부가 형성된 단위 마스킹 패턴부가 이격되게 배열되고,
상기 각 단위 마스크는 상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 영역과, 상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 영역의 둘레를 따라서 패턴이 형성되지 않은 영역을 가지고,
상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 영역과, 단위 마스킹 패턴부가 형성되지 않은 영역은 상기 단위 마스크의 서로 반대되는 면에서 각각 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 영역은 상기 단위 마스크의 길이 방향을 따라 이격되게 배열된 제 1 영역이고,
상기 단위 마스킹 패턴부가 형성되지 않은 영역은 상기 단위 마스크의 길이 방향을 따라 제 1 영역 사이에 형성된 제 2 영역과, 상기 단위 마스크의 폭 방향을 따라서 제 1 영역 가장자리에 형성된 제 3 영역을 포함하되,
상기 제 1 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 제 1 두께를 가지고,
상기 제 2 영역 및 제 3 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면과 반대되는 제 2 면으로부터 제 2 두께를 가진다.
게다가, 상기 제 1 영역은 상기 단위 마스크의 제 2 면으로부터 하프 에칭되어서 제 1 두께를 가지고,
상기 제 2 영역 및 제 3 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 하프 에칭되어서 제 2 두께 및 제 3 두께를 가진다.
나아가, 상기 제 2 영역의 양 가장자리에는 제 4 영역이 더 형성되고,
상기 제 4 영역은 제 4 두께를 가진다.
상기한 바와 같은 본 발명의 박막 증착용 마스크 프레임 조립체는 복수의 단위 마스크를 서로 다른 면에서 하프 에칭을 하는 것에 의하여 마스크 조립체의 마스크에서 발생하는 주름의 높이를 줄일 수 있다.
도 1은 통상적인 단위 마스크를 일부 절제하여 확대 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체를 도시한 분리 사시도,
도 3은 본 발명의 기판에 유기막을 증착하기 위한 증착 장치를 도시한 구성도,
도 4는 도 2의 단위 마스크를 일부 절제하여 확대 도시한 사시도,
도 5는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 절개 도시한 단면도,
도 6은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개 도시한 단면도,
도 7a는 종래의 단위 마스크의 주름 높이를 측정한 그래프,
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 마스크의 주름 높이를 측정한 그래프,
도 8은 본 발명의 패시브 패트릭스형 유기 발광 표시 장치의 단면도,
도 9는 본 발명의 액티브 매트릭스형 유기 발광 표시 장치의 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 통상적인 마스크 프레임 조립체의 단위 마스크(110)를 일부 절제하여 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 단위 마스크(110)는 스트립형의 박판으로 이루어지며, 그 길이 방향을 따라 복수의 단위 마스킹 패턴부(120)가 형성되어 있다.
상기 단위 마스킹 패턴부(120)에는 각각 복수의 증착용 개구부(121)가 형성되어 있다. 상기 개구부(121)는 서로 불연속적으로 형성된 도트 패턴이나, 연속적으로 형성된 스트라이프 패턴이다.
이때, 마스크 프레임 조립체의 제조시, 화살표로 표시한바와 같이 단위 마스크(110)에 가해지는 인장력으로 인하여 주름이 발생할 수 있다. 발생된 주름을 제거하거나, 최소화시키는 간단한 방법으로는 마스크의 인장율을 감소시키면 주름이 발생하지 않을 수 있다. 예컨대, 주름이 발생하는 시점 이전까지 단위 마스크(110)를 인장하면 될 것이다. 그러나, 인장률을 너무 감소시키면, 박막의 패턴을 증착시 마스크 얼라인 할때나 자기력에 의하여 마스크 패턴이 흔들릴 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(200)를 도시한다.
여기서, 상기 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(200)는 유기 발광 표시 장치용 박막을 패턴화시키는데 적용되지만, 박막의 패턴이 요구되는 장치라면 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.
도면을 참조하면, 상기 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(200)는 프레임(210)과, 상기 프레임(210)에 양 단부가 지지되는 복수의 단위 마스크(220)를 포함한다. 상기 단위 마스크(220)는 스트립형이며, 스트립형의 단위 마스크(220)가 복수개 모여서 마스크(230)가 이루어진다.
