JP2011181208A - 大型メタルマスク - Google Patents

Abstract

【課題】現状サイズのメタルマスクを用い、１１００×１３００ｍｍ以上のメタルマスクとして機能させた大型メタルマスクを提供する。
【解決手段】矩形状で同一サイズの２枚のメタルマスク１０を、固定用マスク２０を介して左右に隣接して繋ぎ合わせ、前記メタルマスクの２倍の面積を有する１枚のメタルマスク３０−２として機能させたこと。固定用マスクの左位置合わせマーク２１Ｌに左メタルマスクの右位置合わせ貫通孔１１Ｒを合わせ、右位置合わせマーク２１Ｒに右メタルマスクの左位置合わせ貫通孔１１Ｌを合わせ、固定用マスクに左メタルマスク及び右メタルマスクが重なる部分をスポット溶接５０で接合させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、有機ＥＬディスプレイの製造に用いるメタルマスクに関するものであり、特に、現状サイズのメタルマスクを用い、現状サイズ以上のメタルマスクとして機能させた大型メタルマスクに関する。

カラー表示をさせる有機ＥＬディスプレイは、赤、緑、青、三原色の有機ＥＬ画素（素子）を一定の順序で繰返しガラス基板上に多数個が配設された構造になっている。
有機ＥＬディスプレイは、自発光型であるため視野角依存性がなく視認性に優れていること、応答速度が速いため動画表示に適していること、構造が簡単で軽く薄くできることなどが他の素子を用いたディスプレイと比べ大きな特徴といわれている。

有機ＥＬ素子は、用いる有機材料が低分子系か高分子系かによって、低分子系有機ＥＬ素子と高分子系有機ＥＬ素子に分類され、素子構成と製造方法が異なったものとなる。
低分子系有機ＥＬ素子の場合、低分子系有機ＥＬ素子を構成する陽極と陰極は無機薄膜であるが、有機ＥＬ層はすべて有機薄膜で形成されている。

この有機ＥＬ層は、正孔輸送層と電子輸送層とで発光層を挟んだ３層構造が一般的である。各有機薄膜は、多くの場合、蒸着法によって緻密なアモルファス状態で形成されている。

また、陰極の材料は、水や酸素に対し弱い金属材料であるために、フォトリソグラフィ法などの方法で陰極をパターニングすることは難しく、一般には各有機薄膜と同様に蒸着法によってパターン状に膜の形成を行っている。

有機ＥＬ層などを蒸着法によってパターン状に形成する際には、多くの場合、線膨張率の小さいインバーなど金属製のメタルマスクが用いられる。
メタルマスクは、蒸着によってガラス基板にパターン状の膜を形成する画面部分が開口部となっている。この開口部はフォトエッチング法によって形成されるものである。

有機ＥＬディスプレイを量産する際には、１基の有機ＥＬディスプレイのサイズに対応した画面をガラス基板上に多数個面付けした状態で製造するので、蒸着に用いるメタルマスクの大きさはガラス基板の大きさに対応したものとなる。

さて、有機ＥＬディスプレイの製造に用いるガラス基板の大きさは、有機ＥＬディスプレイが実用された初期の、Ｇ１と称する３００×４００ｍｍ程度の基板サイズから、Ｇ４Ｈａｌｆと称する４６０×７３０ｍｍ、或いはＧ３．５Ｆｕｌｌと称する６２０×７５０ｍｍ程度の基板サイズへと次第に大型基板へと移行しいている。
従って、蒸着に用いるメタルマスクの大きさも基板サイズに対応し大型メタルマスクへと移行しいている。

近年に至り、有機ＥＬディスプレイの製造における、蒸着工程の効率向上に向けた動きが加速しており、Ｇ５と称する１１００×１３００ｍｍ以上の基板サイズを用いた蒸着が検討されている。この動きに伴い、蒸着工程で使用されるメタルマスクに対して、対応したメタルマスクの大型化が要望されている。

