JP4096567B2

JP4096567B2 - 統合マスク、ならびに統合マスクを用いた有機ｅｌ素子の製造方法およびその製造装置

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Publication number: JP4096567B2
Application number: JP2002022982A
Authority: JP
Inventors: 義之北村; 浩充金森; 茂雄藤森
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: JP2002305080A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば表示素子、フラットパネルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標識、看板、電子写真機などの分野に利用可能な、電気エネルギーを光に変換できる有機ＥＬ素子を製造するための、蒸着用マスク、並びにそれを用いた有機ＥＬ素子の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、陰極から注入する電子と、陽極から注入する正孔とを、両極にはさまれた有機蛍光体内で再結合させて発光させる原理のものであり、構造が簡素で、低電圧での高輝度多色発光が行えることから、薄型の小型ディスプレイに多く活用されはじめている。
【０００３】
この有機ＥＬ素子を用いてフルカラーの表示パネルを作成するには、基板上に構成要素となる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光層の他、第１、第２電極層等の薄膜層を所定パターンとピッチで規則正しく配列することが必要とされる。
【０００４】
以上の薄膜層のうち、発光層となる有機薄膜層を高精度の微細パターンに形成するためには、有機薄膜の特性から、発光層の所定パターンに対応した開口配列を有するマスクを用いて、真空下で蒸着するマスク蒸着法が通常利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した有機ＥＬ素子製造の生産性を向上させるには、発光層の形成に用いられるマスク蒸着が基板ごとのバッチ処理となることと、現在の有機ＥＬ素子は小型用途が多いことから、１枚の大きな基板に多数の有機ＥＬ素子を形成する、いわゆる多面取りが有効となる。多面取りのためには、１個の有機ＥＬ素子の大きさに対応した開口配列部分を多数有している蒸着用マスクを作成することが必要となる。しかしながらこのような蒸着マスクは大型化し、製作ならびに使用時に大きく変形して開口配列の寸法精度を高精度に維持できないため、特開２０００−１１３９７８号公報では、１個の有機ＥＬ素子に応じた開口配列を有する１つの蒸着用マスクを多数配列する寄せ合わせ型蒸着マスクを導入することにより、寸法精度を高精度に維持する手段が示されているが、蒸着用マスクの具体的な構成までは示されていない。
【０００６】
また、発光層はＲＧＢの３色が存在していることから、各発光層間の位置決めが重要となるが、一枚の蒸着用マスクと基板の位置決めについては、特開平１１−１５８６０５号公報等で示されているものの、上記の多面取りを高精度で行える寄せ合わせ型蒸着マスクを用いた時の、蒸着用マスクと基板との位置決め手段については何も提示されていない。
【０００７】
この発明は、上述の事情に基づいてなされたものでその目的とするところは、１個の有機ＥＬ素子に応じた開口配列を有する１つの蒸着用マスクを多数配列する寄せ合わせ型蒸着用マスクを実用に供するための具体的な構成を提示するとともに、その寄せ合わせ型蒸着マスクと基板を位置決めして、マスク蒸着して、一枚の基板に多数の有機ＥＬ素子を形成して生産性を飛躍的に向上できる有機ＥＬ素子の製造方法および製造装置を提供することにある。
【０００８】
上記の目的はこの発明によって達成される。すなわち本発明は、蒸着パターンに対応した蒸着用開口配列群をもつ複数の蒸着マスクが、複数の開口部を有するベース板に、各蒸着マスクの前記蒸着用開口配列群が前記開口部の上側に位置するように配置されており、かつ前記蒸着マスクは前記ベース板に任意に固定・開放自由な係合手段によって固定されているとともに、前記蒸着マスクを前記ベース板に位置決めするための基準アライメントマークを前記ベース板上に有し、さらに前記任意に固定・開放自由な係合手段は圧縮バネの力で蒸着マスクをベース板に押しつけて摩擦力による保持、固定と、蒸着マスクのベース板への押しつけを解除して蒸着マスクをベース板上を自在に移動させること、とを行えるものであることを特徴とする統合マスクであり、それを用いた有機ＥＬ素子の製造方法およびその製造装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の統合マスクは、蒸着パターンに対応した蒸着用開口配列群をもつ複数の蒸着マスクが、複数の開口部を有するベース板に、各蒸着マスクの前記蒸着用開口配列群が前記開口部の上側に位置するように配置されているものであり、かつ前記蒸着マスクは前記ベース板に任意に固定・開放自由な係合手段によって固定されているとともに、前記蒸着マスクを前記ベース板に位置決めするための基準アライメントマークを前記ベース板上に有することを特徴とするものである。ここで、開口部の上側に蒸着用開口配列群が配置されるということは、開口部が、形成される蒸着用開口配列群、つまり蒸着パターンよりも広い範囲に形成されているということを意味している。また、前記任意に固定・開放自由な係合手段は特に限定されないが、外力が付加されることで開放自由となるものであることが好ましい。また統合マスクの構成部材に熱膨張係数が１×１０^-5以下のものを含むことが好ましく、さらに前記複数の蒸着マスクは、隣り合うどおしの最大隙間が１０ｍｍ以下で配置される部分を含むのが好ましい。
【００１０】
