JPH10319870A - シャドウマスク及びこれを用いたカラー薄膜ｅｌ表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シャドウマスクを交換したり移動させたりす
ることなく、１枚のマスクで各色のＥＬ薄膜を形成でき
るようにする。 【構成】 透明支持基板１上にＩＴＯからなるアノード
２を形成し、さらにその上に正孔輸送層４を形成する。
その基板を真空蒸着装置１０内の基板ホルダー１４上に
搭載する。基板１と抵抗加熱ボート１１、１２、１３と
の間に、開口部９ａの側面がテーパを有しているシャド
ウマスク９を配置する。加熱ボート１２により緑色ＥＬ
材料を蒸発させて基板上に緑色発光層５を形成する。次
に加熱ボート１１により青色ＥＬ材料を蒸発させて基板
上に青色発光層６を形成し、続いて加熱ボート１３によ
り赤色ＥＬ材料を蒸発させて基板上に赤色発光層７を形
成する。その後、発光層５〜７上にカソード（図示な
し）を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長法による
薄膜ＥＬパターン形成用のシャドウマスク及びそれを用
いた薄膜ＥＬ表示装置の製造方法に関し、特に微細ピッ
チで異なる発光色を有する薄膜発光パターンを形成する
ために用いるシャドウマスク及びそれを用いたカラー薄
膜ＥＬ表示装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラー薄膜ＥＬ表示装置の一つの構造と
して、図７に示すように、透明支持基板１上に異なる発
光色（例えば緑色発光層５、青色発光層６、赤色発光層
７）を持つ画素を２次元的にマトリクス状に配置したも
のがあり、その中でも各色画素に異なった有機発光材料
を用い、カラーフィルターなどを用いずに各色を独立に
発光させてカラー化を実現するものがある。この構造の
有機ＥＬ表示装置における有機ＥＬ層を形成するには、
発光色に対応して異なる領域にそれぞれ異なる有機ＥＬ
膜を成膜する必要がある。そのために、通常は発光色
（例えば、緑色、青色、赤色）分のシャドウマスクを用
意し、シャドウマスクを交換しつつ各色のＥＬ膜を成膜
することが行われる。しかし、この方法では、３枚のシ
ャドウマスクを用意する必要がある上に、またそのマス
ク数の回数だけ交換作業を行う必要がある。この煩雑さ
を避けたものとして、特開平８−２２７２７６号公報に
開示されているように、使用マスク数を１枚とし各発光
層形成工程においてシャドウマスクを順次移動して成膜
する方法がある。この方法は、図８に示す、開口部９ａ
が斜め方向に配列されたシャドウマスタ９を用いて、こ
れを図の矢印に示すように基板１上にて順次移動させ
て、赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層を個別に蒸
着するものである。

【０００３】図９（ａ）〜（ｄ）は、この方法で有機Ｅ
Ｌディスプレイパネルを作製する工程を順に示した工程
断面図である。まず、透明支持基板１上にアノード２を
形成した後、画素形成エリア全面に正孔輸送層４を形成
する。そして、シャドウマスク９の開口部９ａをアノー
ド２と位置合わせした後、１番目の有機ＥＬ媒体、例え
ば緑色発光層５を例えば蒸着などの方法で１０〜１００
ｎｍ程度の厚さに成膜する〔図９（ａ）〕。シャドウマ
スク９の開口部９ａの断面はシャドウマスク９の主面に
対してほぼ直角になっており、その開口部９ａのそれぞ
れの大きさは図９に示すように各発光色要素１個分に対
応する大きさとなっている。

