JP6229483B2 - 成膜用マスク、マスク成膜方法、および有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents
成膜用マスク、マスク成膜方法、および有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 Download PDFInfo
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Description
したがって、精度の良いマスク成膜を行うためには、成膜用マスクを構成するマスク本体(メタルマスクとも呼ばれる)や当該マスク本体を支持するマスクフレームが成膜時に受ける熱の影響を考慮する必要がある。
具体的には、特許文献1において、基材の熱膨張係数をα(S)とし、マスクフレームの熱膨張係数α(F)とした場合に、(α(S)−5×10−6℃−1)≦α(F)≦(α(S)+10×10−6℃−1)の関係が存在し、かつ、蒸着時のマスクフレームの温度上昇をΔT(F)、マスク本体の温度上昇をΔT(M)、マスク本体の熱膨張係数α(M)とした場合に、α(F)≧α(M)×(ΔT(M)/ΔT(F))を満足することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法が開示されている。
詳細には、ガラス基材の材料として用いることができる硬質ガラスの線膨張係数は9×10−6/℃であり、一方、樹脂基材の材料として用いることができるポリエチレンテレフタラート(PET)の線膨張係数は70×10−6/℃であるため、両者の線膨張係数は桁数が1桁異なっている。
このように基材の性質(線膨張係数)が大きく異なることから、特許文献1に開示されたガラス基材に関する技術を、樹脂基材に適用しようとは考えられず、仮に適用しても、好適な態様とはならない。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る成膜用マスク1は、1つ以上の開口部11aを有するマスク本体11と、マスク本体11を支持するマスクフレーム12と、を備える。そして、図2に示すように、成膜用マスク1は、樹脂基材2に対する成膜に用いられる。
なお、マスク本体11はマスクフレーム12に対して、溶接、接着剤、または螺子等により固定されている。
樹脂基材の線膨張係数をA、マスク本体の線膨張係数をCとした場合、A/Cは10〜18を満足する必要がある。詳細な原理については明らかではないが、A/Cがこの数値範囲を満たすことにより、高温の成膜処理時および常温の成膜処理前後において、樹脂基材とマスク本体とが、再現性よく好適な関係を保ちながら膨張および収縮を繰り返すことができる。その結果、一つの成膜用マスクを用いて成膜処理を複数回行ったとしも、成膜パターンの形状や寸法にバラツキがほとんど生じない。
なお、A/Cは好ましくは11〜16であり、さらに好ましくは12〜14である。
マスクフレームの線膨張係数をB、マスク本体の線膨張係数をCとした場合、B/Cは1.3〜6.5を満足する必要がある。B/Cがこの数値範囲を満たすことにより、高温の成膜処理時において、マスクフレームがマスク本体を好適に引っ張るため、マスク本体が撓まず適度に張った状態を維持することができる。その結果、所望の成膜パターンを精密に施すことが可能となり、例えば、複数の同一形状の開口部を有するマスク本体を使用して複数の成膜パターンを形成させる場合に、各成膜パターン間における形状や寸法にバラツキがほとんど生じない。
また、B/Cが6.5を超えると、マスク本体に対してマスクフレームの線膨張係数が大きすぎることから、高温の成膜処理において、マスクフレームがマスク本体を引っ張りすぎてしまい、マスク本体が歪んでしまう可能性が高くなる。
なお、B/Cは好ましくは2.0〜5.5であり、さらに好ましくは2.5〜4.0である。
樹脂基材の線膨張係数をA、マスクフレームの線膨張係数をBとした場合、A/Bは2.4〜9を満足するのが好ましい。A/Bがこの数値範囲を満たすことにより、上記したA/CおよびB/Cがもたらす効果を確実なものとすることができる。
なお、A/Bはさらに好ましくは3〜7である。
本発明の成膜対象である樹脂基材の線膨張係数Aは、公知の樹脂が示す線膨張係数であれば特に限定されないが、本発明の効果を確実に発揮させるため、60×10−6〜70×10−6/℃であるのが好ましい。
