JP5856871B2 - 有機elデバイスの製造装置及び製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機EL(エレクトロルミネッサンス)デバイスを製造するための有機ELデバイスの製造装置に関し、また、有機ELデバイスの製造方法に関する。
従来、有機ELデバイスの製造方法として、ロールtoロールプロセスが知られている。斯かるロールtoロールプロセスとは、ロール状に巻き取られた帯状の基材を連続的に繰り出して搬送し、そして、蒸着源が搬送されている基材に向けて気化材料を吐出し、吐出された気化材料が基材の蒸着面に蒸着することで、基材に有機EL素子の構成層が形成され、その後、基材をロール状に巻き取るといったプロセスである(特許文献1参照)。
特開2008−287996号公報
ところで、基材に気化材料を蒸着させるのに、一つの蒸着源から吐出した気化材料をそのまま基材に蒸着させる方式と、複数の蒸着源から吐出した気化材料を混合して基材に蒸着させる方式(以下、「共蒸着」ともいう)とが存在している。そして、共蒸着において、各蒸着源から吐出した気化材料が基材上で上手く混合するように、各蒸着源の位置を合わせる必要があるが、回転ローラの外周部に掛けられている基材に対して、各蒸着源の位置を合わせることは、非常に煩雑である。
よって、本発明は、斯かる事情に鑑み、回転ローラの外周部に掛けられている基材に対して、容易に共蒸着することができる有機ELの製造装置及び製造方法を提供することを課題とする。
本発明に係る有機ELの製造装置は、外周部に基材が掛けられる回転ローラと、前記回転ローラを内部に収容し、壁部で区画された内部を真空状態にする真空チャンバと、前記基材に蒸着させるための気化材料を吐出する複数の蒸着源と、前記複数の蒸着源から吐出された気化材料を混合し、混合した気化材料を前記基材に向けて吐出する混合器であって、前記真空チャンバの内部に配置された混合器とを備え、前記各蒸着源は、気化材料を吐出するための吐出部を先端部に有し、且つ該吐出部が前記真空チャンバの内部に配置された状態で、前記真空チャンバの壁部に固定され、前記混合器は、前記吐出部に接続された蒸着源接続部と、前記蒸着源接続部に接続され、前記吐出部から吐出される気化材料を混合する混合部と、前記混合部で混合された気化材料を吐出するノズル部と、前記混合部と前記ノズル部とを接続するノズル接続部と、を備え、前記ノズル部は、前記ノズル接続部が、前記ノズル部と前記基材とが対面する方向に伸縮することで、前記基材との離間距離を変更するように移動可能に構成されていることを特徴とする。
本発明に係る有機ELの製造装置によれば、複数の蒸着源が基材に蒸着させるための気化材料を吐出すると、混合器が複数の蒸着源から吐出された気化材料を混合する。そして、混合器は、回転ローラの外周部に掛けられている基材に向けて、混合した気化材料をノズル部から吐出することで、共蒸着する。しかも、混合器のノズル部は、移動することにより、基材との離間距離を変更できる。
斯かる構成の有機ELの製造装置によれば、真空チャンバは、壁部で区画された内部を真空状態にすると共に、その内部に回転ローラを収容している。そして、各蒸着源は、真空チャンバの壁部に固定されていると共に、混合器は、真空チャンバの内部に配置されている。これにより、混合部が真空チャンバの外部に配置している場合と比較して、各蒸着源から吐出された気化材料は、混合してから短い時間でノズル部から吐出できる。
また、本発明に係る有機ELの製造装置においては、前記ノズル部を移動するように操作するための操作具を備え、該操作具は、前記真空チャンバの内部に配置され且つ前記ノズル部に連結される連結部と、前記真空チャンバの外部に配置され、操作される操作部と、該操作部が操作されることにより前記連結部が移動するように、前記連結部と前記操作部とを接続する接続機構とを備えてもよい。
斯かる構成の有機ELの製造装置によれば、操作具の連結部は、真空チャンバの内部に配置されていると共に、ノズル部に連結されている。また、操作具の操作部は、真空チャンバの外部に配置されている。そして、操作部が操作されると、連結部と操作部とを接続する接続機構により、連結部が移動する。これにより、真空チャンバの外部で操作部を操作することで、真空チャンバの内部に配置されているノズル部を移動することができる。
また、本発明に係る有機ELデバイスの製造方法は、前記の有機ELデバイスの製造装置を用いて有機ELデバイスを製造することを特徴とする。
以上の如く、本発明によれば、回転ローラの外周部に掛けられている基材に対して、容易に共蒸着することができるという優れた効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る有機ELデバイスの製造装置の全体斜視図を示す。 同実施形態に係る有機ELデバイスの製造装置の要部平面図を示す。 同実施形態に係る有機ELデバイスの製造装置の図2における要部内視拡大図を示す。 同実施形態に係る有機ELデバイスの製造装置の要部内視側面図を示す。 同実施形態に係る有機ELデバイスの製造装置で製造された有機ELデバイスの全体断面図を示す。 同実施形態に係る有機ELデバイスの製造装置の要部内視側面図を示す。
