JP2017150038A

JP2017150038A - シャドーマスク及び表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2017150038A
Application number: JP2016034017A
Authority: JP
Inventors: 健大河原; Takeshi Ogawara
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-08-31
Also published as: US20170250343A1

Abstract

【課題】基板へのダメージを抑制しつつ、表面に堆積された成膜材料が剥がれにくいシャドーマスクにおいて、十分な強度を確保するとともに、当該シャドーマスクを用いて製造された表示装置を提供する。
【解決手段】成膜材料を蒸着又はスパッタリングによって堆積させることによる成膜プロセスでパターニングに使用されるシャドーマスクであって、成膜対象物に対向するように配置される第１面と、前記成膜材料に晒されるように配置される第２面と、を有し、前記第１面及び前記第２面は、それぞれ、凹凸を有し、前記第２面は、前記第１面よりも、粗面化されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、シャドーマスク及び、シャドーマスクを用いての表示装置の製造方法に関する。

近年、有機ＥＬ（Electro-luminescent）素子を用いた有機ＥＬ表示装置が実用化されており、有機ＥＬ素子の有機層やカソード電極を形成する際に、蒸着法が採られる場合があり、前述の有機層やカソード電極を所望の形状に形成するために、多数の微細なスリットを配列して構成されたシャドーマスクが使用されている。表示装置の高精細化、高画質化が進むに従って、当該シャドーマスクの開発も進められている。シャドーマスクは、蒸着マスク、メタルマスクとも呼ばれている。

例えば、特許文献１は、基板上に有機ＥＬ層を形成する有機ＥＬ用メタルマスクにおいて、当該有機ＥＬ用メタルマスクに樹脂の突起部を設けることによって、メタルマスクと基板の接触を防ぎ異物や傷による基板表面の損傷を防止する点を開示している。

また、特許文献２は、メタルマスクの基板接触面側を粗面化処理を行うことで、基板との接触面積を減らし、基板へのダメージを抑制するとともに、蒸着源側も粗面化処理を行うことで、蒸着材料の剥離を防止する点を開示している。

特開２００７−９５４１１号公報特開２００３−２５３４３４号公報

上記特許文献１のように、メタルマスクの蒸着源側が平坦である場合、メタルマスク表面に堆積された膜が剥がれるおそれがある。メタルマスク表面に堆積された膜が剥がれた場合、剥がれた膜によって蒸着源が汚染され、汚染された蒸着源によって形成された膜には不純物が混入してしまう。

また、上記特許文献２のように、メタルマスク両面に凹凸を設ける構成において、メタルマスクの厚みが薄く、両面に形成された凹凸が大きい場合には、メタルマスクの強度が低下し、メタルマスクのねじれが生じるおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、基板へのダメージを抑制しつつ、表面に堆積された成膜材料が剥がれにくいシャドーマスクにおいて、十分な強度を確保するとともに、当該シャドーマスクを用いて製造された表示装置を提供することにある。

本発明の一態様は、成膜材料を蒸着又はスパッタリングによって堆積させることによる成膜プロセスでパターニングに使用されるシャドーマスクであって、成膜対象物に対向するように配置される第１面と、前記成膜材料に晒されるように配置される第２面と、を有し、前記第１面及び前記第２面は、それぞれ、凹凸を有し、前記第２面は、前記第１面よりも、粗面化されていることを特徴とする。

また、本発明の他の一態様は、発光素子層を含む表示装置の製造方法であって、第１面及び第２面を有するシャドーマスクを用意する工程と、前記シャドーマスクを、前記第１面を基板に向け、前記第２面を成膜材料に晒すように配置して、蒸着によって前記発光素子層をパターニングしながら形成する工程と、を含み、前記第１面及び前記第２面は、それぞれ、凹凸を有し、前記第２面は、前記第１面よりも、粗面化されていることを特徴とする。

本発明の実施形態に係るシャドーマスクを概略的に示す図である。シャドーマスクの一部を拡大した図である。図２におけるIII−III断面を示す断面図である。シャドーマスクに形成された凹凸の形状を示す図である。表示装置の製造方法について説明するための図である。シャドーマスクを用いて成膜する工程について説明するための図である。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に評される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本発明の実施形態に係るシャドーマスクの概略を示す図である。図１はシャドーマスクを成膜対象物と対向する側から見た図を表す。

シャドーマスク１０４は、成膜パターンに応じた開口部２００（図２参照）を有する薄い板状の部材である。具体的には、例えば、成膜対象物が１枚のガラス基板上に形成される複数の表示パネルである場合、シャドーマスク１０４は、複数の表示パネルに対応する位置１０６のそれぞれにおいて、成膜パターンに応じた開口部２００を有する。なお、シャドーマスク１０４は、例えば、インバー材（３６Ｎｉ−Ｆｅ）や、Ｎｉメッキ膜によって形成される。また、シャドーマスク１０４は、溶接によってフレーム１０２に固定される。

