JP4870502B2 - 有機elシート製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、高分子型の有機ELシートを製造する有機ELシート製造装置に関するものである。
本出願人は先に有機ELの材料を塗工するのに好適な塗工装置を提案している(例えば、特許文献1参照)。この塗工装置であると、フィルム基材上に有機ELの材料を薄く塗工することができる。
ところで、高分子型の有機ELシートを製造する方法としては、ロールツーロールの方式がある。この方式は、発光層の塗布をまず窒素雰囲気中で行い、次に、陰極の成膜、封止膜の成膜は真空雰囲気中で行っている。
特開2003−1171公報
上記のようなロールツーロール方式の製造方法であると、窒素雰囲気から真空雰囲気にするために、各材料を塗布または成膜したフィルム基材を空気中に一旦取り出して移し変える必要があった。この移し変えるときに空気中にフィルム基材を暴露すると空気中の湿度と酸素の影響で有機膜がダメージを受け、有機ELの性能が劣化してしまうという問題点がある。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、高分子型の有機ELシートを製造する場合に、1つの装置で材料を塗工及び成膜することができる有機ELシート製造装置を提供する。
本発明は、シート状のフィルム基材上に高分子型有機ELを形成する複数の材料を塗工及び成膜して高分子型有機ELシートを製造する有機ELシート製造装置において、塗工室と、前記塗工室と連結された成膜室と、前記塗工室内部に設けられた前記フィルム基材を巻き取る第1巻きロールと、前記塗工室内部に設けられた塗工装置と、前記成膜室内部に設けられた前記フィルム基材を巻き取る第2巻きロールと、前記成膜室内部に設けられた成膜装置と、前記塗工室と前記成膜室とを大気圧、または、真空雰囲気にする内圧調整装置と、前記フィルム基材上に成膜するときに、前記塗工装置を前記塗工室から退避させる退避装置と、を有し、前記フィルム基材を前記第1巻きロールと前記第巻きロールとの間を連結した状態で維持し、前記フィルム基材上に前記材料を塗工するときは、前記内圧調整装置によって前記塗工室と前記成膜室とを大気圧にした後に、前記第1巻きロールから前記フィルム基材を巻き出して前記塗工装置によって前記材料を塗工し、前記成膜室に搬入して前記第2巻きロールで巻き取り、前記フィルム基材上に成膜するときは、前記退避装置が前記塗工装置を前記塗工室から退避させ、前記内圧調整装置によって前記塗工室と前記成膜室とを真空雰囲気中にした後に、前記第2巻きロールから前記フィルム基材を巻き出して前記成膜装置によって前記材料を成膜して、前記塗工室に搬入して前記第1巻きロールで巻き取ることを特徴とする有機ELシート製造装置である。
本発明によれば、第1巻きロールと第2巻きロールとの間でフィルム基材を交互にやり取りすることにより、高分子型有機ELの材料を塗工及び成膜することができる。
以下、本発明の一実施形態の有機ELシート製造装置(以下、単に製造装置という)10について図1〜図6に基づいて説明する。
(1)有機ELシート1の構成
製造装置10について説明をする前に、この製造装置10によって製造される有機ELシート1について図2に基づいて説明する。
図2に示すように、この有機ELシート1は、合成樹脂製のフィルム基材2の上にバリア層3が積層され、その上に透明電極であるITO4が積層されている。その上に正孔注入層5が積層され、その上に有機EL発光層6が積層され、その上に陰極7が積層されている。最後に、正孔注入層5、有機EL発光層6、陰極7を外部と遮断し気密状態にするために封止膜8が設けられている。この中で、バリア層3、ITO4、陰極7、封止膜8は真空雰囲気中で各材料が成膜して積層されたものであり、正孔注入層5と有機EL発光層6とは、大気圧下における窒素雰囲気中で各材料が塗工される。
以下、フィルム基材2上にこれら材料を塗工及び成膜する製造装置10について説明する。
(2)製造装置10の構成
製造装置10の構成について図1に基づいて説明する。
