JP2004103341A - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光層など、微小なパターンを形成する蒸着を、大型基板に対しても容易に信頼性高く行なえる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１よりも小さなサイズのメタルマスク２を用いて、基板１の一部ずつに対して順次に蒸着を行ない、基板１の全面に蒸着物質６のパターンを成膜する。これにより、基板１に密着したメタルマスク２を通して、均一な、位置ずれのないパターンを成膜できる。
【選択図】 図１
【解決手段】基板１よりも小さなサイズのメタルマスク２を用いて、基板１の一部ずつに対して順次に蒸着を行ない、基板１の全面に蒸着物質６のパターンを成膜する。これにより、基板１に密着したメタルマスク２を通して、均一な、位置ずれのないパターンを成膜できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子として使用されている有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関し、特に自発光のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報化社会の進展により、情報を表示する表示素子のニーズがとみに高まっている。現在までに実用化されているものとしては、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）等がある。しかし、ＣＲＴはサイズ並びに消費電力が大きい、ＬＣＤは大画面化が難しくかつ高価である、ＰＤＰは薄型化が難しくかつ高価である、というようにそれぞれ欠点を抱えている。これらの欠点を克服して、ここ数年、次世代表示装置の主役と目されるようになってきたのが、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（以下有機ＥＬ素子）である。有機ＥＬ素子の特徴は、製造コストが低い、大画面化が容易、消費電力が小さい、自発光である、素子の動作速度が速い、等である。
【０００３】
有機ＥＬ素子は従来、種々提案されている（例えば特許文献１参照）。一般的な有機ＥＬ素子の構成を図６に示す。ガラス基板２１上にＩＴＯ膜などの透明電極２２が形成され、この透明電極２２と陰極２３との間に正電荷と電子との再結合により発光する発光層２４が配されている。透明電極２２と発光層２４との間には、透明電極２２側より順に、透明電極２２からの正電荷が入りやすくするための正孔注入層２５、注入された正電荷を発光層２４まで運ぶための正孔輸送層２６が形成されており、発光層２４と陰極２３との間には、陰極２３側より順に、陰極２３からの電子が入りやすくするための電子注入層２７電子を発光層２４まで運ぶための電子輸送層２８が形成されている。
【０００４】
これらの層の中で、正孔注入層２５、正孔輸送層２６、電子輸送層２８、電子注入層２７、陰極２３は、共通、つまり、それぞれ単一の膜を使用できる。それに対して透明電極２２と発光層２４は、発光色ごとに分離して成膜する必要がある。つまり、１画素にＲ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の３色の発光を要するのであるが、透明電極２２と発光層２４では画素ごと、発光色ごとに分離して成膜する必要がある。透明電極２２は、有機ＥＬ素子を駆動するＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を基板２１に作り込む際に同時に各色ごとに個別に形成されており、発光層２４は、独自の工程で各色ごとに個別に形成されている。
【０００５】
有機ＥＬ素子の製造方法を具体的に説明する。正孔注入層２５、正孔輸送層２６、発光層２４、電子輸送層２８、電子注入層２７、陰極２３は、真空蒸着法という薄膜形成方法で形成される。図７は一般的な真空蒸着装置を示し、成膜室３１、真空ポンプ３２、蒸着源３３、金属板よりなるシャッター３４を備えている。真空ポンプ３２はロータリーポンプ３５、ターボ分子ポンプ３６等で構成されている。蒸着源３３は、ヒータ３７を巻装した坩堝３８などで構成され、蒸着物質３９を保持するものである。
【０００６】
このような真空蒸着装置において、成膜室３１の蒸着源３３の上方に基板４０を成膜面を下向きにして設置し、次いで成膜室３１を気密状態にしてロータリーポンプ３５を動作させて排気し、それにより到達する０．１Ｐａ程度の真空度では不足なので、さらにターボ分子ポンプ３６を動作させて１０−３Ｐａまで排気し、その後に蒸着源３３で蒸着物質３９を加熱する。
【０００７】
このようなほぼ真空状態では、蒸着物質３９が容易に蒸発して、蒸着源３３よりも温度の低い基板４０の上に堆積し膜を形成するのであるが、その際に蒸着源３３と基板４０との間のシャッター３４を必要な時間だけ開けることで、蒸着物質３９の膜厚をコントロールする。また、このような蒸着方法では基板４０全面に均一に膜が形成されるので、膜を付着させたくない部分をマスクで遮蔽する。
【０００８】
正孔注入層２５、正孔輸送層２６、電子輸送層２８、電子注入層２７、陰極２３では、膜を形成する部分と形成しない部分とを大きく分ければよいので、図８に示すようなメタルマスク４１、すなわち金属製の板（厚さ０．２〜０．５ｍｍ）に大きな開口部４１ａを形成しその周囲を遮蔽部４１ｂとしたものが用いられる。
【０００９】
それに対し、発光層２４のＲＧＢ塗り分けに要求されるような数十〜数百μｍサイズの微小なパターンを形成するためには、図９（ａ）（ｂ）に示すような、多数の微小穴４２ａが周期性を持って形成されているメタルマスク４２を用い、その全ての微小穴４２ａを正確に成膜位置に合わせる必要がある。そのために、たとえば図１０に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動可能な基板ホルダー４３に基板４０を載せて、メタルマスク４２に対する基板４０の位置を調整できるようになっている。
