JP4971723B2 - 有機発光表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイ等に使用される高精細かつ大判の有機エレクトロルミネッセンス表示装置（有機ＥＬ表示装置）等を製造するための、有機発光表示装置の製造方法に関するものである。

近年、有機発光素子を用いたフラットパネルディスプレイが注目されている。特に、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いたディスプレイは、低電圧で駆動可能であること、さらに高速応答性、広視野角などの利点により、材料開発を含めて、デバイス化のための応用研究が精力的に行われている。

有機ＥＬ素子は、発光層に到達した電子と正孔が再結合する際に生じる発光を利用した、キャリア注入型の面発光デバイスであり、有機材料の選択によって色々な発色が得られる。

有機ＥＬディスプレイにおいて各画素の発色を赤緑青（ＲＧＢ）の三原色とすることでフルカラー化が達成される。現在、有機ＥＬディスプレイのパネル製造工程において、フルカラー化を実現するための周辺技術の開発が行われている。

現状の有機ＥＬ素子のデバイス特性から、特に実用的に用いられているのは低分子ＥＬ材料を用いた真空蒸着技術である。特に、フルカラー化のためにマスク（蒸着マスク）を用いてＲＧＢ各発光画素を選択的にパターニング蒸着するプロセスが採用されている。

図８は、真空蒸着による有機ＥＬディスプレイのパターニング蒸着工程を示す図である。真空チャンバー（真空蒸着槽）に納められた基板１０２は、あらかじめパターニングされた画素電極１０２ａを備えており、基板１０２上の画素とマスク１０３の開口部１０３ａとが位置合わせ（アライメント）されている。基板１０２とマスク１０３が密着した状態で、蒸着源１０４から蒸発させた材料を蒸着させることで、マスク１０３の開口パターンに応じた形状の有機薄膜（有機化合物層）を基板１０２上へ形成する。

Ｒ、Ｇ、Ｂの各色画素ごとにそれぞれの発光色を得るための材料を蒸着する場合、蒸着材料によってマスクを交換する、あるいは単一のマスクで相対位置をずらすことにより、塗り分けが実現される。

マスクは厚みが厚くなると、シャドウ効果が大きくなり、所望の大きさの成膜パターンを得ることが難しくなる場合がある。画素ごとに所望の厚みと寸法の成膜状態を得るためには、マスクを薄くすることが有効である。また、マスクと基板との間に必要以上の空間が生じると、この空間に蒸着膜の回り込みが生じる恐れがある。回り込みがひどい場合、隣接画素に他の色が入り込む混色などの不良の原因となる場合がある。

そこで特許文献１に開示されたように、基板をマスク上で位置合わせした後、基板を力学的に押圧して、マスクと基板を密着させる必要がある。
特開２００５−１５８５７１号公報

しかし、特許文献１に開示された方法では、凹凸をもったマスクの凹部にできる基板とマスクの隙間を密着させることができないため、蒸着時の回り込みが生じてしまう。

また、例えば、基板とマスクの密着を得る手段としては、磁性体材料から成るマスクを用い、磁力を利用してマスクと基板を密着させる方法が広く採用されている。しかしながら、発明者らの検討によれば、あらかじめ位置合わせ（アライメント）した基板とマスクを接触させた状態から、磁石を用いてマスクと基板を密着させると、基板とマスクがこすれ合ってマスクや基板を傷つけてしまう現象が発生した。すなわち、磁石を用いて基板とマスクを密着させた場合は、着磁した際の、マスクと基板との位置ずれをいかに抑制するかが課題となっている。

本発明は、蒸着工程における基板とマスクの位置ずれを抑制し、高精細かつ大判のディスプレイパネル等を効率的に製造することのできる有機発光表示装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の有機発光表示装置の製造方法は、基板上に設けられた電極上に、少なくとも１層の有機化合物層を有する有機発光表示装置の製造方法であって、アライメント機構によって前記基板と前記マスクを位置合わせする工程と、位置合わせされた前記基板を複数の押圧部材によって前記マスクに押圧する工程と、前記マスクを介して有機化合物層を前記基板に蒸着する工程と、を有し、前記基板を前記マスクに押圧する際に、前記複数の押圧部材が前記基板を該基板の中心部から周辺に向かって順に押圧していく、ことを特徴とする。

