KR20230173545A - 대전체를 이용한 고해상도 oled 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크(Fine Metal Mask, FMM) 제조 방법이 개시된다. 상기 방법은 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 에칭 공정에서, (a) FMM 재료 인 금속층과, 상기 금속층의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)를 형성하고 이를 에칭액에 담지하며, 1번째 습식 에칭을 실시하는 단계; 및 (c) 1번째 습식 에칭 후에, 상기 금속층의 하부에 보호 필름이 부착된 후 2번째 습식 에칭을 실시하며, 2번째 습식 에칭 후 하부 보호 필름을 제거하는 단계를 포함하는 2번 습식 에칭 공정에 있어서,
상기 2번째 습식 에칭 시에, 상기 금속층의 상부와 하부에 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)가 도포된 상기 금속층을 에칭액에 담지하고, 상기 금속층에 화소를 이루는 매트릭스 구조의 복수의 hole들을 형성하도록 상기 금속층의 하부에 (-) 대전체를 갖다 대면 근접 시에 정전기 유도에 의해 상기 금속층의 내부에 전자/양전하들의 분극을 발생하여 상기 금속층의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하는 단계를 포함한다.
FMM 제조 시에, 2번째 에칭 공정에서 금속층(Invar 금속)의 하부에 보호 필름을 부착한 상태에서, (-) 대전체를 이용한 습식 에칭을 수행하면, (-) 대전체(47)의 정전기 유도에 의한 금속층(Invar 금속)(20)의 전자밀도 차이에 의해 hole과 hole 사이의 일정 거리 격벽이 유지되므로 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 습식 에칭을 실시하더라도 단위 면적당 픽셀들(hole)을 많게 생성하여 FMM을 제조하며, Invar 금속의 다수의 hole size가 작아지게 제조하면 단위 면적당 픽셀을 많이 생성된 FMM을 제조하면, 기존 습식 에칭 공정의 문제를 해결한 FMM을 제작하여 고해상도 OLED 패널을 제조할 수 있다.
상기 2번째 습식 에칭 시에, 상기 금속층의 상부와 하부에 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)가 도포된 상기 금속층을 에칭액에 담지하고, 상기 금속층에 화소를 이루는 매트릭스 구조의 복수의 hole들을 형성하도록 상기 금속층의 하부에 (-) 대전체를 갖다 대면 근접 시에 정전기 유도에 의해 상기 금속층의 내부에 전자/양전하들의 분극을 발생하여 상기 금속층의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하는 단계를 포함한다.
FMM 제조 시에, 2번째 에칭 공정에서 금속층(Invar 금속)의 하부에 보호 필름을 부착한 상태에서, (-) 대전체를 이용한 습식 에칭을 수행하면, (-) 대전체(47)의 정전기 유도에 의한 금속층(Invar 금속)(20)의 전자밀도 차이에 의해 hole과 hole 사이의 일정 거리 격벽이 유지되므로 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 습식 에칭을 실시하더라도 단위 면적당 픽셀들(hole)을 많게 생성하여 FMM을 제조하며, Invar 금속의 다수의 hole size가 작아지게 제조하면 단위 면적당 픽셀을 많이 생성된 FMM을 제조하면, 기존 습식 에칭 공정의 문제를 해결한 FMM을 제작하여 고해상도 OLED 패널을 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크(Fine Metal Mask, FMM) 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에칭 공정에서, 2번 에칭 공정을 실시하며, 2번째 에칭 공정에서, 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 작은 에칭 시간(3~5분) 동안에, Invar 금속의 하부에, 에칭 설비 하단에 (-) 대전체를 사용하여 정전기 유도를 발생하여 Invar 금속의 상단에 (-)전하들(electrons)이 모이고 상대적으로 전자 밀도가 높아 수평 방향 에칭 속도가 줄어들고(에칭이 덜 되고), Invar 금속 하단에 (+)전하들이 모이므로 상대적으로 전자 밀도가 줄어들어 수직 방향 에칭 속도가 빨라지므로(에칭이 잘되며) 돌출된 뽀족한 턱이 식각되며, 전자밀도 차이에 의해 hole과 hole 사이의 일정 거리 격벽이 유지되므로 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 실시하더라도 단위 면적당 픽셀(hole)들 많아지게 하여 FMM을 제조하여 고해상도 OLED 패널을 제작하는, (-) 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법에 관한 것이다.
현재 OLED 패널 제조업체에서 고해상도 패널 제조시 사용하는 FMM(Fine Metal Mask)은 일본의 DNP와 Toppan 기업에서 제조한 제품이 있으며, FMM 제조 공정은 2번 습식에칭 공정을 수행하는 two-step 공정으로 구성된다.
도 1은 OLED 패널 제조시 유기발광 물질이나 전극 물질들을 증착하는 공정에 사용되는 FMM(Fine Metal Mask) 제품을 제조하는 모식도이다.