フレーム１０２は、シャドーマスク１０４の周縁部を保持するように設けられる枠状の部材であって、成膜対象物の側に配置される第１フレーム面と、成膜材料に晒されるように配置される第２フレーム面と、を有する。具体的には、フレーム１０２は、図１の図面上、上側に配置される第１フレーム面と、下側に配置される第２フレーム面を有する。また、フレーム１０２は、上側にシャドーマスク１０４が溶接されることで、シャドーマスク１０４を固定する。

上記シャドーマスク１０４は、成膜材料を堆積させることによる成膜プロセスにおいてパターニングに使用される。具体的には、例えば、シャドーマスク１０４は、成膜材料を堆積させる際に、フレーム１０２が溶接された側に蒸着源６０２（図６参照）等が配置され、反対側に成膜対象物が配置された状態で使用されるが、詳細については後述する。

なお、溶接されたシャドーマスク１０４は、フレーム１０２から剥離することが出来る。従って、成膜パターンの形状を変更する場合に、シャドーマスク１０４のみを交換すればよく、フレーム１０２を流用することが出来る為、コストを低減させることができる。

続いて、シャドーマスク１０４の詳細について説明する。図２は、図１に示したシャドーマスク１０４における、複数の表示パネルそれぞれ対応する位置１０６のうち、１つの表示パネルに対応する領域の一部２０１を拡大した図である。図２に示すように、シャドーマスク１０４は、作製する膜の形状に対応した開口部２００を有する。具体的には、シャドーマスク１０４は、表示パネルに対して作製する膜の形状に対応した矩形状の開口部２００を有する。当該開口部２００の形状によって、成膜対象に形成される膜の形状が定められる。なお、図２においては、表示パネルの１つの副画素に設けられる有機発光素子に対応する、矩形状の開口部２００が設けられる膜の形状を例示しているが、膜の形状はこれに限られない。

さらに、図３は、図２におけるIII−III断面を示す図である。図３に示すように、シャドーマスク１０４は、成膜対象物に対向するように配置される第１面３００と、成膜材料に晒されるように配置される第２面３０２と、を有する。また、第１面３００及び第２面３０２は、それぞれ、凹凸を有し、第２面３０２は、第１面３００よりも、粗面化される。

例えば、第２面３０２は、第１面３００よりも、凹凸の、基準面からの高さ及び深さの平均値が大きくなるように第１面３００及び第２面３０２は粗面化される。具体的には、第２面３０２の凹凸における、第２面の基準面３０６からの高さ３１２及び深さ３１４の平均値が、第１面３００の凹凸における、第１面の基準面３０４からの高さ３０８及び深さ３１０の平均値より大きくなるように第１面３００及び第２面３０２は粗面化される。

より具体的には、第１面３００に形成される凹凸の、第１面の基準面３０４からの高さ３０８及び深さ３１０の合計値は、３マイクロメートル程度となるように形成することが望ましい。すなわち、成膜対象物に付着する不純物は、３マイクロメートル程度であることが一般的であるため、第１面３００に３マイクロメートル程度の凹凸を形成することで、成膜対象物に傷が生じる事態を防止することが出来る。

また、第２面３０２に形成される凹凸の、第２面の基準面３０６からの高さ３１２及び深さ３１４の合計値は、シャドーマスク１０４の厚みの半分程度となるように形成することが望ましい。すなわち、凹凸の大きさを、シャドーマスク１０４の厚みの半分程度にすることによって、シャドーマスク１０４にねじれが生じる事態を防止することができる。具体的には、例えば、第２面３０２に形成される凹凸の、第２面の基準面３０６からの高さ３１２及び深さ３１４の合計値は、１０乃至１００マイクロメートル程度となるように形成することが望ましい。ここで、シャドーマスク１０４は、両面が粗面化されているため、厳密には位置によって厚みは異なる。従って、シャドーマスク１０４の厚みの定義としては、第１面の基準面３０４と第２面の基準面３０６との間の厚みとする。

第２面３０２に凹凸を形成することによって、シャドーマスク１０４に堆積した成膜材料が剥離するおそれを低減することができる。すなわち、第２面３０２に形成された凹部に堆積した成膜材料は、平らな面に堆積された成膜材料よりも剥離しにくくなるため、堆積された蒸着材料が剥離し、第２面３０２側に配置された蒸着源６０２やスパッタ装置の内部等を汚染することが防止される。さらに、シャドーマスク１０４の交換頻度を低減することによって、シャドーマスク１０４の洗浄に要するコストを低減することができる。

