JP2005302457A - 蒸着マスクおよびその製造方法並びに有機電界発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度のパターニングが可能な、薄い精密パターンマスクを有する蒸着マスクとその製造方法を提供すること、その蒸着マスクを使用することで開口率の高い有機電界発光装置を提供すること。
【解決手段】
蒸着パターンに対応した蒸着開口部配列をもつ厚さ２０μｍ以下の精密パターンマスクが、厚さ１ｍｍ以上のフレームに固定されていることを特徴とする蒸着マスク。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜パターンの形成に使用される蒸着マスクおよびその製造方法、並びに該蒸着マスクを使用して薄膜層が形成される有機デバイス、特に有機電界発光装置の製造方法に関する。

有機電界発光装置は、陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子とが両極に挟まれた有機発光層内で再結合することにより発光するものである。その代表的な構造は、基板上に形成された第一電極、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む薄膜層および第二電極を積層したものであり、駆動により生じた発光は、装置の透明サイドから外部に取り出される。このような有機電界発光装置では、薄型、低電圧駆動下での高輝度発光や、発光層の有機化合物を選択することによる多色発光が可能であり、発光デバイスやディスプレイなどに応用される。

有機電界発光装置の製造においては発光層などをパターニング形成することが必要であり、その作製方法が種々検討されてきた。微細なパターニングが要求される場合、代表的な手法としてフォトリソグラフィ法が用いられる。有機電界発光装置の第一電極の形成にはフォトリソグラフィ法が適用できるが、発光層や第二電極の形成においては、ウエットプロセスであることに伴う問題があるため、適用困難なケースが多い。したがって、発光層や第二電極の形成には、真空蒸着、スパッタリング、化学的気相成長法（ＣＶＤ）などのドライプロセスが適用される。このようなプロセスで薄膜をパターニング形成する手段として、マスク蒸着法が適用されることが多い。

ディスプレイとして活用される有機電界発光装置の発光層のパターニング精細度は相当に高い。単純マトリクス方式では発光層はストライプ状にパターニングされた第一電極上に形成されるのであるが、第一電極の線幅は、通常１００μｍ以下であり、そのピッチは１００μｍ程度である。また、第二電極はストライプ状に数１００μｍピッチで形成され、その細長い電極の長さ方向に低電気抵抗であり、かつ幅方法に隣り合う電極同士は完全に絶縁されていることが必須である。アクティブマトリクス方式においても、発光層は同様かそれ以上の精細度にてパターニングされる。

したがって、そのパターニングに用いるマスクも必然的に精細度の高いものとなる。このようなマスクは、撓みなどによる変形の影響が大きいため、開口部のサイズおよび形状を保持してパターン加工精度を維持していくため、必要に応じて部分的に補強線を導入する技術（例えば、特許文献１参照）や、２種類のマスクを組み合わせる技術（例えば、特許文献２、３参照）が開示されている。

発光層パターニングに用いられる従来の精密パターンマスク３０の例を図１７に示す。各画素に対応した開口部３２とその変形を防ぐための補強線３３を有する。開口部は有機電界発光装置の画素に対応したパターンであり、補強線は画素と画素の隙間である非発光領域に位置させる。

精密パターンマスクが厚いと微細な開口部や補強線を高精度に形成することが難しい。さらに、図１８のように精密パターンマスク自体が蒸着物に対し影となり、均一なパターンが得られない。精密パターンマスクを薄くすることができれば、開口部や補強線を高精度に形成することができ、また、蒸着影の影響が小さくなる。しかしながら、現実には精密パターンマスクの厚みを小さくすることは困難であった。そこで、図１９および図２０に示すように精密パターンマスクの断面をテーパー形状にすることで、蒸着影の影響を軽減する技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。さらには、図２１および図２２に示すように精密パターンマスクの断面をＴ字形状にすることや（例えば、特許文献５、６参照）、図２３に示すように精密パターンマスクを多層構造にすることで（例えば、特許文献７参照）、蒸着影の影響を軽減する技術が開示されている。

微細加工が施されたマスクは機械的な強度が十分ではなく、それ自体では十分な平面性を保持することが困難である。したがって、基板との十分な密着を確保するために、精密パターンマスクに張力を加えてフレームに固定したものを、磁力を利用して基板に密着させる技術が開示されている（例えば、特許文献８参照）。

一般的に蒸着マスクの寸法誤差はその大きさに比例する。比較的大型の基板を用いて有機電界発光装置を製造する場合には、大きな蒸着マスクを使用するので、蒸着マスクにはさらに高精度が要求されることになる。１枚の基板から多数の有機電界発光装置を製造する、いわゆる多面取り製造では、複数個の蒸着マスクを１枚の基板に対応させる統合マスク法で、蒸着マスクの寸法誤差増大によるパターニング精度の悪化を防止する方法が知られている（例えば、特許文献９、１０参照）。
特開平１１−２１４１５４号公報（段落番号２９、図１７） 特開２０００−１４４３８２号公報（請求項１、図１） 特開２０００−１６０３２３号公報（請求項２、段落番号２８） 特開平１０−２９８７３８号公報（請求項１、図２） 特開２００１−１２６８６５号公報（段落番号２６、図２のロ） 特開２００１−２３７０７２号公報（段落番号１２、図２） 特開２００３−２３１９６４号公報（請求項１、図１、図２） 特開平１０−４１０６９号公報（段落番号２９、段落番号３８） 特開２０００−１１３９７８号公報（請求項４、段落番号２４、実施例１） 特開２００２−８３６７９号公報（請求項１、実施例１、図１）

有機電界発光装置のパターニングに求められる精細度が高くなるに伴い、より薄い精密パターンマスクが求められるが、従来開示された方法では精密パターンマスクを薄くすることは困難であった。その理由を、図２４に示す電鋳法を用いた従来の蒸着マスクの製造方法を例にして説明する。（ａ）電鋳母型３７上にレジストパターン３８を形成し、（ｂ）レジストパターン３８が存在しない部分に金属を析出させることで精密パターンマスク３０を形成する。（ｃ）レジストパターンを除去し、（ｄ）電鋳母型３７から精密パターンマスク３０を剥がす。（ｅ）精密パターンマスク３０に張力を加えながらフレーム３４に固定することで蒸着マスクを得る。

