JP4867255B2

JP4867255B2 - 有機ｅｌ用メタルマスク及び有機ｅｌ素子の製造方法

Info

Publication number: JP4867255B2
Application number: JP2005281291A
Authority: JP
Inventors: 宏史土居; 剛広西
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP2007095411A

Description

本発明は、有機ＥＬ層などの形成に用いられるメタルマスクに関するものであり、特に、蒸着膜のピッチのズレ、基板表面の損傷、及び蒸着膜の損傷を発生させることのない有機ＥＬ用メタルマスクに関する。

有機ＥＬ素子は、自発光型であるため視野角依存性がなく視認性に優れていること、応答速度が速いため動画表示に適していること、構造が簡単で軽く薄くできること、などが他のディスプレイと比べ大きな特徴といわれている。
低分子系有機ＥＬ素子の場合、低分子系有機ＥＬ素子を構成する陽極と陰極は無機薄膜であるが、陽極と陰極以外の有機ＥＬ層はすべて有機薄膜で形成されている。

この有機ＥＬ層は、正孔輸送層と電子輸送層とで発光層を挟んだ３層構造が一般的である。各有機薄膜は、厚みが数十ｎｍ程度で形成され、３層の厚みの合計は１００〜２００ｎｍ程度で非常に薄い。各有機薄膜は、多くの場合、真空蒸着法によって緻密なアモルファス状態で形成されている。
また、陰極の材料は、水や酸素に対し弱い金属材料であるために、フォトリソグラフィ法などの方法で陰極をパターニングすることは難しく、一般には真空蒸着法によってパターン状に膜の形成をおこなっている。

有機ＥＬ層などを真空蒸着法によって基板上に所定のパターンに形成する際には、多くの場合、金属製のメタルマスクが用いられる。メタルマスクには蒸着するパターンに対応した所定の開口部が多数個形成されている。
真空蒸着時には、基板とメタルマスクを略密着させ、開口部を通過した蒸着物質は基板上にパターン状の蒸着膜として形成される。

図１は、真空蒸着によってパターン状の蒸着膜が形成される際の、真空槽内での基板（１０）とメタルマスク（２０）との関係の一例を拡大して説明する断面図である。
図１に示すように、基板（１０）とメタルマスク（２０）は、略密着させた状態に配置されている。図１中、下方の蒸発源（図示せず）からの、蒸着させる材料の蒸気流（４０）は、メタルマスク（２０）の開口部（２１）を通過して基板（１０）の表面上に堆積し、パターン状の蒸着膜（１１Ａ）として形成される。この際の基板（１０）とメタルマスク（２０）の間隔（Ｄ１）は１〜２μｍ程度である。

図２は、有機ＥＬ層などの形成に用いられる蒸着マスクの一例を示す平面図である。また、図３は、図２における蒸着マスクのＡ−Ａ’線での断面図である。
図２、及び図３に示すように、有機ＥＬ層などの形成に用いられる蒸着マスク（３０）は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０）、インバールなどを用いた金属製の本枠（３１）の上面に、インバールなど金属製のメタルマスク（２０）がテンションをかけて貼り付けされたものである。

従来、有機ＥＬ素子の製造コストを下げるため、１枚の基板上に多数個の有機ＥＬ素子を面付けして形成した後、断裁して個々の有機ＥＬ素子を得ている。そのため、メタルマスク（２０）においても、個々の有機ＥＬ素子の画面表示領域となる対角２〜３インチ程度の表示部（２３）が多数個面付けされている。
図２においては、メタルマスク（２０）に多数個面付けされた表示部（２３）の大多数は省略してある。

また、図２、及び図３においては、表示部（２３）内に形成されている開口部は図示してないが、図１に断面で示すメタルマスク（２０）の開口部（２１）は、図３に示す表示部（２３）内の一部分を更に拡大した際の開口部の断面に相当する。
蒸着時に蒸着物質を通過させる開口部（２１）は、予め、例えば、フォトエッチング法によって表示部（２３）内に形成される。

