JP5457548B2 - 蒸着装置及び蒸着方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、大型の有機ELディスプレイ(Electro Luminescence display)に好適な蒸着装置及び蒸着方法に関する。
近年、フラットパネルディスプレイの大型化、高画質化、低消費電力化が求められており、低電圧で駆動でき、高画質な有機ELディスプレイは高い注目を浴びている。有機ELディスプレイの構造は、例えば、フルカラーのアクティブマトリクス方式の有機ELディスプレイの場合、TFT(薄膜トランジスタ)が設けられた基板上に薄膜状の有機EL素子が設けられている。有機EL素子には、一対の電極の間に赤(R)、緑(G)、青(B)の発光層を含む有機EL層が積層されていて、これら電極間に電圧を印加することにより各発光層が発光するため、その光を利用して画像表示が行われている。
このような有機ELディスプレイの製造では、真空蒸着法やインクジェット法、レーザ転写法などの手法を用いて発光層や電極等の薄膜のパターンニングが行われている。例えば、低分子型の有機ELディスプレイ(OLED)では、主に真空蒸着法が発光層のパターンニングに用いられている。
真空蒸着法では、通常、所定の開口がパターン形成されたマスクを基板に密着固定し、マスク側を蒸着源に向けた状態で真空チャンバーにセットする。そして、基板の所望の位置に、マスクの開口を通して蒸着源から成膜素材を蒸着させることで、発光層等の薄膜のパターンニングが行われる。各色の発光層は、それぞれ個別に塗り分けるように蒸着される(塗り分け蒸着)。特に量産プロセスでは、基板と同等サイズのマスク(密着型全面シャドウマスク)を使用し、そのマスクを密着した基板を蒸着源に対して所定位置に固定した状態で蒸着するのが一般的である。
蒸着源に対して基板等を相対的に移動させながら蒸着する真空蒸着法も知られている(特許文献1)。特許文献1では、形成する電極の面積よりも小さい、小孔や細長いスリット孔が所定間隔で複数形成されたマスクが使用されている。そのマスクを小孔等の配列方向に対して交差する方向に移動させながら蒸着し、所定パターンの電極を形成している。
本発明に関し、蒸発源(蒸着源)の孔形状を工夫することにより、飛散する蒸発材料の広がりを狭くする技術が開示されている(特許文献2)。特許文献2では、基板に向けて蒸発材料を出射する孔の形状が、上面視で丸型とされ、出口に向かうほど口径が広がるテーパ形状に形成されている。そうすることで、孔の直上に蒸発材料の膜厚分布を集中させ、材料を無駄なく基板に被着できるようにしている。
従来の量産プロセスの下で発光層等を真空蒸着法によりパターンニングする場合、基板が大きくなればそれに伴ってマスクも大型化する。従って、基板が大きくなれば、マスクの自重撓みや延びにより、基板とマスクとの間に隙間が生じ易い。そのため、大型基板で
は高精度なパターンニングを行うのが難しく、蒸着位置のズレや混色が発生して高精細化の実現が困難となっている。
は高精度なパターンニングを行うのが難しく、蒸着位置のズレや混色が発生して高精細化の実現が困難となっている。
また、基板が大きくなれば、マスクやこれを保持するフレーム等が巨大になってその重量も増加するため、取り扱いが困難になり、生産性や安全性に支障をきたすおそれがある。関連装置も同様に巨大化、複雑化するため、装置設計が困難になり、設置コストも高額になる。
そのため、従来の真空蒸着法では大型基板への対応が難しく、例えば、60インチサイズを超えるような大型基板に対しては量産レベルでパターンニングできる方法が実現できていないのが実情である。
それに対し、本発明者は、そのような大型基板にも対応できる蒸着方法(新蒸着法ともいう)を先に提案している(特願2009−213570)。
具体的には、基板よりも面積の小さいシャドウマスクと蒸着源とが一体化したマスクユニットを使用する。シャドウマスクと基板との隙間を一定に保った状態で、マスクユニットを基板に対して相対的に走査させながら蒸着を行う。そうすることで、上述したような基板の大型化に伴う問題を回避し、蒸着による大型基板のパターンニングを量産プロセスで実現可能にしている。
ところが、この新蒸着法の場合、パターン形成される薄膜の蒸着ボケが大きくなり易い傾向が認められた。
図1に、新蒸着法における蒸着過程を表した模式図を示す。図中、101は基板、102は蒸着マスク、102aは開口、103は蒸着源、103aは蒸着粒子を放射する射出口、110は基板に形成された発光層等の薄膜である。蒸着マスク102と蒸着源103とは、ユニット化されて相対的な位置関係が固定されている。矢印線はその蒸着マスク102等の基板101に対する相対的な走査方向を示している。
新蒸着法では、蒸着マスク102と基板101との間に一定の隙間を保持しながら蒸着が行われる。そのため、図2に示すように、蒸着マスク102の開口102aを斜めに通過する蒸着粒子の一部が蒸着領域r1(蒸着マスク102の開口102aと対向する領域)の外側の部分に付着し、走査方向に対して垂直な方向に蒸着ボケが発生する。発光層等は画素の発光領域として機能するため、蒸着ボケが隣接する画素の発光領域に及ぶと、混色や特性の劣化を招く。従って、蒸着ボケは極力小さいのが好ましい。なお、ここでいう「蒸着ボケ」とは、同図に示すように、蒸着領域r1の外側の部分に形成される薄膜110のことを意味する。
蒸着ボケは、蒸着マスク102と基板101との間の隙間を小さくすることで低減できる。例えば、図3に示すように、蒸着粒子の飛翔には指向性があるため、走査方向から見て、基板101や蒸着マスク102、蒸着源103に直交する軸線(蒸着軸線L1ともいう)に対して蒸着粒子が基板101に入射する角度(入射角度)の最大値をγとし、蒸着マスク102と基板101との間の隙間の垂直間距離をPとすると、蒸着ボケの幅(同図のB)はP×tanγとなる。
したがって、蒸着マスク102と基板101との間の隙間が大きくなれば蒸着ボケは大きくなり、小さくなれば蒸着ボケは小さくなるため、蒸着マスク102と基板101とは、できるだけ近接させるのが好ましい。ところがその場合、例えば数10μm等、蒸着マスク102と基板101とを極限まで近接させ、その状態で両者を接触させずに走査する
必要があるが、そのような蒸着マスク102や基板101の高精密な制御は安定して行うのが難しく、特に基板101が大型の場合、実用化が難しい。
必要があるが、そのような蒸着マスク102や基板101の高精密な制御は安定して行うのが難しく、特に基板101が大型の場合、実用化が難しい。
それ以外で蒸着ボケを低減する方法としては、入射角度γを小さくすることが考えられる。入射角度γは、射出口103aから射出される蒸着粒子の射出角度ψ、あるいは蒸着粒子が開口102aを通過する通過角度δ(いずれも蒸着軸線L1に対する角度)のいずれかによって制限される。同図では模式的に表してあるため、大差ないように見えるが、通常、開口102aの幅は微小であるため射出角度ψよりも通過角度δの方が小さく、入射角度γは通過角度δによって制限されるのが一般的である。
図4に示すように、その通過角度δの最大値は、蒸着マスク102の開口102aの断面アスペクト比の影響を受ける。断面アスペクト比は、開口102aの幅や深さ、断面形状等によって定まる値である。ここでは、走査方向から見て、マスク表面に直交して延びる開口102aの断面における幅寸法hに対する深さ寸法fの比率(f/h)で断面アスペクト比を表している。その場合、同図に示すように、実線で示す低断面アスペクト比(f1/h)の蒸着マスク102よりも、2点鎖線で示す高断面アスペクト比(f2/h)の蒸着マスク102の方が、通過角度δの最大値は小さくなる。
従って、蒸着ボケを低減するうえで、蒸着マスク102の開口102aの断面アスペクト比を高めることは有効な方法の1つといえる。しかし、高断面アスペクト比を実現する方法としては、開口102aの断面形状を精度高く形成することや蒸着マスク102の厚みを大きくすることなどが考えられるが、いずれも容易でない。
