JP6559905B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

Description

本開示は、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス）等の成膜を製造する成膜方法及び成膜装置に関する。

現在の有機ＥＬ素子をカラー化にするにはＲＧＢの発光セグメントを所定の位置に精度よく配置して成膜せねばならない。この成膜技術としては蒸着マスクを装着して薄膜を形成する方法や、ウエットプロセスとしてインクジェット法、スプレー法、スピンコート法、グラビア法、転写法などの印刷法等が用いられている。

しかしながら、蒸着法で用いられる蒸着マスクは蒸着時の温度変化の影響を受けるため成膜される基板の膨張係数と同様の数値を有する素材で作らなければならない。現状ではニッケル鉄合金のインバー材、コバール材をエッチング加工して作られているため、エッチング精度の限界にセグメント精度と解像が依存しているため、より精度の高い解像度を求める製品には不適になっている。

また、蒸着法で用いられる従来の成膜装置は、成膜される基板の大型化に伴い基板を上部に置きその下部に蒸着マスクを配置させ、その下部から有機皮膜を蒸発させる構造の装置となっている。このような装置内では大型基板は基板自身の重さにより基板中央が下部に向かって変形するため蒸着マスクも変形する。この影響による位置ずれやギャップ拡大により正確なパターンニングができない。

また、ウエットプロセスで用いられている印刷法では、使用される有機ＥＬ材自身が液体であるため表面張力などの影響を受けるため、セグメント内の厚みのむらによる色むらが問題である。インクジェット法による印刷はインクの粒子径を粒子が飛行中に空気の抵抗を無視できる大きさにする必要がある。そのため、ワンセグメントの大きさは蒸着マスのワンセグメントの４倍になると言われ、高解像を要求するディスプレーパネルではインクジェット法は適していない。

また、特開２００１−３５３４５４（特許文献１）には、成膜材料を帯電した微粒子状とするとともに、基板上に成膜すべき選択電極と成膜しない非選択電極とを形成し、選択電極と非選択電極の電位を変えるとともに、帯電した微粒子と逆極性の電圧を選択電極に印加することにより、選択電極に成膜材料を堆積させて成膜する方法が開示されている。

上記特許文献１による製造方法では、基板上に選択電極と非選択電極を精度良く形成するのが困難であった。

本開示は上記問題の解決の為に、選択電極と非選択電極を形成しないで、マスクを用いて基板上に微細なパターンで成膜材料を堆積させて成膜する製造方法及び成膜装置を提供することを目的とする。

第１の態様に係る成膜方法は、槽の下部に基板を設けるとともにこの基板の上に絶縁体を介してマスクを設け、前記槽の空間内に成膜材料となる帯電した微粒子を噴霧するとともに前記基板には前記帯電した粒子と逆極性の電位を与え、前記マスクには前記帯電した微粒子と同極性の電位を与えることにより、前記基板の上に前記微粒子を堆積させて成膜することを特徴とする。

この成膜方法によれば、蒸着法で製作困難である大型のディスプレーパネルの基板においても、精度が高いマスク（本出願人が取得している日本国特許第４４０１０４０号による蒸着用マスク）を用いたので、基板上に成膜材料の微粒子を高精度に堆積でき、高解像セグメントを色ムラなく有機ＥＬのＲＧＢを基板上に成膜することができる。

第２の態様は、第１の態様に係る成膜方法において、基板を透明体で形成したことを特徴とする。

この成膜方法によれば、染料、顔料インキなどを用いることにより、液晶関連のディスプレイ関連のカラーフィルター製作に有効である。

第３の態様は、第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法において、前記絶縁体が、前記マスクを被覆する絶縁膜、前記マスクと前記基板との間に配置する絶縁スペーサのいずれか一方であることを特徴とする。

この成膜方法によれば、電着塗料を用いてマスクを絶縁膜で被覆するか、または絶縁スペーサを配置することにより、マスクの導電性を防止することができる。

第４の態様は、第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法において、前記絶縁体が、前記マスクを被覆する絶縁膜であり、マスクの底面周辺の前記絶縁膜に、下方へ突出し先が鋭角な突出縁を形成し、この突出縁を前記基板に密着させたことを特徴とする。