金属製の本枠（１１）の大きさは、例えば、横（ａ）５０ｃｍ、縦（ｂ）５０ｃｍ程度で、本枠（１１）のＢ−Ｂ’線での断面は、高さ（ｃ）１５〜２０ｍｍ、巾（ｄ）３０〜４０ｍｍ程度のものである。また、メタルマスク（１２）の厚さ（ｅ）は、５０〜２００μｍ程度のものである。
また、メタルマスクに形成される開口部（２１）のパターン精度としては高いものが要求されており、例えば、パターンの位置精度は、約５０ｃｍ角の大きさのメタルマスクの場合、±１０μｍ程度である。

上記のような、メタルマスク（２０）を貼り付けた蒸着マスク（３０）を用いて有機ＥＬ素子を製造すると、以下のような問題が発生する。
例えば、パターン状の蒸着膜（１１Ａ）におけるピッチのズレ。蒸着マスクを用いた真空蒸着は、基板毎のバッチ処理により行われることが多いが、連続した製造を行うとメタルマスクの温度が上昇してくる。この熱が基板に伝わり基板は膨張する。これにより、基板上に形成されるパターン状の蒸着膜（１１Ａ）のピッチ（Ｐ）が変動する。

より正確には、メタルマスクの温度上昇による熱は基板に伝わり、メタルマスク（２０）自体の膨張と、基板（１０）の膨張との差に起因し、蒸着膜（１１Ａ）にはピッチのズレが発生する。
すなわち、メタルマスクの温度の上昇に伴い、パターン状の蒸着膜（１１Ａ）のピッチにズレが発生するといった問題である。

また、例えば、異物による基板（１０）の表面の損傷。メタルマスク上に付着した異物は、洗浄を施すことにより、予め、取り除くことができるが、数μｍ径以下の異物は取り残されてしまうことがある。
この取り残された異物によって、基板（１０）の表面が損傷されてしまうといった問題である。

また、例えば、取り扱いによる蒸着膜（１１Ａ）、或いは基板（１０）の表面の損傷。基板の取り扱い中に、基板上に形成された蒸着膜とメタルマスクが擦れて、蒸着膜（１１Ａ）が損傷されてしまう、或いは、基板とメタルマスクが擦れて、基板（１０）の表面が損傷されてしまうといった問題である。
特願２００２−３０５０８０号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものである。すなわち、金属製のメタルマスクが貼り付けられた蒸着マスクを用い、真空蒸着装置にて、例えば、バッチ処理で有機ＥＬ素子の製造を連続して行っても、パターン状の蒸着膜（１１Ａ）におけるピッチのズレ、異物による基板（１０）の表面の損傷、及び、取り扱いによる蒸着膜（１１Ａ）、或いは基板（１０）の表面の損傷を発生させることのない有機ＥＬ用メタルマスクを提供することを課題とするものである。
また、上記有機ＥＬ用メタルマスクを用いた有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを課
題とする。

本発明は、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、該有機ＥＬ用メタルマスクの、蒸着時に基板と対向する面側の表示部の外周に樹脂の突起部を設けたことを特徴とする有機ＥＬ用メタルマスクである。

また、本発明は、上記発明による有機ＥＬ用メタルマスクにおいて、前記樹脂が、無溶剤のＵＶ硬化型樹脂であることを特徴とする有機ＥＬ用メタルマスクである。

また、本発明は、上記発明による有機ＥＬ用メタルマスクにおいて、前記突起部の高さが、５μｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする有機ＥＬ用メタルマスクである。

また、本発明は、上記発明による有機ＥＬ用メタルマスクにおいて、前記突起部がスクリーン印刷で形成されたことを特徴とする有機ＥＬ用メタルマスクである。

また、本発明は、上記のいずれかの発明の有機ＥＬ用メタルマスクを用いて製造することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法である。

本発明は、有機ＥＬ用メタルマスクの、蒸着時に基板と対向する面側の表示部の外周に樹脂の突起部を設けた有機ＥＬ用メタルマスクであるので、有機ＥＬ素子の製造を連続して行っても、パターン状の蒸着膜におけるピッチのズレ、異物による基板の表面の損傷、及び、取り扱いによる蒸着膜、或いは基板の表面の損傷を発生させることのない有機ＥＬ用メタルマスクとなる。