精密パターンマスク３０が薄いと、剥がす際に反りが発生しやすく、例えばカールしたような状態になる。したがって、精密パターンマスク３０の平面性を回復させるためには（ｅ）の工程にて一定以上の張力を加える必要があるが、精密パターンマスク３０が薄いために寸法が伸びたり、強線線が断線したり、マスク部分そのものが破れたりする問題があった。すなわち、精密パターンマスク３０が薄いほど、その平面性を維持するために張力が必要になるが、一方で精密パターンマスク３０が張力に耐えられない問題があった。経験的には厚さを２５μｍより小さくすることは困難であった。

精密パターンマスク３０をエッチング法を用いて形成する場合には、エッチング工程で薄いマスクをハンドリングすることが難しくなり、平面性が悪化しやすくなる。さらに、精密パターンマスクが薄いほど平面性を維持するために張力が必要になることは電鋳法と同様であり、やはり精密パターンマスクを薄くすることには限界があった。

本発明の目的は、かかる問題を解決し、高精度のパターニングが可能な、薄い精密パターンマスクを有する蒸着マスクとその製造方法を提供すること、その蒸着マスクを使用することで開口率の高い有機電界発光装置を提供することである。

さらに、本発明は開口率の高い有機電界発光装置を、多面取りにて生産性よく製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の蒸着マスクは、蒸着パターンに対応した蒸着開口部配列をもつ厚さ２０μｍ以下の精密パターンマスクが、厚さ１ｍｍ以上のフレームに固定されていることを特徴とする。

また本発明の蒸着マスクの製造方法は、少なくとも下記のＡ〜Ｃの工程を含むことを特徴とする。Ａ：電鋳法によって電鋳母型上に蒸着パターンに対応した蒸着開口部配列をもつ精密パターンマスクを形成する工程。Ｂ：前記精密パターンマスクが電鋳母型上にある状態で、前記精密パターンマスクと厚さ１ｍｍ以上のフレームとを固定する工程。Ｃ：前記精密パターンマスクとフレームとを固定した後に、前記電鋳母型から積層体を剥がす工程。

さらに本発明は、有機電界発光装置の製造方法であって、上記蒸着マスクを使用して有機電界発光装置の薄膜層をパターニングすることを特徴とする。

本発明の薄い蒸着マスクにより、開口部や補強線、位置マークと、それらのトータルピッチの高精度化を達成できる。さらに、蒸着ボケや蒸着影の影響を低減できる。本発明の蒸着マスクを使用することで、開口率が増大し、輝度や耐久性の点で優れた有機電界発光装置を製造することができる。

本発明の蒸着マスクは、蒸着材料を基板に蒸着する際に使用され、有機デバイス、とりわけ有機電界発光装置の製造に好適に用いられる。有機電界発光装置とは、基板上に第一電極、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む薄膜層および第二電極を有するものである。このような積層構造を有する有機電界発光装置の製造方法は、概略次の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

酸化錫インジウム（ＩＴＯ）などの透明電極膜が形成された透明基板にフォトリソグラフィ法を適用して、一定の間隔をあけて配置された複数のストライプ状第一電極をパターニング形成する。

ついで、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む薄膜層を、パターニングされた第一電極上に形成する。本発明において、有機電界発光装置の薄膜層の構成は特に限定されず、例えば、１）正孔輸送層／発光層、２）正孔輸送層／発光層／電子輸送層、３）発光層／電子輸送層、そして、４）以上の組み合わせ物質を一層に混合した形態の発光層のいずれであってもよい。

多色発光ディスプレイにおいて微細なパターニング形成を必須とするのは発光層である。フルカラーディスプレイの場合には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３色の領域に発光ピーク波長を有する３つの発光色に対応した発光材料を用いて３種類の発光層を順次形成する。

続いて第二電極を形成する。単純マトリクス方式では、薄膜層上に第一電極と交差する配置で、一定の間隔をあけて配置された複数のストライプ状の第二電極がパターニングされる。一方、アクティブマトリクス方式では、表示領域全体に渡って第二電極がベタで形成されることが多い。第二電極には、電子を効率よく注入できる陰極としての機能が求められるので、電極の安定性を考慮して金属材料が多く用いられる。

第二電極のパターニング後、封止を行い、駆動回路を接続して有機電界発光装置が得られる。なお、第一電極を不透明な電極とし、第二電極を透明にして画素上面から光を取り出すこともできる。また、第一電極を陰極に、第二電極を陽極にしてもよい。

本発明の蒸着マスクは、例えば、上記の有機電界発光装置の製造において発光層のパターニングに特に好適に用いられる。さらに、例示したＲ、Ｇ、Ｂ３色の発光領域を有する有機電界発光装置のみでなく、セグメント型やエリア（ゾーン）カラーディスプレイの発光層パターニング用の蒸着マスクにも適用できる。ここで、形成されるディスプレイは、単純マトリクス型であっても、ＴＦＴ（薄膜フィルムトランジスター）等を用いたアクティブマトリクス型であってもよい。

本発明の蒸着マスクの一例を、図１から図３に示す。蒸着する際に基板側に位置する精密パターンマスク３０には蒸着パターンである発光層パターンに対応した形状の開口部３２と補強線３３が設けられている。補強線は開口部３２の変形を防止するために導入されるものであり、蒸着物をマスクすることが目的ではない。したがって、画素の上に補強線の影が生じないように、画素と画素の隙間の非発光領域に位置するように補強線は配置される。さらに、精密パターンマスク３０はフレーム３４に固定される。

本発明の蒸着マスクは、精密パターンマスクの厚さを２０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下と薄く形成するものであり、開口部３２を精度良く形成することが可能で、かつ、補強線３３も細くできる。さらに、前述の蒸着影の影響が軽減されるため、目的とする蒸着パターンの精度が向上する。また、補強線を細くできるので非発光領域を小さく設計でき、開口率が大きく、耐久性に優れた有機電界発光装置を得ることができる。精密パターンマスクの厚さは薄いほどよいが、薄すぎる場合には取り扱いが極端に難しくなるので、５μｍ以上であることが好ましい。