【０００４】次に、図９（ｂ）に示すように、シャドウ
マスク９を図９（ａ）に示す位置から左に発光要素１個
分だけずらして位置合わせした後、２番目の有機ＥＬ媒
体、例えば青色発光層７を所定膜厚に成膜する。次に、
図９（ｃ）に示すように、残った発光要素の部分にシャ
ドウマスク９の開口部９ａを位置合わせし、３番目の有
機ＥＬ媒体、例えば赤色発光層７を所定膜厚に成膜す
る。三色の有機ＥＬ発光層を形成した後その上に図９
（ｄ）に示すようにカソード８を形成する。このように
して製作されたカラー有機薄膜有機ＥＬ表示装置は、所
望の画素を構成するアノードとカソードの間に通常５〜
２０Ｖの電圧を印加して有機ＥＬ層に電流を流し、任意
のパターンを発光させて表示を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のカラー
薄膜ＥＬ表示装置の形成方法では、発光色の種類分のシ
ャドウマスクを用意し、各色の発光層を形成する度にマ
スク交換を行うものであったので、工程が複雑化すると
いう問題があった。また、発光層の蒸着の都度シャドウ
マスクを移動させる方法ではマスクを移動させる機構を
蒸着装置内に設ける必要があり、装置が複雑化する。ま
た、シャドウマスクを交換若しくは移動する度に位置合
わせを行わなければならないため、各色発光層間及びウ
ェハ間での位置合わせ精度の確保が難しく精度よく、再
現性高く製造することが困難となるという問題もあっ
た。さらに、従来のＥＬ表示装置の形成方法では、シャ
ドウマスクの交換または移動の際に、シャドウマスクと
既に形成された有機ＥＬ薄膜との接触の恐れがあり、異
物の発生と有機ＥＬ薄膜の損傷が生じ、ＥＬ薄膜の損傷
および異物の有機ＥＬパネルへの付着によるＥＬ表示装
置の表示品質の低下を招くという問題が起こる。また、
従来のシャドウマスクでは、微細パターンを得るために
開口部パターンが微細化されてきているが、この場合に
シャドウマスクの板厚が厚いとその厚さのため影ができ
微細なパターンの薄膜が得られないため、シャドウマス
クの厚さを薄くしなければならない。しかし、薄くする
と強度が低下して取り扱いが困難となり、実際に使おう
とするとシャドウマスクが破れてしまうという問題点が
あった。

【０００６】よって、本発明の解決すべき課題は、第１
に、薄膜形成用のシャドウマスクを交換若しくは移動す
ることなしに、簡素な工程でかつ精度よく微細ピッチの
カラー薄膜ＥＬ表示装置を製造することのできるように
することであり、第２に、シャドウマスクを薄膜化する
ことなくＥＬパターンの微細化を実現できるようにする
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によれば、開口部が一定間隔で複数個形成さ
れているシャドウマスクであって、異なる気化源（ソー
ス）からの蒸発物が基板上の異なる位置に優先的にガイ
ドされるように、前記開口部は主面に対して垂直でない
断面形状を有していることを特徴とするシャドウマス
ク、が提供される。

【０００８】また、本発明によれば、開口部の断面形状
が主面に対して垂直から傾いて形成されているシャドウ
マスクを、複数の気化源と基板との間に基板との間隔を
一定に保って配置し、気相成長法によりＥＬ（エレクト
ロルミネッセント）薄膜を基板上に選択的に形成するこ
とを特徴とするカラー薄膜ＥＬ表示装置の製造方法、が
提供される。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は、本
発明において用いられる金属製のシャドウマスクの断面
図であり、図２（ａ）、（ｂ）はその平面図であって、
図１は、図２のＡ−Ａ′線での断面を示している。本発
明において用いられるシャドウマスク９は、図１（ａ）
に示されるように、金属製であって、その開口部９ａは
フォトレジストを使ったウェットエッチング法により形
成され、主面に対しテーパ角θを有している。その厚さ
は例えば０．５ｍｍになされる。ここで、テーパ角度θ
はシャドウマスクの気化源（蒸発源）側での開口部の主
面とのなす角度を言い、したがって、（θ−π／２）が
シャドウマスク主面に対する垂直方向からの傾きとな
る。このテーパによりシャドウマスク主面に対して垂直
方向から傾いた気化源からの気化物を、シャドウマスク
と所定の距離を隔てて平行に配置された基板上の所望の
領域に効率的に導くことができ、所望の大きさの薄膜を
精度よく形成することができる。

