JP2008184670A - 有機ｅｌ素子の製造方法および成膜用マスク - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板とマスクが最初に接触する領域を制御し、ガラス基板とマスクを密着させる工程での位置ずれを抑制する。
【解決手段】マスク１は、ガラス基板１０にマスク成膜するための複数の蒸気通孔からなるパターンを有するマスク部３と、マスク部３を固定支持するフレーム２と、を備える。マスク１の、ガラス基板１０と対向する面側には、マスク部３の外周に沿った外側フレーム部２ｂの中央部に位置するように一対の凹み４を形成しておく。一対の凹み４は、マスク１とガラス基板１０とを密着させる工程において、自重によって撓んだガラス基板１０の両端部が外側フレーム部２ｂに干渉して位置ずれが発生するのを防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）デバイスの有機ＥＬ素子を製造するための有機ＥＬ素子の製造方法および成膜用マスクに関するものである。

従来、有機ＥＬ素子の製造方法では、成膜用マスクをガラス基板に密着させて成膜するマスク成膜法が多く採用されている。このようなマスク成膜法の一例であるマスク蒸着法は、有機ＥＬ層のパターンを精度良く形成することができる。近年、有機ＥＬパネルの高解像化に伴い、パターニングの微細化が進んでいる。そのため、ガラス基板上の画素パターンとマスクパターンのわずかな幾何学的な位置ずれによって品質が低下してしまう。

特許文献１では、ガラス基板（基板）とマスクを精度良く位置合わせすることを目的として、基板の３辺以上の各辺を支持して位置合わせをおこなう方法が提案されている。この方法により、ガラス基板の撓みを抑制することができ、位置合わせを好適におこなうことができる。
特開２００３−１７２５８号公報

特許文献１に開示された位置合わせ方法では、ガラス基板とマスクの両方が撓んだ状態で位置合わせをおこなった後でガラス基板とマスクを密着させる。ガラス基板やマスクの撓み形状を制御することは難しいため、ガラス基板とマスクを密着させる工程においてガラス基板とマスクが最初に接触する領域を制御することは難しい。そのため、ガラス基板とマスクを位置合わせした後に、ガラス基板とマスクの位置合わせ用マークを密着させる工程で、幾何学的な位置ずれが生じるおそれがある。

マスクを平台に置くなどして平らな状態にし、ガラス基板の２辺を支持してガラス基板の撓み重心に対称な位置で位置合わせをおこなう場合は、密着工程において最も撓んだガラス基板の領域がマスクと最初に接触する。ガラス基板は、支持する２辺に平行で重心を通る直線上の領域が大きく撓み、さらにその直線上の領域の両端部が最も撓んだ形状になる。したがって、ガラス基板の重心を通る直線上の両端部の僅かな領域のみが最初にマスクと接触する。この領域におけるマスクとガラス基板間の僅かな摩擦力の違いで、マスクとガラス基板間で幾何学的な位置ずれが生じるおそれがある。

本発明は、基板に密着させる成膜用マスクを用いて、パターンの精度が高く品質の良い有機ＥＬ素子を形成することのできる有機ＥＬ素子の製造方法および成膜用マスクを提供することを目的とするものである。

本発明の成膜用マスクは、基板に密着させてマスク成膜するためのパターンを有するマスク部と、前記マスク部を支持するフレームと、を備えた成膜用マスクにおいて、前記フレームが、前記マスク部の両端で互に対向する２辺を有し、前記成膜用マスクが前記基板と密着する面側に、前記フレームの前記対向する２辺の中央部にそれぞれ位置する一対の凹みを形成したことを特徴とする。

本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、パターンを有するマスク部および前記マスク部を支持するフレームを備えた成膜用マスクと基板とを位置合わせする位置合わせ工程と、位置合わせした前記成膜用マスクと前記基板とを密着させる工程と、前記基板に密着させた前記成膜用マスクを介して有機ＥＬ層を成膜する工程と、を有し、前記フレームが、前記マスク部の両端で互に対向する２辺を有し、前記成膜用マスクが前記基板と密着する面側に、前記フレームの前記対向する２辺の中央部にそれぞれ位置する一対の凹みを形成したことを特徴とする。