FMM(Fine Metal Mask)는 OLED 패널 제조시 유기발광물질이나 전극 물질들을 증착하는 공정에 사용되는 제품이다. OLED 패널 기판(substrate)에서 원하는 부위에만 색을 구현하는 물질인 R(Red), G(Green), B(Blue)을 각각 도포하는 제품으로써, 니켈과 철의 합금 인 Invar 금속층에 다수의 hole들을 형성하여 제조된 제품이다. FMM을 제조하기 위해, Invar 금속층의 상부와 하부에 포토 레지스트(Photo Resist(PR) 또는 Dry Film)를 구비하여 매트릭스 구조로 화소를 이루는 복수의 hole들을 형성하여 제조된다. OLED 패널 제조용 FMM 재료는 니켈과 철의 합금 인 Invar 금속을 사용한다.
도 2는 OLED 패널 제조시 사용하는 FMM(Fine metal mask) 제조 공정으로써, 2번의 습식 에칭 공정을 보인 도면이다.
현재 OLED 패널 제조업체에서 고해상도 패널 제조시 사용하는 FMM은 일본의 DNP와 Toppan 업체에서 제조한 제품으로, FMM 제조 공정은 2번 습식 에칭 공정을 수행하는 two-step 공정으로 구성되어 있다.
도 3은 FMM 재료 인 금속층(invar 금속)의 상부와 하부에 레지스터(Photo Resist)를 구비하고 1번째 습식에칭(one-step 공정), invar 금속 하부에 보호 필름을 사용한 2번째 습식 에칭(two-step 공정)을 사용하여 FMM 제조 공정을 보인 도면이다.
two-step 습식 에칭 공정을 적용하여 FMM을 제조하는 이유는 에칭 공법으로 생성되는 hole size을 최소화하기 위함이다. 각각의 hole size가 작을수록 고해상도의 OLED 패널을 제조할 수 있다.
OLED 패널 제조시 사용하는 FMM(Fine metal mask) 제조 공정은 에칭 공정에서, 2번 습식 에칭을 실시하는 방법은
OLED 패널 제조용 FMM 재료 인 20㎛ 두께의 금속층(Invar 금속)과, 상기 금속층(Invar 금속)의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)를 형성하는 단계;
상기 금속층(Invar 금속)의 상부와 하부에 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)가 도포된 상기 금속층을 에칭액에 담지하고, 1번째 습식 에칭을 실시하는 단계;
1번째 습식 에칭(wet etching) 후에, 상기 금속층(Invar 금속)의 하부 포토레지스트 하단에 보호 필름(protect film)을 생성하는 단계; 및
상기 금속층(Invar 금속)의 하부에 보호 필름이 부착된 후, 이를 2번째 습식 에칭을 하며, 2번째 습식 에칭 후, 하부 보호 필름을 제거하는 단계를 포함한다.
이렇게 two-step 에칭 공정을 적용하여 FMM을 제조하는 이유는 에칭 공법으로 생성되는 Invar 금속에 다수의 홀의 크기(hole size)를 최소화하기 위함이며, 각각의 hole size가 작을수록 매트릭스 구조의 다수의 hole들을 구비하는 FMM을 사용하여 고해상도의 OLED 패널을 제조할 수 있다.
1번의 에칭 공정으로 금속층(Invar 금속)에 매트릭스 구조의 hole들을 생성 시에, 도 3에 도시된 바와 같이, 습식 에칭으로 형성되는 hole size을 작게 제어하기가 쉽지 않다. 그 이유는 습식 에칭 공법의 등방성 에칭(isotropic etching) 특성 때문이며, 등방성 에칭은 수직 방향으로의 에칭 속도와 수평 방향으로의 에칭 속도가 같다. 습식 에칭의 등방성 특징으로 에칭 시간이 증가하면 할수록 에칭으로 생성되는 금속의 에칭 모형은 hole의 반경이 증가하여 커다란 원을 형성하게 되고, 이렇게 형성된 커다란 원들이 만나 형성되는 hole size는 커질 수 밖에 없다. 따라서, 원과 원이 만나 형성되는 hole size을 작게 하기 위해 모든 원들의 반경을 작게 만들거나, 적어도 한쪽 원의 반경을 작게 해야 한다. 원의 반경을 작게 만들거나, 적어도 한쪽 원의 반경을 작게 해야 한다.
원의 반경을 작게 하기 위해 에칭 시간을 짧게 해야 하고, 이러한 이유로 한쪽 원에서는 더 이상 에칭이 진행하지 않도록 보호 필름(protecting film)을 이용하여 두 번째 에칭 공정을 진행하게 된다.
two-step 에칭 공정을 적용하는 기존 FMM 제조 공정은 공정수 증가에 의한 FMM 제조 원가 상승과 수율이 낮은 문제점이 있으며, 현재 일본 DNP사의 FMM 제품의 수율(hole 크기가 일정한 Invar 금속)이 50% 이하 라고 알려져 있다.
에칭 공정(식각 공정)은 반도체 제조 공정에서 회로 패턴을 형성하기 위해 화학 물질이나 가스를 사용하여 불필요한 부분을 제거하는 공정이다. 에칭 공정은 건식 에칭(dry etching) 또는 습식 에칭(wet etching)이 사용된다.
