JP2003077660A - 有機el素子作製用メタルマスク及び有機elの製造方法 - Google Patents

有機el素子作製用メタルマスク及び有機elの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 有機ELディスプレーデバイス作製の際に用いる画素構
成用パターング用マスクを複合化した構成を取ることに
より、精度の向上と大型化を可能とする。 【課題】有機ELデバイスに用いる蒸着用メタルマスク
は、基板の大型化に際して、従来の小型基板技術のその
ままの拡大は、パターン精度の不足とパターンの位置精
度の不足をもたらす。 【解決手段】、マスク構成材料を、有機EL素子基板と
同一の材料構成を取ることにより、熱膨張係数の問題の
解決、基板間の密着性の向上によるパターン精度の向上
等の従来の課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】〈発明の分野〉 本発明は有機E
L素子作製方法において、素子基板に有機EL素子構成
材料のパターニングを行うためのマスクに関するもの
で、さらにそのマスクを用いた有機EL素子作製方法に
関するものである。
発明の解決しようとする課題 有機EL素子の作製において、特にフルカラーデバイス
を作製する場合には、基板上にRGBの発光画素を区切
って、RGBに対応するそれぞれの材料を対応する画素
部分に設け、さらにそれらの画素を個別に制御して発光
させることでフルカラーデバイスを実現する。RGBの
発光画素を作製するさいに、現在は発光材料の有機材料
を真空中で蒸発させて基板に作製するが、蒸着の際にメ
タルマスクを用いて、それぞれの画素に対応した部分に
材料を蒸着して作製することが一般的である。さらにカ
ソード電極の作製においても、各ライン毎の電極の分離
してパターニングするがその際においてもRGB画素分
離と同様にメタルマスクが用いられている。蒸着の際に
用いられるパターニング用のメタルマスクは、その作製
原理においても、マスクの構造においても、簡単でかつ
作業が簡便であることと、作業の信頼性も高いために一
般的に昔から用いられてきた。デバイスの仕様が厳しく
なりかつ画素パターンが小さくなるにつれて、あるいは
パターン精度要求が厳しくなるにつれて、単純なメタル
マスクでは対応が難しくなってきた。さらに基板が大面
積化してくると対応するメタルマスクにも多くの課題が
生じてきた。パターンサイズが小さくなるにつれて、パ
ターン精度を確保するために用いられるメタルマスクの
板厚も薄くしなければならない。現在デバイスの最小単
位画素となるパターンサイズの下限は一般的には人間の
目の分解能で決まり、現在はデバイスとしては一画素の
大きさは80ミクロンから90ミクロンが求められる。
その際デバイス作製に用いられるメタルマスクも対応し
た精度が要求される。画素精度を確保するためにはマス
ク板厚もパターンサイズと同程度でなければならない
が、課題はマスク板厚が薄くなるにつれて、80ミクロ
ンのパターン精度を基板全面に亘って確保することと、
基板全面に亘っての位置精度を確保することが困難とな
る。画素パターン精度を確保するためにはマスクの厚み
が薄いほうが精度は出しやすいために出来る限り薄くす
るが、マスクの取り扱い等を考慮すると、50ミクロン
から100ミクロンが下限となる。薄いマスクの大面積
化は機械的な強度とパターンの位置決め精度の低下を招
くので、小面積のマスクで実現した技術をそのままの大
面積化は困難である。そのための解決手段として、メタ
ルマスクの下に支持基台を設けて機械的な強度と位置決
め精度を確保することが一般的である。そのための支持
基台材料として金属材料が用いられているが、大型化し
た場合、一例として50cm角のメタルマスクを作製す
る場合、50cm角の基板全面に亘って数ミクロンの位
置決め精度と、基板全面に亘って同一の画素パターン精
度が要求されるが、この精度要求は非常に厳しい。マス
ク全体の機械的なひずみによる位置精度の狂い、熱膨張
による位置精度のずれ等を含めると、基板全体に亘って
の数ミクロンの精度要求は厳しいものとなる。位置精度
の確保には、マスクを複合化して、全体の位置精度の確
保は支持基台部に持たせ、パターン部の精度確保をファ
インパターンマスク部に待たせる。大面積化した場合に
は支持基台の精度に占める割合が大きくなるため基台部
の設計及び加工方法とその材料選択が重要となる。メタ
ルマスクを作製するため、マスク基台の金属材料の機械
加工は無ひずみ加工として一般的に行われている放電加