しかしながら、Ｇ５と称する１１００×１３００ｍｍ以上の基板サイズに対応した大型
メタルマスクを製造するフォトエッチング装置には、相応の設備費用が嵩むといった問題がある。

特開２００５−１７４６２６号公報

「有機ＥＬ素子の基礎と応用」，映像情報メディア学会誌Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．８，ｐｐ．１２３３（２００２）

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、Ｇ５と称する１１００×１３００ｍｍ以上の基板サイズを用いた有機ＥＬディスプレイの製造に対応した大型メタルマスクとして、現状サイズのメタルマスクを用い、１１００×１３００ｍｍ以上のメタルマスクとして機能させた大型メタルマスクを提供することを課題とするものである。

本発明は、有機ＥＬ層を蒸着法によって形成する際に用いる大型メタルマスクにおいて、矩形状で同一サイズの２枚のメタルマスクを、固定用マスクを介して左右に隣接して繋ぎ合わせ、前記メタルマスクの２倍の面積を有する１枚のメタルマスクとして機能させたことを特徴とする大型メタルマスクである。

また、本発明は、上記発明による大型メタルマスクにおいて、前記メタルマスクの短辺同士が対向し左右に隣接していることを特徴とする大型メタルマスクである。

また、本発明は、上記発明による大型メタルマスクにおいて、
１）ａ）前記固定用マスクの上面左部に設けた左位置合わせマークに、左に隣接する左メタルマスクの右端部に設けた右位置合わせ貫通孔を合わせ、
ｂ）前記固定用マスクの上面右部に設けた右位置合わせマークに、右に隣接する右メタルマスクの左端部に設けた左位置合わせ貫通孔を合わせることにより、固定用マスクを介して左メタルマスクと右メタルマスクの位置合わせがなされ、
２）前記固定用マスクの上面左部に左メタルマスクの右端部が重なる部分、及び前記固定用マスクの上面右部に右メタルマスクの左端部が重なる部分を抵抗溶接（スポット溶接）で接合させることにより、前記左メタルマスクと右メタルマスクの位置合わせがなされた状態で、左メタルマスクと固定用マスクと右メタルマスクが繋ぎ合わされていることを特徴とする大型メタルマスクである。

本発明は、矩形状で同一サイズの２枚のメタルマスクを、固定用マスクを介して左右に隣接して繋ぎ合わせ、前記メタルマスクの２倍の面積を有する１枚のメタルマスクとして機能させたので、現状サイズのメタルマスクを用いての大型メタルマスクとなる。

また、本発明は、現状サイズのメタルマスクの短辺同士が対向し左右に隣接しているので、得られる大型メタルマスクの長辺は、Ｇ５．５と称するガラス基板の長辺（１７５０ｍｍ）への対応が可能となる。

本発明は、固定用マスクの左位置合わせマークに、左メタルマスクの右位置合わせ貫通孔を合わせ、固定用マスクの右位置合わせマークに、右メタルマスクの左位置合わせ貫通孔を合わせ、固定用マスクを介して左メタルマスクと右メタルマスクの位置合わせがなされ、固定用マスクに左メタルマスクが重なる部分、及び固定用マスクに右メタルマスクが重なる部分を抵抗溶接（スポット溶接）で接合させることにより、左メタルマスクと固定用マスクと右メタルマスクが一体的に繋ぎ合わされているので、表面が平坦な大型メタルマスクとなる。

有機ＥＬディスプレイの製造に用いるガラス基板の大きさを例示した図である。 本発明により製造が可能となる大型メタルマスクの大きさを示す説明図である。 本発明による大型メタルマスクの一例を示す平面図、側面図である。 大型メタルマスクを構成する左メタルマスク、右メタルマスク、及び固定用マスクの説明図である。 図４（ａ）中、Ａ−Ａ’線での平面及び断面を拡大した説明図である。 図４（ｃ）中、Ｂ−Ｂ’線での平面及び断面を拡大した説明図である。 固定用マスクを介して左メタルマスクと右メタルマスクの位置合わせがされた段階での平面図及び断面図である。 図３（ａ）のＤ−Ｄ’線での平面及び断面を拡大した説明図である。 本発明による大型メタルマスクを用いてガラス基板上に蒸着を行う際の状態を示す側面図である。 本発明による大型メタルマスクの具体的な実施例の平面図である。

