KR100863901B1 - 증착용 마스크 프레임 조립체와 그 제조방법 및 이를이용한 유기 ｅｌ 소자의 제조방법 - Google Patents

증착용 마스크 프레임 조립체와 그 제조방법 및 이를이용한 유기 ｅｌ 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프레임과의 용접시 크랙의 발생을 억제하기 위한 것으로, 박판으로 이루어지고, 소정 패턴의 개구부들이 형성된 마스크와, 상기 마스크의 일면에서 상기 마스크에 인장력이 가하여지도록 지지하는 프레임과, 상기 마스크의 타면에서 상기 프레임에 대응되는 마스크의 부분을 지지하는 커버 마스크를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체와 그 제조방법 및 이를 이용한 유기 EL 소자의 제조방법에 관한 것이다.

Description

증착용 마스크 프레임 조립체와 그 제조방법 및 이를 이용한 유기 ＥＬ 소자의 제조방법{Mask frame assembly for an evaporation and method of manufacturing the same and method of manufacturing organic EL device therewith}
도 1은 종래 마스크 프레임 조립체의 분리 사시도,
도 2a 내지 도 2c는 니켈-코발트 합금으로 만든 마스크와 프레임의 용접부위의 크랙의 형성과정을 나타내 보인 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마스크 프레임 조립체,
도 4는 도 3의 마스크의 일부를 발췌하여 도시한 부분 사시도,
도 5는 도 4의 A-A부분의 단면도,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체의 제조방법을 단계별로 나타내 보인 도면,
도 7a 내지 도 7d는 마스크 프레임 조립체의 토탈 피치의 편차 및 라인 편차를 나타내는 도면,
도 8은 용접 후 인장력을 제거한 후의 토탈 피치의 변화와 용접 피치간의 관계를 나타내는 그래프,
도 9는 마스크의 개구부 폭의 편차에 따른 개구율과 화소 피치간의 관계를 나타내는 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 마스크 프레임 조립체 110: 마스크
111: 단위 마스크 112: 개구부
113: 차폐부 120: 프레임
130: 커버 마스크 140: 용접 점
본 발명은 증착용 마스크 프레임 조립체와 그 제조방법 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기 전계 발광 소자(이하, "유기 EL 소자"라 함)를 이루는 박막을 증착하기 위한 박막 증착용 마스크 프레임 조립체와 그 제조방법 및 이를 이용한 유기 EL 소자의 제조방법에 관한 것이다.
전계 발광 소자는 자발 발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 표시 소자로서 주목을 받고 있다.
이러한 전계 발광 소자는 발광층을 형성하는 물질에 따라 무기 전계 발광 소자와 유기 전계 발광 소자로 구분되는데, 유기 전계 발광 소자는 무기 전계 발광 소자에 비해 휘도, 응답속도 등의 특성이 우수하고, 컬러 디스플레이가 가능하다는 장점을 가지고 있어 최근 그 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 유기 EL 소자는 투명한 절연기판 상에 소정 패턴으로 형성된 제1전극과, 이 제1전극이 형성된 절연기판 상에 진공증착법에 의해 형성된 유기막과, 상기 유기막의 상면에 형성되며 상기 제1전극과 교차하는 방향으로 캐소오드 전극층인 제2전극들을 포함한다.
이와 같이 구성된 유기 EL 소자를 제작함에 있어서, 상기 제1전극은 통상 ITO(indium tin oxide)로 이루어지는데, 이 ITO의 패턴닝은 포토리소그래피 법을 사용하여 패턴화한다.
그런데, 상기와 같은 포토리소그래피법은 유기막이 형성되기 전 단계에서는 사용이 가능하나, 유기막이 형성된 후에는 그 사용에 문제가 있다. 즉, 유기막은 수분에 매우 취약하여 그 제조 과정과 제조 후에도 수분으로부터 철저히 격리시켜야 하기 때문이다. 따라서, 레지스트 박리 과정과 식각 과정에서 수분에 노출되는 상기 포토 리소그래피법은 유기막 및 제 2 전극층의 패터닝에 적합하지 않다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 유기막을 이루는 유기 발광재료와 제 2 전극층을 이루는 재료는 소정의 패턴을 가지는 마스크를 이용하여 진공 중에서 증착하는 방법을 많이 사용하고 있다. 특히, 상기 제 2 전극층의 패턴은 소정의 격리벽인 캐소오드 세퍼레이터를 이용해 형성할 수도 있으나, 저분자 유기물로 형성하는 유기막은 진공 증착법에 의해 패턴닝하는 것이 가장 적합한 것으로 알려져 있다.