例えば、電鋳法やレーザーカットによる掘削法などを用いれば、開口102aの断面形状を精度高く形成することができる。しかし、幅に対して深さが3倍以上あるような、幅に対して深さの大きい開口の断面形状をμmレベルで精度高く加工することは難しい。
一方、蒸着マスク102の厚みを大きくすると、それだけ蒸着マスク102の重量が重くなるため、自重による撓み変形が生じ易くなる。撓み変形が生じると、蒸着マスク102と基板101との間の隙間が不安定になる。蒸着マスク102が大型化すれば、取り扱いや蒸着装置内での制御も困難になる。
また、厚みが大きくなれば開口102aの内面に蒸着粒子が付着し易くなるため、開口102aが狭くなり易く、目詰まりが発生するおそれがある。そのため、蒸着マスク102の交換頻度が高くなる等の不利もある。
入射角度γは、蒸着粒子の射出角度ψを通過角度δよりも小さくすることによっても小さくできる。しかし、上述したように、蒸着粒子の最大の射出角度ψは通過角度δよりも大きいのが一般的である。
すなわち、蒸着源の種類や構造にもよるが、通常は、蒸着粒子は射出口103aの直上、つまり、射出角度ψが0である蒸着軸線L1方向を中心にその周囲に拡がるように放射され、飛翔する蒸着粒子は確率的に分布する。蒸着粒子の分布は、射出口103aの直上が最も大きく、射出角度ψが大きくなるほど小さくなるが、その最大の射出角度ψは大きく、蒸着マスク102の周辺に遮蔽板が設けられるほどである。
この点、先の特許文献2の蒸発源によれば、蒸発材料の膜厚分布が急峻になっており、射出方向の中心に蒸着粒子を集中させることができる。従って、この蒸発源を用いれば、通過角度δよりも射出角度ψの小さい蒸着粒子数を増加させることができる。しかし、この方法の場合、蒸着粒子の分布特性を改善しているに過ぎないため、依然として通過角度
δよりも射出角度ψの大きい蒸着粒子が多く残り、蒸着ボケの低減に対しては有効ではない。
δよりも射出角度ψの大きい蒸着粒子が多く残り、蒸着ボケの低減に対しては有効ではない。
そこで、本発明の目的は、実用的な方法で蒸着ボケを効果的に低減することができ、量産プロセスで高品位で高精細な大型の有機ELディスプレイの製造を実現できる蒸着装置等を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、蒸着源と蒸着マスクとの間に所定構造の蒸着補正部材を設け、実質的に蒸着粒子の射出角度を小さく制限できるようにした。
具体的には、本発明の蒸着装置は、基板に薄膜を所定のパターンで形成する蒸着装置であり、蒸着マスクと、前記蒸着マスク側に射出口を有し、該射出口から前記薄膜を形成する蒸着粒子を放射する蒸着源と、前記蒸着マスクと前記蒸着源との間に配置される2つ以上の蒸着補正部材とを備えている。前記蒸着補正部材のそれぞれは、前記蒸着マスクと略平行に配置される複数の羽根板と、前記複数の羽根板を支持するフレームとを有している。前記羽根板のそれぞれが、前記蒸着マスクに対して傾斜した状態で、前記蒸着マスクと直交する方向から見て、隣接する羽根板との間に開口を隔てて互いに平行に延びるように配置されている。
すなわち、蒸着源と蒸着マスクとの間には、少なくとも2つの蒸着補正部材が配置されていて、各蒸着補正部材には、蒸着マスクと略平行に複数の羽根板が横並びに配置されている。各羽根板は、蒸着マスクに対して傾斜しており、蒸着マスクと直交する方向から見て一定の開口(羽根板間開口ともいう)を隔てて互いに隣接している。
従って、羽根板の傾きや羽根板間開口の幅、配置等、各蒸着補正部材の設定を調整することにより、蒸着源から蒸着マスク側に向かう蒸着粒子の一部を各蒸着補正部材によって遮ぎることができ、所望する方向に向かう蒸着粒子のみを通過させることができる。その結果、蒸着マスクに達する蒸着粒子の射出角度を調整して所定の範囲内に収めることができ、蒸着ボケを低減することができる。
各蒸着補正部材によって遮られた蒸着粒子(蒸着材料)は、蒸着補正部材に付着して堆積するが、羽根板を蒸着マスクに対して傾斜させることで、向かい合う羽根板間の隙間は大きくしながら羽根板間開口は小さくできる。従って、蒸着材料の堆積によって羽根板間開口が狭まるのを効果的に抑制することができ、連続して長時間蒸着処理できる。
より具体的には、蒸着装置は、更に、前記蒸着マスク、前記蒸着源及び前記蒸着補正部材を含み、これらの相対的な位置関係を固定するマスクユニットと、前記基板を支持する基板支持装置と、前記基板と前記蒸着マスクとの間に一定の空隙を設けた状態で、前記マスクユニット及び前記基板のうち少なくとも一方を、所定の走査方向に沿って相対的に移動させる移動装置と、を備えるのが好ましい。そして、前記蒸着マスクは、複数のストライプ状の開口を有し、これら開口の延びる方向が前記走査方向と一致するように前記蒸着マスクが配置され、前記蒸着補正部材のそれぞれは、前記羽根板の延びる方向が前記走査方向と一致するように配置され、前記蒸着補正部材のそれぞれの前記羽根板が、前記走査方向から見て同じ角度で傾斜しているようにする。
そうすれば、基板の大小にかかわらず、蒸着ボケの幅が低減されたストライプ状の発光層等の薄膜を安定して形成させることができるようになるため、量産プロセスで、高精細で高品位な大型の有機ELディスプレイの製造を実現できる。
この場合、前記蒸着補正部材は、それぞれの前記羽根板が逆向きに傾斜している2つの蒸着補正部材を含むのが好ましい。
そうすれば、ストライプ状の薄膜の両側の蒸着ボケを効果的に低減させることができる。また、逆向きの羽根板それぞれの傾斜の程度を異ならせることで、薄膜の両側の蒸着ボケの幅を別々に調整することもできる。
更に、蒸着装置には、少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材を反転させる反転装置を備えることもできる。
蒸着補正部材を反転させることで、羽根板の一方の面に蒸着粒子が多量に堆積した場合に、他方の面を活用することができ、蒸着補正部材の交換回数を半減させることができる。
また更に、蒸着装置には、前記蒸着マスクと直交する方向に、少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材をスライド変位させるスライド装置を備えるのが好ましい。
そうすれば、蒸着補正部材の配置調整をスライド装置を用いて自動的に行うことができ、蒸着補正部材の高精度な位置決めを容易かつ迅速にできる。蒸着補正部材をマスクユニットから取り外さずに反転させることも可能になる。
更に、少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材は、前記走査方向から見て傾斜可能に設けられ、傾斜可能な前記蒸着補正部材の傾きを調整する制御装置を備えるようにしてあってもよい。
蒸着補正部材自体を傾斜させることで、例えば、蒸着処理を行いながら、蒸着マスクに対する羽根板の傾斜を微調整することができるため、より実用的で高精度な蒸着ボケの低減が可能になる。
その他にも、少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材における前記羽根板は、前記フレームに回転可能に支持されていて、回転可能な前記羽根板を回転変位させる回転装置と、前記回転装置と協働して回転可能な前記羽根板の傾きを調節する制御装置と、を更に備えるようにすることもできる。
そうすれば、回転装置や制御装置との協働により、羽根板の傾斜角度を自在に調整することができるため、蒸着処理中にその状況に応じて羽根板の傾斜角度を調整できるし、処理する基板に応じて羽根板の傾斜角度の設定を変更できるため、汎用性にも優れる。羽根板の回転によりその傾斜方向を逆向きにできるので、反転装置が無くても蒸着補正部材の交換回数を半減させることができる。
少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材は、取り外し可能に設けられているようにするのが好ましい。
