[0001]【技术领域】
[0002][0001]본 발명은 프레임 일체형 마스크 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 마스크를 프레임과 일체를 이루도록 할 수 있고, 각 마스크 간의 얼라인(align)을 명확하게 할 수 있는 프레임 일체형 마스크 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
[0003]【背景技术】
[0004][0002]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.
[0005][0003]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.
[0006][0004]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 문제점이 있었다.
[0007][0005]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.
[0008][0006]따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이룰 수 있는 프레임 일체형 마스크 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
[0009][0007]또한, 본 발명은 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 프레임 일체형 마스크 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
[0010][0008]또한, 본 발명은 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킨 프레임 일체형 마스크 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
[0011][0009]본 발명의 상기의 목적은, 복수의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크로서, 프레임은, 중공 영역을 포함하는 테두리 프레임부; 복수의 마스크 셀 영역을 구비하며, 테두리 프레임부에 연결되는 마스크 셀 시트부를 포함하고, 각각의 마스크는 압연(rolling) 공정으로 제조된 금속 시트(sheet)로 구성되고, 각각의 마스크는 마스크 셀 시트부의 상부에 연결된, 프레임 일체형 마스크에 의해 달성된다.
[0012][0010]마스크 셀 시트부는, 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비할 수 있다.
[0013][0011]마스크 셀 시트부는, 테두리 시트부; 및 제1 방향으로 연장 형성되고, 양단이 테두리 시트부에 연결되는 적어도 하나의 제1 그리드 시트부를 포함할 수 있다.
[0014][0012]마스크 셀 시트부는, 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 제1 그리드 시트부와 교차되고, 양단이 테두리 시트부에 연결되는 적어도 하나의 제2 그리드 시트부를 더 포함할 수 있다.
[0015][0013]각각의 마스크 셀 영역에 각각의 마스크가 대응될 수 있다.
[0016][0014]마스크는, 복수의 마스크 패턴이 형성된 마스크 셀, 및 마스크 셀 주변의 더미를 포함하고, 더미의 적어도 일부가 마스크 셀 시트부에 접착될 수 있다.
[0017][0015]마스크는 하나의 마스크 셀을 포함하고, 마스크 셀 시트부의 각각의 마스크 셀 영역 상에 각각의 마스크가 대응될 수 있다.
[0018][0016]각각의 마스크는 복수의 마스크 셀을 포함하고, 마스크 셀 시트부의 각각의 마스크 셀 영역 상에 각각의 마스크가 대응될 수 있다.
[0019][0017]테두리 프레임부는 사각 형상일 수 있다.
[0020][0018]테두리 프레임부의 두께는 마스크 셀 시트부의 두께보다 두껍고, 마스크 셀 시트부의 두께는 마스크보다 두꺼울 수 있다.
[0021][0019]마스크 셀 시트부의 두께는 0.1mm 내지 1mm이고, 마스크의 두께는 2㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
[0022][0020]마스크는 압연 공정으로 제조된 금속 시트에서 두께를 더 얇게 형성한 것일 수 있다.
[0023][0021]마스크 및 프레임은 인바(invar), 슈퍼 인바(super invar), 니켈, 니켈-코발트 중 어느 하나의 재질일 수 있다.
[0024][0022]하나의 마스크 셀 영역에 접착된 마스크와 이에 이웃하는 마스크 셀 영역에 접착된 마스크 사이의 PPA(pixel position accuracy)는 3㎛를 초과하지 않을 수 있다.
[0025][0023]그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 복수의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 중공 영역을 포함하는 테두리 프레임부를 제공하는 단계; (b) 복수의 마스크 셀 영역을 구비하는 마스크 셀 시트부를 테두리 프레임부에 연결하는 단계; (c) 압연(rolling) 공정으로 제조된 금속 시트(sheet)로 구성되는 마스크를 마스크 셀 시트부의 하나의 마스크 셀 영역에 대응하는 단계; 및 (d) 마스크의 테두리의 적어도 일부를 마스크 셀 시트부에 접착하는 단계를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
[0026][0024]그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 복수의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 중공 영역을 포함하는 테두리 프레임부를 제공하는 단계; (b) 평면의 마스크 셀 시트부를 테두리 프레임부에 연결하는 단계; (c) 마스크 셀 시트부에 복수의 마스크 셀 영역을 형성하는 단계; (d) 압연(rolling) 공정으로 제조된 금속 시트(sheet)로 구성되는 마스크를 마스크 셀 시트부의 하나의 마스크 셀 영역에 대응하는 단계; 및 (e) 마스크의 테두리의 적어도 일부를 마스크 셀 시트부에 접착하는 단계를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
[0027][0025]마스크 셀 시트부는, 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비할 수 있다.