この成膜方法によれば、成膜の際、マスクの底面周辺に下方へ突出し先が鋭角な突出縁が基板と密着しているので、微粒子はマスクの下方に回り込まないため、基板の上の所定の箇所のみに堆積され、極めて精度の高い成膜を得ることができる。

第５の態様は、第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法において、前記絶縁体は、前記マスクを被覆する絶縁膜と、前記マスクと前記基板との間に配置する絶縁スペーサであることを特徴とする。

この成膜方法によれば、基板が大型である場合、マスクが自重により撓んで絶縁膜に亀裂が発生しても、マスクと基板との間に絶縁スペーサがあるため、マスクの導電性を防止でき、極めて精度の高い成膜を得ることができる。

第６の態様は、第１〜第５の態様の何れか一態様に係る成膜方法において、成膜材料が有機ＥＬ材料であることを特徴とする。

この成膜方法によれば、ＲＧＢの発光セグメントを基板の所定の位置に精度よく配置して成膜できるので、有機ＥＬ素子をカラー化にするのに最適である。

第７の態様は、第１〜第６の態様の何れか一態様に係る成膜方法に用いられる成膜装置であって、成膜材料となる微粒子を所定の粒子径に形成する微粒子化装置と、この微粒子化装置からの微粒子を霧化して槽内に噴霧する噴霧装置と、この槽内の微粒子に帯電させる帯電装置と、帯電した微粒子と逆極性の電位を基板に与える基板用電位付加装置と、帯電した微粒子と同極性の電位をマスクに与えるマスク用電位付加装置とを備えたことを特徴とする。

この成膜装置によれば、窒素雰囲気の湿気の無いドライな大気圧環境で行うことができるため、装置の製造コストを低く抑えることができる。

第８の態様は、第７の態様に係る成膜装置において、噴霧装置は、微粒子を振動させる圧電素子とメッシュノズルを用いた微粒子生成装置であることを特徴とする。

この成膜装置によれば、微粒子における粒径の制御と粒径の均一さを確保することができる。

本開示によれば、蒸着法で製作困難である大型のディスプレーパネルの基板においても基板上に成膜材料の微粒子を高精度に堆積でき、高解像セグメントを色ムラなく有機ＥＬのＲＧＢを基板上に成膜することができる。

本実施形態の成膜装置の概略図である。 図１に示す成膜装置の一部拡大断面図である。 本実施形態の成膜装置の変形例を示す一部拡大断面図である。 本実施形態の成膜装置の変形例を示す一部拡大断面図である。 本実施形態の成膜装置の変形例を示す一部拡大断面図である。 本実施形態の成膜装置の変形例を示す一部拡大断面図である。 基板用電位付加装置とマスク用電位付加装置の電気回路を示す回路図である。

以下、本発明の成膜方法及び成膜装置の実施形態について、図面に基づいて詳述する。

図１において、１は槽であり、側壁２から成膜材料となる微粒子３を槽１の内部に噴射させる複数個のノズル４を有する噴霧装置５を備えている。この噴霧装置５からは噴霧するための圧電素子（図示しない）とメッシュ状のノズル４（例えば、直径１〜５μｍ、好ましくは２．５±０．２μｍの精度で製作）とによって粒子直径が２〜６μｍ、好ましくは３．３±０．２μｍの均一な微粒子３が槽１の内部に噴射されるようになっている。６は微粒子３に例えばマイナスの電位を帯電するための帯電装置である。

７は透明体で形成された基板で、槽１の底部に設けられている。この基板７の上に、電鋳法により作製されたマスク８が設けられている。このマスク８として膨張係数をコントロールできるマスク（本出願人が取得している特許第４４０１０４０号による蒸着用マスク）を使用している。また、マスク８は導電性を防止するために、図２に示すように、電着塗料を用いて形成された樹脂等の絶縁膜９で被覆されている。尚、この電着塗料としてカチオン電着塗料用樹脂（エポキシ系樹脂又はエポキシーポリアミド系樹脂）が好ましい。又、電着塗料の代わりに、パリレン（パラキシリレン系ポリマー）でコートしても良い。絶縁膜９は、絶縁体の一例である。樹脂は、例えば半芳香族ナイロン（ナイロンは登録商標）の一種である９Ｔナイロンである。
１０はマイナスの電位が帯電された微粒子３と逆極性であるプラス電位を基板７に与える基板用電位付加装置、１１はマイナスの電位が帯電された微粒子３と同極性であるマイナス電位をマスク８に与えるマスク用電位付加装置である。これらの詳細は後述する。