そうすれば、蒸着補正部材に堆積した蒸着材料を定期的に回収することができる。例えば、蒸着材料は加熱して回収することができるが、蒸着マスクは歪みを招くおそれがあるため、蒸着マスクに付着した蒸着材料は加熱によって回収できない。それに対し、蒸着補正部材であれば加熱処理できるため、堆積した蒸着材料を簡単に回収できる。従って、高い材料の利用効率を確保することができる。
本発明の蒸着方法は、蒸着源から放射される蒸着粒子を蒸着マスクに形成された複数の開口を通じて蒸着させることにより、所定のパターンの薄膜を基板に形成する蒸着方法である。前記蒸着源と前記蒸着マスクとの間に、それぞれ異なった所定方向に向かう前記蒸着粒子の通過のみを許容する少なくとも2つ以上の蒸着補正部材を配置し、これら蒸着補正部材で前記蒸着粒子の進行方向を規制しながら蒸着を行う。
この蒸着方法によれば、蒸着源から蒸着マスク側に向かう蒸着粒子のうち、所定の異なった方向に向かう蒸着粒子は、蒸着マスクに達するまでに進行方向が規制される。従って、所定の進行方向の蒸着粒子だけを蒸着マスクに到達させることができるので、実質的に放射角度を狭めることができ、蒸着ボケを低減することができる。
具体的には、前記基板を前記基板支持装置に支持させ、前記基板と前記蒸着マスクとの間に前記空隙を設けた状態で、前記マスクユニットと前記基板とを対向させる位置合わせ工程と、前記移動装置により、前記マスクユニット及び前記基板のうち少なくとも一方を所定の走査方向に沿って相対的に移動させながら順次蒸着させ、前記薄膜を形成する蒸着工程と、を含むものとすればよい。
そうすれば、所定の操作を行うだけで、基板のサイズの大小にかかわらず、蒸着ボケが低減された蒸着を行うことができるので、大型の有機ELディスプレイの量産プロセスに好適である。
特に、蒸着補正部材が取り外し可能に設けられている場合には、前記蒸着補正部材を前記蒸着装置から取り外し、該蒸着補正部材に付着した蒸着粒子を回収する回収工程を含むようにするのが好ましい。
そうすれば、高い材料の利用効率を確保することができる。
以上説明したように、本発明によれば、実用的な方法で蒸着ボケを効果的に低減することができるようになるので、量産プロセスにおいても、高品位で高精細な大型の有機ELディスプレイの製造が可能になる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
(有機ELディスプレイ)
本実施形態では、有機ELディスプレイの製造に本発明を適用した場合を例に説明する。本実施形態の有機ELディスプレイは、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色(まとめてRGBともいう)からなる複数の画素(サブ画素2R,2G,2B)の発光を制御することにより、フルカラーの画像表示を実現するアクティブマトリクス型のディスプレイである。
本実施形態では、有機ELディスプレイの製造に本発明を適用した場合を例に説明する。本実施形態の有機ELディスプレイは、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色(まとめてRGBともいう)からなる複数の画素(サブ画素2R,2G,2B)の発光を制御することにより、フルカラーの画像表示を実現するアクティブマトリクス型のディスプレイである。
図5に示すように、本実施形態の有機ELディスプレイ1は、基板10や薄膜状の有機EL素子20、封止板30などで構成されている。基板10及び封止板30は、いずれも外観が矩形板形状を呈しており、有機EL素子20は、これらの間に挟まれた状態で周りを接着剤等の封止部材40で塞がれて密封されている。基板10の表面の中央部が、画像表示を行う表示領域11となっていて、そこに有機EL素子20が配置されている。
図6や図7に示すように、基板10の表示領域11には、TFT12(Thin Film Transistor)、配線13、層間膜14等が設けられている。
基板10には、ガラス板などが用いられる。本実施形態の有機ELディスプレイ1は、発光を基板10側から取り出すボトムエミッション型であるため透明な基板10が好ましいが、トップエミッション型である場合には、必ずしも透明でなくてもよい。配線13は、基板10上にパターンニングされていて、平行に延びる複数のゲート線や、これらゲート線と交差して平行に延びる複数の信号線などで構成されている。これらゲート線等の配線13によって格子状に囲まれた複数の領域の各々には、RGBの各色のサブ画素2R,2G,2Bが配置され、これらサブ画素2R,2G,2Bのそれぞれに発光を制御するTFT12が設けられている。
RGBの各色のサブ画素2R,2G,2Bは、行方向には色ごとに一列に配置され、そして列方向にはRGBの順で繰り返し配置されている。列方向に連続したRGBの3つのサブ画素2R,2G,2Bは、1つの画素を構成している。詳細は後述するが、各サブ画素2R,2G,2Bの発光層25R,25G,25Bは、色別に形成されたストライプ状の薄膜3によって形成されている。
層間膜14は、平坦化膜としても機能するアクリル樹脂等の絶縁性の薄膜である。層間膜14は、TFT12等を覆うように表示領域11の全域にわたる範囲に積層されている。有機ELディスプレイ1がボトムエミッション型である場合には、層間膜14は透明なものが好ましい。
有機EL素子20は、第1電極21(陽極)、有機EL層22、第2電極23(陰極)などで構成されている。第1電極21は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)などからなり、層間膜14の上に積層し、サブ画素2R,2G,2Bに対応して格子状にパターンニングすることにより複数形成されている。これら第1電極21はコンタクトホール14aを介して各TFT12と接続されている。これら第1電極21の上には、絶縁性のエッジカバー15が積層して形成されている。エッジカバー15にはサブ画素2R,2G,2Bごとに矩形に開口する発光領域16R,16G,16Bが形成されていて、第1電極21の大部分はその発光領域16R,16G,16Bから露出し、第1電極21の端部はエッジカバー15で被覆されている。なお、各画素の発光はこれら発光領域16R,16G,16Bを通じて取り出される。また、積層構成を反転し、第1電極21が陰極、第2電極23が陽極であってもよい。その場合、両極で挟まれた各層の積層順も反転する。
有機EL層22は、第1電極21と第2電極23との間に設けられている。本実施形態の有機EL層22では、正孔輸送層24、発光層25R,25G,25B、電子輸送層26、及び電子注入層27が第1電極21側から順に積層して形成されている。本実施形態の正孔輸送層24は正孔注入層としての機能も有している。なお、本実施形態で示す有機EL層22の構成は一例であり、これに限らず必要に応じて各層を選択して組み合わせることができる。例えば、正孔輸送層24と別に正孔注入層を設けてもよいし、ブロッキング層を更に設けてもよい。有機EL層22には、少なくとも発光層25R,25G,25Bが含まれていればよい。正孔輸送層24や発光層25R,25G,25B等の材料には、公知の材料が使用できる。
正孔輸送層24、電子輸送層26、電子注入層27は、表示領域11の全域にわたる範囲に積層されている。発光層25R,25G,25Bは、上述したように、各色のサブ画素2に対応してストライプ状にパターンニングされている。第2電極23は、有機EL層22を覆うように、表示領域11の全域にわたる範囲に積層されている。
(有機ELディスプレイ1の基本的な製造方法)
図8を参照しながら、上述した有機ELディスプレイ1の基本的な製造方法について説明する。同図は、有機ELディスプレイ1の製造方法の各工程のうち、有機EL素子20における正孔輸送層24等の形成工程を示している。