成膜用マスクのサイズや重量をほとんど変更することなく、基板と成膜用マスクを密着させる工程で成膜用マスクのフレームと基板との干渉による位置ずれを低減することができる。このような成膜用マスクを用いることにより、ガラス基板上に配置された画素パターンとの幾何学的なずれが少なく、かつ寸法精度のよい薄膜パターンである有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子を製造することが可能となる。

成膜用マスクを平らな状態にして、基板の２辺を支持して基板の撓み重心に対称な位置で位置合わせをおこなう場合、成膜用マスクに設けた凹みは基板の両端部の撓み部分を最初にマスクのフレームに接触させない役割を果たす。凹みの深さは少なくともその領域での基板の撓み差分以上であれば、基板の重心を通る直線上の領域の大部分が最初に接触するため、基板と成膜用マスクの密着工程における位置ずれを抑制することが可能になる。

また、位置合わせ用マークを結んだ直線の延長線上に凹みを設けることによって、最初に接触する位置がより位置合わせ用マークの近くになる。したがって、基板と成膜用マスクの位置合わせ用マークの近傍の領域が最初に接触するため、位置合わせしてから位置合わせ用マーク同士が密着するまでの基板と成膜用マスクの位置ずれを低減することができる。

方形状のフレームにおいては、長さの異なる２組の２辺のうち、短いほうの２辺の中央部に凹みを形成するとよい。基板の長辺を支持する場合、基板の両端部すなわち短辺の中央部の撓みが最初に成膜用マスクに接触するのをフレームの凹みによって回避することができる。この場合は基板の長辺を支持するので、支持した際の基板全体の撓みが小さくなり、密着工程において基板と成膜用マスクの位置ずれが生じにくくなる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１ないし図４は、一実施形態による成膜用マスク（蒸着用マスク）を示す。それぞれの図の（ａ）は、成膜用マスクであるマスク１を示す断面図、（ｂ）は、基板であるガラス基板１０と密着する面側からみたマスク１を示す平面図である。

マスク１は、フレーム２およびマスク部３を有し、フレーム２は、マスク部３にテンションを加えた状態で固定支持する。マスク部３は、マスク蒸着するための複数の蒸気通孔からなるパターン（マスクパターン）を有する。蒸着時にガラス基板１０とマスク１のマスク部３を密着させる目的で、マスク部３はテンションを加えた状態でフレーム２に固定支持され、マスク部３の撓みを抑えている。

マスク部３には、銅、ニッケル、ステンレス等の部材を用いることができる。また、ニッケル、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−鉄合金であるインバー材、ニッケル−鉄−コバルト合金であるスーパーインバー材等のニッケル合金を用いて電鋳製法でマスク部３を作製してもよい。特に、インバー材、スーパーインバー材の熱膨張係数は１〜２×１０^-6／℃と他の金属に比べて小さいので、蒸着時における熱膨張によるマスクの変形を抑えることが可能である。

フレーム２は、マスク部３をテンションを加えた状態で固定支持するために大きい剛性を備えたものであり、その剛性を付与するために十分な厚みおよび幅を持たせている。図１、図３および図４に示すように内側フレーム部２ａによってマスク部３を分割し、マスク部３の両端で互に対向する２辺である外側フレーム部２ｂによって囲むように構成する。あるいは、図２の（ｂ）に示すように、１つのマスク部３内に複数のパターンを設けて、長さの異なる２組の互に対向する２辺を有する方形状のフレーム２を用いてもよい。

図１のようにマスク部３を分割する内側フレーム部２ａを設ける構成では、マスク１の剛性が向上するため、パターンの画素配列の精度が向上する効果が得られる。この場合は、特に最外周の外側フレーム部２ｂの剛性をより大きくすることが好ましいが、マスク部３のパターン精度を保つことが可能であればこの限りではない。

フレーム２には、ニッケル−鉄合金であるインバー材や、ニッケル−鉄−コバルト合金であるスーパーインバー材などの低熱膨張係数の材質を用いることができる。フレーム２に低膨張係数の材質を用いることで、マスク部３に用いた場合と同様に、熱膨張によるマスクの変形を抑える効果が得られる。

