JP2015167086A - 有機ｅｌ素子の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着源からの熱によって基材が伸長した場合であっても、基材の位置ずれが生じないようにする有機ＥＬ素子の製造装置を提供する。【解決手段】真空室１と、帯状の基材３２に気化材料を蒸着するための蒸着源３と、蒸着源とともに基材に蒸着を行うべく、基材を螺旋状に巻回可能な蒸着用ロール装置４と、を備える。蒸着用ロール装置は、第１ロール７と、第１ロールの回転軸に対して傾斜する回転軸を有する複数の第２ロール８と、を含む。第１ロールと第２ロールとの間隔を変更すべく、第２ロールの位置を調整する位置調整部をさらに備える有機ＥＬ素子の製造装置。【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子の製造装置及び製造方法に関する。

近年、低消費電力を実現可能な次世代の発光素子として、有機ＥＬ素子が注目されている。有機ＥＬ素子は、陽極と、陰極と、陽極と陰極の間に設けられた発光層を含む有機層と、を有する。有機層は、例えば、陽極側に設けられる正孔輸送層と、陰極側に設けられる電子輸送層と、正孔輸送層と電子輸送層の間に設けられる発光層と、を有する。正孔輸送層は、発光層に正孔を注入する機能を有する。電子輸送層は、発光層に電子を注入する機能を有する。

上記の有機ＥＬ素子を製造する方法として、ロールプロセスによる真空蒸着法が知られている。この方法により有機ＥＬ素子を製造する製造装置は、内部が真空である複数の真空室と、帯状の基材が真空室の内部を通過するように、基材を所定の方向に沿って走行させる走行装置と、基材の搬送経路の中途部に設けられるとともに、この基材に接するキャンロールと、基材に向けて気化材料を吐出する複数の蒸着源と、キャンロールに一体に設けられるとともに、キャンロールに接する基材を所定の位置において蒸着源から遮蔽する遮蔽装置（マスク装置）とを備える（特許文献１参照）。

製造装置における走行装置は、帯状の基材を送る送り出しロールと、所定の蒸着が行われた基材を巻き取る巻き取りロールを有する。送り出しロールから送り出される基材には、真空室内の蒸着源による蒸着によって、陽極層、有機層、陰極層が形成される。

真空室内では、蒸着源の近傍位置に配置されるキャンロールに基材が巻回され、キャンロールの回転とともに、蒸着源から吐出される気化材料が基材表面に付着されて膜（層）が形成される。

上記のような真空蒸着法によって有機層を形成する場合に、求められる層の厚さを実現するためには、蒸着時間をできるだけ長く確保する必要がある。このために、ネルソンロールとよばれる一対のロールが使用される（特許文献２参照）。

ネルソンロールは、一方のロールの回転軸を他方のロールの回転軸に対して所定の角度で傾斜するように配置することによって構成される。ネルソンロールは、基材を螺旋状に巻回させて搬送できる。基材は、一定の張力がかけられた状態で、ネルソンロールに螺旋状に巻き付けられる。

特開２０１３−１５２９２４号公報 特開２０１３−１３９６２１号公報

上記のようなネルソンロールを使用して蒸着を行う場合、基材は、ネルソンロールによって搬送される間に、蒸着源からの熱によって伸長してしまう。伸長が生じると、基材の位置がずれてしまい、基材の所定位置に所望の蒸着ができなくなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、蒸着源からの熱によって基材が伸長した場合であっても、基材の位置ずれが生じないようにする、有機ＥＬ素子の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る有機ＥＬ素子の製造装置は、真空室と、帯状の基材に気化材料を蒸着するための蒸着源と、前記蒸着源とともに前記基材に蒸着を行うべく、基材を螺旋状に巻回可能な蒸着用ロール装置と、を備え、前記蒸着用ロール装置は、第１ロールと、前記第１ロールの回転軸に対して傾斜する回転軸を有する複数の第２ロールと、を含み、前記第１ロールと前記第２ロールとの間隔を変更すべく、前記第２ロールの位置を調整する位置調整部をさらに備える。

