KR20190005210A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

조의 하부에 기판을 설치함과 함께 이 기판 위에 절연체를 개재시켜 마스크를 설치하고, 조의 공간 내에 성막 재료가 되는 대전된 미립자를 분무함과 함께 기판에는 대전된 미립자와 역극성인 전위를 부여하고, 마스크에는 대전된 미립자와 동극성인 전위를 부여함으로써, 기판 위에 미립자를 퇴적시켜 성막을 형성하도록 한 것이다.

Description

성막 방법 및 성막 장치
본 개시는, 유기 EL(유기 일렉트로루미네센스) 등의 성막을 제조하는 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
현재의 유기 EL 소자를 컬러화로 하기 위해서는 RGB의 발광 세그먼트를 소정의 위치에 고정밀도로 배치하여 성막해야 한다. 이 성막 기술로서는 증착 마스크를 장착하여 박막을 형성하는 방법이나, 웨트 프로세스로서 잉크젯법, 스프레이법, 스핀 코팅법, 그라비아법, 전사법 등의 인쇄법 등이 사용되고 있다.
그러나, 증착법에서 사용되는 증착 마스크는 증착 시의 온도 변화의 영향을 받기 때문에 성막되는 기판의 팽창 계수와 마찬가지의 수치를 갖는 소재로 만들어야 한다. 현 상황에서는 니켈철 합금의 인바재, 코바르재를 에칭 가공하여 만들고 있기 때문에, 에칭 정밀도의 한계에 세그먼트 정밀도와 해상이 의존하고 있어, 보다 정밀도가 높은 해상도를 요구하는 제품에는 부적합하게 되어 있다.
또한, 증착법에서 사용되는 종래의 성막 장치는, 성막되는 기판의 대형화에 수반하여 기판을 상부에 두고 그 하부에 증착 마스크를 배치시키고, 그 하부로부터 유기 피막을 증발시키는 구조의 장치로 되어 있다. 이러한 장치 내에서는 대형 기판은 기판 자신의 무게에 의해 기판 중앙이 하부를 향하여 변형되기 때문에 증착 마스크도 변형된다. 이 영향에 의한 위치 어긋남이나 갭 확대에 의해 정확한 패터닝을 할 수 없다.
또한, 웨트 프로세스에서 사용되고 있는 인쇄법에서는, 사용되는 유기 EL재 자신이 액체이기 때문에 표면 장력 등의 영향을 받아, 세그먼트 내의 두께의 불균일에 의한 색 불균일이 문제이다. 잉크젯법에 의한 인쇄는 잉크의 입자 직경을 입자가 비행 중에 공기의 저항을 무시할 수 있는 크기로 할 필요가 있다. 그 때문에, 원 세그먼트의 크기는 증착 마스의 원 세그먼트의 4배가 된다고 하여, 고해상을 요구하는 디스플레이 패널에서는 잉크젯법은 적합하지 않다.
또한, 일본 특허 공개 제2001-353454(특허문헌 1)에는, 성막 재료를 대전된 미립자상으로 함과 함께, 기판 위에 성막해야 할 선택 전극과 성막하지 않는 비선택 전극을 형성하고, 선택 전극과 비선택 전극의 전위를 바꿈과 함께, 대전된 미립자와 역극성인 전압을 선택 전극에 인가함으로써, 선택 전극에 성막 재료를 퇴적시켜 성막하는 방법이 개시되어 있다.
상기 특허문헌 1에 의한 제조 방법에서는, 기판 위에 선택 전극과 비선택 전극을 고정밀도로 형성하는 것이 곤란하였다.
본 개시는 상기 문제의 해결을 위하여, 선택 전극과 비선택 전극을 형성하지 않고, 마스크를 사용하여 기판 위에 미세한 패턴으로 성막 재료를 퇴적시켜 성막하는 제조 방법 및 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 양태에 관한 성막 방법은, 조의 하부에 기판을 설치함과 함께 이 기판 위에 절연체를 개재시켜 마스크를 설치하고, 상기 조의 공간 내에 성막 재료가 되는 대전된 미립자를 분무함과 함께 상기 기판에는 상기 대전된 미립자와 역극성인 전위를 부여하고, 상기 마스크에는 상기 대전된 미립자와 동극성인 전위를 부여함으로써, 상기 기판 위에 상기 미립자를 퇴적시켜 성막하는 것을 특징으로 한다.