【００１０】図１（ｂ）に示されたものは、図１（ａ）
に示されたものを裏返しにした形状を有するものであ
り、図１（ａ）のものと同様に形成することができ、同
様の効果を期待することができる。図１（ｃ）に示され
たものは、シャドウマスク９の開口部９ａに所望のテー
パ角を得るために、開口部の大きさが段階的に異なる薄
い金属板を複数枚重ね、貼り合わせることにより製作し
たものである。この場合、シャドウマスク製作時のウェ
ットエッチングにおいて、開口部９ａのテーパ角θを厳
密に制御することなく、図１（ａ）の例と同様の機能が
得られる。図１（ｄ）に示された例は、図１（ａ）に示
されたものと図１（ｂ）に示されたものとを貼り合わせ
て製作したものである。この場合は、シャドウマスク９
の厚みを大きくできることからシャドウマスク強度が増
し、また透明支持基板側のテーパがガイドの役割を果た
すことにより気化物が平行に飛来しなくても薄膜形成領
域の位置精度を確保することができる。図１（ｅ）に示
された例は、テーパ角θが気化源から遠ざかるにつれて
次第に大きくなるようになされている。これにより、気
化源からの気化物が平行に飛来しなくても薄膜形成領域
の位置精度が得られる。

【００１１】図１（ｅ）に示されたものも、図１（ｂ）
に示されたもののように、開口部のテーパ角がシャドウ
マスクの基板側の面において決定されるようにしてもよ
い。さらに、そのように、図１（ｅ）のものと上下対称
的に形成されたものと図１（ｅ）に示されたものとを、
図１（ｄ）の例のように、貼り合わせて厚いマスクを形
成することもできる。また、図１（ｄ）、（ｅ）に示さ
れたものも、図１（ｃ）に示すように、開口部の大きさ
が段階的に異なる薄い金属板を複数枚貼り合わせること
により製作するようにしてもよい。これらのシャドウマ
スクの開口部９ａは、図２（ａ）に示すように、横方向
および縦方向の配列が直交するように配列されるか、若
しくは図２（ｂ）に示されるように、横方向の配列はマ
スクの辺と平行になるように、また縦方向の配列はマス
ク辺と斜交するようになされる。

【００１２】図３は、本発明の実施の形態を説明するた
めの、蒸着装置の断面図であって、同図には、真空蒸着
装置１０内における、シャドウマスク９、発光要素
（６、７、８）のピッチ、透明支持基板１、蒸着源とな
る抵抗加熱ボート１１、１２、１３の位置関係が示され
ている。透明支持基板１とシャドウマスク９の距離をｄ
１、シャドウマスク９の中央直下の位置にある抵抗加熱
ボート１２からシャドウマスク９までの距離をｄ２、隣
り合った抵抗加熱ボート間の距離をｄ３とする。また、
発光要素ピッチをｐとする。ここでｄｌ、ｄ２、ｄ３、
ｐ、は次式を満足するように設計される。 ｄ１＝ｐ×ｔａｎ（π−θ） （１） ｄ３＝ｐ×（ｄ２／ｄ１） （２）

