JP2004335460A - 有機電界発光素子製作用シャドーマスク - Google Patents

Abstract

【課題】 有機電界発光素子の有機発光層蒸着時の、マスクの段差によるシャドー現象を防止し、有機発光層を均一の厚さで蒸着できるシャドーマスクを提供する。
【解決手段】図６ａはシャドーマスク170を用いて基板や画素電極48上に有機物質を蒸着する方法を示す。シャドーマスク170は、一方向に配列されたストライプ形状の複数のスロットを含み、スロットの周縁に傾斜面が形成される。スロット間のブリッジの両側の上部と下部に、傾斜面が夫々形成されるが、上部傾斜面の面積、幅、高さが下部傾斜面のそれと比べて大きい。ブリッジの厚さは、傾斜面のないシャドーマスク170領域のそれよりさらに薄い。シャドーマスク170は、スロットの周縁に傾斜面を有するため、有機化合物の蒸着時にシャドー現象を最小化できる。従って、デッドエリアを減らしシャドー現象を防止することで有機発光層を均一に形成する。
【選択図】図６ａ

Description

本発明はシャドーマスクに関し、特に有機電界発光素子の発光層を形成するのに使用されるシャドーマスクに関する。

電界発光素子（electroluminescence device；以下、ＥＬＤという）は、広い視野角、高開口率、高色度などの特徴を有するため、次世代平板表示素子として注目を浴びている。特に、有機ＥＬＤは、正孔注入電極と、電子注入電極の間に形成された有機発光層に電荷が注入されると、電子と正孔とが結合し、励起状態になった後、基底状態に戻る際に、光を発生する原理によるものであるので、他の表示素子に比べて低い電圧でも駆動が可能である。

有機ＥＬＤは、その駆動方式によって受動型電界発光素子と、能動型電界発光素子とに分けられる。受動型電界発光素子は、透明基板上の透明電極と、透明電極上の有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層上の陰極とで構成される。能動型電界発光素子は、基板上で画素領域を形成するスキャンライン及びデータラインと、スキャンライン及びデータラインと電気的に接続され、電界発光素子を制御するスイッチング素子と、スイッチング素子に電気的に接続され、基板上の画素領域に形成された透明電極と、透明電極上の有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層上のメタル電極（陰極）とで構成される。能動型電界発光素子は、受動型電界発光素子と異なり、スイッチング素子をさらに含み、このスイッチング素子は薄膜トランジスタである。

図１は一般的な有機電界発光素子の断面図である。図１に示すように、ガラス基板１１の上部にＩＴＯ電極１２がストライプ状に形成されており、ＩＴＯ電極１２の上部に絶縁膜パターン１５と、隔壁１６とが形成される。そして、ＩＴＯ電極１２上に有機発光層１３が形成され、有機発光層１３の上部に陰極電極１４が形成される。ここで、有機発光層１３は、シャドーマスクを用いてＩＴＯ電極１２上の画素領域に形成される。

図２ａ及び図２ｂは、従来の有機発光層製造用シャドーマスクを示す平面図である。図２ａに示すように、従来のシャドーマスク２０は、複数個のスリット２１を含む。このスリット２１は、有機発光物質を蒸着するためのパターンとして、ストライプ状のＩＴＯ電極１２と整列している。しかし、シャドーマスク２０は、応力による変形が生じやすいという短所を有する。図２ｂのシャドーマスク３０は、応力による変形を防止するために、スロット３１の間に形成されたブリッジ３２を含む。

しかしながら、このような従来のシャドーマスク２０，３０は、図３に示すように、垂直断面によるシャドー現象をもたらす。即ち、シャドーマスク２０，３０の垂直断面がスリット２１，３１のエッジに隣接しているＩＴＯ電極１２に有機物が蒸着することを防止するため、所望の厚さで有機物が蒸着されないデッドエリアが形成される。このような理由から、高解像度電界発光素子の製造が容易でない。

そこで、本発明の目的は、有機電界発光素子の有機発光層蒸着時において、マスクの段差によるシャドー現象を防止し、かつ有機発光層を均一の厚さで蒸着させることのできる、シャドーマスクを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明による有機電界発光素子製作用シャドーマスクは、 一方向に配列された縞状のスロットを含み、このスロットは、その両側に複数の傾斜面を有する。