상기 프레임(210)은 X 방향으로 이격되게 배치되며, 상호 평행하게 설치된 제 1 서포트부(211)(212)와, Y 방향으로 이격되게 배치되며, 상호 평행하게 설치된 제 2 서포트부(213)(214)를 포함한다. 상기 제 1 서포트부(211)(212)의 단부는 상기 제 2 서포트부(213)(214)의 단부와 서로 연결되어서, 사각형의 개구부(215)를 형성하고 있다.
상기 제 2 서포트부(213)(214)는 스트립형의 단위 마스크(220)에 대하여 나란한 방향으로 설치되어 있으며, 탄성력을 가지는 소재로 형성하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제 2 서포트부(213)(214)는 상기 제 1 서포트부(211)(212)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 프레임(210)은 스트립형의 단위 마스크(220)가 인장된 상태로 지지되므로, 충분한 강성을 가져야 한다. 또한, 상기 프레임(210)은 피 증착물과 마스크의 밀착시 간섭을 일으키지 않은 구조라면 어느 하나의 구조에 한정되는 것은 아니다.
상기 마스크(230)는 적어도 2 이상의 단위 마스크(220)를 포함한다. 각각의 단위 마스크(220)는 스트립형의 박판으로 이루어지며, 그 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 복수의 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성되어 있다.
본 실시예에서는 상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 상기 단위 마스크(220)의 길이 방향(X 방향)을 따라서 7개가 배열된 것을 도시하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 단위 마스킹 패턴부(240)에 의하여 하나의 유기 발광 표시 장치가 증착된다.
상기 단위 마스킹 패턴부(240)에는 각각 복수의 증착용 개구부(241)가 형성되어 있다. 상기 증착용 개구부(241)는 서로 불연속적으로 형성된 도트 패턴이거나, 연속적으로 형성된 스트라이프 패턴이다.
복수의 스트립형의 단위 마스크(220)는 자성을 띈 박판으로서, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 미세 패턴의 형성이 용이하고, 표면 거칠기가 우수한 니켈-코발트 합금으로 형성할 수 있다.
스트립형의 단위 마스크(220)는 에칭법에 의해서 제조될 수 있는데, 포토 레지스트를 이용하여 각 증착용 개구부(241)와 동일한 패턴을 가지는 레지스트층을 박판에 형성하거나, 개구부들의 패턴을 가진 필름을 박판에 부착한 이후에 박판을 에칭함으로써 제조할 수 있다. 대안으로는, 스트립형의 단위 마스크(220)는 각 증착용 개구부(241)를 전주(elecrtro forming)법에 의하여 형성하여 미세한 패터닝과 우수한 표면 평활성을 얻을 수 있다.
상기와 같이 제조된 스트립형의 단위 마스크(220)는 그 길이 방향인 X 방향으로 소정의 인장력을 가한 상태에서, X축 방향의 양 단부를 프레임(210)에 접합한다. 이때, 스트립형의 단위 마스크(220)의 증착용 개구부(241)는 다같이 프레임(210)의 개구부(215) 내측에 위치하도록 한다.
접합 방법은 레이저 용접, 저항 가열 용접 등 다양한 방법을 적용할 수 있으나, 정밀도 변화 등을 고려하여 레이저 용접 방법을 사용할 수 있다. 스트립형의 단위 마스크(220)는 그 사이가 소정의 간격을 형성하도록 정렬되어 용접될 수 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(200)는 도 3의 박막 증착 장치(300)에 장착되어서 증착 공정을 수행하게 된다.
도면을 참조하면, 마스크(230)를 이용하여 유기 발광 표시 장치의 박막, 즉, 적, 녹, 청색의 유기 발광막을 증착하기 위해서는 진공 챔버(310) 내에 설치된 유기막 증착 용기(320)와 대응되는 측에 마스크 프레임 조립체(200)를 설치하고, 이의 상부에 박막이 형성될 기판(330)을 장착한다.
상기 기판(330)의 상부에는 마스크 프레임 조립체(200)에 지지된 마스크(230)를 기판(330)에 밀착시키기 위한 마그네트 유니트(340)를 구동시켜 상기 마스크(230)가 기판(330)에 밀착되도록 한다. 이 상태에서 상기 유기막 증착 용기(320)의 작동으로 이에 장착된 유기물이 기화되어 기판(330)에 증착하게 된다.