상기와 같이 마스크를 이용하여 유기막 또는 제 2 전극층을 패터닝하는 방법에 있어서, 발광층인 유기막을 패터닝시키는 기술은 풀 칼라 유기 EL 소자를 제조 하는 데 있어서 매우 중요한 기술이다.
종래 알려져 있는 풀 컬러 유기 EL 소자의 컬러화 방식에는 적(R), 녹(G), 청(B)의 각 화소를 기판상에 독립 증착시키는 삼색 독립 증착 방식과, 청색 발광을 발광원으로 하여 색변환층을 광취출면에 설치하는 색변환 방식(CCM 방식), 백색 발광을 발광원으로 하여 컬러 필터를 사용하는 컬러 필터 방식 등이 있다. 이 중 삼색 독립 증착 방식이 단순한 구조로 우수한 색순도 및 효율을 나타내는 점에서 가장 주목받고 있는 방식이다.
삼색 독립 증착 방식은 마스크를 사용하여 적(R), 녹(G), 청(B) 각 화소를 기판 상에 독립 증착하는 것으로, 이 때, 마스크의 고정밀도가 요구된다. 특히, 증착되는 각 화소간의 위치 정밀도, 즉, 패턴의 개구 폭의 고정밀도가 요구되고, 마스크 토탈 피치의 고정밀도가 요구된다.
통상적으로 유기 EL 소자의 제조과정에서 유기막 또는 전극들의 증착에 이용되는 마스크는 도 1에 도시된 바와 같이 프레임(20)에 인장력이 가하여지도록 지지되는 것으로, 하나의 금속박판(11)에 유기 EL 소자를 이루는 단위 기판을 복수개 증착 할 수 있도록 단위 마스킹 패턴부(12)들이 구비되어 있다.
상기와 같은 마스크(10)는 판두께가 얇고, 패턴이 미세하기 때문에 그대로 사용하면 쳐지는 부분이 발생하게 되어 정확한 패터닝을 할 수 없다. 따라서, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 마스크(10)에는 소정의 토탈 피치(Pt)의 정밀도를 만족하도록 최적의 인장력을 가한 후 마스크 프레임(20)에 접합시킨다. 이 접합 시에는 토탈 피치(Pt)의 정밀도를 변화시키지 않도록 하는 것이 중요하다. 상기와 같은 마스크(10)와 마스크 프레임(20)의 접합은 다양한 방법에 의해 이루어질 수 있는 데, 접착제에 의한 접합이나 레이저 용접 혹은 저항 용접 등이 사용되어질 수 있다.
한편, 상기 마스크(10)는 에칭법 또는 전주(electro-forming)법 등에 의해 제조될 수 있다.
에칭에 의한 마스크(10)의 제조방법은 포토 레지스트를 이용해 슬릿(11)의 패턴을 가지는 레지스트 층을 박판에 형성하거나 슬릿(11)의 패턴을 가진 필름을 박판에 부착한 후 박판을 에칭(etching)하는 것이다.
그러나 에칭에 의한 마스크의 제조방법은 마스크가 대형화되고 슬릿(11)의 패턴이 미세화 됨에 따라 폭의 공차(tolerance) 및 슬릿(11) 가장자리의 공차를 정확하게 일치시킬 수 없는 문제점이 있다. 특히 박판을 에칭하여 마스크(10)를 제작하는 경우 박판이 오버 에칭이나 언더 에칭되는 경우 슬릿(11)의 규격을 균일하게 할 수 없었다.
한편, 상기 전주법(electro-forming)은 전기도금과 같은 조작으로 금속염 용액의 전기 분해에 의해서 모형(母型) 위에 금속을 전해에 의해 필요한 두께로 증착시킨 후 모형에서 박리시켜 모형과 요철이 반대인 전기 주조품을 만드는 원리를 이용하여 마스크를 제조하는 방법이다.
상기 전주법에 의한 마스크의 제조방법에서는 마스크의 재료로서 니켈(Ni)과 코발트(Co)의 합금을 사용하게 되는데, 이 재료를 이용하는 경우 제조된 표면 거칠기 및 슬롯 패턴의 정밀도를 높일 수 있는 효과를 갖는다. 그러나 상기와 같은 니 켈-코발트 합금은 용접성이 좋지 않아 프레임과 용접시 마스크에 크랙이 발생하는 문제점이 있다. 즉, 상기 코발트는 타 금속과의 합금시 경도와 강도를 증가시키게 되므로 취성이 상대적으로 증가하여 용접 시 쉽게 크랙을 야기시킨다.