이 성막 방법에 의하면, 증착법으로 제작 곤란한 대형의 디스플레이 패널의 기판에 있어서도, 정밀도가 높은 마스크(본 출원인이 취득한 일본 특허 제4401040호에 의한 증착용 마스크)를 사용했으므로, 기판 위에 성막 재료의 미립자를 고정밀도로 퇴적할 수 있어, 고해상 세그먼트를 색 불균일 없이 유기 EL의 RGB를 기판 위에 성막할 수 있다.
제2 양태는, 제1 양태에 관한 성막 방법에 있어서, 기판을 투명체로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이 성막 방법에 의하면, 염료, 안료 잉크 등을 사용함으로써, 액정 관련의 디스플레이 관련의 컬러 필터 제작에 유효하다.
제3 양태는, 제1 양태 또는 제2 양태에 관한 성막 방법에 있어서, 상기 절연체가, 상기 마스크를 피복하는 절연막, 상기 마스크와 상기 기판 사이에 배치하는 절연 스페이서의 어느 한쪽인 것을 특징으로 한다.
이 성막 방법에 의하면, 전착 도료를 사용하여 마스크를 절연막으로 피복하거나 또는 절연 스페이서를 배치함으로써, 마스크의 도전성을 방지할 수 있다.
제4 양태는, 제1 양태 또는 제2 양태에 관한 성막 방법에 있어서, 상기 절연체가, 상기 마스크를 피복하는 절연막이며, 마스크의 저면 주변의 상기 절연막에, 하방으로 돌출되어 끝이 예각인 돌출 에지를 형성하고, 이 돌출 에지를 상기 기판에 밀착시킨 것을 특징으로 한다.
이 성막 방법에 의하면, 성막 시, 마스크의 저면 주변에 하방으로 돌출되어 끝이 예각인 돌출 에지가 기판과 밀착되어 있으므로, 미립자는 마스크의 하방으로 돌아 들어가지 않기 때문에, 기판 위의 소정의 개소에만 퇴적되어, 매우 정밀도가 높은 성막을 얻을 수 있다.
제5 양태는, 제1 양태 또는 제2 양태에 관한 성막 방법에 있어서, 상기 절연체는, 상기 마스크를 피복하는 절연막과, 상기 마스크와 상기 기판 사이에 배치하는 절연 스페이서인 것을 특징으로 한다.
이 성막 방법에 의하면, 기판이 대형인 경우, 마스크가 자중에 의해 휘어 절연막에 균열이 발생해도, 마스크와 기판 사이에 절연 스페이서가 있기 때문에, 마스크의 도전성을 방지할 수 있어, 매우 정밀도가 높은 성막을 얻을 수 있다.
제6 양태는, 제1 내지 제5 양태의 어느 일 양태에 관한 성막 방법에 있어서, 성막 재료가 유기 EL 재료인 것을 특징으로 한다.
이 성막 방법에 의하면, RGB의 발광 세그먼트를 기판의 소정의 위치에 고정밀도로 배치하여 성막할 수 있으므로, 유기 EL 소자를 컬러화로 하는 데 최적이다.
제7 양태는, 제1 내지 제6 양태의 어느 일 양태에 관한 성막 방법에 사용되는 성막 장치이며, 성막 재료가 되는 미립자를 소정의 입자경으로 형성하는 미립자화 장치와, 이 미립자화 장치로부터의 미립자를 무화하여 조 내에 분무하는 분무 장치와, 이 조 내의 미립자에 대전시키는 대전 장치와, 대전된 미립자와 역극성인 전위를 기판에 부여하는 기판용 전위 부가 장치와, 대전된 미립자와 동극성인 전위를 마스크에 부여하는 마스크용 전위 부가 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 성막 장치에 의하면, 질소 분위기의 습기가 없는 드라이한 대기압 환경에서 행할 수 있기 때문에, 장치의 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다.
제8 양태는, 제7 양태에 관한 성막 장치에 있어서, 분무 장치는, 미립자를 진동시키는 압전 소자와 메쉬 노즐을 사용한 미립자 생성 장치인 것을 특징으로 한다.
이 성막 장치에 의하면, 미립자에 있어서의 입경의 제어와 입경의 균일함을 확보할 수 있다.