また、第２面３０２は、第１面３００よりも、凹凸の間隔の平均値が大きくなるように、第１面３００及び第２面３０２は粗面化される。具体的には、第２面３０２に設けられた凸部と、当該凸部と隣接する凸部の間隔３１８が、第１面３００に設けられた凸部と、当該凸部と隣接する凸部の間隔３１６よりも大きくなるように、第１面３００及び第２面３０２は粗面化される。

さらに、図３においては、第１面３００及び第２面３０２の凹凸は、ともに不均一に形成されているが、第１面３００の凹凸が不均一であり、第２面３０２の前記凹凸は、均一にパターニングされるようにしてもよい。例えば、第２面３０２の凹凸は、凹部の周囲を凸部が切れ目なく囲む形状となるように形成してもよい。

具体的には、図４（ａ）に示すように、第２面３０２Ａの凹凸の形状は、平面視において、格子状に形成するようにしてもよい。なお、図４（ａ）においては、第２面３０２Ａの凹凸は、縦方向にストライプ状に形成された凸部と、横方向にストライプ状に形成された凸部と、が重ねられた形状に形成されている。

また、図４（ｂ）に示すように、第２面３０２Ｂの凹凸の形状は、平面視において、ストライプ状に形成してもよい。さらに、図４（ｃ）に示すように、第２面３０２Ｃの凹凸の形状は、平面視において円形であって、立体的には円柱状に形成してもよい。なお、当該構成において、円柱状の凸部を形成する構成としてもよいし、円柱状の凹部を形成する構成としてもよい。

上記のように、第１面３００と第２面３０２において、シャドーマスク１０４の面内方向における凹凸の大きさ及び密度に差異を設ける構成や、第２面３０２に形成する凹凸の形状を規則的にすることによって、より、シャドーマスク１０４のねじれの発生を防止することができる。

なお、シャドーマスク１０４の第２面３０２を粗面化するだけでなく、フレーム１０２を粗面化する構成としてもよい。具体的には、例えば、フレーム１０２の第１フレーム面１０２ａ及び第２フレーム面１０２ｂが、それぞれ、凹凸を有するように形成し、第２フレーム面１０２ｂは、第１フレーム面１０２ａよりも、粗面化されるようにしてもよい。当該構成によれば、フレーム１０２の第２フレーム面１０２ｂに堆積された蒸着材料が剥離し、第２フレーム面側に配置された蒸着源６０２（図６）やスパッタ装置の内部等を汚染することが防止される。

続いて、本実施形態におけるシャドーマスク１０４と、本実施形態におけるシャドーマスク１０４を用いて形成される発光素子層を含む表示装置の製造方法の製造工程について説明する。図５は、本発明の実施形態における、表示装置の製造方法を表すフロー図である。まず、薄いインバー材の板に対してプレス処理を行うことによって、シャドーマスク１０４の開口部２００を形成する（Ｓ５０１）。なお、シャドーマスク１０４に開口部２００を設ける方法は従来技術を用いればよいため、当該方法に限られない。

続いて、シャドーマスク１０４の第１面３００を粗面化する（Ｓ５０２）。具体的には、例えば、シャドーマスク１０４の第１面３００に対して、エッチングや、梨地加工等の化学処理を行うことによって、第１面３００を不規則に粗面化する。さらに、シャドーマスク１０４の第２面３０２を粗面化する（Ｓ５０３）。ここで、シャドーマスク１０４の第２面３０２を粗面化する方法は第１面３００を粗面化する場合と同様に化学処理であるが、上記のように、第２面３０２は、粗面化処理によって得られる凹凸の形状や、大きさ等は、第１面３００に形成される凹凸とは異なるように粗面化が行われる。なお、第１面３００の粗面化処理と、第２面３０２の粗面化処理は順不同である。そして、粗面化処理されたシャドーマスク１０４は、溶接されることでフレーム１０２に固定される（Ｓ５０４）。Ｓ５０４のステップによって、第１面３００及び第２面３０２を有するシャドーマスク１０４が完成する。

次に、シャドーマスク１０４を、第１面３００を基板６００に向け、第２面３０２を成膜材料に晒すように配置して、蒸着によって発光素子層をパターニングしながら形成する（Ｓ５０５）。具体的には、図６に示すように、まず、蒸着装置等の成膜装置の中で、シャドーマスク１０４が、第１面３００が基板６００に向かい合うように固定される。次に、第２面３０２側に配置された蒸着源６０２から、シャドーマスク１０４が固定された基板６００に向かって、成膜材料の分子が放出される。放出された分子は、シャドーマスク１０４の第２面３０２表面、及び、シャドーマスク１０４に設けられた開口部２００から露出する基板６００の表面に堆積する。