本実施形態において、ガラス基板１０の対向する２辺を基板支持部とする場合の支持領域の定義を説明する。ここで基板の２辺を支持することとは、１つの辺でベッセル点を含む少なくとも１箇所以上の連続した領域か、ベッセル点を挟む両側を支持することである。また、支持領域は支持する辺の中間点に対して対称に支持し、辺の全領域を支持してもよい。

図５は、マスク１に密着させるガラス基板１０を対向する２辺で支持した場合に生じる撓みを説明するための図である。ガラス基板１０の重心を点Ａとし、点Ａを通り、かつ一対の基板支持部１１に平行な直線Ｂ−Ｂ上の基板端縁に位置する点をＢ₁ 、Ｂ₂ とする。ガラス基板１０の、対向する２辺である基板支持部１１を支持する場合、基板中央のＢ−Ｂ線上の領域の撓み量が最も大きくなり、基板支持部１１に向かうにつれて撓み量は小さくなる。

図６は、撓みを説明するための例として５００ｍｍ×４００ｍｍのサイズのガラス基板を長辺の２辺で支持した場合の点Ａから点Ｂ₁ 、Ｂ₂ までの撓み量の差を示したグラフであり、点Ａを基準とした場合の撓み量を表している。撓み量の計算は、公知技術である有限要素法による演算処理を用いておこなった。図６に示すように、数十μｍという僅かな差ではあるが、Ｂ−Ｂ線に沿った領域で撓み量が最も大きくなり、ガラス基板１０全体では基板中央の両端部である点Ｂ₁ 、Ｂ₂ が最も撓む。

そこで、図１ないし図４に示すように、ガラス基板１０と密着する面側の、フレーム２の互に対向する２辺の中央部に一対の凹み４を形成する。図１ないし図４の（ａ）にそれぞれ示す断面図では、ガラス基板１０の両端部の撓み形状とマスク１の凹み４の関係をわかりやすくするために、ガラス基板１０の両端部の撓み形状と凹み４の深さＨの大きさを強調して示している。

フレーム２に一対の凹み４を設けておくことで、ガラス基板１０の両端部の撓みが最初にマスク１のフレーム２に接触しないようにすることが可能になり、密着工程で位置ずれを抑制することが可能になる。凹み４の深さＨは、ガラス基板１０の両端部が最初にマスク１に接触しないように設計すればよく、少なくとも凹み４の深さＨがガラス基板１０の両端部の撓み差分以上であればよい。また、マスク部３の寸法精度に悪影響を及ぼさない範囲であれば、凹み４の一部あるいは全部に穴を開けることで開口部に代替してもよい。ただし、マスク１のパターンの寸法精度への影響を少しでも抑えるために、凹み４の深さＨはガラス基板１０の両端部の撓み差分より少し大きい程度が好ましい。

凹み４の形状とその位置は、ガラス基板１０の両端部の撓み量、撓み形状、ガラス基板自身のサイズに合わせて設計すればよい。

例えば図３に示すように、マスク１のサイズよりもガラス基板１０のほうが小さい場合は、凹み４をガラス基板１０の形状に合わせてマスク１の中心寄りに形成すればよい。凹み４の形状に関しても同様に変更自在である。

また、図４に示すように、位置合わせ用マーク５を結んだ直線Ｌ−Ｌの延長線上に凹み４を設けるとよい。これによって、最初に接触する位置がより位置合わせ用マーク５の近くになり、ガラス基板１０とマスク１の位置合わせ用マーク５の近傍領域が最初に接触する。その結果、位置合わせしてから位置合わせ用マーク同士が密着するまでのガラス基板１０とマスク１の位置ずれを低減することができる。