製造装置10は、塗工室12、成膜室14、塗工室12と成膜室14とを連結する連結室16とより構成され、各部屋の内部は一体となり、かつ、気密状態となっている。塗工室12、成膜室14、連結室16内部を大気圧下における窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気または真空雰囲気にするためにポンプ60、ガス精製循環装置70が設けられている。
以下、フィルム基材2の搬送路に沿ってその構造を説明する。
塗工室12内部には、フィルム基材2を巻回した第1巻きロール18が配置され、案内ロール20、22を経てバックアップロール24が配置されている。このバックアップロール24の下方には後から詳しく説明する塗工装置100が配置されている。
フィルム基材2は、バックアップロール24から案内ロール26を通過し、加熱ロール28が配置されている。この加熱ロール28から4個の案内ロールを経て、塗工室12の天井面からフィルム基材2が連結室16内部に搬入される。
連結室16は、水平方向に延び、その内部に5つの案内ロール38が順番に設けられ、フィルム基材2を図1において左端部から右端部まで案内した後、成膜室14の天井部からフィルム基材2を成膜室14内部に搬入する。
成膜室14に搬入されたフィルム基材2は、案内ロール40、42、44を経て冷却ロール46に至る。冷却ロール46の左側、下側、右側にはそれぞれ成膜装置48,50,52が設けられている。
フィルム基材2は、冷却ロール46から案内ロール54,56を経て第2巻きロール58に巻き取られる。
なお、以下の説明では、上記のようにフィルム基材2が第1巻きロール18から第2巻きロール58に走行する方向を順方向といい、第2巻きロール58から第2巻きロール18に走行する方向を逆方向という。
ガス精製循環装置70は、塗工室12、成膜室14及び連結室16が不活性ガス雰囲気中のときに、この不活性ガス雰囲気を維持するための装置であって、塗工室12、成膜室14及び連結室16の内部を低湿度、低酸素状態で維持する。また、正孔注入層、発光層の塗布乾燥時に出た蒸発ガスを除去する。
(3)成膜装置48、50、52の構成
次に、成膜装置48、50、52の構造について説明する。
成膜装置48は、スパッタ装置であり、冷却ロール46を陰極側にし、成膜装置48をプラス側(例えば、+150〜200V)にして、ターゲットに向かってイオンを発射し、冷却ロール46上を搬送しているフィルム基材2に成膜を行う。
成膜装置52も成膜装置48と同様にスパッタ装置である。
成膜装置50は、真空蒸着装置であり、空間51中に材料を加熱して気化させ、フィルム基材2上に材料を真空蒸着させる。
(4)塗工装置100
次に、毛細管型の塗工装置100について説明する。
(4−1)塗工装置100の構成
図3は、塗工装置100の構成図である。
バックアップロール24の下方には、フィルム基材2の下面に塗工液を塗工するための塗工ノズル114が配されている。この塗工ノズル114は、上部がくちばし状に尖った形状をなし、左右方向に沿って毛管状隙間116が設けられ、この毛管状隙間116の上端部が塗工液の吐出口118となっている。また、毛管状隙間116の下端部には、供給された塗工液を左右方向に均等に配分する空間である液溜め部119が設けられている。
塗工ノズル114は、その下方に配されたエアシリンダまたはモータよりなる上下動装置120によって上下動可能となっている(図3における点線の状態から実線の状態)。
塗工ノズル114の外部には、塗工液を供給するための塗工タンク122が設けられている。すなわち、塗工ノズル114の壁に固定された支持部124には垂直方向にネジ棒126が回転自在に配され、このネジ棒126にラック128が設けられている。このラック128に前記した塗工タンク122が取り付けられている。ネジ棒126は減速機付きのモータ130によって回動自在であり、モータ130を回動させるとネジ棒126は回転し、それと共にラック128、すなわち、塗工タンク122が塗工ノズル114に対し上下動する。また、支持部124は塗工ノズル114に固定されているため、塗工ノズル114が上下動装置120によって上下動するとそれと共に塗工タンク122も上下動する。
