JP2015124394A - 表示装置に製造方法 - Google Patents

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行生 松本
佐藤 敏浩
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Abstract

【課題】マスクを用いたパターニング成膜における、マスク浮きを抑制する表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】表示装置の製造方法は、磁性材料からなり、複数の開口部と、複数の開口部を仕切るリブ(304,306)とを有するマスク(300)を、成膜対象である基板を挟んで、マグネット(350)により固定する工程と、固定されたマスクを介して基板に成膜する工程と、を備え、マグネットは、基板を介した平面視において、リブの幅の中心を通る中心線を挟んで、互いに極性が異なる向きで離間して配置される複数のマグネットを有している。【選択図】図6

Description

本発明は、表示装置に製造方法に関する。
有機EL(Electro-luminescent)表示装置は、各画素に有機発光ダイオード(OLED:Organic Light Emitting Diode)と呼ばれる自発光体を用い、自発光体が発光する輝度を制御することにより、画像を表示する画像表示装置である。一方、液晶表示装置は、2つの基板の間に封じ込められた液晶組成物の配向を、電界を変化させることにより変え、液晶パネルを通過する光の透過度合いを制御することにより画像を表示させる装置である。
上述のような微細加工を用いて製造される表示装置では、製造過程において真空蒸着、スパッタリング、CVD(Chemical Vapor Deposition)等の方法による薄膜を成膜する工程を有することが一般的である。このような成膜においては、開口部を有するマスクを配置し、開口部にのみ成膜されるようなパターンニングが用いられる。
特許文献1は、基板の一方の面に配置されるメタルマスクと、基板の他方の面に配置される磁化部材とを有し、隣合う磁区の磁性が異なることについて開示している。
特開2002−075639号公報
図15には、上述のようなパターニングに用いられるマスクの例であるマスク900が示されている。マスク900は15個の開口部902を有し、各開口部902はリブ904により仕切られている。図16は、成膜時における図15のXVI−XVI線における断面を示す図である。例えばスパッタリングによる成膜では、高いエネルギーを持った粒子で膜が形成されるため、着膜後の膜の形状変化によりマスクに応力が加わり、この図に示されるように、マスク、特にリブ904を変形させてしまうことがある。このような変形はマスクを繰り返して使用する毎に大きくなる。図17は、図15のXVIIに示されるリブ904が交差する部分について概略的に示す斜視図である。この図に示されるようにリブ904が変形した場合には、リブ904の直線部分はたわみが大きく、交差部のたわみが小さくなる傾向にあり、特にこの交差部において、いわゆる「マスク浮き」が発生しやすくなる。マスク浮きが発生したまま、スパッタリング等の成膜を行うと、マスクと基板の隙間に粒子が回り込み、本来の設計領域以外の場所に着膜してしまい、特に成膜される物質が導電材料である場合等には、他の配線部分とショートしてしまう恐れがある。
このような現象に対しては、一つのマスクの成膜処理の回数を少なくし、マスク浮きが発生する前に交換する対策が考えられるが、マスクの交換回数及び使用量が増加するため、コスト高に繋がってしまう。また、マスクの開口を形成するリブの部分を幅広にする、又は厚くすることでリブの部分を強化することも考えられるが、幅広にする場合には隣合う成膜領域との距離が広がるため、製品の設計変更等に繋がり、厚くした場合には、リブ近く膜厚が十分でなくなる恐れがある。
本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、このようなマスク浮きを抑制する表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の表示装置の製造方法は、磁性材料からなり、複数の開口部と、前記複数の開口部を仕切るリブとを有するマスクを、成膜対象である基板を挟んで、マグネットにより固定する工程と、前記固定されたマスクを介して前記基板に成膜する工程と、を備え、前記マグネットは、前記基板を介した平面視において、前記リブの幅の中心を通る中心線を挟んで、互いに極性が異なる向きで離間して配置される複数のマグネットを有している、ことを特徴とする表示装置の製造方法である。
また、本発明の表示装置の製造方法は、前記固定する工程において、前記複数のマグネットと前記基板との間には、前記複数のマグネットが収納される複数の凹部を有するマグネットトレーが配置される、こととしてもよい。
また、本発明の表示装置の製造方法において、前記マグネットトレーの前記複数の凹部は、前記平面視で、前記中心線を挟んで、前記中心線の延びる方向に複数並んで配置され、前記固定する工程において、前記中心線の延びる方向に複数並ぶ凹部に配置される前記複数のマグネットのうち、隣接する前記マグネットを互いに極性が異なる向きで配置することにより前記マスクを固定する、こととしてもよい。