次に、成膜方法について説明する。
噴霧装置５によって粒子直径が例えば３．３±０．２μｍの均一な大きさとなった微粒子３を槽１の内部に噴射させる。
この噴射された微粒子３に、例えば、帯電装置６によってマイナスの電位を帯電させる。一方、基板７には帯電した微粒子３と逆極性のプラスの電位を基板用電位付加装置１０によって与えるとともに、マスク８には、帯電した微粒子３と同極性のマイナスの電位をマスク用電位付加装置１１によって与える。マスク８は、絶縁膜９で被覆されているため、マスク８と基板７との間は絶縁されている。

これにより、マイナスの電位を帯電した微粒子３は、同極性のマイナスの電位が与えられたマスク８に反発され、逆極性のプラス電位が与えられている基板７に引きつけられるため、マスク８の孔１２を通り基板７の上に堆積され、精度良く成膜１３が形成される。
そして、マスク８を基板７から取り除くと成膜１３が有機ＥＬ素子となる。
尚、粒子直径が例えば３．３±０．２μｍの均一な大きさとなった微粒子３を槽１の内部に噴射させることにより、この粒子径でのパターンコート寸法は蒸着マスクを凌駕する微細さ１０μｍ角を確保できることが確認できた。

また、噴霧される微粒子３は液体であるが、粒子直径が例えば３．３±０．２μｍの均一な大きさのように十分微粒化されているので、基板７上に堆積される同時に固形化されるため表面張力などによる色ムラは生じることがないことも確認できた。

しかも、基板７は槽１の最下部に配置され基板７の真上にマスク８が配置されるため、一般的な蒸着法などの重力による基板７の変形歪みは大型基板においてでも避けることができる。
また、本開示に係る成膜装置は窒素雰囲気のドライな大気圧環境で行うため装置の製造コストは低く抑えることができる。
また、基板７を透明体で形成して、染料、顔料インキなどを用いれば、液晶関連のディスプレイ関連のカラーフィルター製作に有効である。

図３に示すように、マスク８の底面周辺の絶縁膜９に、下方へ突出し先が鋭角な突出縁１４を形成し、この突出縁１４を基板７と密着させるようにしておけば最適である。なぜなら、成膜の際、マスク８の底面周辺にある鋭角な突出縁１４が基板７と密着しているので、微粒子３はマスク８の下方に回り込まないため、基板７の上の所定の箇所のみに堆積され、極めて精度の高い成膜１３を得ることができる。

図４に示すように、マスク８を絶縁膜で被覆しない場合、マスク８は、基板７の上に絶縁体の一例としての絶縁スペーサ１５を介して設けられる。この絶縁スペーサ１５は、マスク８の底面の両端に配置され、マスク８と基板７との間に配置している。また、この絶縁スペーサ１５の材料は、耐熱性、絶縁性、加工性の優れた９Ｔナイロン（ナイロンは登録商標）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、シリコーン樹脂であることが望ましい。この絶縁スペーサ１５により、マスク８を絶縁膜で被覆しなくても、マスク８と基板７とを完全に絶縁することができる。
なお、図５に示すように、絶縁体は、マスク８の底部全面を覆う絶縁スペーサ１６であってもよい。
また、図６に示すように、絶縁スペーサ１５を、絶縁膜９で被覆されたマスク８と、基板７との間に配置してもよい。

基板７が小型である場合には、マスク８を絶縁膜９で被覆する構成（図２、図３）、マスク８と基板７の間に絶縁スペーサ１５を配置する構成（図４）、マスク８と基板７の間に絶縁スペーサ１６を配置する構成（図５）の何れでもよい。量産性を考慮した場合、マスク８を絶縁膜９で被覆する構成（図２、図３）が望ましい。
基板７が大型である場合には、マスク８が自重により撓んで絶縁膜９に亀裂が発生するおそれがあるため、マスク８を絶縁膜９で覆い、かつ該マスク８と基板７との間に絶縁スペーサ１５を配置する構成（図６）が望ましく、極めて精度の高い成膜１３を得ることができる。