본 개시에 의하면, 증착법으로 제작 곤란한 대형의 디스플레이 패널의 기판에 있어서도 기판 위에 성막 재료의 미립자를 고정밀도로 퇴적할 수 있어, 고해상 세그먼트를 색 불균일 없이 유기 EL의 RGB를 기판 위에 성막할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 성막 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 성막 장치의 일부를 확대한 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태의 성막 장치의 변형예를 나타내는 일부를 확대한 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태의 성막 장치의 변형예를 나타내는 일부를 확대한 단면도이다.
도 5는 본 실시 형태의 성막 장치의 변형예를 나타내는 일부를 확대한 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태의 성막 장치의 변형예를 나타내는 일부를 확대한 단면도이다.
도 7은 기판용 전위 부가 장치와 마스크용 전위 부가 장치의 전기 회로를 도시하는 회로도이다.
이하, 본 발명의 성막 방법 및 성막 장치의 실시 형태에 대하여, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1에 있어서, 참조 부호 1은 조이며, 측벽(2)으로부터 성막 재료가 되는 미립자(3)를 조(1)의 내부에 분사시키는 복수개의 노즐(4)을 갖는 분무 장치(5)를 구비하고 있다. 이 분무 장치(5)로부터는 분무하기 위한 압전 소자(도시 생략)와 메쉬상의 노즐(4)(예를 들어, 직경 1 내지 5㎛, 바람직하게는 2.5±0.2㎛의 정밀도로 제작)에 의해 입자 직경이 2 내지 6㎛, 바람직하게는 3.3±0.2㎛의 균일한 미립자(3)가 조(1)의 내부에 분사되도록 되어 있다. 참조 부호 6은 미립자(3)에 예를 들어 마이너스의 전위를 대전하기 위한 대전 장치이다.
참조 부호 7은 투명체로 형성된 기판이며, 조(1)의 저부에 설치되어 있다. 이 기판(7) 위에 전주법에 의해 제작된 마스크(8)가 설치되어 있다. 이 마스크(8)로서 팽창 계수를 컨트롤할 수 있는 마스크(본 출원인이 취득한 일본 특허 제4401040호에 의한 증착용 마스크)를 사용하고 있다. 또한, 마스크(8)는 도전성을 방지하기 위하여, 도 2에 도시하는 바와 같이, 전착 도료를 사용하여 형성된 수지 등의 절연막(9)으로 피복되어 있다. 또한, 이 전착 도료로서 양이온 전착 도료용 수지(에폭시계 수지 또는 에폭시폴리아미드계 수지)가 바람직하다. 또, 전착 도료 대신에 파릴렌(파라크실릴렌계 폴리머)으로 코팅해도 된다. 절연막(9)은, 절연체의 일례이다. 수지는, 예를 들어 반방향족 나일론(나일론은 등록 상표)의 일종인 9T 나일론이다.
참조 부호 10은 마이너스의 전위가 대전된 미립자(3)와 역극성인 플러스의 전위를 기판(7)에 부여하는 기판용 전위 부가 장치, 참조 부호 11은 마이너스의 전위가 대전된 미립자(3)와 동극성인 마이너스의 전위를 마스크(8)에 부여하는 마스크용 전위 부가 장치이다. 이들의 상세는 후술한다.
이어서, 성막 방법에 대하여 설명한다.
분무 장치(5)에 의해 입자 직경이 예를 들어 3.3±0.2㎛인 균일한 크기가 된 미립자(3)를 조(1)의 내부에 분사시킨다.
이 분사된 미립자(3)에, 예를 들어 대전 장치(6)에 의해 마이너스의 전위를 대전시킨다. 한편, 기판(7)에는 대전된 미립자(3)와 역극성인 플러스의 전위를 기판용 전위 부가 장치(10)에 의해 부여함과 함께, 마스크(8)에는, 대전된 미립자(3)와 동극성인 마이너스의 전위를 마스크용 전위 부가 장치(11)에 의해 부여한다. 마스크(8)는, 절연막(9)으로 피복되어 있기 때문에, 마스크(8)와 기판(7) 사이는 절연되어 있다.
이에 의해, 마이너스의 전위를 대전한 미립자(3)는, 동극성인 마이너스의 전위가 부여된 마스크(8)에 반발되어, 역극성인 플러스 전위가 부여되어 있는 기판(7)에 끌려 당겨지기 때문에, 마스크(8)의 구멍(12)을 통해 기판(7) 위에 퇴적되어, 고정밀도로 성막(13)이 형성된다.
