JP2012092372A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着ステージを移動しながら、多層膜の蒸着を行う場合に、蒸着マスクと基板の熱膨張の差によって、蒸着マスクと基板が位置ずれを起こすことを防止する。
【解決手段】
蒸着ステージにおいて蒸着マスクを介して基板に所定の蒸着を行い、その後蒸着マスク、基板および押さえ板３０の組を移動させ、他の蒸着ステージにおいて、蒸着マスクを介して基板に他の蒸着を行う。蒸着マスク、基板、押さえ板３０の組が移動している間、冷却ローラ６０を押さえ板３０に接触させ、蒸着マスクを介して基板に他の蒸着を行っている間は、冷却ローラ６０は押さえ板３０からは離しておく。冷却ローラ６０は金属で形成され、表面に高分子材料がコーティングされており、内部を冷却媒体が流れることが出来る。基板および蒸着マスクの温度が上がって熱膨張することを回避することが出来るので、有機ＥＬ表示装置の製作裕度を向上させることが出来る。
【選択図】図３

Description

本発明は有機ＥＬ表示装置の製造装置に係り、真空蒸着装置内において、熱膨張による基板と蒸着マスクのズレを対策した真空蒸着装置に関する。

有機ＥＬ表示装置では下部電極と上部電極との間に有機ＥＬ層を挟持し、上部電極に一定電圧を印加し、下部電極にデータ信号電圧を印加して有機ＥＬ層の発光を制御する。有機ＥＬ層は複数の層から構成され、これらの複数の層および上部電極は、真空を破らず、連続して蒸着によって形成される。蒸着は、素子基板に対して蒸着マスクを用いて行われる。

生産効率を上げるために、マザー基板に多数の素子基板を配置して、一度に多数の素子を製造することが行われる。したがって、生産効率を上げるためにマザー基板の大きさが大きくなり、それにしたがって、マスクのサイズも大きくなる。マザー基板と蒸着マスクサイズが大きくなると、マザー基板と蒸着マスク熱膨張差により、蒸着マスクとマザー基板のずれが大きくなる。これは、特にマザー基板の周辺に形成された素子基板において大きな問題になり、製作裕度が小さくなり、製造歩留まりを低下させる原因となっている。

したがって、真空蒸着時において、マザー基板および蒸着マスクの温度を上昇させない構成が望ましいが、真空蒸着は、高温の蒸発源を使用するので、マザー基板および蒸着マスクの温度上昇は避けられない。したがって、温度上昇したマザー基板および蒸着マスクを冷却する構成が必要になる。

「特許文献１」には、真空蒸着装置ではないが、有機ＥＬ表示装置において、素子基板に有機ＥＬ層等を形成した後、有機ＥＬ層を外気の水分から保護するために、封止フィルムを素子基板に貼り付ける機械が記載されている。この機械のなかで、封止フィルムは加熱して素子基板に貼り付け、封止フィルムを剥離するときに冷却する機構として、内部に冷却水が導入された鋼製の円筒ローラによって封止フィルムとガラスを冷却する構成が記載されている。

特開２０１０−１８２５３０号公報

有機ＥＬ表示装置では、素子基板にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、上部電極等の複数の層を連続して蒸着によって形成する必要がある。このために、蒸着マスクと素子基板のペアに蒸着マスクと素子基板が位置ずれをしないように押さえ板を載置したものを、搬送装置によって蒸着装置内を移動させながら蒸着する。なお、蒸着するときは、素子基板が多数形成されたマザー基板の状態で行われるが、以後、マザー基板と素子基板を区別せずに、素子基板と呼ぶ。

有機ＥＬ表示装置では、高精細画面とするために、一般には画素のピッチが小さい。例えば、赤、緑、青等のサブ画素の大きさは、１０μｍ×３０μｍ程度の大きさになる場合もある。したがって、素子基板と蒸着マスクのズレは２μｍ以下というように小さく抑える必要がある。

一方、真空蒸着における蒸着源は高温であり、この輻射熱によって蒸着マスク、素子基板、押さえ板等が加熱され、温度上昇する。蒸着マスクは金属で形成され、素子基板はガラスで形成されているので、熱膨張係数が異なる。したがって、温度上昇すると素子基板と蒸着マスクがずれるという問題を生ずる。

温度上昇による蒸着マスクと素子基板のずれを小さくするために、蒸着マスクには低熱膨張係数を有する材料が使用されている。しかし、ガラスとの熱膨張係数を完全に一致させることは出来ない。一方、蒸着マスク素子基板等は真空中に存在しているために、気体等の対流による冷却効果は無い。したがって、従来は、蒸着工程における蒸着マスクと素子基板の位置ずれが生じており、有機ＥＬ表示装置の製作裕度の低下をきたしていた。