本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、本発明の統合マスクと、蒸着を施す基板とを、前記統合マスクの基準アライメントマークを基準にして、蒸着室内で位置決めを行ってから、マスク蒸着により薄膜層をパターニングする工程を有して有機ＥＬ素子を製造する方法である。また位置決めを完了してから、位置決めを行った統合マスクと基板を蒸着室にいれて、マスク蒸着により薄膜層をパターニングする工程であってもよい。位置決めを工程のどの部分で行うかは、装置等の配置、構成に応じて使い分ければよく、本発明では位置決め工程を設けることが重要である。また、本発明の統合マスクで蒸着する薄膜層はＲ、Ｇ、Ｂの発光層であることが好ましい。
【００１１】
本発明の有機ＥＬ素子の製造装置は、本発明の統合マスクと、蒸着を施す基板を、前記統合マスクの基準アライメントマークを基準にして、位置決めを行う位置決め装置と、マスク蒸着により薄膜層をパターニングする蒸着装置を備えて有機ＥＬ素子を製造することを特徴とする。ここで、蒸着装置は蒸着室内に蒸発源を有し、マスクのパターンにしたがって、基板にパターニングした蒸着を行うことができるものである。また、統合マスクと基板の位置を合わせ込む位置決め装置は、蒸着室内もしくは蒸着室外のいずれの位置にあってもよい。なお、位置決め装置が蒸着室外に存在する場合は、位置決めを行った統合マスクと基板を蒸着室内に導入する装置を有していてもよい。
【００１２】
本発明の統合マスクによれば、所定の蒸着用開口配列をもつ蒸着用マスクをベース板上に両者の基準マークをもとに多数配置し、かつ固定・開放が自由な手段によって保持する構成を有しているので、多数の蒸着マスクを高い精度で所定位置に配置することが可能となる。さらに構成部材に熱膨張係数が１×１０^-5以下のものを含むとしているので、蒸着源からの放射熱によるパターン精度の変化を最小限度におさえることができる。また、隣り合う蒸着マスク間の最大間隙を１０ｍｍ以下とするから、蒸着の無効スペースが小さく、同数の有機ＥＬ素子をえるガラス基板の大きさを最小にでき、コストダウンがはかれる。
【００１３】
本発明の有機ＥＬ素子の製造方法および製造装置によれば、上記の統合マスクを用いて基板と位置決め、並びに発光層等の薄膜層の蒸着を行うのであるから、薄膜層を蒸着する基板の大きさに関係なく、高い寸法精度で所定のパターンに薄膜層を蒸着することが可能となり、一枚の基板に多数の有機ＥＬ素子を形成する、いわゆる多面取りが高精度のパターン精度で行うことができ、高品質の有機ＥＬ素子を高い生産性で得ることができる。
【００１４】
以下、この発明の好ましい一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、この発明に係る統合マスク１の全体概略斜視図、図２は図１の統合マスクを各要素ごとに分解した斜視図、図３は統合マスクを用いた蒸着装置の一実施例を示す正面断面図、図４は統合マスクを用いた蒸着装置の別の実施例を示す正面断面図である。
【００１６】
図１を参照すると、統合マスク１は、４つの蒸着マスク２０をベース板２に、係合手段４０で固定して構成されている。
【００１７】
蒸着マスク２０は、蒸着パターンに応じて蒸着用開口３２を配置した開口部３０を有するマスクプレート２２を、フレーム２４に固定して構成される。フレーム２４の破線の内側は開口としており、蒸着マスク２０の開口部３０の直下には遮蔽物は何もないようにしている。また、蒸着マスク２０が配置されるベース板２の場所には、図２に示すように開口部３０の占有面積よりも広く、かつ開口部３０がその中に含まれる開口１０が必ず設けられている。なお、蒸着用開口３２の形状は長方形や円形の穴を多数ならべる等、蒸着パターンにしたがって形成する。ここで、開口１０は開口部３０よりも、面積で好ましくは５〜５００％、より好ましくは２０〜１００％大きくする。
【００１８】
また蒸着マスク２０の各配置位置は、ベース板２の突起部４の上面８に設けられたアライメントマーク６を基準として、蒸着マスク２０の所定の蒸着用開口３２が定めた位置になるようにしている。ここでは蒸着用開口３２の位置を直接検知して、ベース板２上のアライメントマーク６との相対位置合わせを行ってもよいが、各蒸着マスク２０のマスクプレート２２にアライメントマーク２６を設け、これをベース板２のアライメントマーク６を基準にして位置合わせを行わせるのが好ましい。なお、アライメントマーク６が設けられている突起部４の上面８と蒸着用マスク２０のマスクプレート２２のベース２からの高さは等しくし、同じ焦点距離になるようにして、カメラによる位置検知が行いやすいようにすることが好ましい。
【００１９】
係合手段４０は、図１に示すように、押さえ棒４２、圧縮バネ４４、留め金４６より構成されており、押さえ棒４２を蒸着マスク２０の穴２８とベース板２の取付け穴１８を通し、ベース板２の裏面で圧縮バネ４４を取り付けてから、留め金４６を装着して、押さえ棒４２が抜けないようにする。これにより、圧縮バネ４４の力で蒸着マスク２０をベース板２に一定力で押さえつけて、摩擦力で動かないように保持することになる。また、下側から留め金４６を押すと圧縮バネ４４が縮み、押さえ棒４２の上側にある頭部と蒸着マスク２０の間にすきまが生じるので、蒸着マスク２０のベース板２へのおしつけが開放されて、蒸着用マスク２０はベース板２上を自在に移動できるようになる。このようにして保持力が解除されている間に、蒸着マスク２０を移動させてベース板２上への位置決めを行う。これが完了したら、留め金４６への押しつけを解除し、係合手段４０のバネ力により蒸着マスク２０をベース板２に押し付けて、保持する。
【００２０】