이는 도 2a 내지 도 2c에 의해 보다 간단히 알 수 있는 데, 즉, 도 2a에서 볼 수 있듯이, 마스크(10)와 프레임(20)을 레이저 용접기(21)를 이용해 용접할 때에 접합점(13)의 주위로 열굴곡에 의한 틈(14)이 발생하고, 이 틈(14)을 도 2b와 같이 용접하게 되면, 도 2c와 같이 크랙(15)이 발생하는 것이다. 이렇게 크랙이 발생하게 되면, 마스크를 지지하고 있는 인장력이 부분적으로 해소되어 마스크의 토탈 피치 정밀도가 변화하게 되고, 이에 따라 정확한 패터닝을 할 수 없다.
마스크의 열팽창으로 인하여 슬릿을 형성하는 스트립들의 크립(creep)변형의 문제점을 해결하기 위한 마스크는 일본 공개 특허 공보 2001-247961호에 개시되어 있다.
개시된 마스크는 기판 상에 증착에 의한 패터닝 막을 형성할 때에 사용되는 증착용 마스크로서 다수의 제 1개구부를 구획한 격벽을 갖는 마스크부와, 상기 각각의 개구 면적이 상기 각 제 1개구부의 개구면적 보다 작은 여러개의 제2개구부를 갖고, 상기 여러개의 제 2개구부가 상기 마스크부의 상기 각 제1개구부 상에 배치된 자성자료를 포함하는 스크린부을 구비한다.
일본 공개 특허 공보 2001-273979호에는 자성체 마스크의 구조가 개시되어 있으며, 일본 공개 특허 공보 2001-254169호에는 피 증착물에 밀착되어 증착 부분을 마스킹 하는 것으로, 증착영역에 대응하는 마스크 패턴이 형성된 증착마스크 프레임은 프레임 두께에 비하여 소정의 치수를 지지하기 어려운 미세한 간극과 미세 패턴부를 포함하는 마스크 패턴을 구비하고, 상기 마스크 패턴의 미세 패턴부가 미세 리브에 의해 지지된 구조를 가진다.
상술한 바와 같은 마스크는 프레임에 지지된 마스크가 자성체로 이루어져 피 증착물과 밀착될 수 있도록 하고 있으나, 이들의 경우에도 그 재질의 한계에 따른 용접 불량과 이로 인한 토탈 피치의 정밀도 변화 등의 근본적인 문제점은 여전히 안고 있다.
또한, 일본 공개 특허 공보 2002-9098호에는 증착 과정에서 마스크가 열팽창하여 부분적으로 들뜨고, 이에 따라 기판 상에 이미 형성되어 있는 막에 손상을 주는 문제를 해결하기 위한 것으로, 마스크보다 크게 형성되고 단차부를 구비해 마스크를 이 단차부에 안착시키는 지지부재를 이용하여 성막 시 마스크가 열팽창되어도 지지부재에 의해 마스크가 파상(波狀)으로 휘어지지 않도록 하고, 또한, 성막 시에 자성부재가 마스크의 타면에서 마스크를 기판에 밀착시켜 마스크와 지지부재의 사이에 간격이 발생되도록 해 이 간격을 이용해 마스크를 냉각시켜주는 효과를 얻는 패턴 형성장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같은 마스크의 경우 슬릿이 구비된 마스크부가 프레임에 의해 고정적으로 지지된 구조가 아니어서 정밀한 위치 제어에는 다소 무리가 있으며, 공정 중 위치 변형이 발생될 소지가 있다.
일본 공개 특허 공보 2002-8859호에는 성막 과정에서 마스크가 열에 의해 열팽창하는 것을 억제하기 위한 것으로, 마스크를 지지하고 있는 프레임의 내부에 유 로를 형성시켜 이 유로내부로 냉각액을 순환시키는 패턴 형성장치가 개시되어 있으나, 이러한 마스크의 구조에 있어서도 마스크와 프레임의 용접 불량에서 기인하는 토탈 피치의 절밀도 변화 등의 문제는 간과하고 있다.