シャドーマスクは、縞状のスロットを画素単位で分離するブリッジをさらに含む。ブリッジの両側には傾斜面が形成され、その傾斜面は、ブリッジ両側の上部、及び下部にそれぞれ形成される。

スロットの両側にある傾斜面は、スロット両側の上部にある上部傾斜面と、スロット両側の下部にある下部傾斜面とで構成される。上部傾斜面と下部傾斜面とは、互いに異なる面積、幅、高さを有する。

また、スロット上部の直径と、スロット下部の直径（幅）とは互いに異なる。

本発明の他の形態のシャドーマスクは、一方向に配列された複数個のホールパターンを含み、ホールパターンの周縁に傾斜面を有する。ホールパターンは、有機電界発光素子の画素領域に対応する形状及び大きさを有する。

傾斜面は、ホールパターンの上部にある上部傾斜面と、ホールパターンの下部にある下部傾斜面とで構成され、上部傾斜面と、下部傾斜面とは互いに異なる面積、幅、高さを有する。

本発明によるシャドーマスクは、スロットとホールパターンの周縁に傾斜面を有するため、シャドー現象を最小化し、かつ、基板または画素電極上に有機物質を均一に蒸着させることができる。したがって、正確な有機発光層パターンを形成して、高解像度の有機電界発光素子を製造することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

まず、有機電界発光素子の製造方法について説明する。
図４ａ乃至図４ｆは、本発明の有機電界発光素子（ＥＬＤ）の製造方法を示す図面である。図４ａに示すように、ガラス基板４１上に薄膜トランジスタ４２を形成する。薄膜トランジスタ４２は、ソース／ドレイン領域、チャンネル領域、ゲート絶縁膜、及びゲート電極を含む。その後、ゲート絶縁膜と、ゲート電極上には層間絶縁膜４３が形成される。

ソース／ドレイン領域の上面の一定の部分が露出するように、層間絶縁膜４３とゲート絶縁膜には、選択的にエッチングして複数のコンタクトホールが形成される。コンタクトホールに金属物質を埋め込み、ソース／ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続される複数の電極ライン４４が形成される。層間絶縁膜４３及び電極ライン４４上には、さらに、絶縁膜４５を形成することができる。

図４ｂに示すように、層間絶縁膜４３と電極ライン４４上には、スピンコーティング方法によって、絶縁物質を蒸着して平坦化絶縁膜４６とする。平坦化絶縁膜４６は、プリベイキング工程によって硬化させる。そして、薄膜トランジスタ４２のドレイン領域に接続された電極ライン４４が露出するように、平坦化絶縁膜４６を選択的に除去して、バイアホール４７を形成する。

図４ｃに示すように、バイアホール４７及び平坦化絶縁膜４６の全面に、複数の画素電極４８を形成するために金属物質を蒸着する。この際、下部発光方式のＥＬ素子の場合には金属物質層をＩＴＯのような透明物質で形成し、逆に、上部発光（top−emission）方式のＥＬ素子の場合には、反射率と仕事関数の高い金属物質で金属物質層を形成する。平坦化絶縁膜４６のバイアホール４７内に蒸着された金属物質層は、バイアホール下部の電極ライン４４に接続される。そして、金属物質層を選択的に除去して、画素領域に画素電極４８を形成する。

図４ｄに示すように、全面に絶縁物質を蒸着した後、絶縁物質層を選択的に除去して、画素領域を除いた残りの領域、つまり、画素領域間の境界領域に絶縁膜４９を形成する。この際、絶縁膜４９は、画素電極４８及び平坦化絶縁膜４６の一部の領域上に形成される。そして、絶縁膜４９上には、共通電極５１に電気的に接続される補助電極（図示せず）を、さらに形成することができる。

次いで、図４ｅに示すように、シャドーマスク１７０を用いて画素電極４８上に有機電界発光（ＥＬ）層５０を蒸着する。有機電界発光層５０は、発光色によって赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの有機電界発光層で区分され、これらのＲ，Ｇ，Ｂ有機電界発光層５０は、各画素領域に順次に形成される。有機電界発光層５０は、画素領域にのみ蒸着される。ここで、有機電界発光層５０の下部には、画素電極４８から供給される正孔を有機電界発光層５０内に注入、伝達するための正孔注入層（図示せず）、及び正孔伝達層（図示せず）が形成され、有機電界発光層５０上には共通電極５１から供給される電子を有機電界発光層５０内に注入、伝達するための電子注入層（図示せず）、及び電子伝達層（図示せず）が形成される。

