CN104379797B - 有机薄膜形成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明利用通过加热生成的有机化合物的蒸气以高成膜速率形成有机薄膜。将成膜室（43）配置到缓冲室（42）的内部，将中央辊（17）的一部分侧面从成膜室开口（54）插入到成膜室（43）内，使基材膜（23）一边紧贴在该部分的侧面上一边行进。从连接在成膜室（43）上的蒸气生成装置（26）将蒸气通过载气运输，通过冷却装置（30）将中央辊（17）冷却，将基材膜（23）冷却到蒸气的冷凝温度以下的温度，通过释放到成膜室（43）内的蒸气在基材膜（23）的表面上形成有机原料层（35），使中央辊（17）旋转，在硬化室（44）中照射能量线而使其硬化。缓冲室（42）真空排气到低压力，使得从成膜室开口（54）流出的载气和蒸气不流入到硬化室（44）及卷室（41）中。

Description

有机薄膜形成装置
技术领域
本发明涉及有机薄膜形成装置，特别涉及在真空环境中在膜上形成有机薄膜的有机薄膜形成装置。
背景技术
以往使用在真空环境中在膜上形成有机薄膜的薄膜形成装置，在膜上形成金属薄膜或有机薄膜，生产食品包装用的膜或电子零件用的膜。
如果在图5中表示该装置，则该有机薄膜形成装置101具有真空槽111，在真空槽111中，配置有卷绕着作为成膜对象的基材膜105的原坯卷102、和将从原坯卷102放出的基材膜105卷绕起来的卷绕装置103。
为了在基材膜105上形成有机薄膜，首先，从原坯卷102将基材膜105放出，在使基材膜105的背面接触在配置于真空槽111的中央的中央辊104的侧面的一部分上的状态下，将已放出的部分的前端安装到卷绕装置103上。
利用真空泵109将真空槽111内真空排气，以基材膜105和中央辊104的表面不滑动的方式使中央辊104旋转，从原坯卷102将基材膜105放出，将放出的基材膜105用卷绕装置103卷绕起来。
在与中央辊104和基材膜105接触的部分面对的位置，配置有蒸气发生装置106，通过加热装置107将配置在蒸气发生装置106内的有机材料加热时，在蒸气发生装置106内产生有机材料的蒸气，从蒸气发生装置106的释放口朝向中央辊104释放有机材料的蒸气。在与释放口面对的位置，基材膜105一边与中央辊104接触一边移动，有机材料的蒸气在与释放口面对的位置到达移动中的基材膜105的表面，在其表面上形成有机薄膜，由卷绕装置103卷绕，得到卷绕卷108。
但是，在上述那样的有机薄膜形成装置101中，有机材料的硬化不充分，要求有在卷绕前促进硬化反应的技术。
此外，对于形成到基材膜105上的有机薄膜，要求膜厚的均匀性、以及使得真空槽111的内部不被释放到真空槽111内的有机材料蒸气污染的技术。
专利文献1：日本特表2000－508089号公报。
专利文献2：日本特开2010－236076号公报。
专利文献3：日本特许第3502261号。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术的问题而做出的，其目的是提供一种有机薄膜形成装置，其真空槽内不会被蒸气污染，并能以高成膜速率形成硬化了的有机薄膜。
为了解决上述课题，本发明是一种薄膜形成装置，具有真空槽、蒸气释放装置、能量线射出装置、放卷装置、卷绕装置和圆筒状的中央辊，安装在所述放卷装置上的基材膜的原坯卷被放出，被放出的基材膜一边背面与所述中央辊的侧面接触一边在所述真空槽内行进，在借助所述卷绕装置进行卷绕期间，从所述蒸气释放装置的释放口释放到所述真空槽内的有机化合物的蒸气到达与所述中央辊的侧面接触的部分的所述基材膜的表面，在形成有机原料层后，从所述能量线射出装置的射出部射出的能量线被照射到所述有机原料层，所述有机原料层中的所述有机化合物进行化学反应，形成有机薄膜，所述薄膜形成装置如下所述地构成：