여기서, 마스크(203)에 구비된 복수의 단위 마스크(도 2의 220)에 가해지는 인장력으로 인하여 주름이 발생되어 있는 경우, 상기 기판(330)에 대하여 마스크(230)를 정렬하여 증착시, 기판(330)에 대하여 마스크(230)의 접촉이 원활하게 이루어지지 않아서, 소망하는 정밀한 패턴의 박막을 형성하지 못하게 된다.
따라서, 상기 마스크(230)에 구비된 복수의 단위 마스크(도 2의 220)에는 증착 이전에 주름의 크기를 줄이기 위하여 하프 에칭(half etching)을 수행하여서 단위 마스크(220)의 두께 방향의 불균일성을 최소화시켜야 한다.
도 4는 도 2의 단위 마스크(220)를 일부 절제하여 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 절개 도시한 단면도이고, 도 6은 도 4의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 단위 마스크(220)는 X 방향으로 연장된 스트립형의 박판(221)으로 이루어진다. 상기 박판(221) 상에는 복수의 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성되어 있다. 상기 단위 마스킹 패턴부(240)에는 각각 복수의 증착용 개구부(241)가 형성되어 있다. 상기 증착용 개구부(241)는 서로 불연속적으로 형성된 도트 패턴이거나, 연속적으로 형성된 스트라이프 패턴이다.
이때, 상기 단위 마스크(220)는 두께 방향의 불균일성을 최소화하기 위하여 상기 단위 마스크(220)의 서로 반대되는 면으로부터 하프 에칭 공정을 수행하는 것에 의하여 소정의 두께를 가지고 있다.
즉, 상기 단위 마스크(220)는 복수의 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)과, 인접하게 배열된 한 쌍의 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410) 사이의 공간인 제 2 영역(420)을 포함한다.
상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)은 상기 박판(221)의 길이 방향(X 방향)으로 소정 간격 이격되게 형성되고, 패턴이 형성되지 않은 제 2 영역(420)은 한 쌍의 제 1 영역(410) 사이에서 상기 단위 마스크(220)의 폭 방향으로 연장되어 형성되어 있다. 상기 제 1 영역(410)은 상기 단위 마스크(220)의 길이 방향으로 동일한 두께를 가지고 동일한 형상으로 형성되며, 상기 제 2 영역(420)도 제 1 영역(410) 사이에서 동일한 두께를 가지고 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하다.
상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)은 상기 단위 마스크(220)의 제 1 면(510)의 표면으로부터 제 1 두께(t1)를 가지고, 인접한 단위 마스킹 패턴부(240) 사이의 제 2 영역(420)은 상기 단위 마스크(220)의 제 2 면(520)의 표면으로부터 제 2 두께(t2)를 가지도록 형성되어 있다.
이를 위하여, 상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)은 하프 에칭에 의하여 두께를 줄이고 있다. 에칭 이전의 단위 마스크(220)의 전체 두께를 t0라고 한다면, 상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)은 상기 단위 마스크(220)의 제 1 면(510)의 표면으로부터 전체 두께(t0)의 1/2에 해당되는 제 1 두께(t1)를 가진다.
상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)은 패터닝하고자 하는 기판(330)에 대하여 단위 마스크(220)의 제 1 면(510)이 면접촉되어야 하므로, 그 반대 방향에서 에칭 공정을 수행한 이후에 패턴을 형성하게 된다.
이에 따라, 상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)은 상기 기판(330)에 대하여 멀어지게 배열된 단위 마스크(220)의 제 2 면(520)으로부터 하프 에칭 공정을 수행하는 것에 의하여 최초의 단위 마스크(220)의 전체 두께(t0)의 1/2인 제 1 두께(t1)를 가지도록 두께를 줄이고 있다.
패턴이 형성되지 않은 복수의 단위 마스킹 패턴부(240) 사이의 제 2 영역(420)은 제 1 영역(410)과는 달리 상기 단위 마스크(220)의 제 1 면(510)과 반대되는 제 2 면(520)으로부터 제 2 두께(t2)를 가진다.