[0028][0026]마스크 셀 시트부는, 테두리 시트부; 및 제1 방향으로 연장 형성되고, 양단이 테두리 시트부에 연결되는 적어도 하나의 제1 그리드 시트부를 포함할 수 있다.
[0029][0027]마스크 셀 시트부는, 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 제1 그리드 시트부와 교차되고, 양단이 테두리 시트부에 연결되는 적어도 하나의 제2 그리드 시트부를 더 포함할 수 있다.
[0030][0028]각각의 마스크 셀 영역에 각각의 마스크가 대응될 수 있다.
[0031][0029](b) 단계에서, 테두리 프레임부에 마스크 셀 시트부의 모서리를 용접하여 연결할 수 있다.
[0032][0030]마스크는 하나의 마스크 셀을 포함하고, 하나의 마스크 셀이 하나의 마스크 셀 영역 내에 위치할 수 있다.
[0033][0031]마스크는 복수의 마스크 셀을 포함하고, 복수의 마스크 셀이 하나의 마스크 셀 영역 내에 위치할 수 있다.
[0034][0032]마스크를 마스크 셀 시트부의 하나의 마스크 셀 영역에 대응하는 단계 이전 또는 이후에, 프레임이 포함된 공정 영역의 온도를 제1 온도로 상승시키는 단계를 더 수행하고, 마스크의 테두리의 적어도 일부를 마스크 셀 시트부에 접착하는 단계 이후에, 프레임이 포함된 공정 영역의 온도를 제2 온도로 하강시키는 단계를 더 수행할 수 있다.
[0035][0033]제1 온도는 OLED 화소 증착 공정 온도보다 같거나 높은 온도이고, 제2 온도는 적어도 제1 온도보다 낮은 온도일 수 있다.
[0036][0034]제1 온도는 25℃ 내지 60℃ 중 어느 하나의 온도이고, 제2 온도는 제1 온도보다 낮은 20℃ 내지 30℃ 중 어느 하나의 온도이며, OLED 화소 증착 공정 온도는 25℃ 내지 45℃ 중 어느 하나의 온도일 수 있다.
[0037][0035]마스크를 마스크 셀 영역에 대응할 때, 마스크에 인장을 가하지 않을 수 있다.
[0038][0036]공정 영역의 온도를 제2 온도로 하강시키면, 프레임에 접착된 마스크가 수축되어 장력(tension)을 인가받을 수 있다.
[0039][0037]마스크는 압연 공정으로 제조된 금속 시트에서 두께를 더 얇게 형성한 것일 수 있다.
[0040][0038]상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이룰 수 있는 효과가 있다.
[0041][0039]또한, 본 발명에 따르면, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 효과가 있다.
[0042][0040]또한, 본 발명에 따르면, 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
[0043]【附图说明】
[0044][0041]도 1은 종래의 OLED 화소 증착용 마스크를 나타내는 개략도이다.도 2는 종래의 마스크를 프레임에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다.도 3은 종래의 마스크를 인장하는 과정에서 셀들간의 정렬 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도이다.도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도 및 측단면도이다.도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타내는 정면도 및 측단면도이다.도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 인장 형태 및 마스크를 프레임의 셀 영역에 대응시키는 상태를 나타내는 개략도이다.도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 프레임의 셀 영역에 대응하여 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다.도 10은 본 발명의 여러 실시예에 따른 마스크가 프레임에 접착된 형태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크의 프레임 접착 과정을 나타내는 개략도이다.도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 이용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
[0045][0042]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.
[0046][0043]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.
[0047][0044]도 1은 종래의 OLED 화소 증착용 마스크(10)를 나타내는 개략도이다.
[0048][0045]도 1을 참조하면, 종래의 마스크(10)는 스틱형(Stick-Type) 또는 판형(Plate-Type)으로 제조될 수 있다. 도 1의 (a)에 도시된 마스크(10)는 스틱형 마스크로서, 스틱의 양측을 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용할 수 있다. 도 1의 (b)에 도시된 마스크(100)는 판형(Plate-Type) 마스크로서, 넓은 면적의 화소 형성 공정에서 사용될 수 있다.
[0049][0046]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. 셀(C)을 확대하면 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(P)이 나타난다. 일 예로, 셀(C)에는 70 X 140의 해상도를 가지도록 화소 패턴(P)이 형성된다. 즉, 수많은 화소 패턴(P)들은 군집을 이루어 셀(C) 하나를 구성하며, 복수의 셀(C)들이 마스크(10)에 형성될 수 있다.
[0050][0047]도 2는 종래의 마스크(10)를 프레임(20)에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 3은 종래의 마스크(10)를 인장(F1~F2)하는 과정에서 셀들간의 정렬 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도이다. 도 1의 (a)에 도시된 6개의 셀(C: C1~C6)을 구비하는 스틱 마스크(10)를 예로 들어 설명한다.