에칭 액(etchant)의 농도에 따라 화학 반응에 의해 에칭(etching)이 진행되기 때문에 국부적으로 에칭 속도를 조절하기가 쉽지 않다.
에칭 공정에서, 습식 에칭(wet etching)은 Invar 금속을 에칭액(식각액, etchant)에 오랫동안 담궈 두면, 수직 방향으로 뿐만 아니라 수평 방향으로 반경이 점점 커지는 문제가 있다.
그러므로, 기존 OLED 패널 제조용 FMM을 제조하기 위해 기존 two-step 습식 에칭 공정 대비 one-step 습식 에칭 공정을 사용하여 공정수를 감소시켜 FMM의 제조원가를 줄이고 수율을 향상시키는 기술이 필요하다.
이와 관련된 선행기술로써, 특허등록번호 10-2323615에서는, "원 스텝 습식 에칭 기술을 이용한 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법"이 등록되어 있다.
OLED 패널 제조용 FMM 재료는 니켈과 철의 합금 인 Invar 금속을 사용한다.
OLED 패널 제조용 FMM의 복수의 hole들을 형성하기 위한 FMM 재료 인 금속층(Invar 금속)의 상부과 하부에 위치된 애노드(+)와 캐쏘드(-) 전극에 외부 전기장을 이용한 one-step 습식 에칭 공정을 사용하여 FMM 제조 방법을 제공한다.
외부 전기장을 이용한 one-step 습식 에칭 공정을 적용하여 종래의 two-step 습식에칭 공정을 대체할 수 있는 one-step 습식 에칭 기술과 에칭 장비를 제공한다.
실시예에 따른 원 스텝 습식 에칭기술을 이용한 OLED 패널 제조용 FMM 제조 방법은, OLED 패널 제조용 FMM(Fine metal mask)을 제조하기 위한 20㎛ 두께의 금속층(Invar 금속)과, 상기 금속층(Invar 금속)의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)를 형성하는 단계; 및
상기 금속층(Invar 금속)의 상부와 하부에 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)가 도포된 상기 금속층을 에칭액에 담지하고, OLED 패널 제조용 FMM용 금속층(Invar 금속)에 화소를 이루는 매트릭스 구조의 복수의 hole들을 형성하도록 상기 금속층(Invar 금속)에 (+) 영구 대전체 또는 (-) 영구 대전체를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도에 의해 상기 금속층(Invar 금속)의 내부에 분극을 발생하게 하고 1번 습식 에칭을 실시하는 단계를 포함하며,
상기 금속층은 니켈과 철의 합금 인 Invar 금속을 사용하고,
상기 에칭액은 
혼합 용액을 사용한다.
상기 OLED 패널용 FMM을 제조하기 위해 FMM 재료 인 금속층(Invar 금속)의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트가 도포된 금속층(Invar 금속)을 에칭액에 담지하고, 금속층의 상단과 하단에 각각 일정 거리 이격된 각각 cathode(-) 전극과 anode(+) 전극을 위치시키고, cathode(-) 전극과 anode(+) 전극에 외부 전기장의 전압의 세기(0 V, 1V, 2V, 3V)를 달리 인가하여 정전기 유도에 의해 상기 금속층(Invar 금속)의 자유전자 밀도를 조절하여 에칭 속도를 제어하는 정전기적 인력을 발생하게 한다.
외부 전기장의 전압(0 V, 1V, 2V, 3V)을 변화시켜 인가하여 에칭 모형을 분석하였다. cathode(-) 전극과 anode(+) 전극에 외부 전기장을 이용한 에칭 속도를 제어하기 위해 외부 전기장의 세기(0 V, 1V, 2V, 3V)를 각각 다르게 인가하고, 외부 전기장의 세기에 따른 에칭 모형 분석 결과,
외부 전기장의 전압이 없는 경우(0 V), 상기 금속층(Invar 금속)의 상단과 하단의 에칭 속도가 같아 Invar 금속의 상부와 하부에서 같은 형태로 에칭이 되었으며, 상기 금속층 내부에서 전자의 밀도가 큰 부분에서는 에칭 속도가 감소하는 원리를 사용하여 상기 외부 전기장의 전압의 세기(0 V, 1V, 2V, 3V)가 커질수록 정전기적 인력에 의해 상기 금속층(Invar 금속) 내의 자유 전자들(electrons)이 하부쪽으로 몰리게 되고 상기 금속층(Invar 금속)의 상부 대비 상기 금속층 하부의 에칭 속도가 감소하여 상기 금속층(Invar 금속)의 상부 대비 하부의 에칭량이 감소하였으며, 상기 외부 전기장의 세기가 커지면 상기 금속층(Invar 금속)의 하부의 에칭속도가 “0 ”으로 되어 기존 FMM 제조시의 2번 습식 에칭시의 상기 금속층의 하부의 보호 필름(protection film)의 역할을 한다.
