JP2006185746A - 表示装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高いパターン精細度で表示素子を製造することが可能な表示装置の製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 基板の主面側にマトリクス状に配置された表示素子を備えた表示装置を製造する製造装置４００であって、表示素子を構成する薄膜を形成するための蒸着源Ｓと処理対象基板ＳＵＢの主面とを対向した状態で処理対象基板ＳＵＢと蒸着源Ｓとの間に配置されたマスク本体Ｍと、マスク本体Ｍを保持するマスクフレームＦと、を備え、マスクフレームＦは、略円形の枠状に構成されたことを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

この発明は、表示装置の製造装置に係り、特に、表示装置を構成する自発光性の表示素子を製造するための製造装置に関する。

近年、平面表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置が注目されている。この有機ＥＬ表示装置は、自発光性素子であることから、視野角が広く、バックライトを必要とせず薄型化が可能であり、消費電力が抑えられ、且つ応答速度が速いといった特徴を有している。

これらの特徴から、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる、次世代平面表示装置の有力候補として注目を集めている。このような有機ＥＬ表示装置は、アレイ基板として第１電極（陽極）と第２電極（陰極）との間に発光機能を有する有機化合物を含む有機活性層を保持した有機ＥＬ素子をマトリックス状に配置することにより構成される。このような構成において、例えば、第１電極（陽極）及び有機活性層は、画素毎に配置されている。

このような有機ＥＬ素子の製造工程において、画素毎に配置する第１電極はフォトリソグラフィプロセスにより形成可能であるが、有機活性層については、ウエットプロセスであることに伴う問題があるため、フォトリソグラフィプロセスを適用困難なケースが多い。したがって、有機活性層は、ドライプロセスにより形成されることが望ましい。このようなドライプロセスで有機活性層などの薄膜をパターニングする手段として、マスクを介して材料源を蒸着するいわゆるマスク蒸着法がある。

このようにして形成される有機活性層は、極めて高いパターン精細度が要求される。このため、有機活性層のパターニングに用いられるマスクも必然的に精細度の高いものが必要となる。また、マスクが厚いと、パターンのボケが発生しやすいため、精細度の要求が高くなるほどマスクの厚みは薄くする必要がある。

また、有機活性層を高いパターン精細度で形成するためには、上述したようなマスクに撓みを発生することなくマスクフレームに保持する必要がある。マスクにおいて局所的な撓みの発生を防止するために、画素に対応した開口部が配列された開口領域の周囲に画素の形成には用いられないダミー開口部を具備したマスクを用いる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２９６４３６号公報

マスクを撓みなくマスクフレームに保持するために、マスクは、その外方に向かって張力を付加した状態でマスクフレームに固定されている。マスクが固定されたマスクフレームは、その形状によっては、マスクの面内応力により歪むことがある。例えば、四角形の枠状のマスクフレームは、その比較的長い直線部において、内方に湾曲するような歪みを生ずることがある。このようなマスクフレームの歪みは、形成されるパターンの精細度の低下を招く。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高いパターン精細度で表示素子を製造することが可能な表示装置の製造装置を提供することにある。

この発明の第１様態による表示装置の製造装置は、
基板の主面側にマトリクス状に配置された表示素子を備えた表示装置を製造する製造装置であって、
前記表示素子を構成する薄膜を形成するための蒸着源と基板の主面とを対向した状態で、基板と蒸着源との間に配置されたマスク本体と、
前記マスク本体を保持するマスクフレームと、を備え、
前記マスクフレームは、略円形の枠状に構成されたことを特徴とする。

この発明の第２様態による表示装置の製造装置は、
基板の主面側にマトリクス状に配置された表示素子を備えた表示装置を製造する製造装置であって、
前記表示素子を構成する薄膜を形成するための蒸着源と基板の主面とを対向した状態で、基板と蒸着源との間に配置されたマスク本体と、
前記マスク本体を保持するマスクフレームと、を備え、
前記マスクフレームは、６角形以上の多角形の枠状に構成されたことを特徴とする。