在所述真空槽的外部，配置有生成所述有机化合物的蒸气并向所述蒸气释放装置供给的蒸气生成装置，在所述真空槽的内部配置有缓冲室，在处于所述真空槽的内部且处于所述缓冲室的外部的位置，配置有硬化室，在所述缓冲室的内部配置有成膜室，所述缓冲室、所述成膜室和所述硬化室分别连接至真空排气装置，所述释放口配置在所述成膜室的内部，所述射出部配置在所述硬化室中，所述中央辊配置成，以位于所述缓冲室中的旋转轴线为中心旋转，在形成所述成膜室的成膜室隔壁中的位于所述旋转轴线与所述释放口之间的部分，设有成膜室开口，所述释放口与所述中央辊的侧面面对，在形成所述硬化室的硬化室隔壁中的位于所述旋转轴线与所述射出部之间的部分，设有硬化室开口，所述射出部与所述中央辊的侧面面对。
另外，本发明是一种薄膜形成装置，在所述中央辊上连接着冷却装置，所述冷却装置构成为，使冷却介质在所述中央辊与所述冷却装置之间循环，将所述中央辊冷却。
另外，本发明是一种薄膜形成装置，所述中央辊的侧面的与所述释放口面对的部分被从所述成膜室开口插入到所述成膜室的内部，所述中央辊的侧面的与所述射出部面对的部分被从所述硬化室开口插入到所述硬化室的内部。
另外，本发明是一种薄膜形成装置，具有对所述蒸气生成装置供给载气的载气供给装置，混合了所述载气和所述有机化合物的蒸气的混合气体被从所述释放口释放。
另外，本发明是一种薄膜形成装置，通过所述真空排气装置进行真空排气，使得所述成膜室的压力比所述缓冲室的压力高，所述硬化室的压力比所述缓冲室低。
本发明中，由于蒸气生成室配置在真空槽的外部，成膜室开口配置在缓冲室的内部，所以有机化合物的补充较容易，由有机化合物生成的蒸气不会流入到硬化室或卷室中。
由于将中央辊冷却到蒸气的冷凝温度以下的温度，所以能够使通过加热形成的有机化合物的蒸气冷凝（除了气体的液化以外，还包括气体的固化），由于通过能量树脂使通过冷凝形成的有机原料层硬化，所以能够得到强韧的有机薄膜。
此外，因为由载气运送生成的蒸气，所以能够将大量的蒸气从蒸气生成室向成膜室供给，能够使成膜速率变快。
此外，由于能够用一个中央辊进行有机原料层的形成和有机原料层的硬化，所以能够使真空槽的体积变小。
附图说明
图1是用来说明本发明的薄膜形成装置的图。
图2的（a）、（b）是用来说明释放口的图。
图3的（a）是用来说明成膜室开口的图，（b）是用来说明硬化室开口的图。
图4的（a）是表示在基材膜上形成了有机原料层的状态的图，（b）是表示由有机原料层形成了聚合物的有机薄膜的状态的图。
图5是现有技术的薄膜形成装置。
附图标记说明
11 真空槽
12 真空排气装置
14 旋转轴线
17 中央辊
19b 释放口
21 原坯卷
23 基材膜
26 蒸气生成装置
27 载气供给装置
30 冷却装置
32 放卷装置
33 卷绕装置
35 有机原料层
36 有机薄膜
41 卷室
42 缓冲室
43 成膜室
44 硬化室
54 成膜室开口
56 硬化室开口。
具体实施方式
图1表示本发明的薄膜形成装置10。
该薄膜形成装置10具有真空槽11，真空槽11的内部被分隔板51分隔，在真空槽11的内部的分隔板51的单侧形成有卷室41。
在分隔板51的相反侧形成有缓冲室42，在缓冲室42的内部配置有成膜室隔壁52，由成膜室隔壁52形成与缓冲室42的内部空间分离的成膜室43。
此外，在缓冲室42内部的与成膜室43离开的位置，配置有硬化室隔壁53，在缓冲室42的内部，借助硬化室隔壁53形成有与缓冲室42的内部空间分离的硬化室44。成膜室43与硬化室44之间也分离。