また、マスク１の長さの異なる２組の対向する２辺のうちで、短いほうの２辺の中央部に凹み４を設けることが好ましい。ガラス基板１０の長辺を支持する場合、ガラス基板１０の短辺の中央部の撓みが最初にマスク１に接触するのをマスク１の凹み４によって回避することができる。この場合は、ガラス基板１０の長辺を支持するので、支持した際のガラス基板全体の撓みが小さくなり、密着工程でガラス基板１０とマスク１の位置ずれが生じにくくなる。また、ガラス基板１０のサイズが大きい場合、基板自身の撓みが大きすぎてガラス基板１０が割れたり、破損する恐れがあることから、マスク１の短辺の中央部に凹み４を設けてガラス基板１０の長辺を支持する方法が望ましい。

図７は、比較のために、凹みが形成されていないマスク１０１とガラス基板１１０を示す図である。マスク部１０３を支持するフレーム１０２に凹みが形成されていないため、ガラス基板１１０とマスク１０１を密着させる工程において、ガラス基板１１０の両端部の撓んだ領域が最初にマスク１０１に接触する。したがって、マスク１０１とガラス基板１１０の間の僅かな摩擦力の違いによって、マスク１０１とガラス基板１１０の間で幾何学的な位置ずれが生じるおそれがある。

次に、マスク１の製造方法を説明する。

まず、マスク部３およびフレーム２を作製する。マスク部３は、金属や合金の薄板にエッチング、レーザー加工、または電鋳等の手段を用いることによって作製する。また、フレーム２は、金属や合金をレーザー加工や機械加工することで作製する。
次にマスク部３とフレーム２を電着金属層等を介して不離一体的に接合することでマスク部３をフレーム２に固定する。

図２に示すように複数のパターンを設けたマスク部３を形成する場合は、マスク部３の周辺をクランプ等で外側向きに引っ張り、マスク部３に所望の寸法精度を満たすように張力を与えながらマスク部３をゆがみのない状態にすればよい。その状態のまま、マスク部３の周辺部分とフレーム２をスポット溶接等によって固着する。このような方法によって、マスク部３をフレーム２に固定することができる。

フレーム２に凹み４を形成するには、レーザー加工、機械加工、または化学的エッチング処理等の手段を用いることができるが、所望の位置、形状、深さの凹みを形成することが可能であればこれに限らない。マスク部３および凹み４を、フレーム２に固定・形成する順序は、マスク部３のパターン精度が保証されていれば特に限定しない。

成膜用マスクである蒸着用マスクを例にして、以下に実施例を説明する。

ガラス基板には、無アルカリガラスの０．７ｍｍ厚の基板を用いた。この基板上に定法によって薄膜トランジスタと電極配線、および画素電極がマトリックス状に形成されている。

蒸着用マスクは、まずスーパーインバー材からなる１０ｍｍ厚のフレームに対して、パターン精度を調整しながらテンションを加えたスーパーインバー材からなる５０μｍ厚のマスク部をスポット溶接した。マスク部には、４０ｍｍ×５０ｍｍのパターンをマトリックス状に６×７の合計４２個、中心対称に配列した。次に、化学的エッチング処理によって深さが約１００μｍの凹みを、フレームの２つの短辺の中央部付近に半径１５ｍｍの半円状にそれぞれ形成する。このようにして、蒸着用マスクを作製し、フレームには、ガラス基板との位置合わせ用マークを、凹みからマスク中心側へ１ｍｍ離れた領域に形成した。

この蒸着用マスクに平滑な台に平らになるように設置し、その上からガラス基板の対向する長辺上の領域（基板支持部）を支持しながら、ガラス基板を蒸着用マスクに近づけた。次に、蒸着用マスクのマスク部の蒸気通孔とガラス基板上の画素パターンが一致するように位置合わせをおこない、ガラス基板を蒸着用マスクにさらに近づけてゆっくりと密着させ、有機ＥＬ層を成膜した。

本実施例の蒸着用マスクでは、ガラス基板の両端部の撓みが密着工程の最初にマスクのフレームに接触しないようにすることが可能になり、マスク部のパターンである蒸気通孔とガラス基板上の画素パターンの位置ずれを抑制することができた。公知の発光材料を用いて真空蒸着することで、ガラス基板上に寸法精度のよい薄膜パターンである有機ＥＬ層を形成（成膜）することが可能となり、表示ムラのない有機ＥＬ素子が得られた。