この発明の第３様態による表示装置の製造装置は、
基板の主面側にマトリクス状に配置された表示素子を備えた表示装置を製造する製造装置であって、
前記表示素子を構成する薄膜を形成するための蒸着源と基板の主面とを対向した状態で、基板と蒸着源との間に配置されたマスク本体と、
前記マスク本体を保持するマスクフレームと、を備え、
前記マスクフレームは、略楕円形の枠状に構成されたことを特徴とする。

この発明によれば、高いパターン精細度で表示素子を製造することが可能な表示装置の製造装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る表示装置の製造装置について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態では、表示装置として、自己発光型表示装置、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置を例にして説明する。

図１及び図２に示すように、有機ＥＬ表示装置１は、画像を表示する表示エリア１０２を有するアレイ基板１００を備えている。アレイ基板１００の表示エリア１０２は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。

また、アレイ基板１００は、画素ＰＸの行方向（すなわち図１のＹ方向）に沿って配置された複数の走査線Ｙｍ（ｍ＝１、２、…）と、走査線Ｙｍと略直交する方向（すなわち図１のＸ方向）に沿って配置された複数の信号線Ｘｎ（ｎ＝１、２、…）と、有機ＥＬ素子４０の第１電極６０側に電源を供給するための電源供給線Ｐと、を備えている。

さらに、アレイ基板１００は、表示エリア１０２の外周に沿った周辺エリア１０４に、走査線Ｙｍのそれぞれに走査信号を供給する走査線駆動回路１０７と、信号線Ｘｎのそれぞれに映像信号を供給する信号線駆動回路１０８と、を備えている。すべての走査線Ｙｍは、走査線駆動回路１０７に接続されている。また、すべての信号線Ｘｎは、信号線駆動回路１０８に接続されている。

各画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、オン画素とオフ画素とを電気的に分離しかつオン画素への映像信号を保持する機能を有する画素スイッチ１０と、画素スイッチ１０を介して供給される映像信号に基づき表示素子へ所望の駆動電流を供給する駆動トランジスタ２０と、駆動トランジスタ２０のゲート−ソース間電位を所定期間保持する蓄積容量素子３０とを備えている。これら画素スイッチ１０及び駆動トランジスタ２０は、例えば薄膜トランジスタにより構成され、ここではそれらの半導体層にポリシリコンを用いている。

また、各画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、表示素子としての有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をそれぞれ備えている。すなわち、赤色画素ＰＸＲは、主に赤色波長に対応した光を出射する有機ＥＬ素子４０Ｒを備えている。緑色画素ＰＸＧは、主に緑色波長に対応した光を出射する有機ＥＬ素子４０Ｇを備えている。青色画素ＰＸＢは、主に青色波長に対応した光を出射する有機ＥＬ素子４０Ｂを備えている。

各種有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の構成は、基本的に同一である。すなわち、図２に示すように、アレイ基板１００は、配線基板１２０の主面側に配置された複数の有機ＥＬ素子４０を備えている。なお、配線基板１２０は、ガラス基板やプラスチックシートなどの絶縁性支持基板上に、画素スイッチ１０、駆動トランジスタ２０、蓄積容量素子３０、走査線駆動回路１０７、信号線駆動回路１０８、各種配線（走査線、信号線、電源供給線等）などを備えて構成されたものとする。

有機ＥＬ素子４０は、マトリクス状に配置され画素ＰＸ毎に独立島状に形成された第１電極６０と、第１電極６０に対向して配置され全画素ＰＸに共通に形成された第２電極６６と、これら第１電極６０と第２電極６６との間に保持された光活性層（ここでは有機活性層）６４と、によって構成されている。