塗工タンク122は、塗工液が貯留されており、その上部が開口し、大気に開放された状態となっている。
塗工タンク122の底面から、塗工ノズル114の側面に向かって塗工液を供給するための供給パイプ134が設けられている。この供給パイプ134から供給された塗工液は液溜め部119に至る。
支持部124の上部から非接触式(例えば、光学式)の液面センサ132が突出している。この液面センサ132は、塗工タンク122に溜まっている塗工液の液面高さを検出する。
塗工タンク122に塗工液を供給するための補充タンク136が設けられている。この補充タンク136から塗工タンク122の上部に向かって補充パイプ138が延びている。補充パイプ138には、不図示のフィルターと電磁弁139が設けられている。また、補充タンク136は密閉式であり、コンプレッサなどの圧送装置140から送られてくるイナートガス(例えば、不活性ガス、窒素ガス(N))により塗工液を補充パイプ138へ供給する。そして、電磁弁139を操作することにより、一定量の塗工液を塗工タンク122に供給する。ここで、不活性ガスを送るのは防爆のためであるが、防爆を目的としない場合は、空気などのその他の気体でもよい。
この塗工装置100を制御するためにマイクロコンピュータよりなる制御部142が設けられている。この制御部142には、バックアップロール24を走行させるモータ131、上下動装置120、塗工タンク122を上下動させるモータ130、液面センサ132、電磁弁139,圧送装置140が接続されている。
制御部142は、液面センサ132によって塗工液の液面高さを検出して、その検出したデータに基づいてモータ130を駆動させて塗工タンク122を上下動させ、そして、塗工タンク122内の液面高さを下記で説明する所定の設定値になるようにフィードバック制御する。
また、塗工によって塗工液が少なくなり、液面センサ132によって検出した液面高さが基準値より低くなった場合には、制御部142は、圧送装置140を作動させてイナートガスによって圧力をかけ、補充タンク136から補充パイプ138を介して塗工液を送り、電磁弁139を操作することにより所定量補充して、常に塗工タンク122内部には、基準値以上の塗工液を貯留させる。これによって、従来のように廃棄される塗工液を最小限にすることができる。
(4−2)塗工方法
上記構成の塗工装置100を用いて、フィルム基材2の下面に塗工液を塗工する塗工方法について図4(1)から(4)に基づいて順番に説明していく。
(4−2−1)第1工程(図4(1)参照)
初期状態では、バックアップロール24によってフィルム基材2が搬送され、塗工ノズル114はその下方に待機した状態となっている。
(4−2−2)第2工程(図4(2)参照)
塗工ノズル114を上下動装置120によって上昇させ、吐出口118を塗工開始位置におけるフィルム基材2の下面の近傍に停止させる。
この場合に、塗工ノズル114と共に塗工タンク122も上昇してくるが、その上昇分だけでなくモータ130を用いて塗工タンク122に収納されている塗工液の液面高さを、塗工ノズル114の毛管状隙間116における上端部の位置(すなわち、吐出口)の位置になるように設定する。この設定には、図3に示すように、毛管状隙間116の液高さが、h1だけ塗工タンク122に収納された液高さよりも高くなることを考慮する。このh1の高低差がある理由は、毛管状隙間116では毛細管現象によって塗工ノズル114の上端まで塗工液が上昇するからである。以下、この塗工タンク122内の液面高さを待機高さ設定値という。
(4−2−3)第3工程(図4(3)参照)
液面センサ132で検知しながら塗工タンク122をモータ130によって塗工ノズル114に対して上昇させ、塗工タンク122内の液面高さを待機高さ設定値よりも上昇させて、吐出口118から塗工液がフィルム基材2の下面に接液させる。以下、この塗工タンク122内の液面高さを接液高さ設定値という。
これによって、接液を早く確実に行うことができる。
なお、より確実に接液をさせるために、上下動装置120によって、塗工ノズル114の高さをやや上昇させてもよい。
(4−2−4)第4工程(図4(4)参照)