本発明によれば、基板をマスクに押圧する際に、複数の押圧部材が基板を該基板の中心部から周辺に向かって順に押圧していくため、基板とマスクの位置ずれを抑制できる。

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に示すように、真空チャンバー１内には基板２やマスク３、これらの保持機構等が配設される。真空チャンバー１の真空度は、たとえば１×１０^-3Pa以下に保たれている。真空チャンバー１内に配設された蒸着源４は、基板２の下方に配設される。基板２と蒸着源４の位置は互いに固定であってもよく、相対的に移動する形態であってもよい。また、基板２とマスク３を密着させる作業を行うチャンバーを、蒸着を行う真空チャンバー１と別に設けて、それらを真空一貫で接続する形態であってもよい。

マスク３は、開口部３ａを有する薄板形状であり、より精細なパターンを実現するためには、マスク部分の板厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下とするのがよい。素材としては磁性材料、たとえばＮｉ−Ｃｏ合金などが好適に用いられ、エッチング法や電鋳法などを用いて開口を形成する。

また、大型基板向けのマスクは、大面積で開口の寸法精度を実現するのが難しいため、インバーなどで剛性の高い桟の部分（マスクフレーム）を作製し、桟に囲まれた領域に薄膜のマスクを形成した形態も好適に用いられる。

基板２は、目的に応じてシリコン基板やガラス基板あるいはプラスティック基板などを用いることができる。ディスプレイ向けとしては、無アルカリガラス上にあらかじめ駆動回路や画素電極を形成した基板が好ましく用いられる。また、基板２にはマスク３との位置合わせのためのアライメントマークを設けてある。

以下に、基板２とマスク３を密着させて蒸着し、マスク３を脱着するまでの工程を、図７のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１で基板２とマスク３の位置合わせ（アライメント）を行う。図１に示すように、マスク３は平面性を保った状態にて保持されている。マスク３と基板２を近接させた状態でマスク３の開口と基板２上の画素とのアライメントを行う。その際、基板２とマスク３の間隔は、１００〜５００μｍ程度に保たれていることが好ましい。アライメントは、基板２とマスク３に形成されたアライメントマークの位置関係を、図示しないアライメント機構によって調節することで行う。

ステップＳ２で基板２とマスク３を接触させ、ステップＳ３で位置合わせ判定を行う。アライメントが終了したのち、基板２はマスク３上に接触させる。この際、基板２はアライメント機構から開放され自重でマスク３上に配置されている。基板２とマスク３の位置ずれが基準値以上と判定されれば、再度基板２とマスク３の近接状態に戻って、上記の工程を繰り返す。

ステップＳ４で、基板２とマスク３を押圧部材５によって仮固定する。図２に示すように、押圧部材５がマスク３の反対側から降下して、マスク３に対して基板２を押圧し、仮固定する。このとき、押圧部材５の数は基板２のサイズや、アライメントの精度に応じて適宜選択することができる。基板２を押圧する位置は、基板２とマスク３のずれを生じないように適宜選択することができる。また、押圧位置と押圧の強さはマスク３の強度やアライメントの精度などに応じて適宜選択することがより好ましい。

押圧部材５が基板２を押圧するタイミングは、全ての押圧部材５が同時であってもよいが、基板２の中心部から周辺に向かって押圧する形態が、基板２とマスク３の位置ずれを抑制する意味でより好ましい。本実施の形態では、基板２の中心部から周辺に向かって順に押圧する形態としている。