【００１０】
ＲＧＢを塗り分ける手順を図１１に基いて説明すると、まず、図１１（ａ） に示すように、メタルマスク４２の穴４２ａを基板４０上のＲの成膜位置に正確に対応させ、Ｒの発光材料を付着させて発光層２４Ｒを形成する。この時にはＧＢの部分はメタルマスク４２の遮蔽部４２ｂで塞がれているため、Ｒの発光材料が付着することはない。次に、図１１（ｂ） に示すように、メタルマスク４２の穴４２ａをＧの成膜位置に対応させ、Ｇの発光材料を付着させて発光層２４Ｇを形成する。この時にはＲＢの部分はメタルマスク４２の遮蔽部４２ｂで塞がれているため、Ｇの発光材料が付着することはない。さらに、図１１（ｃ） に示すように、メタルマスク４２の穴４２ａをＢの成膜位置に対応させ、Ｂの発光材料を付着させて発光層２４Ｂを形成する。
【００１１】
なおその際に、全ての穴４２ａを正確に成膜位置に合わせるために、通常は、図１２（ａ） に示すような位置合わせマーク４０Ｍ，４２Ｍがそれぞれ基板４０とメタルマスク４２に入っている。位置合わせの手順を説明すると、まず、基板４０をメタルマスク４２の上方０．１〜０．５ｍｍ離れた位置に配置する。この位置は、位置合わせを観察するＣＣＤカメラにとって、基板４０のマーク４０Ｍとメタルマスク４２のマーク４２Ｍが同じ視野で十分に焦点が合う位置である。この際のＣＣＤカメラが捕らえる画像は、初期では図１２（ｂ） のようにマーク４０Ｍ，４２Ｍの位置は互いにずれている。このずれをなくすようにＸ、Ｙ、θの微調機構を用いて調整して、図１２（ｃ） のようにマーク４０Ｍ，４２Ｍの位置を合わせる。その後に、基板４０を降下させてメタルマスク４２の上に載せる。わずかな距離を直線的に降下させるだけなので、この基板４０の移動によってメタルマスク４２との位置関係がずれることはない。この状態で、上述したような下方からの蒸着物質３９を堆積させて膜形成を行なうのである。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２８３７５１号公報（第４−７頁）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
生産効率の向上とコストダウンのために、基板サイズは年々急速に大型化しており、将来的には数メートル角の大きさに達するものと予想されている。ところが、基板の大型化に伴って次のような問題が発生している。
【００１４】
上述した従来の成膜方法では、基板とメタルマスクをほぼ同じ大きさにして１回の蒸着で１種類の膜を形成するようにしているので、基板の大型化に伴ってメタルマスクも大型化させる必要がある。これに伴う問題点は以下の通りである。
【００１５】
ａ）メタルマスクは、数十μｍの金属箔を材料として複雑な光プロセスを伴う電鋳法やエッチング法で製作しているため、大型化には技術的な困難が大きい。ｂ）上記したように薄いメタルマスクは、大きくなるほどハンドリングが難しくなり、使用中に皺が発生して使用不可になったり、洗浄中に破損が発生するなど、１枚当たりの耐久性も落ちる傾向にある。
【００１６】
ｃ）メタルマスクをフレームに固定して水平に保持する際に、メタルマスクが大いほど自重で撓みが発生してフレームとの間に隙間が発生し易くなり、それによりメタルマスクが基板に密着しなくなる。その結果、蒸着によって発色層を膜形成する際にメタルマスクのパターンの転写が正しく行なわれず、混色や滲みが生じることになる。
【００１７】
ｄ）メタルマスクが大きくなるほど、蒸着中の温度上昇に伴う熱膨張が大きくなり、位置ずれが生じる可能性が大きくなる。
一方、基板の大型化に伴なって、基板全面に均一に蒸着させることを目的として、図１３に示すように、ライン型の蒸着源３３（あるいはライン状に並べた複数の蒸着源）の上を、基板４０とメタルマスク４２とを重ねた状態で通過させる方法が採用されるようになってきた。
【００１８】
しかし、図１４からわかるように、基板４０を内部で搬送するためには最低でも基板４０の２倍の大きさの成膜室３１が必要であり、大型の基板４０に対しては装置を非常に大きくせざるをえない。また、基板４０とメタルマスク４２とを重ねた状態で搬送する間には、振動等によって位置ずれが生じる可能性が高い。
【００１９】
本発明は上記問題を解決するものであり、微小なパターンを形成する蒸着を、大型基板に対しても容易に信頼性高く行なえる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を提供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために種々の観点から解析を行ない、以下の結果を得た。第一に、基板は大型化させる方が生産性が向上するが、メタルマスクも同時に大型化させると、マスク製造設備の大型化を要するだけでなく、歩留まりが悪化するため、メタルマスクの価格が級数的に高くなる傾向にあり、基板の大型化によって可能となるコストダウンを相殺する恐れがある。
【００２１】
第二に、基板１枚から複数個の素子を作成するのが一般的であって、基板を大型化させることは１枚の基板から取る素子の数を増やすことを意味し、素子自体の大きさはそれ程大きくしていないのが現状である。つまり、図１５に示すように、大型基板３０上で、それ程大きくないパターン３０Ａが繰り返されるだけである。
【００２２】
したがって、必ずしも大型のメタルマスクを用いて一度に複数のパターンを成膜する必要はなく、１つのメタルマスクを移動させて各位置でパターンを成膜しても、大型のメタルマスクを用いる場合と同等の素子数、コストを実現可能である。
【００２３】
