JP3829148B2 - 有機ｅｌデバイスの薄膜蒸着用マスクフレーム組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルマスク等のマスクに係り、より詳細には、有機ＥＬデバイスを構成する薄膜を蒸着するための薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬデバイスは、能動発光型表示デバイスであって、視野角が広くてコントラストが優れているばかりではなく、応答速度が速いことから、次世代の表示デバイスとして注目されている。
【０００３】
この種のデバイスは、発光層を形成する物質に応じて無機電子発光デバイスと有機ＥＬデバイスとに大別できるが、有機ＥＬデバイスは、無機電子発光デバイスに比べて輝度及び応答速度などの特性に優れており、カラーディスプレーが可能であるといった長所を有している。
【０００４】
このような有機ＥＬデバイスは、透明な絶縁基板上に所定のパターンをもって形成された第１電極と、該第１電極が形成された絶縁基板上に真空蒸着法により形成された有機発光層、及び該有機発光層の上面に該第１電極と直交する方向に形成されたカソード電極層としての第２電極を含む。
【０００５】
このように構成された有機ＥＬデバイスの製作において、第１電極はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）よりなるが、このＩＴＯは、フォトリソグラフィ法を用いて、塩化第２鉄を含むエッチング液によりウェットエッチングされてパターニングされる。しかし、カソード電極である第２電極についてもフォトリソグラフィ法を用いてエッチングすると、レジストを剥離する過程及び第２電極をエッチングする過程で水分が有機発光層と第２電極との境界面に入り込んで有機ＥＬデバイスの性能及び寿命特性が著しく劣化してしまう。
【０００６】
このような問題点を解決するために、有機発光層を構成する有機電子発光材料及び第２電極を構成する材料を蒸着する製造方法が提案されている。
【０００７】
このように、蒸着方法を用いて有機ＥＬデバイスを製作するためには、先ず、透明な絶縁基板にＩＴＯよりなる第１電極をフォトリソグラフィ法などにより成膜してストライプ状に形成する。次に、第１電極が形成された透明な絶縁基板に有機発光層を積層した後、第２電極の形成パターンに同じパターンを有するマスクを有機発光層上に密着させて該第２電極の形成材料を蒸着する。
【０００８】
このような有機発光層またはカソード電極としての第２電極を蒸着するためのマスクと、このマスクを用いた有機ＥＬデバイス及びその製造方法が大韓民国公開特許第２０００−００６０５８９号公報に開示されている。
【０００９】
ここに開示された蒸着用のマスクは、薄板の本体に互いに所定距離離れたストライプ状のスロット群が形成された構造を有する。
【００１０】
大韓民国公開特許第１９９８−００７１５８３号公報に開示されたマスクは、金属薄板にスリット部及びブリッジ部がメッシュ状に形成されている。
【００１１】
特開第２０００−１２２３８号公報に開示されているマスクは、電極マスク部と、一対の端子マスク部とを有している。電極マスク部は、カソード電極すなわち第２電極間の間隔に相当する幅を有し、互いに平行に設けられるストライプ状のマスキング部と、複数のマスキング部の両端を各々連結する連結部とを備える。
【００１２】
これらの従来のマスクは、金属薄板にストライプ状の長孔が形成されてなるため、金属薄板の縁部がフレームにより引張り力が加えられるように支持されるとしても、マスクの自重により垂れ下がり、基板に密着しなくなるといった問題点がある。このような問題点は、基板が大きくなるほど激しくなる。さらに、カソードの蒸着工程時にマスクに加えられる熱によってマスクが膨脹し、スロットを形成するストリップの自重による垂れ下がりが一層激しくなるといった問題点がある。
【００１３】
量産のためのマスクの一例を図１に示した。
【００１４】
図１に示されたように、１枚の金属薄板１１に有機ＥＬデバイスを構成する単位基板を複数蒸着可能に単位マスキングパターン部１２が備えられており、このマスクはフレーム２０によって引張り力が加わるように固定される。
【００１５】
このように、従来のマスク１０は、量産のために相当に大きく製作されうるため、引張り力が一様に加えられるようにフレーム２０に固定されるとしても、前述のような自重による問題は一層激しくなる。特に、大面積の金属薄板のマスクは、各単位マスキングパターン部１２に形成されたスロット１２ａが設定された公差範囲内の幅を有するように、フレーム２０に溶接されなければならない。この際に、マスクの垂れ下がりを防止するために各方向に引張り力を加えると、各マスキングパターン部１２のスロット１２ａのピッチに歪みが発生するので、スロット１２ａの幅を設定された公差範囲に維持することができない。特に、マスク１０の特定部位の単位マスキングパターン部１２のスロットが変形すると、これと隣り合う全てのスロットにも力が加わって変形が生じるため、有機膜またはカソードの蒸着時に、マスク１０のシャドウエフェクトのために設定されたパターンの公差範囲から外れてしまう。このような現象は、マスクに形成されたスロット１２ａの幅方向或いは短手方向（スロットの長手方向と直交する方向）で問題となる。