그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 현재 FMM 양산에 적용되고 있는 two-step etching process의 2차 습식 에칭 공정에서 에칭 시간(짧게는 1~4분, 보통 5~10분)을 짧게 하면, 최종 FMM 구조에서 돌출된 뽀족한 턱(빨간색 원)이 생성되고, 생성된 뽀족한 턱은 유기발광물질 증착 시 유기발광물질의 증착이 잘 안되는 영역(shadow distance)이 발생되는 문제점이 있었다.
도 5는 종래의 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 2번째 습식 에칭 공정에서, 기존 에칭 시간(짧게는 1~3분, 보통 5~10분) 보다 에칭 시간(11~13분)을 길게 하여 over etching을 실시한 도면이다.
OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 현재 FMM 양산에 적용되고 있는 two-step etching process의 2차 에칭 공정에서 기존 에칭 시간(보통 5~10분)을 짧게 하면(1~4분) 최종 FMM 구조에서 뽀족한 턱(빨간색 원)이 생성되고, 이렇게 뽀족한 턱은 유기발광물질 증착 시 유기발광물질의 증착이 잘 안되는 영역(shadow distance)이 생성되는 문제를 해결하기 위해, 2번째 습식 에칭 공정에서, 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(11~13분)을 길게 하여 over etching을 실시하였다.
FMM 제조 시에 Invar 금속의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)를 구비하고, 에칭 공정에서 이를 에칭액(enchant)에 담구고 2번째 습식 에칭 공정에서 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(11~13분)을 길게 하여 over etching을 실시하면, 등방성 에칭 특성에 의해 수직 방향으로 식각되어 Invar 금속 하부의 돌출된 뽀족한 턱을 제거하지만 20㎛의 두께의 금속이 2㎛ 두께로 식각되지만, 수평 방향으로 식각되어 hole 과 hole 사이의 격벽이 없어지는 문제가 있었다.
그러므로, 고해상도 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 2번 에칭 공정을 실시한 후에 단위 면적당 픽셀들(holes)을 많이 생성돼야 고해상도 OLED 패널이 제조되므로, FMM 재료인 Invar 금속의 돌출된 뽀족한 턱을 없게 하고, Invar 금속의 hole과 hole 사이의 거리가 격벽이 존재하며 일정 거리를 유지해야 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에. 에칭 공정에서, 2번 에칭 공정을 실시하며, FMM의 재료인 Invar 금속의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)를 구비하고, 이를 에칭액(enchant)에 담구고 2번째 습식 에칭 공정에서 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 하여 etching을 실시하며, OLED 패널 제조용 FMM의 재료인 금속층(Invar 금속)의 다수의 hole들을 형성하도록 금속층(Invar 금속)의 하부에 (-) 대전체를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도(electrostatic induction)에 의해 (-) 대전체에 가까운 Invar 금속에 (+)전하들이 생성되고 (-) 대전체에서 먼 Invar 금속에 (-)전하들이 생성되어 상기 Invar 금속 내에 전자들/양전하들의 분극(polarization)을 발생하며, 금속층의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하여 뽀족한 턱이 없이 다수의 hole들을 형성하며,
FMM 제조 시에, 2번째 에칭 공정에서, 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 작은 에칭 시간(3~5분) 동안에, Invar 금속의 하부에, 에칭 설비 하단에 (-) 대전체를 사용하여 정전기 유도를 발생하여 Invar 금속의 상단에 (-)전하들(electrons)이 모이고 상대적으로 전자 밀도가 높아 수평 방향 에칭 속도가 줄어들고(에칭이 덜 되고), Invar 금속 하단에 (+)전하들이 모이므로 상대적으로 전자 밀도가 줄어들어 수직 방향 에칭 속도가 빨라지므로(에칭이 잘되며) 돌출된 뽀족한 턱이 식각되며, 정전기 유도에 의한 Invar 금속의 전자밀도 차이에 의해 hole과 hole 사이의 일정 거리 격벽이 유지되므로 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 실시하더라도 단위 면적당 픽셀들(hole)을 많아지게 하여 FMM을 제조하여 고해상도 OLED 패널을 제작하는, 고해상도 OLED 패널의 FMM을 제조하는, 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법은 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 에칭 공정에서, (a) FMM 재료 인 금속층과, 상기 금속층의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)를 형성하고, 이를 에칭액에 담지하고, 1번째 습식 에칭을 실시하는 단계; 및 (b) 1번째 습식 에칭 후에, 상기 금속층의 하부에 보호 필름이 부착된 후 2번째 습식 에칭을 하며, 2번째 습식 에칭 후 하부 보호 필름을 제거하는 단계를 포함하는 2번 습식 에칭 공정에 있어서,
상기 2번째 습식 에칭 시에, 상기 금속층의 상부와 하부에 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)가 도포된 상기 금속층을 에칭액에 담지하고, 상기 금속층에 화소를 이루는 매트릭스 구조의 복수의 hole들을 형성하도록 상기 금속층의 하부에 (-) 대전체를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도에 의해 상기 금속층의 내부에 전자/양전하들의 분극을 발생하여 상기 금속층의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하는 단계를 포함한다.