図１は、有機ＥＬディスプレイの製造に用いるガラス基板の大きさを例示したものである。図１には、前記Ｇ４Ｈａｌｆと称する短辺（ａ１）×長辺（ｂ１）＝４６０×７３０ｍｍのガラス基板、及びＧ３．５Ｆｕｌｌと称する（ａ２）×（ｂ２）＝６２０×７５０ｍｍのガラス基板が示されている。
有機ＥＬ層の蒸着に用いるメタルマスクの大きさは、上記ガラス基板の大きさに対応したものなので、メタルマスクの大きさは上記ガラス基板と略同程度の大きさのものである。

この大きさのメタルマスクを製造するフォトエッチング・ラインとしては、例えば、図１中に符号（ＥＬ）で示す（ａ３）×（ｂ３）＝８１２×１０９２ｍｍ程度の大きさのメタルマスクを製造することができるフォトエッチング・ラインが用いられている。
フォトエッチング・ラインは塗布装置、露光装置、現像装置、及びエッチング装置で構成されるが、図１中に符号（ＥＬ）で示す大きさは、露光装置（両面プリンタ）が露光することにできるメタルマスクの大きさを例示したものである。なお、図１中に示す点線は、近年に至り検討されているＧ５と称するガラス基板の大きさ短辺（ａ４）×長辺（ｂ４）＝１１００×１３０２ｍｍである。

図２は、本発明により製造することが可能となる大型メタルマスクの大きさを示す説明図である。図２（ａ）は、現状、前記フォトエッチング・ラインで製造できるメタルマスク（１０）の大きさ、短辺（ａ３）×長辺（ｂ３）＝８１２×１０９２ｍｍである。
図２（ｂ）は、２枚のメタルマスク（１０）の長辺（ｂ３）同士を対向させ左右に隣接して繋ぎ合わせ、１枚の大型メタルマスク（３０−１）として機能させた状態を表したものである。

図２（ｂ）に示すように、大型メタルマスク（３０−１）の大きさは、短辺（ｂ３）×長辺（２×ａ３）＝１０９２×１６２４ｍｍとなる。大型メタルマスク（３０−１）の短辺（ｂ３）：１０９２ｍｍは、Ｇ５の短辺（ａ４）：１１００ｍｍと略同一となり、また大型メタルマスク（３０−１）の長辺（２×ａ３）：１６２４ｍｍは、Ｇ５の長辺（ｂ４）：１３００ｍｍより大きくなる。
つまり、「大型メタルマスク（３０−１）の大きさ≒Ｇ５ガラス基板の大きさ」が可能となる。

一方、図２（ｃ）は、２枚のメタルマスク（１０）の短辺（ａ３）同士を対向させ左右に隣接して繋ぎ合わせ、１枚の大型メタルマスク（３０−２）として機能させた状態を表したものである。図２（ｃ）に示すように、大型メタルマスク（３０−２）の大きさは、短辺（ａ３）×長辺（２×ｂ３）＝８１２×２１８４ｍｍとなる。
大型メタルマスク（３０−２）の短辺（ａ３）：８１２ｍｍは、明らかにＧ５の短辺（ａ４）：１１００ｍｍより小さい、しかし、大型メタルマスク（３０−２）の長辺（２×ｂ３）：２１８４ｍｍは、Ｇ５の長辺（ｂ４）：１３００ｍｍより大幅に大きくなる。
つまり、「大型メタルマスク（３０−２）の長辺は、Ｇ５．５と称するガラス基板の長辺（１７５０ｍｍ）」への対応が可能となる。