【００１６】
特に、各単位マスキングパターン部１２が歪むと、基板に形成されている単位電極パターンと各単位マスキングパターン部１２との間の絶対位置ずれの累積値（以下、トータルピッチ）が大きくなり、基板の単位電極パターンに正確な赤色、青色及び緑色の有機膜が形成できないといった問題点がある。一方、大型の金属薄板に形成された単位マスキングパターン部１２のピッチ及びトータルピッチの調整は極めて限られた部分でのみ可能であるため、マスク１０を大型化するのには限界がある。
【００１７】
そして、単一の原板マスク１０の各サイドに引張り力を加えてフレーム２０に固定する場合、図２に示されたように、マスク１０からの引張り力によりフレームの両側の支持バー２１が内側に湾曲し、フレームの上下部を構成する上部、下部支持バー２２が各々上方向、下方向に凸状に湾曲するか、図３に示されたように、両側の支持バー２１が各々外側に凸状に湾曲し、フレームの上下部を構成する上部、下部支持バー２２が内側に湾曲する。
【００１８】
マスク１０に引張り力を一様に加えてフレーム２０に溶接するとしても、単位マスクの変形及び基板に形成された単位電極パターン間の位置ずれは、前述のトータルピッチの調整を一層困難にする。
【００１９】
マスクの熱膨張に起因するスロットを形成するストリップのクリープ変形を解決するためのマスクが、特開第２００１−２４７９６１号公報に開示されている。
【００２０】
同公報に開示されたマスクは、基板上に蒸着によるパターニング膜を形成する時に使われる蒸着用のマスクとして、多数の第１開口部を区切った隔壁を有するマスク部と、各々の開口面積が第１開口部のそれより狭い多数の第２開口部とを有し、多数の第２開口部がマスク部の各第１開口部上に配置された磁性材料を含むスクリーン部を備える。
【００２１】
さらに、特開第２００１−２７３９７９号公報には、磁性体マスクの構造が開示されており、特開第２００１−２５４１６９号公報には、被蒸着物に密着されて蒸着部分をマスキングするためのマスクが開示されている。
【００２２】
これらのマスクは、フレームに支持されたマスクが磁性体で構成され、被蒸着物に密着されうるが、マスクの自重及びマスクの引張りによるストリップ間のピッチの変化、マスクの移動及びハンドリング時のガラスとの高い密着力による有機膜の損傷、及びマスク及びフレームの内部応力によるトータルピッチの変化などの問題点がある。
【００２３】
【特許文献１】
大韓民国公開特許第２０００−００６０５８９号公報
【特許文献２】
特開第２０００−１２２３８号公報
【特許文献３】
特開第２００１−２４７９６１号公報
【特許文献４】
特開第２００１−２７３９７９号公報
【特許文献５】
特開第２００１−２５４１６９号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような問題を解決するために、本発明は、マスクの大型化による蒸着パターンの幅変化を低減することができ、単位マスク間のトータルピッチの調整が容易であるほか、マスク及びフレームの外力または内部応力によるトータルピッチの変化を最小化することのできる有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体を提供するところにその目的がある。
【００２５】
本発明の他の目的は、多数の単位マスクが設置可能であり、しかも大面積化が可能な、有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体を提供するところにある。
【００２６】
本発明のさらに他の目的は、単位マスクの横方向ピッチを細かく調整することにより、マスクのトータルピッチの変化を根本的に解決することのできる有機ＥＬ素子の薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体を提供するところにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体は、開口部が形成されたフレームと、フレームの１つの開口部に対応する少なくとも２枚の単位マスクとを備えて構成される。ここで、少なくとも２枚の単位マスクは、前記フレームによって前記単位マスクの長手方向に引張り力が加えられるように両端部が前記フレームに固定され、かつ、長手方向に少なくとも１つの単位マスキングパターン部が形成されている。
【００２８】