かかる構成によれば、位置調整部によって第２ロールの位置を調整することで、第１ロールと第２ロールとの間隔を変更することが可能になる。これにより、蒸着源による熱によって、基材が伸長する場合であっても、これを解消し、基材に適切な張力を作用させることで、基材の位置ずれを防止できるようになる。

また、本発明に係る有機ＥＬ素子の製造装置によれば、前記第２ロールは、第１ロールよりも小さな少なくとも２つのロール部を含むことが望ましい。

かかる構成によれば、第２ロールのロール部を第１ロールよりも小さく構成することによって、有機ＥＬ素子の製造装置を小型化することができる。

また、本発明は、上記の製造装置を用いて有機ＥＬ素子を製造する方法であって、前記蒸着源の熱による前記基材の伸びに応じて、前記位置調整部によって前記第２ロールの位置を調整することにより、前記第１ロールと前記第２ロールとの間隔を変更する間隔変更工程と、前記間隔変更工程によって所定の張力を前記基材に作用させた状態で、前記蒸着源による気化材料の蒸着を行う蒸着工程と、を含む。

かかる構成によれば、位置調整部によって第２ロールの位置を調整することで、第１ロールと第２ロールとの間隔を変更することが可能になる（間隔変更工程）。これにより、蒸着源による熱によって、基材が伸長する場合であっても、これを解消し、基材に適切な張力を作用させることで、基材の位置ずれを防止できるようになる。

本発明によれば、蒸着源からの熱によって基材が伸長した場合であっても、基材の位置ずれが生じないようできる。

図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造装置における正面図である。 図２は、有機ＥＬ素子の製造装置における蒸着用ロール装置の概念図である。 図３は、有機ＥＬ素子の製造装置における蒸着用ロール装置の正面図である。 図４は、蒸着用ロール装置における第２ロールの平面図である。 図５は、有機ＥＬ素子の横断面図である。

以下、本発明に係る有機ＥＬ素子の製造装置（以下、単に「製造装置」ともいう）における一実施形態について、図１〜図５を参酌して説明する。

本実施形態に係る製造装置は、図１〜図４に示すように、内部が真空である複数（図例では３つ）の真空室１と、帯状の基材３２が真空室１の内部を通過するように、基材３２を水平方向（以下、「走行方向」ともいう）Ｘに沿って走行させる走行装置２と、気化材料を基材３２に蒸着すべく、基材３２に向けて気化材料を吐出する複数の蒸着源３と、蒸着源３とともに蒸着を行うべく、基材３２が螺旋状に巻回される蒸着用ロール装置４とを備える。

真空室１は、走行方向Ｘに沿って連設されている。また、各真空室１の内部が真空となるように、各真空室１には、真空ポンプ等の真空発生装置（図示せず）が接続されている。

走行装置２は、基材３２を送る送り出しロール５と、基材３２を巻き取る巻き取りロール６とを備える。送り出しロール５は、真空室１の外部で且つ上流側に配置されている。巻き取りロール６は、真空室１の外部で且つ下流側に配置されている。

各蒸着源３は、真空室１の内部に配置されていると共に、基材３２と上下方向（鉛直方向）で対面するように配置されている。具体的には、各蒸着源３は、蒸着用ロール装置４の下方に配置されている。また、各蒸着源３は、加熱により気化させた気化材料を、基材３２に向けて吐出している。具体的には、各蒸着源３は、気化材料を、上方向に向けて吐出している。

蒸着用ロール装置４は各真空室１内に配置されている。蒸着用ロール装置４は、１つの第１ロール７と、複数の第２ロール８と、第２ロール８を支持する支持台９と、第２ロール８の位置を調整する位置調整部１０と、を有する。なお、第１ロール７及び第２ロール８は、ネルソンロールとして構成される。

