JP2019157262A

JP2019157262A - 金属シャドーマスク及びその製造方法

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Publication number: JP2019157262A
Application number: JP2018178150A
Authority: JP
Inventors: ジョンコウパン; Zhongguang Pan; シンジートン; Shengzhi Tong; カレイチン; Xialing Chen
Original assignee: Advantech Global Ltd
Current assignee: Advantech Global Ltd
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2019-09-19
Also published as: CN108486616A; CN108486616B; KR102127568B1; KR20190108028A

Abstract

【課題】ガラス基板への蒸着においてシャドー現象が生じやすいという問題を解決することができる金属シャドーマスク及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、金属シャドーマスクを開示する。当該製造方法は、基板を用意し、感光膜の付着、露光と現像、及び電鋳を含むプロセスを繰り返す。この方法により、対向する２つの側面の開口部の直径が異なる金属シャドーマスクを得ることができる。そして直径の大きさの変化により、金属シャドーマスクに段状構造の蒸着角を付与する。【効果】本発明では、多層電鋳の方法により金属シャドーマスクに蒸着角を形成することにより、蒸着が不均一となり、シャドーが発生しやすいという従来技術の問題を解決することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、有機発光ダイオード表示技術に関し、詳しくは、金属シャドーマスク及びその製造方法に関する。

有機発光ダイオード（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、ＯＬＥＤ）ディスプレイデバイスは、有機半導体材料を用いて製造され、直流電圧で駆動する薄膜発光部品である。薄型化、軽量化、高コントラスト、広い視野角などの利点から、次世代の表示技術の主流になると考えられる。

その発光原理では、有機発光材料コーティング層に電流が流れると、コーティング層から光線を発する。現在、ＯＬＥＤ製造業界では、一般にシャドーマスク蒸着という単層蒸着の方法を用いている。蒸着時には、有機材料粒子は、様々な角度でシャドーマスクの開口部を通して基板に付着する。通常の蒸着プロセスでは、シャドーマスクに分布する開口部はテーパを備えないため、粒子が開口部に斜め入射するとき、一部の粒子は開口部の壁に遮られて基板に到達しないまま途中で脱落する。その結果、基板の蒸着が不均一になり、シャドー現象が起こって製品の輝度を低下させ、ＯＬＥＤ部品の表示性能に影響を及ぼす。

業界では現在、ＯＬＥＤ用シャドーマスクを作製するとき、シャドー現象を回避するために、金属ロールの両面エッチングという方法を用いている。しかし、この方法では、開口部の寸法が均一になるように正確にコントロールすることができない。そして、シャドーマスクの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）面との接触面における開口部に逆テーパが存在するため、死角領域が発生し、蒸着の質に影響を及ぼしているのが現状である。

本発明は、ガラス基板への蒸着におけるシャドー現象という問題を解決するための、金属シャドーマスク及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明では、上記の課題を解決するための、金属シャドーマスクの製造方法を提供する。基板を用意する工程、上記基板上に感光膜を配置する工程、露光と現像を行って、上記感光膜により上記基板に複数の第１の構造を形成する工程、上記基板上に第１の金属層を形成する工程、上記複数の第１の構造を除去して、上記第１の金属層に上記複数の第１の構造に対応する複数の第１の開口部を形成する工程、上記第１の金属層に感光膜を配置する工程、露光と現像を行って、上記感光膜により上記複数の第１の開口部に対応し、且つ上記第１の開口部よりも寸法が大きい複数の第２の構造を形成する工程、上記第１の金属層上に第２の金属層を形成し、上記第１の金属層と結合して金属シャドーマスクとする工程、及び上記複数の第２の構造を除去して、上記第２の金属層に上記複数の第１の開口部に対応する複数の第２の開口部を形成する工程を含むことを特徴とする。

さらに本発明では、上記製造方法により作製される金属シャドーマスクを提供する。

従来技術と比べて、本発明では、以下の技術的効果を得ることができる。
本発明に係る金属シャドーマスク及びその製造方法では、多層電鋳の方法により、電鋳金属シャドーマスクに蒸着角をもたらすことで段状の孔状構造を形成する。これにより、第１の金属層の厚みを１〜２μｍにコントロールして、蒸着時のシャドーを軽減し、さらには解消することができる。また、ガラス基板に入射する有機材料粒子の損失を軽減し、蒸着の均一性を向上させ、製品の輝度低下を改善することができる。