そこで、請求項１記載の発明は、微小穴よりなるパターンが形成された金属箔製のメタルマスクを蒸着源と基板との間に配置し、前記蒸着源に保持された発光用有機材料などの蒸着物質を前記メタルマスクの微小穴を通して基板表面に堆積させて、微小穴に対応する蒸着物質のパターンを成膜する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記基板よりも小さなサイズのメタルマスクを用いて、基板の一部ずつに対して順次に蒸着を行ない、基板の全面に蒸着物質のパターンを成膜するようにしたものである。これにより、基板全面に対して、基板に密着したメタルマスクを通して、均一な、位置ずれのないパターンを成膜可能となった。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、蒸着源の外周を囲む隔壁をメタルマスクの外周縁部まで設けて、蒸着源からの蒸着物質を隔壁の内側に保持することを特徴とするもので、これにより、蒸着物質を効率よくメタルマスクに向けて案内できるとともに、メタルマスクの外方の基板への付着を防止できる。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、各回の蒸着に先だってメタルマスクと基板とを位置合わせすることを特徴とするもので、これにより、位置ずれを確実に防止できる。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、メタルマスクに背反する基板の一側に、前記メタルマスクを吸引するマグネットを配置することを特徴とするもので、これにより、メタルマスクと基板とのさらなる密着をはかることができる。
【００２７】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、基板に対してメタルマスクを移動させ、このメタルマスクと同期して蒸着源を移動させることを特徴とするもので、複数の蒸着源を利用できない場合に、１個の蒸着源をメタルマスクとともに移動させることで、各位置のメタルマスクに対応する基板の各部分に均一に膜形成できる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、基板を、梁を設けたフレームで水平方向に支持することを特徴とするもので、基板が大型である場合にはその自重で撓みが発生する恐れがあるので、基板自体を梁で支えることで撓みを防止する。これにより、基板とメタルマスクとの密着を確保できる。この場合には、梁どうしの間にメタルマスクを配置することになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。
本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、先に図６を用いて説明したような有機ＥＬ素子の発光層を、図７を用いて説明したような真空蒸着装置を用いて形成する工程に関するので、有機ＥＬ素子，真空蒸着装置の全体構成については、図６および図７を援用して説明を省略する。
【００３０】
図１は真空蒸着装置の成膜室の内部を示す。１は、発光層を形成しようとするガラス基板（以下、基板という）であり、透明電極，正孔注入層，正孔輸送層が形成されている。２は金属箔よりなるメタルマスクであり、複数の微小穴よりなるパターン２ａを有している。３は蒸着源であり、ヒータ４を巻装した坩堝５内に蒸着物質６を保持している。
【００３１】
メタルマスク２は、金属箔の種類や厚さに依って強度が異なるが、外周縁部をフレーム７に固定して水平に置いた状態で撓まない範囲内で、適当なサイズを選択して作製される。このメタルマスク２のサイズは、基板サイズが大きい場合には必然的に基板サイズよりも小さなサイズになり、ここでは、図２に示すように基板１の約１／４のサイズである。このメタルマスク２のパターン２ａは、１つの素子の発光層のパターンに対応している。
【００３２】
メタルマスク２のフレーム７の下部には、蒸着源３の外周を囲み得る筒状の隔壁８が取り付けられており、これらメタルマスク２，フレーム７，隔壁８は、図示しない駆動手段によって一体に移動可能である。
【００３３】
蒸着源３は、基板１の１／４区画ずつに対応して４個設置されている（２個はこの紙面の奧側であるため図示しない）。
このような成膜室内で発光層を形成する際には、基板１を、成膜面を下向きにしてフレーム（図示せず）に載せ、このフレーム付きの基板１をＸ、Ｙ、Ｚ、θ微調機構（図示せず）に載せる。
【００３４】
そして、図２に示した基板１の左上の区画１ａに対してメタルマスク２を位置合わせし、成膜室内をロータリーポンプとターボ分子ポンプで真空状態にした後、蒸着源３の温度を上昇させて坩堝５内の蒸着物質６（すなわち発光層用の有機材料）を昇華させる。そして、適当時にシャッターを開けて、メタルマスク２の微小穴を通して基板１に蒸着物質６を堆積させて膜形成し、必要な膜厚が得られる所定時間の後にシャッターを閉じる。
【００３５】
この時には、蒸着源３からの蒸着物質６は隔壁８内に閉じ込められて、メタルマスク２に向けてのみ案内されることになり、マスクされていない部分の基板１に付着することは防止される。
【００３６】
区画１ａに対する成膜が終了したら、メタルマスク２を移動させて基板１の左下の区画１ｂに対して位置合わせし、その後の適当時にシャッターを開け、所定時間の後に閉じることにより、メタルマスク２の微小穴を通して基板１に蒸着物質６を堆積させ膜形成する。同様にして、基板１の右上の区画１ｃ，右下の区画１ｃに膜形成する。
【００３７】
このようにすることにより、基板１の全面に対して、基板１に密着したメタルマスク２により、微小穴のパターン２ａ通りの、均一な、位置ずれのない発光層のパターンを成膜することができる。
【００３８】