이를 위하여, 복수의 단위 마스킹 패턴부(240) 사이의 제 2 영역(420)은 상기 기판(330)에 대하여 접하게 배열된 단위 마스크(220)의 제 1 면(510)으로부터 하프 에칭 공정을 수행하는 것에 의하여 상기 제 2 면(520)의 표면으로부터 최초의 단위 마스크(220)의 전체 두께(t0)의 1/2인 제 2 두께(t2)를 가지도록 두께를 줄이고 있다. 이처럼, 상기 제 2 영역(420)이 에칭되는 부분은 제 1 영역(410)이 에칭되는 부분에 대하여 상기 단위 마스크(220)의 반대 방향으로부터 에칭되고 있다.
이때, 상기 제 2 영역(420)은 단위 마스크(220)의 길이 방향을 따라서 인접하게 배열된 한 쌍의 단위 마스킹 패턴부(240)의 양 가장자리로부터 서로에 대하여 소정 폭으로 연장되는 제 1 부분(421)과, 상기 제 1 부분(421) 사이에 형성된 제 2 부분(422)을 포함한다. 상기 제 1 부분(421)은 하프 에칭을 위하여 패턴이 형성되지 않은 단위 마스킹 패턴부(240)의 가장자리로부터 연장된 부분이며, 연장된 제 1 부분(421) 사이의 영역인 제 2 부분(422)은 하프 에칭이 수행되는 영역이다.
이처럼, 상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)은 기판(330)에 대하여 멀어지게 배열된 제 2 면(520)으로부터 하프 에칭이 수행되어서 제 1 두께(t1)를 가지게 되므로, 상기 제 1 면(510)의 표면으로부터 에칭 이전의 단위 마스크(220)의 전체 두께(t0)의 1/2 두께만 존재하게 된다.
이럴 경우, 단위 마스크(220)의 두께 방향으로 불균일이 발생할 수 있지만, 이를 방지하도록, 패턴이 형성되지 않은 인접한 단위 마스킹 패턴부(240) 사이의 제 2 영역(420)은 이와 반대되는 기판(330)에 대하여 접하는 제 1 면(510)으로부터 하프 에칭 공정을 수행하는 것에 의하여 최초의 단위 마스크(220)의 전체 두께(t0)의 1/2인 제 2 두께(t2)를 가지도록 두께를 줄이고 있다.
따라서, 상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)과, 패턴이 형성되지 않은 인접한 단위 마스킹 패턴부(240) 사이의 제 2 영역(420)을 서로 반대 방향으로 하프 에칭하는 것에 의하여 단위 마스크(220)의 두께 방향의 불균일성을 해소할 수 있다. 이때, 하프 에칭되는 부분의 형상은 그 횡단면이 직사각형이거나, 곡율형일 수 있다.
더욱이, 상기 단위 마스크(220)에는 그 길이 방향을 따라 상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 소정 간격 이격되게 배열시에 상기 단위 마스킹 패턴부(240)의 폭 방향으로 가장자리 부분이 형성될 수 있다. 이럴 경우, 상기 단위 마스킹 패턴부(240)의 둘레를 따라서 패턴이 형성되지 않은 부분이 더 형성되는 것이 되므로, 상기 단위 마스킹 패턴부(240)의 양 가장자리에서도 두께 방향의 불균일성을 줄이기 위하여 하프 에칭 공정을 수행할 수 있다.
즉, 상기 단위 마스킹 패턴부(240)는 단위 마스크(220)의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 복수개 배열되어 있는데, 상기 단위 마스크(220)의 양 가장자리 부분은 단위 마스크(220)의 폭 방향을 따라서 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)의 양 가장자리인 제 3 영역(430)과, 인접한 단위 마스킹 패턴부(240) 사이의 제 2 영역(420)의 양 가장자리인 제 4 영역(440)을 포함한다.
상기 제 3 영역(430)은 상기 단위 마스크(220)의 길이 방향으로 동일한 두께를 가지고 동일한 형상으로 형성되며, 상기 제 4 영역(440)도 동일한 두께를 가지고 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하다. 상기 제 3 영역(430)과 제 4 영역(440)은 단위 마스크(220)의 길이 방향으로 서로 두께를 달리하는 것에 의하여 반복적으로 형성되어 있다.
