JP4592261B2 - メタルマスクの溶接固定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷用メタルマスク、蒸着用メタルマスクのように、額縁状のフレームに固定して使用するメタルマスクのフレームへの溶接固定方法に関し、特に、有機ＥＬ素子製造における蒸着工程に用いるのに好適なメタルマスクのフレームへの溶接固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
実用新案登録第３０８２８０５号公報
従来より、基板に対する印刷や蒸着のためにメタルマスクが使用されており、多くの場合、そのメタルマスクは額縁状のフレームに固定して使用されている。
メタルマスクをフレームに固定する方式としては、接着剤を用いた方式、溶接を用いた方式等がある（特許文献１参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年メタルマスクに形成しているパターンを微細化し且つメタルマスクの板厚自体も薄くすることが要望されている。例えば、有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極の形成のための真空蒸着に用いるメタルマスクとして、多数のスリットを一定間隔で平行に配列したパターン部を備えたものが使用されているが、そのスリット幅及びスリット間隔を微小とし且つ板厚を薄くすることが要望されている。ところが、このように微細なパターンを備えた薄いメタルマスクを額縁状のフレームに固定する際、単にメタルマスクをフレーム上に置いて接着剤により或いは溶接によって固定しただけでは、メタルマスクにゆがみやたるみが生じた状態となってしまい、所望のパターンが得られないことが判明した。そこで、本発明者等はメタルマスクに生じるゆがみやたるみを防止すべく検討の結果、メタルマスクをフレームに取り付けるに先立って、メタルマスクに縦横両方向の張力を付与してメタルマスクを平坦に引き伸ばした状態とすることで、メタルマスクにゆがみやたるみの無い平坦な状態とすることが可能であり、且つその状態でメタルマスクをフレームにスポット溶接等で溶接固定することで、固定後においてもメタルマスクに適度な張力が残り、メタルマスクがゆがみやたるみの無い平坦な状態に保持され、高精度で所望の微細なパターンを確保できることを見出した。
【０００４】
ところが、このようにメタルマスクを、張力を付与した状態でフレームに対してスポット溶接等によって溶接固定する際に新たな問題点のあることが判明した。すなわち、メタルマスクを張力を付与した状態でフレームに固定するには、メタルマスクをフレームの外形よりも大きいサイズに作成しておき、そのメタルマスクの、フレームよりも外側に位置する周辺部分を適当なクランプでつかんで引っ張り、その状態でメタルマスクをフレーム上面に載せメタルマスクの上からレーザ光照射等によってスポット溶接することとなるが、その際フレームの、メタルマスクを溶接固定すべき位置はメタルマスクに覆われ、目視で確認することは非常に困難となる。フレームの構造によっては、フレーム上面の狭い領域にメタルマスクをスポット溶接しなければならないことがあるが、その狭い領域を目視できない状態でスポット溶接すると溶接位置がずれる恐れがあり、溶接位置がずれた場合はメタルマスクをフレームから剥がして再溶接しなければならないという問題があった。なお、接着剤を用いる場合には、あらかじめフレーム側に接着剤を塗布しておけばよいので、このような問題は生じないが、接着剤では接合強度が不足し、メタルマスクを所望の張力をかけた状態に保持できないので、採用できない。
【０００５】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、フレームよりも大きいサイズのメタルマスクに張力を付与してメタルマスクの上に配置した状態であっても、そのメタルマスクをフレームの所定の溶接固定位置に、メタルマスクの上面側からスポット溶接等によって溶接固定することを可能としたメタルマスクの溶接固定方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フレームよりも縦横両方向ともに大きいサイズを有するにもかかわらず、前記フレームの上に配置し、上面側からの溶接操作によってフレームの所定の溶接固定位置に溶接固定することができるようにするため、メタルマスクにあらかじめ、前記フレームの溶接固定位置に対応する位置を示すようにマークを付しておき、そのメタルマスクを、額縁状のフレームの上に位置決めして配置し、前記メタルマスクの上面側から前記メタルマスクに付しているマークを案内として前記メタルマスクをフレームに溶接固定するという構成としたものであり、これによって容易にメタルマスクをフレームの所定の溶接固定位置に溶接固定できる。
前記メタルマスクをフレームに溶接固定する際には、前記メタルマスクに縦横両方向の張力を加えてゆがみやたるみの無い平坦な状態に保持しておくことが好ましく、これによって、きわめて微細なパターンを備えた、且つ薄いメタルマスクでもゆがみやたるみの無い平坦な状態でフレームに固定でき、このメタルマスクを用いて印刷や蒸着を行うことで、正確なパターンでの印刷や蒸着を行うことができる。
【０００７】
ここで、前記マークは、ハーフエッチングによって形成することが好ましい。