有機ＥＬ素子４０を構成する第１電極６０は、配線基板１２０表面の絶縁膜上に配置され、陽極として機能する。

有機活性層６２は、発光層を含んでいる。この有機活性層６２は、発光層以外の層を含むことができ、例えば、各色共通に形成される正孔輸送層、及び各色画素に形成される発光層の２層構造で構成されても良いし、正孔注入層、ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層、バッファ層などを含むこともでき、またこれらを機能的に複合した層を含んでもよい。有機活性層６２においては、発光層が有機系材料であればよく、発光層以外の層は無機系材料でも有機系材料でも構わない。発光層は、赤、緑、または青に発光する発光機能を有する有機化合物によって形成される。

第２電極６６は、有機活性層６４上に各有機ＥＬ素子４０に共通に配置される。この第２電極６６は、電子注入機能を有する金属材料によって形成され、陰極として機能する。

また、アレイ基板１００は、表示エリア１０２において、少なくとも隣接する色毎に画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間を分離する隔壁７０を備えている。隔壁７０は、各画素を分離するよう形成することが望ましく、ここでは、隔壁７０は、各第１電極６０の周縁に沿って格子状に配置され、第１電極６０を露出する隔壁の開口形状が矩形となるよう形成されている。この隔壁７０は、樹脂材料によって形成される。

このような構成のアレイ基板１００は、有機ＥＬ素子４０を備えた主面側が封止体２００によって気密に封止されている。

次に、上述したような構成の表示装置の製造方法について説明する。

まず、図３Ａに示すように、配線基板１２０上の表示エリア１０２において、画素毎に独立島状の第１電極６０を形成する。すなわち、配線基板１２０の一主面側において陽極として機能する金属膜をパターン化し、第１電極６０を形成する。この第１電極６０については、一般的はフォトリソグラフィプロセスで形成しても良いし、画素に対応したパターン（すなわち各画素の第１電極の形状に対応した開口パターン）を有するマスク本体を介して金属材料源を成膜するマスク蒸着法によって形成しても良い。

続いて、図３Ｂに示すように、各画素を分離する隔壁７０を形成する。すなわち、感光性樹脂材料例えばアクリルタイプのポジティブトーンのレジストを第１電極６０上を含む配線基板１２０の一主面側全体に成膜した後にフォトリソグラフィプロセスなどでパターニングした後に、２２０℃で６０分の焼成処理を行う。これにより、各画素を囲むような格子状の隔壁７０を形成する。

続いて、図３Ｃに示すように、各画素内における第１電極６０上に有機活性層６４を形成する。すなわち、発光層のほかにホールバッファ層などを含む有機活性層６４として、低分子系材料を選択し、画素に対応したパターン（すなわち各画素の有機活性層に対応した開口パターン）を有するマスク本体Ｍを介して有機系の材料源を成膜するマスク蒸着法によって形成可能である。

続いて、図３Ｄに示すように、有機活性層６４上に全画素に共通の第２電極６６を形成する。すなわち、有機活性層６４を配置した配線基板１２０の一主面側に陰極として機能する金属膜をスパッタ法などにより成膜して第２電極６６を形成する。

このような工程により、有機ＥＬ素子４０が形成される。

次に、上述したような有機ＥＬ素子４０を構成する各薄膜のうち、高精細度でのパターン化が要求される薄膜を形成するための製造装置について説明する。

製造装置は、図４に示すように、マスク本体Ｍと、マスクフレームＦと、を備えている。マスク本体Ｍは、有機ＥＬ素子４０を構成する薄膜を形成するための蒸着源Ｓと、製造装置の内部に搬送されその主面を蒸着源Ｓに対向した状態で位置決めされた処理対象基板ＳＵＢとの間に配置されている。このマスク本体Ｍは、形成すべきパターンに対応した開口パターンＡＰを有している。

マスクフレームＦは、枠状に構成されており、その厚みＴは例えば１５ｍｍ程度であり、その幅Ｗは３０乃至４０ｍｍ程度である。このマスクフレームＦは、高温環境での使用において歪みが小さいことが要求されることから、熱膨張係数が比較的小さく、曲げ強度が比較的高い素材を選択して形成される。この実施の形態では、マスクフレームＦは、インバー合金を用いて形成されている。