이때, 상기 제 1 영역(410)의 양 가장자리인 제 3 영역(430)은 하프 에칭에 의하여 두께를 줄이는 것에 의하여 제 3 두께(t3)를 가지고 있다. 상기 제 3 영역(430)의 제 3 두께(t3)는 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)의 양 가장자리에 위치하므로, 두께 방향의 불균일성을 해소하기 위하여 패터닝되고자 하는 기판(330)에 접촉하는 제 1 면(510)으로부터 하프 에칭 공정을 수행하는 것에 의하여 최초의 단위 마스크(220)의 전체 두께(t0)의 1/2인 제 3 두께(t3)를 가지도록 두께를 줄이고 있다.
반면에, 상기 제 2 영역(420)의 양 가장자리인 제 4 영역(440)의 제 4 두께(t4)는 에칭 이전의 단위 마스크(220)의 전체 두께(t0)와 동일한 두께이다.
이처럼, 상기 단위 마스킹 패턴부(240)가 형성된 제 1 영역(410)은 단위 마스크(220)의 제 2 면(520)으로부터 하프 에칭하는 것에 의하여 상기 단위 마스크(220)의 제 1 면(510)으로부터 제 1 두께(t1)를 가지며, 상기 제 1 영역(410)의 둘레를 따라서 패턴이 형성되지 않은 제 2 영역(420) 및 제 3 영역(430)은 각각 상기 단위 마스크(220)의 제 1 면(510)으로부터 하프 에칭하는 것에 의하여 상기 단위 마스크(220)의 제 2 면(520)으로부터 제 2 두께(t2) 및 제 3 두께(t3)를 가지게 되므로, 서로 두께 차이를 보상하는 것이 가능하여서 상기 단위 마스크(220)의 두께 방향의 불균일성을 해소할 수 있다.
본 출원인의 실험에 따른 주름 높이 변화의 대한 결과치는 다음과 같다.
도 7a는 종래의 단위 마스크의 주름 상태이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 마스크(220)의 주름 상태를 도시한 그래프이다.
도 7a를 참조하면, 종래의 하프 에칭이 되지 않은 단위 마스크의 주름 높이를 측정하면, 주름 높이는 531.9 마이크로미터이다. 이에 반하여, 도 7b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 반대 방향으로 하프 에칭을 한 단위 마스크(200)의 주름 높이를 측정하면, 64.88 마이크로미터이다.
상기 하프 에칭이 된 단위 마스크(200)는 종래의 단위 마스크보다 467.02 마이크로미터만큼 주름 높이가 낮다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 주름 높이가 크게 낮아짐에 따라서, 기판(330)에 대하여 마스크(230)가 정렬시, 면접촉성이 크게 향상되어서 정밀한 박막 패턴이 형성이 가능하다.
상기 하프 에칭에 의하여 두께의 불균일성을 해소시킨 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(200)를 이용하여 유기 발광막을 증착한 유기 발광 표시 장치의 일 예를 설명하면 다음과 같다.
이때, 상기 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(200)는 각종 박막 증착용으로 사용될 수 있으며, 특히, 유기 발광막의 패터닝 공정에 사용될 수 있다. 따라서, 본원의 마스크 프레임 조립체(200)는 유기 발광 표시 장치의 유기 발광막 패터닝에 적용될 수 있고, PM 형에서는 캐소우드 증착 공정에서도 적용가능하다. 뿐만 아니라, 유기 박막 트랜지스터의 형성에도 적용가능하다.
도 8은 도 2의 마스크 프레임 조립체(200)를 이용하여 패시브 매트릭스 방식의 유기 발광 표시 장치(800)를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 글래스 기판(810) 상에는 제 1 전극층(820)이 스트라이프 패턴으로 형성되고, 상기 제 1 전극층(820)의 상부로 유기층(830) 및 제 2 전극층(840)이 순차적으로 형성되어 있다.
상기 제 1 전극층(820)의 각 라인 사이에는 절연층(850)이 더 개재될 수 있으며, 상기 제 2 전극층(840)은 상기 제 1 전극층(820)의 패턴과 직교하는 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 유기층(830)은 저분자 또는 고분자 유기층이 사용될 수 있다.
저분자 유기층을 사용할 경우, 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer) 등의 제 1 유기층(831)과, 유기 발광층(EML: Emission Layer, 832), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등의 제 2 유기층(833)이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있다.
사용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N-N'-디페닐-벤지딘(N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB), 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용가능하다. 이들 저분자 유기층은 진공 증착의 방법으로 형성된다.