상기 금속층은 FMM(Fine Metal Mask) 재료로써, 니켈과 철의 합금 인 Invar 금속을 사용한다.
상기 금속층은 20㎛ 두께의 Invar 금속을 사용한다.
상기 에칭액은 
혼합 용액을 사용한다.
상기 포토 레지스트(PR, Dry film)은 Polyhydroxysyrene(PHS) 이나 Polymethylmetacrylic acid(PMMA) 계열 포토 레지스트(photoresist)를 사용하며, 감광성 폴리이미드를 더 포함한다.
상기 금속층의 에칭 공정은 2번 습식 에칭을 실시하며, 2번째 습식 에칭 공정에서, 상기 금속층의 하부에 보호 필름을 부착한 상태에서 에칭 설비 하단에서 (-) 대전체를 사용하여 정전기 유도에 의한 상기 금속층의 전자/양전하의 분극을 발생시켜 2번 습식 에칭을 실시한다.
본 발명의 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크(FMM) 제조 방법은 FMM 제조 시의 에칭 공정에서, 2번 에칭 공정을 실시하며, 2번째 에칭 공정에서 금속층(Invar 금속)의 하부에 보호 필름을 부착한 상태에서 (-) 대전체를 이용한 습식 에칭을 수행하면, 금속층(Invar 금속)의 하부에 보호 필름을 부착한 상태에서 2번째 습식 에칭 시에 기존 에칭 시간(짧게는 1~4분, 보통 5~10분) 보다 에칭 시간(11~13분)을 길게 하여 돌출된 뽀족한 턱이 없도록 하여 금속층(Invar 금속)의 다수의 hole size를 작게 하여 유기발광물질 증착 시 유기물 증착이 잘 안되는 영역(shadow distance)이 없게 하여 유기 발광물질이 증착이 잘되며, 기존 2번 습식에칭 공정 보다 고해상도 OLED 패널을 제조할 수 있는 FMM 제조가 가능하다.
도 1은 OLED 패널 제조시 유기발광 물질이나 전극 물질들을 증착하는 공정에 사용되는 FMM(Fine Metal Mask) 제품을 제조하는 모식도이다.
도 2는 OLED 패널 제조시 사용하는 FMM(Fine metal mask) 제조 공정으로써, 2번의 습식 에칭 공정을 보인 도면이다.
도 3은 FMM 재료 인 금속층(invar 금속)의 상부와 하부에 레지스터(Photo Resist)를 구비하고 1번째 습식에칭(one-step 공정), invar 금속 하부에 보호 필름을 사용한 2번째 습식에칭(two-step 공정)을 사용하여 FMM 제조 공정을 보인 도면이다.
도 4는 현재 FMM 양산에 적용되고 있는 Two-step etching process(그림 2)의 2차 에칭공정에서 에칭 시간(1~2분)을 짧게 하면, 최종 FMM 구조에서 뽀족한 턱(빨간색 원)이 생성되고, 돌출된 턱은 유기발광물질 증착 시 유기발광물질의 증착이 잘 안되는 영역(Shadow distance)을 생성되는 문제점을 보인 도면이다.
도 5는 종래의 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 2번째 습식 에칭 공정에서, 기존 에칭 시간(짧게는 1~3분, 보통 5~10분) 보다 에칭 시간(11~13분)을 길게 하여 over etching을 실시한 도면이다.
도 6은 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에 대전체가 설계된 roll to roll 에칭 공정도이다.
도 7은 본 발명에 따른 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법을 보인 그림이다.
도 2는 OLED 패널 제조시 사용하는 FMM(Fine metal mask) 제조 공정으로써, 2번의 습식 에칭 공정을 보인 도면이다.
도 3은 FMM 재료 인 금속층(invar 금속)의 상부와 하부에 레지스터(Photo Resist)를 구비하고 1번째 습식에칭(one-step 공정), invar 금속 하부에 보호 필름을 사용한 2번째 습식에칭(two-step 공정)을 사용하여 FMM 제조 공정을 보인 도면이다.
도 4는 현재 FMM 양산에 적용되고 있는 Two-step etching process(그림 2)의 2차 에칭공정에서 에칭 시간(1~2분)을 짧게 하면, 최종 FMM 구조에서 뽀족한 턱(빨간색 원)이 생성되고, 돌출된 턱은 유기발광물질 증착 시 유기발광물질의 증착이 잘 안되는 영역(Shadow distance)을 생성되는 문제점을 보인 도면이다.
도 5는 종래의 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 2번째 습식 에칭 공정에서, 기존 에칭 시간(짧게는 1~3분, 보통 5~10분) 보다 에칭 시간(11~13분)을 길게 하여 over etching을 실시한 도면이다.
도 6은 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에 대전체가 설계된 roll to roll 에칭 공정도이다.
도 7은 본 발명에 따른 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법을 보인 그림이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
본 발명은 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 설명에 있어서 관련된 공지의 기술 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면 번호는 동일한 구성을 표기할 때에 다른 도면에서 동일한 도면번호를 부여한다.