第１ロール７は、真空室１内に所定位置に回転可能に支持されている。第１ロール７の回転軸は水平方向に沿って設定されている。

第２ロール８は、支持台９に支持されている。各第２ロール８は、２つのロール部１１と、これらのロール部１１を支持する支持部材１２とを有する。各ロール部１１の回転軸は、第１ロール７の回転軸に対して所定の角度で傾斜している。２つのロール部１１は所定の間隔を置いて支持部材１２に配置されている。各ロール部１１の直径は、第１ロール７の直径よりも小さく設定されている。

基材３２は、図２に示すように、第１ロール７の一端部から他端部に向かって複数列に巻き付けられている。この基材３２は、第１ロール７の回転によって、第１ロール７の一端部から他端部に向かって搬送される。

支持部材１２は、第２ロール８を支持する第１支持部１３と、第１支持部１３を支持する第２支持部１４と、第１支持部１３と第２支持部１４との間に設けられる付勢手段１５とを有する。

第１支持部１３は、２つのロール部１１を回転可能に支持するロール支持部１６と、付勢手段１５を係止する係止部（以下「第１係止部」という）１７と、第２支持部１４に係合する係合部（以下「第１係合部」という）２１とを有する。

ロール支持部１６は、図４に示すように、各ロール部１１を挟むような２枚の長方形状の板材によって構成される。第１係止部１７は、付勢手段１５の一部に当接することにより、付勢手段１５を係止する。第１係合部２１は、上下方向に沿って設けられる筒状部として構成される。この第１係合部２１の下端部は、第２支持部１４と係合するように開口している。

第２支持部１４は、第１支持部１３の第１係合部２１と係合する係合部（以下「第２係合部」という）２２と、付勢手段１５を係止する係止部（以下「第２係止部」という）１８と、支持台９に係合する係合部（以下「第３係合部」という）２３とを有する。

第２係合部２２は円柱状又は円筒状に構成される。第２係合部２２の外径は、第１係合部の内径よりも小さく設定される。これにより、第２係合部２２の上部は、第１係合部２１内に挿通される。第２係止部１８は、第２係合部２２の中途部に設けられるフランジ部である。第３係合部２３は、例えば円筒状または円柱状に構成される。

付勢手段１５は、第１係止部１７と第２係止部１８との間に配置されている。本実施形態において、付勢手段１５としてコイルバネ（圧縮バネ）が採用される。このコイルバネは、その内側に第１支持部１３の第１係合部２１が挿通された状態で、第１係止部１７と第２係止部１８とにより係止される。この付勢手段１５は、基材３２に適切な張力を付与するとともに、過度の張力が基材３２に作用したときに、基材３２が破損しないようにするためのものである。

支持台９は、上部が開口する箱形状に構成される。支持台９は、真空室１内の所定位置に固定されている。支持台９は、第２支持部１４と位置調整部１０とを保持する保持部材２６を有する。保持部材２６は、第２支持部１４の第３係合部２３が挿通される挿通部２７と、位置調整部１０を保持する保持壁部２８とを有する。

保持部材２６の挿通部２７は、第２支持部１４の第３係合部２３が挿通される凹部又は孔として構成される。この挿通部２７は、第２係合部２２に形状に対応して、円形に構成される。保持部材２６は、挿通部２７に第２支持部１４の第３係合部２３が挿通されることにより、この第２支持部１４を保持している。

保持部材２６の保持壁部２８は、挿通部２７の底部に位置している。この保持壁部２８には、位置調整部１０を保持するためのねじ孔２８ａが貫通形成されている。

位置調整部１０は、保持壁部２８に形成されたねじ孔２８ａに螺合するねじ部材１０ａを含む。このねじ部材１０ａの軸部は、ねじ孔２８ａに螺合されるとともに、第３係合部２３の端面に当接している。位置調整部１０は、ねじ部材１０ａを回転駆動させる駆動手段（図示せず）によって自動的にねじ部材１０ａを操作できるように構成されてもよい。