この仮固定の工程を介することにより、基板２とマスク３とを押圧部材５にて押圧した状態を保ち、磁力によりマスク２と基板３を密着させる際に発生する位置ずれを抑制することができる。

ステップＳ５で基板２とマスク３を磁気手段である磁石６によって本固定する。図３は、基板２とマスク３を押圧した状態で、磁石６を降下させて基板２とマスク３を密着させた状態を示す。磁石６は、永久磁石や電磁石を用いることができる。また、蒸着源４からの熱輻射の影響を抑制するために、磁石６に基板２を冷却する機構を備えることもできる。基板２と磁石６を接触させる位置については、特にマスク３の開口の領域を覆う形態とすることが望ましい。

ステップＳ６で蒸着を行う。基板２とマスク３を磁力にて密着させた状態で、蒸着源４からの有機化合物材料が蒸着される。このとき、押圧部材５は基板２を押圧したままであってもよいし、基板２から離脱され磁力のみが機能している状態であってもよい。

ステップＳ７で脱着を行う。蒸着工程終了後、基板２とマスク３の密着状態を開放するために磁石６が上昇する際にも、基板２とマスク３の位置がずれて擦れ合ったりすることが起こりうるため、押圧部材５で基板２を押圧した状態で、磁石６を上昇させることも有効である。

本実施の形態は、基板の大きさに関して、とくに限定されるものではないが、特に大判で、１辺が３００ｍｍ以上の大型基板を用いた場合、位置合わせからマスクとの密着状態を得る上で得に有効である。押圧部材は、基板の大きさ、形状に合わせて、その配置や形状、押圧の強さを最適化することで、仮固定時および本固定時の基板とマスクの位置ずれを大幅に抑制することができる。

参考例

電鋳法により図４に示すような２００ｍｍ×２５０ｍｍ角のマスク３を作成し、図１ないし図３に示す装置によって有機発光表示装置の有機化合物層を形成した。マスク３は、開口部３ａを形成する薄膜と、強度を上げるためのマスクフレーム３ｂを有する構造とした。マスクフレーム３ｂは、インバー、薄膜はＮｉ−Ｃｏ合金材料を用いた。マスクフレーム３ｂの厚さは１ｍｍ、開口部３ａの薄膜の厚みは１２μｍとした。薄膜には、３０ｍｍ×４０ｍｍの開口部３ａとなる領域を１６面配置した。各領域には、４０μｍ×１２０μｍの大きさの開口を繰り返しパターンとしてデルタ配列で設けた。マスク３の開口率は１／３とした。アライメントマーク３ｃは対角の位置に２箇所設けた。マスク３は、外周部２５ｍｍを支持領域として真空チャンバー１内に設置した。

基板２は１５０ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラスを用いた。エッチング工程にてパターニングされたＣｒアノードと二箇所のアライメントマークを配置した。各Ｃｒアノードの形状は２０μｍ×１００μｍとした。基板２を、アライメント機構を有する真空チャンバー１に導入したのち、排気した。

押圧部材５は、図５に示す構造体をバネ機構で押圧できるものとした。押圧部材５はＳＵＳ３０３から直径６ｍｍの棒５ａを削り出し、基板と接する先端部５ｂにはポリテトラフルオロエチレンを成形したものを装着した。先端部５ｂは球面状とした。

押圧部材５は、図６に示すように、マスク３のマスクフレーム３ｂの交点と端部付近を基板側から２５箇所押圧できるように配置した。２５箇所の押圧部材５がほぼ同時に基板を押圧するように押圧部材５の位置を調整した。

磁石６は、マスク３の開口部３ａに合わせて２４ｍｍ×３６ｍｍ、厚み５ｍｍの永久磁石を、押圧部材５に干渉しないように１６箇所に配置した。

真空状態にて、アライメント機構を動作させて基板２とマスク３の距離を１００μｍまで近接させた。次に基板２上に設けられた図示しないアライメントマークと、マスク３上のアライメントマーク３ｃをＣＣＤカメラを用いてモニターしながら、基板側をアライメント機構にて動作させて、アライメントを行った。アライメント機構を動作させて、基板２をマスク３に接触させた後、押圧部材５を降下させて、押圧部材５にて基板２をマスク３に押圧した。