また、本発明の表示装置の製造方法において、前記互いに極性が異なる向きで配置されるマグネットの間隔は、前記中心線を挟んで、1mmより大きく、前記マスクリブの幅より2mm長い長さより小さい範囲であってもよい。
また、本発明の表示装置の製造方法において、前記基板は、切断されることにより複数の表示パネル基板となる多面取り基板であり、前記複数の開口部のそれぞれは、前記複数表示パネル基板の各表示領域が露出されるように開口し、前記成膜する工程は、少なくとも各表示領域を覆う膜を成膜する、こととしてもよい。
また、本発明の表示装置の製造方法において、前記表示領域は、長辺と短辺とを有し、前記長辺に対応する前記リブの前記中心線と、前記短辺に対応する前記リブの前記中心線との両方の前記中心線に関して、それぞれ前記中心線を挟んでマグネットが配置される、こととしてもよい。
また、本発明の表示装置の製造方法において、前記成膜する工程は、スパッタリングにより行われることとしてもよい。
また、本発明の表示装置の製造方法において、前記成膜される膜は、前記表示領域を覆う透明導電膜であってもよい。
本発明の実施形態に係る表示装置について概略的に示す図である。 表示領域における各画素の層構成について示す概略断面図である。 本実施形態の表示装置の製造方法について概略的に示すフローチャートである。 本実施形態の表示装置の製造方法について概略的に示すフローチャートである。 上部電極のマスクスパッタリングによる形成工程のフローチャートである。 マスクスパッタリングによる成膜工程において用いられるマスクと、マスクを固定するマグネットの配置について概略的に示す平面図である。 図6のVII−VII線における断面について示す図である。 リブをより強い磁力で固定するためのマグネットの配置について説明するための図である。 表示装置の製造方法の第1の変形例ついて示す図である。 図9のX−X線における断面について示す図である。 表示装置の製造方法の第2の変形例ついて示す図である。 同じ極性が並んで配置されたマグネットにおける互いに引き合う力の様子を矢印で示す図である。 交互に極性を異ならせて並べたマグネットにおける互いに引き合う力の様子を矢印で示す図である。 表示装置の点灯検査のシミュレーション結果を示す表である。 パターニングに用いられるマスクの例を示す図である。 成膜時における図15のXVI−XVI線における断面を示す図である。 図15のXVIIに示されるリブが交差する部分について概略的に示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1には、本発明の実施形態に係る表示装置100が概略的に示されている。本実施形態においては、有機EL表示装置を例に説明するが液晶表示装置その他の表示装置であってもよい。この図に示されるように、表示装置100は、TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)基板120及び対向基板150の2枚の基板を有し、これらの基板の間には透明樹脂の充填剤151(図2参照)が封止されている。表示装置100には、マトリクス状に配置された画素210からなる表示領域205が形成され、画素210はR(赤)G(緑)B(青)の3色に対応する光が出射される3つの副画素212から構成されている。
また、TFT基板120には、副画素212のそれぞれに配置された画素トランジスタの走査信号線に対してソース・ドレイン間を導通させるための電位を印加すると共に、各画素トランジスタのデータ信号線に対して画素の階調値に対応する電圧を印加する駆動回路である駆動IC(Integrated Circuit)182が載置され、外部から画像信号等を入力するためのFPC(Flexible Printed Circuits)181が取付けられている。また、本実施形態においては、図の矢印に示されるように、TFT基板120の発光層が形成された側に光を出射するトップエミッション型の有機EL表示装置としているが、ボトムエミッション型の有機EL表示装置であってもよい。
図2は、表示領域205における各画素210の層構成について示す概略断面図である。上述したように画素210には異なる色の波長領域の光を発光する3つの副画素212が含まれるが、この図においては、特に発光する色の違いによる構成の違いについては示していない。この図に示されるように、TFT基板120上には、副画素212毎にTFTを含む回路が形成されたTFT回路層121が形成され、その上には、副画素212毎にTFT回路層121の電極と電気的に接続された下部電極122と、下部電極122の端部を絶縁膜で覆うことにより、副画素212間を分離する画素分離膜123とが形成されている。更に、下部電極122及び画素分離膜123上には、発光層を含む複数の有機層からなる発光有機層124と、発光有機層124上において、表示領域205を覆うように各副画素212で共通に形成され、IZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電膜からなる上部電極125とが形成される。ここで上部電極125の材料には、IZO以外にMg−AgやAl等を用いることができる。また、上部電極125上には、上部電極125を覆って水分を遮断する封止膜126が形成され、その上には、対向基板150が、充填剤151を介して取付けられている。上述のように、TFT基板120には、TFT回路層121から封止膜126までの層が形成されるが、以下の説明では、各層が形成されているTFT基板120についても単にTFT基板120として参照する。