成膜の終了後には、基板１を上昇させてメタルマスク２から離間させるとともに、成膜室内に窒素を導入して成膜室内を大気圧に戻し、しかる後に基板１を成膜室外へ取り出す。
【００３９】
なお、基板１とメタルマスク２との一層の密着を図る必要がある場合は、図３に示すように、メタルマスク２に背反する基板１の一側に、メタルマスク２を吸引するマグネット９を配置する。
【００４０】
また、複数の蒸着源３が利用できないときには、単一の蒸着源３をメタルマスク２とともに移動させて膜形成を行なう。
基板１が大型である場合には、自重によって撓みが発生する恐れがあるので、図４に示すように、基板１の中央部をも支える梁１０ａを設けたフレーム１０に基板１を載せることで撓みを防止し、メタルマスク２との密着を図る。この場合には、梁１０ａどうしの間にメタルマスク２を配置することになる。
【００４１】
図５は、撓み防止用の梁を設けたフレームを用いる成膜室の内部を示す。
撓み防止用の梁１０ａを備えたフレーム１０は、サイズ８００×４００ｍｍ，厚み０．７ｍｍの大型のガラス基板１を載置可能に作製されていて、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ微調機構１１によって位置調節されるようになっている。
【００４２】
成膜ユニット１２は、メタルマスク２の周縁部に、蒸着源３を内部に設置した有底筒体１３（上述した隔壁に相応する）を取り付けたものであり、蒸着源３とメタルマスク２との間にはシャッター（図示せず）が配置されている。
【００４３】
メタルマスク２および梁１０ａは、梁１０ａどうしの間にメタルマスク２を配置可能であるとともに、メタルマスク２の微小穴のパターン（図示せず）が梁１０ａの部分にかからないように設計されている。ここでは、メタルマスク２はサイズ１９０×１９０ｍｍであり、ガラス基板１の１／８ずつの区画に対応している。
【００４４】
このような成膜室においても、上述したのと同様にして、基板１の全面に対して、基板１に密着したメタルマスク２により、微小穴のパターン２ａ通りの、均一な、位置ずれのない発光層のパターンを成膜できる。
【００４５】
このようにして発光層を成膜した基板１より素子（各区画に対応する）を切り出し、発光を評価したところ、発色の滲みや混色は見られなかった。これは、上記したようにガラス基板１の撓みを防止するとともに、小型のメタルマスク２を使用してその自重による撓みを防止したため、メタルマスク２と基板１との間に隙間が生じず、メタルマスク２の微小穴のパターンが正しく転写されたものと考えられる。ここで用いた小型のメタルマスク２は、基板１とほぼ同じサイズの大型メタルマスクに比べて、面積は１／８であるが、価格は１／３０であり、製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００４６】
比較のために、上記と同じ仕様のガラス基板に対し、従来と同様にして、基板とほぼ同じ大きさのメタルマスクを用いて発光層を成膜した。このようにして成膜した基板より素子を切り出して発光を評価したところ、色の滲みや混色が観察され、品質は不十分であった。これは、大きなメタルマスクを使用したことで、メタルマスクに撓みが発生して基板との間に隙間が生じ、メタルマスクの微小穴のパターンが正確に転写されなかったためである。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発光層を成膜する際に、基板よりも小さなサイズのメタルマスクを用いて、基板の一部ずつに対して順次に蒸着を行なうようにしたため、メタルマスクの位置合わせ精度が向上し、混色や滲みのない素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の製造方法であって、基板よりも小さいメタルマスクを用いて成膜する方法を説明する断面図
【図２】同方法におけるメタルマスクの移動を説明する平面図
【図３】同方法において、メタルマスクを吸引するマグネットを用いた状態を示す断面図
【図４】同方法において、基板を撓み防止用フレームに設置した状態を示す平面図
【図５】同方法において、メタルマスクと蒸着源とが一体に移動可能な成膜ユニットを用いた状態を示す断面図
【図６】従来の一般的な有機ＥＬ素子の構成を示す断面図
【図７】従来より用いられている蒸着装置の構成を示す断面図
【図８】開口部が大きな従来のメタルマスク
【図９】微小穴よりなるパターンが形成された従来のメタルマスクの（ａ） 平面図および（ｂ） 一部拡大図
【図１０】従来より行なわれている基板とメタルマスクとの位置合わせを説明する斜視図
【図１１】従来より行なわれている発光層の塗り分けを説明する工程断面図
【図１２】従来より行なわれているマークによる位置合わせの説明図
【図１３】従来より行なわれている大型基板への蒸着方法を説明する斜視図
【図１４】図１３の蒸着方法を実施するための大型の成膜室の断面図
【図１５】図１３の蒸着方法に用いられている大型のメタルマスクの平面図
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ メタルマスク
２ａ パターン
３ 蒸着源
６ 蒸着物質
８ 隔壁
９ マグネット
１０ フレーム
１０ａ 梁
１１ Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ微調機構
１３ 有底筒体（隔壁）
