JP4944367B2

JP4944367B2 - マスク構造体の製造方法

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Publication number: JP4944367B2
Application number: JP2004154301A
Authority: JP
Inventors: 友和須志原; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: JP2005339861A

Description

本発明は、蒸着物をパターニングするためのマスク構造体及びその製造方法、並びに有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルの製造方法に関する。

近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に代わる画像表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス（以下、「有機ＥＬ」という。）を用いた有機ＥＬディスプレイの有効性が注目されている。有機ＥＬディスプレイは自発光式であるため、液晶ディスプレイのようにバックライトを必要としない。よって、液晶ディスプレイと比較して消費電力が抑えられ、視野角が広くて応答性も速いため、次世代のディスプレイとして研究開発が盛んに行われている。

フルカラー有機ＥＬディスプレイを作製するには、ＲＧＢの画素をそれぞれ異なる色の発光層で塗り分ける必要があり、従来よりメタルマスクを用いた蒸着等のドライプロセスによるパターニングが行われている。他にもフルカラー有機ＥＬディスプレイの製造方法としては、白色有機ＥＬ素子にカラーフィルターを用いる方法も実現されているが、ＲＧＢの各発光層のパターニングを行う必要はないものの、発光効率が低下するという欠点がある。

ＲＧＢのそれぞれの発光層を塗り分けた有機ＥＬディスプレイは、カラーフィルター等を用いないために発光効率が非常に優れるという利点がある。現在、有機材料としては低分子系材料を用いたドライプロセスによるパターニングと高分子系材料を用いたウエットプロセスによるパターニングが行われている。一般的に有機材料は水分に弱いとされており、ドライプロセスによる有機膜の蒸着が盛んに行われている。そして、ドライプロセスによるＲＧＢの各発光層のパターニングにはメタルマスクが必要不可欠である。

微細なパターニングを行うためにはメタルマスクと基板との密着性を高める必要がある。これは、マスクと基板との間に隙間が存在すると、着膜時の膜形状がマスク開口面積より大きくなる傾向があり、塗分けを行う際に近隣の画素部分まで着膜する虞があるからである。また、メタルマスクと基板との密着性が損なわれる原因として、メタルマスクの自重による撓みが考えられる。また、有機膜を成膜する際の温度上昇によるメタルマスク自体の熱膨張も原因の一つと考えられる。これらの問題を解決する方法として、メタルマスクに引張り力（テンション）を付与した状態で支持フレームに固定する方法が非常に有効な手段である。

しかしながら、メタルマスクに引張り力を付与した状態で支持フレームに固定する場合も、固定方法の選択が非常に困難であり、現在、溶接による固定方法が検討されている。溶接による固定方法の場合、溶接部分に１０μｍ〜５０μｍ程度の変形が起きてしまう。その溶接部分の変形を解決する方法として、メタルマスク自体に溝を掘り、その部分を溶接にて固定する方法が報告されている。

特許文献１には、溶接バリが０〜４０μｍの範囲であることを想定して、メタルマスクに凹部を設け、この凹部内でメタルマスクと支持フレームを溶接するとしている。また、特許文献１によれば、基板をメタルマスクに密着させることが可能となり、蒸着物の滲みを防止できることが開示されている。

特開２００２−６９６１９号公報

しかしながら、溶接バリが０〜４０μｍ程度であると想定すると、メタルマスクの板厚は最低でも５０μｍ以上必要になると考えられる。メタルマスクの板厚が厚くなると、蒸着時の有機膜の形状が台形になってしまい、画素内の膜厚が不均一になってしまう。そのため、現状では２０μｍ以下の板厚のメタルマスクが検討されている。また、溶接外周部においては固定されていないため、メタルマスクが剥がれてしまうという現象が生じる。