본 연구개발을 통한 특정한 실시 형태에 대해 한정하지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
OLED 패널 제조용 FMM(Fine Metal Mask) 제조 시, FMM는 유기발광물질이나 전극 물질들을 증착하는 공정을 통해 제조되는 제품이다. 상기 제품은 OLED 패널 기판(substrate)에서 원하는 부위에만 색을 구현하는 물질인 R(Red), G(Green), B(Blue)을 각각 도포하는 제품으로써, 니켈과 철의 합금 인 Invar 금속층과, Invar 금속층의 상부와 하부에 포토 레지스트(photo resist, PR 또는 Dry Film)를 구비하여 매트릭스 구조로 화소를 이루는 복수의 hole들을 형성하여 제조된다.
도 6은 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에 대전체가 설계된 roll to roll 에칭 공정도이다.
OLED 패널 제조용 FMM 제조 공정은 다음 공정들을 포함하여 제조되며,
Pre-process 공정은 etching resist(Photo Resist(PR), Dry film)와 Invar 금속간 밀착력을 좋게 하기 위한 전처리 공정;
Laminate 공정은 Invar 금속 표면에 상부와 하부에 에칭 레지스트(etching resist)를 도포하는 공정;
노광(Exposure) 공정은 노광기를 사용하여 에칭 레지스트에 다수의 hole들이 형성되는 패턴이 구비된 마스크에 UV(자외선)을 조사시켜 에칭 레지스트(etching resist)의 다수의 hole 이외에 부분만을 경화시키는 공정;
현상(Development) 공정은 경화되지 않은 다수의 hole 부분의 etching resist를 제거하는 공정;
상기 공정들을 실시한 후에, etching 공정은 2번 습식 에칭을 실시하며, 본 발명에서는 Invar 금속 하부에 보호 필름을 부착한 상태에서 2번째 습식 에칭 시에 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 하여 뽀족한 턱이 없도록 하여 Invar 금속 하부에서 (-) 대전체를 사용하여 Invar 금속의 전자밀도 차이에 의한 2번 습식 에칭 공정;
stripping 공정은 Invar 금속의 상부와 하부 에칭 레지스트를 박리하는 공정; 및
cutting 공정은 roll-to-roll 공정 시 생성된 몇 km~ 수 백m 길이를 20㎛ 두께의 invar 금속 시트를 일정한 간격으로 커팅하는 공정을 포함한다.
도 7은 본 발명에 따른 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법을 보인 그림이다.
FMM 제조시에 2번째 에칭 공정에서, 음전하(-)로 대전된 (-) 대전체를 사용하여 습식 에칭이 진행되는 Invar 금속 내부의 자유 전자들에 척력의 정전기 유도 현상을 발생시켜 Invar 금속의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하는 에칭 방법을 제공한다.
도 7에 도시된 바와 같이, FMM 제조시에 2번째 에칭 공정에서, Invar 금속의 하부에서 에칭 설비 하단에 (-) 대전체를 사용하여 정전기 유도 현상을 발생시켜 금속층(Invar 금속)의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하도록 (-) 대전체(47)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법은
OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 에칭 공정에서, (a) OLED 패널 제조용 FMM 재료 인 20㎛ 두께의 금속층(Invar 금속)를 구비하며, 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)(10,30)를 형성하는 단계; (b) 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 상부와 하부에 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)(10,30)가 도포된 상기 금속층(20)을 에칭액에 담지하고, 1번째 습식 에칭을 실시하는 단계; 및 (c) 1번째 습식 에칭(wet etching) 후에, 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 하부 포토레지스트 하단에 보호 필름(protect film)(40)을 구비하며, 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 하부에 보호 필름(40)을 부착후 2번째 습식 에칭을 실시하며, 2번째 습식 에칭 후 하부 보호 필름(40)을 제거하는 단계를 포함하는 2번 습식 에칭 공정에서,
(d) FMM 제조 시에, 상기 2번째 습식 에칭 시에, 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 상부와 하부에 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)(10,30)가 도포된 상기 금속층(30)을 에칭액에 담지하고, 상기 금속층(Invar 금속)(20)에 화소를 이루는 매트릭스 구조의 복수의 hole들을 형성하도록 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 하부와 에칭 설비 하단에 (-) 대전체(47)를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도에 의해 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 내부에 전자/양전하들의 분극(polarization)을 발생하여 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하는 단계를 포함한다.
OLED 패널 제조용 FMM의 재료인 금속층(Invar 금속)의 복수의 hole들을 형성하도록 금속층(Invar 금속)(20)의 하부에 (-) 대전체(47)를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도(electrostatic induction)에 의해 (-) 대전체(47)에 가까운 Invar 금속(20)에 (+)전하들이 생성되고, (-) 대전체(47)에서 먼 Invar 금속(20)에 (-)전하들이 생성되어 상기 Invar 금속(20) 내에 전자들/양전하들의 분극(polarization)을 발생하여 금속층(Invar 금속)의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하였다.