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子として使用されている有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関し、特に自発光のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報化社会の進展により、情報を表示する表示素子のニーズがとみに高まっている。現在までに実用化されているものとしては、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）等がある。しかし、ＣＲＴはサイズ並びに消費電力が大きい、ＬＣＤは大画面化が難しくかつ高価である、ＰＤＰは薄型化が難しくかつ高価である、というようにそれぞれ欠点を抱えている。これらの欠点を克服して、ここ数年、次世代表示装置の主役と目されるようになってきたのが、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（以下有機ＥＬ素子）である。有機ＥＬ素子の特徴は、製造コストが低い、大画面化が容易、消費電力が小さい、自発光である、素子の動作速度が速い、等である。
【０００３】
有機ＥＬ素子は従来、種々提案されている（例えば特許文献１参照）。一般的な有機ＥＬ素子の構成を図６に示す。ガラス基板２１上にＩＴＯ膜などの透明電極２２が形成され、この透明電極２２と陰極２３との間に正電荷と電子との再結合により発光する発光層２４が配されている。透明電極２２と発光層２４との間には、透明電極２２側より順に、透明電極２２からの正電荷が入りやすくするための正孔注入層２５、注入された正電荷を発光層２４まで運ぶための正孔輸送層２６が形成されており、発光層２４と陰極２３との間には、陰極２３側より順に、陰極２３からの電子が入りやすくするための電子注入層２７電子を発光層２４まで運ぶための電子輸送層２８が形成されている。
【０００４】
これらの層の中で、正孔注入層２５、正孔輸送層２６、電子輸送層２８、電子注入層２７、陰極２３は、共通、つまり、それぞれ単一の膜を使用できる。それに対して透明電極２２と発光層２４は、発光色ごとに分離して成膜する必要がある。つまり、１画素にＲ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の３色の発光を要するのであるが、透明電極２２と発光層２４では画素ごと、発光色ごとに分離して成膜する必要がある。透明電極２２は、有機ＥＬ素子を駆動するＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を基板２１に作り込む際に同時に各色ごとに個別に形成されており、発光層２４は、独自の工程で各色ごとに個別に形成されている。
【０００５】
有機ＥＬ素子の製造方法を具体的に説明する。正孔注入層２５、正孔輸送層２６、発光層２４、電子輸送層２８、電子注入層２７、陰極２３は、真空蒸着法という薄膜形成方法で形成される。図７は一般的な真空蒸着装置を示し、成膜室３１、真空ポンプ３２、蒸着源３３、金属板よりなるシャッター３４を備えている。真空ポンプ３２はロータリーポンプ３５、ターボ分子ポンプ３６等で構成されている。蒸着源３３は、ヒータ３７を巻装した坩堝３８などで構成され、蒸着物質３９を保持するものである。
【０００６】
このような真空蒸着装置において、成膜室３１の蒸着源３３の上方に基板４０を成膜面を下向きにして設置し、次いで成膜室３１を気密状態にしてロータリーポンプ３５を動作させて排気し、それにより到達する０．１Ｐａ程度の真空度では不足なので、さらにターボ分子ポンプ３６を動作させて１０−３Ｐａまで排気し、その後に蒸着源３３で蒸着物質３９を加熱する。
【０００７】
このようなほぼ真空状態では、蒸着物質３９が容易に蒸発して、蒸着源３３よりも温度の低い基板４０の上に堆積し膜を形成するのであるが、その際に蒸着源３３と基板４０との間のシャッター３４を必要な時間だけ開けることで、蒸着物質３９の膜厚をコントロールする。また、このような蒸着方法では基板４０全面に均一に膜が形成されるので、膜を付着させたくない部分をマスクで遮蔽する。
【０００８】
正孔注入層２５、正孔輸送層２６、電子輸送層２８、電子注入層２７、陰極２３では、膜を形成する部分と形成しない部分とを大きく分ければよいので、図８に示すようなメタルマスク４１、すなわち金属製の板（厚さ０．２〜０．５ｍｍ）に大きな開口部４１ａを形成しその周囲を遮蔽部４１ｂとしたものが用いられる。
【０００９】
それに対し、発光層２４のＲＧＢ塗り分けに要求されるような数十〜数百μｍサイズの微小なパターンを形成するためには、図９（ａ）（ｂ）に示すような、多数の微小穴４２ａが周期性を持って形成されているメタルマスク４２を用い、その全ての微小穴４２ａを正確に成膜位置に合わせる必要がある。そのために、たとえば図１０に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動可能な基板ホルダー４３に基板４０を載せて、メタルマスク４２に対する基板４０の位置を調整できるようになっている。
【００１０】
ＲＧＢを塗り分ける手順を図１１に基いて説明すると、まず、図１１（ａ） に示すように、メタルマスク４２の穴４２ａを基板４０上のＲの成膜位置に正確に対応させ、Ｒの発光材料を付着させて発光層２４Ｒを形成する。この時にはＧＢの部分はメタルマスク４２の遮蔽部４２ｂで塞がれているため、Ｒの発光材料が付着することはない。次に、図１１（ｂ） に示すように、メタルマスク４２の穴４２ａをＧの成膜位置に対応させ、Ｇの発光材料を付着させて発光層２４Ｇを形成する。この時にはＲＢの部分はメタルマスク４２の遮蔽部４２ｂで塞がれているため、Ｇの発光材料が付着することはない。さらに、図１１（ｃ） に示すように、メタルマスク４２の穴４２ａをＢの成膜位置に対応させ、Ｂの発光材料を付着させて発光層２４Ｂを形成する。
【００１１】