本発明による大型メタルマスクは、矩形状で同一サイズの２枚のメタルマスクを、固定用マスクを介して左右に隣接して繋ぎ合わせ、このメタルマスクの２倍の面積を有する１枚の大型メタルマスクとして機能させたことを特徴としている。
図３（ａ）は、本発明による大型メタルマスク（３０−２）の一例を示す平面図である。また、図３（ｂ）は側面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、図２に示すメタルマスク（１０）を２枚用い、１枚を左メタルマスク（１０Ｌ）とし、他の１枚を右メタルマスク（１０Ｒ）とし、メタルマスクの短辺（ａ３）同士を対向させ、固定用マスク（２０）を介して左右に隣接して繋ぎ合わせたものである。

図４は、大型メタルマスク（３０−２）を構成する左メタルマスク（１０Ｌ）、右メタルマスク（１０Ｒ）、及び固定用マスク（２０）の説明図である。
図４（ａ）に示すように、左メタルマスク（１０Ｌ）の右端部（ｒ）には、位置合わせ用の右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）が短辺方向に複数個設けられている。この右端部（ｒ）を除く領域には、ガラス基板に有機ＥＬ層を蒸着する開口部が、１基の有機ＥＬディスプレイのサイズに対応した画面（４０）単位で設けられている。画面（４０）は、この領域に多数個が面付けされた状態で設けられているが、図４（ａ）では、その一部を表してある。

図５（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）中、Ａ−Ａ’線での平面及び断面を拡大した説明図である。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）は、平面視円形であり、左メタルマスク（１０Ｌ）の表裏を貫通した位置合わせ用の孔である。

また、図４（ｂ）に示すように、右メタルマスク（１０Ｒ）の左端部（ｓ）には、位置合わせ用の左位置合わせ貫通孔（１１Ｌ）が短辺方向に複数個設けられている。この左端部（ｓ）を除く領域には、上記左メタルマスク（１０Ｌ）と同様に、ガラス基板に有機Ｅ
Ｌ層を蒸着する開口部が、１基の有機ＥＬディスプレイのサイズに対応した画面（４０）単位で設けられている。
左位置合わせ貫通孔（１１Ｌ）の平面及び断面形状は、上記右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）と同一である。

また、図４（ｃ）に示すように、固定用マスク（２０）の上面左部（ｐ）には、位置合わせ用の左位置合わせマーク（２１Ｌ）が、図４（ｃ）中、上下方向（図４（ａ）、（ｂ）の短辺方向に対応）に複数個設けられている。この左位置合わせマーク（２１Ｌ）は、上記右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）の位置、個数に対応して設けられている。
また、固定用マスク（２０）の上面右部（ｑ）には、位置合わせ用の左位置合わせマーク（２１Ｒ）が、図４（ｃ）中、上下方向（図４（ａ）、（ｂ）の短辺方向に対応）に複数個設けられている。この左位置合わせマーク（２１Ｒ）は、上記左位置合わせマーク（２１Ｌ）と平行に、上記右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）の位置、個数に対応して設けられている。

図６（ａ）、（ｂ）は、図４（ｃ）中、Ｂ−Ｂ’線での平面及び断面を拡大した説明図である。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、左位置合わせマーク（２１Ｌ）は、平面視環状であり、固定用マスク（２０）の上面をハーフエッチした位置合わせ用の溝である。
右位置合わせマーク（２１Ｒ）の平面及び断面形状は、上記左位置合わせマーク（２１Ｌ）と同一である。

図３〜図６にては、右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）及び左位置合わせ貫通孔（１１Ｌ）として平面視円形を挙げたが、この平面視形状は円形に限定されず、例えば、十字形状でもよい。また左位置合わせマーク（２１Ｌ）及び右位置合わせマーク（２１Ｒ）として平面視環状を挙げたが、環状に限定されない。

上記固定用マスク（２０）の材料は、線膨張率、引張り強さ、剛性などの点で、大型メタルマスクとしての均質性を保持させるため、左メタルマスク（１０Ｌ）及び右メタルマスク（１０Ｒ）と同一材料を用いることが好ましい。