図8を参照しながら、上述した有機ELディスプレイ1の基本的な製造方法について説明する。同図は、有機ELディスプレイ1の製造方法の各工程のうち、有機EL素子20における正孔輸送層24等の形成工程を示している。
まず、TFT12や第1電極21等が形成された基板10(TFT基板10ともいう)を準備する。例えば、TFT基板10のベースとしては、厚さが約1mm、縦横寸法が500×400mmの矩形形状をしたガラス板が使用できる。その場合、層間膜14は約2μmの膜厚に形成し、第1電極21は約100nmの膜厚に形成し、エッジカバー15は約1μmの厚みに形成することができる。なお、TFT基板10は公知の方法で形成できるため、その説明は省略する。
準備したTFT基板10に対し、TFT12等を覆うように正孔輸送層24を形成する(ステップS1)。具体的には、正孔輸送層24の材料を表示領域11の全域にわたる範囲に蒸着する。例えば、表示領域11と同じ大きさの開口を有する全域用マスクをTFT基板10に貼り合わせて密着させる。全域用マスクが密着したTFT基板10を回転させながら、正孔輸送層24の材料を蒸着させる。正孔輸送層24は、例えば、材料にα−NPDを使用して、約30nmの膜厚に形成することができる。なお、この蒸着処理には従来の蒸着装置が使用できる。
次に、正孔輸送層24の上に積層して発光層25R,25G,25Bを形成する(ステップS2)。発光層25R,25G,25Bは、塗り分けるようにしてRGBの各色別に蒸着する(塗り分け蒸着)。発光層25R,25G,25Bの蒸着では、ホスト材料とドーパント材料とを使用して共蒸着するのが一般的である。ホスト材料やドーパント材料等、発光層25R,25G,25Bの材料は公知の材料の中から選択して使用できる。発光層25R,25G,25Bの膜厚としては、例えば10〜100nmの範囲で形成できる。なお、本実施形態では、この工程に新蒸着法やその蒸着装置が用いられるため、詳細については後述する。
続いて、発光層25R,25G,25Bの上に積層して電子輸送層26を形成する(ステップS3)。具体的には、正孔輸送層24と同じ方法により、電子輸送層26の材料を表示領域11の全域にわたる範囲に蒸着する。更に、電子輸送層26の上に積層して電子注入層27を形成する(ステップS4)。電子注入層27の場合も、正孔輸送層24と同じ方法により電子注入層27の材料を表示領域11の全域にわたる範囲に蒸着する。
電子輸送層26及び電子注入層27の材料は、公知の材料の中から選択して使用できる。両者は同じ材料を用いて一体に形成してもよい。電子輸送層26や電子注入層27の各膜厚は、例えば10〜100nmの範囲で形成できる。例えば、材料にAlqを用いて30nmの膜厚で電子輸送層26を形成し、材料にLiFを用いて1nmの膜厚で電子注入層27を形成することができる。
そして、電子注入層27の上に積層して第2電極23を形成する(ステップS5)。第2電極23の場合も、正孔輸送層24と同じ方法により第2電極23の材料を表示領域11の全域にわたる範囲に蒸着する。第2電極23の材料も公知の材料の中から選択して使用できる。第2電極23は、例えば、材料にAl(アルミニウム)を用いて50nmの膜厚で形成することができる。
こうして有機EL素子20が形成されたTFT基板10は、最後に封止板30と貼り合わせて有機EL素子20を密封することで、有機ELディスプレイ1の主要部が完成する。
(塗り分け蒸着)
次に、塗り分け蒸着により発光層25R,25G,25Bを形成する工程(ステップS2)について説明する。本工程では上述した新蒸着法やその蒸着装置が用いられる。特に、本実施形態の蒸着装置には蒸着ボケの低減を可能にする工夫が施されているため、最初に蒸着装置の基本構造について説明した上で、蒸着ボケの低減を可能にする要部構造について詳しく説明する。
次に、塗り分け蒸着により発光層25R,25G,25Bを形成する工程(ステップS2)について説明する。本工程では上述した新蒸着法やその蒸着装置が用いられる。特に、本実施形態の蒸着装置には蒸着ボケの低減を可能にする工夫が施されているため、最初に蒸着装置の基本構造について説明した上で、蒸着ボケの低減を可能にする要部構造について詳しく説明する。
(蒸着装置の基本構造)
図9及び図10に、本実施形態の蒸着装置50を示す。これら図に示すように、蒸着装置50は、真空チャンバー51、基板支持装置52、蒸着源53、シャドウマスク60(蒸着マスク)、マスクユニット55、移動装置56等を備えている。なお、本実施形態の蒸着装置50は、蒸着粒子を上方に向かって放射するタイプである。
図9及び図10に、本実施形態の蒸着装置50を示す。これら図に示すように、蒸着装置50は、真空チャンバー51、基板支持装置52、蒸着源53、シャドウマスク60(蒸着マスク)、マスクユニット55、移動装置56等を備えている。なお、本実施形態の蒸着装置50は、蒸着粒子を上方に向かって放射するタイプである。
真空チャンバー51は、開閉可能な箱形の密閉容器である。図外の減圧装置により、真空チャンバー51の内部は、減圧して所定の低圧力状態に保持することができる。
基板支持装置52は、処理対象とする基板10(対象基板10ともいう)を、その行方向(各色のサブ画素2R,2G,2Bが一列に並ぶ方向)が図9に矢印線で示す方向(走査方向)に向いた状態で水平に支持する機能を有している。例えば、基板支持装置52に静電チャックを設ければ、その静電チャックで吸着することによって対象基板10を自重による撓みが無い状態で支持することができる。
基板支持装置52は、水平移動可能であり、移動装置56により、走査方向への水平移動が自動制御されている。なお、便宜上、走査方向はX軸方向ともいい、水平面上で走査方向に直交する方向はY軸方向ともいう。各図において、適宜これら軸方向を示す。また、対象基板10等と直交する蒸着軸線L1が延びる方向(垂直方向)をZ軸方向ともいう。
基板支持装置52で支持した対象基板10の下方には、一定の空隙Hを隔てた状態でシャドウマスク60が水平に配置されている。なお、空隙Hの垂直距離(最短距離)は、50μm〜1mmの範囲で設定するのが好ましい。蒸着ボケを防ぐ観点からは小さい方がよいが、50μmを下回ると対象基板10とシャドウマスク60とが接触するおそれがある。一方、1mmを上回ると蒸着が不安定になり、混色やパターンニング精度の悪化を招く。
シャドウマスク60は、長方形板状を呈しており、その長辺方向に一列に並び、短辺に沿って延びるようにストライプ状に形成された複数の開口K,K,…を有している(開口はその一部のみ図示)。複数の開口K,K,…は、例えば、RGBの各色のサブ画素2R,2G,2Bの列に対応させて形成されている。各開口Kは、シャドウマスク60を貫通する細長いスリット状に形成されている。
シャドウマスク60は、その長辺の寸法が、対向する対象基板10の表示領域11におけるY軸方向の寸法よりも大きく設定され、その短辺の寸法が、対向する対象基板10の表示領域11におけるX軸方向の寸法よりも小さく設定されている。複数の開口K,K,…は、Y軸方向において、表示領域11に対応する範囲に設けられている(有効領域)。
この有効領域の両外側には、対象基板10に設けられた第1マーカー17との位置合わせを行う第2マーカー63が設けられている。これら第1マーカー17及び第2マーカー63は、蒸着装置50に設けられたセンサ57によって検出され、対象基板10及びシャドウマスク60は、その検出値に基づいて水平方向に正確に位置決めされる(これらを位置決め機構ともいう)。シャドウマスク60は、開口K,K,…の延びる方向がX軸方向と一致するようにマスクユニット55に着脱可能に装着される。
マスクユニット55には、ホルダー55aやテンション保持装置58、蒸着源53、第1補正板81(蒸着補正部材)、第2補正板82(蒸着補正部材)、防着板91などが設けられている。シャドウマスク60は、マスクユニット55に装着することにより、テンション保持装置58によって引っ張られ、張力が作用した状態で水平に支持される。そうして、シャドウマスク60は、ホルダー55aによって蒸着源53等との相対的な位置関係が固定される。