そして、樹脂基材の材料としては、例えば、線膨張係数が65×10−6/℃程度のポリエチレンテレフタラート(PET)や、線膨張係数が68×10−6/℃程度のポリカーボネート(PC)を好適に用いることができる。
そして、マスクフレームの材料としては、例えば、線膨張係数が23.8×10−6/℃程度のA5052(JIS H4000:2006)、線膨張係数が17.3×10−6/℃程度のSUS304(JIS G4304:2012)、線膨張係数が12.8×10−6/℃程度のニッケル、線膨張係数が12×10−6/℃程度の鉄・鋼を好適に用いることができる。
そして、マスク本体の材料としては、例えば、線膨張係数が4.5×10−6〜6.5×10−6/℃程度である42アロイを好適に用いることができる。
成膜用マスクのサイズ(1辺の長さおよび厚さ)については、特に限定されない。しかし、本発明の効果を確実なものとするため、マスク本体およびマスクフレームの1辺の長さは200〜800mmが好ましく、300〜700mmが特に好ましい。
そして、マスク本体の厚さは、0.1〜0.3mmが好ましく、また、マスクフレームのフレーム巾×厚さは、10〜30mm×5〜20mmが好ましい。
成膜用マスクとしては、複数の上記したサイズの成膜用マスクを開口部が同じ方向を向くように並べて連結させて、大型の成膜用マスクとして用いてもよい。
また、マスク本体に形成される開口部の形状は、当然、図1に示す形状には限定されず、所望の成膜パターンに対応する形状とすればよい。
[マスク成膜方法]
本発明の実施形態に係るマスク成膜方法は、前記した成膜用マスクを用いて膜を成膜することを特徴とする。
そして、本発明の実施形態に係るマスク成膜方法は、図2に示すように、樹脂基材2の成膜させたい面に対向するように成膜用マスク1を設置し、成膜用マスク1側から樹脂基材2に対して成膜材料3を付着させればよい。
なお、図2では、樹脂基材2の表面に対してマスク成膜を行っているが、当然、樹脂基材2の表面に既に所定の層が形成されているものに対してマスク成膜を行ってもよい。
[有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法]
本発明の実施形態に係る有機EL素子の製造方法は、第1電極、有機機能層、および第2電極のうち少なくとも1つについて、前記した成膜用マスクを用いて成膜するマスク成膜工程を含むことを特徴とする。そして、本発明の実施形態に係る有機EL素子の製造方法は、以下に説明する各工程を含んでもよい。
そして、前処理工程の後、樹脂基材に第1電極である陽極を形成する(第1電極形成工程)。次に、有機機能層である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を形成する(有機機能層形成工程)。そして、第2電極である陰極を形成する(第2電極形成工程)。
最後に、樹脂基材を所定サイズの枚葉の状態にカットする裁断処理といった後処理を施す(後処理工程)。
よって、「第1電極形成工程」については、スパッタリングで薄膜を形成した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングするといった公知の形成方法を適用するとともに、「有機機能層形成工程」および「第2電極形成工程」については、本発明の規定する「マスク成膜工程」を適用するという形式でもよい。
なお、前処理工程や後処理工程における各処理の方法については、公知の処理方法を用いればよい。
したがって、本発明の実施形態に係る成膜用マスクによれば、樹脂基材に対して所望の形状の膜を精密かつ再現性よく成膜することが可能な成膜用マスクを提供することができる。
したがって、本発明の実施形態に係るマスク成膜方法によれば、樹脂基材に対して所望の形状の膜を精密かつ再現性よく成膜することが可能なマスク成膜方法を提供することができる。
したがって、本発明の実施形態に係る有機EL素子の製造方法によれば、樹脂基材に対して所望の形状の膜を精密かつ再現性よく成膜することが可能な有機EL素子の製造方法を提供することができる。
[有機EL素子]
有機EL素子は、基材上に、第1電極(陽極)、発光層を含む有機機能層、第2電極(陰極)等を積層して構成される。
そして、有機機能層としては、発光層という発光に直接関与する基本的な有機機能層のほかに、例えば、キャリア(正孔及び電子)の注入層、阻止層及び輸送層等の各種機能を有する有機機能層を備えていてもよい。
(1)発光層/電子輸送層
(2)正孔輸送層/発光層/電子輸送層
(3)正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層