고분자 유기층을 사용할 경우, 대개 홀 수송층(HTL) 등의 제 1 유기층(831) 및 유기 발광층(EML:832)을 구비한 구조를 가질 수 있으며, 이때, 제 2 유기층(833)은 사용되지 않을 수 있다. 상기 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용하며, 이를 스크린 인쇄나 잉크젯 인쇄방법 등으로 형성할 수 있다.
상기 유기층(830) 중 유기 발광층(832)이 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)으로 구비되어 풀 칼라를 구현할 수 있는 데, 본 발명에 따른 박막 증착용 마스크 프레임 조립체(200)를 이용하여, 전술한 바와 같이, 마스크(230)의 주름이 없는 상태에서 증착이 가능하게 되어서 정밀한 패턴을 형성할 수 있다.
상기 제 1 전극층(810)은 애노우드의 기능을 하고, 상기 제 2 전극층(840)은 캐소오드의 기능을 한다. 물론, 이들 제 1 전극층(810)과 제 2 전극층(840)의 극성은 반대로 되어도 무방하다.
상기 제 1 전극층(810)은 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는 데, 투명전극으로 사용될 때에는 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3로 구비될 수 있고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 및 이들의 화합물 등으로 반사막을 형성한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3를 형성할 수 있다.
한편, 상기 제 2 전극층(840)도 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는 데, 투명 전극으로 사용될 때에는 상기 제 2 전극층(840)이 캐소오드로 사용되므로, 일함수가 작은 금속 즉, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물이 유기층(830)의 방향을 향하도록 증착한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등의 투명 전극 형성용 물질로 보조 전극층이나 버스 전극 라인을 형성할 수 있다. 그리고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 위 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물을 증착하여 형성한다.
도면으로 도시되지는 않았지만, 이러한 유기 발광 표시 장치는 외부의 산소 및 수분의 침투가 차단되도록 밀봉된다.
도 9는 도 2의 마스크 프레임 조립체(200)를 이용하여 증착된 액티브 매트릭스형 유기 발광 장치의 부화소(sub pixel)의 일 예를 도시한 것이다.
여기에서, 부화소들은 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT)와, 유기 발광 소자(OLED)를 가진다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 반드시 도 9에 도시된 구조로만 가능한 것은 아니며, 그 수와 구조는 다양하게 변형가능하다.
도면을 참조하면, 기판(901) 상에는 버퍼층(902)이 형성되어 있다. 상기 기판(901)은 글래스나, 플라스틱으로 이루어진다. 상기 버퍼층(902) 상에는 소정 패턴의 반도체 활성층(903)이 형성되어 있다. 상기 반도체 활성층(903) 상부에는 게이트 절연막(904)이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(904) 상부의 소정 영역에는 게이트 전극(905)이 형성되어 있다.
상기 게이트 전극(905)은 박막 트랜지스터 온/오프 신호를 인가하는 게이트 라인(미도시)과 연결되어 있다. 상기 게이트 전극(905) 상부에는 층간 절연막(906)이 형성되어 있고, 컨택 홀을 통하여 소스/드레인 전극(907)이 각각 반도체 활성층(903)의 소스/드레인 영역에 각각 접촉되어 있다.
상기 소스/드레인 전극(907) 상부로는 SiO2, SiNx 등으로 이루어진 패시베이션막(908)이 형성되어 있다. 상기 패시베이션막(908) 상부에는 아크릴(acryl), 폴리 이미드(polyimide), BCB(Benzocyclobutene) 등의 유기 물질로 된 평탄화막(909)이 형성되어 있다.
상기 평탄화막(909) 상부에는 유기 발광 소자의 애노우드가 되는 화소 전극(910)이 형성되고, 이를 덮도록 유기물로 된 화소 정의막(Pixel Define Layer, PDL, 911)이 형성되어 있다. 상기 화소 정의막(911)에는 소정의 개구를 형성한 후에 화소 정의막(911)의 상부 및 개구가 형성되어서 외부로 노출된 화소 전극(910)의 상부에 유기막(912)이 형성되어 있다. 상기 유기막(912)은 발광층을 포함한 것이 된다. 본 발명은 반드시 이와 같은 구조로 한정되는 것은 아니며, 다양한 유기 발광 장치의 구조가 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.