【００１３】真空蒸着装置１０内には、例えば図１
（ａ）に示されるシャドウマスク９が装着され、また、
基板ホルダー１４上には透明支持基板１が搭載される。
透明支持基板１上には、各発光要素に対応して予めＩＴ
Ｏ膜などの透明導電膜からなるアノード２と正孔輸送層
４が形成されている。まず、抵抗加熱ボート１２により
緑色の有機発光材料を加熱・蒸発させてシャドウマスク
９を介して基板上に緑色発光層５を形成する。続いて、
抵抗加熱ボート１１により青色の有機発光材料を加熱・
蒸発させてシャドウマスク９を介して基板上に青色発光
層６を形成する。次いで、抵抗加熱ボート１３により赤
色の有機発光材料を加熱・蒸発させてシャドウマスク９
を介して基板上に赤色発光層７を形成する。これによ
り、正孔輸送層４および発光層５、６、７からなる有機
ＥＬ層３が形成される。上記の発光材料の蒸着順序は適
宜に変更することができる。また、本発明において、発
光材料は有機材料には限定されず、無機発光材料であっ
てもよい。さらに、発光材料を蒸発させる手段として抵
抗加熱に代えて通常用いられる他の加熱手段を用いるこ
とができる。また、蒸着法に代えてスパッタ法により発
光層を形成するようにしてもよい。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図４は、本発明により作製されたカ
ラー有機薄膜ＥＬ表示装置の断面図である（但し、簡略
のために１画素分のみが表示され他は省略されてい
る）。同図に示されるように、厚さ１．１ｍｍの無アル
カリガラス板からなる透明支持基板１上に、スパッタ法
で膜厚１００ｎｍにＩＴＯ膜を成膜しパターニングして
アノード２を形成した。基板材料として水分の吸着が少
ない無アルカリガラス板が望ましいが、基板乾燥を充分
行うなど工程に気を付ければ安価な低アルカリガラス板
あるいはソーダライムガラス板を用いてもよい。ＩＴＯ
膜はアノード２として機能させると共に有機ＥＬ層３で
発生させた光を透過させて表示を行うものであるから低
抵抗かつ光透過率が高いことが望ましい。ＩＴＯのパタ
ーンはラインピッチ０．２ｍｍ、ライン幅は０．１６ｍ
ｍ、長さ２７ｍｍで３８４本とした。

【００１５】次に、図３に示す真空蒸着装置１０内の基
板ホルダー１４に、透明支持基板１をアノード２を下面
にして搭載し、抵抗加熱ボートにＮ，Ｎ′−ジフェニル
−Ｎ，Ｎ′−ビス（α−ナフチル）−１、１′−ビフェ
ニル−４、４′−ジアミン（以下、α−ＮＰＤと記す）
を入れ、真空ポンプで真空蒸着装置１０内を１×１０ ^-4
Ｐａ以下程度に排気する。しかる後、正孔輸送層４を蒸
着する範囲を四角形にくり抜いた金属製のシャドウマス
クを、透明支持基板１のアノード２側に基板に対して固
定するように設置し、真空蒸着装置１０内にこの基板と
シャドウマスク９の下部に配置されているαーＮＰＤの
装填された抵抗加熱ボートに電流を流して加熱する。α
−ＮＰＤ層を膜厚約５０μｍに蒸着して、正孔輸送層４
を形成した。

【００１６】次に、図１（ａ）に示す、開口部テーパ角
θが１１０度で、透明支持基板１側の開口部９ａの開口
幅が０．２ｍｍの金属製のシャドウマスク９を透明支持
基板１との間を１．１ｍｍの距離を隔てかつ平行に保ち
有機発光材料を蒸着する。シャドウマスク９を弛ませな
いように固定することは、蒸着膜形成位置の精度を得る
ために重要であるが、その方法としてシルクスクリーン
のように張力を利用して固定する方法がある。この時、
シャドウマスク９が透明支持基板１と接触して既に形成
した正孔輸送層４に損傷を与えることのないように、か
つ蒸着材料の回り込みを防ぐことができるようにスペー
サーを配置し透明支持基板１とシャドウマスク９との距
離を一定に保持するようにしてもよい。