工等を用いれば加工時のひずみは少なくなるが、材料内
部に残っているひずみは残ってしまう。ひずみを出来る
限り少なくすることを考える時、使用できる金属材料は
限定されるし、さらにひずみを取り除くための再加工費
用等を考慮すると大型化した場合には高価になってしま
う。真空装置内でマスクと有機EL素子基板との密着度
を上げる必要があるが、マスク部の重力による撓みを少
なくするために基台部の軽量化が望まれる(3次元的な
位置精度の確保)。軽量化を重視した時用いることが出
来る金属材料はチタン、アルミニウム、マグネシウム等
が考えられる。しかし、高精度を実現してかつ軽く、剛
性が高く、機械加工が容易な材料の中で、すべての条件
を満足するものは存在しない。
本発明が解決するための手段 本発明が解決するための手段のひとつは、マスクパター
ンの位置精度を決めている複合化マスクの基台部分の材
料を変えることで、従来から用いられている金属材料を
非金属材料に変えることによって、従来の金属の欠点を
大幅に克服することが出来る。金属は加工することによ
って歪を加工物に与えるために、精度を確保するために
は出来る限り加工歪の発生しない材料選択と、加工量を
少なくして与える歪を少なくすることの2点に尽きるが
(必要なら加工回数を増加させて、歪を取りながら精度
を確保する)、非金属は歪が局所的に留まるために、全
体の加工精度を悪くすることが金属に較べて桁違いに少
ないためである。本発明は非金属材料として、セラミッ
ク材料あるいはガラス材料を用いる。さらにセラミック
材料及びガラス材料の利点は熱膨張係数の選択範囲が広
いため、有機ELデバイスの基板材料の熱膨張係数と一
致させることが可能となる。これは特にデバイスの大型
化あるいは基板の大型化には大きな利点となる。図1に
示す最も簡単な複合マスク構成を示し、メタルマスク支
持基台にガラスあるいはセラミックを用いる。図1では
1枚の有機EL素子作製基板上に9枚の発光素子作製例
を示したものである。図1において11は複合化マスク
支持基台部を示す。12は金属あるいはプラスティック
から出来ているパターン部分で所定の精度を確保した形
状でパターン穴(開口部)13が開けてある。11と1
2は位置精度を確保した形で互いに接着材で固定する。
図1の構成の長所ひとつは基台との位置精度が平面的に
優れているだけでなく、上下の有機EL素子基板との密
着精度が優れていることが特長となる(3次元的な位置
精度の確保)。その理由はマスク材料と基台材料が互い
に物理的な性質が一致しているため、熱に対しても機械
的な歪に対しても、さらにその経時変化に対しても変化
が同一なため、基板とマスクとの密着精度の確保が容易
と成るためである。図2に有機EL素子作製プロセス
と、パターン作製用のマスク使用との関係を示す。IT
Oガラス基板上に、基板全面に亘って、バッファー材料
(ホール注入材料)、ホール輸送材料をそれぞれ蒸着す
る。さらにパターニング用のマスクを用いて赤色発光材
料を基板に蒸着する。さらに同様のパターニングマスク
を用いて緑色、青色の材料をそれぞれ蒸着する。以上の
RGB材料のパターニングに用いるマスクは3分の1の
開口部を持つマスクを、最初に赤材料を蒸着して、次に
1画素分移動させて緑色を蒸着して、最後に同様に1画
素分移動して青色を蒸着する。しかし、互いの材料のコ
ンタミネーションを防止することが重要な時にはそれぞ
れ別のマスク用いて独立に蒸着することも必要となる。
そのためにも互いのマスク間の位置決め精度が非常に重
要となる。次に、カソード電極も線状のパターンをした
マスクを用いて基板上に蒸着する。さらに再度同一形状
のパターニングされたマスクを用いてカソード電極を蒸
着する。2度に亘ってカソード電極を蒸着するのは、カ
ソード電極用のマスクはギャップ間の距離が非常に狭い
ため(20ミクロン程度)、マスク作製が不可能なため
開口部を半分ずつ分けて2度に亘って1ライン移動させ
て2度に亘って蒸着することで、マスクを用いてカソー
ド分離を実現するものである。これは従来カソードセパ
レータ等を用いていたが、その必要が無くなる。次にい
かにして非金属材料を所定の精度でかつコストをかけず
に作るかである。一例としてガラスを用いる場合を示
す。ガラスは平面を研磨して平面度を出した基板に目的
とする形に機械加工を行って穴をあけるものである。穴
のあける方法は本発明では、機械的な歪を出来る限り与
えないことと、機械加工精度を考慮してジェット方法を
用いるものである。その一実施例は水の中に研磨材を入
れた溶液を高圧ポンプでガラス上に吹き付けてガラスを
切断するものである。この場合は熱の問題が発生しない