일본 공개 특허 공보 2000-48954호, 2000-173769호, 2001-203079호, 2001-110567호에는 마스크와 프레임의 사이에 마스크 차폐부의 처짐을 방지하도록 보강선이 더 구비된 메탈 마스크가 개시되어 있으나, 이들 마스크의 경우에도 역시 그 재질의 한계에 따른 용접 불량 등의 근본적인 문제는 여전히 안고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프레임과의 용접시 크랙의 발생을 억제할 수 있는 증착용 마스크 프레임 조립체와 그 제조방법 및 이를 이용한 유기 EL 소자의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 박판으로 이루어지고, 소정 패턴의 개구부들이 형성된 마스크와, 상기 마스크의 일면에서 상기 마스크에 인장력이 가하여지도록 지지하는 프레임과, 상기 마스크의 타면에서 상기 프레임에 대응되는 마스크의 부분을 지지하는 커버 마스크를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 마스크는 니켈 또는 니켈과 코발트의 합금으로 이루어지도록 할 수 있으며, 이 때, 상기 마스크는 전주(electro forming)법에 의해 구비되도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 마스크, 프레임 및 커버 마스크는 용접에 의해 접합되도록 할 수 있으며, 상기 용접은 점 용접에 의해 이루어지되, 그 용접점 간의 간격인 용접 피치가 3㎜ 이하가 되도록 할 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 마스크 패턴에 대응되는 패턴을 가지는 전착용 플레이트를 이용하여 금속을 소정의 두께로 전주(electro forming)법에 의해 전착하는 공정과, 상기 전착용 플레이트로부터 마스크를 분리하는 공정과, 상기 분리된 마스크에 인장력을 가한 상태에서 일면에 프레임과 상기 프레임에 대응되는 타면에 커버 마스크를 배치하여 상기 커버 마스크, 마스크 및 프레임을 용접하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체의 제조 방법을 제공한다.
이 때, 상기 마스크는 니켈 또는 니켈과 코발트의 합금에 의해 전착되도록 할 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 절연 기판 상에 소정 패턴의 제 1 전극층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 전극층 상부로 적어도 소정 패턴의 발광층을 포함하는 유기막을 형성하는 공정과, 상기 유기막의 상부로 소정 패턴의 제 2 전극층을 형성하는 공정과, 상기 제 2 전극층의 외부를 밀봉하는 공정을 포함하되, 상기 유기막 및 제 2 전극층의 적어도 하나는 박판으로 이루어지고, 소정 패턴의 개구부들이 형성된 마스크와, 상기 마스크의 일면에서 상기 마스크에 인장력이 가하여지도록 지지하는 프레임과, 상기 마스크의 타면에서 상기 프레임에 대응되는 마스크의 부분을 지지하는 커버 마스크로 구비된 증착용 마스크 프레임 조립체를 이용하여 증착하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 마스크는 니켈 또는 니켈과 코발트의 합금으로 이루어지도록 할 수 있으며, 이 때, 상기 마스크는 전주(electro forming)법에 의해 구비되도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 마스크, 프레임 및 커버 마스크는 용접에 의해 접합되도록 할 수 있으며, 상기 용접은 점 용접에 의해 이루어지되, 그 용접점 간의 간격인 용접 피치가 3㎜ 이하가 되도록 할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 도 5에는 본 발명에 따른 증착용 마스크 프레임 조립체의 일 실시예를 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 증착용 마스크 프레임 조립체(100)는 복수 개의 단위 마스크(111)를 구비한 마스크(110)와, 이 마스크(110)를 인장력이 가하여 지도록 지지하는 프레임(120)을 포함한다. 이 때, 상기 프레임(120)은 중공의 형상으로 상기 마스크(110)의 각 단위 마스크(111)가 형성된 부분을 제외한 가장자리 부분을 지지할 수 있도록 형성된다.
각 단위 마스크(111)는 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 패턴화된 복수개의 개구부(112)를 구비하며, 이 개구부(112)들은 스트립상의 차폐부(113)에 의해 형성된다. 도 4에 도시된 상기 개구부(112)들은 서로 평행한 직선상으로 연장된 형상으 로 이루어질 수 있지만, 반드시 이러한 패턴에 한정되는 것은 아니며, 그 외 다양한 패턴으로도 실시 가능하다.
상기와 같은 마스크 프레임 조립체에 있어서, 도 3에서 볼 수 있듯이, 마스크(110)의 타면, 즉, 프레임(120)에 지지되는 반대측 면은 커버 마스크(130)에 의해 지지된다. 상기 커버 마스크(130)는 상기 마스크(110)의 상기 프레임(120)에 의해 지지되는 부분을 프레임(120)에 반대측 면에서 지지할 수 있도록 한 것으로, 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 마스크(110)의 네 가장자리 부분을 지지해 주도록 구성될 수 있으며, 이 밖에도 프레임(120)에 대응되는 마스크(110)의 부분을 지지해 주는 어떠한 구조라도 가능하다.
상기 마스크(110)는 니켈 또는 니켈과 코발트의 합금으로 이루어질 수 있는 데, 바람직하게는 미세 패턴의 형성이 용이하고, 표면 거칠기가 매우 좋은 니켈-코발트의 합금으로 형성할 수 있다. 또한, 이 마스크(110)는 소정 패턴의 개구부(112)들을 전주(electro forming)법에 의해 형성하여 미세한 패터닝과 우수한 표면 평활성을 얻도록 할 수 있다. 상기 니켈(Ni)과 코발트(Co)의 합금은 니켈 85 중량 %와 코발트 15중랑%로 이루어질 수 있으나, 이 밖에도 다양한 합금 조성이 적용될 수 있다.