蒸着源53は、Y軸方向に沿って延びるように設けられている。蒸着源53は、シャドウマスク60を間に挟んで対象基板10と対向するように、シャドウマスク60の下側に配置されている。その上面には、蒸着粒子を対象基板10に向けて放射する複数の射出口53a,53a,…がY軸方向に一列に並んで設けられている(射出口はその一部のみ図示)。
本実施形態では、これら射出口53a,53a,…は、シャドウマスク60の開口Kとそれぞれ対向する位置に配置されていて、各射出口53aは、平面視で各開口Kの中央(X軸及びY軸の両方向の中央)に位置している。蒸着装置50には、蒸着源53とシャドウマスク60との間を開閉するシャッター(図示せず)が設けられていて、そのシャッターの開閉を制御することにより、適切なタイミングで蒸着できるように自動制御されている。
(蒸着装置の要部構造)
シャドウマスク60と蒸着源53との間には、更に、蒸着ボケの低減に重要な役割を果たす第1補正板81及び第2補正板82が配置されている(両者を区別しない場合は単に補正板81,82ともいう)。第1補正板81は蒸着源53側に位置し、第2補正板82はシャドウマスク60側に位置している。補正板81,82は、シャドウマスク60と略平行にした状態で、シャドウマスク60、蒸着源53及び他方の補正板とそれぞれZ軸方向に所定の間隔を隔てて配置されている。
シャドウマスク60と蒸着源53との間には、更に、蒸着ボケの低減に重要な役割を果たす第1補正板81及び第2補正板82が配置されている(両者を区別しない場合は単に補正板81,82ともいう)。第1補正板81は蒸着源53側に位置し、第2補正板82はシャドウマスク60側に位置している。補正板81,82は、シャドウマスク60と略平行にした状態で、シャドウマスク60、蒸着源53及び他方の補正板とそれぞれZ軸方向に所定の間隔を隔てて配置されている。
図11や図12にも示すように、補正板81,82は、シャドウマスク60に対応した長方形板状の外観を呈し、いずれも複数の羽根板83,83,…やこれら羽根板83,83,…を支持するフレーム84などで構成されている。
フレーム84は、平行に延びる一対の側枠部84a,84a(長辺側)と、これら側枠部84a,84aの各端部を接続する一対の端枠部84b,84b(短辺側)とを有している。そして、これら側枠部84a,84aと端枠部84b,84bとによって区画形成された矩形の開口に複数の羽根板83が配設されている。これら羽根板83はいずれも同寸法の帯板状の部材であり、その長手方向の両端部が側枠部84aに支持されている。
各羽根板83は、蒸着マスクに対して傾斜しており、その傾斜した状態で隣接する羽根板83との間に一定の隙間(羽根板間隙間85ともいう)を隔てて互いに平行に延びるように配置されている。各補正板81,82は、羽根板83の延びる方向がX軸方向と一致するようにマスクユニット55に配置されている。そして、第1補正板81の羽根板83と第2補正板82の羽根板83とでは、傾斜する向きが逆向きに設定されている。
詳しくは、各補正板81,82の羽根板83は、X軸方向から見ていずれも同じ角度で傾斜している。そして、各補正板81,82の羽根板83は、Z軸方向から見て、隣接する羽根板83との間に一定の開口(羽根板間開口86ともいう)が認められるように配置されている(図11参照)。換言すれば、隣接する2つの羽根板83,83を見たとき、これらの間の羽根板間隙間85に臨む一方の羽根板83の上端と他方の羽根板83の下端とはY軸方向に一定の所定寸法だけ離れて位置している。
図10において、第1補正板81は、下端が上端に対して相対的に左方にずれて位置しているのに対し、第2補正板82は、下端が上端に対して相対的に右方にずれて位置している。従って、第1補正板81の羽根板間隙間85は右斜め上方に延び、第2補正板82の羽根板間隙間85は左斜め上方に延びている。なお、第1補正板81の下端が上端に対して相対的に右方にずれ、第2補正板82の下端が上端に対して相対的に左方にずれるように、第1補正板81と第2補正板82とで傾斜する向きが逆であってもよい。
補正板81,82のそれぞれに対し、羽根板83の配置等を選択することによってシャドウマスク60に向かう蒸着粒子の見かけ上の射出角度が設定されている。
図13に、第1補正板81における羽根板83の部分を模式的に示す。同図中、矢印破線は飛翔する蒸着粒子の軌跡を表している。第1補正板81の羽根板間隙間85を通過できる蒸着粒子は角度αで示す範囲を通る蒸着粒子に限られる。
すなわち、同図において、羽根板間隙間85を、羽根板83の傾斜方向に逆行して左斜め上方に向かう蒸着粒子は羽根板83で制限されるため、この方向に向かう蒸着粒子は、その羽根板間隙間85に臨む一方の羽根板83の下端と他方の羽根板83の上端とを通る角度β1より小さな通過角度の蒸着粒子のみが通過できる。
一方、羽根板83の傾斜方向に順行して右斜め上方に向かう蒸着粒子は、ほとんど羽根板83の制限を受けずに通過する。従って、この方向に向かう蒸着粒子は、最大の射出角度ψが羽根板83の下端と上端とを結んだ線がなす角度φ3よりも大きい場合には羽根板83の制限を受け(η=φ)、そうでなければ全て通過できる(η=ψ)。
従って、これら角度β1と角度ηとを合わせた角度αの範囲を通る蒸着粒子のみが第1補正板81の通過が許容される。
第1補正板81の羽根板間開口86の幅をd1とし、羽根板83のZ軸方向の高さ寸法をm1としたとき、tanβ1=d1/m1の関係式が成立する。従って、羽根板間開口86の幅d1と羽根板83の高さ寸法m1とを選択することにより、角度β1を任意に設定することができる。
また、羽根板83のY軸方向の厚み寸法をt1としたとき、第1補正板81の開口率を求めると、d1/(d1+m1×tanφ1+t1)となる。角度β1が設定されると、その開口率は傾斜角φ1と厚み寸法t1とに規定されるため、傾斜角φ1や厚み寸法t1を小さくすることで開口率が向上する。従って、傾斜角φ1と厚み寸法t1はできるだけ小さく設定するのが好ましい。
図14に第2補正板82における羽根板83の部分を模式的に示す。前図と同様、矢印破線は飛翔する蒸着粒子の軌跡を表している。第1補正板81により、左斜め上方に向かって通過する蒸着粒子は、進行方向が角度β1より小さい範囲のものに制限されている。従って、第2補正板82では、第1補正板81と同様にして、右斜め上方に向かう蒸着粒子の進行方向を角度β2に制限する。そうすることで、第2補正板82の羽根板間隙間85を通過することができる蒸着粒子は、更に狭い範囲に制限される。
具体的には、第2補正板82の羽根板間開口86の幅をd2とし、羽根板83のZ軸方向の高さ寸法をm2としたとき、tanβ2=d2/m2の関係式が成立する。従って、羽根板間開口86の幅d2と羽根板83の高さ寸法m2とを選択することで角度β2を設定することができる。なお、第2補正板82の場合も、開口率が向上することから傾斜角φ2と厚み寸法t2はできるだけ小さく設定するのが好ましい。
このように第1補正板81と第2補正板82とで蒸着粒子の進行方向を規制することで、図15に示すように、シャドウマスク60に向かう蒸着粒子の進行方向を任意の角度θに制限することが可能になる。
すなわち、同図において、射出口53aから放射される蒸着粒子の左側の射出角度ψ1は、これと傾斜が逆行する第1補正板81によってβ1に制限することができ、右側の射出角度ψ2は、これと傾斜が逆行する第2補正板82によってβ2に制限することができる。通常、β1とβ2は同じ値に設定される。従って、第1補正板81と第2補正板82は共用可能である。
こうして、見かけ上、シャドウマスク60に入射する蒸着粒子の射出角度を小さくすることで、図16に示すように、最大の入射角度を小さくできるので蒸着ボケを効果的に低減できる。