次に統合マスク１を使用して発光層等を実際に蒸着する蒸着システム１００について説明する。図３を見ると、統合マスク１を使用する蒸着装置１０２がある。統合マスク１は外壁１０８で覆われた真空槽１３２の中にあるマスクホルダー１１２に支持されており、固定具１１８で、統合マスク１のベース板２がマスクホルダー１１２で移動しないように挟持されている。真空槽１３２は図示しない真空吸引装置に接続されており、蒸着のために必要な真空度に調整される。ガラス板である基板Ａは真空槽１３２内の基板ホルダー１２２にその下面が保持されている。さらに基板ホルダー１２２はブラケット１２０と昇降軸１２６を介して、真空槽外にあるモータ１２８に接続されている。昇降軸１２６は内部に上下方向に移動自在とするガイドと駆動部を有しており、基板ホルダー１２２を上下方向に自在に昇降させることができる。またモータ１２８の駆動により、昇降軸１２６以降のものが回転自在となる。したがって、昇降軸１２６とモータ１２８の動作により、基板Ａを、真空槽１３２内で自在に昇降させたり、水平面内で回転させることができる。
【００２１】
また、マスクホルダー１１２はＸ−Ｙガイド１１６に接続されている。Ｘ−Ｙガイド１１６は外壁１０８の上部に固定されている。Ｘ−Ｙガイド１１６は図示されていない駆動源によって、水平面内のＸ、Ｙ方向に自在に移動できるもので、その結果として、マスクホルダー１１２上の統合マスク１を水平面内で自在に移動させることができる。統合マスク１と基板Ａのアライメントマーク、または蒸着マスクの開口は外壁のルッキンググラス１０４を通して、外部に設けられたカメラ１３０によって検知され、その検知位置に応じてＸ−Ｙガイド１１６による水平移動とモータ１２８による回転で、統合マスク１と基板Ａとの位置決めが行われる。なお基板Ａのアライメントマーク位置検知時には、昇降軸１２６を下降させて、基板Ａを統合マスク１の上にのせた状態で行う。基板Ａを統合マスク１上にのせた状態での位置決めが完了したら、ブラケット１２０に対して図示しない駆動源によって昇降可能な押さえ部材１２４を下降させて基板Ａに接触させ、基板Ａと統合マスク１の密着度を上げる。なお、押さえ部材１２４の少なくとも一部を磁石として、金属あるいは磁性体からなる蒸着マスク２０を磁力により引きつけることで、基板Ａと統合マスク１との密着度を上げることも可能である。
【００２２】
また真空槽１３２内には蒸発源１３４が統合マスク１の真下に設けられている。この中に蒸着すべき材料をいれ、適切な温度に調整して、材料を蒸発させると、統合マスク１の各蒸着マスク２０の開口部３０を通過するもののみが基板Ａに蒸着されることになり、基板Ａに所定パターンの蒸着膜層を形成できる。さらに、基板への蒸着を任意に実施／停止するために、開閉可能な蒸着シャッター１１４が蒸発源１３４の上方に設けられている。なお基板Ａの真空槽１３２内外への搬出入は、開閉可能なシャッター１３６を開け、外壁１０８に設けられた搬出入口１３８を通して、移載装置２００を用いて行なう。
【００２３】
移載装置２００は、ベース２０２に対して昇降と回転自在なベース板２０４、ベース板２０４上をガイド２０６により自在に往復動可能なスライド板２１０より構成されており、基板Ａをスライド板２１０上のパッド２０８にのせて、これを可動範囲内の任意の位置に搬送することができる。
【００２４】
次に図３をもとに蒸着システム１００を使った蒸着方法について次に説明する。
まず、統合マスク１を真空槽１３２のマスクホルダー１１２に設置し、固定する。続いて統合マスク１のアライメントマーク６の位置をカメラ１３０によって検知し、図示していない画像処理装置によってその位置を認識して、記憶する。
【００２５】
次にシャッター１３６を開けて移載装置２００により基板Ａを基板ホルダー１２２に載置し、移載装置２００のスライド板２１０が真空槽１３２外にでたら、シャッター１３６を閉じ、図示しない真空ポンプを駆動して、真空槽１３２内を一定の真空度にする。ついで、昇降軸１２６を下降させて基板Ａを統合マスク１上に置き、ルッキンググラス１０４を通してカメラ１３０で基板Ａのアライメントマーク位置を検知する。次に昇降軸１２６を上昇させて基板Ａと統合マスク１を離接させた後、すでに検知している統合マスク１のアライメントマーク位置と基板Ａのアライメントマーク位置が合致するように、Ｘ−Ｙガイド１１６およびモータ１２８を所定量だけ移動、回転させる。
【００２６】
この位置あわせ作業が終わったら、カメラ１３０によって統合マスク１のアライメントマーク位置を検知するとともに、昇降軸１２６を再び下降させて基板Ａを統合マスク１上に載置して、カメラ１３０で基板Ａのアライメントマーク位置を検知する。この場合、統合マスク１のアライメントマーク６と基板Ａのアライメントマーク位置は演算で補正できるので、同じ位置にする必要はないが、両アライメントマーク位置が同じである方が、演算等の作業が省略されて簡単化できるので、好ましい。この時に検知した統合マスク１と基板Ａの各々のアライメントマークが合致していなければ、昇降軸１２６を上昇させて基板Ａを統合マスク１より離接し、同じくアライメントマークの位置あわせ作業を行う。基板Ａと統合マスク１のアライメントマーク６の検知と位置あわせ作業を繰り返して、アライメントマークが合致すれば、押さえ部材１２４を下降させて基板Ａを統合マスク１に押しつける。この押しつけ力は好ましくは、１０〜１００Ｎとする。
【００２７】
ついで、蒸発源１３４を加熱して有機物を蒸発後、蒸着シャッター１１４を開けて、基板Ａにマスクパターンにしたがった蒸着を行う。所定厚さの有機膜が形成できたら、蒸着シャッター１１４を閉じて蒸着を完了し、真空槽１３２内を大気圧にもどす。これと平行して押さえ部材１２４を上昇させた後、シャッター１３６を開けて移載装置２００によりマスクパターンで蒸着された基板Ａを取り出して次の工程に送る。
【００２８】
なお、真空槽１３２内を一定の真空度にするには時間を要するので、大気→真空→大気→真空の繰り返しのむだをなくして効率を向上させるために、移載装置２００も真空装置内にいれて、真空下内で全ての作業を行ってもよい。
【００２９】
次に統合マスク１を使った別の蒸着システムの実施例を、図４を用いて説明する。図４を見ると、蒸着システム４００がある。蒸着システム４００は、統合マスク１上に基板Ａを位置決め載置する位置決め装置３００と、基板Ａが統合マスクに各々のアライメントマークが合致した状態で載置される位置決め済み基板−マスク４２０を移載する移載装置２００、位置決め済み基板−マスク４２０を