[0051][0048]도 2의 (a)를 참조하면, 먼저, 스틱 마스크(10)를 평평하게 펴야한다. 스틱 마스크(10)의 장축 방향으로 인장력(F1~F2)을 가하여 당김에 따라 스틱 마스크(10)가 펴지게 된다. 그 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. 프레임(20)은 하나의 스틱 마스크(10)의 셀(C1~C6)들이 틀 내부 빈 영역에 위치할 정도의 크기일 수 있고, 복수의 스틱 마스크(10)의 셀(C1~C6)들이 틀 내부 빈 영역에 위치할 정도의 크기일 수도 있다.
[0052][0049]도 2의 (b)를 참조하면, 스틱 마스크(10)의 각 측에 가하는 인장력(F1~F2)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 2의 (c)는 상호 연결된 스틱 마스크(10)와 프레임의 측단면을 나타낸다.
[0053][0050]도 3을 참조하면, 스틱 마스크(10)의 각 측에 가하는 인장력(F1~F2)을 미세하게 조절함에도 불구하고, 마스크 셀(C1~C3)들의 상호간에 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 나타난다. 가령, 셀(C1~C3)들의 패턴(P)간에 거리(D1~D1", D2~D2")가 상호 다르게 되거나, 패턴(P)들이 비뚤어지는 것이 그 예이다. 스틱 마스크(10)는 복수(일 예로, 6개)의 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(F1~F2)을 조절하면서, 각 셀(C1~C6)들간의 정렬 상태를 현미경을 통해 실시간으로 확인하는 것은 매우 어려운 작업이다.
[0054][0051]따라서, 인장력(F1~F2)의 미세한 오차는 스틱 마스크(10) 각 셀(C1~C3)들이 늘어나거나, 펴지는 정도에 오차를 발생시킬 수 있고, 그에 따라 마스크 패턴(P)간에 거리(D1~D1", D2~D2")가 상이해지게 되는 문제점을 발생시킨다. 물론, 완벽하게 오차가 0이 되도록 정렬하는 것은 어려운 것이지만, 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.
[0055][0052]이에 더하여, 대략 6~20개 정도의 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.
[0056][0053]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. 그리고, 마스크(100)를 프레임(200)에 일체로 연결하는 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킬 수 있는 이점을 가진다.
[0057][0054]도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도[도 4의 (a)] 및 측단면도[도 4의 (b)]이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타내는 정면도[도 5의 (a)] 및 측단면도[도 5의 (b)]이다.
[0058][0055]도 4 및 도 5를 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 접착한 형태이다. 이하에서는, 설명의 편의상 사각 형태의 마스크(100)를 예로 들어 설명하나, 마스크(100)들은 프레임(200)에 접착되기 전에는 양측에 클램핑되는 돌출부를 구비한 스틱 마스크 형태일 수 있고, 프레임(200)에 접착된 후에 돌출부가 제거될 수 있다.
[0059][0056]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.
[0060][0057]마스크(100)는 압연(rolling) 공정으로 생성한 금속 시트(sheet)를 사용할 수 있다. 마스크(100)는 열팽창계수가 약 1.0 X 10-6/℃인 인바(invar), 약 1.0 X 10-7/℃ 인 슈퍼 인바(super invar) 재질일 수 있다. 이 재질의 마스크(100)는 열팽창계수가 매우 낮기 때문에 열에너지에 의해 마스크의 패턴 형상이 변형될 우려가 적어 고해상도 OLED 제조에서 있어서 FMM(Fine Metal Mask), 새도우 마스크(Shadow Mask)로 사용될 수 있다. 이 외에, 최근에 온도 변화값이 크지 않은 범위에서 화소 증착 공정을 수행하는 기술들이 개발되는 것을 고려하면, 마스크(100)는 이보다 열팽창계수가 약간 큰 니켈(Ni), 니켈-코발트(Ni-Co) 등의 재질일 수도 있다.
[0061][0058]압연 공정으로 제조된 금속 시트는 제조 공정상 수십 내지 수백 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 이 정도로 비교적 두꺼운 금속 시트는, 후술할 마스크 패턴(P)을 미세하게 형성하기 위해, 더 얇게 만들어질 필요가 있다. 금속 시트에 CMP 등의 방법을 사용하여 두께를 약 50㎛ 이하로 얇게 만드는 공정을 더 수행할 수 있다. 마스크의 두께는 약 2㎛ 내지 50㎛ 정도로 형성되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 두께는 약 5㎛ 내지 20㎛ 정도로 형성될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
[0062][0059]압연 공정으로 제조된 금속 시트를 사용하는 경우에는, 전주도금으로 형성한 도금막보다 두께면에서는 두꺼운 문제가 있지만, 열팽창계수(CTE)가 낮기 때문에 별도의 열처리 공정을 수행할 필요가 없으며, 내부식성이 강한 이점이 있다.