補正板81,82の設定条件を選択することで、見かけ上の射出角度を自在に調整することができ、蒸着ボケの低減幅も必要に応じて調整できる。更に、第1補正板81で制限される角度β1と第2補正板82で制限される角度β2とを異ならせることも可能であるため、薄膜3の両側で蒸着ボケの幅を別々に調整することもできる。
放射される蒸着粒子(蒸着材料)の一部は補正板81,82に付着するため、使用時間が増えるに従って補正板81,82上に堆積する蒸着材料が増加する。
それに対し、羽根板83をシャドウマスク60に対して傾斜させることで、蒸着粒子が補正板81,82に付着して堆積しても、羽根板間開口86の幅を安定して維持できる。
例えば、羽根板83を傾斜させずにシャドウマスク60と平行に配置(φ1、φ2=90°)したり、シャドウマスク60と垂直に配置(φ1、φ2=0°)したりすると、羽根板間隙間85は羽根板間開口86に一致することとなり、羽根板間開口86は直ぐに詰まってしまう。それに対し、羽根板83を傾斜させることで羽根板間隙間85を羽根板間開口86に対して大きくすることができるので、それだけ長く使用できる。
また、補正板81,82を設けることで、シャドウマスク60に付着する蒸着材料を減らすことができるため、シャドウマスク60の交換回数を減らすことができる。蒸着ボケが低減され、対象基板10に付着する不要な蒸着材料が減る分でも材料の利用効率は向上する。
マスクユニット55には、第1補正板81及び第2補正板82を支持するために、それぞれに対応して、スライド装置92や支持部材93、これらを制御する補正板制御装置94が備えられている。これらも、補正板81,82とともに蒸着ボケの低減や材料の利用効率の向上に寄与している。
スライド装置92は、一対のスライド機構92a,92aを有し、これらスライド機構92a,92aはホルダー55aのY軸方向における両側部分に対向状に配設されている。支持部材93は、各スライド機構92aの対向面側にそれぞれ回転可能に支持されている。さらに、これら支持部材93は、互いに対向した状態でZ軸方向やX軸方向にスライド変位可能であり、スライド装置92と補正板制御装置94の協働によってこれらの動きが制御されている。
補正板制御装置94は、これらスライド装置92や支持部材93と電気的に接続されている制御装置である。補正板制御装置94に所定の入力手段を通じて所定のデータを入力することで、支持部材93の回転やスライド変位の動作を高精度に制御することができる。
第1補正板81や第2補正板82には、その各端枠部84bの幅方向の中央部分に支持部84cが設けられていて、これら支持部84c,84cを各支持部材93に取り付けることにより、第1補正板81等はホルダー55aに固定される。これら支持部84c,84cは支持部材93から取り外すことができ、必要に応じて第1補正板81等はマスクユニット55から脱着できる。
各補正板81,82は脱着可能であるため、定期的に堆積した蒸着材料を回収することができる。
例えば、蒸着材料は加熱すれば溶融または蒸発するため、加熱処理することによって容易に回収することができる。ところが、シャドウマスク60の場合、その開口幅や平面度等、求められる寸法精度が高いため、歪みを招くおそれがあり、加熱処理は行えない。それに対し、補正板81,82であれば、シャドウマスク60のような高度な寸法精度は求められないため、加熱処理でき、堆積した蒸着材料を簡単に回収することができる。従って、高い材料の利用効率を確保することができる。
補正板制御装置94を操作することで、各補正板81,82を180°回転させて反転させることができる。換言すれば、蒸着源53側に臨む羽根板83の面を裏返すことができる。すなわち、補正板制御装置94やスライド装置92、支持部材93は反転装置として機能する。補正板81,82を反転させることで、一方の面に蒸着粒子が多量に堆積した場合に、他方の面を活用することができ、補正板81,82の交換回数を減らすことができる。なお、その際には傾きが逆の第1補正板81と第2補正板82の双方をまとめて反転させることになる。
本実施形態の場合、補正板制御装置94を操作することで各補正板81,82のZ軸方向の配置を位置決めできる。その際、第1補正板81の1つの羽根板間隙間85から出射する蒸着粒子は、第2補正板82の複数の羽根板隙間85に入射するように位置決めするのが好ましい。
具体的には、第1補正板81の1つの羽根板間隙間85から出射する蒸着粒子は、第2補正板82の5つ以上の羽根板間開口86に入射するように設定するのが好ましい。この場合、Z方向における第1補正板81と第2補正板82との間の距離をG1とし(図10参照)、第2補正板82の羽根板間開口86のピッチをp1(図14参照、p1=d2+m2×tanφ2+t2)としたとき、次の第1関係式が成立するように設定すればよい。
第1関係式:G1×tanβ1/p1≧5
そうすることにより、第1補正板81と第2補正板82とで羽根板間開口86のピッチが干渉するのを防ぎ、蒸着粒子の分布を安定させることができ、予期しないばらつきや偏りを抑制することができる。
同様に、第2補正板82の1つの羽根板間隙間85から出射する蒸着粒子は、シャドウマスク60の複数の開口Kに入射するように位置決めするのが好ましい。具体的には、第2補正板82の1つの羽根板間隙間85から出射する蒸着粒子は、シャドウマスク60の5つ以上の開口Kに入射するように設定するのが好ましい。
この場合、Z方向における第2補正板82とシャドウマスク60との間の距離をG2とし(図10参照)、シャドウマスク60の開口Kのピッチをp2としたとき(図9参照)、次の第2関係式が成立するように設定すればよい。
第2関係式:G2×tanβ2/p2≧5
そうすることで、第2補正板82の羽根板間開口86とシャドウマスク60の開口Kとで、ピッチが干渉するのを防ぎ、蒸着粒子の分布を更に安定させることができ、予期しないばらつきや偏りをよりいっそう抑制することができる。
また、補正板制御装置94を操作することで、各補正板81,82自体を傾斜させた状態で支持することができる。補正板81,82自体を傾斜させることで、例えば、蒸着処理を行いながら、シャドウマスク60に対する羽根板83の傾斜を微調整することができるため、より実用的で高精度な蒸着ボケの低減が可能になる。
蒸着源53から放射される蒸着粒子が余計な部分に付着するのを防ぐため、各スライド機構92aの対向面側の前方には、羽根板83が臨む空間の両側を区画するように、防着板91が設けられている。防着板91の存在により、補正板81,82を通じた蒸着粒子のみがシャドウマスク60に到達することが確保される。
なお、蒸着装置50は、上述した蒸着装置50以外にも様々な形態が考えられる。例えば、基板10側が移動するのではなく、マスクユニット55側が移動するように構成することができる。この場合、羽根板83はマスクユニット55と共に移動するのが好ましい。射出口53aの数や配置も適宜調整できる。さらには、1つまたは複数の射出口53aがY軸方向に延伸されているようなスリット形状の射出口とすることもできる。また射出口53aは、X軸方向に複数配置されていてもよい。
図17に示すように、マスクユニット55と基板支持装置52とを上下逆に配置して、蒸着粒子を下方に向かって放射するように構成することもできる。各部材等の構成や機能は本実施形態の蒸着装置50と同様であるため、同じ符号を付してその説明は省略する。この場合、対象基板10の支持が容易になる点で有利である。
(蒸着方法)
図18に、蒸着方法の主な工程を示す。例えば、赤色(R)の発光層25R用のシャドウマスク60をマスクユニット55に装着し、テンション保持装置58でシャドウマスク60を水平に支持する(ステップS11)。そうすることで、シャドウマスク60と蒸着源53とは所定の位置関係に固定される。第1補正板81及び第2補正板82は、事前に所定位置に配置されている。蒸着源53には、赤色(R)の発光層25R用の蒸着材料がセットされている。