本発明において、前記単位マスクは、ストリップ状に形成され、互いに物理的に接触しないようにフレームに固定されることが望ましい。そして、前記フレームは、例えば、互いに平行に設けられた支持部材と、支持部材の両端部を連結する剛性部材とを備えて構成されうるが、これに限定されることはない。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００３０】
本発明に係る有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体の一つの実施の形態を図４に示した。
【００３１】
図面を参照すれば、本発明の望ましい実施の形態のマスクフレーム組立体は、フレーム３０と、フレーム３０によって引張り力が加えられるように両端部が支持されるマスク１００とを含む。
【００３２】
フレーム３０は、互いに平行に配置された支持部３１，３２と、両支持部３１，３２の端部と連結されて矩形状の開口部３３を形成する剛性部材３４，３５とを備える。フレーム３０は、後述する単位マスク１１０に対して十分な引張り力を与えることができる剛性を有するように構成される。また、フレーム３０は、被蒸着物とマスク１００とを密着させる際に干渉を起こさない構造であれば、いかなる構造であってもよい。
【００３３】
マスク１００は、フレーム３０によって引張り力が加えられるようにその両端部が支持される複数の単位マスク１１０で構成される。これらの単位マスク１１０は、図４及び図５に示されたように、ストリップ状の薄板で構成され、その長手方向（Ｙ方向）に沿って所定間隔をおいて複数の単位マスキングパターン部１１１が配列される。ただし、単位マスク１１０は、ストリップ状に限定されず、他の形状を有してもよい。
【００３４】
各単位マスキングパターン部１１１において、単位マスク１１０の薄板に互いに平行に設けられたストリップ１１１ａによりロングスロット１１１ｂが形成される。ここで、ロングスロット１１１ｂは、フレーム３０によって引張り力が加えられるように支持されることにより生じるポアソン収縮を考慮して、最終的に要求される長さ（フレームに固定された状態における長さ）より実質的に短く形成し、ロングスロット１１１ｂの幅は、最終的に要求される幅（フレームに固定された状態における幅）より実質的に広く形成することが望ましい。単位マスキングパターン部１１１は、上記の例に限定されず、種々のパターンの開口スロットを有するように構成されてもよい。
【００３５】
前述のような単位マスク１１０の製作では、図６に示されたように、原板において単位マスク１１０間を連結している連結部１２０をハーフエッチングする。そして、各単位マスク１００に形成された各々の単位マスキングパターン部１１１のパターン幅が設定された誤差範囲内である単位マスク１１０のみを選択的に切り出してフレーム３０に取り付けることが望ましい。このような方法によると、フレームに固定される各単位マスク１１０の単位マスキングパターン部１１１は、設定された誤差範囲内のパターン幅を有するので、従来の単一金属薄板のマスクに比べて均一なパターン幅を有する。
【００３６】
一方、フレーム３０の各支持部３１，３２に単位マスク１１０を引張り力が加えられるように固定する際は、単位マスク１１０の両端部にＹ、Ｘ方向に引張り力を加えた状態で該両端部を支持部３１，３２に密着させた後に溶接する。ここで、単位マスク１１０は、主としてＹ方向に引張り力が加えられるので、ストリップよりなる単位マスキングパターン部１１１の歪みを最小化させることができる。
【００３７】
前記溶接は、レーザーを用いた点溶接、ヤグレーザー溶接であることが望ましいが、本発明はこれに限定されず、種々の溶接法を適用しうる。ここで、単位マスク１１０間の間隔は、マスク１００のトータルピッチの調整のために０．０１〜１ｍｍに維持することが望ましい。
【００３８】
以下、図４、及び図７の蒸着装置に基づき、前述のように構成された有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体の使用方法を詳細に説明する。
【００３９】
マスク１００を用いて有機ＥＬデバイスの薄膜、すなわち赤色、緑色、青色の有機膜またはカソード層などを蒸着するためには、真空チャンバ２０１の内部に設けられた有機膜蒸着容器２０２に対面する側にマスクフレーム組立体（３０、１００）を配置し、この上部に薄膜を形成すべき基板３００を取り付ける。そして、その上部のマグネットユニット４００を駆動して、フレーム３０により支持されたマスク１００を基板３００に密着させる。
【００４０】
この状態で、有機膜蒸着容器２０２を作動させることにより、これに付着している有機物またはカソード形成物質が蒸発して基板３００に蒸着される。この過程で、マスク１００は自重による垂下現象を起こし、さらには、基板３００に密着した単位マスキングパターン部１１１のストリップ１１１ｂが熱変形するが、マスク１００は複数の単位マスク１１０で構成されているので、過度の部分的変形及びパターンの歪みを防止することが可能になる。すなわち、単位マスク１１０は、ストリップ状にＹ方向に引張り力が加えられた状態でフレーム３０に固定されているので、単位マスク１００の各部位に引張り力がほぼ一様に加えられ、特定の部位に変形量が集中することを防止することができる。