装着して、それに有機物の蒸着を行う蒸着装置４０２よりなる。
【００３０】
まず位置決め装置３００は、統合マスク１を保持するマスク保持器３０２と、マスク保持器３０２を平面内（Ｘ−Ｙ方向）に自在に移動させるＸ−Ｙテーブル３０４、基板Ａを保持する基板保持器３０６、基板保持器３０６がブラケット３１８と昇降軸３１２を介して接続されている回転モータ３１４、回転モータ３１４を保持するフレーム３１６、フレーム３１６とＸ−Ｙテーブル３０４を支持する架台３０８、統合マスク１および基板Ａのアライメントマークを検知するカメラ３１０よりなる。以上の中で、昇降軸３１２は内部に上下方向に移動自在とするガイドと駆動部を有しており、基板保持器３０６を上下方向に自在に昇降させることができる。また回転モータ３１４は基板保持器３０６を自在に回転可能とする。
【００３１】
次に移載装置２００は、蒸着システム１００で説明したものと全く同じものである。そして、蒸着装置４０２は、真空槽４１６内に位置決め済み基板−マスク４２０が載置される載置台４０４、基板Ａを統合マスク１に一定力で押し付ける昇降自在な押さえ板４１２、有機物の蒸着源４０６、蒸着源４０６からの蒸発物が基板Ａに到達するのを妨げる開閉自在なシャッター４０８よりなる。ここで、押さえ板４１２は、真空槽４１６外で外壁４１８に固定された昇降シリンダー４１４に接続されており、この昇降シリンダー４１４の昇降動作により、自在な昇降動作が付与される。また、真空槽４１６は図示しない真空ポンプに接続されており、槽内を任意の真空度にすることができる。また位置決め済み基板−マスク４２０は、開閉可能な扉４１０を通して真空槽４１６内に導入される。
【００３２】
以上の蒸着システム４００を用いた基板Ａの蒸着は次のようにして行なう。
まず統合マスク１を位置決め装置３００のマスク保持器３０２に装着し、統合マスク１のアライメントマーク位置をカメラ３１０で検知する。つづいて基板Ａを基板保持器３０６に装着し、基板保持器３０６を下降させて基板Ａを統合マスク１上に載置する。そして基板Ａのアライメントマーク位置をカメラ３１０で検知した後、一旦基板Ａを基板保持器３０６で上昇させて、検知した基板Ａのアライメントマークと統合マスク１のアライメントマークが合致するようにＸ−Ｙテーブル３０４と回転モータ３１４を制御する。そして、再度両方のアライメントマーク位置を確認し、両者が一致するまで位置決め・アライメントマーク位置確認を繰り返す。最終的に両方のアライメントマーク位置の一致が確認できたら、基板Ａを統合マスク１上に載置した位置決め済み基板−マスク４２０を、基板保持器３０６から移載装置２００のパッド２０８上に載せかえ、蒸着装置４０２の扉４１０を開けて、載置台４０４上に置く。ついで押さえ板４１２を下降させて基板Ａを統合マスク１に所定の力で押し付ける。押しつけ力は１０〜３００Ｎが好ましい。この間に移載装置２００のスライド板２１０が真空槽４１６外へでたら扉４１０を閉め、図示しない真空ポンプを駆動して真空槽４１６内を所定の真空度にする。つづいて蒸着源４０６を加熱して有機物を蒸発させ、シャッター４０８を開いて統合マスク１上の基板Ａにマスクパターンに応じた有機物の蒸着を行う。
【００３３】
蒸着が完了したら、シャッター４０８を閉じ、真空槽４１６内を大気圧にもどした後、扉４１０を開いて蒸着された位置決め済み基板−マスク４２０を移載装置２００により取り出して、次の工程へ搬送する。
【００３４】
以上の中で、位置決め装置３００、移載装置２００も真空室内に置いてもよい。これによって常に真空下で基板Ａと統合マスク１の位置決め、搬送が行われるので、大気圧→真空、真空→大気圧にする時間が省略できて、生産性を大幅に向上できる。
【００３５】
さらに、統合マスクの好ましい別の実施態様を図５と図６を用いて説明する。図５は統合マスクの別の実施態様例である統合マスク５００の全体概略斜視図、図６は図５の統合マスク５００を各要素ごとに分解した斜視図である。
【００３６】
図５を見ると、統合マスク５００は、４つの蒸着マスク５２０をベース板５０２に、係合手段５４０で固定して構成されている。
【００３７】
ここで蒸着マスク５２０は、統合マスク１の蒸着マスク２０と同様に、蒸着パターンに応じて蒸着用開口５３２を配置した開口部５３０と、位置合わせ時の基準となる十字形状のアライメントマーク５２６を有するマスクプレート５２２が、フレーム５２４に固定されている。また蒸着マスク５２０には、係合手段５４０で押さえる耳部５２８が、蒸着マスク２０の端部に追加して設けられている。さらに蒸着マスク５２０は、ベース板５０２の中央部に設けた突起部５０４の上面５０８にあるアライメントマーク５０６を基準として、突起部５０４の左右に配置されている。アライメントマーク５０６は、図５では十字形状としているが、丸型の他、基準となりうるのであればいかなる形状でもよい。
【００３８】
また係合手段５４０は、Ｌ型状の押さえ板５４２、押さえ板５４２を軸５４８回りに回転自由に保持する保持台５４６、及び押さえ板５４２の片端Ｂ５５０を押し上げる圧縮バネ５４４より構成されている。そして、保持台５４６をベース板５０２に固定することにより、係合手段５４０はベース板５０２の開口部５１０周辺の任意の位置に配置することができる。さらに、圧縮バネ５４４の内側には、案内軸５５４が設けられている。この案内軸５５４は、外径を圧縮バネ５４４の内径より小さく、軸長さを圧縮バネ５４４の自由長よりも短くして、圧縮バネ５４４の位置がずれないようにするとともに、圧縮バネ５４４とベース板５０２を接触させて、バネ力が押さえ板５４２に付加されるようにしている。案内軸５５４は、押さえ板５４２に固定してもよいし、ベース板５０２に固定されていてもよい。
【００３９】