こととガラス内に不要な歪が入って、不用意な亀裂が生
じないことである。他の方法、たとえばレーザ加工は複
雑な形状には適していないことで内部を切り出すなどは
困難である。もちろんダイヤモンドカッター等の加工方
法は不要な歪が入って複雑な形状の切り出しには適して
いない。さらに水の代わりに空気等の気体と研磨材の組
み合わせも適しているが、加工速度で劣ることと研磨剤
の飛散が生じるため周囲の遮断が面倒である。セラミッ
クの場合には、焼結前に大まかな構造物を型枠で作り全
体を焼結で作り最終的には精度を確保するための機械加
工を追加する。セラミックあるいはガラスを用いる時の
最大のメリットは全体の形状を狂わすような歪が発生し
ないことである(金属は力のかけ過ぎた時には永久変形
を生じてしまうし、応力の緩和が生じて時間変化ととも
に形が狂ってくる)。さらに比重が金属に比較して3分
の1から4分の1と小さいことで、重力による撓み等も
その分だけ少なくすることが出来る。本発明の複合マス
クは有機ELのデバイス作製の際のパターニングに最も
適している。現在有機ELのパターニングにはマスク作
業が不可欠であるが、今後は大面積のマスクの要求が生
じてくるが実施例は無い。実験室段階の技術を順次大型
化してきているが、大型化にはさまざまな問題が発生し
ているが、本発明はそれらの多くの課題を解決してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】複合化マスク構成図 11 複合化マスク基台(枠) 12 マスクパターン部 13 マスク開口部
【図2】有機EL素子作製とマスクパターンの関係
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 33/14 H05B 33/14 A Fターム(参考) 3K007 AB04 AB17 AB18 BA06 DA01 DB03 EB00 FA01 4K029 BA62 BB02 BB03 BD00 CA01 HA02 HA03 5C094 AA05 AA08 AA14 AA43 AA46 AA48 BA12 BA27 CA19 CA24 DA13 EA04 FA01 FB01 FB20 GB10 JA01 5G435 AA04 AA17 BB05 CC09 CC12 HH01 HH20 KK05 KK10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機EL素子作製において、素子構成材
    料となる有機材料あるいはカソード電極材料を基板にパ
    ターニングして発光画素を作製するさいに用いるパター
    ニングマスクを、金属あるいはプラスチックから成るフ
    ァインパターン部とセラミックから成る基台部との複合
    化したもの、あるいは金属あるいはプラスチックから成
    るファインパターン部とガラスから成る基台部の複合化
    した構造からなることを特徴とする有機素子作製用パタ
    ーニングマスク及びそれを用いた有機EL素子作製方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1の複合化マスクにおいて、複合
    化マスクの熱膨張係数を有機EL素子基板材料に一致さ
    せることを特徴とし、特にパターニング用いるパターニ
    ングマスクの熱膨張係数と有機EL素子基板材料の熱膨
    張係数の差を5ppm/度C以下に取る事を特徴とする
    複合化マスク及びそれを用いた有機EL素子製造方法。
  3. 【請求項3】 有機EL素子作製において、真空蒸着装
    置で蒸着時、又は材料をCVDで基板に作製する際に上
    記複合マスクを用いるか、あるいは有機素子作製基板上
    に上記複合化マスクを置き、スプレー法で材料を基板に
    吹き付けてパターニングして成ることを特徴とする有機
    EL素子作製方法。
  4. 【請求項4】 複合化マスクの構成において複合化マス
    クの機械的な支持基台となる部分をセラミックあるいは
    ガラスで作製し、その基台部の作製方法において特に水
    と研磨剤を高圧で吹き付けて加工する方法、あるいは高
    圧空気と研磨剤を混合して吹きつけて機械加工すること
    を特徴とする複合化マスクの作製方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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