このようなマスク本体Ｍは、その外方に向かって張力を付加した状態で、その周縁でマスクフレームＦに固定されている。

次に、この製造装置に適用可能なマスクフレームＦ及びマスク本体Ｍの形状例について説明する。

（実施形態１）
実施形態１に係るマスクフレームＦは、図５に示すように、略円形の枠状に構成されている。つまり、マスクフレームＦは、直線部を持たず、その外方に向かって湾曲した形状である。このとき、マスク本体Ｍは、マスクフレームＦの内形または外形に対応した形状を有している。なお、マスクフレームＦの内形とは、マスクフレームＦの内縁ＦＩに沿った形状に対応するものとし、また、マスクフレームＦの外形とは、マスクフレームＦの外縁ＦＯに沿った形状に対応するものとする。

このようなマスク本体Ｍは、張力を付加した状態でマスクフレームＦに固定される。図５に示した例では、マスク本体Ｍは、マスクフレームＦの外形に対応した形状を有しており、その周縁で接着剤によりマスクフレームＦに固定されている。また、マスクフレームＦとマスク本体Ｍとは、必要に応じて、複数箇所で溶接により固定されても良い。

このような構成により、マスク本体ＭをマスクフレームＦに固定した後にマスク本体Ｍが内方に向かって縮もうとする面内応力が発生しても、マスクフレームＦは、その内方に向かって湾曲するような歪みを生ずることがない。また、例えマスクフレームＦがマスク本体Ｍの面内応力の影響を受けたとしても、その内方に向かって面内で等方的に縮むため、マスク本体Ｍの開口パターンＡＰが局所的に多く歪むことを抑制できる。したがって、高いパターン精細度で表示素子を製造することが可能となる。

なお、この実施形態では、略円形の枠状に構成されたマスクフレームＦの例について説明したが、少なくともマスクフレームＦの外形が略円形であれば良く、図５に示したように、全体の枠部が均一な太さである必要はない。例えば、図６に示したように、マスクフレームＦは、他の部分よりも太い太枠部ＦＡを備えていても良い。このような太枠部ＦＡを設ける構成は、マスク本体が円形ではなく、非等方的に縮むような面内応力を生ずる場合に、強い面内応力を受ける部分を補強するのに有効である。

（実施形態２）
実施形態２に係るマスクフレームＦは、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ｎを６以上とするｎ角形の枠状に構成されている。このとき、同一サイズの処理対象基板ＳＵＢに対応したマスクフレームＦの寸法を考えると、ｎが大きいほど（つまり円形に近くなるほど）、直線部（各辺）の長さが短くなり、マスク本体Ｍの面内応力に対する剛性を高めることが可能となる。また、このマスクフレームＦは、正多角形の枠状であることが望ましく、このときに適用されるマスク本体Ｍは、マスクフレームＦの内形または外形に対応した形状を有していることが望ましい。これにより、マスクフレームＦの各辺に加わるマスク本体Ｍの面内応力が略均等となり、局所的に強い応力が加わることによるマスクフレームＦの歪みの発生を抑制することができる。

したがって、高いパターン精細度で表示素子を製造することが可能となる。

また、マスクフレームＦの１辺は、３００ｍｍ以下の長さであることが望ましい。３００ｍｍを超える直線部を有するマスクフレームＦにおいては、マスク本体Ｍから受ける面ない応力の影響により、特に直線部の中央付近で大きく内方に歪みやすく、マスク本体Ｍの対応する位置付近の領域で開口パターンＡＰが歪み、精細度の低下を招くおそれがある。このため、直線部の長さは、３００ｍｍ以下とすることが望ましく、直線部の長さがゼロｍｍつまりマスクフレームＦが外方に向かって湾曲した曲線部によって構成されることがより好ましい。