薄い精密パターンマスク３０はそのままでは取り扱いが困難であり、平面性も確保できないので、フレーム３４への固定が必須である。フレーム３４が薄すぎると、それ自体の機械的強度が小さく、精密パターンマスク３０の平面性を回復させるために精密パターンマスク３０に加えられる張力に抗しきれなくなり、蒸着マスク全体が歪むことになる。フレーム３４の厚さは１ｍｍ以上であることが好ましく、さらに、５ｍｍ以上であることがより好ましい。

図４から図６に示すように、精密パターンマスク３０を比較的薄い補助フレーム３５を介してフレーム３４に固定してもよいが、補助フレーム３５の強度が十分ではないと精密パターンマスク３０の平面性がかえって悪化する可能性がある。図１から図３に示すように、精密パターンマスク３０はフレーム３４に直接固定されている方が好ましい。

図１から図６に例示した本発明の蒸着マスクと基板との位置合わせ方法は特に限定されないが、好ましくは蒸着マスクに基板との相対位置を合わせるための位置マーク３６が設けられる。この位置マーク３６は、開口によって構成されることが多いが、位置の基準となるために高精度なパターンが要求される。精密パターンマスク３０が薄いほど位置マークパターンを精密に形成できるので、基板と蒸着マスクとの位置あわせ精度が向上する。

マスクフレームの形状は特に限定されない。１枚の基板から４面取りにて有機電界発光装置を製造する場合に使用される蒸着マスクの一例を図７から図９に示す。この場合にはフレーム３４が４個の開口３９を有し、精密パターンマスク３０は開口部３２がフレームの開口３９から露出するようにして固定される。基板と精密パターンマスク３０との密着性を向上させるためには、精密パターンマスク３０が開口３９の間に存在する桟部分ではフレーム３４と固定されずに、外周部でフレーム３４に固定されることが好ましい。

図７から図９に示す蒸着マスクは、４個の開口３９を有する１個のフレーム３４に１枚の精密パターンマスク３０を固定する例であるが、４個の各開口に対して４枚の精密パターンマスクをそれぞれ固定することもできる。

本発明の蒸着マスクの別の好ましい形態を図１０から図１２に示す。精密パターンマスク３０は全面に渡って開口部３２を有する。そのうち、実際に必要とされる蒸着パターンに対応するものを有効開口部、それ以外をダミー開口部とする。両者は同一のパターンであっても、そうでなくても構わない。精密パターンマスク３０の下方には補助マスク３１が配置される。補助マスク３１の開口４０は前記有効開口部を露出する（補助マスク３１が前記ダミー開口部を概略覆う）ように配置される。このようにすることで、例えば張力や熱膨張による精密パターンマスク３０の寸法変化や歪みが面内で均一化され、寸法精度の悪化を最小限に留められる効果がある。

精密パターンマスク３０と補助マスク３１を貼り合わせても、重ね合わせても良く、重ねる場合には互いが接触していなくてもよい。しかし、より高精度のパターニングをおこなうためには、精密パターンマスク３０はフレーム３４に直接固定され、かつ、精密パターンマスク３０に不要な力が加わり、寸法精度に影響を与えないように、補助マスク３１は、例えばフレームの内側に固定するなど、フレームの少なくとも一部に支持され、精密パターンマスク３０とは直接固定されていないことが好ましい。

上記補助マスクの機能をフレームに兼用させることもできる。すなわち図７から図９に示した蒸着マスクにおいて、精密パターンマスク３０にダミー開口部を設けて、それをフレーム３４が概略覆うようにして両者を固定することで、同様の効果が期待できる。

ダミー開口部は精密パターンマスクの面内の歪みを均一化するために導入するものであるから、フレームの開口（内側）である蒸着エリアにおけるその形状や開口率は有効開口部のそれらと大きく違わないことが好ましい。具体的には、蒸着エリアにおけるダミー開口部の開口率が、有効開口部の開口率の５０〜２００％であることが好ましい。さらには、ダミー開口部の形状と開口率が有効開口部のそれらと概略一致していることがより好ましい。

本発明の精密パターンマスクあるいは補助マスクは、例えば、ステンレス鋼、銅合金、鉄ニッケル合金、アルミニウム合金などの金属系材料、各種樹脂材料を用いて作製されるが、使用材料は特に限定されるものではない。パターンが精細であるため、精密パターンマスクの強度が十分でなく、有機電界発光装置の基板との密着性を磁力によって向上させる必要がある場合には磁性材料を用いてもよい。好適な例としては、純鉄、炭素鋼、Ｗ鋼、Ｃｒ鋼、Ｃｏ鋼、ＫＳ鋼などの焼入硬化磁石材料、ＭＫ鋼、ＡｌＮｉＣｏ鋼、ＮＫＳ鋼、ＣｕＮｉＣｏ鋼などの析出硬化磁石材料、ＯＰフェライト、Ｂａフェライトなどの焼結磁石材料、ならびにＳｍ−Ｃｏ系やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金（パーマロイ）などの金属磁心材料、Ｍｎ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ系などのフェライト磁心材料、カーボニル鉄、Ｍｏパーマロイ、センダストなどの微粉末を結合剤とともに圧縮成型させた圧粉磁心材料が挙げられ、好ましく用いられる。これらの磁性材料を薄い板状に成型したものから精密パターンマスクを作製することが好ましく、また、ゴムや樹脂に磁性材料の粉末を混入してフィルム状に成型したものも好ましく用いられる。補助マスクを使用する際には、精密パターンマスクと補助マスクの両方が磁性材料であっても、そうでなくても構わないが、精密パターンマスクを磁性材料、補助マスクを非磁性材料で形成することが好ましい。

本発明の精密パターンマスクは基板と接触することがある。静電気の放電が基板との間に起こり、形成した薄膜層に損傷を与えることを防止するため、精密パターンマスクは導電性のある材料からなることが好ましい。具体的には電気抵抗率が１Ωｃｍ以下であることが好ましい。