한편, 상기 커버 마스크(130)는 철(Fe), 니켈(Ni)을 주성분으로 하는 인바(Invar)나 42 알로이(42Alloy) 등을 사용할 수 있으며, 스텐레스강인 SUS304 등을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 프레임(120)은 스텐레스강인 SUS410 등을 사용할 수 있다. 물론, 이러한 커버 마스크(130)나 프레임(120)의 재질은 이 밖에도 다 양하게 사용 가능하다.
도 3에서 볼 수 있듯이, 상기 마스크(110)와 커버 마스크(130) 및 프레임(120)은 중간에 마스크(110)가 개재된 상태로 접합되는 데, 이 접합은 접착제를 이용할 수 있으나, 바람직하게는 용접에 의해 접합되도록 한다. 이 때, 용접도 레이저나 저항 용접 등 다양한 방법이 있으나, 접합 후의 정밀도 변화를 고려하면 레이저 용접의 방법이 바람직하다. 도 3에 도시된 용접 점(140)은 레이저에 의한 점 용접 시의 용접점을 나타낸다. 이 때, 용접 피치 Pw는 접합이 끝난 후의 토탈 피치의 정밀도 변화에 따라 조절되는 데, 3㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 후술한다.
이상 설명한 바와 같은 증착용 마스크 조립체(100)는 그 마스크(110)로서 니켈이나 니켈- 코발트 합금에 의해 전주법으로 제조한 마스크를 사용함으로써 패턴의 정밀도가 우수하고, 표면 평활도가 뛰어난 장점을 갖는다. 뿐만 아니라 본 발명에 따른 상기 증착용 마스크 조립체(100)는 니켈-코발트 합금의 단점인 용접성의 불량에 의한 토탈 피치의 변화도 커버 마스크를 마스크 일면에 접합시킴으로 인해 용접점에서의 열굴곡에 의한 크랙을 방지함으로써 억제할 수 있는 기능을 갖는다.
도 5는 도 4의 A-A 부분의 단면을 나타내는 것으로, 실제로, 개구부(112)를 형성하는 차폐부(113)의 증착이 이루어질 기판에 닿는 면(113a)의 표면 평활성이 0.1㎛ 이하를 달성할 수 있으며, 개구부(112) 폭의 공차인 △Ws1이 ±5 ㎛이하로 될 수 있으며, 토탈 피치(Pt)의 정밀도도 ±10 ㎛이하가 되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 증착용 마스크 프레임 조립체의 제 조방법을 도 6a 내지 도 6c에 나타내 보였다.
먼저, 전주(electro forming)법을 이용해 본 발명에 따른 마스크(110)를 제조한다. 즉, 도면으로 나타내지는 않았지만, 마스크의 외형과 개구부들을 형성하기 차폐부들에 대응되는 부위가 관통된 필름이 부착된 전착용 플레이트를 준비하고, 전주법을 이용하여 상기 필름에 의해 노출된 전착용 플레이트에 금속층을 전착한다. 이 때, 상기 금속은 니켈이나, 니켈 및 코발트의 합금으로 하는 것이 바람직하다. 상기 금속층의 전착은 그 두께가 30 내지 50㎛ 정도의 두께를 갖도록 할 수 있으나, 마스크의 사용조건에 따라 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 마스크의 제작을 위한 전착이 완료되면, 전착용 플레이트로부터 마스크를 분리하고, 이 분리된 마스크를 도 6a에서 볼 수 있듯이 프레임(120)과 커버 마스크(130)의 사이에 배치시킨다. 이 때, 상기 커버 마스크(130)의 내주변은 증착이 이루어질 기판(미도시)의 외주변보다 크게 하는 것이 바람직하다. 이는 커버 마스크(130)의 내주변이 더 작아 이 커버 마스크(130)가 기판과 닿을 경우에는 증착시 섀도우 효과가 생길 수 있기 때문이다.
다음으로, 도 6b에서 볼 수 있듯이, 상기 마스크(110)를 클램프 등에 의해 고정시켜, x 및 y 방향으로 인장력을 가한다. 이 때, 인장력을 가하는 방법은 x,y 방향으로 동일한 인장력을 가하는 방법도 있지만, 각 변에서 국부적으로 인장력을 조절해 최적의 인장력(+Px1 ~ +Px5 / -Px1 ~ -Px5 / +Py1 ~ +Py6 / -Py1 ~ -Py6)을 가하도록 하는 것이 더 바람직하다. 즉, 도 7a에서 볼 수 있듯이, 마스크(110)의 최외곽 라인(114,115) 간의 토탈 피치(Pt)가 균일하게 나타나 편차가 없는 경우에 는 문제가 없으나, 도 7b 및 도 7c 와 같이, 토탈 피치(Pt)에 편차(Pt max - Pt min)가 존재할 수 있고, 도 7b 내지 도 7d에서 볼 수 있듯이, 라인 편차(△X)가 발생될 수 있으므로, 이를 국부적으로 조절함으로써 토탈 피치의 편차 뿐 아니라 라인 편차도 줄일 수 있다.