塗工液がフィルム基材2の下面に接液した状態のままで塗工タンク122の高さをモータ130によって微調整して、目的の塗工厚さになるように塗工タンク122内の液面高さを設定する(以下、この高さを塗工高さ設定値という)。そして、この塗工高さ設定値を液面センサ132で検知しながらフィードバック制御により維持しつつ、フィルム基材2の下面に塗工液を塗工しながら、バックアップロール24を回転させてフィルム基材2を搬送する。これによって、フィルム基材2の下面に塗工液が塗工される。
(4−2−5)第5工程(図4(2)参照)
フィルム基材2の塗工終了位置まで塗工が終了すると、液面センサ132で検知しながら塗工タンク122の高さをモータ130によって下降させ、塗工タンク122内の液面高さを離液高さ設定値まで下げて、吐出口118から塗工液を吸引するようにして、フィルム基材2の下面から塗工液を離液させる。この離液高さ設定値は、接液高さ設定値と塗工高さ設定値より低い値であり、待機高さ設定値と同じ高さでもよい。
これによって、目的の位置で、塗工を終了することができ、膜厚の不安定領域の幅を狭くすることができる。
なお、この場合に更に離液を促進するために、塗工ノズル114を少しだけ下げてもよい。
上記のようにして、塗工タンク122内の液面高さを制御することによって、塗り始めと塗り終わりにおける膜厚の不安定な領域を狭くし、確実に塗工を行うことができる。
(4−3)退避構成
この塗工装置100における塗工ノズル114全体が、塗工タンク122と共に塗工室12から上下動装置120によって退避することができる。即ち、バックアップロール24以外の塗工装置100の部分が上下動装置120によって下方に移動し、塗工室12の外部にある退避室62に収納される。そして、この退避室62と塗工室12内部とは隔壁64によって遮蔽される。
(5)有機ELシート1の製造方法
次に、有機ELシート1の製造方法について説明する。
なお、フィルム基材2上にバリア層3とITO4が積層された製造中シートを使用するものとする。この製造中シートとは、フィルム基材2上に材料を塗布中、または、成膜中のものをいう。
まず、上記の製造中シートを第1巻きロール18に巻回する。そして、案内ロール20から順番にこの製造中シートを搬送路に沿って通し、第2巻きロール58でその始端を巻き取る。これによって製造中シートが、第1巻きロール18と第2巻きロール58とを間を連結する。
次に、塗工室12、連結室16、成膜室14をポンプ60で不活性ガス雰囲気中の大気圧下にする。
次に、製造中シートを所定の走行速度で順方向に搬送させ、バックアップロール24を通過するときに塗工装置100によって水溶性よりなる正孔注入層5の材料を塗工する。そして、塗工した部分が60℃〜80℃に加熱された加熱ロールを通過するときにこの材料が乾燥し塗工が完了する。塗工が完了した製造中シートは連結室16を経て成膜室14に搬入され、10℃〜30℃に冷却された水冷式の冷却ロール46を経て第2巻きロール58に巻回される。
次に、全ての塗工が終了すると第2巻きロール58に巻回されている製造中シートを第1巻きロール18に逆方向で巻き戻す。この場合に最後まで塗工しないで第1巻きロール18と第2巻きロール58との間で連結状態を維持する。
次に、上記と同様にして、正孔注入層5が塗工された製造中シートを順方向に走行させて、有機溶媒よりなる有機EL発光層6の材料を塗工装置100によって塗工する。
次に、正孔注入層5と有機EL発光層6が塗工された製造中シートを第2巻きロール58に巻回する。但し、第1巻きロール18と第2巻きロール58との間で連結状態を維持する。
次に、塗工装置100を退避室62に退避させる。
次に、陰極7と封止膜8を成膜するために、塗工室12、成膜室14、連結室16を不活性ガス雰囲気中からポンプ60によって真空雰囲気中にする。
次に、第2巻きロール58に巻かれている製造中シートを巻き出して逆方向に走行させ、成膜装置48〜52の中で2つの成膜装置を用いて陰極7と封止膜8を連続して成膜する。例えば、成膜装置50で陰極7を真空蒸着し、成膜装置48で封止膜8をスパッタリングする。