以上のことから、メタルマスクと基板との密着性を高めるには、特許文献１に開示された構成では不十分であると考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたものであり、その目的は、メタルマスクと基板との密着性を高めて、高精細で欠陥の少ない有機ＥＬディスプレイパネルを製造することができるマスク構造体及びその製造方法、並びにマスク構造体を用いた有機ＥＬディスプレイパネルの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明に係るマスク構造体の製造方法は、メタルマスクに引張り力を付与した状態で支持フレームに固定するマスク構造体の製造方法において、
前記支持フレームより大きな前記メタルマスクに引張り力を付与した状態で、前記メタルマスクの開口エリアを囲むように該メタルマスクと前記支持フレームとの第一固定部を、互いに離間したスポット溶接箇所により設ける工程と、
前記メタルマスクを、前記支持フレームの大きさに合わせて切断する工程と、
前記第一固定部から前記支持フレームの外周部に向けて、前記メタルマスクと前記支持フレームとを固定する第二固定部を前記第一固定部とは所定の間隔をおいて設ける工程と、
を、この順で有することを特徴とする。

本発明によれば、有機膜の成膜に用いるパターニング用のマスク構造体の平面性を高めてメタルマスクと基板との密着性を向上させたので、パターニングが良好で高精細なフルカラー有機ＥＬディスプレイパネルを製作することができるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。

図１は、引張り力を付与した状態で支持フレームに固定されたメタルマスクを示しており、（ａ）はその概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。図１において、１はメタルマスク、２は支持フレーム、３は第一固定部、４は第二固定部、１０はマスク開口エリア、１１は固定間隔、１２は第一固定ピッチ、１３は第二固定ピッチ、１８は引張り力（テンション）である。

図示するように、本実施形態のマスク構造体は、正方形状または長方形状を呈しており、縦横に引張り力（テンション）１８を付与した状態で枠体状（額縁状）の支持フレーム２に固定される。そして、メタルマスク１の中央部にはマスク開口エリア１０が設定されており、各画素を形成する所定のパターンニングが施されている。

本実施形態では、メタルマスク１のマスク開口エリア１０を囲むように、該メタルマスク１と支持フレーム２とを固定する第一固定部３が存在し、該第一固定部３よりも固定間隔１１を隔てた支持フレーム２の外周部にメタルマスク１と支持フレーム２とを固定する第二固定部４が存在する。メタルマスク１の固定方法としては、スポット溶接等の溶着方法や、接着剤による接着方法を採用することができ、メタルマスク１の剥離を防止するため、第一固定部３及び第二固定部４の少なくとも一方が溶着方法による固定であることが好ましい。本実施形態では、第一固定部３よりも外方に第二固定部４のみが存在するが、第一固定部３から支持フレーム２の外周部に向けて複数箇所の固定部を設けてもよく、第一固定部３から支持フレーム２の外周部に向けて少なくとも１箇所の固定部が存在すればよい。

また、マスク構造体に張設されたメタルマスクの平面性を高めるため、第一固定部３及び第二固定部４はそれぞれ５０ｍｍ以下の固定ピッチで設けることが好ましい。

図２は、本発明に係るマスク構造体の固定部の構造を示す模式図である。図２において、１はメタルマスク、２は支持フレーム、３は第一固定部、４は第二固定部、１４は支持フレーム幅、１５は傾斜角度である。

図示するように、支持フレーム２は、フレーム上面の外側部分にテーパ加工を施して該外側部分が傾斜角度１５だけ下方へ傾斜するように形成されており、この傾斜面に第一固定部３及び第二固定部４を設けてメタルマスク１を固定している。即ち、上記マスク開口エリア１０の存在する面とは異なる支持フレーム側の面（傾斜面）に、第一固定部３と１箇所以上の固定部（本実施形態では第二固定部４）が存在している。有機膜の成膜に際して、基板はメタルマスク１の支持フレーム２側の接触面と反対側の面に密着されるが、メタルマスク１には引張り力が付与されているので、基板側に僅かに膨らもうとして基板の成膜面に密着することになる。

次に、本発明に係るマスク構造体の製造方法について説明する。

図３は、本発明に係るマスク構造体の製造方法を示す模式図である。図３において、１はメタルマスク、２は支持フレーム、３は第一固定部、４は第二固定部、１４は支持フレーム幅、１５は傾斜角度、１６は電極、１７はＸＹ粗微動ステージである。