フレームについても上記で例示した材料を使用することができるが、蒸着時の熱の影響によりフレームの寸法が変化すると、それに固定される精密パターンマスクの寸法まで変化してしまうので、フレームは特に低熱膨張材料からなることが好ましい。具体的には、フレームの熱膨張係数が２０〜５０℃の範囲で２×１０^-6／Ｋ以下であることが好ましく、１×１０^-6／Ｋ以下であればさらに好ましい。それぞれに対応する材料としてインバー合金やスーパーインバー合金を例示することができる。

本発明の蒸着マスクの製造方法は、Ａ：電鋳法によって電鋳母型上に蒸着パターンに対応した蒸着開口部配列をもつ精密パターンマスクを形成する工程、Ｂ：前記精密パターンマスクが電鋳母型上にある状態で、前記精密パターンマスクと厚さ１ｍｍ以上のフレームとを固定する工程、Ｃ：前記精密パターンマスクとフレームとを固定した後に、前記電鋳母型から積層体を剥がす工程、を含むことを特徴とする。本発明の、電鋳法を用いた蒸着マスクの製造方法の具体例を図１３を用いて説明する。（ａ）電鋳母型３７上にレジストパターン３８を形成し、（ｂ）レジストパターン３８が存在しない部分に金属を析出させることで精密パターンマスク３０を形成する。この際、精密パターンマスク３０には引っ張り応力が内包されるように形成することが好ましい。（ｃ）レジストパターンを除去し、（ｄ）精密パターンマスク３０が電鋳母型３７上にある状態で、厚さ１ｍｍ以上のフレーム３４を精密パターンマスク３０に固定する。最後に（ｅ）電鋳母型３７から一体化された精密パターンマスク３０とフレーム３４を剥がす。

厚さ２０μｍ以下の薄い精密パターンマスク３０を、厚さ１ｍｍ以上の丈夫なフレーム３４に直接固定することで補強してから剥がすので、精密パターンマスクの反りや破れが発生しない。精密パターンマスク３０に引っ張り応力が内包されていれば、電鋳母型３７から剥がした後に精密パターンマスク３０が縮もうとする。しかし、精密パターンマスク３０は周囲にてフレーム３４に固定されているので、結果的には精密パターンマスク３０に張力を加えてフレーム３４に固定した状態と同じことになる。これにより、薄い精密パターンマスク３０の平面性が確保される。また、従来法では電鋳母型３７から剥がした後に精密パターンマスク３０に張力を加えるので、その際の精密パターンマスク３０の寸法変化が避けられなかったが、本発明の手法では、丈夫なフレーム３４に固定してから剥がすので、寸法変化も最小限にできる。

フレーム３４が薄いと、精密パターンマスク３０を剥がす際の外力や、剥がした後の引っ張り応力により、フレーム３４が変形する。したがってフレーム３４は十分な強度を発現する厚さを有することが好ましい。また、フレーム３４に固定された精密パターンマスク３０を剥がしやすいように、比較的薄い母型を使用することができる。

精密マスクパターンとフレームとの固定には、接着剤や電着現象、レーザーや電子ビームを用いた溶接法などを利用できる。接着剤を用いた固定方法は、熱の影響が小さく、簡便な手法である。２０〜４０℃の温度範囲で接着剤を硬化させることにより両者を固定することが好ましい。両者を固定する温度を２０〜４０℃の範囲で変化させることにより、精密パターンマスク３０寸法や引っ張り応力を微調整することもできる。

接着剤は室温付近でも硬化可能な２液硬化型のものが好ましい。接着剤に導電性を持たせることで、精密パターンマスクをフレームと蒸着装置を通じて接地させることもできる。また、電着現象を利用して、ニッケル系金属などを析出させ、両者を固定する手法も、好ましい方法として例示できる。

本発明において、蒸着材料は特に限定されず、例えば、有機電界発光装置を形成する蒸着材料の好適な例としては、正孔注入層、正孔輸送層、発光層（ホストおよびゲスト）、電子輸送層、電子注入層を構成する有機材料などが挙げられる。好ましくは、分子量２００〜２０００の低分子量有機材料が用いられる。低分子量有機材料の形態は特に限定されないが、通常は粉末状である。また、有機電界発光装置における、第二電極を形成する金属材料も蒸着材料として挙げることができる。

蒸着材料を基板に蒸着し薄膜層を形成するプロセスは特に限定されないが、例えば、常温で固体である蒸着材料を蒸着源に充填し、蒸着源を加熱することで該蒸着材料を溶融あるいは昇華させる。該蒸着材料の蒸気が基板上に付着することで薄膜層が形成される方法が好ましく用いられる。

本発明において、基板に使用される材料は特に限定されないが、例えば、ガラス、セラミックス、半導体、樹脂などが好ましく用いられる。ガラス、セラミックス、半導体は厚さ１．１ｍｍ以下０．１ｍｍ以上であることが好ましく、樹脂は厚さ０．５ｍｍ以下０．０５ｍｍ以上のフィルム状であることが好ましい。基板は薄い方が重量等の点で有利であり、また、一定の厚み以上であることが製造上有利であるからである。

マスク蒸着法は基板ごとのバッチ処理である。現在の有機電界発光装置は小型用途が多いので、その生産性を向上させるためには、通常、多面取りの製造方法が用いられる。

一般的に小型の有機電界発光装置は大型のそれよりも高精度なパターニングを要求される。さらに、多面取りのためには、１個の有機電界発光装置の大きさに対応する精密な開口配列部分を多数有している蒸着用マスクを作成することが必要となる。したがって、大型基板を用いて小型の有機電界発光装置を製造するための蒸着マスクは、１個の有機電界発光装置に対応する局所的な寸法精度と、それらを多数配列するトータル的な寸法精度の両方を満足することが必要となる。

本発明においては、大型の蒸着マスクを作製し、１枚の大型基板に対して１枚の蒸着マスクを配置させて薄膜層をパターニングしてもよいが、好ましくは比較的小型の蒸着マスクを作製し、１枚の基板に対して複数個の蒸着マスクを配置させて薄膜層をパターニングする統合マスク法が用いられる。