在缓冲室42的内部，配置有金属制成且呈圆筒形状的中央辊17。这里，在缓冲室42的内部水平地配置有旋转轴18，中央辊17使其中心轴线与旋转轴18的中心轴线一致地安装在旋转轴18上，构成为，旋转轴18和中央辊17以一致的中心轴线为中心一起旋转。图1的附图标记14是作为旋转轴18和中央辊17的旋转中心的旋转轴线，也是旋转轴18和中央辊17的中心轴线。
卷室41、成膜室43和硬化室44配置在中央辊17的侧面的周围。
如图3的（a）所示，在成膜室隔壁52上形成有成膜室开口54，如图3的（b）所示，在硬化室隔壁53上形成有硬化室开口56。
成膜室开口54的宽度、硬化室开口56的宽度和下述穿过口的宽度比中央辊17的侧面的宽度（底面间的距离）稍大，中央辊17的侧面中，其圆周方向一部分的宽度方向全部部分被插入到成膜室43内，中央辊17的侧面的圆周方向另一部分的宽度方向全部部分被插入到硬化室44内，插入的部分的侧面露出在成膜室43和硬化室44的内部。
在卷室41的内部，配置有放卷装置32和卷绕装置33。
在放卷装置32上，安装着将作为成膜对象的长尺寸的基材膜23卷绕而构成的原坯卷21，为了将原坯卷21的基材膜23通过卷绕装置33卷绕，首先将位于原坯卷21的外周的基材膜23的端部拉出。
在分隔板51上形成有穿过口，被拉出的部分的前端穿过穿过口被送入到缓冲室42的内部，接触在中央辊17的侧面上，沿着侧面的圆周方向移动，穿过成膜室43的内部、缓冲室42的内部、硬化室44的内部和缓冲室42的内部，被送回到卷室41，固定在卷绕装置33上。
中央辊17与分隔板51、成膜室隔壁52和硬化室隔壁53不接触。
在旋转轴18和卷绕装置33上，分别设有马达37a、37b。
放卷装置32构成为能够旋转，如果通过马达37a、37b使旋转轴18及中央辊17和卷绕装置33分别旋转，则原坯卷21被放出的基材膜23牵引，与放卷装置32一起旋转，从原坯卷21将基材膜23进一步放出。被放出的部分由卷绕装置33以基材膜23不发生松弛的方式卷绕。
当在基材膜23表面上形成有机薄膜时，首先，通过真空排气装置12将真空槽11的内部真空排气。
真空排气装置12分别独立地连接在卷室41、缓冲室42、成膜室43和硬化室44上，能够将各室41～44独立地真空排气。
此外，各室41～44在各室41～44内形成真空环境后也持续被真空排气，在以下的说明中，在各室41～44内形成真空环境，并持续被真空排气。
在成膜室43的内部配置有蒸气释放装置19。
在真空槽11的外部配置有蒸气生成装置26，蒸气释放装置19连接在蒸气生成装置26上。
蒸气生成装置26具有加热装置、和配置有液体或固体的有机化合物的容器，构成为，将配置在容器中的有机化合物每次少量地通过加热装置加热而生成蒸气。
这里，通过加热，有机化合物蒸发或升华而产生气体，在本发明中，通过升华产生的气体包含在“蒸气”中。
在蒸气生成装置26上，配置有供给载气（惰性气体、N2气等不与有机化合物反应的气体）的载气供给装置27，构成为，能够从载气供给装置27对蒸气生成装置26的内部供给加热而升温到既定温度的载气。
一边供给该载气，一边在蒸气生成装置26的内部生成有机化合物的蒸气，生成的蒸气与载气混合而成为混合气体，通过蒸气释放装置19与蒸气生成装置26之间的压力差，将混合气体向蒸气释放装置19输送。
在图2（a）中表示蒸气释放装置的一例。
蒸气释放装置19具有内部中空的释放装置主体19a、和设在释放装置主体19a上的细长的释放口19b，从蒸气释放装置19供给的蒸气与载气的混合气体在释放装置主体19a内均匀地扩散，被从释放口19b向成膜室43内均匀地释放。
释放口19b以长度方向与旋转轴线14平行的方式配置在与中央辊17的侧面面对的位置，基材膜23位于释放口19b与中央辊17之间。