さて係合手段５４０は、保持台５４６の軸５４８の回りで回転自在に動作する押さえ板５４２の片端Ｂ５５０を圧縮バネ５４４により押し上げているので、押さえ板５４２の片端Ｂ５５０の反対側にある片端Ａ５５２では下向きの押さえ力が作用することとなる。したがって、押さえ板５４２の片端Ａ５５２の下に蒸着マスク５２０の耳部５２８を配置することにより、押さえ板５４２が一定力で耳部５２８をベース板５０２に押しつけることになり、摩擦力により蒸着マスク５２０をベース板５０２上で動かないように保持できる。また、押さえ板５４２の軸５４８に対して片端Ｂ５５０のある側を上側から押すか、軸５４８に対して片端Ａ５５２のある側を上側に引き上げるかして外力を付加すると、圧縮バネ５４４が縮み、押さえ板５４２の片端Ａ５５２と蒸着マスク５２０の耳部５２８の間にすきまが生じるので、蒸着用マスク５２０のベース板５０２への押しつけが開放されて、蒸着用マスク５２０はベース板５０２上を自在に移動できるようになる。このようにして保持力が解除されている間に、蒸着マスク５２０を移動させてベース板５０２上への位置決めを行う。これが完了したら、押さえ板５４２への外力の付加を解除し、圧縮バネ５４４により発生する押しつけ力で、再び蒸着マスク５２０をベース板５０２に押し付けて、保持・固定する。このように、係合手段５４０を用いれば、蒸着マスク５２０の固定・解放は自在に行えることとなる。また、蒸着マスク５２０の耳部５２８を押しつける押しつけ板５４２の片端Ａ５５２は、Ｌ型形状をなす押しつけ板５４２の短辺側に設けられている。ここで、耳部５２８のフレーム５２４の側面に直角方向の長さは、押しつけ板５４２のＬ型の短辺長よりも短くしているので、耳部５２８を片端Ａの真下（押しつけ板５４２のＬ型の短辺で覆われる部分）以外にずらす時に、上方には干渉するものがないので、蒸着マスク５２０を上側に持ち上げることができ、蒸着マスク５２０のベース板５０２への装着・取り外しが容易に行える。
【００４０】
なお統合マスクは、上記係合手段が蒸着マスクをベース板に固定する際に働く力の主方向が、ベース板に対する垂直線から±３０°、より好ましくは±５°以下の範囲となるよう、構成する各手段の構造を定める。このために、特に係合手段５４０の押さえ板５４２の片端Ａ５５２の、蒸着マスク５２０に耳部５２８を接触する部分は、Ｒ形状の面になっていることが好ましく、より好ましくはＲ＝１０〜１００ｍｍとする。上記の力の主方向が上記の範囲外にあると、蒸着マスクがベース板に位置決めされた位置からずれることがある。
【００４１】
統合マスクの材質としては、いかなるものを用いてもよいが、有機ＥＬ素子を製造するときの蒸着源からの放射熱によってマスク周辺の温度が上昇し、統合マスクの寸法が変化してパターニングする薄膜層のパターン精度が変化することを配慮して、統合マスクを構成する部材であるベース板、蒸着マスクすなわちマスクプレートとフレーム等は、熱膨張係数が好ましくは１×１０^-5以下、より好ましくは０．７×１０^-5以下、さらにより好ましくは０．４×１０^-5以下の材料を用いるのがよい。この条件を満たす材料にはインバー合金やモリブデン、チタン、コバール合金、ガラス、セラミックなどがあるが、入手の容易さと強度の点から、インバー合金、コバール合金がより好ましい。この低熱膨張係数材料を使用することによる上記効果は、製造開始から時間がたって構成部材の温度が上昇するときに、特に発現する。
【００４２】
またベース板の突起部は通常は同一の材料からベース板と一体形成されるが、ベース板と突起部を独立に製作して合体させる場合は特に、上記の熱膨張係数の範囲にある材料をベース板と突起部に用いるのが好ましい。
【００４３】
なお熱膨張係数は、長手方向の長さＬ0の部材をＴ℃だけ温度を上昇させた時の長手方向の長さＬを測定し、（Ｌ−Ｌ0）／Ｌ0／Ｔで算出する。単位は１／℃であり、この熱膨張係数に、変化温度と部材の長さを掛け合わせれば、その温度変化が生じた場合の部材の伸縮量が求められる。
【００４４】
次に、統合マスクを構成する各蒸着マスクのマスクプレートの厚さは、ストライプ状に伸びる開口間にあるマスク部の幅の３倍以下、より好ましくは２倍以下とし、具体的な厚さとしては、５００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下、さらにより好ましくは５０μｍ以下とする。またマスクプレートには、開口を横切る向きに補強線を設けたものを用いるのが好ましい。これによって、マスクプレートの開口ピッチが小さくてマスクプレート単体では剛性が不足し、たわみによる開口の変形が発生するのを、防止することができる。
【００４５】
マスクプレートの開口は電鋳法やエッチング法、機械的研磨法、サンドブラスト法、焼結法、レーザー加工法などいかなる方法で製作してもよいが、微細な開口を容易に製作できる点から、電鋳法を用いることが好ましい。これらの手法により作製されたマスクプレートに張力を加えると、高い平面性を維持した状態でフレームに固定された蒸着マスクが得られる。固定手段は特に限定されないが、接着剤を用いるのが簡便で、好ましい。そしてマスクプレートは適切な張力でフレームに固定されている時にのみ、マスクプレート自身の温度変化による伸縮を吸収できるので、熱膨張係数は１×１０^-5をこえることも許される。しかし、フレーム、ベース板にはそのような熱収縮の吸収メカニズムがいかなる場合にもないので、上記したように熱膨張係数は１×１０^-5以下であることが好ましい。
【００４６】
またマスクプレートの材質としては、通常ステンレス鋼、銅合金、鉄ニッケル合金、アルミニウム合金などの金属系材料、各種樹脂系材料が用いられるが、Ｎｉ合金等の磁性材料を使用するの好ましい。これはマスクプレートと基板との密着性を磁気力により向上させて、より精度の高いパターンを蒸着により形成できるからである。さらに、上記したように熱膨張係数が１×１０^-5以下であることをも満足する材料を用いることがより好ましい。
【００４７】