蒸着マスクは小さい方がその寸法精度を高精度に保持しやすいので、基板が大きくなった場合には、複数の小型蒸着マスクをベース板上に位置合わせして構成した統合マスクを用いる方が、高精度なパターニングを実現する上で好ましく、本発明の効果がより顕著に発現される。

統合マスクを使用する場合、１枚の基板に対して配置される蒸着マスクの数は特に限定されないが、好ましくは２枚〜１６枚の範囲であり、より好ましくは２枚から９枚の範囲である。

例えば、１枚の基板に対する有機電界発光装置の面付け数が１６であり、各面が４×４に配列されている場合には、１面に対応する１６個の小型蒸着マスクを４×４に配置してもよいし、２×２の配列で４面に対応する４個の小型蒸着マスクを２×２に配置してもよい。また、１枚の基板に対する面付け数が１５であり、各面が３×５に配列されている場合には、１面に対応する１５個の小型マスクを３×５に配置してもよいし、３×１の配列で３面に対応する５個の小型蒸着マスクを１×５に配置してもよく、あるいは、２×２の配列で４面に対応する６個の小型蒸着マスクを２×３に配置して、一部の小型マスクの一部の面を余らせるようにして基板に対応させることができる。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

実施例１
図１３に示す工程で蒸着マスクを作製した。（ａ）ステンレス製の電鋳母型３７上にフォトリソグラフィ法でレジストパターン３８を形成した。（ｂ）次に、電鋳法によって電鋳母型３７上のレジストパターン３８がない領域にＮｉ−Ｃｏ合金を析出させ、精密パターンマスク３０を１０μｍの厚さに形成した。この際、精密パターンマスク３０には引っ張り応力を内包させるようにした。（ｃ）レジストパターンを除去した後、（ｄ）幅６ｍｍ、厚さ６ｍｍで１個の開口を有するスーパーインバー合金（熱膨張率１×１０^-6／Ｋ）製フレームを精密パターンマスク３０に重ね合わせ、２液硬化型エポキシ系接着剤を３０℃で２４時間硬化させることで両者を固定した。最後に（ｅ）電鋳母型３７を注意深く剥がすことにより蒸着マスクを作製した。電鋳母型３７を剥がすと精密パターンマスク３０には縮もうとする力が働き、しかもフレーム３４に固定されているので、その際の寸法や平面性の悪化を最小限に抑えることができた。

作製した蒸着マスクの概略を図１４から図１６を用いて説明する。蒸着マスクの外形は１０９×９４ｍｍである。精密パターンマスク３０には開口部３２と補強線３３からなる開口部配列群が４組と、位置マーク３６が形成されている。各開口部群の開口部３２は、幅１００μｍ、長さ２８０μｍの長方形であり、幅方向に３００μｍピッチで１１８個、長さ方向には３００μｍピッチで１４８個形成されている。補強線幅は２０μｍであり、位置マークの開口幅も２０μｍである。

開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差は、いずれも設計値に対して±２μｍ以下であり、それらのトータルピッチ寸法の誤差は設計値に対して±５μｍ以下であった。精密パターンマスク３０の上面（基板に密着させる側の面）の平面度（理想平面からの平面性のズレの最大値）は１５μｍ以下であり、高い平面性を保持していた。

蒸着装置内に本蒸着マスクを搭載し、その上方に１２０×１００ｍｍの大きさのガラス基板を、さらにガラス基板上方に板状永久磁石を配置し、精密パターンマスクとガラス基板とを密着させた。この状態で、ガラス基板上にアルミニウムキノリノール錯体（以降、Ａｌｑ３と記載する）をマスク蒸着した。得られた蒸着パターンの蒸着ボケ幅は２μｍ以下、蒸着影の影響幅は３μｍであり、それらの合計を５μｍ以下に抑制することができた。

実施例２
厚さ１ｍｍのフレームを用いたこと以外は実施例１と同様にして蒸着マスクを作製した。開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差と、それらのトータルピッチ寸法の誤差は実施例１と同様であった。平面度は２０μｍであった。蒸着ボケ幅は３μｍ、蒸着影の影響幅は３μｍであり、それらの合計は６μｍであった。

実施例３
実施例２の蒸着マスクにおける厚さ１ｍｍのフレームを、図４から図６に示す蒸着マスクの補助フレーム３５として、これをさらに厚さ５ｍｍのフレーム３４に接着して蒸着マスクを作製した。開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差と、それらのトータルピッチ寸法の誤差は実施例１と同様であった。平面度は１５μｍであった。蒸着ボケ幅は２μｍ、蒸着影の影響幅は３μｍであり、それらの合計は５μｍであった。

比較例１
厚さ０．２ｍｍのインバー合金製フレーム（熱膨張率２×１０^-6／Ｋ）を用いたこと以外は実施例１と同様にして蒸着マスクを作製した。開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差と、それらのトータルピッチ寸法の誤差は実施例１と同様であった。平面度は５０μｍ以上に悪化し、マスク蒸着を実施できなかった。

比較例２
比較例１の蒸着マスクにおける厚さ０．２ｍｍのフレームを、図４から図６に示す蒸着マスクの補助フレーム３５として、これをさらに厚さ０．６ｍｍのフレーム３４に接着して蒸着マスクを作製した。開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差と、それらのトータルピッチ寸法の誤差は実施例１と同様であった。平面度は３０μｍ程度であった。Ａｌｑ３蒸着パターンの蒸着ボケ幅は１０μｍを越え、高精度パターニングを達成できなかった。

比較例３
実施例１と同様にして、厚さ２５μｍの精密パターンマスク３０をもつ蒸着マスクを作製した。開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差は±３μｍであり、実施例１と比較して若干悪化した。開口部などのトータルピッチ寸法の誤差と平面度は実施例１と同様であった。Ａｌｑ３蒸着パターンの蒸着ボケ幅は３μｍであったが、蒸着影の影響幅は８μｍに増大し、それらの合計は１１μｍになった。

比較例４
図２４に示す従来の工程により蒸着マスクを作製した。すなわち、（ｃ）レジストパターンの除去までは実施例１と同様にし、その後、（ｄ）電鋳母型３７から精密パターンマスク３０を剥がし、（ｅ）精密パターンマスク３０に張力を加えながらフレーム３４に固定した。