そして、固定されたシャドーマスク１０４が基板６００から除かれると、基板６００には、シャドーマスク１０４に形成された開口部２００に対応した形状の膜が残される。形成された膜は、例えば図２に示すような、表示パネルの１つの副画素ごとに対応する、発光材料からなる発光素子膜や、該発光素子膜に電流を流すための電極が含まれる。Ｓ５０５のステップによって、発光素子層を含む表示パネルが完成する。なお、表示装置の製造方法には、上記開口部２００に対応した形状以外の形状の膜を形成する工程や、表示パネルを筐体に組み込むことによって表示装置を完成させる工程等が含まれるが、ここでは説明を省略する。また、成膜材料の分子を堆積する方法は、蒸着法に限られず、スパッタ等の方法であってもよい。

上記製造方法によれば、表示パネル表面だけでなく、シャドーマスク１０４の第２面３０２にも成膜材料が堆積する。しかしながら、本実施形態によれば、第２面３０２は粗面化されていることから、粗面化されていない場合と比較して、第２面３０２に堆積した成膜材料が剥離しにくい。そのため、剥離した成膜材料によって蒸着源６０２が汚染され、表示パネルに不純物が混入するおそれを軽減することができる。さらに、フレーム１０２の第２フレーム面を粗面化することで、より表示パネルに不純物が混入するおそれを軽減することができる。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１０２フレーム、１０２ａ第１フレーム面、１０２ｂ第２フレーム面、１０４シャドーマスク、１０６表示パネルに対応する位置、２００開口部、２０１表示パネルに対応する位置の一部、３００第１面、３０２第２面、３０４第１面の基準面、３０６第２面の基準面、３０８第１面の基準面からの高さ、３１０第１面の基準面からの深さ、３１２第２面の基準面からの高さ、３１４第２面の基準面からの深さ、３１６第１面の凹凸の間隔、３１８第２面の凹凸の間隔、６００基板、６０２蒸着源。

Claims

成膜材料を蒸着又はスパッタリングによって堆積させることによる成膜プロセスでパターニングに使用されるシャドーマスクであって、
成膜対象物に対向するように配置される第１面と、
前記成膜材料に晒されるように配置される第２面と、
を有し、
前記第１面及び前記第２面は、それぞれ、凹凸を有し、
前記第２面は、前記第１面よりも、粗面化されていることを特徴とするシャドーマスク。
請求項１に記載されたシャドーマスクにおいて、
前記第１面の前記凹凸は、不均一であり、
前記第２面の前記凹凸は、均一にパターニングされていることを特徴とするシャドーマスク。
請求項１又は２に記載されたシャドーマスクにおいて、
前記第２面は、前記第１面よりも、前記凹凸の、基準面からの高さ及び深さの平均値が大きいことを特徴とするシャドーマスク。
請求項３に記載されたシャドーマスクにおいて、
前記第２面は、前記第１面よりも、前記凹凸の間隔の平均値が大きいことを特徴とするシャドーマスク。
請求項１から４のいずれか１項に記載されたシャドーマスクにおいて、
前記第２面の前記凹凸は、凹部の周囲を凸部が切れ目なく囲む形状になっていることを特徴とするシャドーマスク。
請求項１から５のいずれか１項に記載されたシャドーマスクにおいて、
前記凹凸の形状は、平面視において、格子状に形成されていることを特徴とするシャドーマスク。
請求項１から５のいずれか１項に記載されたシャドーマスクにおいて、
前記凹凸の形状は、平面視において、ストライプ状に形成されていることを特徴とするシャドーマスク。
請求項１から５のいずれか１項に記載されたシャドーマスクにおいて、
前記凹凸の形状は、平面視において、円形に形成されていることを特徴とするシャドーマスク。
請求項１から８のいずれか１項に記載されたシャドーマスクにおいて、
前記マスクの周縁部を保持するようにフレームが設けられ、
前記フレームは、前記成膜対象物の側に配置される第１フレーム面と、前記成膜材料に晒されるように配置される第２フレーム面と、を有し、
前記第１フレーム面及び前記第２フレーム面は、それぞれ、凹凸を有し、
前記第２フレーム面は、前記第１フレーム面よりも、粗面化されていることを特徴とするシャドーマスク。
発光素子層を含む表示装置の製造方法であって、
第１面及び第２面を有するシャドーマスクを用意する工程と、
前記シャドーマスクを、前記第１面を基板に向け、前記第２面を成膜材料に晒すように配置して、蒸着によって前記発光素子層をパターニングしながら形成する工程と、
を含み、
前記第１面及び前記第２面は、それぞれ、凹凸を有し、
前記第２面は、前記第１面よりも、粗面化されていることを特徴とする表示装置の製造方法。