本発明によって製造される有機ＥＬ素子３１は、図５に示すように、基材３２の一方側の面に蒸着源３からの気化材料が蒸着されて形成される陽極層３３と、陽極層３３の上から気化材料が蒸着されて形成される有機層３４と、有機層３４の上から気化材料が蒸着されて形成される陰極層３５とを備える。

陽極層３３は、陽極層３３は、例えば、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電材や、金、銀、アルミニウム等の金属で形成されている。

有機層３４は、陽極層３３の上に配置される正孔輸送層３８と、正孔輸送層３８の上に配置される有機ＥＬ層３９と、有機ＥＬ層３９の上に配置される電子輸送層４０とを備える。そして、有機層３４は、陽極層３３と陰極層３５とが接触するのを防止するように、陽極層３３及び陰極層３５間に配置されている。

正孔輸送層３８は、例えば、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、４，４'−ビス［Ｎ−４−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＤＮＴＰＤ）等で形成されている。また、有機ＥＬ層３９は、例えば、トリス（８−ハイドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）、イリジウム錯体（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）をドープした４，４'−Ｎ，Ｎ'−ジカルバゾニルビフェニル（ＣＢＰ）等で形成されている。さらに、電子輸送層４０は、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）等で形成されている。

陰極層３５は、例えば、アルミニウム、銀、マグネシウム銀の合金、アルカリ金属、アルカリ土類金属を含む合金等で形成されている。

基材３２は、導電性を有する導電層３６と、絶縁性を有する絶縁層３７とを備える。そして、導電層３６は、金属基板で構成されており、例えば、ステンレス、銅、ニッケル等の金属で形成されている。また、絶縁層３７は、導電層３６の一方側の面全体を覆うように配置され、例えば、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の光硬化性樹脂や、薄ガラス等で形成されている。

次に、本実施形態に係る有機ＥＬ素子３１の製造方法について説明する。

有機ＥＬ素子３１を製造するには、走行装置２を駆動することにより、基材３２を送り出しロール７から巻き取りロール８に向けて走行させる。基材３２は、図１に示すように、走行方向Ｘにおける上流側の真空室１の内部、中央の真空室１の内部、下流側の真空室１の内部の順に搬送される。基材３２は、各真空室１内に配置される蒸着用ロール装置４に対して螺旋状に巻回されている。すなわち、基材３２は、蒸着用ロール装置４の第１ロール７及び第２ロール８に対して複数列に巻き付けられている。

上流側の真空室１では、内部に配置されている蒸着源３及び蒸着用ロール装置４によって、基材３２に陽極層３３が形成される。その後、基材３２は中央の真空室１に移る。基材３２には、この真空室１内の蒸着源３及び蒸着用ロール装置４によって、有機層３４が陽極層３３に重なるように形成される。次に、基材３２は、下流側の真空室１に移る。基材３２には、この真空室１内の蒸着源３及び蒸着用ロール装置４によって、陰極層３６が有機層３４に重なるように形成される。

上記の蒸着工程において、蒸着用ロール装置４における第１ロール７及び第２ロール８に巻回される基材３２は、蒸着源３からの熱によって伸長する。この伸長量は、第１ロール７及び第２ロール８に巻き付けられる基材３２の列ごとに異なる。

より具体的には、基材３２は、第１ロール７の一端部から他端部に向かうにつれて、蒸着源３からの熱によって徐々に加熱されることになる。したがって、第１ロール７及び第２ロール８に巻き付けられた基材３２は、第１ロール７の一端部から他端部に向かうにつれて、次第に伸長量が大きくなる。各列における基材３２の伸長量に応じて、基材３２のたるみによる位置ずれが生じないように、各第２ロール８の位置を調整して、第１ロール７と第２ロール８の位置を変更する必要がある。以下、第２ロール８の位置を調整することにより、第１ロール７と第２ロール８の間隔を変更する工程を、間隔変更工程と呼ぶ。