図３に示す大型メタルマスク（３０−２）は、図４（ｃ）に示す固定用マスク（２０）の上面左部（ｐ）に設けた左位置合わせマーク（２１Ｌ）に、左に隣接する左メタルマスク（１０Ｌ）の右端部（ｒ）に設けた右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）を合わせ、次に、固定用マスク（２０）の上面右部（ｑ）に設けた右位置合わせマーク（２１Ｒ）に、右に隣接する右メタルマスク（１０Ｒ）の左端部（ｓ）に設けた左位置合わせ貫通孔（１１Ｌ）を合わせることにより、固定用マスク（２０）を介して左メタルマスク（１０Ｌ）と右メタルマスク（１０Ｒ）の位置合わせがなされ、１枚の大型メタルマスク（３０−２）として、その全域で所定の位置合わせがなされたものとなる。

図７（ａ）、（ｂ）は、固定用マスク（２０）を介して左メタルマスク（１０Ｌ）と右メタルマスク（１０Ｒ）の位置合わせがなされた段階での平面図及び断面図である。図７（ａ）、（ｂ）は、図３（ａ）中、Ｃ−Ｃ’線の部分を拡大して表したものである。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、固定用マスク（２０）の左位置合わせマーク（２１Ｌ）の中心に右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）の中心が位置し、また固定用マスク（２０）の右位置合わせマーク（２１Ｒ）の中心に左位置合わせ貫通孔（１１Ｌ）の中心が位置している。

固定用マスク（２０）の左位置合わせマーク（２１Ｌ）に、左メタルマスク（１０Ｌ）の右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）を合致させる操作は、例えば、ＣＣＤカメラによってモニター画面に表示された固定用マスク（２０）の左位置合わせマーク（２１Ｌ）と、左メ
タルマスク（１０Ｌ）の右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）を監視しながら、微調整機構（図示せず）を操作し、左位置合わせマーク（２１Ｌ）に右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）を合致させる。
同様にして、固定用マスク（２０）の右位置合わせマーク（２１Ｒ）に、右メタルマスク（１０Ｒ）の左位置合わせ貫通孔（１１Ｌ）を合致させる。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、固定用マスク（２０）を介して左メタルマスク（１０Ｌ）と右メタルマスク（１０Ｒ）の位置合わせがなされた状態で、次に、固定用マスク（２０）の上面左部（ｐ）に左メタルマスク（１０Ｌ）の右端部（ｒ）が重なる部分（図３中、符号（ｔ））を抵抗溶接（スポット溶接）で接合させ、また、固定用マスク（２０）の上面右部（ｑ）に右メタルマスク（１０Ｒ）の左端部（ｓ）が重なる部分（図３中、符号（ｕ））を抵抗溶接（スポット溶接）で接合させ、左メタルマスク（１０Ｌ）と固定用マスク（２０）と右メタルマスク（１０Ｒ）を繋ぎ合わせる。
これにより、左メタルマスクと固定用マスクと右メタルマスクが一体的に繋ぎ合わされたものとなる。

図３（ｂ）中、符号（ｔ）、（ｕ）にて、この重なる部分の側面を表しているが、この重なる部分内で抵抗溶接（スポット溶接）が施される箇所の平面位置は、図３（ａ）中、×印にて例示した箇所である。
図３（ａ）に示すように、左メタルマスク（１０Ｌ）及び右メタルマスク（１０Ｒ）の短辺（ａ３）方向の、上記左位置合わせ貫通孔（１１Ｌ）と右位置合わせ貫通孔（１１Ｒ）を避けた複数箇所に、短辺（ａ３）と平行に４列のスポット溶接が施される例である。

図８（ａ）、（ｂ）は、図３（ａ）のＤ−Ｄ’線での平面及び断面を拡大した説明図である。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、施されるスポット溶接による接合点（５０）は、固定用マスク（２０）と左メタルマスク（１０Ｌ）が接する面間、及び固定用マスク（２０）と右メタルマスク（１０Ｒ）が接する面間である。左メタルマスク（１０Ｌ）と右メタルマスク（１０Ｒ）の表面、及び固定用マスク（２０）の裏面への影響は少なく、表面が平坦な大型メタルマスクとなる。
なお、メタルマスクと固定用マスクの繋ぎ合わせは、抵抗溶接（スポット溶接）に限定されず、例えば、接着剤を用いても良い。