本発明の課題は、蒸着工程における熱膨張による、蒸着マスクと素子基板の位置ずれを小さくし、有機ＥＬ表示装置の製作裕度を向上させることである。

本発明は上記課題を解決するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）蒸着ステージにおいて蒸着マスクを介して基板に所定の蒸着を行い、その後前記蒸着マスク、前記基板および押さえ板の組を移動させ、他の蒸着ステージにおいて、前記蒸着マスクを介して前記基板に他の蒸着を行う真空蒸着装置であって、前記蒸着マスク、前記基板、前記押さえ板の組が移動している間、冷却ローラを前記押さえ板に接触させ、前記蒸着マスクを介して前記基板に前記他の蒸着を行っている間は、前記冷却ローラは前記押さえ板からは離しておく機構を有し、前記冷却ローラは金属で形成され、表面に熱伝導の良い高分子材料がコーティングされており、内部には冷却媒体が流れることが出来ることを特徴とする真空蒸着装置である。

（２）前記高分子材料は０．５〜１ｍｍの厚さでコーティングされたカルレッツ材料であることを特徴とする。また、前記押さえ板の前記冷却ローラ側表面には熱伝導をより効果的にするために小さな突起が多数形成されていても良い。

（３）また、前記押さえ板の前記基板側には、前記押さえ板と前記基板との熱伝導を向上させるために、熱伝導のよい高分子材料がコーティングされている。この場合の高分子材料としても０．５〜１ｍｍの厚さのカルレッツ材料を使用することができる。カルレッツ材料は真空中でのガス放出が少なく、製品へのガス汚染の影響が少ない。

（４）所定の蒸着ステージから他の蒸着ステージに移動し、蒸着を始める前に、蒸着マスクと基板との位置合わせを行う機構を有するとさらに良い。

本発明によれば、多層蒸着膜を形成するために多数の蒸着を行う場合に、蒸着マスクおよび基板に熱が蓄積され、蒸着マスクおよび、基板が熱膨張して蒸着マスクと基板の位置ずれを生ずることを抑制することが出来るので、有機ＥＬ表示装置の製作裕度を向上させることが出来る。

真空蒸着装置内において蒸着マスクを介して基板に蒸着を行っていることを示す断面模式図である。 蒸発源の断面図である。 本発明による真空蒸着装置の内部の斜視図である。 本発明の冷却ローラによって押さえ板を冷却していることを示す斜視図である。 本発明の冷却ローラの断面模式図である。 本発明の真空蒸着装置の蒸着領域と冷却領域を示す平面模式図である。

以下、実施例によって本発明の内容を詳細に説明する。

図１は本発明における有機ＥＬ表示装置の蒸着工程を示す断面模式図である。図１において、蒸着マスク２０の上に素子基板１０が配置されている。蒸着マスク２０はシートマスク２２とマスクフレーム２１から構成されている。素子基板１０に蒸着するために、多数の小さな孔が形成されているのはシートマスク２２である。シートマスク２２には短径で１０μｍ程度の小さな孔を空けることが出来るように、１０μｍ以下の薄板が使用される。１０μｍ程度の金属箔は剛性がないために、強度の強いマスクフレーム２１によってシートマスク２２にテンションをかけ、シートマスク２２を所定の形に保っている。マスクフレーム２１はシートマスク２２にテンションをかけるために剛性が必要であり、厚さは２５ｍｍ程度である。以後、シートマスク２２とマスクフレーム２１の組み立て体を蒸着マスク２０と呼ぶ。

蒸着マスク２０の上には素子基板１０が配置される。素子基板１０は厚さが０．５ｍｍ程度のガラス板である。蒸着マスク２０と素子基板１０が位置ずれを生じないように、素子基板１０の上には、厚さ１０ｍｍ程度の押さえ板３０が配置される。

マスクフレーム２１が両端において搬送ローラに載置されている。すなわち、有機ＥＬ表示装置においては、多数の蒸着膜を真空を破らずに形成する必要があるので、異なった材料を蒸着するためには、蒸着の場所を移動する必要がある。所定の蒸着膜を形成したあと、図１における搬送ローラ４０を回転させて、蒸着マスク２０、素子基板１０、押さえ板３０の組を図１における紙面垂直方向に移動させ、他の位置において、他の蒸着膜を形成する。