図3及び4は、本実施形態の表示装置100の製造方法について概略的に示すフローチャートである。図3に示されるように、表示装置100の製造方法では、まず、約0.5mmの厚みを持ったガラス又は樹脂からなる透明基板であるTFT基板120に、公知の成膜工程及びフォトリソグラフィ工程によりTFT回路層121を形成する(S11)。次に、TFT回路層121の上層に、各副画素212毎に、TFT回路層121の電極と電気的に接続された下部電極122を形成する(S12)。例えば、Ar+O2の反応性スパッタリングを用いてITOを成膜し、成膜後ウェットエッチングによるパタニングを実施することにより下部電極122を形成することとしてもよい。
引き続き、絶縁膜で下部電極122の端部を覆うことにより、副画素212間を分離する画素分離膜123を形成する(S13)。画素分離膜123は、例えば、ポリイミドを成膜し、パタニング露光することにより形成することとしてもよい。次に、下部電極122及び画素分離膜123上に、発光層を含む複数の有機材料からなる層である発光有機層124を形成する(S14)。発光有機層124の発光層は、表示領域205全体で同じ光を発光する発光層であってもよいし、副画素212毎に例えばRGBそれぞれの光を発光する発光層であってもよい。なお、発光有機層124は、発光層の他いわゆる正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層及び電荷発生層のうちの一又は複数を含むものであってもよい。
引き続き、IZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電膜からなる各副画素212で共通の上部電極125を成膜する(S15)。IZOは約100nmの膜厚のマスクを用いたスパッタリングにより形成することととしてもよく、詳しい製法については後述する。なお、IZO以外にMg−AgやAlを用いてもよい。更に上部電極125上にCVD法等によってSiNの封止膜126を成膜する(S16)。SiN成膜時には、SiH4、NH3、N2を混合ガスとし、プラズマを発生させて成膜することができる。SiN膜の膜厚は約500μmとすることができ、基板温度を50℃以下として成膜してもよい。
次に、ガラス又はプラスチックからなる透明基板である対向基板150に、シール剤及び充填剤151を塗布する。シール剤は表示領域205の外側を囲むように塗布し、充填剤151は、シール剤にて覆われた表示領域205にODF(One Drop Filling)塗布により充填される。この対向基板150を、上述の各膜が成膜されたTFT基板120と貼り合わせる(S17)。この際、対向基板150には、カラーフィルタ等が形成されていてもよい。この後、1枚の基板に複数の表示領域205が配置されることにより多面取りされたTFT基板120及び対向基板150の有機ELパネルがペネットにより切断され、FPC181がTFT基板120の端子にAGF(Anisotropic Conductive Film)により取付けられ、表示装置100となる。
図5は、ステップS15の上部電極125のマスクスパッタリングによる形成工程のフローチャートである。このフローチャートに示されるように、上部電極125の形成では、まず、TFT基板120にマスク300を固定し(S21)、その後、マスク300を介して、TFT基板120にIZOを約100nm成膜する(S22)。図5においては、ステップS15のマスクスパッタリングを例にしたが、いずれの工程におけるスパッタリング、蒸着、CVD、PVD(Physical Vapor Deposition)による成膜においても適用することができる。
図6は、図5のマスクスパッタリングによる成膜工程において用いられるマスク300と、マスク300をTFT基板120を挟んで固定するマグネット350の配置について概略的に示す平面図である。この図に示されるように、マスク300は、15個の表示装置100のTFT基板120を多面取りする1枚のパネル基板に対して成膜するためものであり、1パネル基板辺り15個の51mm×101mmの開口部を有している。それぞれの開口部302は、TFT基板120の面積より小さく、かつ表示領域205より大きく形成されることにより、表示領域205を覆って成膜される大きさとなっており、15の表示領域205を一度に成膜することができる。マスク300は、開口部302の短辺側で互いに隣合う開口部302を仕切るリブ306と、長辺側で互いに隣合う開口部302を仕切るリブ304とを有している。短辺側のリブ306は約4mmの幅を有し、長辺側のリブ304は約2mmの幅を有している。マスクの厚さは約0.1mmであり、成膜時には長辺方向及び短辺方向に引張テンションがかけられる。マグネット350は、ネオジム系磁石でネオジム−鉄−ボロン成分のものを用い、マグネット350の表面にはニッケルメッキが施されている。しかしながら、ネオジム系に限定するものではなく、サマリウムコバルト系なども使用することができ、発熱が大きい場合などは、キュリー値の高いサマリウムコバルト系の方が適している。
また、マグネット350は、平面視で、長辺側のリブ304の幅の中心線を挟んで配置される一組のマグネット352と、短辺側のリブ306の幅の中心線を挟んで配置される一組のマグネット354と、を有し、磁性体の材料からなるマスクを固定する。