なおその際に、全ての穴４２ａを正確に成膜位置に合わせるために、通常は、図１２（ａ） に示すような位置合わせマーク４０Ｍ，４２Ｍがそれぞれ基板４０とメタルマスク４２に入っている。位置合わせの手順を説明すると、まず、基板４０をメタルマスク４２の上方０．１〜０．５ｍｍ離れた位置に配置する。この位置は、位置合わせを観察するＣＣＤカメラにとって、基板４０のマーク４０Ｍとメタルマスク４２のマーク４２Ｍが同じ視野で十分に焦点が合う位置である。この際のＣＣＤカメラが捕らえる画像は、初期では図１２（ｂ） のようにマーク４０Ｍ，４２Ｍの位置は互いにずれている。このずれをなくすようにＸ、Ｙ、θの微調機構を用いて調整して、図１２（ｃ） のようにマーク４０Ｍ，４２Ｍの位置を合わせる。その後に、基板４０を降下させてメタルマスク４２の上に載せる。わずかな距離を直線的に降下させるだけなので、この基板４０の移動によってメタルマスク４２との位置関係がずれることはない。この状態で、上述したような下方からの蒸着物質３９を堆積させて膜形成を行なうのである。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２８３７５１号公報（第４−７頁）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
生産効率の向上とコストダウンのために、基板サイズは年々急速に大型化しており、将来的には数メートル角の大きさに達するものと予想されている。ところが、基板の大型化に伴って次のような問題が発生している。
【００１４】
上述した従来の成膜方法では、基板とメタルマスクをほぼ同じ大きさにして１回の蒸着で１種類の膜を形成するようにしているので、基板の大型化に伴ってメタルマスクも大型化させる必要がある。これに伴う問題点は以下の通りである。
【００１５】
ａ）メタルマスクは、数十μｍの金属箔を材料として複雑な光プロセスを伴う電鋳法やエッチング法で製作しているため、大型化には技術的な困難が大きい。ｂ）上記したように薄いメタルマスクは、大きくなるほどハンドリングが難しくなり、使用中に皺が発生して使用不可になったり、洗浄中に破損が発生するなど、１枚当たりの耐久性も落ちる傾向にある。
【００１６】
ｃ）メタルマスクをフレームに固定して水平に保持する際に、メタルマスクが大いほど自重で撓みが発生してフレームとの間に隙間が発生し易くなり、それによりメタルマスクが基板に密着しなくなる。その結果、蒸着によって発色層を膜形成する際にメタルマスクのパターンの転写が正しく行なわれず、混色や滲みが生じることになる。
【００１７】
ｄ）メタルマスクが大きくなるほど、蒸着中の温度上昇に伴う熱膨張が大きくなり、位置ずれが生じる可能性が大きくなる。
一方、基板の大型化に伴なって、基板全面に均一に蒸着させることを目的として、図１３に示すように、ライン型の蒸着源３３（あるいはライン状に並べた複数の蒸着源）の上を、基板４０とメタルマスク４２とを重ねた状態で通過させる方法が採用されるようになってきた。
【００１８】
しかし、図１４からわかるように、基板４０を内部で搬送するためには最低でも基板４０の２倍の大きさの成膜室３１が必要であり、大型の基板４０に対しては装置を非常に大きくせざるをえない。また、基板４０とメタルマスク４２とを重ねた状態で搬送する間には、振動等によって位置ずれが生じる可能性が高い。
【００１９】
本発明は上記問題を解決するものであり、微小なパターンを形成する蒸着を、大型基板に対しても容易に信頼性高く行なえる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を提供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために種々の観点から解析を行ない、以下の結果を得た。第一に、基板は大型化させる方が生産性が向上するが、メタルマスクも同時に大型化させると、マスク製造設備の大型化を要するだけでなく、歩留まりが悪化するため、メタルマスクの価格が級数的に高くなる傾向にあり、基板の大型化によって可能となるコストダウンを相殺する恐れがある。
【００２１】
第二に、基板１枚から複数個の素子を作成するのが一般的であって、基板を大型化させることは１枚の基板から取る素子の数を増やすことを意味し、素子自体の大きさはそれ程大きくしていないのが現状である。つまり、図１５に示すように、大型基板３０上で、それ程大きくないパターン３０Ａが繰り返されるだけである。
【００２２】
したがって、必ずしも大型のメタルマスクを用いて一度に複数のパターンを成膜する必要はなく、１つのメタルマスクを移動させて各位置でパターンを成膜しても、大型のメタルマスクを用いる場合と同等の素子数、コストを実現可能である。
【００２３】
そこで、請求項１記載の発明は、微小穴よりなるパターンが形成された金属箔製のメタルマスクを蒸着源と基板との間に配置し、前記蒸着源に保持された発光用有機材料などの蒸着物質を前記メタルマスクの微小穴を通して基板表面に堆積させて、微小穴に対応する蒸着物質のパターンを成膜する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記基板よりも小さなサイズのメタルマスクを用いて、基板の一部ずつに対して順次に蒸着を行ない、基板の全面に蒸着物質のパターンを成膜するようにしたものである。これにより、基板全面に対して、基板に密着したメタルマスクを通して、均一な、位置ずれのないパターンを成膜可能となった。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、蒸着源の外周を囲む隔壁をメタルマスクの外周縁部まで設けて、蒸着源からの蒸着物質を隔壁の内側に保持することを特徴とするもので、これにより、蒸着物質を効率よくメタルマスクに向けて案内できるとともに、メタルマスクの外方の基板への付着を防止できる。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、各回の蒸着に先だってメタルマスクと基板とを位置合わせすることを特徴とするもので、これにより、位置ずれを確実に防止できる。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、メタルマスクに背反する基板の一側に、前記メタルマスクを吸引するマグネットを配置することを特徴とするもので、これにより、メタルマスクと基板とのさらなる密着をはかることができる。