厚さ１０μｍという薄い精密パターンマスク３０に張力を加えた際に、補強線の断線が頻発した。それを防ぐために張力を緩めて蒸着マスクを作製したが、開口部などのトータルピッチ寸法の誤差は±１０μｍを超えて、平面度は３０μｍ以上に悪化したものしか得られなかった。Ａｌｑ３蒸着パターンの蒸着ボケ幅は１０μｍを越え、高精度パターニングを達成できなかった。

比較例５
比較例４と同様にして、厚さ２０μｍの精密パターンマスク３０をもつ蒸着マスクを作製した。張力を加えた際に頻発していた補強線の断線は改善傾向が認められたので、比較例４より張力を強めて蒸着マスクを作製できた。開口部などのトータルピッチ寸法の誤差は±８μｍ、平面度は２５μｍであった。Ａｌｑ３蒸着パターンの蒸着ボケは４μｍ、蒸着影の影響は６μｍであり、それらの合計は１０μｍであった。

比較例６
比較例４と同様にして、厚さ２５μｍの精密パターンマスク３０をもつ蒸着マスクを作製した。張力を加えた際に頻発していた補強線の断線はほとんど起こらなくなったので、比較例５よりさらに張力を強めて蒸着マスクを作製できた。

開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差は±３μｍであった。開口部などのトータルピッチ寸法の誤差は±６μｍ、平面度は２０μｍであった。Ａｌｑ３蒸着パターンの蒸着ボケ幅は３μｍ、蒸着影の影響幅は８μｍであり、それらの合計は１１μｍであった。

実施例４
フレームの中央の縦および横方向に幅４ｍｍの桟部分が形成されたフレームを用いたこと以外は実施例１と同様にして蒸着マスクを作製した。得られた蒸着マスクは図７から図９に示すように、４個の開口３９を有する１個のフレーム３４に１枚の精密パターンマスク３０が固定されている。精密パターンマスク３０とフレーム３４との接着はフレーム３４の外周部のみで行い、桟部分では接着しなかった。

開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差は実施例１と同様であり、それらのトータルピッチ寸法の誤差は±４μｍ以下であった。平面度や蒸着ボケ幅、蒸着影の影響幅は実施例１と同様であった。

実施例５
実施例１の精密パターンマスク３０において、４組の開口部配列群を有効開口部とし、それ以外の部分に有効開口部と同一の形状とピッチを有するダミー開口部を形成したこと以外は実施例１と同様に蒸着マスクを作製し、さらに、補助マスクを設置した。

得られた蒸着マスクは図１０から図１２に示すように、ダミー開口部の形状が有効開口部のそれと一致しており、ダミー開口部の開口率は有効開口部のそれと大部分で一致している。補助マスク３１は厚さ８０μｍのＮｉ合金から形成され、その外形がフレーム３４の内形とほぼ等しい。補助マスク３１には４個の開口４０が形成され、精密パターンマスク３０の有効開口部を露出している。補助マスク３１はフレーム３４の内側でフレーム３４と接着されており、精密パターンマスク３０とは接しているが、固定されてはいない。

開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差は実施例１と同様であり、それらのトータルピッチ寸法の誤差は±４μｍ以下であった。平面度や蒸着ボケ幅、蒸着影の影響幅は実施例１と同様であった。

実施例６
実施例５のダミー開口部が形成された精密パターンマスクに、実施例４の４個の開口が形成されたフレームを固定したこと以外は実施例１と同様に蒸着マスクを作製した。

開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差は実施例１と同様であり、それらのトータルピッチ寸法の誤差は±３μｍ以下であった。平面度や蒸着ボケ幅、蒸着影の影響幅は実施例１と同様であった。

実施例７（統合マスクの作製）
図１〜図３および図２５、図２６を用いて説明する。

実施例１と同様にして蒸着マスク１２０を作製した。精密パターンマスク１２２の厚さは１０μｍである。フレーム１２４の外形は８２ｍｍ×１０３ｍｍで、その内側には下部が約７０ｍｍ×約９７ｍｍ、上部が６３ｍｍ×９０ｍｍの開口を設けた。フレーム１２４の対角方向の両端には厚さ２．５ｍｍの耳部１２８を２ヶ所設けた。

精密マスクパターンには開口部３２と補強線３３、位置マーク１２６が形成されている。開口部３２は、幅１００μｍ、長さ２８０μｍの長方形であり、幅方向には３００μｍピッチで２５６個、長さ方向には３００μｍピッチで２００個形成されている。補強線３３の幅は２０μｍであり、位置マーク１２６の開口幅も２０μｍである。

本蒸着マスク１２０を４個作製した。各蒸着マスクの開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差は、いずれも±２μｍ以下であり、それらのトータルピッチ寸法の誤差は±５μｍ以下であった。平面度は１５μｍ以下であり、高い平面性を保持していた。

次に２２０ｍｍ×２３５ｍｍ、厚さ１２ｍｍのコバール合金製のプレートに、上部が約７０ｍｍ×約９７ｍｍ、下部が約９３ｍｍ×約１１４ｍｍの開口１１０を、２列×２列の配置で合計４個設けたものをベース板１０２とした。上記蒸着マスク４個を、各々の蒸着マスクの開口がベース板の開口１１０の中央になるように配置した。

蒸着マスク１個に対して、押さえ板１４２、圧縮バネ１４４、支点１４８からなる２個の係合手段１４０で、各蒸着マスクをベース板上に固定して、粗い位置合わせを行った統合マスク１００を作製した。

ベース板１０２の中央には、幅４ｍｍ、長さ２１０ｍｍ、厚さ約６ｍｍのガラス板１０４が取り付けられている。その上面１０８に、十文字の基準マーク１０６Ａと、十文字の基板用基準マーク１０６Ｂを、ガラス板の長さ方向に対称となるように、それぞれピッチ６８ｍｍ、１８０ｍｍで各２個ずつ設けた。基準マークはクロム膜で形成した。基準マークのある面は、ベース板に取り付けた蒸着マスクの上面とほぼ同じ高さにした。蒸着マスクとガラス板との隙間は２ｍｍ、係合手段を挟んで隣り合う蒸着マスクの隙間は１８ｍｍとした。