유기 발광 소자(OLED)는 전류의 흐름에 따라 적, 녹, 청색의 빛을 발광하여 소정의 화상 정보를 표시하는 것으로서, 박막 트랜지스터의 소스/드레인 전극(907)에 연결되어, 이로부터 플러스 전원을 공급받는 제 1 전극인 화소 전극(910)과, 전체 화소를 덮도록 구비되어 마이너스 전원을 공급하는 제 2 전극인 대향 전극(913), 및 이들 화소 전극(910)과 대향 전극(913) 사이에 배치되어 발광하는 유기막(912)을 포함한다.
상기 화소 전극(910)과 대향 전극(913)은 유기막(912)에 의하여 서로 절연되어 있으며, 유기막(912)에 서로 다른 극성의 전압을 가하여 유기막(912)에서 발광이 이루어지도록 한다.
상기 화소 전극(910)은 애노우드의 기능을 하고, 대향 전극(913)은 캐소우드의 기능을 한다. 물론, 이들 화소 전극(910)과 대향 전극(913)의 극성은 반대가 되어도 무방하다.
상기 화소 전극(910)은 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있다.
투명 전극으로 사용될 경우, ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3로 구비될 수 있고, 반사형 전극으로 사용될 경우, Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 및 이들의 화합물 등으로 반사막을 형성한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3를 형성할 수 있다.
상기 대향 전극(913)도 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있다.
투명 전극으로 사용될 경우, 상기 대향 전극(913)이 캐소우드로 사용되므로, 일함수가 작은 금속 즉, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물이 유기막(912)의 방향을 향하도록 증착한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등의 투명 전극 형성용 물질로 보조 전극층이나 버스 전극 라인을 형성할 수 있다. 반사형 전극으로 사용될 경우, 위 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물을 전면 증착하여 형성한다.
한편, 상기 화소 전극(911)은 상기 투명 전극 또는 반사형 전극으로 형성시에 각 부화소의 개구 형태에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 대향 전극(913)은 상기 투명 전극 또는 반사형 전극을 디스플레이 영역 전체에 전면 증착하여 형성할 수 있다. 그러나, 상기 대향 전극(913)은 반드시 전면 증착될 필요는 없으며, 다양한 패턴으로 형성될 수 있음은 물론이다. 상기 화소 전극(910)과 대향 전극(91)은 서로 위치가 반대로 적층될 수 있음은 물론이다.
상기 유기막(912)은 저분자 또는 고분자 유기막이 사용될 수 있다.
저분자 유기막을 사용할 경우, 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있다.
또한, 이용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB), 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용 가능하다. 이들 저분자 유기막은 진공증착의 방법으로 형성된다.
고분자 유기막을 사용할 경우, 대개 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)을 포함한다. 홀 수송층으로는 PEDOT를 사용하고, 발광층으로는 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용하며, 이를 스크린 인쇄나 잉크젯 인쇄방법 등으로 형성할 수 있다.
이와 같은 유기막은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 실시예들이 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
200...마스크 프레임 조립체 210...프레임
211,212...제 1 서포트부 213,214...제 2 서포트부
220...단위 마스크 230...마스크
240...단위 마스킹 패턴부 241...증착용 개구부
310...진공 챔버 320...증착 용기
330...기판 340...마그네트 유니트
410...제 1 영역 420...제 2 영역
421...제 1 부분 422...제 2 부분
430...제 3 영역 440...제 4 영역
510...제 1 면 520...제 2 면

Claims (19)

  1. 개구부를 가지는 프레임;과,
    상기 프레임에 대하여 길이 방향의 양 단부가 용접 고정된 적어도 2개의 스트립형의 단위 마스크;를 포함하되,
    상기 각 단위 마스크에는 복수의 증착용 개구부가 형성된 단위 마스킹 패턴부가 이격되게 배열되고,
    상기 각 단위 마스크는 상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 제 1 영역과, 인접하게 배열된 한 쌍의 단위 마스킹 패턴부 사이의 제 2 영역을 가지고,
    상기 제 1 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 제 1 두께를 가지고,
    상기 제 2 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면과 반대되는 제 2 면으로부터 제 2 두께를 가지되,