【００１７】次に、図３に示す真空蒸着装置１０におい
て、抵抗加熱ボート１１にジスチリル誘導体またはクマ
リン誘導体、抵抗加熱ボート１２にトリス（８−キノリ
ノラト）アルミニウム錯体（以下、Ａｌｑ３と記す）、
抵抗加熱ボート１３にマグネシウムフタロシアニンを入
れ、真空ポンプで真空蒸着装置１０内を１×１０^-4Ｐａ
以下程度に排気する。このとき、（１）（２）式より、
シャドウマスク９の主面中央の直下に位置にある抵抗加
熱ボート１２とシャドウマスク９との距離ｄ２は３５３
ｍｍ、蒸着源である抵抗加熱ボート間の距離ｄ３は６２
ｍｍとなるように設置する。抵抗加熱ボート１１、１３
は、抵抗加熱ボート１１、１３とシャドウマスク９の開
口部の端部とを結ぶ線が開口部９ａのテーパ角θに一致
するように設置されている。

【００１８】しかる後、真空蒸着装置１０内にてこの基
板とシャドウマスク９の下部に配置されているＡｌｑ３
の抵抗加熱ボート１２に電流を流して加熱する。前述の
正孔輸送層４表面にＡｌｑ３は膜厚５０μｍに蒸着され
る。ここでＡｌｑ３層は、図５（ａ）に示すように緑色
発光層５として成膜される。次に、ジスチリル誘導体ま
たはクマリン誘導体を膜厚５０ｎｍに蒸着して、図５
（ｂ）に示すように青色発光層６を形成し、さらにマグ
ネシウムフタロシアニンを膜厚５０ｎｍに蒸着して、図
５（ｃ）に示すように赤色発光層７を形成する。蒸着レ
ートは２〜１０Å／秒が好ましい。これらの異なる発光
材料は、抵抗加熱ボート１１、１２、１３の配置位置に
応じて、シャドウマスク９の開口部を介して、透明支持
基板１上の所望の位置に被着される。その後、例えばマ
グネシウムおよび銀を蒸着してカソード８を形成すれ
ば、図４に示されるカラー薄膜ＥＬ表示装置を得ること
ができる。

【００１９】図６は、本発明の第２の実施例を説明する
ための、蒸着状態の要部を示す断面図である。本実施例
では、図１（ｅ）に示されるシャドウマスクが用いられ
る。また、本実施例により作製されたＥＬ表示装置の断
面図を図４に示す。広い面積全体にわたって同じ角度で
発光材料を蒸着するためには、蒸着源と基板の距離を充
分大きくとれるような大型の蒸着装置を用いる必要があ
るが、本実施例では、図６に示すように蒸着角の広がり
に合わせたテーパ角を有するシャドウマスク９を使用し
て、蒸着装置の大型化を回避している。図４に示すよう
に、透明支持基板１上に、ＩＴＯからなるアノード２を
形成し、さらにその上に正孔輸送層４を成膜した後、図
６に示すように、シャドウマスク９を用いて、第１の実
施例の場合と同様の方法により、緑色発光層５、青色発
光層６、赤色発光層７を被着して有機ＥＬ層３を形成し
た。

【００２０】この発光層５〜７を形成した真空蒸着装置
内に予めステンレス製のシャドウマスクを配置してお
き、そのシャドウマスクの上に有機ＥＬ層３を形成した
基板を設置する。このシャドウマスクは、板厚０．４ｍ
ｍのＳＵＳ４３０により形成され、透明電極（アノー
ド）と交差するようにマスクパターンが施されている。
すなわち、幅０．５６ｍｍ、長さ８０ｍｍのストライプ
状開口パターンが０．６ｍｍのピッチで３２本平行に形
成されている。シャドウマスクを介して蒸発物を基板上
に蒸着できる位置に固定した一つの抵抗加熱ボートにマ
グネシウムを入れ、また別の抵抗加熱ボートに銀を入
れ、マグネシウム：銀の比率が１０：１となる蒸着速度
で同時に蒸着した。このようにして有機ＥＬ層３を形成
した基板を真空槽から取り出すことなく、マグネシウム
と銀の混合金属から成るカソード５を３２本、有機ＥＬ
層３の上に形成した。