次に、統合マスクにおける各蒸着マスクの配置は、隣り合う蒸着マスク間にできる最大隙間が１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下となるようにする。ここで最大隙間は次のように定義する。まず、対象とする隙間は、ベース板面上で２つの隣り合う蒸着マスク間に作られる隙間とする。そしてその隙間を全て含むようにして、２本の平行線を配置する。この２本の平行線の間隔を、２つの隣り合う蒸着マスク間の隙間を全て含めることができる最小のものとし、そのときの２本の平行線の間隔を最大隙間とする。この蒸着マスク間の最大隙間が小さいほど、蒸着の無効スペースが小さくなり、同じ数の有機ＥＬ素子を得るために必要な１枚の基板の大きさが小さくて済む。この結果、基板のコストだけでなく、蒸着装置の大きさ縮小による装置コストも、低減することが可能となる。また品質的には、薄膜層の膜厚ムラも小さくできる。なお隣り合う蒸着マスク間に隙間ができる全ての場所で、最大隙間の値を１０ｍｍ下とするのが好ましいが、図５に示す統合マスク５００では、左右方向は隣り合う蒸着マスクの間に突起部５０４があるために、最大間隙を１０ｍｍ以下にするのは難しい。このような場合は、上下方向に隣り合う蒸着マスク間の最大隙間だけを１０ｍｍ以下としてもよい。
【００４８】
さらにまた、蒸着物がある入射角度をもつことによって発生する蒸着影による蒸着無効スペースも小さくするために、蒸着マスクのフレームやマスクプレートの開口部の断面をテーパー形状にすることも好ましい。
【００４９】
【実施例】
実施例１
発光層用の蒸着マスク用のプレートとして、外形が８４ｍｍ幅×１０５ｍｍ長、厚さ２５μｍ、熱膨張係数１×１０^-5のＮｉ合金を用意した。幅１００μｍで長さが６４ｍｍの長方形開口を、開口の長手方向（６４ｍｍの方向）がプレートの幅方向（８４ｍｍの方向）と一致するようにして、ピッチ３００μｍでプレートの長手方向に２７２個設けた。なお長方形開口はプレートの長手、幅方向ともプレートの中央になるようにし、さらに長手方向の上側端部より５ｍｍの直線上に、幅方向に対称となるようにピッチ３０ｍｍで十字形状のアライメントマークを２個設けて、蒸着マスクプレートを作成した。同様にして同じ蒸着マスクプレートを１６個作成した。
【００５０】
この蒸着マスクプレートを、全体の大きさ１０４ｍｍ幅×１０５ｍｍ長、熱膨張係数１．３×１０^-5のステンレス製フレーム２４（図１参照）の長手方向中央部にある取付部（外形８４ｍｍ幅×１０５ｍｍ長）に接着によりとりつけ、蒸着マスクを作成した。同様に同じ蒸着マスクを１６個作成した。なお蒸着マスクのフレーム２４のマスクプレート取り付け部は、厚さ１０ｍｍで、外形から４ｍｍを接着代として残して、その内側は７６ｍｍ幅×９７ｍｍ長の開口とした。またフレーム２４の幅方向の両端１０ｍｍは厚さ５ｍｍで、固定用のφ５ｍｍの穴を片側２ヶ所づつ、合計４ヶ所設けた。
【００５１】
次に４４１ｍｍ幅×４５５ｍｍ長、厚さ５ｍｍ、熱膨張係数２×１０-5 のアルミ製板に、７６ｍｍ幅×９５ｍｍ長の開口を、幅方向に左端部より１９ｍｍの位置のところから１０９ｍｍピッチで４列、長手方向に上端部より２０ｍｍの位置から１１０ｍｍピッチで４列の合計１６個設けたものを、図１のベース板２とした。そして、それに上記の蒸着マスク１６個を、各々の蒸着マスクの開口がベース板２の開口の中央になるように配置した。この時の隣り合う蒸着マスク間の最大隙間は、ベース板２上で幅方向に５ｍｍ、長手方向に９ｍｍであった。さらに蒸着マスク１個に対して４本の係合手段で、各蒸着マスクをベース板上に固定して、統合マスク１を作成した。なおベース板の長手方向上部端部１０ｍｍは厚さ１５ｍｍとなっており、その上面にアライメントマークとして直径１ｍｍで深さ５ｍｍの穴を幅方向の中央部に３０ｍｍのピッチで、上部端部より５ｍｍの位置に中心がくるように２個設けた。アライメントマークのある面は、ベース板に取り付けた蒸着マスク１の上面と同じ高さになった。また係合手段はステンレス製で、押さえ棒４２の頭部は直径８ｍｍ、ベース板の穴に貫通させる部分は直径４ｍｍであり、圧縮バネ４４にはバネ定数１０Ｎ／ｍｍのものを使用して、一個の蒸着マスクを１００Ｎの力でベース板に押し付けるようにした。またこの時、ベース板のアライメントマークを基準にして、各蒸着マスクのアライメントマークが所定位置にくるように、蒸着マスクの位置調整も行った。
【００５２】
つぎにこの統合マスク１を緑色発光層用として、緑色発光層用蒸着装置１０２のマスクホルダー１１２に装着した。次に緑色発光層用統合マスクの蒸着マスクプレート上の１００μｍ幅×６４ｍｍ長の開口の全ての位置を、プレート長手方向に１００μｍ（１ピッチ分）だけをずらす他は、緑色発光層用統合マスクと全く同じにして赤色発光層用統合マスクを作成するとともに、緑色発光層用統合マスクの蒸着マスクプレート上の１００μｍ幅×６４ｍｍ長の開口の全ての位置を、プレート長手方向に２００μｍ（２ピッチ分）だけをずらす他は、緑色発光層用統合マスクと全く同じにして青色発光層用統合マスクを作成した。これにより、全て発光層の蒸着準備を完了した。
【００５３】
次に、厚さ１．１ｍｍで外形が４５７ｍｍ幅×４５５ｍｍ長の無アルカリガラス表面にＩＴＯ透明電極膜を１３０ｎｍだけスパッタリングにて全面形成した。ここで、基板幅方向に並行して長さが９０ｍｍ、幅が８０μｍのストライプ形状を基板長手方向に１００μｍピッチで８１６本配列した１単位のストライプ列を、基板幅方向に１０９ｍｍピッチ、基板長手方向に１１０ｍｍのピッチで合計１６単位配列させたものを残すように、この形状にパターニングされたシャドーマスクを用いてフォトリソ法で、第１電極を形成した。なお、ガラス端部から最寄りのストライプ列までの距離は、基板幅方向に２０ｍｍ、長手方向に２２ｍｍとした。
【００５４】