図１において、蒸着マスク２０の下側には蒸発源５０が配置されている。図１においては、蒸発源５０は２個存在している。すなわち、２個の蒸発源５０から異なった材料を共蒸着して、素子基板１０上で所定の材質の膜を形成する。図１は蒸着源の例示であり、蒸着源は１個の場合もあり、３個の場合もある。

図２に蒸発源５０の断面図の例を示す。図２において、坩堝５２の中に蒸着材料５１が配置されている。坩堝５２内のオリフィス５３は突沸した蒸着材料５１が直接基板３へ到達しないよう蒸気の流れを制御する。坩堝５２は上部に開口５４を有しており、この開口５４から素子基板１０に向かって蒸着材料５１の蒸気が放出される。坩堝５２を囲んでヒータ５５が配置され、坩堝５２を加熱する。

ヒータ５５の外側にリフレクタ５６が配置され、ヒータ５５からの熱を坩堝５２側に反射してヒータ５５の熱効率を向上させている。ハウジング５７によって、坩堝５２、ヒータ５５、リフレクタ５６等を収容している。図２において坩堝５２の開口５４の外側には防着板５８が配置され、蒸気がハウジング５７の内側、すなわち、ヒータ５５やリフレクタ５６に付着することを防止している。

蒸発源５０は高温になる。例えば、上部電極にＡｇを用いるような場合は、坩堝は、Ａｇの融点よりも高い、１２００℃程度に加熱される。また、有機ＥＬ材料を蒸着する場合も５００℃程度になる。また、蒸発源５０における開口５４および開口出口に配置される防着板５８の温度を低くすると、この部分に蒸着材料５１が析出して、開口５４のつまりを生じたりするので、開口５４および防着板５８の温度も高く保つ必要がある。

したがって、蒸発源５０から、蒸着マスク２０、素子基板１０等に向けての熱輻射は非常に大きなものとなる。また、蒸発源５０と蒸着マスク２０との距離は３００ｍｍから５００ｍｍ程度であるので、蒸発源５０の輻射熱によって蒸着マスク２０、素子基板１０、押さえ板３０等が加熱され温度上昇する。蒸着マスク２０、素子基板１０、押さえ板３０等が加熱され、温度が上がると、これらの部品は、真空中にあるので、冷却しにくい。さらに、複数の蒸着を行う必要があるので、蒸着を行うたびに、蒸着マスク２０、素子基板１０、押さえ板３０は加熱され、これらの部品に熱が蓄熱する。

蒸着マスク２０と素子基板１０の温度が上昇すると、熱膨張の差によって蒸着マスク２０と素子基板１０とにずれが生ずる。蒸着マスク２０に熱膨張係数の小さな材料を用い、素子基板１０を形成するガラスの熱膨張係数に近く設定しても、完全に一致させることは出来ない。素子基板１０に形成された有機ＥＬ層等のパターンは高精細なので、熱膨張差によるずれを考慮すると、蒸着マスク２０と素子基板１０の温度上昇は、１層の蒸着あたり、２℃以内に抑える必要がある。さらに、蒸着毎に温度が上昇する蓄熱効果も抑える必要がある。

図３はこのような問題点を解決するための、本発明の蒸着装置の斜視図である。図３において、真空装置１００内に搬送装置が配置されている。矢印１０１が真空側を指す。真空装置１００内の両側に配置された搬送装置の搬送ローラ４０に蒸着マスク２０が載置されている。図３において、蒸着マスク２０の上に素子基板１０が配置され、素子基板１０の上に押さえ板３０が配置されているが、素子基板１０は、図３では、押さえ板３０の下にあるので、見えていない。

搬送ローラ４０は真空装置１００の外部に存在する駆動機構４１によって回転し、これによって蒸着マスク２０、素子基板１０、押さえ板３０等の組を矢印４５の方向に移動させる。図６に示すように、本蒸着装置では、複数の蒸着膜を別々のステージにおいて蒸着するので、１方向に長い真空装置１００となっている。蒸発材料のコンタミネーションを防止するために、蒸着ステージ１１０と蒸着ステージ１１０の間には移動ステージが存在しているが、本発明では、この区間を冷却ステージ１２０として使用する。

図３において、蒸発源５０が下方に配置されているが、この位置は図６に示す蒸発ステージに対応している。一方、図３における蒸着マスク２０、素子基板１０、押さえ板３０の組は図６における冷却ステージ１２０を移動している状態を示すものである。