添付図面は、本発明の理解を深めるためのもので、本発明を構成する一部である。以下に示す例示的な実施例及びその説明は、本発明の理解のためのものであり、本発明の権利範囲を限定するものではない。
本発明の一実施形態による金属シャドーマスクの製造方法のフローチャートである。本発明の一実施形態による金属シャドーマスク作製の一段階を示す側面図である。本発明の一実施形態による金属シャドーマスク作製の他の段階を示す側面図である。本発明の一実施形態による金属シャドーマスク作製のさらに他の段階を示す側面図である本発明の一実施形態による金属シャドーマスク作製のさらに他の段階を示す側面図である。本発明の一実施形態による金属シャドーマスク作製のさらに他の段階を示す側面図である。本発明の一実施形態による金属シャドーマスク作製のさらに他の段階を示す側面図である。本発明の一実施形態による金属シャドーマスク作製のさらに他の段階を示す側面図である。本発明の一実施形態による金属シャドーマスク作製のさらに他の段階を示す側面図である。本発明の一実施形態による金属シャドーマスクの断面図である。

以下、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明の実施形態について説明する。この説明により、本発明の技術的手段を利用して関連課題を解決し、所望の技術的効果を得る過程を十分に理解し、実施することが可能となる。

本明細書及び請求項において、特定の用語で特定の要素を指す場合、当業者にとって自明となるように、ハードウェアメーカとは異なる用語（名詞）で同一の要素を呼ぶ可能性こともある。本明細書及び請求項においては、名称の違いにより要素を区別するのではなく、機能上の違いが要素を区別するための基準となる。
本明細書及び請求項全体にわたって用いられる「含む」という用語は、開放的な意味を表す場合、「当該内容を含むが、ただしこれだけに限定されるものではない」と解釈すべきである。「ほぼ」という用語は、当業者が、許容可能な一定の誤差範囲において当該技術的課題を解決して、おおむね所望の技術的効果を得ることを指す。また、「接続」又は「電気的接続」という用語は、あらゆる直接的又は間接的な電気接続手段を含むものである。よって、「第１のデバイスが第２のデバイスに接続される」と記載された場合、当該第１のデバイスは、直接当該第２のデバイスに電気的に接続されるか、又はその他のデバイスや接続手段を介して間接的に当該第２のデバイスに電気的に接続されることを意味する。また、本明細書において、本発明の好ましい実施形態として説明される場合、当該内容は、本発明の一般的な原則のもとで説明するもので、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に基づいて決定されるべきである。

なお、「含む」、又はこれに類する他の用語は、非除外的に包含することを意図するる。一連の要素を含む過程、方法、製品又はシステムは、それらの要素を含むだけでなく、明記していないその他の要素も含み、さらに、このような過程、方法、製品又はシステムに固有の要素も含む。よって、特記がない限り、「一つの……を含む」という文言で限定された要素は、上記要素を含む過程、方法、製品又はシステムに同一の要素がさらに含まれる場合を除外しない。

図１に示すように、本発明の一実施例による金属シャドーマスクの製造方法は、以下に示す工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１１７を含む。

工程Ｓ１０１：基板を用意する。前処理プロセスを経た清浄な基板を用いてもよいが、当該工程を行う前に、酸性洗浄剤と塩基性洗浄剤で洗浄して脱イオン水でリンスし、乾燥させた基板でもよい。

工程Ｓ１０３：基板上に感光膜を配置する。所定温度のローラを用いて、所定の圧力で感光膜２０を基板１０に押さえ付けることにより、感光膜２０を基板１０の表面に十分に付着させる（図２参照）。

工程Ｓ１０５：露光と現像により、感光膜を用いて基板に複数の第１の構造を形成する。図２及び図３に示すように、当該工程では、感光膜２０が付着した基板１０を露光することにより、露光パターンにより感光膜２０から第１のパターン層を形成する。次に露光した基板１０を所定の温度でベークすることにより、露光した感光膜２０を十分に反応させる。そして、露光した基板１０を現像することにより、感光膜２０により基板１０の表面に、互いに離間して配列する複数の第１の構造３０（すなわち感光膜を露光・現像した後のドライフィルム）を形成する。

場合によっては、複数の第１の構造３０を有する基板１０をハードベーク又はＵＶ硬化してもよい。現像した基板１０を高い温度でベークすると、複数の第１の構造３０がより硬くなり、基板１０の表面への付着がより強固になる。