（実施形態３）
実施形態３に係るマスクフレームＦは、図８に示すように、略楕円形の枠状に構成されている。つまり、マスクフレームＦは、直線部を持たず、その外方に向かって湾曲した曲線部のみによって構成されている。このとき、マスク本体Ｍは、マスクフレームＦの内形または外形に対応した形状を有している。

このような構成により、マスク本体ＭをマスクフレームＦに固定した後にマスク本体Ｍが内方に向かって縮もうとする面内応力が発生しても、マスクフレームＦは、その内方に向かって湾曲するような歪みを生ずることを抑制することができる。したがって、高いパターン精細度で表示素子を製造することが可能となる。

また、マスクフレームＦの長軸方向径ＦＬに対する短軸方向径ＦＳの比（ＦＳ／ＦＬ）は、処理対象基板ＳＵＢの長辺の長さＳＬに対する短辺の長さＳＳの比（ＳＳ／ＳＬ）と同等以上であることが望ましい。マスクフレームＦにおける比（ＦＳ／ＦＬ）が処理対象基板ＳＵＢにおける比（ＳＳ／ＳＬ）と同等であれば、処理対象基板ＳＵＢの寸法に対してマスクフレームＦの寸法を無駄に大きくする必要がなく、マスクフレームＦ及びマスク本体Ｍのコストを低減することが可能となる。

なお、この実施形態では、略楕円形の枠状に構成されたマスクフレームＦの例について説明したが、少なくともマスクフレームＦの外形が略楕円形であれば良く、例えば、図９に示したように、マスクフレームＦは、他の部分よりも太い太枠部ＦＡを備えていても良い。ここでは、太枠部ＦＡは、長軸方向Ｌに沿って設けられている。このような太枠部ＦＡを設ける構成は、マスク本体が円形ではなく、非等方的に縮むような面内応力（長軸方向Ｌよりも短軸方向Ｓに大きく縮むような面内応力）を生ずる場合に、強い面内応力を受ける長軸方向Ｌに沿った部分を補強するのに有効である。

先に図４を参照して説明した製造装置は、有機ＥＬ素子４０を構成する一対の電極すなわち第１電極６０と第２電極６６との間に配置される有機活性層６４を形成するための有機系材料源からなる蒸着源Ｓを備えても良い。つまり、有機活性層６４のように、高いパターン精細度が要求される薄膜を形成する場合に、上述した実施形態１乃至３で説明したようなマスク本体Ｍ及びマスクフレームＦの組み合わせを適用することは極めて有効である。

また、製造装置に備えられる蒸着源Ｓとしては、マスク本体Ｍを介して高い精細度の薄膜を形成するための他の材料源であっても良く、各画素に配置すべき第１電極６０を形成するための材料源からなるものであっても良い。要するに、有機ＥＬ素子及びこれを備えた有機ＥＬ表示装置を構成する薄膜のうち、高い精細度のパターン化が要求される薄膜を形成する際に、上述したようなマスク本体及びマスクフレームを備えた製造装置を適用することは極めて有効であり、マスク本体及びマスクフレームの歪みによる精細度の低下を抑制することができる。