基準マーク１０６Ａを基準にして蒸着マスクの位置を調整し、精密な位置合わせを行った。蒸着マスクの所定位置からの位置ずれ量は４個とも２μｍ以下であった。統合マスク全体としても開口部や位置マーク間の寸法誤差は±６μｍ以下であり、精度の高い統合マスクが得られた。

実施例８（有機電界発光装置の製造）
厚さ０．７ｍｍで外形が２００ｍｍ×２１４ｍｍの無アルカリガラス表面に、第一電極としてＩＴＯ透明電極膜を３００ｎｍの厚みでスパッタリングにて全面形成した。第一電極膜はフォトリソ法によってパターニングした。長さが９０ｍｍ、幅が８２μｍのストライプ状第一電極を幅方向に１００μｍピッチで７６８本配列させたものを１単位とし、各単位のストライプ状第一電極の位置が統合マスクの各蒸着マスクの開口部と一致するように、２列×２列の配列で合計４単位設けた。この４単位の第一電極は４個の有機電界発光装置に対応する。

本基板の全面にポジ型感光性ポリイミド前駆体（東レ（株）製、ＤＬ−１０００）をスピンコート法により塗布した。乾燥後の塗布膜にフォトマスクを介して露光した後、現像を行い、ポリイミド前駆体膜をパターニングした。その後、２３０℃で１０分キュアを行った。４個の有機電界発光装置の有効発光エリア（後にＲ、Ｇ、Ｂ発光層が占める領域）全面を覆うように、それぞれに対応して４単位のスペーサーを形成した。１単位のスペーサーでは、ストライプ状第一電極の幅方向に長さ７５μｍ、長さ方向に長さ２４０μｍの開口部（スペーサーの存在しない部分）を、それぞれ１００μｍピッチで７６８個、３００μｍピッチで２００個、第一電極の中央部が露出するように格子状に配置した。

４個ある有機電界発光装置の有効発光エリア全面に、銅フタロシアニンを１５ｎｍ、ビス（Ｎ−エチルカルバゾール）を６０ｎｍを蒸着して、正孔輸送層を形成した。蒸着時の真空度は２×１０^-4Ｐａ以下とし、蒸着中は基板を蒸着源に対して回転させた。

発光層を蒸着するために、実施例７で作製した統合マスク上に基板を載置した。基板には、基準マークとして直径３００μｍのＩＴＯ透明電極膜が、ピッチ１８０ｍｍで中心対称となるように２ヶ所設けられている。この基準マーク位置を検知して、統合マスクの基板用基準マーク１０６Ｂと一致するようにガラス基板と統合マスクの位置合わせを行った。

緑色発光層として、０．３ｗｔ％の１，３，５，７，８，−ペンタメチル−４，４−ジフロロ−４−ボラ−３ａ，４ａ−ジアザ−ｓ−インダセン（ＰＭ５４６と略記）をドーピングした８−ヒドロキシキノリン−アルミニウム錯体（Ａｌｑ３と略記）を、統合マスクのパターンにしたがって２０ｎｍ蒸着した。

基板と統合マスクとの位置を、ＩＴＯ透明電極の幅方向に１００μｍ（１ピッチ分）だけずらして位置合わせした後に、赤色発光層として１ｗｔ％の４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６（ジュロリジルスチリル）ピラン（ＤＣＪＴと略記）をドーピングしたＡｌｑ３を１５ｎｍ蒸着した。続いて、基板と統合マスクとの位置を、さらに１００μｍ（さらに１ピッチ分）だけずらして位置合わせした後に、青色発光層として４,４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ジフェニル（ＤＰＶＢｉと略記）を２０ｎｍ蒸着した。これらのＲＧＢ発光層はストライプ状のＩＴＯ透明電極にそれぞれ対応しており、ＩＴＯ透明電極の露出部分を完全に被覆した。

電子輸送層として４，４’−ビス（フェナントロリン−２−イル）テトラフェニルメタンを６０ｎｍ、４個ある有機電界発光装置の有効発光エリア全面に蒸着した。次に、リチウムを膜厚換算量０．５ｎｍ蒸着して、電子輸送層にドーピングした。

ストライプ状第一電極の幅方向に長さ１００ｍｍ、ストライプ状第一電極の長さ方向に幅２５０μｍのアルミニウムからなるストライプ状第二電極を、その幅方向にピッチ３００μｍで２００本配置したストライプ列を１単位とし、これを先に作製した基板上のスペーサーの開口部を覆うように４単位配置できるように、アルミニウムの蒸着を行い、厚さ２４０ｎｍの第二電極を形成した。金属電極の蒸着にも実施例３７同様の統合マスクを使用した。蒸着時の真空度は３×１０^-4Ｐａ以下とした。

本基板を蒸着装置から露点−９０℃のアルゴン雰囲気下に移した。この低湿度雰囲気下にて、基板と厚さ０．７ｍｍの封止用ガラス板とを、エポキシ樹脂からなる接着剤を用いて貼り合わせることで封止をした。

以上のようにして４個の有機電界発光装置が形成された基板を切断して、４個の有機電界発光装置に分割した。各々の有機電界発光装置には、ＩＴＯからなる７６８本のストライプ状第一電極の上に、パターニングされたＲＧＢそれぞれの発光層を含む有機層が形成され、その上には第一電極と直交するするようにアルミニウムからなる２００本のストライプ状第二電極が形成された。第一、第二電極の交差部分のうち、スペーサーの開口部のみが発光した。ＲＧＢ各１つずつの発光単位が１画素を形成するので、３００μｍピッチで２５６×２００画素を有する単純マトリックス型カラー有機電界発光装置が製作できた。画素の開口率は６０％であった。

作製した有機電界発光装置はいずれも明瞭な画像表示が可能であり、４個ともディスプレイとして用いることができた。蒸着マスクを分割して発光層を蒸着したので、４個全て同一寸法精度と性能をもつ発光装置を作製することができた。すなわち、比較的大きなサイズの１枚の基板から４個のディスプレイを効率よく生産できることが確かめられた。４個の全ての有機電界発光装置のＲ、Ｇ、Ｂ各発光層の位置ずれは±８μｍ以下であった。