図示するように、上述したように、支持フレーム２に予めテーパ加工を施して、フレーム上面の外側部分が傾斜角度１５だけ下方へ傾斜するように形成しておき、この支持フレーム２上に、引張り力（テンション）を付与した状態で保持したメタルマスク１を位置合わせして配置する。このようにメタルマスク１と支持フレーム２とを保持した状態で、上記傾斜面において電極１６を移動させることにより、支持フレーム２の外周部から所定の固定間隔１１をおいてマスク開口エリア１０の周囲をスポット溶接し、第一固定部３とする。このときの固定ピッチを第一固定ピッチ１２とし、５０ｍｍ以下とする。

この電極１６の直径はφ３ｍｍで先端は尖らせてあり、電極１６を移動する手段としてはＸＹ粗微動ステージ１７を用いる。第一固定部３の溶接後、支持フレーム２の大きさに合わせてメタルマスク１の余分な部分を切断する。

そして、第一固定部３と同様に、ＸＹ粗微動ステージ１７を用いて、支持フレーム２の外周部に沿って第二固定部４の溶接を行う。このときの固定ピッチを第二固定ピッチ１３とし、５０ｍｍ以下とする。

次に、以上のようにして作製したマスク構造体を用いて行う、有機ＥＬディスプレイパネルの製造方法を説明する。

図４は、有機ＥＬディスプレイパネルの製造装置を示す模式図である。図４において、１はメタルマスク、２は支持フレーム、５は基板、６は蒸着源、７は真空チャンバー、８は蒸着源シャッター、９は基板シャッターである。

図示するように、有機ＥＬディスプレイパネルの成膜は、真空ポンプ等の排気手段を備えた真空チャンバー７内の下部に蒸着源６を配し、その上方に支持フレーム２に引張り力を付与した状態でメタルマスク１を固定したマスク構造体を配するとともに、このマスク構造体のメタルマスク１を基板５の成膜面を密着させて配し、蒸着源６からパターンニングされたメタルマスク１を介して基板５の成膜面に有機膜を蒸着させる。例えば、Ａｌｑ₃等を蒸着源６により蒸発させ、不図示の膜厚モニターの測定値により蒸着レートが安定したところで蒸着源シャッター８及び基板シャッター９を開き、基板５上に所望の厚みで蒸着させる。

本実施形態によれば、メタルマスク１のマスク開口エリア１０を囲むように、該メタルマスク１と支持フレーム２とを固定する第一固定部３を設け、該第一固定部３から支持フレーム２の外周部に向けて１箇所以上の固定部（本実施形態では第二固定部４）を設けており、各固定部３、４を５０ｍｍ以下の固定ピッチで設けるので、有機膜の成膜に用いるパターニング用のマスク構造体の平面性を高めることができる。また、上記マスク開口エリア１０の存在する面とは異なる支持フレーム２側の面（傾斜面）に、１箇所以上の固定部３、４を設けているので、引張り力の付与されたメタルマスク１を基板側に僅かに膨らませてメタルマスク１と基板５との密着性を向上させることができ、パターニングが良好で高精細なフルカラー有機ＥＬディスプレイパネルを製作することができる。

したがって、メタルマスク１と基板５を密着させるために用いられていた吸着用マグネットを使用しない場合においても、極めて良好な有機ＥＬディスプレイパネルを製作することが可能である。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限るものではない。

＜実施例１＞
図１は、実施例１におけるマスク構造体の構造で、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側断面図であり、具体的にはメタルマスク１と基板５との密着性を高めることを目的としたマスク構造体の概略図である。また、図２は実施例１におけるマスク構造体の固定部の構造を示す模式図であり、図３は実施例１におけるマスク構造体の製造方法を示す模式図である。これらの図において、１はメタルマスク、２は支持フレーム、３は第一固定部、４は第二固定部、１０はマスク開口エリア、１１は固定間隔、１２は第一固定ピッチ、１３は第二固定ピッチ、１４は支持フレーム幅、１５は傾斜角度、１８は引張り力（テンション）である。