一般にメタルマスクのパターニングにはエッチングが用いられるので、そのパターンのエッチングと同時にマークをハーフエッチングによって形成することで、メタルマスクの製造工程を簡略化できる。
【０００８】
前記メタルマスクに形成するマークは、溶接固定すべき位置を直接示すものでもよいが、前記フレームの各辺における溶接固定位置が一直線上に並んでいる場合には、前記メタルマスクに形成するマークとして、各辺における溶接固定位置の始点と終点を指示するものとしてもよく、これによってメタルマスクに形成するマークの個数を少なくして製造工程を簡略化できる。
【０００９】
本発明方法で取り扱うメタルマスクの用途は、任意の印刷、蒸着等に用いることができるが、特に好適な用途として、有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極の蒸着を挙げることができる。この用途ではきわめて微細なパターンが要求されるので、本発明適用の効果が大きい。また、その際、メタルマスクには複数のパターン部を設けておくことが好ましく、それによって、多面付けの蒸着を行うことが可能となり、生産性を上げることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、有機ＥＬ素子製造工程における蒸着に用いる多面付けのメタルマスクを例にとって本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に用いるメタルマスク及びそれを取り付けるフレームの概略斜視図、図２はメタルマスクをフレームに固定した状態で示す概略斜視図である。図１、図２において、１はメタルマスク、２はそのメタルマスク１を支持するための額縁状のフレームである。メタルマスク１は、インバー材、ステンレスなどの金属薄板で形成され、多数の微細なスリットを平行に並べて形成したパターン部３を複数個備えている。更に、図１に示すように、フレーム２に取り付ける前のメタルマスク１は、その４辺の側縁部分１ｂを適当なクランプでつかんで張力を加えた状態で、フレーム２の上に配置してスポット溶接することができるよう、フレーム２よりも縦横両方向ともに大きいサイズに作っている。また、フレーム２に固定した後、４辺の不要な側縁部分１ｂを容易に除去してその内側の有効部分１ａをフレーム２上に残すことができるよう、有効部分１ａを取り囲む位置に、折り曲げることなどによって容易に切断することができるよう、ハーフカット、ミシン目などの易切断線４を形成している。なお、易切断線４は、メタルマスク１に加える引張力には耐え得る強度は備えている。フレーム２は、メタルマスク１の多数のパターン部３を形成した領域を包含する大きさの開口部５を備えた額縁状のものである。更に、フレーム２は張力を加えた状態のメタルマスク１を固定した後においても、そのメタルマスク１の張力によってたわんでメタルマスクにゆがみやたるみが生じることがないよう、また、保管時、蒸着機への取付時、蒸着操作時などの取り扱い時においても常にメタルマスク１を平坦な状態に保持しうるよう、大きい剛性を備えたものであり、その剛性を付与するため、フレーム２には十分な厚さ及び幅を持たせている。フレーム２の材料としては、通常、ステンレス、インバー材などの金属材が使用される。
【００１３】
更に、図１に示すように、メタルマスク１には、そのメタルマスク１をフレーム２の上に配置し、メタルマスク１の上面からレーザ照射等によってスポット溶接する際に、そのスポット溶接する位置を案内するためのマーク７を付している。このマーク７は、フレーム２の上面に二点鎖線で示す溶接固定位置８（メタルマスク１をスポット溶接して固定すべき位置）に対応する位置を示すことができるように設けており、これによって、メタルマスク１をフレーム２に対する所定位置に位置決めして配置し、マーク７を案内としてメタルマスク１の上面からレーザ照射等によってスポット溶接することで、そのメタルマスク１をフレーム２の溶接固定位置８に正しくスポット溶接することができる。ここで用いるマーク７は、スポット溶接すべき位置を直接示すものでもよいし、フレーム２の各辺における溶接固定位置８が一直線上に並んでいる場合には、各辺におけるスポット溶接の始点と終点を指示するものでもよい。図１の実施形態では、マーク７はスポット溶接位置を直接示すように形成されている。また、図３（ａ）、（ｂ）の実施形態では、マーク７はスポット溶接の始点と終点を指示するように形成されている。マーク７は、目視できるものであれば、その形態は自由であり、例えば、ハーフエッチングで形成したもの、罫書きで形成したもの、インキで描いたもの等任意であるが、なかでもハーフエッチングで形成したものを用いると、パターン部３のエッチングと同時に形成できるので、好ましい。
【００１４】
メタルマスク１の厚さ、パターン部３の寸法、それに形成したスリットの寸法等は特に限定するものではないが、代表的なものとして、メタルマスク１の厚さは３０〜２００μｍ、パターン部３の寸法は長さが５０〜７０ｍｍ、幅が３０〜５０ｍｍ、スリットの幅は５０〜１００μｍ、スリットを構成する金属細線の幅は１００〜１５０μｍ等を例示できる。また、フレーム２の厚さとしては、２ｍｍ〜３０ｍｍ程度を例示でき、幅（開口部５の内周面とフレーム外周面との距離）としては、５ｍｍ〜５０ｍｍ程度を例示できる。
【００１５】