比較例７
比較例６と同様にして蒸着マスクを作製したこと以外は実施例７と同様にして統合マスクを作製した。各蒸着マスクの開口部幅、補強線幅、位置マーク幅の誤差は±３μｍ、それらのトータルピッチ寸法の誤差は±７μｍ、平面度は２０μｍであった。統合マスク全体の開口部や位置マーク間の寸法誤差は±８μｍであった。

比較例８
比較例７の統合マスクを用いて実施例８と同様にして有機電界発光装置を作製した。Ｒ、Ｇ、Ｂ各発光層の位置ずれは±１０μｍ以下であった。各画素の周辺には発光強度が相対的に強い部分が存在し、実施例８と比較して画像表示の輝度ムラが大きかった。蒸着ボケと蒸着影の影響による発光層の膜厚ムラが原因であると推定された。

輝度ムラを実施例８と同水準にするために、スペーサーの開口を小さくして、画素の開口率を５２％まで低下させた。実施例８で作製した有機電界発光装置と同じ表示輝度を得るためには、画素の電流密度を約１．２倍にする必要があり、その結果、輝度半減時間は実施例８で作製した有機電界発光装置の約８０％に低下した。

本発明の蒸着マスクの一例を示す平面図。 図１のＡＡ’断面図。 図１のＢＢ’断面図。 本発明の蒸着マスクの別の一例（実施例３）を示す平面図。 図４のＡＡ’断面図。 図４のＢＢ’断面図。 本発明の蒸着マスクの別の一例（実施例４）を示す平面図。 図７のＡＡ’断面図。 図７のＢＢ’断面図。 本発明の蒸着マスクの別の一例（実施例５）を示す平面図。 図１０のＡＡ’断面図。 図１０のＢＢ’断面図。 本発明の蒸着マスクの製造方法の一例を示す断面図。 本発明の蒸着マスクの別の一例（実施例１）を示す平面図。 図１４のＡＡ’断面図。 図１４のＢＢ’断面図。 従来の蒸着マスクの一例を示す平面図。 図１７のＡＡ’断面図（矩形断面）。 図１７のＡＡ’断面図（テーパー形状断面）。 図１７のＢＢ’断面図（テーパー形状断面）。 図１７のＡＡ’断面図（Ｔ字形状断面）。 図１７のＢＢ’断面図（Ｔ字形状断面）。 図１７のＡＡ’断面図（多層構造断面）。 従来の蒸着マスクの製造方法の一例を示す断面図。 実施例７で作製した統合マスクを示す斜視図。 実施例７で作製した統合マスクの組立方法を示す斜視図。

符号の説明

３０ 精密パターンマスク
３１ 補助マスク
３２ 開口部
３３ 補強線
３４ フレーム
３５ 補助フレーム
３６ 位置マーク
３７ 電鋳母型
３８ レジストパターン
３９ 開口（フレーム）
４０ 開口（補助マスク）
１００ 統合マスク
１０２ ベース板
１０４ ガラス板
１０６Ａ 基準マーク（蒸着マスク用）
１０６Ｂ 基準マーク（基板用）
１０８ 上面
１１０ 開口
１２０ 蒸着マスク
１２２ 精密パターンマスク
１２４ フレーム
１２６ 位置マーク
１２８ 耳部
１４０ 係合手段
１４２ 押さえ板
１４４ 圧縮バネ
１４８ 支点

Claims (10)

1. 蒸着パターンに対応した蒸着開口部配列をもつ厚さ２０μｍ以下の精密パターンマスクが、厚さ１ｍｍ以上のフレームに固定されていることを特徴とする蒸着マスク。
2. フレームが複数の開口を有し、精密パターンマスクは前記開口と開口の間に位置する桟部分では該フレームと固定されずに、該フレームの外周部で固定されていることを特徴とする請求項１記載の蒸着マスク。
3. 精密パターンマスクが蒸着パターンに対応する有効開口部と蒸着パターンには対応しないダミー開口部とを有し、フレームの開口が精密パターンマスクの前記有効開口部を露出するように固定されていることを特徴とする請求項１記載の蒸着マスク。
4. 精密パターンマスク、フレームおよび補助マスクを有する蒸着マスクであって、精密パターンマスクが蒸着パターンに対応する有効開口部と蒸着パターンには対応しないダミー開口部とを有し、補助マスクの開口が精密パターンマスクの前記有効開口部を露出するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の蒸着マスク。
5. 補助マスクが精密パターンマスクのフレーム側に位置し、フレームの少なくとも一部に支持されていることを特徴とする請求項４記載の蒸着マスク。
6. フレームの熱膨張係数が２０〜５０℃の範囲で２×１０^-6／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の蒸着マスク。
7. 少なくとも下記のＡ〜Ｃの工程を含むことを特徴とする蒸着マスクの製造方法。
   Ａ：電鋳法によって電鋳母型上に蒸着パターンに対応した蒸着開口部配列をもつ精密パターンマスクを形成する工程。
   Ｂ：前記精密パターンマスクが電鋳母型上にある状態で、前記精密パターンマスクと厚さ１ｍｍ以上のフレームとを固定する工程。
   Ｃ：前記精密パターンマスクとフレームとを固定した後に、前記電鋳母型から積層体を剥がす工程。
8. 精密パターンマスクを２０μｍ以下の厚さに形成し、２０〜４０℃の温度範囲で接着剤を硬化させることにより前記精密パターンマスクをフレームに固定することを特徴とする請求項７記載の蒸着マスクの製造方法。
9. 請求項１〜６いずれかに記載の蒸着マスクを使用して有機電界発光装置の薄膜層をパターニングすることを特徴とする有機電界発光装置の製造方法。
10. 請求項１〜６いずれかに記載の蒸着マスクを１枚の基板に対して複数個配置して有機電界発光装置の薄膜層をパターニングすることを特徴とする有機電界発光装置の製造方法。

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