図18に、蒸着方法の主な工程を示す。例えば、赤色(R)の発光層25R用のシャドウマスク60をマスクユニット55に装着し、テンション保持装置58でシャドウマスク60を水平に支持する(ステップS11)。そうすることで、シャドウマスク60と蒸着源53とは所定の位置関係に固定される。第1補正板81及び第2補正板82は、事前に所定位置に配置されている。蒸着源53には、赤色(R)の発光層25R用の蒸着材料がセットされている。
次に、対象基板10の行方向が走査方向と平行になるように、対象基板10を基板支持装置52に取り付けて支持させる(ステップS12)。そして、対象基板10とシャドウマスク60とを対向させて垂直方向(Z軸方向)の位置合わせを行い、対象基板10とシャドウマスク60との間に所定の空隙Hを設定する(位置合わせ工程、ステップS13)。
こうして対象基板10等を蒸着装置50にセットした後に蒸着装置50を稼働させ、対象基板10の表示領域11の全域にわたって対象基板10を走査しながら蒸着する(蒸着工程、ステップS14)。この蒸着工程では、対象基板10は一定の走査速度で走査方向を移動する。位置決め機構により、対象基板10はシャドウマスク60に対して水平方向に正確に位置決めされている。
その間、蒸着源53から蒸着粒子が放射され、第1補正板81及び第2補正板82によって所定の見かけ上の放射角度に調整された蒸着粒子がシャドウマスク60の開口Kを通って対象基板10に順次蒸着し、薄膜3が形成される。薄膜3の膜厚は、例えば、走査速度や走査回数を調整することによって制御できる。蒸着工程の後には、対象基板10における赤色(R)のサブ画素2R,2R,…の領域にストライプ状の薄膜3(赤色の発光層25R)が形成される。
図19の(a)に示すように、蒸着処理を連続して行うと、補正板81,82に堆積する蒸着材料(同図中、符号jで示す)が増加する。そこで、本実施形態の蒸着装置50の場合、同図の(b)に示すように、蒸着材料jが多量に堆積したときに第1補正板81及び第2補正板82を180°回転させ、反転させる。そうすることで、第1補正板81等の交換回数を半減させることができる。なお、第1補正板81等の反転によって上述したβ1,β2の角度も逆になる。
そして、第1補正板81等の両面に蒸着材料jが多量に堆積した場合には、これら補正板81,82を蒸着装置50から取り外し、堆積した蒸着材料jを回収する(回収工程、ステップS15)。
例えば、取り外した補正板81,82を所定条件の下で加熱して堆積した蒸着材料jを溶融または昇華させることで簡単に蒸着材料を回収できる。回収後には、補正板81,82は再度、蒸着装置50に取り付け、蒸着材料jは再度、蒸着源53にセットすればよい。
赤色(R)の発光層25Rの形成後には、これと同じ蒸着方法により、シャドウマスク60や蒸着源53の材料を交換しながら、緑色(G)や青色(B)の発光層25G,25Bを形成すればよい。なお、RGBの各色のサブ画素2R,2G,2Bの並びがいずれも同じピッチの時には、例えば、シャドウマスク60をY軸方向に所定ピッチずらす(移動させる)ようにすれば、シャドウマスク60は共用できる。
(変形例)
図20及び図21に、上記実施形態の蒸着装置50等の変形例を示す。本例の蒸着装置50では、スライド装置92や支持部材93等が備えられずに、羽根板83がフレーム84に回転可能に支持されている点が特に異なっている。以下、同様の構成については、同じ符号を用いてその説明は省略し、異なる点について詳しく説明する。
図20及び図21に、上記実施形態の蒸着装置50等の変形例を示す。本例の蒸着装置50では、スライド装置92や支持部材93等が備えられずに、羽根板83がフレーム84に回転可能に支持されている点が特に異なっている。以下、同様の構成については、同じ符号を用いてその説明は省略し、異なる点について詳しく説明する。
本変形例では、支持部材93Aがホルダー55aに固定されている。第1補正板81及び第2補正板82は、支持部材93Aを介してホルダー55aに脱着可能に支持されている。
各羽根板83の長手方向の各端部には、横断面方向の中央に回転軸96が設けられている。各羽根板83は、この回転軸96を介してフレーム84に回転可能に支持されている。そして、フレーム84には、これら羽根板83を回転変位させる回転装置97が設けられている。回転装置97には、羽根板83の回転角度や回転タイミング等を制御する羽根板制御装置98が電気的に接続されている。羽根板制御装置98は、各羽根板83の変位量を同期して制御することができる。ただし、羽根板83個々に独立して変位量を制御できるのが好ましい。
従って、この蒸着装置50によれば、第1補正板81及び第2補正板82の各羽根板83の傾きを必要に応じて調整できるので、見かけ上の射出角度を自在に調整することができる。蒸着ボケの許容レベルが異なる対象基板に対しても、設定を変えるだけで対応できるため、汎用性に優れる。羽根板83個々に独立して変位量を制御できる場合には、例えば、羽根板83の成形精度のばらつきや蒸着粒子の堆積による影響により、見かけ上の射出角度にばらつきが発生しても、羽根板83個々に変位量を調整することでそのばらつきを抑制することができる。
また、この蒸着装置50の場合、羽根板83を回転変位させてその傾斜方向を逆向きにできるため、回転装置97等は実質的に反転装置としても機能する。
更に、いずれか1つの補正板81,82において、羽根板間開口86のピッチよりも羽根板83の横断面長さが大きくなるように設定すれば、シャッターとしても機能させることができる。
すなわち、この場合、シャドウマスク60と略平行になるように羽根板83を回転変位させれば、羽根板間開口86を無くすことができ、完全に蒸着粒子の通過を遮断することができる。そうすれば、別途シャッターを設ける必要が無くなるため、構造を簡素にできる。
また、対象基板10の走査中に、薄膜3を形成しない領域に応じて部分的に遮断することもできるため、高機能シャッターとして兼用できる利点もある。
(実施例)
上述した蒸着装置50や新蒸着方法を用い、発光層25R,25G,25Bを形成した。
上述した蒸着装置50や新蒸着方法を用い、発光層25R,25G,25Bを形成した。
シャドウマスク60には、総厚が50μmで200mm(X軸方向)×600mm(Y軸方向)の寸法のものを使用した。シャドウマスク60の素材はインバー材(FeにNiを36%含有した合金)である。開口Kは、幅(Y軸方向)を90μmとし、長さ(X軸方向)を150mmとした。開口KのY軸方向のピッチは450μmとした。開口Kの数は751個とした。開口Kが設けられた領域の外周は、インバー材製のフレーム84等で遮蔽した。
第1補正板81及び第2補正板82は、共に190mm(X軸方向)×590mm(Y軸方向)の寸法とした。それぞれの羽根板83は、Z方向の高さ寸法(m1,m2)を10mmとし、Y軸方向の厚み寸法(t1,t2)を0.2mmとした。傾斜角度(φ1,φ2)は、蒸着軸線L1に対してそれぞれ逆向きに10°とした。羽根板間開口86は、それぞれ129個形成し、各羽根板間開口86の幅寸法(d1,d2)は1mmとした。そうすることで、これら補正板81,82のβ1及びβ2を約5.7°に設定した。
対象基板10とシャドウマスク60との間の空隙Hは500μmとした。蒸着源53と第1補正板81との間の距離は30mmとし、シャドウマスク60と第2補正板82との間の距離(G2)は50mmとし、第2補正板82と第1補正板81との間の距離(G1)は90mmとした。
各発光領域16R,16G,16Bは、300μm(X軸方向)×70μm(Y軸方向)の寸法とし、そのX軸方向のピッチは450μm、Y軸方向のピッチは150μmとした。
各色の発光層25R,25G,25Bの材料には、ホスト材料及びドーパント材料を使用し、これらの蒸着速度は、赤色(R)が5.0nm/s及び0.53nm/s、緑色(G)が5.0nm/s及び0.67nm/s、青色(B)が5.0nm/s及び0.67nm/sとした。蒸着工程では、1往復の走査を1回行った。射出口から放射される蒸着粒子の最大射出角度(ψ1,ψ2)は、約60°であった。