次に、これら成膜された製造中シートを連結室16、塗工室12を経て第1巻きロール18で巻き取ることにより有機ELシート1が完成する。
(6)効果
本実施形態の製造装置10であると、フィルム基材2を空気中に一度も搬出しないため、空気中の湿度と酸素の影響で有機膜がダメージを受けることがない。
連結状態で、第1巻きロール18と第2巻きロール58との間で互いに巻き出し巻き取りを行うだけで連続して有機ELシート1を生産できる。
塗工装置100による毛細管現象を利用した塗工によって、高価な発光材料を無駄なく大面積に薄く均一に塗布することができる。
真空雰囲気中で成膜するときには塗工装置100は退避室62に退避しているため、塗工液の真空中での蒸発を防ぐと共に、塗工液である有機溶媒が乾燥して塗工ノズル114に有機膜がこびり付き洗浄が不可能になることがない。また、これら有機溶媒が蒸発して真空度が下がることがない。
(7)変更例
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。
(7−1)変更例1
上記実施形態では、フィルム基材2に予めバリア層3とITO4とが積層されたものを用いたが、これに限らず、バリア層3とITO4とを成膜装置48、50、52を用いて成膜してもよい。
(7−2)変更例2
上記実施形態では、陰極7と封止膜8を連続して成膜したが、これに限らず1回ずつ成膜してもよい。
即ち、成膜装置48で陰極7を成膜した後に第1巻きロール18に巻き取る。そして再び第1巻きロール18から製造中シートを順方向に巻き出し、成膜装置52で封止膜8を成膜して、第2巻きロール58で巻き取る。
(7−3)変更例3
上記実施形態では1つの成膜室14で異なる成膜を行ったが、図5に示すように成膜室14を2つ設け、連結室16で互いを連結して、それぞれで成膜を行ってもよい。
(7−4)変更例4
上記実施形態では連結室16で塗工室12と成膜室14を連結したが、これに代えて1つのチャンバー内部に区画壁64を設け、塗工室12と成膜室14を設けてもよい。
(7−5)変更例5
本発明は、上記実施形態の以外の有機ELシートとしては、例えば下記の構造のものも上記実施形態の製造装置10で製造できる。
発光層と陰極の間に電子注入層を入れた有機ELシート。
陰極が多層になっている有機ELシート。
封止膜が多層になっている有機ELシート。
封止膜を塗布工程と真空成膜工程の多層膜で製造する有機ELシート。
フィルム基材上のバリア膜、陰極、発光層、正孔注入層、陽極、封止膜と構造が逆の有機ELシート。
バリア性向上のため、フィルム基材2が金属箔となった有機ELシート。
光取り出し方向がフィルム側ではなく、陰極側(透明な陰極にする)になった有機ELシート。
封止膜の代わりにバリア付フィルムを張り合わせた有機ELシート。
(7−6)変更例6
上記有機ELシート以外に下記のシート状物も製造できる。
封止膜及びバリア膜を有機物と無機物の多層膜で行う場合である。有機物を塗布工程で行い、無機物を真空成膜で行う。
この場合でも。上記実施形態の製造装置10により、有機物と無機物を塗布工程と真空成膜工程を順次繰り返すことができる。
(7−7)変更例7
上記有機ELシート以外に下記のシート状物も製造できる。
反射防止膜等の光学フィルム製品にも適用できる。例えば、これら製品は、多層膜になっていることもあり、塗布工程と真空成膜工程により積層されている場合、上記実施形態の製造装置10により製造することができる。
真空成膜工程と塗布工程を順次繰り返すこともできる。
(7−8)変更例8
上記有機ELシート以外に下記のシート状物も製造できる。
フィルム基材等を用いたフレキシブル太陽電池も製造できる。例えば、塗布工程と真空成膜工程により積層する場合、上記実施形態の製造装置10により製造することができる。
(7−9)変更例9
塗工装置100としては、特開2001−321709に示すオーバーフロー式のタンクを用いた毛細管型の塗工装置でもよい。
また、リップコーター、ダイコーター、特願2006−239248に示すようなバキューム型の塗工装置、グラビアコーター、インクジェットコーターでもよい。
(7−10)変更例10
成膜装置48〜52が、イオンプレーティング、CVD装置でもよい。