【００２７】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、基板に対してメタルマスクを移動させ、このメタルマスクと同期して蒸着源を移動させることを特徴とするもので、複数の蒸着源を利用できない場合に、１個の蒸着源をメタルマスクとともに移動させることで、各位置のメタルマスクに対応する基板の各部分に均一に膜形成できる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、基板を、梁を設けたフレームで水平方向に支持することを特徴とするもので、基板が大型である場合にはその自重で撓みが発生する恐れがあるので、基板自体を梁で支えることで撓みを防止する。これにより、基板とメタルマスクとの密着を確保できる。この場合には、梁どうしの間にメタルマスクを配置することになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。
本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、先に図６を用いて説明したような有機ＥＬ素子の発光層を、図７を用いて説明したような真空蒸着装置を用いて形成する工程に関するので、有機ＥＬ素子，真空蒸着装置の全体構成については、図６および図７を援用して説明を省略する。
【００３０】
図１は真空蒸着装置の成膜室の内部を示す。１は、発光層を形成しようとするガラス基板（以下、基板という）であり、透明電極，正孔注入層，正孔輸送層が形成されている。２は金属箔よりなるメタルマスクであり、複数の微小穴よりなるパターン２ａを有している。３は蒸着源であり、ヒータ４を巻装した坩堝５内に蒸着物質６を保持している。
【００３１】
メタルマスク２は、金属箔の種類や厚さに依って強度が異なるが、外周縁部をフレーム７に固定して水平に置いた状態で撓まない範囲内で、適当なサイズを選択して作製される。このメタルマスク２のサイズは、基板サイズが大きい場合には必然的に基板サイズよりも小さなサイズになり、ここでは、図２に示すように基板１の約１／４のサイズである。このメタルマスク２のパターン２ａは、１つの素子の発光層のパターンに対応している。
【００３２】
メタルマスク２のフレーム７の下部には、蒸着源３の外周を囲み得る筒状の隔壁８が取り付けられており、これらメタルマスク２，フレーム７，隔壁８は、図示しない駆動手段によって一体に移動可能である。
【００３３】
蒸着源３は、基板１の１／４区画ずつに対応して４個設置されている（２個はこの紙面の奧側であるため図示しない）。
このような成膜室内で発光層を形成する際には、基板１を、成膜面を下向きにしてフレーム（図示せず）に載せ、このフレーム付きの基板１をＸ、Ｙ、Ｚ、θ微調機構（図示せず）に載せる。
【００３４】
そして、図２に示した基板１の左上の区画１ａに対してメタルマスク２を位置合わせし、成膜室内をロータリーポンプとターボ分子ポンプで真空状態にした後、蒸着源３の温度を上昇させて坩堝５内の蒸着物質６（すなわち発光層用の有機材料）を昇華させる。そして、適当時にシャッターを開けて、メタルマスク２の微小穴を通して基板１に蒸着物質６を堆積させて膜形成し、必要な膜厚が得られる所定時間の後にシャッターを閉じる。
【００３５】
この時には、蒸着源３からの蒸着物質６は隔壁８内に閉じ込められて、メタルマスク２に向けてのみ案内されることになり、マスクされていない部分の基板１に付着することは防止される。
【００３６】
区画１ａに対する成膜が終了したら、メタルマスク２を移動させて基板１の左下の区画１ｂに対して位置合わせし、その後の適当時にシャッターを開け、所定時間の後に閉じることにより、メタルマスク２の微小穴を通して基板１に蒸着物質６を堆積させ膜形成する。同様にして、基板１の右上の区画１ｃ，右下の区画１ｃに膜形成する。
【００３７】
このようにすることにより、基板１の全面に対して、基板１に密着したメタルマスク２により、微小穴のパターン２ａ通りの、均一な、位置ずれのない発光層のパターンを成膜することができる。
【００３８】
成膜の終了後には、基板１を上昇させてメタルマスク２から離間させるとともに、成膜室内に窒素を導入して成膜室内を大気圧に戻し、しかる後に基板１を成膜室外へ取り出す。
【００３９】
なお、基板１とメタルマスク２との一層の密着を図る必要がある場合は、図３に示すように、メタルマスク２に背反する基板１の一側に、メタルマスク２を吸引するマグネット９を配置する。
【００４０】
また、複数の蒸着源３が利用できないときには、単一の蒸着源３をメタルマスク２とともに移動させて膜形成を行なう。
基板１が大型である場合には、自重によって撓みが発生する恐れがあるので、図４に示すように、基板１の中央部をも支える梁１０ａを設けたフレーム１０に基板１を載せることで撓みを防止し、メタルマスク２との密着を図る。この場合には、梁１０ａどうしの間にメタルマスク２を配置することになる。
【００４１】
図５は、撓み防止用の梁を設けたフレームを用いる成膜室の内部を示す。
撓み防止用の梁１０ａを備えたフレーム１０は、サイズ８００×４００ｍｍ，厚み０．７ｍｍの大型のガラス基板１を載置可能に作製されていて、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ微調機構１１によって位置調節されるようになっている。
【００４２】
成膜ユニット１２は、メタルマスク２の周縁部に、蒸着源３を内部に設置した有底筒体１３（上述した隔壁に相応する）を取り付けたものであり、蒸着源３とメタルマスク２との間にはシャッター（図示せず）が配置されている。