図４ｆに示すように、有機電界発光層５０および絶縁膜４９上に、共通電極５１を形成する。共通電極５１は、補助電極に電気的に接続されるため、共通電極５１に流れる電流が低抵抗の補助電極を介して流れる。図面に示してはいないが、有機電界発光層５０を酸素や水分から保護するために、保護膜（図示せず）を形成する。そして、シーラントと透明基板を用いて保護キャップを形成する。
以下、有機電界発光層５０の形成のために使用されるシャドーマスクを説明する。

（第１実施形態）
図５ａ及び図５ｂは、第１実施形態によるシャドーマスク１７０の上面と、下面とをそれぞれ示す平面図である。図５ａ及び図５ｂに示すように、シャドーマスク１７０は、一方向に配列されたストライプ（縞）状のスロットを含み、縞状のスロットの左右側には傾斜面１５０，１５１を有する。縞状のスロットは、ブリッジ１４０によって画素単位で分離され、分離されたスロット１３０は、行（ｘ方向）と列（ｙ方向）とに整列される。

図６ａはシャドーマスク１７０を用いて基板や画素電極４８上に有機物質を蒸着する方法を示す図面である。図６ａに示すように、シャドーマスク１７０は、スロット１３０の周縁に傾斜面１５０，１５１を有する。換言すると、スロット１３０の側面にあるシャドーマスク１７０の上部と下部とに各々上部及び下部傾斜面１５０、１５１がある。上部傾斜面１５０の面積、幅（ｄ１）、高さは下部傾斜面１５１のそれと互いに異なる。
即ち、上部傾斜面１５０の面積、幅、高さが下部傾斜面１５１に比べてさらに大きい。また、スロット１３０の上部の幅が下部のそれよりさらに大きい。
このような上部及び下部傾斜面１５０，１５１は、湿式エッチング方法で形成される。

図６ｂに示すように、ブリッジ１４０の両側に傾斜面がある。この傾斜面は、ブリッジ１４０の両側の上部と下部とに夫々形成される。ブリッジ１４０の厚さは、傾斜面１５０，１５１のないシャドーマスク１７０領域のそれよりさらに薄い。
上述したように、本発明のシャドーマスク１７０は、スロット１３０の周縁に傾斜面を有するため、有機化合物の蒸着時にシャドー現象を最小化できる。したがって、デッドエリアを減らし、有効領域を広げることができる。

（第２実施形態）
図７ａ及び図７ｂは、本発明の第２実施形態によるシャドーマスク２７０の上面と下面とを各々示す平面図である。図７ａ及び図７ｂに示すように、シャドーマスク２７０は、一方向に配列されたストライプ(縞)形状のスロットを含み、ストライプ形状のスロットの左右側には傾斜面２５０，２５１を有する。ストリップ形態のスロットは、ブリッジ２４０によって画素単位で分離される。しかし、分離されたスロット２３０の配列は第１実施形態と相違する。奇数番目列のスロット２３０と、具数番目列のスロット２３０とは、互いに異なるように配列される。第２実施形態は、スロット２３０の配列を除き、第１実施形態と同一である。

（第３実施形態）
図８ａ及び図８ｂは、本発明の第３実施形態によるシャドーマスク３７０の上面と下面とを夫々示す平面図である。図８ａ及び図８ｂに示すように、シャドーマスク３７０は、一方向に配列されたホールパターン３３０を含む。このホールパターン３３０は、有機電界発光素子の画素領域に対応する形状及び大きさを有する。ここで、ホールパターン３３０の形状は、画素領域の形状によって円形、または多角形である。

ホールパターン３３０の周縁のシャドーマスク３７０領域には傾斜面３５０，３５１が形成されている。傾斜面３５０，３５１は、シャドーマスク３７０の上部にある上部傾斜面３５０と、シャドーマスク３７０の下部にある下部傾斜面３５１とで構成される。

上部傾斜面３５０の面積、幅、高さは、下部傾斜面３５１のそれと互いに異なる。上部傾斜面３５０が面積、幅、高さの側面で下部傾斜面３５１に比べてさらに大きい。また、ホールパターン３３０の上部の直径と、下部の直径とは互いに異なり、上部の直径が下部のそれよりさらに大きい。