図９は、本発明による大型メタルマスク（３０−２）を用いてガラス基板上に蒸着を行う際の状態を示す側面図である。図９に示すように、ガラス基板（６０）の蒸着面に大型メタルマスク（３０−２）の表面を対向させ、大型メタルマスク（３０−２）の裏面より、蒸着源からの蒸着物質（７０）をガラス基板（６０）の蒸着面に蒸着する。
本発明による大型メタルマスク（３０−２）は、左メタルマスク（１０Ｌ）と右メタルマスク（１０Ｒ）を繋ぎ合わせる固定用マスク（２０）が裏面に設けられているので、表面は平坦な、符号（Ｍ）で示す面一の状態が保たれている。これにより、均一な蒸着を行うことが可能となる。

大型メタルマスク（３０−２）に設ける開口部（図示せず）は、図９中、大型メタルマスクの表面側を小孔、裏面側を大孔とすることが好ましい。これにより、蒸着時に鋭角の入射角に対して、蒸着物質が遮られ蒸着膜の端部が薄くなる不具合を回避することができる。

本発明の大型メタルマスクの具体的な実施例としては、Ｇ５．５と称されるガラス基板の大きさが、長辺：１７５０ｍｍであることからして、図１０に示す寸法の大型メタルマスク（３０−３）を作成し、良好な結果が得られている。
（寸法）
・左メタルマスク（１０Ｌ−２）：短辺（ａ５）×長辺（ｂ５）＝５０×８７５ｍｍ
・右メタルマスク（１０Ｒ−２）：短辺（ａ５）×長辺（ｂ５）＝５０×８７５ｍｍ
・大型メタルマスク（３０−３）：短辺（ａ５）×長辺（２×ｂ５）
＝５０×１７５０ｍｍ
・貫通孔直径（φ１１）：０．２０ｍｍ
・マーク直径（φ２１）：０．１８ｍｍ

１０・・・メタルマスク
１０Ｌ、１０Ｒ・・・左メタルマスク、右メタルマスク
１１Ｌ、１１Ｒ・・・左位置合わせ貫通孔、右位置合わせ貫通孔
２０・・・固定用マスク
２１Ｌ、２１Ｒ・・・左位置合わせマーク、右位置合わせマーク
３０−１、３０−２、３０−３・・・大型メタルマスク
４０・・・画面
５０・・・接合点
６０・・・ガラス基板
７０・・・蒸着物質
Ｍ・・・面一の状態

Claims (3)

1. 有機ＥＬ層を蒸着法によって形成する際に用いる大型メタルマスクにおいて、矩形状で同一サイズの２枚のメタルマスクを、固定用マスクを介して左右に隣接して繋ぎ合わせ、前記メタルマスクの２倍の面積を有する１枚のメタルマスクとして機能させたことを特徴とする大型メタルマスク。
2. 前記メタルマスクの短辺同士が対向し左右に隣接していることを特徴とする請求項１記載の大型メタルマスク。
3. １）ａ）前記固定用マスクの上面左部に設けた左位置合わせマークに、左に隣接する左メタルマスクの右端部に設けた右位置合わせ貫通孔を合わせ、
   ｂ）前記固定用マスクの上面右部に設けた右位置合わせマークに、右に隣接する右メタルマスクの左端部に設けた左位置合わせ貫通孔を合わせることにより、固定用マスクを介して左メタルマスクと右メタルマスクの位置合わせがなされ、
   ２）前記固定用マスクの上面左部に左メタルマスクの右端部が重なる部分、及び前記固定用マスクの上面右部に右メタルマスクの左端部が重なる部分を抵抗溶接（スポット溶接）で接合させることにより、前記左メタルマスクと右メタルマスクの位置合わせがなされた状態で、左メタルマスクと固定用マスクと右メタルマスクが繋ぎ合わされていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の大型メタルマスク。

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