【００２１】このようにして作製したＥＬ表示装置を、
カソードを時分割走査してパルス電圧を印加し、カソー
ドの走査タイミングに合わせて、選択したアノードに定
電流回路からパルス電流を流して駆動したところ、所望
の表示パターンを点灯させることができた。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、テーパ
の形成された開口部を有するシャドウマスクを用いて、
そのテーパ角度に合わせた気化位置より被着物を気化さ
せてカラーＥＬ薄膜を形成するものであるので、シャド
ウマスクを交換または移動させることなしに、微細ピッ
チのカラー薄膜ＥＬ表示装置を製造することが可能にな
る。従って、本発明によれば、装置を複雑化することな
くまた工程を簡素化してＥＬ表示装置を製造することが
可能になる。また、気化物の飛来方向に合わせてシャド
ウマスクの開口部にテーパが形成されているので、シャ
ドウマスク強度を保つことができる厚みを有したまま、
微細ピッチで高精度の被着膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態を説明するためのシャド
ウマスクの断面図。

【図２】 本発明の実施の形態を説明するためのシャド
ウマスクの平面図。

【図３】 本発明の実施の形態を説明するための、真空
蒸着装置の断面図。

【図４】 本発明の第１、第２の実施例を説明するため
のカラー有機薄膜ＥＬ表示装置の断面図。

【図５】 本発明の第１の実施例を説明するための蒸着
状態を示す断面図。

【図６】 本発明の第２の実施例を説明するための蒸着
状態を示す断面図。

【図７】 カラー有機薄膜ＥＬ表示装置の平面図。

【図８】 従来の製造方法を説明するための平面図。

【図９】 従来の製造方法を説明するための工程順の断
面図。

【符号の説明】

１ 透明支持基板 ２ アノード ３ 有機ＥＬ層 ４ 正孔輸送層 ５ 緑色発光層 ６ 青色発光層 ７ 赤色発光層 ８ カソード ９ シャドウマスク ９ａ 開口部 １０ 真空蒸着装置 １１、１２、１３ 抵抗加熱ボート １４ 基板ホルダー θ 開口部テーパ角

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部が一定間隔で複数個形成されてい
   るシャドウマスクにおいて、前記開口部は気化源からの
   気化物の飛来方向に合わせて主面に対して垂直でない断
   面形状を有していることを特徴とするシャドウマスク。
2. 【請求項２】 段階的に開口部の大きさが異なる開口部
   を有する薄板を貼り合わせたことを特徴とする請求項１
   記載のシャドウマスク。
3. 【請求項３】 気化源からの距離が大きくなるにつれ
   て、主面と前記開口部の側面とのなすテーパ角が徐々に
   大きくなることを特徴とする請求項１記載のシャドウマ
   スク。
4. 【請求項４】 開口部の断面形状が主面に対して垂直か
   ら傾いて形成されているシャドウマスクを、複数の気化
   源と基板との間に基板との間隔を一定に保って配置し、
   気相成長法によりＥＬ（エレクトロルミネッセント）薄
   膜を基板上に選択的に形成することを特徴とするカラー
   薄膜ＥＬ表示装置の製造方法。
5. 【請求項５】 異なる発光色を呈する複数の有機発光材
   料を異なる位置より異なる時間帯に蒸発させ、各色の有
   機発光材料をそれぞれ基板上の異なる位置に被着するこ
   とを特徴とする請求項４記載のカラー薄膜ＥＬ表示装置
   の製造方法。
6. 【請求項６】 有機発光材料層の下に形成される正孔輸
   送層、各色の有機発光材料層および有機発光材料層上の
   カソードを同一真空蒸着装置内において連続的に形成す
   ることを特徴とする請求項４記載のカラー薄膜ＥＬ表示
   装置の製造方法。