그리고, 마스크(8)를 기판(7)으로부터 제거하면 성막(13)이 유기 EL 소자가 된다.
또한, 입자 직경이 예를 들어 3.3±0.2㎛인 균일한 크기가 된 미립자(3)를 조(1)의 내부에 분사시킴으로써, 이 입자 직경에서의 패턴 코팅 치수는 증착 마스크를 능가하는 미세도로 한변이 10㎛인 정사각형을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 분무되는 미립자(3)는 액체이지만, 입자 직경이 예를 들어 3.3±0.2㎛인 균일한 크기처럼 충분히 미립화되어 있으므로, 기판(7) 위에 퇴적되는 동시에 고형화되기 때문에 표면 장력 등에 의한 색 불균일은 발생하는 일이 없음도 확인할 수 있었다.
게다가, 기판(7)은 조(1)의 최하부에 배치되고 기판(7)의 바로 위에 마스크(8)가 배치되기 때문에, 일반적인 증착법 등의 중력에 의한 기판(7)의 변형 왜곡은 대형 기판에 있어서도 피할 수 있다.
또한, 본 개시에 관한 성막 장치는 질소 분위기의 드라이한 대기압 환경에서 행하기 때문에 장치의 제조 비용은 낮게 억제할 수 있다.
또한, 기판(7)을 투명체로 형성하고, 염료, 안료 잉크 등을 사용하면, 액정 관련의 디스플레이 관련의 컬러 필터 제작에 유효하다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 마스크(8)의 저면 주변의 절연막(9)에, 하방으로 돌출되어 끝이 예각인 돌출 에지(14)를 형성하고, 이 돌출 에지(14)를 기판(7)과 밀착시키도록 해 두면 최적이다. 왜냐하면, 성막 시, 마스크(8)의 저면 주변에 있는 예각인 돌출 에지(14)가 기판(7)과 밀착되어 있으므로, 미립자(3)는 마스크(8)의 하방으로 돌아 들어가지 않기 때문에, 기판(7) 위의 소정의 개소에만 퇴적되어, 매우 정밀도가 높은 성막(13)을 얻을 수 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 마스크(8)를 절연막으로 피복하지 않는 경우, 마스크(8)는, 기판(7) 위에 절연체의 일례로서의 절연 스페이서(15)를 개재시켜 설치된다. 이 절연 스페이서(15)는, 마스크(8)의 저면의 양단에 배치되고, 마스크(8)와 기판(7) 사이에 배치되어 있다. 또한, 이 절연 스페이서(15)의 재료는, 내열성, 절연성, 가공성이 우수한 9T 나일론(나일론은 등록 상표), PEEK(폴리에테르에테르케톤), 실리콘 수지인 것이 바람직하다. 이 절연 스페이서(15)에 의해, 마스크(8)를 절연막으로 피복하지 않아도, 마스크(8)와 기판(7)을 완전히 절연할 수 있다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 절연체는, 마스크(8)의 저부 전체면을 덮는 절연 스페이서(16)여도 된다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 절연 스페이서(15)를, 절연막(9)으로 피복된 마스크(8)와, 기판(7) 사이에 배치해도 된다.
기판(7)이 소형인 경우에는, 마스크(8)를 절연막(9)으로 피복하는 구성(도 2, 도 3), 마스크(8)와 기판(7) 사이에 절연 스페이서(15)를 배치하는 구성(도 4), 마스크(8)와 기판(7) 사이에 절연 스페이서(16)를 배치하는 구성(도 5)의 무엇이든 좋다. 양산성을 고려한 경우, 마스크(8)를 절연막(9)으로 피복하는 구성(도 2, 도 3)이 바람직하다.
기판(7)이 대형인 경우에는, 마스크(8)가 자중에 의해 휘어 절연막(9)에 균열이 발생할 우려가 있기 때문에, 마스크(8)를 절연막(9)으로 덮고, 또한 해당 마스크(8)와 기판(7) 사이에 절연 스페이서(15)를 배치하는 구성(도 6)이 바람직하고, 매우 정밀도가 높은 성막(13)을 얻을 수 있다.
절연막(9)이나 절연 스페이서(15)의 두께는, 조(1)의 고 내 온도나, 양산 스피드를 감안하여 결정된다. 두께가 25㎛ 이하이면, 양산성이 낮아진다. 작업성, 양산성, 기계적 강도를 고려하면, 두께는 40 내지 60㎛인 것이 바람직하다.