次に、メタルマスク１のフレーム２に対する取り付け方法を説明する。図４はフレームに対してメタルマスクを取り付けるために使用するメタルマスク取付装置を概略的に示すものである。図４において、まずフレーム２（図示は省略）を、メタルマスク取付装置の支持台上の所定位置に位置決めして固定し、次いでそのフレーム２の上にメタルマスク１を乗せ、そのメタルマスク１の４辺のそれぞれを、複数のクランプ１１で把持させ、各クランプ１１に連結しているエアシリンダ等の駆動手段１２を作動させて、各クランプ１１を矢印で示すように縦横方向に引っ張り、メタルマスク１に引張力を加える。ここで、メタルマスク１の４辺にそれぞれ設けている複数のクランプ１１は、パターン部３の列と、パターン部の無い領域とに合わせて配置しており、従って、メタルマスク１のパターン部３を形成した領域と、パターン部の無い領域とをそれぞれ別個のクランプ１１で引っ張ることが可能であり、これによって、メタルマスク１の剛性の異なる領域をそれぞれ別個のクランプ１１で引っ張って張力調整することができる。そして、この張力調整により、剛性の異なる領域を備えたメタルマスク１をゆがみやたるみのない平坦な状態で且つパターン部３のスリットが平行に引き揃えられた状態に調整する。次いで、このメタルマスク１をクランプ１１による張力を付した状態で、フレーム２に対して縦横方向の所定位置となるように位置決めする。この位置決めは、メタルマスク１に位置決め用のマークを付しておき、その位置決め用のマークが所定位置となるようにメタルマスク１の位置調整を行うことで実施できる。その後、メタルマスク１に形成しているマーク７を案内として、スポット溶接機（図示せず）によってレーザ照射によるスポット溶接を行う（図中、符号２０はスポット溶接跡を示す）。これにより、メタルマスク１をフレーム２に対して所定の溶接固定位置８（図１参照）に溶接固定することができる。その後、クランプ１１を外し、メタルマスク１の不要な側縁部分１ｂを易切断線４を利用して除去する。以上により、図２に示すように、フレーム２にメタルマスク１を固定した蒸着用のマスク組立体９が形成される。
【００１６】
得られたマスク組立体９では、メタルマスク１がゆがみやたるみの無い状態で且つパターン部３のスリットが正確に平行に揃った状態に保たれている。その後、このマスク組立体９を用いて、所定の蒸着操作を行う。すなわち、このマスク組立体９に被蒸着基板を取り付け、蒸着機にセットし、有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極の蒸着を行う。これにより、微細なパターンの蒸着を高精度で行うことができ、高品質の有機層又はカソード電極を形成できる。
【００１７】
なお、上記した実施の形態では、メタルマスク１をフレーム２に固定する際に、メタルマスク１に張力を付与してゆがみやたるみの無い平坦な状態としているが、メタルマスクによってはこのような張力を付与する必要がない場合もある。本発明はこの場合にも適用可能である。すなわち、メタルマスクに張力を加えない場合であっても、メタルマスクをフレーム上に置いて上面からスポット溶接する際、フレーム上面を目視して確認できないので、メタルマスクに溶接位置を示すマーク付しておくことにより、そのマークを基準としてスポット溶接することで容易にフレームの所定位置に溶接固定することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明はメタルマスクにあらかじめ、溶接位置を案内するマークを付しているので、そのマークに従って溶接を行うことにより、メタルマスクをフレームに対する所定の溶接固定位置に溶接固定することができ、溶接作業が容易となって作業時間を短縮でき、また溶接位置のずれが無くなるので再溶接が不要となるといった効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に用いるメタルマスク及びそれを取り付ける対象のフレームを示す概略斜視図
【図２】フレームにメタルマスクを固定した構造のマスク組立体の概略斜視図
【図３】（ａ）、（ｂ）はメタルマスクの変形例を示す概略平面図
【図４】メタルマスク取付装置において、メタルマスクをフレームに取り付ける状態を示す概略平面図
【符号の説明】
１ メタルマスク
１ａ 有効部分
１ｂ 側縁部分
２ フレーム
３ パターン部
４ 易切断線
５ 開口部
７ マーク
９ マスク組立体
１１ クランプ
１２ 駆動手段（エアシリンダ）
２０ スポット溶接跡

Claims (3)

1. 額縁状のフレームよりも縦横両方向ともに大きいサイズを有し、前記フレームの上に配置し、上面側からの溶接によって前記フレームに固定されるメタルマスクであって、表面に溶接固定すべき位置を案内するマークを付しているメタルマスクを、額縁状のフレームの上に位置決めして配置し、前記メタルマスクの上面側から該メタルマスクに付しているマークを案内として前記メタルマスクを前記フレームに溶接固定することを特徴とするメタルマスクの溶接固定方法。
2. 前記メタルマスクをフレームに溶接固定する際に、前記メタルマスクに縦横両方向の張力を加えてゆがみやたるみの無い平坦な状態に保持しておくことを特徴とする請求項１記載のメタルマスクの溶接固定方法。
3. 前記メタルマスクが、有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極の蒸着用の複数のパターン部を備えた多面付けのメタルマスクであることを特徴とする請求項１又は２記載のメタルマスクの溶接固定方法。

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