【００４３】
メタルマスク２および梁１０ａは、梁１０ａどうしの間にメタルマスク２を配置可能であるとともに、メタルマスク２の微小穴のパターン（図示せず）が梁１０ａの部分にかからないように設計されている。ここでは、メタルマスク２はサイズ１９０×１９０ｍｍであり、ガラス基板１の１／８ずつの区画に対応している。
【００４４】
このような成膜室においても、上述したのと同様にして、基板１の全面に対して、基板１に密着したメタルマスク２により、微小穴のパターン２ａ通りの、均一な、位置ずれのない発光層のパターンを成膜できる。
【００４５】
このようにして発光層を成膜した基板１より素子（各区画に対応する）を切り出し、発光を評価したところ、発色の滲みや混色は見られなかった。これは、上記したようにガラス基板１の撓みを防止するとともに、小型のメタルマスク２を使用してその自重による撓みを防止したため、メタルマスク２と基板１との間に隙間が生じず、メタルマスク２の微小穴のパターンが正しく転写されたものと考えられる。ここで用いた小型のメタルマスク２は、基板１とほぼ同じサイズの大型メタルマスクに比べて、面積は１／８であるが、価格は１／３０であり、製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００４６】
比較のために、上記と同じ仕様のガラス基板に対し、従来と同様にして、基板とほぼ同じ大きさのメタルマスクを用いて発光層を成膜した。このようにして成膜した基板より素子を切り出して発光を評価したところ、色の滲みや混色が観察され、品質は不十分であった。これは、大きなメタルマスクを使用したことで、メタルマスクに撓みが発生して基板との間に隙間が生じ、メタルマスクの微小穴のパターンが正確に転写されなかったためである。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発光層を成膜する際に、基板よりも小さなサイズのメタルマスクを用いて、基板の一部ずつに対して順次に蒸着を行なうようにしたため、メタルマスクの位置合わせ精度が向上し、混色や滲みのない素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の製造方法であって、基板よりも小さいメタルマスクを用いて成膜する方法を説明する断面図
【図２】同方法におけるメタルマスクの移動を説明する平面図
【図３】同方法において、メタルマスクを吸引するマグネットを用いた状態を示す断面図
【図４】同方法において、基板を撓み防止用フレームに設置した状態を示す平面図
【図５】同方法において、メタルマスクと蒸着源とが一体に移動可能な成膜ユニットを用いた状態を示す断面図
【図６】従来の一般的な有機ＥＬ素子の構成を示す断面図
【図７】従来より用いられている蒸着装置の構成を示す断面図
【図８】開口部が大きな従来のメタルマスク
【図９】微小穴よりなるパターンが形成された従来のメタルマスクの（ａ） 平面図および（ｂ） 一部拡大図
【図１０】従来より行なわれている基板とメタルマスクとの位置合わせを説明する斜視図
【図１１】従来より行なわれている発光層の塗り分けを説明する工程断面図
【図１２】従来より行なわれているマークによる位置合わせの説明図
【図１３】従来より行なわれている大型基板への蒸着方法を説明する斜視図
【図１４】図１３の蒸着方法を実施するための大型の成膜室の断面図
【図１５】図１３の蒸着方法に用いられている大型のメタルマスクの平面図
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ メタルマスク
２ａ パターン
３ 蒸着源
６ 蒸着物質
８ 隔壁
９ マグネット
１０ フレーム
１０ａ 梁
１１ Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ微調機構
１３ 有底筒体（隔壁）
Claims (6)
- 微小穴よりなるパターンが形成された金属箔製のメタルマスクを蒸着源と基板との間に配置し、前記蒸着源に保持された発光用有機材料などの蒸着物質を前記メタルマスクの微小穴を通して基板表面に堆積させて、微小穴に対応する蒸着物質のパターンを成膜する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記基板よりも小さなサイズのメタルマスクを用いて、基板の一部ずつに対して順次に蒸着を行ない、基板の全面に蒸着物質のパターンを成膜することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 蒸着源の外周を囲む隔壁をメタルマスクの外周縁部まで設けて、蒸着源からの蒸着物質を隔壁の内側に保持することを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
- 各回の蒸着に先だってメタルマスクと基板とを位置合わせすることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
- メタルマスクに背反する基板の一側に、前記メタルマスクを吸引するマグネットを配置することを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
- 基板に対してメタルマスクを移動させ、このメタルマスクと同期して蒸着源を移動させることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
- 基板を、梁を設けたフレームで水平方向に支持することを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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