이렇게 마스크(110)에 인장력을 가한 상태에서 도 6c에서 볼 수 있듯이 커버 마스크(130)와 마스크(110) 및 프레임(120)을 접합시킨다. 접합의 방법으로는 상술한 바와 같이, 접착제나 용접 등 어떠한 방법이라도 가능하나, 본 발명에 있어서는 접합 후의 정밀도 변화 등을 고려하여 레이저 점 용접에 의한 접합이 바람직하다. 이 때, 용접점(140) 간의 용접 피치(Pw)는 접합 후 인장력을 제거한 후의 토탈 피치의 정밀도 변화를 고려해야 하는 데, 이 관계는 도 8에 보다 상세히 나타나 있다. 도 8은 용접후 인장력을 제거한 상태에서 용접 피치의 변화에 따른 토탈 피치의 변화를 나타낸 것으로, 그림에서 볼 수 있듯이, 용접 피치가 작아짐에 따라 토탈 피치의 변화가 작아지고, 용접 피치가 3mm 이하로 되었을 경우에는 토탈 피치의 변화가 매우 적게 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 용접 피치(Pw)는 3mm이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 마스크로 니켈-코발트 합금을 사용한 경우에도 이 마스크의 상하면에서 커버 마스크와 프레임이 용접점을 지지해 주므로, 열 굴곡에 의한 변형이 억제되어 크랙의 발생이 방지될 수 있는 것이다.
상기와 같이 용접이 모두 끝난 후에는 프레임(120)의 크기 및 모양에 대응되도록 상기 커버 마스크(130)의 부분(142)과, 마스크(110)의 가장자리부를 절단한다.
이렇게 제조된 마스크 프레임 조립체는 유기 EL 소자의 유기막 또는 제 2 전극층을 진공증착하는 데에 사용될 수 있는 데, 다음으론 상기 마스크 프레임 조립체를 이용한 유기 EL 소자의 제조방법을 설명한다.
우선, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같은 마스크 프레임 조립체(100)의 크기에 대응되는 기판을 준비하고, 여기에 ITO 등을 이용하여 소정 패턴의 제 1 전극층을 형성한다. 이 때, 하나의 제 1 전극층 패턴은 도 3의 마스크 프레임 조립체(100)의 하나의 단일 마스크(111)의 면적에 대응되는 면적을 가지며, 이 단일 마스크(111)의 수에 따라 복수개의 제 1 전극층 패턴이 형성된다. 이 제 1 전극층은 종래 패턴 형성 방법은 어떠한 방법이든 사용하여 제조할 수 있는 데, 일반적으로 포토리소그래피법으로 제조할 수 있다.
제 1 전극층 패턴을 형성한 후에는 각 제 1 전극층의 영역을 명확히 구획하고, 절연하는 내부 절연막(inter-insulator)를 포토 레지스트나 폴리 이미드 등 절연성 감광물로 형성한다. 이 때, 경우에 따라서는 제 2 전극층의 구획을 위한 캐소오드 세퍼레이터를 같이 형성할 수 있다.
다음으론, 진공 증착기 내에서 유기막을 증착시킨다.
유기막의 증착은 당해 유기막이 어떠한 유기막인가에 따라 증착 방법을 달리하는 데, 우선, 홀 주입층(Hole Injection Layer)이나, 홀 수송층(Hole Transport Layer), 전자 주입층(Electron Injection Layer)이나, 전자 수송층(Electron Transport Layer) 등은 패터닝없이 전면 증착하므로, 도 3에서 볼 수 있는 증착용 마스크 프레임 조립체에 있어 단위 마스크(111)에 도 4와 같은 개구부들이 없는 형 태의 오픈 마스크를 사용하여 증착하고, 발광층(Emission Layer)은 도 3에서 볼 수 있는 증착용 마스크 프레임 조립체를 그대로 사용하여 증착할 수 있다. 이들 층은 기존의 저분자 유기 EL 소자에 사용되는 유기막 형성물질은 어떠한 것이나 사용할 수 있으며, 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층의 순서로 증착시키나, 증착되는 층상 구조는 다양하게 변형 실시할 수 있다.