工程Ｓ１０７：第１の金属層を基板に形成する。図４に示すように、複数の第１の構造３０を有する基板１０に電鋳を行う。これにより、基板１０の表面の第１の構造３０が配置されない部位に金属層４０を堆積させ、金属シャドーマスクの第１の金属層４０とする。当該金属層４０の厚みＨ１は約１〜５μｍであることが好ましく、例えば１〜２μｍとする。この工程では、複数の第１の構造３０を有する基板１０を電鋳液に入れ、適切な温度下で基板１０に電気堆積プロセスを行う。例えば、基板１０をｐＨ値が２〜３．５の電鋳液に入れ、４０〜６０℃の温度で電鋳プロセスを行う。例えば、基板への電鋳工程は、ｐＨ値が３の電鋳液において５０℃の温度で行ってもよい。また、整流器、例えば２つの整流器を用いて、鉄陽極及びニッケル陽極の電流をそれぞれコントロールしてもよい。例えば、電流値が４Ａ／ｄｍ^２の直流を給電してもよい。これにより、本工程により、厚みが１〜５μｍで、ばらつきが０．１〜０．５μｍの範囲の鉄ニッケル合金層を得ることができる。

電鋳液は、１Ｌ当たり硫酸ニッケル４０〜８０ｇ、硫酸第一鉄２０〜４０ｇ、抗酸化剤１〜２ｇ、陽極活性化剤１０〜２０ｇ及び錯化剤０．２〜０．４ｇを含む。本電鋳プロセスにより、鉄含有率が４０〜７０％の鉄ニッケル合金層を得ることができる。場合によっては、電鋳液には、１Ｌ当たり３０〜４５ｇのｐＨ緩衝剤及び／又は２〜１０ｇの複合安定剤を加えてもよい。複合安定剤を使用することにより、鉄ニッケル合金層の光沢度を大幅に向上させることができる。

上記の電鋳プロセスにより、基板に厚みが２μｍ未満で、厚みのばらつきが１０％未満である均一な薄層（第１の金属層）をメッキすることができる。そして、後続の製造プロセスにより、金属シャドーマスクに、ＯＬＥＤ蒸着に求められるシャドーが小さな段状構造を形成することができる。

工程Ｓ１０９：複数の第１の構造を除去して、第１の金属層に複数の第１の構造に対応する複数の第１の開口部を形成する。図４及び図５に示すように、電鋳した後の、複数の第１の構造３０を有する基板１０を剥離槽に入れて剥離プロセスを行う、これにより、基板１０上のパターニングされていない感光膜を完全に取り除く。すなわち、複数の第１の構造３０を基板から除去して、第１の金属層４０に複数の第１の開口部４１を形成する。複数の第１の開口部４１の位置は複数の第１の構造３０の位置に対応し、且つ両者の形状も互いに合致する。

次の工程を行う前に、場合によっては剥離後の基板１０を洗浄、乾燥してもよい。例えば、脱イオン水できれいにリンスした後、基板１０を乾燥する。

工程Ｓ１１１：感光膜を第１の金属層に配置する。図６に示すように、所定温度のローラを用いて、所定の圧力で第１の金属層４０が配置された基板１０に感光膜２０を押さえ付ける。これにより、感光膜２０を金属層４０の表面に十分に付着させる。

工程Ｓ１１３：露光と現像を行って、感光膜を用いて複数の第１の開口部に対応し、且つ第１の開口部よりも寸法が大きい複数の第２の構造を形成する。具体的には、感光膜の付着した基板を露光することにより、露光パターンにより感光膜から第２のパターン層を形成する。次に、露光した基板を所定の温度でベークすることにより、露光した感光膜を十分に反応させる。続いて、図６及び図７に示すように、露光した基板１０を現像させることにより、感光膜２０に複数の第２の構造５０（すなわち感光膜２０を露光・現像した後のドライフィルム）を形成する。複数の第２の構造５０は、複数の第１の開口部４１と一対一で対応し、且つ第１の開口部４１よりもわずかに寸法が大きく、第１の開口部４１を遮蔽し、第１の開口部４１に隣接する第１の金属層４０の四周を覆う。