次にすべての磁石６をほぼ同時に基板２に接触させ、基板２とマスク３を吸着させた。磁石６と基板２とマスク３を一体化した状態で、以下の化学式に示すＡｌｑ３（同仁化学社製）を真空度２×１０^-4Paの条件下で真空蒸着法にて毎秒３Åの蒸着レートで７００Å蒸着した。成膜後、基板２上の有機化合物層であるＡｌｑ３薄膜の形状を調べたところ、形状はほぼマスク３の開口のサイズと同じで、膜の回り込みは認められなかった。またＡｌｑ３薄膜はＣｒアノードの上に適正に配置されていた。

参考例と同様の方法で、マスクを作製し、真空チャンバー内に設置した。基板も同様の方法で作製し、真空チャンバー内に導入した。押圧部材は、参考例と同じくマスクのマスクフレームの交点と端部付近を２５箇所押圧するように配置した。このとき、基板中央部に位置する押圧部材から基板端部へ向かって順に押圧されるように、２５箇所の押圧部材の設定位置を調整した。また、バネ機構は基板中央と基板周辺の押圧の力が面内で同一になるように調整した。

磁石は、マスクの開口部に合わせて参考例と同じものを、押圧部材に干渉しないように参考例と同様に１６箇所に配置した。

真空状態にて、参考例と同様にアライメントを行った。アライメント機構を動作させて、基板をマスク上に接触させた後、押圧部材を降下させて、押圧部材にて基板をマスクに押圧した。

次にすべての磁石をほぼ同時に基板に接触させ、基板とマスクを吸着させた。磁石と基板とマスクを一体化した状態で、Ａｌｑ３（同仁化学社製）を真空度２×１０^-4Paの条件下で真空蒸着法にて毎秒３Åの蒸着レートで７００Å蒸着した。成膜後、基板上のＡｌｑ３薄膜の形状を調べたところ、形状はほぼマスク開口のサイズと同じで、膜の回り込みは認められなかった。またＡｌｑ３薄膜はＣｒアノードの上に適正に配置されていた。

参考例と同様の方法で、マスクを作製し、真空チャンバー内に設置した。基板も同様の方法で作製し、真空チャンバー内に導入した。

押圧部材は、参考例と同じくマスクフレームの交点と端部付近を２５箇所押圧するように配置した。このとき、基板中央部に位置する押圧部材から基板端部へ向かって順に押圧されるように、２５箇所の押圧部材の設定位置を調整した。また、バネ機構は基板中央と基板周辺の押圧の力が面内で同一になる様に調整した。

磁石は、マスクの開口部に合わせて４ｍｍ×３６ｍｍ、厚み２０ｍｍの永久磁石を、押圧部材に干渉しないように１６箇所に配置した。また、磁石の内部に水冷管を設け、冷却水を通水することで基板を冷却する機構とした。

真空状態にて、参考例と同様にアライメントを行った。アライメント機構を動作させて、基板をマスク上に接触させた後、押圧部材を降下させて、押圧部材にて基板をマスクに押圧した。

次にすべての磁石をほぼ同時に基板に接触させ、基板とマスクを吸着させた。磁石と基板とマスクを一体化した状態で、Ａｌｑ３（同仁化学社製）を真空度２×１０^-4Paの条件下で真空蒸着法にて成膜した。その際、蒸着レート毎秒６Åで膜厚３０００Åを蒸着した。本実施例では、実施例１に比べてより蒸着源からの熱輻射量が多い成膜条件とした。成膜後、基板上のＡｌｑ３薄膜の形状を調べたところ、形状はほぼマスク開口のサイズと同じで、膜の回り込みは認められなかった。またＡｌｑ３薄膜はＣｒアノードの上に適正に配置されていた。