以上、幾つかの好適な実施形態について説明したが、本発明がその趣旨及び範疇から外れることなく、他のさまざまな形態で具体化され得ることは、該当技術に通常の知識を持ちあわせるものには明らかであろう。

したがって、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及びその同等範囲内にある全ての実施形態が本発明の範疇内に属するものである。

一般的な有機電界発光素子の断面図である。 従来のシャドーマスクの平面図である。 従来のシャドーマスクの平面図である。 従来のシャドーマスクを用いた有機物蒸着方法を示す図面である。 本発明のシャドーマスクを用いた有機物蒸着順序を示す第１の工程の図面である。 本発明のシャドーマスクを用いた有機物蒸着順序を示す第２の工程の図面である。 本発明のシャドーマスクを用いた有機物蒸着順序を示す第３の工程の図面である。 本発明のシャドーマスクを用いた有機物蒸着順序を示す第４の工程の図面である。 本発明のシャドーマスクを用いた有機物蒸着順序を示す第５の工程の図面である。 本発明のシャドーマスクを用いた有機物蒸着順序を示す第６の工程の図面である。 本発明の第１実施形態によるシャドーマスクの平面図である。 本発明の第１実施形態によるシャドーマスクの平面図である。 図５ａのＢ−Ｂ′線に沿う断面図である。 図５ａのＡ−Ａ′線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態によるシャドーマスクの平面図である。 本発明の第２実施形態によるシャドーマスクの平面図である。 本発明の第３実施形態によるシャドーマスクの平面図である。 本発明の第３実施形態によるシャドーマスクの平面図である。

符号の説明

１３０，２３０：スロット
１４０，２４０：ブリッジ
１５０，１５１，２５０，２５１：傾斜面
１７０，２７０，３７０：シャドーマスク
３３０：ホールパターン
３５０：上部傾斜面
３５１：下部傾斜面

Claims (17)

1. 有機電界発光素子製造用シャドーマスクにおいて、
   一方向に配列されたストライプ形状のスロットを含み、前記スロットの両側に傾斜面が形成されている有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
2. 前記ストライプ形状のスロットを、画素単位で分離するブリッジをさらに含む請求項１記載の有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
3. 前記ブリッジは、両側に傾斜面を有することを特徴とする請求項２記載の有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
4. 前記傾斜面は、前記ブリッジ両側の上部、及び下部にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項３記載の有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
5. 前記ブリッジの厚さは、傾斜面のない領域のシャドーマスクの厚さより、さらに薄いことを特徴とする請求項２記載の有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
6. 前記傾斜面は、前記スロット両側の上部にある上部傾斜面と、前記スロット両側の下部にある下部傾斜面とで構成されることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
7. 前記上部傾斜面と前記下部傾斜面とは、互いに異なる面積を有することを特徴とする請求項６記載の有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
8. 前記上部傾斜面と前記下部傾斜面とは、互いに異なる幅を有することを特徴とする請求項６記載の有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
9. 前記上部傾斜面と前記下部傾斜面とは、互いに異なる高さを有することを特徴とする請求項６記載の有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
10. 前記スロット上部の直径と前記スロット下部の直径とは、互いに異なることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子製造用シャドーマスク。
11. 有機電界発光素子の発光層を蒸着するためのシャドーマスクにおいて、
    一方向に配列された複数個のホールパターンを含み、前記ホールパターンの周縁に傾斜面が形成されているシャドーマスク。
12. 前記ホールパターンは、前記有機電界発光素子の画素領域に対応する形状、及び大きさを有することを特徴とする請求項１１記載のシャドーマスク。
13. 前記傾斜面は、前記ホールパターンの上部にある上部傾斜面と、前記ホールパターンの下部にある下部傾斜面とで構成されることを特徴とする請求項１１記載のシャドーマスク。
14. 前記上部傾斜面と、前記下部傾斜面との面積は互いに異なることを特徴とする請求項１３記載のシャドーマスク。
15. 前記上部傾斜面と前記下部傾斜面との幅は、互いに異なることを特徴とする請求項１３記載のシャドーマスク。
16. 前記上部傾斜面と前記下部傾斜面との高さは、互いに異なることを特徴とする請求項１３記載のシャドーマスク。
17. 前記ホールパターンの上部直径と前記ホールパターンの下部直径とは、互いに異なることを特徴とする請求項１１記載のシャドーマスク。
    
    

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