上記工程の後、基板１０をハードベーク又はＵＶ硬化してもよい。現像した基板１０を高い温度でベークすると、複数の第２の構造５０がより硬化して、より強固に付着する。

工程Ｓ１１５：第２の金属層を第１の金属層上に形成し、第１の金属層と結合した金属シャドーマスクとする。図８に示すように、複数の第２の構造５０を有する基板１０を電鋳することにより、第１の金属層４０上の第２の構造５０が配置されない部位に金属層６０を堆積させ、金属シャドーマスクの第２の金属層６０とする。本金属層６０の厚みＨ２は第１の金属層４０の厚みＨ１よりも大きく、両者の厚みの比は１：５〜２５としてもよく、例えば１：１０、１：１５又は１：２０とすることができる。例えば、第１の金属層４０の厚みＨ１が１μｍである場合、第２の金属層６０の厚みＨ２は５〜２５μｍとしてもよく、例えば５μｍ、１５μｍ又は２５μｍなどとすることができる。また、第１の金属層４０の厚みＨ１が２μｍである場合、第２の金属層６０の厚みＨ２は、１０μｍ、２０μｍ又は２５μｍとすることができるが、これらに限定されない。

工程Ｓ１１７：複数の第２の構造を除去して、第２の金属層に複数の第１の開口部に対応する複数の第２の開口部を形成する。図８及び図９に示すように、本工程では、電鋳した後、複数の第２の構造５０を有する基板１０を剥離槽に入れて剥離プロセスを行う。これにより、基板１０の感光膜を完全に除去して、複数の第２の構造５０を基板１０から取り除く。第２の金属層６０に複数の第２の開口部６１を形成することにより、金属層の厚みも開口部の寸法も異なる金属シャドーマスク７０を形成する。ただし、複数の第２の開口部６１の位置は、複数の第１の開口部４１と一対一で対応し、且つ複数の第１の開口部４１と連通する。なお、上記のプロセスにより、第２の開口部６１の中心が対応する第１の開口部４１の中心からずれる量は、約０．５〜１μｍに抑えることができる。各層の間の開口部の中心点の位置を正確に設定できるため、各層の位置をより正確に合わせることができる。そして、開口部の位置が正確で、開口部が小さい金属シャドーマスク７０を作製することが可能である。

上記剥離プロセスの後、場合によっては、剥離した基板１０を洗浄、乾燥してもよい。最後に、金属シャドーマスク７０を基板１０から取り外して、固定する（図１０参照）。

図９及び図１０に示すように、本発明の一実施例では、上記プロセスにより、第１の金属層４０及び第２の金属層６０を含む金属シャドーマスク７０を得る。第１の金属層４０及び第２の金属層６０は、ニッケル合金、ニッケルコバルト合金又は鉄ニッケル合金であってもよいが、これらに限定されない。第１の金属層４０は、複数の第１の開口部４１を有しており、これらの第１の開口部４１は、互いに離間して配列し且つ第１の金属層４０を貫通する。第２の金属層６０は、複数の第２の開口部６１を有しており、複数の第２の開口部６１の位置が複数の第１の開口部４１と一対一で対応し、且つ水平方向において、各第２の開口部６１の寸法（直径）が各第１の開口部４１よりも大きい。このため、金属シャドーマスク７０の、互いに連通する第１の開口部４１と第２の開口部６１の内部に段状構造が形成される。上記構造において、直径の差により、対応する第１の開口部４１と第２の開口部６１の同側では、第１の金属層４０の第１の開口部４１に隣接する側辺の幅と、第２の金属層６０の第２の開口部６１に隣接する側辺の幅に差ΔＷがある。且つ、上記第１の金属層４０の第１の開口部４１に隣接する側辺と第２の金属層６０の第２の開口部６１に隣接する側辺を結ぶ線は、金属シャドーマスク７０の表面（すなわち第一金属層４０又は第２の金属層６０の表面）と夾角θをなしている。この夾角θは０°より大きく９０°未満の角度であればよく、３０〜６０°が好ましい。なお、幅の差ΔＷを調整することで夾角θの角度を調整し、蒸着時に、有機材料粒子を好ましい入射角で入射させることにより、シャドー現象を軽減し、さらには解消することできる。

シャドーの形成は、蒸着角の影響を受けるほか、蒸着材料を遮蔽する位置とガラス基板との垂直距離にも比例する。したがって、ガラス基板と接触する第１の金属層の厚みを１〜５μｍ、例えば１又は２μｍにコントロールすることにより、シャドー現象の発生を効果的に軽減することができる。

上記のとおり、本発明の好ましい実施例をいくつか示して説明した。ただし、本発明は、その他の実施例を除外して、本明細書に開示されている形態に限定されるものではない。その他のさまざまな組み合わせ、修正又は環境に用いることもでき、本明細書に記載されている本発明の技術思想を逸脱しない限り、上記の知見又は関連分野の技術もしくは知識によって変更を加えることができる。よって、当業者による変更や変形などは、本発明の技術思想と範囲から逸脱しないものであれば、いずれも添付の特許請求の範囲に含まれるものである。