금속층(Invar 금속)(20)의 하부에 에칭 설비 하단에서 (-) 대전체(47)를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도(electrostatic induction)에 의해 Invar 금속(20)의 상단에 (-) 전하들(전자들)이 많아지게 되고, 수평 방향으로 에칭 속도가 작아지고(상대적으로 에칭이 적게 되고), (-) 대전체(47)에 대향하는 Invar 금속(20)의 하단에 (+)전하들에 모이므로 수직 방향으로 에칭 속도가 빨라진다(에칭이 잘 된다).
FMM의 재료인 금속층(Invar 금속)의 하부에 (-) 대전체(47)를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도(electrostatic induction)에 의해 (-) 대전체(47)에 가까운 Invar 금속(20)에 (+)전하들이 생성되고 (-) 대전체에서 먼 Invar 금속(20)에 (-)전하들이 생성되어 상기 Invar 금속 내에 전자들/양전하들의 분극(polarization)을 발생하며, 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하며, 수평 방향으로 hole과 hole 사이의 격벽이 존재하고 일정 거리가 유지되고, 수직 방향으로 돌촐된 뽀족한 턱이 없이 다수의 hole들을 형성하며, 유기발광물질 증착 시 유기발광물질의 증착이 잘 안되는 영역(shadow distance)이 없게 하여 빈틈없이 유기발광물질의 증착이 잘 되도록 하였다.
이렇게 함으로써, FMM의 재료인 금속층(Invar 금속)(20)에 형성되는 다수의 hole size를 작게 하여 단위 면적당 픽셀들이 많이 생성되는 고해상도 FMM을 제작하며, 에칭 공정에서 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 습식 에칭을 실시하더라도, 수직 방향으로 돌출된 뽀족한 턱이 식각되고 수평 방향으로 hole과 hole 사이의 격벽이 형성되어 금속층(Invar 금속)(20)에서 매트릭스 구조의 화소를 이루는 다수의 hole들을 형성하게 된다.
상기 금속층(20)은 FMM(Fine Metal Mask) 재료로써, 니켈과 철의 합금 인 Invar 금속을 사용한다.
상기 금속층(20)은 20㎛ 두께의 Invar 금속을 사용한다.
상기 에칭액은 
혼합 용액을 사용한다.
상기 포토 레지스트(PR, Dry film)(10,30)은 Polyhydroxysyrene(PHS) 이나 Polymethylmetacrylic acid(PMMA) 계열 포토 레지스트(photoresist)를 사용하며, 감광성 폴리이미드를 더 포함한다.
상기 금속층(Invar 금속)(20)의 에칭 공정은 2번 습식 에칭을 실시하며, 2번 습식 에칭 공정 에서, 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 하부에 보호 필름(40)을 부착한 상태에서, 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 하부에서, 에칭 설비 하단에서 (-) 대전체(47)를 사용한 정전기 유도에 의한 상기 금속층(Invar 금속)(20)의 전자/양전하의 분극(polarization)을 발생시켜 수평 방향과 수직 방향으로 2번째 습식 에칭을 실시하여 수직 방향으로 돌출된 뽀족한 턱이 식각되고 수평 방향으로 hole과 hole 사이의 격벽이 형성되어 Invar 금속에 매트릭스 구조의 화소를 이루는 다수의 hole들을 형성하며, Invar 금속에 다수의 hole size를 작게 할수록 단위 면적당 픽셀들이 많이 생성되는 FMM을 제작하여 고해상도 OLED 패널이 제작된다.
본 발명의 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법은 OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 에칭 공정에서, 2번 에칭 공정을 실시하며, FMM의 재료인 Invar 금속의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)를 구비하고, 이를 에칭액(enchant)에 담구고 2번째 습식 에칭(wet etching) 공정에서 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 하여 습식 에칭을 실시하며, FMM의 재료인 금속층(Invar 금속)의 복수의 hole들을 형성하도록 금속층(Invar 금속)의 하부에 (-) 대전체를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도(electrostatic induction)에 의해 (-) 대전체에 가까운 Invar 금속에 (+)전하들이 생성되고 (-) 대전체에서 먼 Invar 금속에 (-)전하들이 생성되어 상기 Invar 금속 내에 전자들/양전하들의 분극(polarization)을 발생하며, 상기 금속층(Invar 금속)의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하며, 수평 방향으로 hole과 hole 사이의 격벽이 존재하고 일정 거리가 유지되고, 수직 방향으로 돌출된 뽀족한 턱이 없이 다수의 hole들을 형성하며, 유기발광물질 증착 시 유기발광물질의 증착이 잘 안되는 영역(shadow distance)이 없게 하여 빈틈없이 유기발광물질의 증착이 잘 되도록 하였다.