    상기 제 1 영역은 상기 단위 마스크의 길이 방향으로 이격되게 배열되고, 상기 단위 마스크의 제 2 면으로부터 하프 에칭에 의하여 상기 제 1 두께를 가지고,
    상기 제 2 영역은 상기 한 쌍의 단위 마스킹 패턴부 사이에서 상기 단위 마스크의 폭 방향으로 연장되고, 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 하프 에칭에 의하여 상기 제 2 두께를 가지며,
    상기 제 1 면은 패터닝하고자 하는 기판에 대하여 접촉하는 면인 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    하프 에칭전 상기 단위 마스크의 두께가 t0일 때,
    상기 제 1 두께는 상기 제 1 면의 표면으로부터 t0의 1/2이고,
    상기 제 2 두께는 상기 제 2 면의 표면으로부터 t0의 1/2인 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 영역은,
    인접하는 한 쌍의 단위 마스킹 패턴부의 가장자리로부터 서로에 대하여 연장된 제 1 부분; 및
    상기 제 1 부분 사이에서 하프 에칭되는 제 2 부분;을 포함하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영역의 양 가장자리에는 상기 단위 마스크의 폭 방향을 따라서 제 3 두께를 가지는 제 3 영역이 더 형성되고,
    상기 제 2 영역의 양 가장자리에는 상기 단위 마스크의 폭 방향을 따라서 제 4 두께를 가지는 제 4 영역이 더 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 하프 에칭되어서 제 3 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    에칭전 상기 단위 마스크의 두께가 t0일 때,
    상기 제 3 두께는 상기 제 2 면의 표면으로부터 t0의 1/2이고,
    상기 제 4 두께는 t0인 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위마스킹 패턴부에 형성된 증착용 개구부는 불연속적으로 형성된 도트 패턴이나, 연속적으로 형성된 스트라이프 패턴인 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  11. 개구부를 가지는 프레임;과,
    상기 프레임에 대하여 길이 방향의 양 단부가 용접 고정된 적어도 2개의 스트립형의 단위 마스크;를 포함하되,
    상기 각 단위 마스크는 복수의 증착용 개구부가 형성된 단위 마스킹 패턴부가 이격되게 배열되고,
    상기 각 단위 마스크는 상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 영역과, 상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 영역의 둘레를 따라서 패턴이 형성되지 않은 영역을 가지고,
    상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 영역과, 단위 마스킹 패턴부가 형성되지 않은 영역은 상기 단위 마스크의 서로 반대되는 면에서 각각 두께를 가지되,
    상기 단위 마스킹 패턴부가 형성된 영역은 상기 단위 마스크의 길이 방향을 따라 이격되게 배열된 제 1 영역이고, 상기 제 1 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면과 반대되는 제 2 면으로부터 하프 에칭되어서 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 제 1 두께를 가지고,
    상기 단위 마스킹 패턴부가 형성되지 않은 영역은 상기 단위 마스크의 길이 방향을 따라 제 1 영역 사이에 형성된 제 2 영역과, 상기 단위 마스크의 폭 방향을 따라서 제 1 영역 가장자리에 형성된 제 3 영역을 포함하되, 상기 제 2 영역 및 제 3 영역은 상기 단위 마스크의 제 1 면으로부터 하프 에칭되어서 상기 단위 마스크의 제 2 면으로부터 제 2 두께 및 제 3 두께를 가지며,
    상기 제 1 면은 패터닝하고자 하는 기판에 대하여 접촉하는 면인 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서,
    하프 에칭전 상기 단위 마스크의 두께가 t0일 때,
    상기 제 1 두께는 상기 제 1 면의 표면으로부터 t0의 1/2이고,
    상기 제 2 두께는 상기 제 2 면의 표면으로부터 t0의 1/2인 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 영역은,
    인접하는 한 쌍의 단위 마스킹 패턴부의 가장자리로부터 서로에 대하여 연장된 제 1 부분; 및
    상기 제 1 부분 사이에서 하프 에칭되는 제 2 부분;을 포함하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 영역의 양 가장자리에는 제 4 영역이 더 형성되고,
    상기 제 4 영역은 제 4 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 4 두께는 t0인 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
  18. 삭제
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 단위마스킹 패턴부에 형성된 증착용 개구부는 불연속적으로 형성된 도트 패턴이나, 연속적으로 형성된 스트라이프 패턴인 것을 특징으로 하는 박막 증착용 마스크 프레임 조립체.
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