図３において、押さえ板３０の上に複数の冷却ローラ６０が接触している。冷却ローラ６０は、押さえ板３０の１辺をほぼカバーして配置されている。押さえ板３０は矢印４５の方向に移動するので、冷却ローラ６０は、押さえ板３０の全面と接触することになる。図４は、図３に示すＡ部の拡大図であり、冷却ローラ６０の詳細を示す斜視図である。図４において、冷却ローラ６０には冷却パイプ８０が接続しており、冷却パイプ８０を介して冷却ローラ６０内に冷却媒体８１が循環している。これによって押さえ板３０の冷却効果を上げている。

冷却ローラ６０は、金属による円筒状のパイプ６１に後で述べる高分子材料７０がコーティングされたものである。押さえ板３０もステンレス等の金属である。金属と金属の接触は、互いに硬いので、点接触になりやすい。したがって、せっかく冷却ローラ６０に冷却媒体８１を通しても押さえ板３０が十分に冷却されないという問題を生ずる。

この問題を解決するために、本発明では、冷却ローラ６０の表面に、熱伝導が優れ、かつ、表面がフレキシブルに変形することが出来、真空中で使用してもガス放出が少ないという特徴を有する高分子材料７０をコーティングする。これによって、冷却ローラ６０と押さえ板３０との実質的な接触面積を大きくすることが出来、押さえ板３０の冷却効果を向上させることが出来る。

このような高分子材料７０の例として、カルレッツ材料（米国デュポン社開発のエラストマー材料）を挙げることが出来る。カルレッツ材料は、パーフロロエラストマーと分類される高分子材料で、ゴム状である。この材料は柔軟性も有しており、熱伝導性が優れ、真空中でのガス放出も少ない。

図５は、本発明による冷却ローラ６０の断面図である。冷却ローラ６０は、円筒形のステンレスで形成されており、内部に冷却パイプ８０から供給される冷却媒体８１が通っている。円筒形ステンレスの外側には、カルレッツ材料７０が厚さ０．５〜１ｍｍ程度でコーティングされている。冷却ローラ６０の外径は、カルレッツコーティング７０を含み、３０〜４０ｍｍ程度である。

本発明における動作は次のとおりである。図６において、蒸着ステージ１１０において蒸着をしている間は、冷却ローラ６０は押さえ板３０には接触していない。所定の材料の蒸着が終わり、次の蒸着ステージ１１０に移動しているとき、冷却ローラ６０が押さえ板３０に接触し、押さえ板３０を冷却する。これが図６に示す冷却ステージ１２０である。このとき冷却ローラ６０は回転しながら押さえ板３０に接触している。

冷却ローラ６０が押さえ板３０に接触することによって少なくとも押さえ板３０の温度は低下させることが出来る。押さえ板３０は素子基板１０と密着しているので、押さえ板３０の温度が低下することによって素子基板１０の温度も低下する。さらに、素子基板１０と蒸着マスク２０も密着しているので、蒸着マスク２０の温度も低下させることが出来る。なお、本発明において、押さえ板３０、素子基板１０、蒸着マスク２０等の温度を低下させるまでは出来なくとも、複数の蒸着ステージにおいて、蒸発源５０からの熱が蓄積して温度が上昇することを抑制することでも大きな効果がある。

冷却ローラ６０が押さえ板３０に接触する瞬間はわずかではあるが押さえ板３０に衝撃が加わる。また、冷却ローラ６０が押さえ板３０に接触している間、押さえ板３０が移動するので、押さえ板３０の進行方向に冷却ローラ６０からの力が加わる。このように押さえ板３０に冷却ローラ６０からわずかな衝撃、あるいは力がくわわると、これが、素子基板１０に伝わり、素子基板１０と蒸着マスク２０との位置ずれの原因になる。

本発明では、このような、冷却ステージ１２０において生じた素子基板１０と蒸着マスク２０との位置ずれを修正するために、冷却ステージ１２０を移動し、蒸発ステージに来て静止したときに、冷却ローラ６０を上方に退避させ、蒸着マスク２０と素子基板１０との位置合わせを行う。これによって、冷却ステージ１２０における蒸着マスク２０と素子基板１０の位置ずれを修正する。熱膨張による素子基板１０と蒸着マスク２０の位置ずれは素子基板１０および蒸着マスク２０が冷却するまでは回復しないが、本発明においては、素子基板１０および蒸着マスク２０の温度上昇が抑えられているので、蒸着マスク２０と素子基板１０との位置ずれを修正することが可能となる。