本発明の一実施形態を示す有機ELシート製造装置の縦断面図である。 有機ELシートの縦断面図である。 塗工装置の説明図である。 塗工ノズルによって塗工液を塗工する場合の説明図である。 変更例4の塗工装置の説明図である。 変更例5の製造装置の説明図である。
符号の説明
1 有機ELシート
2 フィルム基材
10 製造装置
12 塗工室
14 成膜室
16 連結室
18 第1巻きロール
24 バックアップロール
48 成膜装置
50 成膜装置
52 成膜装置
58 第2巻きロール
60 ポンプ
62 退避室
100 塗工装置

Claims (7)

  1. シート状のフィルム基材上に高分子型有機ELを形成する複数の材料を塗工及び成膜して高分子型有機ELシートを製造する有機ELシート製造装置において、
    塗工室と、
    前記塗工室と連結された成膜室と、
    前記塗工室内部に設けられた前記フィルム基材を巻き取る第1巻きロールと、
    前記塗工室内部に設けられた塗工装置と、
    前記成膜室内部に設けられた前記フィルム基材を巻き取る第2巻きロールと、
    前記成膜室内部に設けられた成膜装置と、
    前記塗工室と前記成膜室とを大気圧、または、真空雰囲気にする内圧調整装置と、
    前記フィルム基材上に成膜するときに、前記塗工装置を前記塗工室から退避させる退避装置と、
    を有し、
    前記フィルム基材を前記第1巻きロールと前記第巻きロールとの間を連結した状態で維持し、
    前記フィルム基材上に前記材料を塗工するときは、前記内圧調整装置によって前記塗工室と前記成膜室とを大気圧にした後に、前記第1巻きロールから前記フィルム基材を巻き出して前記塗工装置によって前記材料を塗工し、前記成膜室に搬入して前記第2巻きロールで巻き取り、
    前記フィルム基材上に成膜するときは、前記退避装置が前記塗工装置を前記塗工室から退避させ、前記内圧調整装置によって前記塗工室と前記成膜室とを真空雰囲気中にした後に、前記第2巻きロールから前記フィルム基材を巻き出して前記成膜装置によって前記材料を成膜して、前記塗工室に搬入して前記第1巻きロールで巻き取る
    ことを特徴とする有機ELシート製造装置。
  2. 前記フィルム基材上に前記成膜した材料とは異なる材料を続けて成膜するときは、前記内圧調整装置によって前記塗工室と前記成膜室とを真空雰囲気中にした後に、前記第1巻きロールから前記フィルム基材を巻き出して前記成膜室に搬入し、前記成膜装置によって前記異なる材料を成膜して前記第2巻きロールで巻き取る
    ことを特徴とする請求項1記載の有機ELシート製造装置。
  3. 前記成膜室内部の搬送路上に2つの成膜装置が順番に配され、前記フィルム基材上に続けて2種類の材料を成膜できる
    ことを特徴とする請求項1記載の有機ELシート製造装置。
  4. 前記塗工室には、前記材料が塗工された前記フィルム基材を搬送させつつ乾燥させる加熱ロールを有する
    ことを特徴とする請求項1記載の有機ELシート製造装置。
  5. 前記成膜室には、前記成膜時に前記フィルム基材を搬送させつつ冷却する冷却ロールを有する
    ことを特徴とする請求項1記載の有機ELシート製造装置。
  6. 前記成膜装置が、スパッタ装置、または、真空蒸着装置である
    ことを特徴とする請求項1記載の有機ELシート製造装置。
  7. 前記塗工装置は、
    前記フィルム基材を前後方向に搬送するバックアップロールと、
    前記バックアップロールの下方に配され、かつ、毛管状隙間を備え、その上端部が塗工液の吐出口となった左右方向に延びる塗工ノズルと、
    大気開放された状熊で塗工液を貯留すると共に、前記塗工ノズルに連通されて塗工液を前記塗工ノズルに供給可能な塗工液供給手段と、
    を備え、
    前記塗工液供給手段より前記塗工ノズルに供給されている塗工液を、前記塗工ノズルの吐出口から前記フィルム基材の下面へ毛細管現象により塗工する
    ことを特徴とする請求項1記載の有機ELシート製造装置。
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