상기와 같이 유기막의 증착이 완료되면, 그 상부로 캐소오드의 기능을 하는 제 2 전극층을 증착하는 데, 이 제 2 전극층은 Al 및/또는 Ca 등에 의해 제 1 전극층에 대략 직교하는 패턴을 갖도록 패터닝시킨다. 제 2 전극층의 패터닝은 다양하게 이루어질 수 있는 데, 전술한 바와 같이, 소정의 패턴을 갖는 캐소오드 세퍼레이터를 이용하고 전술한 오픈 마스크를 사용하여 전면 증착을 시키는 방법과, 소정 패턴의 개구부를 가진 도 3과 같은 증착용 마스크를 사용하여 증착시키는 방법 어느것이나 적용될 수 있다.
이렇게 제 2 전극층의 증착이 완료되면, 흡습제가 내장된 메탈 캡이나, 에폭시 수지 등에 의해 밀봉하고, 외부로 노출되는 단자에 구동회로장치를 연결한다.
이처럼, 본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체는 유기막의 증착 및 제 2 전극층의 증착에 사용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체를 이용해 유기 EL 소자를 제조하여 종래의 마스크 프레임 조립체를 이용한 유기 EL 소자와 비교한 것을 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1은 본 발명에 따른 마스크 프레임 조립체를 이용하여 발광막을 증착한 경우의 예를 나타낸 것이다.
표 1에서, 실시예1 내지 실시예3은 니켈-코발트 합금으로 전주법을 이용해 제조된 마스크에 본 발명과 같이 커버 마스크를 덧붙인 마스크 프레임 조립체를 사용하여 유기 EL 소자를 제조한 것이고, 비교예1은 종래 전주법에 의해 니켈-코발트 합금으로 제조된 마스크를 이용한 유기 EL 소자를, 비교예2 내지 4는 에칭법에 의해 제조된 마스크를 이용한 유기 EL 소자를 나타낸다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
△Pt ±5㎛ ±5㎛ ±5㎛ ±10㎛ ±5㎛ ±5㎛ ±5㎛
△X ±3㎛ ±3㎛ ±3㎛ ±3㎛ ±3㎛ ±3㎛ ±3㎛
△Ws1 ±5㎛ ±5㎛ ±5㎛ ±5㎛ ±10㎛ ±10㎛ ±10㎛
화소 피치 130ppi 150ppi 100ppi 130ppi 130ppi 100ppi 100ppi
개구율 60% 55% 69% 60% 60% 69% 58%
휘도불량율 0% 0% 0% 9% 14% 12% 0%
혼색발생율 0% 0% 0% 3% 5% 3% 0%
맹점발생율 0% 0% 0% 0% 1.2% 1.2% 1.2%
화소쇼트발생율 0% 0% 0% 0% 0.5% 0.5% 0.5%
상기 표1에서 △Pt는 용접 후 인장력을 제거한 후의 토탈 피치의 편차를 나타내는 것이고, △X는 라인 편차를, △Ws1은 개구부 폭의 편차를 각각 나타내는 것이다. 또한, 상기 휘도 불량율은 상기 유기 전계 발광 소자의 화소 부분에서 유기 발광막이 덜 증착된 데서 기인하는 것이고, 상기 혼색 발생율은 한 화소에 유기 발광막이 겹치는 부분이 발생한 경우, 즉, 혼색이 발생한 경우를 나타낸다. 따라서, 상기 휘도 불량율과 혼색 발생율은 마스크에 형성된 개구부가 정확히 패터닝되어 있지 않음을 나타낸다. 한편 맹점 발생율은 각기 다른 기판의 동일 부분에서 발생하고 있는 맹점을 평가 화소수로 나눈 수치를 말하고, 화소 쇼트 발생율은 각기 다른 기판의 동일 부분에서 발생하고 있는 화소 쇼트를 평가 패널수로 나눈 수치를 말한다.
상기 표1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예1 내지 실시예3에 따르면, 기존의 에칭법에 의해 제조된 마스크 프레임 조립체를 사용한 경우, 즉, 비교예2 내지 비교예4 보다 휘도 불량률 및 혼색 발생율이 현저히 낮아 정확한 유기 발광막의 패티닝이 이루어짐을 알 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 마스크 프레임 조립체에 의한 맹점 발생이나 화소 쇼트 발생도 나타나지 않음을 알 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 실시예1 내지 실시예3에 따르면, 기존의 전주법에 의해 제조된 마스크 프레임 조립체를 사용한 비교예1의 경우보다 혼색 발생율 및 휘도 불량률에서 더욱 뛰어남을 알 수 있다. 이는 비교예1의 경우에는 전주법으로 니켈-코발트 합금을 이용해 마스크를 제조하여 이를 이용해 유기 전계 발광 소자를 제조한 것이지만, 니켈-코발트 합금의 용접성 저하로 인해 패터닝 불량이 발생하기 때문이다.