【００４１】
そして、前述のようにフレームに固定されるマスクは、従来のように単一の原板に複数の単位マスキングパターン部を形成することにより発生する微細パターンの形成による問題と、フレームへの固定時において横方向であるＸ方向に相対的に強い引張り力が加えられないことによって発生するパターン部の歪みの問題とを根本的に防止することができる。
【００４２】
特に、多数の単位マスキングパターン部を有する単一の大型マスクの場合、内部の単位マスキングパターン部のトータルピッチは大型マスクの縁部から加えられる引張り力により調整しなければならないが、本発明のマスク１００は複数の単位マスク１１０よりなっているので、基板上に形成されている単位電極パターン間の設定された絶対位置ずれの累積値であるトータルピッチの調整が容易である。特に、フレームに独立的に単位マスクが設置可能であるので、トータルピッチが単位マスク別に調整可能である。
【００４３】
この明細書では、本発明を限定された実施の形態を中心として説明したが、本発明の範囲内であれば、様々な実施の形態が可能である。さらに、説明されてはいないが、均等な手段も本発明にそのまま適用可能である。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲によって定まるべきである。
【００４４】
【発明の効果】
以上のような構成を有する本発明による有機ＥＬデバイスの薄膜形成用のマスクフレーム組立体は、フレームに設けられるマスクを単位マスクに分割し、各々に引張り力が加えられるので、マスクのトータルピッチを例えば±２μｍ範囲内で調整可能であり、蒸着のための各パターンの幅公差は例えば±５μｍの範囲内で調整可能であるばかりではなく、マスクの大型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体の分解斜視図である。
【図２】従来のマスクフレーム組立体の平面図である。
【図３】従来のマスクフレーム組立体の平面図である。
【図４】本発明の１つの実施形態の有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体の分解斜視図である。
【図５】単位マスクの抜粋斜視図である。
【図６】本発明の１つの実施形態の単位マスクを製造するための原板の平面図である。
【図７】基板に有機膜を蒸着するための蒸着装置を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
３０ フレーム
３１，３２ 支持部
３３ 開口部
３４，３５ 鋼性部材
１００ マスク
１１０ 単位マスク

Claims (6)

1. 開口部が形成されたフレームと、
   前記フレームの１つの開口部に対応する少なくとも２枚の単位マスクとを備え、
   前記少なくとも２枚の単位マスクは、前記フレームによって前記単位マスクの長手方向に引張り力が加えられるように前記フレームに両端部が固定され、かつ、長手方向に少なくとも１つの単位マスキングパターン部が形成されていることを特徴とする有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体。
2. 前記単位マスクは、ストリップ状に形成され、互いに物理的に接触しないように前記フレームに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用のマスクフレーム組立体。
3. 前記フレームは、互いに平行に設けられた支持部材と、支持部材の両端部を連結する剛性部材とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用マスクフレーム組立体。
4. 前記単位マスキングパターン部は、長手方向に沿って互いに平行に形成されたストリップにより区切られたロングスロットを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用マスクフレーム組立体。
5. 前記単位マスキングパターン部は、所定パターンを有するように形成された開口を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用マスクフレーム組立体。
6. 前記単位マスクのストリップの幅が、最終的に要求される幅より実質的に広く形成されていることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬデバイスの薄膜蒸着用マスクフレーム組立体。

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