続いて本基板上全面にポジ型フォトレジスト（東京応化（株）製、ＯＦＰＲ−８００）をスピナーにより厚さ３μｍになるように塗布した。乾燥後この塗布膜にフォトマスクを介して露光、現像してフォトレジストのパターニングを行った後、１８０℃でキュアを行って、１６個の有機ＥＬ素子の有効発光エリア（第１電極と後のＲ、Ｇ、Ｂ発光層が占める領域）を全面を覆うように、それぞれに対応して１６単位のスペーサを形成した。なお１単位のスペーサでは、基板長手方向（第１電極に直交する方向に）に長さ６５μｍ、基板幅方向に長さ２３５μｍの開口部（スペーサーの存在しない部分）を、基板長手方向には第１電極の中央部が露出するように１００μｍピッチで８１６個、基板幅方向に第１電極にそって３００μｍピッチで２００個の格子状に配置した。またこの開口部最左端は、第１電極左端部より基板幅方向にそって１５ｍｍの位置になるようにした。
【００５５】
次に１６個ある有機ＥＬ素子の有効発光エリア全面に、銅フタロシアニンを１５ｎｍ、ビス（Ｎ−エチルカルバゾール）を６０ｎｍを蒸着して、正孔輸送層を形成した。蒸着時の真空度は２×１０^-4Ｐａ以下とし、蒸着中は基板を蒸着源に対して回転させた。
【００５６】
次に発光層を蒸着するために、蒸着装置に装着した統合マスク１のアライメントマーク位置をカメラによってまず検知した。つづいて基板ホルダー１２２に、移載装置２００から正孔輸送層まで蒸着したガラス基板をのせた後、真空ポンプを駆動して、蒸着槽内の真空度を１×１０^-4Ｐａにした。所定の真空度がえられてから、基板ホルダー１２２を下降させて、基板ホルダー１２２上のガラス基板を統合マスク１上に載置した。このガラス基板の長手方向上部端部には基板幅方向の中央に幅方向ピッチ３０ｍｍで、基板長手方向上部端部より５ｍｍの位置に中心がくるように直径１ｍｍの貫通穴がアライメントマークとして２ヶ所設けられているので、そのアライメントマーク位置を検知して、統合マスク１のベース板に設けられているアライメントマークと一致するようにガラス基板と統合マスク１の位置合わせを行った。位置合わせ完了後押しつけ部材でガラス基板を統合マスク１に２０Ｎの力で押し付け、つづいて蒸着源を加熱し、緑色発光層として、０．３ｗｔ％の１，３，５，７，８，−ペンタメチル−４，４−ジフロロ−４−ボラ−３ａ，４ａ−ジアザ−ｓ−インダセン（ＰＭ５４６）をドーピングした８−ヒドロキシキノリン−アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）を、統合マスクのパターンにしたがって２０ｎｍ蒸着した。
【００５７】
次に蒸着された基板を取り出し、赤色発光層用統合マスクが装着されている別の蒸着装置に移載し、緑色発光層の場合と同じく基板と統合マスクの位置合わせを行った後、１×１０^-4Ｐａの真空下で赤色発光層として１ｗｔ％の４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６（ジュロリジルスチリル）ピラン（ＤＣＪＴ）をドーピングしたＡｌｑ３を１５ｎｍ蒸着した。つづいて、基板を青色発光層用統合マスクが装着されているさらにまた別の蒸着装置に移載し、同様に基板と統合マスクの位置合わせを行った後、１×１０^-4Ｐａの真空下で青色発光層として４,４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ジフェニル（ＤＰＶＢｉ）を２０ｎｍ蒸着した。
【００５８】
この発光層はストライプ状の第１電極に各々対応しており、第１電極の露出部分を完全に被覆した。
【００５９】
次にＤＰＶＢｉを４５ｎｍ、Ａｌｑ３を１０ｎｍ、１６個ある有機ＥＬ素子の有効発光エリア全面にそれぞれ蒸着した。つづいて、基板長手方向（第１電極に直交する方向）に長さ１００ｍｍ、基板幅方向に２５０μｍで厚さ２４０ｎｍであるアルミニウムのストライプを、基板幅方向にピッチ３００μｍで２００本配置したストライプ列を１単位とし、これを先に作成した基板上のスペーサの開口部を覆うように幅方向ピッチ１０９ｍｍ、基板長手方向ピッチ１１０ｍｍで、１６単位配置できるようアルミニウムの蒸着を行い、第２電極を形成した。なお蒸着時の真空度は３×１０^-4Ｐａ以下とした。そして最後に一酸化珪素を２００ｎｍの厚さに電子ビーム蒸着法によって全面蒸着し、保護層を形成した。
【００６０】
以上のようにして１６個の発光素子が形成された基板を切断して、１６個の発光素子に分割した。各々の発光素子には、８１６本のＩＴＯストライプ状第１電極上にパターニングされたＲＧＢそれぞれの発光層を含む薄膜層と、さらに第１電極と直交するするように２００本のストライプ状第２電極が形成された。第１、第２電極の交差部分のうち、スペーサーの開口部のみが発光し、ＲＧＢ各１つずつの発光単位が１画素を形成するので、３００μｍピッチで２７２×２００画素を有する単純マトリックス型カラー有機ＥＬ素子が製作できた。製作した有機ＥＬ素子の発光性能は１６個ともディスプレイとして用いることができるものであった。また蒸着マスクを分割して発光層を蒸着したので、１６個全て同一寸法精度と性能をもつ発光素子を製作することができた。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂ各発光層の位置ずれは５μｍ以下であり、１６個の有機ＥＬ素子のいずれもがそのようになっていた。比較のために、１６個の有機ＥＬ素子に相応する蒸着パターンを一枚の板に作成した蒸着マスクを使用して、有機ＥＬ素子を製造したが、Ｒ、Ｇ、Ｂ各発光層の位置ずれが、１６個の各有機ＥＬ素子で異なり、５〜２００μｍあった。そのため実際に実用にディスプレイとして用いることができたのは、２個だけであった。
【００６１】
実施例２
実施例１で、フレーム２４に熱膨張係数０．５×１０^-5のコバール合金、ベース板２にも同じく熱膨張係数０．５×１０^-5のコバール合金を用いた他は、実施例１と全く同じようにして有機ＥＬ素子を製作した。このときのＲ、Ｇ、Ｂ各発光層の位置ずれは３μｍ以下となり、１６個の有機ＥＬ素子のいずれもがそのようになっていた。なおこの精度は製作開始２４時間後も変化がなく、長期にわたって高精度を維持できた。
【００６２】