(4)正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層(陰極バッファー層)
(5)正孔注入層(陽極バッファー層)/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層
(6)正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層
基材は、樹脂等の可撓性のある基材で構成される。なお、本発明では基材として樹脂を用いることから、樹脂基材の表面には、次に記載するガスバリア層が形成されることが好ましい。
基材と有機機能層との間には、防湿の観点から、1層又は2層以上のガスバリア層が形成されることが好ましい。
第1電極(陽極)は、有機機能層(具体的には発光層)に正孔を供給(注入)する電極膜である。第1電極の材料の種類や物性は特に制限されず、任意に設定できる。例えば、第1電極は、仕事関数の大きい(4eV以上)材料、例えば、金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物等の電極材料で形成可能である。また、第1電極は、酸化インジウム錫(ITO)や酸化インジウム亜鉛等の光透過性を有する材料(透明電極)により構成されていてもよい。
有機機能層を構成する各種有機機能層について以下に説明するが、これらの有機機能層の各有機機能層の具体的な材料等は公知の材料等を適用することが可能であるため、その説明を省略する。
発光層は、第1電極から直接、又は第1電極から正孔輸送層等を介して注入される正孔と、第2電極(陰極)から直接、又は第2電極から電子輸送層等を介して注入される電子とが再結合することにより、発光する層である。なお、発光する部分は、発光層の内部であってもよいし、発光層とそれに隣接する層との間の界面であってもよい。
注入層は、駆動電圧の低下や発光輝度の向上を図るための層である。注入層は、通常は、電極及び発光層の間に設けられる。注入層は、通常は2つに大別される。即ち、注入層は、正孔(キャリア)を注入する正孔注入層、及び電子(キャリア)を注入する電子注入層に大別される。正孔注入層(陽極バッファー層)は、第1電極と、発光層又は正孔輸送層との間に設けられる。また、電子注入層(陰極バッファー層)は、第2電極と、発光層又は電子輸送層との間に設けられる。
阻止層は、キャリア(正孔、電子)の輸送を阻止するための層である。阻止層は、通常は2つに大別される。即ち、阻止層は、正孔(キャリア)の輸送を阻止する正孔阻止層と、電子(キャリア)の輸送を阻止する電子阻止層とに大別される。
輸送層は、キャリア(正孔及び電子)を輸送する層である。輸送層は、通常は2つに大別される。即ち、輸送層は、正孔(キャリア)を輸送する正孔輸送層と、電子(キャリア)を輸送する電子輸送層とに大別される。
第2電極(陰極)は、発光層に電子を供給(注入)する電極膜である。第2電極を構成する材料は特に制限されないが、通常は、仕事関数の小さい(4eV以下)材料、例えば、金属(電子注入性金属)、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物等の電極材料で形成される。
表1に示す各材料を用いて、マスク本体とマスクフレームとを有する成膜用マスク(サンプル1〜25)を作製した。なお、マスク本体はマスクフレームに対して溶接により固定した。
各サンプルのマスク本体は、短辺が360mm、長辺が680mm、厚さが10mmであった。そして、マスク本体には、長方形(50mm×100mm)の開口部が9個設けられていた。また、各サンプルのマスクフレームは、厚さが0.15mmであるとともに、図1に示すように、マスク本体と略同じ短辺および長辺であった。
なお、表1に示す各材料の「線膨張係数」とは、20〜100℃の温度範囲における平均線膨張係数(/℃)であり、JIS Z 2285:2003に記載されている方法により算出された値である。
真空雰囲気下(5×10−5Pa)において、基材(PET:ポリエチレンテレフタラート)の表面に成膜用マスクを設置した。そして、成膜処理は、蒸着により行った。
なお、蒸着材料は、Alq3を用いるとともに、蒸着速度0.2nm/秒で蒸着し、20nmの膜を設けた。
作製したサンプル1〜25を用いて成膜を行った結果について、下記のようにして「繰り返し寸法精度」および「寸法バラツキ」を評価した。