その結果、蒸着ボケの幅がそれぞれ約52μmの発光層25R,25G,25Bを形成することができた。
すなわち、図15に示したように、蒸着源53から放射された蒸着粒子は、第1補正板81において進行方向が規制され、蒸着軸線L1に対し、β1の角度5.7°とφ1(羽根板83の傾斜角)の角度10°の範囲内を通る蒸着粒子のみが第1補正板81を通過する。そして、第2補正板82において更に進行方向が規制され、蒸着軸線に対し、β1の角度5.7°とβ2の角度5.7°の範囲内を通る蒸着粒子のみが第2補正板82を通過する。
このように本実施例の場合、射出口から射出角度60°の範囲に拡がって放射される蒸着粒子は、見かけ上、シャドウマスク60に達する際には射出角度が5.7°に制限される。その結果、対象基板10に蒸着する蒸着粒子の入射角度を5.7°以下に制限することができ、蒸着ボケの低減された、高品位な発光層25R,25G,25Bを形成することができた。
以上説明したように、本発明によれば、実用的な方法でもって蒸着ボケを効果的に低減することができるので、大型サイズであっても量産プロセスで高品位な有機ELディスプレイの製造を実現できる。また、蒸着ボケの低減が可能になったことで、画素の発光領域をより大きく設計することもできる。そうすれば、電流密度を低下させて有機EL素子の劣化が抑制できるため、発光寿命特性に優れ、信頼性の高い有機ELディスプレイの実現が可能になる。
なお、本発明にかかる蒸着装置50等は、前記の実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
上記実施形態では、蒸着装置50の蒸着補正部材は2つであるが、3つ以上であってもよい。例えば、実施形態の第1補正板81及び第2補正板82を2段で構成することができる。そうすれば、蒸着源53側の下段の第1補正板81等で、ある程度見かけ上の射出角度を制限し、上段の第1補正板81等で微調整することができる。
蒸着補正部材の全部又は一部は、マスクユニット55に固定してあってもよい。羽根板83はフレーム84に揺動可能に支持されていてもよい。スライド装置は必須ではない。蒸着補正部材の反転は手動で行ってもよい。
3 薄膜
10 基板
50 蒸着装置
52 基板支持装置
53 蒸着源
53a 射出口
55 マスクユニット
56 移動装置
60 シャドウマスク(蒸着マスク)
81 第1補正板(蒸着補正部材)
82 第2補正板(蒸着補正部材)
83 羽根板
84 フレーム
85 羽根板間隙間
86 羽根板間開口(開口)
92 スライド装置
93 支持部材
94 補正板制御装置(制御装置)
97 回転装置
98 羽根板制御装置(制御装置)
K 蒸着マスクの開口
10 基板
50 蒸着装置
52 基板支持装置
53 蒸着源
53a 射出口
55 マスクユニット
56 移動装置
60 シャドウマスク(蒸着マスク)
81 第1補正板(蒸着補正部材)
82 第2補正板(蒸着補正部材)
83 羽根板
84 フレーム
85 羽根板間隙間
86 羽根板間開口(開口)
92 スライド装置
93 支持部材
94 補正板制御装置(制御装置)
97 回転装置
98 羽根板制御装置(制御装置)
K 蒸着マスクの開口
Claims (11)
- 基板に薄膜を所定のパターンで形成する蒸着装置であって、
蒸着マスクと、
前記蒸着マスク側に射出口を有し、該射出口から前記薄膜を形成する蒸着粒子を放射する蒸着源と、
前記蒸着マスクと前記蒸着源との間に配置される2つ以上の蒸着補正部材と、
を備え、
前記蒸着補正部材のそれぞれは、
前記蒸着マスクと略平行に配置される複数の羽根板と、
前記複数の羽根板を支持するフレームと、
を有し、
前記羽根板のそれぞれが、前記蒸着マスクに対して傾斜した状態で、前記蒸着マスクと直交する方向から見て、隣接する羽根板との間に開口を隔てて互いに平行に延びるように配置されている蒸着装置。 - 請求項1に記載の蒸着装置において、更に、
前記蒸着マスク、前記蒸着源及び前記蒸着補正部材を含み、これらの相対的な位置関係を固定するマスクユニットと、
前記基板を支持する基板支持装置と、
前記基板と前記蒸着マスクとの間に一定の空隙を設けた状態で、前記マスクユニット及び前記基板のうち少なくとも一方を、所定の走査方向に沿って相対的に移動させる移動装置と、
を備え、
前記蒸着マスクは、複数のストライプ状の開口を有し、これら開口の延びる方向が前記走査方向と一致するように前記蒸着マスクが配置され、
前記蒸着補正部材のそれぞれは、前記羽根板の延びる方向が前記走査方向と一致するように配置され、
前記蒸着補正部材のそれぞれの前記羽根板が、前記走査方向から見て同じ角度で傾斜している蒸着装置。 - 請求項2に記載の蒸着装置において、
前記蒸着補正部材が、それぞれの前記羽根板が逆向きに傾斜している2つの蒸着補正部材を含む蒸着装置。 - 請求項2〜請求項3のいずれか1つに記載の蒸着装置において、更に、
少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材を反転させる反転装置を備える蒸着装置。 - 請求項2〜請求項4のいずれか1つに記載の蒸着装置において、更に、
前記蒸着マスクと直交する方向に、少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材をスライド変位させるスライド装置を備える蒸着装置。 - 請求項2〜請求項5のいずれか1つに記載の蒸着装置において、更に、
少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材は、前記走査方向から見て傾斜可能に設けられ、
傾斜可能な前記蒸着補正部材の傾きを調整する制御装置を備える蒸着装置。 - 請求項2〜請求項5のいずれか1つに記載の蒸着装置において、
少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材における前記羽根板は、前記フレームに回転可能に支持されていて、
回転可能な前記羽根板を回転変位させる回転装置と、
前記回転装置と協働して回転可能な前記羽根板の傾きを調節する制御装置と、を更に備える蒸着装置。 - 請求項2〜請求項7のいずれか1つに蒸着装置において、
少なくともいずれか1つの前記蒸着補正部材が取り外し可能に設けられている蒸着装置。 - 蒸着源から放射される蒸着粒子を蒸着マスクに形成された複数の開口を通じて蒸着させることにより、所定のパターンの薄膜を基板に形成する蒸着方法であって、
前記蒸着源と前記蒸着マスクとの間に、それぞれ異なった所定方向に向かう前記蒸着粒子の通過のみを許容する少なくとも2つ以上の蒸着補正部材を配置し、これら蒸着補正部材で前記蒸着粒子の進行方向を規制しながら蒸着を行う蒸着方法。 - 請求項9に記載の蒸着方法において、
請求項2〜請求項7のいずれか1つに記載の蒸着装置が用いられ、
前記基板を前記基板支持装置に支持させ、前記基板と前記蒸着マスクとの間に前記空隙を設けた状態で、前記マスクユニットと前記基板とを対向させる位置合わせ工程と、
前記移動装置により、前記マスクユニット及び前記基板のうち少なくとも一方を所定の走査方向に沿って相対的に移動させながら順次蒸着させ、前記薄膜を形成する蒸着工程と、
を含む蒸着方法。 - 請求項9に記載の蒸着方法において、
請求項8に記載の蒸着装置が用いられ、
前記基板を前記基板支持装置に支持させ、前記基板と前記蒸着マスクとの間に前記空隙を設けた状態で、前記マスクユニットと前記基板とを対向させる位置合わせ工程と、
前記移動装置により、前記マスクユニット及び前記基板のうち少なくとも一方を所定の走査方向に沿って相対的に移動させながら順次蒸着させ、前記薄膜を形成する蒸着工程と、
前記蒸着補正部材を前記蒸着装置から取り外し、該蒸着補正部材に付着した蒸着粒子を回収する回収工程と、
を含む蒸着方法。
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