使用したメタルマスク１の材質はＮｉであり、板厚は２０μｍである。また、支持フレーム２の材質はステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）で、外形寸法は２００ｍｍ×２００ｍｍである。本実施形態では、メタルマスク１の中央部の開口エリア１０を囲むように該メタルマスク１と上記支持フレーム２との第一固定部３を溶接固定し、上記支持フレーム２の外周部において第二固定部４を溶接固定して、２箇所の溶接固定を行った。

即ち、まず、支持フレーム２上に、引張り力（テンション）１８を付与した状態で保持したメタルマスク１を位置合わせして配置する。このとき、メタルマスク１と支持フレーム２との位置ずれが生じないように、支持フレーム２に不図示のピンを立てておくと良い。

次に、図３に示すように、固定位置にてメタルマスク１と支持フレーム２とを保持した状態で、電極１６を移動させることにより、支持フレーム２の外周部から所定の固定間隔１１をおいてマスク開口エリア１０の周囲を溶接し、第一固定部３とする。また、このときの固定ピッチを第一固定ピッチ１２とする。この電極１６の直径はφ３ｍｍで先端は尖らせてあり、電極１６を移動する手段としてはＸＹ粗微動ステージ１７を用いる。第一固定部３の溶接後、支持フレーム２の大きさに合わせてメタルマスク１の余分な部分を切断する。このとき、切断し易いように支持フレーム２に不図示の切断用段差をつけておいた方が良い。

そして、第一固定部３と同様に、ＸＹ粗微動ステージ１７を用いて、支持フレーム２の外周部に沿って第二固定部４の溶接を行う。このときの固定ピッチを第二固定ピッチ１３とする。７サンプルのマスク構造体を作製し、それぞれの第一固定ピッチ１２、第二固定ピッチ１３、固定間隔１１、支持フレーム幅１４及び傾斜角度１５の値を下記表１に示す。

このようにして、メタルマスク１はテンション１８を付与した状態で支持フレーム２上に固定され、基板密着面の平面度が極めて高いマスク構造体となる。

メタルマスク１と基板５との密着性を確認する方法として、実際の有機膜を成膜することにより確認した。有機材料としてＡｌｑ₃を用い、基板５としてコーニング社製の＃１７３７無アルカリガラスを用いた。

図４は有機ＥＬディスプレイパネルの製造装置の一例を示す模式図であり、上記７サンプルのマスク構造体を用いて実際の有機材料の成膜を行った。図４において、１はマスク、２は支持フレーム、５は基板、６は蒸着源、７は真空チャンバーである。

Ａｌｑ₃を蒸着源６により蒸発させ、不図示の膜厚モニターの測定値により蒸着レートが安定したところで蒸着源シャッター８及び基板シャッター９を開き、基板５上に５０ｎｍ蒸着した。蒸着源６と基板５との距離は２００ｍｍである。そのときの有機膜の着膜形状とメタルマスク１の開口寸法を比較することにより、メタルマスク１と基板５との密着性を評価した。有機膜の着膜後の形状はＺＹＧＯ社製のＮｅｗＶｉｅｗ５０００にて測定を行い、マスク１の開口寸法及び配列寸法はＳＯＫＫＩＡ社製のＳＭＩＣ−８００にて測定を行った。下記表２は、そのときの着膜形状を１００箇所測定した場合の結果を示しており、表２中の◎、○、△の意味を以下に示す。
◎：マスク開口寸法に対して±１μｍ以内の着膜寸法
○：マスク開口寸法に対して±２．５μｍ以内の着膜寸法
△：マスク開口寸法に対して±２．５μｍ以上の着膜寸法

表２に示すように、本発明を利用すれば、メタルマスク１と支持フレーム２とを溶接固定する際に生じるバリ等の影響を受けることなく、メタルマスク１と基板５との極めて高い密着性を実現できることが判る。

＜実施例２＞
実施例２は、実施例１における第二固定部４の固定方法を接着に代えたものである。使用したメタルマスク１の材質はＮｉ−Ｃｏ合金であり、板厚は４０μｍである。また、支持フレーム２の材質はインバーで、外形寸法は８０ｍｍ×８０ｍｍである。本実施形態では、メタルマスク１の中央部の開口エリア１０を囲むように該メタルマスク１と上記支持フレーム２との第一固定部３を溶接固定し、上記支持フレーム２の外周部において第二固定部４を接着固定した。