释放口19b的长度方向的长度比基材膜23的宽度长，释放口19b的两端伸出到基材膜23的宽度方向的外侧。
当蒸气被与载气一起从释放口19b释放时，蒸气到达包含基材膜23的宽度方向的两端的范围。
另外，如图2（b）所示，也可以设计成，圆形开口的释放口19b与基材膜23的宽度方向平行地在比基材膜23的宽度长的范围中排列为一列或多列。
在中央辊17的侧面中与释放口19b面对的部分，中央辊17与释放口19b之间的基材膜23的背面接触在中央辊17的侧面上，从释放口19b释放的蒸气到达基材膜23上的背面接触在中央辊17上的部分。
基材膜23表面的各部分在移动到从释放口19b释放的蒸气到达的位置之前接触在中央辊17上，如后述那样被中央辊17冷却，被冷却了的基材膜23的温度使得，蒸气到达的部分的基材膜23的表面附近的蒸气的分压比成膜室43的内部压力下的饱和蒸气压高。
因而，到达该基材膜23的表面的蒸气冷凝而成为液体或气体，在基材膜23的表面上形成由冷凝的蒸气构成的有机原料层。图4（a）表示在基材膜23上形成了有机原料层35的状态。
在蒸气生成装置26的内部配置有单体的有机化合物，其蒸气是气体的单体。因而，有机原料层35是由其单体构成的单体层。
基材膜23在被从原坯卷21抽出后，在形成有机原料层35之前，背面接触在中央辊17上，如上述那样，当中央辊17和卷绕装置33旋转、使基材膜23移动时，中央辊17和卷绕装置33以下述方式旋转：使得基材膜23在背面接触在中央辊17的侧面上的状态下移动，基材膜23的背面不被磨损。
形成有机原料层35后的基材膜23在背面接触在中央辊17上的状态下被从成膜室43送出，穿过缓冲室42后被向硬化室44的内部送入。
在硬化室44中，设有能量线射出装置16。
能量线射出装置16具有射出部13，射出部13配置在硬化室44的内部，构成为，从射出部13向硬化室44的内部射出能量线。
射出的能量线被向基材膜23的表面的有机原料层35照射，该基材膜23与中央辊17的插入到硬化室44的内部的侧面接触。
能量线对基材膜23的照射范围是沿着基材膜23的宽度方向的直线状，即，是在与基材膜23的移动方向垂直的方向上延伸的直线状，被照射到比宽度方向大的范围。照射范围的宽度是一定的，有机原料层35当穿过照射位置时，宽度方向的全部位置被以能量线的宽度照射。
在有机原料层35的被能量线照射的部分，借助能量线所具有的能量发生单体的聚合反应，聚合反应进展，单体成为聚合物，由有机原料层35形成聚合物的有机薄膜。图4（b）的附图标记36表示该有机薄膜。
这里，能量线是电子，但也可以放射其他基本粒子或带电粒子，或放射电磁波（包括光）。
另外，在能量线具有电荷的情况下，被照射的基材膜23会带电。在本发明中，中央辊17被连接到接地电位，因而，由于能量线的照射而要储存到有机薄膜36及基材膜23中的电荷从中央辊17向接地电位流出，带电减少。
在中央辊17上设有冷却装置30，冷却装置30使冷却介质在冷却装置30与中央辊17之间循环，使冷却了的冷却介质流到中央辊17内部的流路中，将中央辊17冷却。
基材膜23的背面在成膜室43的内部接触在中央辊17的侧面中插入在成膜室43内部的部分上，在硬化室44的内部接触在中央辊17的侧面中插入在硬化室44内部的部分上，从有机原料层35的形成前到形成有机薄膜36后的期间中，基材膜23的背面与同一中央辊17接触。在此期间，基材膜23被中央辊17冷却，一边被冷却一边移动。
由到达基材膜23的蒸气或照射在基材膜23及有机原料层35上的能量线带来的热使在中央辊17的流路中流动的冷却介质升温，升温后的冷却介质被向冷却装置30送回。
在冷却装置30中，冷却介质被散热而被冷却，通过对中央辊17输送冷却了的冷却介质，使冷却介质循环。