도 9는 마스크의 개구부 폭의 편차(△Ws1)가 각각 ±5㎛인 경우(Ⅰ)와, ±10㎛인 경우(Ⅱ)의 개구율과 화소 피치간의 관계를 나타내는 것으로, 상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 실시예1 내지 실시예3과, 비교예1은 Ⅰ의 경우를 나타내고, 비교예2 내지 비교예4는 Ⅱ의 경우를 나타내는 것이다. 따라서, 상기 도 9에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따르면, 화소 피치가 170ppi로 고정밀화 되었을 경우에도 개구율이 50% 이상으로 유지될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 증착용 마스크 프레임 조립체를 이용하면 보다 높은 품질의 풀 칼라 유기 전 계 발광 소자를 얻을 수 있는 것이다.
또한 상기와 같이 증착용 마스크를 전주법에 의해 제작하는 경우 개구부를 형성하는 차폐부가 구형을 이루게 되므로 증착시 발생하는 섀도우 효과(shadow effect)를 줄일 수 있게 된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 증착용 마스크 프레임 조립체와 그 제조방법 및 이를 이용한 유기 EL 소자의 제조방법에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 마스크와 프레임의 용접시 발생되는 크랙을 최소화하고 마스크의 변형을 최소화 할 수 있다.
둘째, 니켈-코발트 재의 마스크를 사용한 경우에도 그 용접불량을 최소화할 수 있어 개구부 폭의 정밀도, 토탈 피치의 정밀도 및 표면 평활성을 동시에 높일 수 있다.
셋째, 소자의 화소에 있어서, 증착 불량율을 저하시켜 휘도 불량 및 혼색 발생을 줄일 수 있다.
넷째, 화소의 고개구율화 및 고정밀화가 가능해질 수 있으며, 유기막이나 기타 전극 등을 저손실로 증착할 수 있으므로, 맹점 및 화소 쇼트의 발생을 저감시킬 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 사상적 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 그리고 설명되지는 않았으나 균등한 수단도 본 발명에 포함되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 박판으로 이루어지고, 소정 패턴의 개구부들이 형성된 마스크;
    상기 마스크의 일면에서 상기 마스크에 인장력이 가하여지도록 지지하는 프레임; 및
    상기 마스크의 타면에서 상기 프레임에 대응되는 마스크의 부분을 지지하는 커버 마스크;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크는 니켈 또는 니켈과 코발트의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크는 전주(electro forming)법에 의해 구비된 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마스크, 프레임 및 커버 마스크는 용접에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 용접은 점 용접에 의해 이루어지되, 그 용접점 간의 간격인 용접 피치가 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체.
  6. 마스크 패턴에 대응되는 패턴을 가지는 전착용 플레이트를 이용하여 금속을 소정의 두께로 전주(electro forming)법에 의해 전착하는 공정;
    상기 전착용 플레이트로부터 마스크를 분리하는 공정; 및
    상기 분리된 마스크에 인장력을 가한 상태에서 일면에 프레임과 상기 프레임에 대응되는 타면에 커버 마스크를 배치하여 상기 커버 마스크, 마스크 및 프레임을 용접하는 공정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마스크는 니켈 또는 니켈과 코발트의 합금에 의해 전착되는 것을 특징으로 하는 증착용 마스크 프레임 조립체의 제조 방법.
  8. 절연 기판 상에 소정 패턴의 제 1 전극층을 형성하는 공정;
    상기 제 1 전극층 상부로 적어도 소정 패턴의 발광층을 포함하는 유기막을 형성하는 공정;
    상기 유기막의 상부로 소정 패턴의 제 2 전극층을 형성하는 공정; 및
    상기 제 2 전극층의 외부를 밀봉하는 공정;을 포함하되,
    상기 유기막 및 제 2 전극층의 적어도 하나는 박판으로 이루어지고, 소정 패턴의 개구부들이 형성된 마스크와, 상기 마스크의 일면에서 상기 마스크에 인장력이 가하여지도록 지지하는 프레임과, 상기 마스크의 타면에서 상기 프레임에 대응되는 마스크의 부분을 지지하는 커버 마스크로 구비된 증착용 마스크 프레임 조립체를 이용하여 증착하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마스크는 니켈 또는 니켈과 코발트의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 마스크는 전주(electro forming)법에 의해 구비된 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마스크, 프레임 및 커버 마스크는 용접에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 용접은 점 용접에 의해 이루어지되, 그 용접점 간의 간격인 용접 피치가 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자의 제조방법.
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