なお、本実施例ではＲＧＢ発光層のパターニングに際して、それぞれ異なる３個の統合マスクを対応させたが、１個の統合マスクと基板との位置関係を第１電極のピッチ分だけ移動させて、ＲＧＢそれぞれの発光層を蒸着することでパターニングすることも可能である。
【００６３】
また、第２電極のパターニングにも統合マスクを用いたマスク蒸着法を適用したが、基板上にあらかじめ隔壁を形成しておき、隔壁の影を利用することで蒸着マスクを用いずに、第２電極をパターニングする隔壁法を適用することもできる。さらに、蒸着後に公知技術を用いて封止を行うこともできる。
【００６４】
さて、本実施例では単純マトリックス型カラー有機ＥＬ素子を製作したが、発光層の微細パターニングを省略することでモノクロ有機ＥＬ素子を製作することもできる。また、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）などからなるスイッチング素子があらかじめ備えられた基板を用い、統合マスクを用いて発光層をパターニングすることによって、アクティブマトリックス型カラー有機ＥＬ素子を製作することも可能である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明になる統合マスクによれば、所定の蒸着用開口配列をもつ蒸着用マスクをベース板上に両者の基準マークをもとに多数配置し、かつ固定・開放が自由な手段によって保持する構成を有しているので、多数の蒸着マスクを高い精度で所定位置に配置することがが可能となる。
【００６６】
さらに構成部材に熱膨張係数が１×１０^-5以下のものを含むようにしているので、蒸着源からの放射熱によるパターン精度の変化を最小限度におさえることができる。また、隣り合う蒸着マスク間の最大間隙を１０ｍｍ以下とするから、蒸着の無効スペースが小さく、同数の有機ＥＬ素子をえるガラス基板の大きさを最小にでき、材料費の節減が行える。
【００６７】
さらに本発明になる有機ＥＬ素子の製造方法および製造装置によれば、上記の統合マスクを用いて基板と位置決め、並びに発光層や第２電極の薄膜層の蒸着を行うのであるから、薄膜層を蒸着する基板の大きさに関係なく、高い寸法精度で所定のパターンに薄膜層を蒸着することが可能となり、一枚の基板に多数の有機ＥＬ素子を形成する、いわゆる多面取りが高精度のパターン精度で行うことができ、高品質の有機ＥＬ素子を高い生産性で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る統合マスク１の全体概略斜視図。
【図２】図１の統合マスクを各要素ごとに分解した斜視図。
【図３】統合マスクを用いた蒸着装置の一実施例を示す正面断面図。
【図４】統合マスクを用いた蒸着装置の別の実施例を示す正面断面図。
【図５】本発明にかかる別の実施態様である統合マスク５００の全体概略斜視図
【図６】図５の統合マスクを各要素ごとに分解した斜視図
【符号の説明】
１統合マスク
２ベース板
６アライメントマーク
１０開口
２０蒸着マスク
２２マスクプレート
３０開口部
３２蒸着用開口
４０係合手段
４２押さえ棒
４４圧縮バネ
４６留め金
１００蒸着システム
１０２蒸着装置
１０４ルッキンググラス
１０６蒸着シャッター
１０８外壁
１１０ブラケット
１１２マスクホルダー
１１６Ｘ−Ｙガイド
１２０ブラケット
１２２基板ホルダー
１２４押さえ部材
１２６昇降軸
１２８モータ
１３０カメラ
１３２真空槽
１３４蒸発源
１３６シャッター
２００移載装置
２１０スライド板
２０８パッド
４００蒸着システム
４０２蒸着装置
３００位置決め装置
３０２マスク保持器
３０６基板保持器
３１４回転モータ
４１６真空槽
４０４載置台
４０６蒸着源
４０８シャッター
４１２押さえ板
４２０位置決め済み基板−マスク
５００統合マスク
５０２ベース板
５０６アライメントマーク
５１０開口
５２０蒸着マスク
５２２マスクプレート
５２８耳部
５３０開口部
５３２蒸着用開口
５４０係合手段
５４２押さえ板
５４４圧縮バネ
５４６保持板
５４８軸
５５０片端Ｂ
５５２片端Ａ

Claims

蒸着パターンに対応した蒸着用開口配列群をもつ複数の蒸着マスクが、複数の開口部を有するベース板に、各蒸着マスクの前記蒸着用開口配列群が前記開口部の上側に位置するように配置されており、かつ前記蒸着マスクは前記ベース板に任意に固定・開放自由な係合手段によって固定されているとともに、前記蒸着マスクを前記ベース板に位置決めするための基準アライメントマークを前記ベース板上に有し、さらに前記任意に固定・開放自由な係合手段は圧縮バネの力で蒸着マスクをベース板に押しつけて摩擦力による保持、固定と、蒸着マスクのベース板への押しつけを解除して蒸着マスクをベース板上を自在に移動させること、とを行えるものであることを特徴とする統合マスク。
請求項１記載の統合マスクと、蒸着が施される基板を、前記統合マスクの基準アライメントマークを基準にして、蒸着室内で位置決めを行ってから、マスク蒸着により薄膜層をパターニングする工程を有して有機ＥＬ素子を製造することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
請求項１に記載の統合マスクと、蒸着を施す基板とを、前記統合マスクの基準アライメントマークを基準にして、位置決めを行ってから、位置決めを完了した統合マスクと基板を蒸着室にいれ、マスク蒸着により薄膜層をパターニングする工程を有して有機ＥＬ素子を製造することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
前記薄膜層はＲ、Ｇ、Ｂの発光層であることを特徴とする請求項２または３記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
請求項１載の統合マスクと、蒸着が施される基板を、前記統合マスクの基準アライメントマークを基準にして、位置決めを行う位置決め装置と、マスク蒸着により薄膜層をパターニングする蒸着装置を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造装置。