図7は、図6のVII−VII線における断面について示す図である。この図に示されるように、マグネット352は、ステップS14までの工程により成膜されたTFT基板120とアルミからなるタッチプレート310とを間に挟んで、リブ304を固定する。タッチプレート310とマグネット352は、2液性のエポキシ系接着剤により接着されている。またマグネット350の基板120とは反対側にはSUS430からなるヨーク316が配置されている。一組のマグネット352は、それぞれN極とS極とがリブ304側に向くように、中心線CLを挟んで配置される。ここで、タッチプレート310は、アルミに限らず、SUSその他の材料により形成することができる。
図8は、リブ304をより強い磁力で固定するためのマグネットの配置について説明するための図である。この図のAで示される例は、一組のマグネット350がリブ304の幅の約5倍の距離を隔てて配置される場合について示しており、Bで示される例では、一組のマグネット350が間隔をあけて配置されているが、間隔はリブ304の幅より狭い場合について示しており、Cで示される例は、一組のマグネット350が接して配置される場合について示している。
ここでCの場合には、磁力線が外にほとんど漏れないため、リブ304を固定することができず、Aの場合には、リブ304からの距離が離れすぎているため、リブ304を固定するための磁力は十分ではない配置となる。したがって、Bの場合のように、リブ304の中心線を挟んで、所定の間隔で一組のマグネット350を配置するのがよく、特に、一組のマグネット350の配置の間隔は、リブ304の中心線を挟んで、1mmより大きく、リブ304の幅より2mm長い長さ迄の範囲とすることにより、より強力な固定とすることができることがわかった。そこで、図7では、この範囲の位置で配置することとしている。なお、図7では、長辺側のリブ304及びマグネット352の組合せについて示したが、短辺側のリブ306及びマグネット354についても同様である。
したがって、本実施形態によれば、より強い力でマスクを固定するため、マスク浮きを抑制することができる。これにより、成膜時の回り込みを防ぎ、特に成膜材料が導電材料の場合には、他の配線と短絡してしまうというような不具合を回避することができる。また、マスクの交換回数を増やすこともなく、マスクの設計変更もなく適用できるため、コストを抑えることができる。
図9は、表示装置100の製造方法の第1の変形例ついて示す図である。この変形例では、タッチプレート310の代りにアルミ製のマグネットトレー320を用いることとしている。マグネットトレー320は、複数の凹部321を有しており、本実施形態においては24×25のマトリクス状に配置されている。凹部321は、それぞれ10mm□で深さを2mmとしている。しかしながら、凹部321の数、配置及び大きさは、任意であり、適宜変更することができる。また、マグネット350は、これらの凹部321に配置される大きさのピースタイプのマグネットであり、マスク300の開口部302及びリブ304,306の位置に合わせて、実質的に図6と同様の配置となるように、マグネット350を配置する。
図10は、図9のX−X線における断面について示す図である。この図に示されるように、マグネット350はそれぞれマグネットトレー320の凹部321に配置され、TFT基板120とマグネットトレー320を間に挟んで、リブ304を固定する。マグネットトレー320の凹部321にはねじ穴があり、穴の開いているマグネット350を使用することにより、ねじ353を用いてマグネット350をトレーの凹部321に固定することができる。一組のマグネット350は、それぞれN極とS極とがリブ304側に向くように、中心線CLを挟んで配置される。このように、一つのマグネット350を小さくして、配置の変更が可能とすることにより、成膜パターンが変わったとしても、変更後のマスク300のリブ304又は306の位置に合わせてマグネット350の配置を変更することにより、容易に固定することができる。この第1の変形例においても、一組のマグネット350の配置の間隔を、リブ304の中心線を挟んで、1mmより大きく、リブ304の幅より2mm長い長さ迄の範囲とすることが望ましい。第1の変形例のような構成とした場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図11は、表示装置100の製造方法の第2の変形例ついて示す図である。この図に示されるように、第2の変形例においても、第1の変形例と同様に、マグネットトレー320を用いるが、マグネット350のN極及びS極の向きにおいて異なっており、その他の点は同様である。図12及び13は、配置されたマグネット350における互いに引き合う力の様子を矢印で示す図である。辺に沿って同じ極性の向きのマグネット350が並ぶ図12の配置では、一方向にのみ引き合う力が発生するのに対し、図13に示されるように、交互に極性を異ならせて並べることにより、互いに引き合う力が縦横の両方の向きに発生するため、磁場がより強力になり、より強い力でマスク300を固定することができる。このような構成とした場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図11では、短辺側に辺に沿って配置されるマグネット350の向きは同じであることとしているが、短辺側においてもN極及びS極の向きを異ならせることとしてもよい。