各サンプルを用いて前記成膜方法により10枚ずつ成膜を行った。そして、マスク穴寸法と基材上の成膜パターンの寸法を比較した。詳細には、マスクの9つの成膜パターンのうち、中心部に位置するパターン(50mm×100mm長方形)の穴寸法と中心部に位置する成膜パターンの寸法とが100μm以上のズレが生じた基材の数を確認した。
○:100μm以上のズレや歪みの生じた基材の数が0枚
△:100μm以上のズレや歪みの生じた基材の数が1〜2枚
×:100μm以上のズレや歪みの生じた基材の数が3枚以上
各サンプルを用いて前記成膜方法により1枚成膜を行った。そして、マスク内すべてのパターンについてマスク穴寸法と基材上の成膜パターンの寸法を比較した。詳細には、マスクの9つのパターン(50mm×100mm長方形)の穴寸法と成膜パターンの形状とが100μm以上のズレが生じた成膜パターンの数を確認した。
○:100μm以上のズレや歪みの生じた成膜パターンの数が0つ
△:100μm以上のズレや歪みの生じた成膜パターンの数が1〜2つ
×:100μm以上のズレや歪みの生じた成膜パターンの数が3つ以上
表1に記載の結果より明らかなように、サンプル2、7、12、17、22については、A/Cの値が本発明の規定の範囲内であったことから、繰り返し寸法精度の評価が非常に好ましいものとなった。また、サンプル12、17、18、22〜24については、B/Cの値が本発明の規定の範囲内であったことから、寸法バラツキの評価が非常に好ましいものとなった。
以上より、A/CおよびB/Cの両方について、本発明の規定を満たしているサンプル12、17、22を用いると、成膜処理を複数回行ったとしも、成膜パターンの形状や寸法にバラツキがほとんど生じなくなるとともに、所望の成膜パターンを精密に施すことができることがわかった。
2 樹脂基材
3 成膜材料
11 マスク本体
11a 開口部
12 マスクフレーム
Claims (6)
- 樹脂基材に膜を成膜する際に用いられる成膜用マスクであって、
開口部を有するマスク本体と、
前記マスク本体を支持するマスクフレームと、を備え、
20〜100℃の温度範囲における平均線膨張係数について、前記樹脂基材の平均線膨張係数をA、前記マスクフレームの平均線膨張係数をB、前記マスク本体の平均線膨張係数をCとした場合、A/C=12〜14、およびB/C=1.3〜6.5を満足するとともに、前記マスク本体の平均線膨張係数が4.5×10 −6 〜6.5×10 −6 /℃であることを特徴とする成膜用マスク。 - 前記樹脂基材への成膜は、蒸着またはスパッタリングで行われることを特徴とする請求項1に記載の成膜用マスク。
- 樹脂基材に成膜用マスクを用いて膜を成膜するマスク成膜方法であって、
前記成膜用マスクは、
開口部を有するマスク本体と、
前記マスク本体を支持するマスクフレームと、を備え、
20〜100℃の温度範囲における平均線膨張係数について、前記樹脂基材の平均線膨張係数をA、前記マスクフレームの平均線膨張係数をB、前記マスク本体の平均線膨張係数をCとした場合、A/C=12〜14、およびB/C=1.3〜6.5を満足するとともに、前記マスク本体の平均線膨張係数が4.5×10 −6 〜6.5×10 −6 /℃であることを特徴とするマスク成膜方法。 - 前記樹脂基材への成膜は、蒸着またはスパッタリングで行われることを特徴とする請求項3に記載のマスク成膜方法。
- 樹脂基材に第1電極、有機機能層、第2電極を形成した有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
前記第1電極、前記有機機能層、および前記第2電極のうち少なくとも1つについて、成膜用マスクを用いて成膜するマスク成膜工程を含み、
前記成膜用マスクは、
開口部を有するマスク本体と、
前記マスク本体を支持するマスクフレームと、を備え、
20〜100℃の温度範囲における平均線膨張係数について、前記樹脂基材の平均線膨張係数をA、前記マスクフレームの平均線膨張係数をB、前記マスク本体の平均線膨張係数をCとした場合、A/C=12〜14、およびB/C=1.3〜6.5を満足するとともに、前記マスク本体の平均線膨張係数が4.5×10 −6 〜6.5×10 −6 /℃であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 前記マスク成膜工程での成膜は、蒸着またはスパッタリングで行われることを特徴とする請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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