FMM 제조 시에, 2번째 에칭 공정에서, 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 작은 에칭 시간(3~5분) 동안에, Invar 금속의 하부에 에칭 설비 하단에 (-) 대전체를 갖다대면 정전기 유도를 발생하여 Invar 금속의 상단에 (-)전하들(electrons)이 모이고 상대적으로 전자 밀도가 높아 수평 방향 에칭 속도가 줄어들어(에칭이 덜 되고) hole과 hole 사이의 격벽이 존재하며 일정 거리가 유지되며, Invar 금속 하단에 (+)전하들이 모이므로 상대적으로 전자 밀도가 줄어들어 수직 방향 에칭 속도가 빨라지므로(에칭이 잘 되며) 돌출된 뽀족한 턱이 식각되며,
(-) 대전체(47)의 정전기 유도에 의한 Invar 금속의 전자밀도 차이에 의해 hole과 hole 사이의 일정 거리 격벽이 유지되므로 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 습식 에칭을 실시하더라도 단위 면적당 픽셀(hole)들을 많게 하여 FMM을 제조하여 고해상도 OLED 패널을 제작할 수 있다.
본 발명의 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크(FMM) 제조 방법은 FMM 제조 시의 에칭 공정에서, 2번째 에칭 공정에서 금속층(Invar 금속)의 하부에 보호 필름을 부착한 상태에서, (-) 대전체를 이용한 습식 에칭을 수행하면, (-) 대전체(47)의 정전기 유도에 의한 금속층(Invar 금속)(20)의 전자밀도 차이에 의해 hole과 hole 사이의 일정 거리 격벽이 유지되므로 기존 에칭 시간(보통 5~10분) 보다 에칭 시간(3~5분)을 짧게 습식 에칭을 실시하더라도 단위 면적당 픽셀들(hole)을 많게 생성하여 FMM을 제조하며, Invar 금속의 다수의 hole size가 작아지게 제조하면 단위 면적당 픽셀을 많이 생성된 FMM을 제조하면, 기존 습식 에칭 공정의 문제를 해결한 FMM을 제작하여 고해상도 OLED 패널을 제조할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기와 같이 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10: 상부 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)
20: 금속층(Invar 금속)
30: 하부 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)
40: 보호 필름
47: (-) 대전체
20: 금속층(Invar 금속)
30: 하부 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)
40: 보호 필름
47: (-) 대전체
Claims (7)
- OLED 패널 제조용 FMM 제조 시에, 에칭 공정에서, (a) FMM 재료 인 금속층과, 상기 금속층의 상부와 하부에 각각 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)를 형성하는 이를 에칭액에 담지하고, 1번째 습식 에칭을 실시하는 단계; 및 (b) 1번째 습식 에칭 후에, 상기 금속층의 하부에 보호 필름이 부착된 후 2번째 습식 에칭을 실시하며, 2번째 습식 에칭 후 하부 보호 필름을 제거하는 단계를 포함하는 2번 습식 에칭 공정에 있어서,
상기 2번째 습식 에칭 시에, 상기 금속층의 상부와 하부에 포토 레지스트(PR 또는 Dry Film)가 도포된 상기 금속층을 에칭액에 담지하고, 상기 금속층에 화소를 이루는 매트릭스 구조의 복수의 hole들을 형성하도록 상기 금속층의 하부에 (-) 대전체를 갖다 대면 근접시에 정전기 유도에 의해 상기 금속층의 내부에 전자/양전하들의 분극을 발생하여 상기 금속층의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하는 단계를 포함하는 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속층은 FMM(Fine Metal Mask) 재료로써, 니켈과 철의 합금 인 Invar 금속을 사용하는, 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속층은 20㎛ 두께의 Invar 금속을 사용하는, 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 에칭액은혼합 용액을 사용하는, 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 포토 레지스트(PR, Dry film)은 Polyhydroxysyrene(PHS) 이나 Polymethylmetacrylic acid(PMMA) 계열 포토 레지스트(photoresist)를 사용하며, 감광성 폴리이미드를 더 포함하는 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속층의 에칭 공정은 2번 습식 에칭을 실시하며, 2번째 습식 에칭 공정에서, 상기 금속층의 하부에 보호 필름을 부착한 상태에서 에칭 설비 하단에서 상기 (-) 대전체를 사용하여 정전기 유도에 의한 상기 금속층의 전자/양전하의 분극을 발생시켜 상기 금속층의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 2번째 습식 에칭을 실시하는, 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 FMM의 재료인 금속층(Invar 금속)의 하부에 상기 (-) 대전체를 갖다 대면 근접 시에 정전기 유도에 의해 상기 (-) 대전체에 가까운 Invar 금속에 (+)전하들이 생성되고 상기 (-) 대전체에서 먼 금속층(Invar 금속)에 (-)전하들이 생성되어 상기 금속층(Invar 금속) 내에 전자들/양전하들의 분극(polarization)을 발생하며, 상기 금속층(Invar 금속)의 상단과 하단의 전자밀도의 차이에 의해 수평 방향과 수직 방향으로 습식 에칭을 실시하며, 수평 방향으로 hole과 hole 사이의 격벽이 존재하고 일정 거리가 유지되고, 수직 방향으로 뽀족한 턱이 없이 다수의 hole들을 형성하며, 유기발광물질 증착 시 유기발광물질의 증착이 잘 안되는 영역(shadow distance)이 없게 하여 빈틈없이 유기발광물질의 증착되도록 하는, 대전체를 이용한 고해상도 OLED 패널 제조용 파인 메탈 마스크 제조 방법.
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