另外，基材膜23只要在使有机化合物的蒸气冷凝前接触在中央辊17上而被冷却到冷凝所需的温度就可以，开始接触的位置可以是卷室41的内部、缓冲室42的内部、成膜室43的内部中的任何一个地方。
形成了有机薄膜36的部分的基材膜23一边背面接触在中央辊17上一边穿过硬化室开口56而被从硬化室44送出，被向缓冲室42送入，穿过缓冲室42，经过形成在分隔板51上的穿过口被向卷室41送入。
如果电子等带电粒子朝向基材膜23放射，则基材膜23带电，当将基材膜23从中央辊17分离时，由于所带的静电力，有基材膜23被吸附在中央辊17上、分离失败从而基材膜23被中央辊17卷入的情况。
在本发明中，在将基材膜23从中央辊17分离的位置的附近设有除电装置28，使除电装置28形成的等离子扩散到分离位置，在分离前使带电量减少。
分离位置应该配置到配置有除电装置28的室中，这里是卷室41。
形成了有机薄膜36的部分的基材膜23在卷室41中被从中央辊17分离后，从除电装置28形成的等离子中穿过而被除电，被卷绕装置33卷绕。因而，形成了有机薄膜36的基材膜23不带电，所以卷绕该基材膜23的卷绕装置33也不带电，不会产生因带电引起的基材膜23的吸附。
如以上说明的那样，通过冷凝，从蒸气释放装置19释放的单体的蒸气附着在基材膜23上而形成有机原料层35。此外，对有机原料层35照射能量线，使其发生聚合反应而硬化，形成有机薄膜36。在此期间中，基材膜23的背面接触在同一中央辊17上，能够利用一个中央辊17得到形成有有机薄膜36的基材膜23。在此情况下，一旦基材膜23与中央辊17接触后，直到形成有机薄膜36后分离为止，就不会被分离。
关于成膜室43的真空环境，成膜室43配置在缓冲室42的内部，通过成膜室隔壁52和真空槽11的槽壁将缓冲室42的内部和成膜室43的内部分离。缓冲室42的内部和成膜室43的内部仅通过成膜室开口54连接，在成膜室开口54以外的部分被遮蔽。
硬化室44的真空环境通过硬化室开口56连接到缓冲室42的真空环境，卷室41的真空环境通过分隔板51的穿过口连接到缓冲室42的真空环境，成膜室开口54配置在缓冲室42的内部，从成膜室开口54流出的蒸气及载气被将缓冲室42真空排气的真空排气装置12真空排气，不会流入到硬化室44及卷室41中。
另外，如果将对设在本发明的成膜室43中的全部装置进行控制的部件设为控制装置29，则通过控制装置29，控制真空排气装置12的各室41～44各自的排气速度及载气对蒸气生成装置26的供给量。此外，通过控制装置29和真空排气装置12进行真空排气，使得成膜室43的压力比缓冲室42的压力高，硬化室44的压力比缓冲室42低。
当将各室真空排气时，真空排气使得卷室41的压力比缓冲室42的压力高，从成膜室43的成膜室开口54流入到缓冲室42内的有机化合物的蒸气被从缓冲室42真空排气，不会从硬化室开口56或穿过口流入到硬化室44及卷室41中。也可以在卷室41中设置气体导入装置而导入惰性气体。
另外，在中央辊17的内部设有温度传感器，控制装置29通过温度传感器测量中央辊17的温度，控制冷却装置30以使中央辊17的温度处于既定的温度范围内，控制形成有机原料层35时的基材膜23的温度、使有机原料层35硬化而形成有机薄膜36时的基材膜23的温度。
此外，也可以通过控制装置29控制能量线射出装置16、除电装置28、蒸气生成装置26等。
在上述例子中，在旋转轴18和卷绕装置33上连接着马达37a、37b，但也可以在放卷装置32上也连接马达，用马达的旋转力辅助原坯卷21的旋转。
另外，该载气的供给量被载气供给装置27具有的受控制装置29控制的质量流装置进行流量控制，能够通过控制装置29控制基材膜23上的有机原料层35的成长速度。