また、本発明は、突起部の樹脂が無溶剤のＵＶ硬化型樹脂であるので、真空槽内で突起部から溶剤が発生することはなく、良好な蒸着膜が得られる。突起部の寸法精度が良好である。
また、本発明は、突起部の高さが５μｍ〜１０μｍの範囲であるので、洗浄で取り残さ
れた５μｍ径以下の異物による損傷を回避することができ、パターン状の蒸着膜の輪郭が不鮮明なものとなることを回避することができる。

また、本発明は、突起部がスクリーン印刷で形成された突起部であるので、膜厚が高く突起部は容易に形成でき、多様な乾燥機構のインキを使用することができるので、無溶剤のＵＶ硬化型樹脂の突起部を形成するのに好適である。

また、本発明は、上記有機ＥＬ用メタルマスクを用いて有機ＥＬ素子を製造する方法であるので、蒸着膜におけるピッチのズレのない製品を収率よく製造することができる。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図４は、本発明による有機ＥＬ用メタルマスクの一実施例の平面図である。図４は、メタルマスクにおける、蒸着時に基板と対向する面側の一部分を拡大したものである。また、図５は、図４に示すメタルマスクのＣ−Ｃ’線での断面図である。
図４、及び図５に示すように、本発明によるメタルマスク（５０）は、蒸着時に基板と対向する面側の表示部（５３）の外周に樹脂の突起部（５４）が設けられている。

また、図６は、真空蒸着によってパターン状の蒸着膜が形成される際の、真空槽内での基板（１０）と本発明によるメタルマスク（５０）との関係の一例を拡大して説明する断面図である。図６は、図５における符号（Ｓ）で示す部分を表している。
図６に示すように、基板（１０）とメタルマスク（５０）は、略密着させた状態に配置されている。図６中、下方の蒸発源（図示せず）からの、蒸着させる材料の蒸気流（４０）は、メタルマスク（５０）の開口部（５１）を通過して基板（１０）の表面上に堆積し、パターン状の蒸着膜（１１Ｂ）として形成される。この際の基板（１０）とメタルマスク（５０）の間隔（Ｄ２）は、樹脂の突起部（５４）の高さと略同程度である。

本発明によるメタルマスク（５０）には樹脂の突起部（５４）が設けられているので、連続した製造を行いメタルマスクの温度が上昇しても、この熱は基板に伝わりにくく、基板の膨張は小さなものとなる。これにより、基板上に形成されるパターン状の蒸着膜（１１Ｂ）のピッチ（Ｐ）の変動は抑制される。

また、本発明によるメタルマスク（５０）には樹脂の突起部（５４）が設けられているので、突起部（５４）の高さ（Ｈ）に準じ、高さ以下の径を有する異物が洗浄で取り残されていても、基板（１０）の表面に損傷を与えることはなくなる。

また、本発明によるメタルマスク（５０）の突起部（５４）は、金属より柔らかい樹脂であるので、基板の取り扱い中に、基板上に形成された蒸着膜（１１Ｂ）とメタルマスクが擦れて、蒸着膜（１１Ｂ）が損傷されてしまったり、或いは、基板とメタルマスクが擦れて、基板（１０）の表面が損傷されてしまうといった問題は解消される。

また、突起部（５４）の平面形状は、図４では円形を例示してあるが、特に制約されるものではない。突起部（５４）が設けられる位置は、表示部（５３）の端部から距離（Ｌ）で５ｍｍ程度の外周である。
また、図４においては、突起部（５４）の配列は表示部（５３）の外周で一列の配列であるが、配列の数は特に制約されず、複数の配列でもよい。
また、図４においては、突起部の配列は直線状であるが、この配列は、例えば、千鳥模様でもよい。