以上説明したように、この実施の形態によれば、マスクフレームは、その外方に向かって張力を付加された状態のマスク本体を保持した際、マスク本体の面内応力による歪みの発生を抑制することができる。このため、マスク本体が有する開口パターンの局所的な歪みの発生を抑制することができる。このようなマスク本体を適用したマスク蒸着によれば、高い精細度でパターン化した薄膜を形成することが可能となる。したがって、精細度の高い表示素子及びこれを備えた表示装置を製造することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した有機ＥＬ表示装置の１画素分の構造を概略的に示す断面図である。 図３Ａは、有機ＥＬ表示装置を形成するための製造工程を説明するための図であり、第１電極を形成する工程を示す図である。 図３Ｂは、有機ＥＬ表示装置を形成するための製造工程を説明するための図であり、隔壁を形成する工程を示す図である。 図３Ｃは、有機ＥＬ表示装置を形成するための製造工程を説明するための図であり、有機活性層を形成する工程を示す図である。 図３Ｄは、有機ＥＬ表示装置を形成するための製造工程を説明するための図であり、第２電極を形成する工程を示す図である。 図４は、表示装置を製造するための製造装置の構成例を概略的に示す図である。 図５は、図４に示した製造装置に適用可能な実施形態１に係るマスクフレーム及びマスク本体の形状例を説明するための図である。 図６は、実施形態１に係るマスクフレーム他の形状例を説明するための図である。 図７Ａは、図４に示した製造装置に適用可能な実施形態２に係る６角形のマスクフレームの形状例を説明するための図である。 図７Ｂは、図４に示した製造装置に適用可能な実施形態２に係る８角形のマスクフレームの形状例を説明するための図である。 図８は、図４に示した製造装置に適用可能な実施形態３に係るマスクフレーム及びマスク本体の形状例を説明するための図である。 図９は、実施形態３に係るマスクフレーム他の形状例を説明するための図である。

符号の説明

１…有機ＥＬ表示装置、１０…画素スイッチ、２０…駆動トランジスタ、３０…蓄積容量素子、４０…有機ＥＬ素子、６０…第１電極、６４…有機活性層、６６…第２電極、７０…隔壁、１００…アレイ基板、１２０…配線基板、ＰＸ…画素、４００…製造装置、Ｓ…蒸着源、Ｆ…マスクフレーム、Ｍ…マスク本体、ＳＵＢ…処理対象基板

Claims (8)

1. 基板の主面側にマトリクス状に配置された表示素子を備えた表示装置を製造する製造装置であって、
   前記表示素子を構成する薄膜を形成するための蒸着源と基板の主面とを対向した状態で、基板と蒸着源との間に配置されたマスク本体と、
   前記マスク本体を保持するマスクフレームと、を備え、
   前記マスクフレームは、略円形の枠状に構成されたことを特徴とする表示装置の製造装置。
2. 基板の主面側にマトリクス状に配置された表示素子を備えた表示装置を製造する製造装置であって、
   前記表示素子を構成する薄膜を形成するための蒸着源と基板の主面とを対向した状態で、基板と蒸着源との間に配置されたマスク本体と、
   前記マスク本体を保持するマスクフレームと、を備え、
   前記マスクフレームは、６角形以上の多角形の枠状に構成されたことを特徴とする表示装置の製造装置。
3. 前記マスクフレームの１辺は、３００ｍｍ以下の長さであることを特徴とする請求項２に記載の表示装置の製造装置。
4. 基板の主面側にマトリクス状に配置された表示素子を備えた表示装置を製造する製造装置であって、
   前記表示素子を構成する薄膜を形成するための蒸着源と基板の主面とを対向した状態で、基板と蒸着源との間に配置されたマスク本体と、
   前記マスク本体を保持するマスクフレームと、を備え、
   前記マスクフレームは、略楕円形の枠状に構成されたことを特徴とする表示装置の製造装置。
5. 前記マスクフレームの長軸方向径に対する短軸方向径の比は、基板の長辺の長さに対する短辺の長さの比と同等以上であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置の製造装置。
6. さらに、前記表示素子を構成する一対の電極間に配置される光活性層を形成するための有機系材料源からなる蒸着源を備えたことを特徴とする請求項１、２、または、４のいずれか１項に記載の表示装置の製造装置。
7. 前記マスクフレームは、他の部分より太い太枠部を備えたことを特徴とする請求項１、２、または、４のいずれか１項に記載の表示装置の製造装置。
8. 前記マスク本体は、前記マスクフレームの内形または外形に対応した形状であることを特徴とする請求項１、２、または、４のいずれか１項に記載の表示装置の製造装置。

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