図14は、上述の実施形態、第1変形例及び第2変形例を用いて製造された表示装置100の点灯検査のシミュレーション結果を示す表である。この表では、上部電極125の成膜時の回り込みを原因とする電気的な短絡の発生を評価し、不良と判定された製品の発生率を示している。成膜は連続成膜により100シートまで行った。この結果に示されるように、マグネットなしの場合には、10シート目から回り込みの影響による不良が発生し、40シート目以降ではすべてのパネルにおいて不良となった。しかしながら、本実施形態を採用した場合には、60シート目までは不良は発生せず、70シート目で1パネルの不良を観測し、100シート目においても不良は4パネルに留まった。第1の変形例のピースタイプのマグネットを用いる場合においても、50シート目で不良を観測し、100シート目で34%の不良であり、実施形態の結果ほどではないものの、良好な結果となった。第2の変形例では、60シート目で最初に不良が発生したものの、100シート目においても2パネルの不良である13%に留まり、非常に良好な結果となった。
したがって、本実施形態に係る表示装置の製造方法により、より強い力でマスクを固定するため、マスク浮きを抑制することができ、これにより、成膜時の回り込み等を防ぎ、特に成膜材料が導電材料の場合には、他の配線と短絡してしまうというような不具合を回避することができる。また、マスクの交換回数を増やすこともなく、マスクの設計変更もなく適用できるため、コストを抑えることができる。
100 表示装置、120 TFT基板、121 TFT回路層、122 下部電極、123 画素分離膜、124 発光有機層、125 上部電極、126 封止膜、150 対向基板、151 充填剤、205 表示領域、210 画素、212 副画素、300 マスク、302 開口部、304 リブ、306 リブ、310 タッチプレート、316 ヨーク、320 マグネットトレー、321 凹部、350 マグネット、352 マグネット、354 マグネット。

Claims (8)

  1. 磁性材料からなり、複数の開口部と、前記複数の開口部を仕切るリブとを有するマスクを、成膜対象である基板を挟んで、マグネットにより固定する工程と、
    前記固定されたマスクを介して前記基板に成膜する工程と、を備え、
    前記マグネットは、前記基板を介した平面視において、前記リブの幅の中心を通る中心線を挟んで、互いに極性が異なる向きで離間して配置される複数のマグネットを有している、ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の表示装置に製造方法において、
    前記固定する工程において、前記複数のマグネットと前記基板との間には、前記複数のマグネットが収納される複数の凹部を有するマグネットトレーが配置される、ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  3. 請求項2に記載の表示装置に製造方法において、
    前記マグネットトレーの前記複数の凹部は、前記平面視で、前記中心線を挟んで、前記中心線の延びる方向に複数並んで配置され、
    前記固定する工程において、前記中心線の延びる方向に複数並ぶ凹部に配置される前記複数のマグネットのうち、隣接する前記マグネットを互いに極性が異なる向きで配置することにより前記マスクを固定する、ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の表示装置に製造方法において、
    前記互いに極性が異なる向きで配置されるマグネットの間隔は、前記中心線を挟んで、1mmより大きく、前記マスクリブの幅より2mm長い長さより小さい範囲であることを特徴とする表示装置の製造方法。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の表示装置に製造方法において、
    前記基板は、切断されることにより複数の表示パネル基板となる多面取り基板であり、
    前記複数の開口部のそれぞれは、前記複数表示パネル基板の各表示領域が露出されるように開口し、
    前記成膜する工程は、少なくとも各表示領域を覆う膜を成膜する、ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  6. 請求項5に記載の表示装置に製造方法において、
    前記表示領域は、長辺と短辺とを有し、
    前記長辺に対応する前記リブの前記中心線と、前記短辺に対応する前記リブの前記中心線との両方の前記中心線に関して、それぞれ前記中心線を挟んでマグネットが配置される、ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の表示装置に製造方法において、
    前記成膜する工程は、スパッタリングにより行われる、ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の表示装置に製造方法において、
    前記成膜される膜は、前記表示領域を覆う透明導電膜である、ことを特徴とする表示装置の製造方法。
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