即ち、まず、実施例１と同様にして第一固定部３を溶接固定後、支持フレーム２の大きさに合わせてメタルマスク１の余分な部分を切断する。

そして、支持フレーム２の外周部に沿って第二固定部４を接着固定した。使用した接着剤はエポキシ系接着剤である。このときの固定ピッチを第二固定ピッチ１３とする。４サンプルのマスク構造体を作製し、それぞれの第一固定ピッチ１２、第二固定ピッチ１３、固定間隔１１、支持フレーム幅１４及び傾斜角度１５の値を下記表３に示す。

このようにして、メタルマスク１はテンション１８を付与した状態で支持フレーム２上に固定され、基板密着面の平面度が極めて高いマスク構造体となる。実施例１と同様にしてメタルマスク１と基板５との密着性を確認した結果を表４に示す。

表４に示すように、全てのサンプルについて良好な結果を示し、本発明を利用すれば、メタルマスク１と支持フレーム２とを溶接固定する際に生じるバリ等の影響を受けることなく、メタルマスク１と基板５との極めて高い密着性を実現できることが判る。

＜比較例１＞
図５は、従来のマスク構造体の構造を模式的に示しており、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側断面図である。図５において、１はメタルマスク、２は支持フレーム、３は第一固定部、１０はマスク開口エリア、１８は引張り力（テンション）である。

図示するように、従来のマスク構造体は、メタルマスク１にテンション１８を付与した状態でマスク開口エリア１０の周囲の第一固定部３においてのみ、支持フレーム２に溶接固定されている。

従来のマスク構造体と上記の実施例１及び実施例２のマスク構造体を用いて、フルカラー有機ＥＬディスプレイパネルの製作を行った。表５は、その結果を示すものであり、表５中の◎、×の意味を以下に示す。
◎：蒸着エリアの全面にわたり良好なパターニングができた。
×：蒸着エリアの隅に一部斑ができた。

表５に示すように、従来のマスク構造体では蒸着エリアの隅に一部斑ができたのに対し、実施例１及び実施例２のマスク構造体では蒸着エリアの全面にわたり良好なパターニングを行うことができた。このように、有機ＥＬディスプレイパネルの製造において、メタルマスク１と基板５との密着性を高めることが重要であり、そのためには実施例１及び実施例２のマスク構造体を用いることが非常に有効である。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されない。例えば、第一固定部を接着固定し、第二固定部を溶接固定しても同様の効果を得ることができる。

なお、有機ＥＬ用メタルマスクを支持フレームに固定する際には四隅の固定部分に注意する必要があり、実施例の場合には、影響が出ないように切断した。

本発明のマスク構造体の構造を模式的に示しており、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側断面図である。本発明のマスク構造体の固定部の構造を示す模式図である。本発明におけるマスク構造体の製造方法を示す模式図である。有機ＥＬディスプレイパネルを製造するための蒸着装置を示す模式図である。従来のマスク構造体の構造を模式的に示しており、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側断面図である。

符号の説明

１メタルマスク
２支持フレーム
３第一固定部
４第二固定部
５基板
６蒸着源
７真空チャンバー
８蒸着源シャッター
９基板シャッター
１０マスク開口エリア
１１固定間隔
１２第一固定ピッチ
１３第二固定ピッチ
１４支持フレーム幅
１５傾斜角度
１６電極
１７ＸＹ粗微動ステージ
１８テンション

Claims

メタルマスクに引張り力を付与した状態で支持フレームに固定するマスク構造体の製造方法において、
前記支持フレームより大きな前記メタルマスクに引張り力を付与した状態で、前記メタルマスクの開口エリアを囲むように該メタルマスクと前記支持フレームとの第一固定部を、互いに離間したスポット溶接箇所により設ける工程と、
前記メタルマスクを、前記支持フレームの大きさに合わせて切断する工程と、
前記第一固定部から前記支持フレームの外周部に向けて、前記メタルマスクと前記支持フレームとを固定する第二固定部を前記第一固定部とは所定の間隔をおいて設ける工程と、
を、この順で有することを特徴とするマスク構造体の製造方法。