また、本発明は、突起部（５４）の樹脂が、ＵＶ硬化型樹脂であることを特徴としている。突起部（５４）の形成に用いる材料として、例えば、溶剤を添加した熱硬化型樹脂を用いると、真空槽内で突起部から残留溶剤が蒸発し、この溶剤の蒸気が有機ＥＬ層を形成する蒸着物質の基板への堆積に悪影響を及ぼす。
また、溶剤を添加した熱硬化型樹脂を用いると、突起部の寸法精度は低下したものとなる。

一方、突起部（５４）の形成に用いる材料として、無溶剤のＵＶ硬化型樹脂を用いると、真空槽内で突起部から溶剤が発生することはなく、良好な蒸着膜が得られる。また、無溶剤のＵＶ硬化型樹脂を用いた突起部は、突起部の寸法精度が良好である。従って、突起部（５４）の形成に用いる材料としては、無溶剤のＵＶ硬化型樹脂を用いることが好ましい。
ＵＶ硬化型樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート系のＵＶ硬化型樹脂が挙げられる。

また、本発明は、突起部（５４）の高さ（Ｈ）が、５μｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴としている。メタルマスク上に付着した異物は、基板（１０）の表面に損傷を与えることがある。メタルマスクに予め、洗浄を施すことにより、異物を取り除いているが、５μｍ径以下の異物は取り残されてしまうことがある。

この取り残された５μｍ径以下の異物による損傷を回避するために、突起部（５４）の高さ（Ｈ）は５μｍ以上であることが好ましい。
一方、突起部（５４）の高さ（Ｈ）が５μｍ以上となると、パターン状の蒸着膜（１１Ｂ）の輪郭が不鮮明なものとなるので、突起部（５４）の高さ（Ｈ）は１０μｍ以下であることが好ましい。

また、本発明は、突起部（５４）がスクリーン印刷で形成されたことを特徴としている。スクリーン印刷は、着肉量が多いので、一回の印刷で形成できる膜厚が高く、突起部の形成に好適な手段である。また、インキとしては、溶剤蒸発、酸化重合、二液反応、ＵＶ硬化、水性など、多様な乾燥機構のインキを使用することができるので、溶剤を用いずにＵＶ硬化型樹脂の突起部を形成するには好適なものである。

また、スクリーン製版は、特に限定されるものではなく、例えば、感光性樹脂を用い、ナイロン、ステンレスなどのスクリーン沙への直接製版により得られたものでもよい。スクリーン沙は３００メッシュより細いものが好ましい。

真空槽内での基板とメタルマスクとの関係の一例を拡大して説明する断面図である。有機ＥＬ層などの形成に用いられる蒸着マスクの一例を示す平面図である。図２における蒸着マスクのＡ−Ａ’線での断面図である。本発明による有機ＥＬ用メタルマスクの一実施例の平面図である。図４に示すメタルマスクのＣ−Ｃ’線での断面図である。真空槽内での基板と本発明によるメタルマスクとの関係の一例を拡大して説明する断面図である。

符号の説明

１０・・・基板
１１Ａ、１１Ｂ・・・パターン状の蒸着膜
２０・・・メタルマスク
２１、５１・・・メタルマスクの開口部
２３、５３・・・メタルマスクの表示部
３０・・・蒸着マスク
３１・・・蒸着マスクの本枠
４０・・・蒸着材料の蒸気流
５０・・・本発明によるメタルマスク
５４・・・樹脂の突起部
Ｄ１、Ｄ２・・・基板とメタルマスクの間隔
Ｈ・・・突起部の高さ
Ｌ・・・表示部の端部から突起部までの距離
Ｐ・・・蒸着膜のピッチ
ａ・・・本枠の横
ｂ・・・本枠の縦
ｃ・・・本枠の高さ
ｄ・・・本枠の巾
ｅ・・・メタルマスクの厚さ

Claims

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、該有機ＥＬ用メタルマスクの、蒸着時に基板と対向する面側の表示部の外周に無溶剤のＵＶ硬化型樹脂の突起部を設けたことを特徴とする有機ＥＬ用メタルマスク。
前記突起部の高さが、５μｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ用メタルマスク。
前記突起部がスクリーン印刷で形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の有機ＥＬ用メタルマスク。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ用メタルマスクを用いて製造することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。