（比較例）
ガラス基板には、無アルカリガラスの０．７ｍｍ厚の基板を用いた。この基板上に定法によって薄膜トランジスタと電極配線、および画素電極がマトリックス状に形成されている。蒸着用マスクは、まずスーパーインバー材からなる１０ｍｍ厚のフレームに対して、パターン部精度を調整しながらテンションを加えたスーパーインバー材からなる５０μｍ厚のマスク部をスポット溶接した。マスク部には、４０ｍｍ×５０ｍｍのパターンをマトリックス状に６×７の合計４２個、中心対称に配列し、フレームには、ガラス基板との位置合わせ用マークを、実施例と同様の位置に形成した。

この蒸着用マスクを平滑な台に平らになるように設置し、その上からガラス基板の長辺上の領域を支持しながら、ガラス基板を蒸着用マスクに近づけた。次に、蒸着用マスクのパターンとガラス基板上の画素パターンが一致するように位置合わせをおこない、ガラス基板を蒸着用マスクにさらに近づけてゆっくりと密着させた。

この蒸着用マスクの構成では、ガラス基板の両端部の撓みが密着工程の最初にマスクのフレームに接触するため、マスクのパターンとガラス基板上の画素パターンの位置ずれを抑制することは困難であった。公知の発光材料を用いて真空蒸着すると、ガラス基板上に形成された有機ＥＬ層にパターンずれが生じ、得られた有機ＥＬ素子に表示ムラが生じた。

本発明の成膜用マスクは、有機ＥＬ素子の製造工程に限定されることなく、ガラス基板等との高精度な位置合わせを要する他の蒸着プロセスやＣＶＤプロセス等に広範囲に適用できる。

一実施形態を示すもので、（ａ）はマスクおよびガラス基板を示す模式断面図、（ｂ）はマスクのみを示す平面図である。 一変形例を示すもので、（ａ）はマスクおよびガラス基板を示す模式断面図、（ｂ）はマスクのみを示す平面図である。 別の変形例を示すもので、（ａ）はマスクおよびガラス基板を示す模式断面図、（ｂ）はマスクのみを示す平面図である。 さらに別の変形例を示すもので、（ａ）はマスクおよびガラス基板を示す模式断面図、（ｂ）はマスクのみを示す平面図である。 ガラス基板に生じる撓みを説明するための平面図である。 ガラス基板に生じる撓み量を測定した結果を示すグラフである。 比較例を説明する図である。

符号の説明

１ マスク
２ フレーム
３ マスク部
４ 凹み
５ 位置合わせ用マーク
１０ ガラス基板
１１ 基板支持部

Claims (5)

1. 基板に密着させてマスク成膜するためのパターンを有するマスク部と、前記マスク部を支持するフレームと、を備えた成膜用マスクにおいて、
   前記フレームが、前記マスク部の両端で互に対向する２辺を有し、前記成膜用マスクが前記基板と密着する面側に、前記フレームの前記対向する２辺の中央部にそれぞれ位置する一対の凹みを形成したことを特徴とする成膜用マスク。
2. 前記凹みが、前記基板と前記成膜用マスクとを位置合わせするための位置合わせ用マークを結んだ直線の延長線上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の成膜用マスク。
3. 前記フレームが、長さの異なる２組の対向する２辺を有し、前記一対の凹みを、短いほうの２辺の中央部にそれぞれ形成したことを特徴とする請求項１または２記載の成膜用マスク。
4. 前記成膜用マスクが蒸着用マスクであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の成膜用マスク。
5. パターンを有するマスク部および前記マスク部を支持するフレームを備えた成膜用マスクと基板とを位置合わせする位置合わせ工程と、
   位置合わせした前記成膜用マスクと前記基板とを密着させる工程と、
   前記基板に密着させた前記成膜用マスクを介して有機ＥＬ層を成膜する工程と、を有し、
   前記フレームが、前記マスク部の両端で互に対向する２辺を有し、前記成膜用マスクが前記基板と密着する面側に、前記フレームの前記対向する２辺の中央部にそれぞれ位置する一対の凹みを形成したことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。

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