也可以在上述真空排气装置12中设置多个真空泵，在各室41～44上分别连接不同的真空泵，分别单独地控制各室41～44的压力。
此外，在上述实施例中，在硬化室44的内部设有遮蔽板55，构成为，穿过了遮蔽板55的开口的能量线对基材膜23照射，防止照射位置以外的基材膜23暴露在能量线下。
上述除电装置28在壳体内部配置有由施加正电压的电极和施加负电压的电极构成的一组电极31，此外，配置有用来将等离子封入的磁铁38。
另外，上述单体广泛地包括通过能量线的照射而聚合、能够形成有机薄膜的有机化合物。

Claims (6)

1.一种薄膜形成装置，具有真空槽、蒸气释放装置、能量线射出装置、放卷装置、卷绕装置和圆筒状的中央辊，
安装在所述放卷装置上的基材膜的原坯卷被放出，被放出的基材膜一边背面与所述中央辊的侧面接触一边在所述真空槽内行进，在借助所述卷绕装置进行卷绕期间，从所述蒸气释放装置的释放口释放到所述真空槽内的有机化合物的蒸气到达与所述中央辊的侧面接触的部分的所述基材膜的表面，在形成有机原料层后，从所述能量线射出装置的射出部射出的能量线被照射到所述有机原料层，所述有机原料层中的所述有机化合物进行化学反应，形成有机薄膜，
其特征在于，所述薄膜形成装置如下所述地构成：
在所述真空槽的外部，配置有生成所述有机化合物的蒸气并向所述蒸气释放装置供给的蒸气生成装置，
在所述真空槽的内部，配置有卷室，所述卷绕装置和配置所述原坯卷的所述放卷装置被设置在所述卷室中，
在处于所述真空槽的内部且处于所述卷室的外部的位置配置有缓冲室，
在所述缓冲室的内部，配置有与所述缓冲室的内部空间分离的硬化室，
所述缓冲室配置在所述硬化室与所述卷室之间，
在所述缓冲室的内部，在与所述硬化室分离的位置配置有成膜室，
所述卷室、所述缓冲室、所述成膜室和所述硬化室分别连接至真空排气装置，
所述蒸气释放装置配置在所述成膜室的内部，
所述蒸气释放装置具有内部中空的释放装置主体和设置在所述释放装置主体上的细长的释放口，所述释放口的长度方向的长度比基材膜的宽度长，
所述射出部配置在所述硬化室中，
所述中央辊配置成，以位于所述缓冲室中的旋转轴线为中心旋转，
在形成所述成膜室的成膜室隔壁中的位于所述旋转轴线与所述释放口之间的部分，设有成膜室开口，所述释放口与所述中央辊的侧面面对，
在形成所述硬化室的硬化室隔壁中的位于所述旋转轴线与所述射出部之间的部分，设有硬化室开口，所述射出部与所述中央辊的侧面面对。
2.如权利要求1所述的薄膜形成装置，其特征在于，
在所述中央辊上连接着冷却装置，所述冷却装置构成为，使冷却介质在所述中央辊与所述冷却装置之间循环，将所述中央辊冷却。
3.如权利要求1所述的薄膜形成装置，其特征在于，
所述中央辊的侧面的与所述释放口面对的部分被从所述成膜室开口插入到所述成膜室的内部，
所述中央辊的侧面的与所述射出部面对的部分被从所述硬化室开口插入到所述硬化室的内部。
4.如权利要求2所述的薄膜形成装置，其特征在于，
所述中央辊的侧面的与所述释放口面对的部分被从所述成膜室开口插入到所述成膜室的内部，
所述中央辊的侧面的与所述射出部面对的部分被从所述硬化室开口插入到所述硬化室的内部。
5.如权利要求1～4中任一项所述的薄膜形成装置，其特征在于，
具有对所述蒸气生成装置供给载气的载气供给装置，
混合了所述载气和所述有机化合物的蒸气的混合气体被从所述释放口释放。
6.如权利要求1～4中任一项所述的薄膜形成装置，其特征在于，
通过所述真空排气装置进行真空排气，使得所述成膜室的压力比所述缓冲室的压力高，所述硬化室的压力比所述缓冲室低。
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