Claims

金属シャドーマスクの製造方法であって、
基板を用意する工程と、
前記基板上に1回目の感光膜を配置する工程と、
露光及び現像を行って、前記1回目の感光膜を用いて前記基板に複数の第１の構造を形成する工程と、
前記基板上に第１の金属層を形成する工程と、
前記複数の第１の構造を除去して、前記第１の金属層に前記複数の第１の構造に対応する複数の第１の開口部を形成する工程と、
前記第１の金属層に2回目の感光膜を配置する工程と、
露光及び現像を行って、前記2回目の感光膜を用いて、前記複数の第１の開口部に対応し、且つ前記第１の開口部よりも寸法が大きい複数の第２の構造を形成する工程と、
前記第１の金属層上に第２の金属層を形成し、前記第１の金属層と結合して金属シャドーマスクとする工程と、
前記複数の第２の構造を除去して、前記第２の金属層に前記複数の第１の開口部に対応する複数の第２の開口部を形成する工程と、を含むことを特徴とする金属シャドーマスクの製造方法。
露光及び現像を行った後に、前記複数の第１の構造又は前記複数の第２の構造を硬化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記複数の第２の構造を除去した後に、金属シャドーマスクを基板から取り外して、固定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記複数の第１の構造を除去又は前記複数の第２の構造を除去した後に、除去した後の前記基板を洗浄及び乾燥する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記第１の金属層と前記第２の金属層の厚みの比が１：５〜２５であることを特徴とする請求項１に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記第１の開口部の中心が前記第２の開口部の中心からずれる量が０．５〜１μｍであることを特徴とする請求項１に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記第２の開口部は、対応する前記第１の開口部と連通し、且つ前記金属シャドーマスク内に段状構造を形成することを特徴とする請求項１に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記第１の金属層の前記第１の開口部に隣接する側辺の幅と、前記第２の金属層の前記第２の開口部に隣接する側辺の幅に差があることを特徴とする請求項７に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記第１の金属層の前記第１の開口部に隣接する側辺と、前記第２の金属層の前記第２の開口部に隣接する側辺を結ぶ線が、前記金属シャドーマスクの表面と夾角をなしており、前記夾角の角度が９０°未満であることを特徴とする請求項７に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記夾角の角度が３０〜６０°であることを特徴とする請求項９に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記基板上に第１の金属層を形成する工程は、ｐＨ値が２〜３．５で、温度が４０〜６０℃の電鋳液中で行われる電鋳プロセスであることを特徴とする請求項１に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記電鋳液は、１Ｌ当たり硫酸ニッケル４０〜８０ｇ、硫酸第一鉄２０〜４０ｇ、抗酸化剤１〜２ｇ、陽極活性化剤１０〜２０ｇ及び錯化剤０．２〜０．４ｇを含むことを特徴とする請求項１１に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
前記電鋳液は、１Ｌ当たり複合安定剤２〜１０ｇをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の金属シャドーマスクの製造方法。
請求項１に記載の製造方法により作製されることを特徴とする金属シャドーマスク。
前記第１の金属層と前記第２の金属層の厚みの比が１：５〜２５であることを特徴とする請求項１４に記載の金属シャドーマスク。
前記第１の開口部の中心が前記第２の開口部の中心からずれる量が０．５〜１μｍであることを特徴とする請求項１４に記載の金属シャドーマスク。
前記第２の開口部は対応する前記第１の開口部と連通し、且つ前記金属シャドーマスク内に段状構造が形成されることを特徴とする請求項１４に記載の金属シャドーマスク。
前記第１の金属層の前記第１の開口部に隣接する側辺の幅と、前記第２の金属層の前記第２の開口部に隣接する側辺の幅に差があることを特徴とする請求項１７に記載の金属シャドーマスク。
前記第１の金属層の前記第１の開口部に隣接する側辺と、前記第２の金属層の前記第２の開口部に隣接する側辺を結ぶ線が、前記金属シャドーマスクの表面と夾角をなし、前記夾角は９０°より小さいことを特徴とする請求項１７に記載の金属シャドーマスク。
前記夾角の角度は、３０〜６０°であることを特徴とする請求項１９に記載の金属シャドーマスク。