도 7은, 기판용 전위 부가 장치(10)와 마스크용 전위 부가 장치(11)에 전압을 인가하는 전기 회로(17)이다. 이 전기 회로(17)는, 교류를 직류로 변환하는 정류 회로이다. 교류 전원(18)으로부터 공급되는 AC 100V는, 연동 스위치(19)가 ON으로 됨으로써, 트랜스(20)에 의해 AC 2 내지 10V로 변환된다. 이 교류는, 4개의 다이오드를 사용한 브리지 회로(21)에서 직류로 변환되고, 또한 평활용의 콘덴서(22)에서 리플이 없는 직류로 변환되어, 전기 이중층 커패시터(23)에 충전된다. 콘덴서(22)의 정전 용량은, 200 내지 300㎌이다. 전기 이중층 커패시터(23)에 충전된 직류의 양극측이, 기판용 전위 부가 장치(10)에 접속되고, 음극측이 마스크용 전위 부가 장치(11)에 접속되어 있다.
여기서, 전기 이중층 커패시터(23)(EDLC)는, 정전 용량이 50 내지 100F인 대형 대용량의 커패시터이다. 이 전기 이중층 커패시터(23)는, 종래의 알루미늄 전해 콘덴서와 비교하여, 10의 6 내지 8승배의 용량을 갖는다.
최근에는, 2×1.5m와 같은 대형 디스플레이의 생산량이 증가되는 경향이 있다. 대형 디스플레이에 대응하는 대형의 기판이나 마스크에 정전하를 부가하기에는, 어느 정도의 시간을 필요로 한다. 따라서, 양산 스피드를 개선하기 위해서는, 대형 대용량의 전기 이중층 커패시터(EDLC)를 채용하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 상기와 같은 전기 이중층 커패시터(23)를 사용함으로써, 대형의 기판이나 마스크에 대하여, 순시에 정전하를 충전하거나, 방전하거나 하는 것을 가능하게 하고 있다.
2017년 5월 23일에 출원된 일본 특허 출원 2017-102068호의 개시는, 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 포함되는 것이 구체적이며 또한 개개로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 포함된다.

Claims (7)

  1. 조의 하부에 기판을 설치함과 함께 이 기판 위에 절연체를 개재시켜 마스크를 설치하고, 상기 조의 공간 내에 성막 재료가 되는 대전된 미립자를 분무 장치로 분무함과 함께 상기 기판에는 상기 대전된 미립자와 역극성인 전위를 부여하고, 상기 마스크에는 상기 대전된 미립자와 동극성인 전위를 부여함으로써, 상기 기판 위에 상기 미립자를 퇴적시켜 성막하는 성막 방법이며,
    상기 분무 장치로서, 미립자를 진동시키는 압전 소자와 메쉬 노즐을 사용한 미립자 생성 장치를 사용하는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판을 투명체로 형성한, 성막 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연체는, 상기 마스크를 피복하는 절연막, 상기 마스크와 상기 기판 사이에 배치하는 절연 스페이서의 어느 한쪽인, 성막 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연체는, 상기 마스크를 피복하는 절연막이며,
    상기 마스크의 저면 주변의 상기 절연막에, 하방으로 돌출되어 끝이 예각인 돌출 에지를 형성하고, 이 돌출 에지를 상기 기판에 밀착시킨, 성막 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연체는, 상기 마스크를 피복하는 절연막과, 상기 마스크와 상기 기판 사이에 배치하는 절연 스페이서인, 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성막 재료가 유기 EL 재료인, 성막 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 성막 방법에 사용되는 성막 장치이며,
    상기 성막 재료가 되는 상기 미립자를 소정의 입자 직경으로 형성하여 상기 조 내에 분무하는 분무 장치와,
    이 조 내의 상기 미립자에 대전시키는 대전 장치와,
    대전된 상기 미립자와 역극성인 전위를 상기 기판에 부여하는 기판용 전위 부가 장치와,
    대전된 상기 미립자와 동극성인 전위를 상기 마스크에 부여하는 마스크용 전위 부가 장치를 구비하고,
    상기 분무 장치는, 미립자를 진동시키는 압전 소자와 메쉬 노즐을 사용한 미립자 생성 장치인, 성막 장치.
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