（比較例）
参考例と同様の方法で、マスクを作製し、真空チャンバー内に設置した。基板も同様の方法で作製し、真空チャンバー内に導入した。押圧部材は設けなかった。磁石は、参考例と同様に配置した。真空状態にて、参考例と同様にアライメントを行った。アライメント機構を動作させて、基板をマスク上に接触させた。

次にすべての磁石をほぼ同時に基板に接触させ、基板とマスクを吸着させた。磁石と基板とマスクを一体化した状態で、Ａｌｑ３（同仁化学社製）を真空度２×１０^-4Paの条件下で真空蒸着法にて毎秒３Åの蒸着レートで７００Å蒸着した。成膜後、基板上のＡｌｑ３薄膜の形状を調べたところ、形状はほぼマスク開口のサイズと同じで膜の回り込みは認められなかった。しかし、Ａｌｑ３薄膜の配置は、Ｃｒアノードの上からずれており、適正に配置されていなかった。

本発明の実施の形態に係る有機発光表示装置の製造装置を示す模式図である。 同じく有機発光表示装置の製造装置を示す模式図である。 同じく有機発光表示装置の製造装置を示す模式図である。 図１の装置のマスクを示す模式図である。 図１の装置の押圧部材を示す模式図である。 図１の装置の押圧部材の配置を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る有機発光表示装置の製造工程を示すフローチャートである。 一従来例を示す模式図である。

１ 真空チャンバー
２ 基板
３ マスク
４ 蒸着源
５ 押圧部材
６ 磁石

Claims (6)

1. 基板上に設けられた電極上に、少なくとも１層の有機化合物層を有する有機発光表示装置の製造方法であって、
   アライメント機構によって前記基板と前記マスクを位置合わせする工程と、
   位置合わせされた前記基板を複数の押圧部材によって前記マスクに押圧する工程と、
   前記マスクを介して有機化合物層を前記基板に蒸着する工程と、を有し、
   前記基板を前記マスクに押圧する際に、前記複数の押圧部材が前記基板を該基板の中心部から周辺に向かって順に押圧していく、ことを特徴とする有機発光表示装置の製造方法。
2. 前記マスクは、開口部を形成する薄膜と、薄膜よりも剛性が高いマスクフレームとから構成され、
   前記複数の押圧部材は、前記マスクのうちの前記マスクフレームの部分を押圧する、ことを特徴とする請求項１記載の有機発光表示装置の製造方法。
3. 前記基板の複数箇所を、前記複数の押圧部材によってそれぞれ前記マスクに押圧した後に、前記基板と前記マスクとを磁気手段によって密着固定し、密着固定された前記マスクを介して有機化合物層を基板に蒸着することを特徴とする請求項１又は２記載の有機発光表示装置の製造方法。
4. 前記マスクは、開口部を形成する薄膜と、薄膜よりも剛性が高いマスクフレームとから構成され、
   前記磁気手段は、前記開口部に合わせて永久磁石を配置している、ことを特徴とする請求項３記載の有機発光表示装置の製造方法。
5. 基板上に設けられた電極上に、少なくとも１層の有機化合物層を有する有機発光表示装置の製造装置において、前記基板と前記マスクを位置合わせするアライメント機構と、前記基板の複数箇所を前記マスクにそれぞれ押圧する複数の押圧部材と、前記マスクを介して前記基板上に前記有機化合物層を蒸着するための蒸着源と、を有し、前記基板を前記マスクに押圧する際に、前記複数の押圧部材が前記基板を該基板の中心部から周辺に向かって順に押圧していく、ことを特徴とする有機発光表示装置の製造装置。
6. 前記複数の押圧部材によって押圧された前記基板を前記マスクに磁力によって密着固定する磁気手段を有し、
   前記磁気手段が、前記基板を冷却する機構を備えることを特徴とする請求項５記載の有機発光表示装置の製造装置。

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