この間隔変更工程は、予め基材３２の各列における伸長量を測定しておき、その測定値に基づき、位置調整部１０を操作することにより行われる。例えば、走行装置２を作動させる前に、位置調整部１０におけるねじ部材１０ａを駆動することによって、第２ロール８のロール部１１を、第１ロール７から離れるように移動させる。これにより、基材３２における伸長が解消され、基材３２の各列に適切な張力が付与されることになる。

上記のような間隔変更工程を経て、蒸着源３及び蒸着用ロール装置４による蒸着工程を行うことにより、基材３２に有機ＥＬ素子３１が形成される。

以上説明した本発明に係る有機ＥＬ素子３１の製造装置及び製造方法によれば、位置調整部１０によって第２ロール８の位置を調整することで、第１ロール７と第２ロール８との間隔を変更すること（間隔変更工程）が可能になる。これにより、蒸着源３からの熱によって基材３２が伸長する場合に、これを解消し、基材３２に適切な張力を作用させることで、基材３２の位置ずれを防止できるようになる。

また、前記第２ロール８が、第１ロール７よりも小さな少なくとも２つのロール部１１を備えることにより、有機ＥＬ素子３１の製造装置の構成を小型化することができる。

なお、本発明に係る有機ＥＬ素子３１の製造装置及び製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記の実施形態において、第２ロール８が２つのロール部１１を備える構成を例示したが、これに限定されない。第２ロール８におけるロール部１１は、１つでもよく、３つ以上であってもよい。

上記の実施形態において、位置調整部１０がねじ部材１０ａによって構成される例を示したが、これに限定されない。例えば、モータによる昇降機構やシリンダその他の手段を用いて第２ロール８の位置を調整するようにしてもよい。

１…真空室、２…走行装置、３…蒸着源、４…蒸着用ロール装置、５…送り出しロール、６…巻き取りロール、７…第１ロール、８…第２ロール、９…支持台、１０…位置調整部、１０ａ…ねじ部材、１１…ロール部、１２…支持部材、１３…第１支持部、１４…第２支持部、１５…付勢手段、１６…ロール支持部、１７…第１係止部、１８…第２係止部、２１…第１係合部、２２…第２係合部、２３…第３係合部、２６…保持部材、２７…挿通部、２８…保持壁部、２８ａ…ねじ孔、３１…有機ＥＬ素子、３２…基材、３３…陽極層、３４…有機層、３５…陰極層、３６…導電層、３７…絶縁層、３８…正孔輸送層、３９…有機ＥＬ層、４０…電子輸送層、Ｘ…走行方向

Claims (3)

1. 真空室と、
   帯状の基材に気化材料を蒸着するための蒸着源と、
   前記蒸着源とともに前記基材に蒸着を行うべく、基材を螺旋状に巻回可能な蒸着用ロール装置と、を備え、
   前記蒸着用ロール装置は、第１ロールと、前記第１ロールの回転軸に対して傾斜する回転軸を有する複数の第２ロールと、を含み、
   前記第１ロールと前記第２ロールとの間隔を変更すべく、前記第２ロールの位置を調整する位置調整部をさらに備える、有機ＥＬ素子の製造装置。
2. 前記第２ロールは、少なくとも２つのロール部を含み、前記各ロール部は、前記第１ロールよりも小さく構成される、請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造装置。
3. 請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子の製造装置を用いて有機ＥＬ素子を製造する方法であって、
   前記蒸着源の熱による前記基材の伸びに応じて、前記位置調整部によって前記第２ロールの位置を調整することにより、前記第１ロールと前記第２ロールとの間隔を変更する間隔変更工程と、
   前記間隔変更工程によって所定の張力を前記基材に作用させた状態で、前記蒸着源による気化材料の蒸着を行う蒸着工程と、を含む、有機ＥＬ素子の製造方法。

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