押さえ板３０の上面すなわち、冷却ローラ６０と接触する面に小さな突起を多数形成し、いわゆる梨地状にすることによって、冷却ローラ６０から押さえ板３０に対する冷却効果をより向上させることが出来る。また、以上の説明では、押さえ板３０はステンレスであるとして説明したが、熱伝導係数のより大きいＡｌを使用することによって、冷却ローラ６０による冷却効果を素子基板１０あるいは蒸着マスク２０により効果的に伝えることが出来る。一方、押さえ板３０としての効果はある程度重量が必要である。したがって、熱伝導と重量の兼ね合いで押さえ板３０の材料および厚さを選定する。

また、冷却ローラ６０はステンレスであるとして説明したが、冷却ローラ６０、あるいは冷却パイプ８０も熱伝導の優れたＡｌ等で形成すれば、冷却効果をさらに向上させることが出来る。

実施例１では、カルレッツ材料を冷却ローラ６０にコーティングすることによって、冷却ローラ６０と押さえ板３０との熱接触を向上させている。しかし、本発明の最終目的は、蒸着マスク２０と素子基板１０の温度上昇を抑えることである。そのためには、押さえ板３０と素子基板１０との間の熱伝導をより向上させる必要がある。

この手段として、本実施例では、押さえ板３０の素子基板１０と接触する面に、熱伝導が優れ、かつ、表面がフレキシブルに変形することが出来、真空中で使用してもガス放出が少ない高分子材料をコーティングする。具体的には、冷却ローラ６０と同様、カルレッツ材料をコーティングすることによって押さえ板３０から素子基板１０への熱伝導をより効果的に行うことが出来る。

すなわち、押さえ板３０は金属で出来ており、素子基板１０はガラスでできているので、どちらも剛体である。したがって、通常は点接触になりやすいが、押さえ板３０にカルレッツをコーティングすることによって、押さえ板３０と素子基板１０との実質的な接触面積を向上させることが出来る。この場合のカルレッツ材料の厚さも冷却ローラ６０の場合と同様、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度でよい。カルレッツ材料の熱伝導特性は良いがＡｌ等の金属には及ばないので、あまり厚くすると、熱伝導を返って阻害する場合があるからである。

以上説明したように、本発明によれば、複数の層を真空蒸着する場合に、蒸着マスク２０、素子基板１０、押さえ板３０等に蒸発源５０からの熱が蓄積され、熱膨張することによる蒸着マスク２０と素子基板１０とのずれを小さくすることが出来、有機ＥＬ表示装置の製作裕度を向上させることが出来る。

１０…素子基板、 ２０…蒸着マスク、 ２１…マスクフレーム、 ２２…マスクシート、 ３０…押さえ板、４０…搬送ローラ、 ４１…駆動機構、５０…蒸発源、 ５１…蒸着材料、 ５２…坩堝、 ５３…オリフィス、 ５４…開口、５５…ヒータ、 ５６…レフレクタ、 ５７…ハウジング、 ５８…防着板、 ６０…冷却ローラ、 ６１…円筒状金属、７０…カルレッツコーティング、 ８０…冷却パイプ、８１…冷却水、 １００…真空装置、 １０１…真空側、 １１０…蒸着ステージ、 １２０…冷却ステージ。

Claims (6)

1. 蒸着ステージにおいて蒸着マスクを介して基板に所定の蒸着を行い、その後前記蒸着マスク、前記基板および押さえ板の組を移動させ、他の蒸着ステージにおいて、前記蒸着マスクを介して前記基板に他の蒸着を行う真空蒸着装置であって、
   前記蒸着マスク、前記基板、前記押さえ板の組が移動している間、冷却ローラを前記押さえ板に接触させ、前記蒸着マスクを介して前記基板に前記他の蒸着を行っている間は、前記冷却ローラは前記押さえ板からは離しておく機構を有し、
   前記冷却ローラは金属で形成され、表面に高分子材料がコーティングされており、内部には冷却媒体が流れることが出来ることを特徴とする真空蒸着装置。
2. 前記高分子材料は０．５〜１ｍｍの厚さでコーティングされたカルレッツ材料であることを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着装置。
3. 前記押さえ板の前記冷却ローラの側の面には小さな突起が多数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空蒸着装置。
4. 前記押さえ板の前記基板の側には高分子材料がコーティングされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空蒸着装置。
5. 前記高分子材料は０．５〜１ｍｍの厚さのカルレッツ材料であることを特徴とする請求項４に記載の真空蒸着装置。
6. 前記他の蒸着ステージにおいて前記他の蒸着を行う前に、前記蒸着マスクと前記基板の位置合わせを行うことが可能な機構を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の真空蒸着装置。

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