絶縁膜９や絶縁スペーサ１５の厚さは、槽１の庫内温度や、量産スピードを勘案して決定される。厚さが２５μｍ以下では、量産性が低くなる。作業性、量産性、機械的強度を考慮すると、厚さは４０〜６０μｍであることが望ましい。

図７は、基板用電位付加装置１０とマスク用電位付加装置１１に電圧を印加する電気回路１７である。この電気回路１７は、交流を直流に変換する整流回路である。交流電源１８から供給されるＡＣ１００Ｖは、連動スイッチ１９がＯＮとされることで、トランス２０によりＡＣ２〜１０Ｖに変換される。この交流は、４つのダイオードを用いたブリッジ回路２１で直流に変換され、更に平滑用のコンデンサ２２でリップルのない直流に変換され、電気二重層キャパシタ２３にチャージされる。コンデンサ２２の静電容量は、２００〜３００μＦである。電気二重層キャパシタ２３にチャージされた直流の陽極側が、基板用電位付加装置１０に接続され、陰極側がマスク用電位付加装置１１に接続されている。

ここで、電気二重層キャパシタ２３（ＥＤＬＣ）は、静電容量が５０〜１００Ｆの大型大容量のキャパシタである。この電気二重層キャパシタ２３は、従来のアルミ電解コンデンサと比較して、１０の６〜８乗倍の容量を有する。
最近は、２×１．５ｍのような大型ディスプレイの生産量が増加傾向にある。大型ディスプレイに対応する大型の基板やマスクに静電荷を付加するには、ある程度の時間を要する。したがって、量産スピードを改善するには、大型大容量の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）を採用することが望ましい。本実施形態では、上記のような電気二重層キャパシタ２３を用いることにより、大型の基板やマスクに対して、瞬時に静電荷をチャージしたり、ディスチャージしたりすることを可能にしている。

２０１７年５月２３日に出願された日本国特許出願２０１７−１０２０６８号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (7)

1. 槽の下部に基板を設けるとともにこの基板の上に絶縁体を介してマスクを設け、前記槽の空間内に成膜材料となる帯電した微粒子を噴霧装置で噴霧するとともに前記基板には前記帯電した微粒子と逆極性の電位を与え、前記マスクには前記帯電した微粒子と同極性の電位を与えることにより、前記基板の上に前記微粒子を堆積させて成膜する成膜方法であって、
   前記噴霧装置として、微粒子を振動させる圧電素子とメッシュノズルを用いた微粒子生成装置を用いる成膜方法。
2. 前記基板を透明体で形成した請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記絶縁体は、前記マスクを被覆する絶縁膜、前記マスクと前記基板との間に配置する絶縁スペーサのいずれか一方である請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
4. 前記絶縁体は、前記マスクを被覆する絶縁膜であり、
   前記マスクの底面周辺の前記絶縁膜に、下方へ突出し先が鋭角な突出縁を形成し、この突出縁を前記基板に密着させた請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
5. 前記絶縁体は、前記マスクを被覆する絶縁膜と、前記マスクと前記基板との間に配置する絶縁スペーサである請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
6. 前記成膜材料が有機ＥＬ材料である請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の成膜方法。
7. 請求項１〜６の何れか一つの成膜方法に用いられる成膜装置であって、
   前記成膜材料となる前記微粒子を所定の粒子直径に形成して前記槽内に噴霧する噴霧装置と、
   この槽内の前記微粒子に帯電させる帯電装置と、
   帯電した前記微粒子と逆極性の電位を前記基板に与える基板用電位付加装置と、
   帯電した前記微粒子と同極性の電位を前記マスクに与えるマスク用電位付加装置と、を備え、
   前記噴霧装置は、微粒子を振動させる圧電素子とメッシュノズルを用いた微粒子生成装置である成膜装置。