以下に、本発明に係る有機ELデバイスの製造装置の一実施形態について図1〜図6を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る有機ELデバイスの製造装置(以下、単に「製造装置」ともいう)1は、帯状の基材81を長手方向に搬送する搬送装置2と、搬送される基材81の一方側の面である蒸着面811に気化材料を蒸着させる蒸着装置3とを備える。また、製造装置1は、図1で示していないが(図2参照)、壁部411で区画された内部を真空状態にする複数の真空チャンバ41で、各装置2,3を収容する真空室4を備える。
搬送装置2は、ロール状に巻かれた帯状の基材81を繰り出して供給する基材供給部21と、外周部に基材81が掛けられることで、基材81を支持する複数の回転ローラ22〜28と、基材81をロール状に巻き取って回収する基材回収部29とを備える。そして、基材供給部21、各回転ローラ22〜28及び基材回収部29は、それぞれ個別に各真空チャンバ41の内部に収容されている(図2参照)。なお、基材81は、終始、蒸着面811を側方に向けた状態で搬送されている。
また、複数の回転ローラ22〜28には、基材81が蒸着装置3で蒸着される際に、基材81を支持する第1〜第3のキャンローラ22〜24と、基材供給部21から第1のキャンローラ22に向けて基材81を搬送する第1の搬送ローラ25と、第1のキャンローラ22から第2のキャンローラ23に向けて基材81を搬送する第2の搬送ローラ26と、第2のキャンローラ23から第3のキャンローラ24に向けて基材81を搬送する第3の搬送ローラ27と、第3のキャンローラ24から基材回収部29に向けて基材81を搬送する第4の搬送ローラ28とが設けられている。
蒸着装置3は、第1のキャンローラ22に支持されている基材81に向けて気化材料を蒸着させる第1の蒸着部31と、第2のキャンローラ23に支持されている基材81に向けて気化材料を蒸着させる第2の蒸着部32と、第3のキャンローラ24に支持されている基材81に向けて気化材料を蒸着させる第3の蒸着部33とを備える。なお、各蒸着部31〜33は、各キャンローラ22〜24の側方に配置される横向き蒸着部である。
第1の蒸着部31は、気化材料を気化させて吐出することにより、基材81の蒸着面811に陽極層82(図5参照)を形成する陽極層蒸着源311と、陽極層蒸着源311より下流に配置され、気化材料を気化させて吐出することにより、陽極層82の周縁を覆うエッジカバー83(図5参照)を形成するエッジカバー蒸着源312とを備える。
各蒸着源311,312は、横向きに気化材料を吐出すべく、吐出部の開口が側部に配置され且つ基材81の蒸着面811と対向するように配置されている。また、各蒸着源311,312は、基材81に対して近接する位置に配置されている。具体的には、各蒸着源311,312の吐出部の開口と基材81との間の距離(最短距離)が10mm以下となる位置に、各蒸着源311,312が配置されている。
そして、各蒸着源311,312は、加熱部(図示及び採番していない)により、内部に収容された材料を加熱して気化させ、そして、気化された材料(気化材料)を吐出部の開口から基材81の蒸着面811に向けて吐出するように構成されている。
第2の蒸着部32は、気化材料を気化させて吐出することにより、基材81の蒸着面811に正孔注入層841(図5参照)を形成する正孔注入層蒸着源321と、正孔注入層蒸着源321より下流に配置され、気化材料を気化させて吐出することにより、正孔輸送層842(図5参照)を形成する正孔輸送層蒸着源322と、正孔輸送層蒸着源322より下流に配置され、気化材料を気化させて吐出することにより、発光層843(図5参照)を形成する発光層蒸着源323とを備える。
また、第2の蒸着部32は、発光層蒸着源323より下流に配置され、気化材料を気化させて吐出することにより、電子輸送層844(図5参照)を形成する電子輸送層蒸着源324と、電子輸送層蒸着源324より下流に配置され、気化材料を気化させて吐出することにより、電子注入層845(図5参照)を形成する電子注入層蒸着源325とを備える。即ち、第2の蒸着部32は、有機EL層84(図5参照)を構成する五層の有機EL層構成層を形成する。
各蒸着源321〜325は、横向きに気化材料を吐出すべく、吐出部の開口が側部に配置され且つ基材81の蒸着面811と対向するように配置されている。また、各蒸着源321〜325は、基材81に対して近接する位置に配置されている。具体的には、各蒸着源321〜325の吐出部の開口と基材81との間の距離(最短距離)が10mm以下となる位置に、各蒸着源321〜325が配置されている。
そして、各蒸着源321〜325は、加熱部(図示及び採番していない)により、内部に収容された材料を加熱して気化させ、そして、気化された材料(気化材料)を吐出部の開口から基材81の蒸着面811に向けて吐出するように構成されている。
第3の蒸着部33は、気化材料を気化させて吐出することにより、基材81の蒸着面811に陰極層85(図5参照)を形成する第1及び第2の陰極層蒸着源331,332と、第2の陰極層蒸着源332より下流に配置され、気化材料を気化させて吐出することにより、各層82,84,85が空気と接触することを防止させるための封止層86(図5参照)を形成する封止層蒸着源333とを備える。
また、第3の蒸着部33は、図2〜図4に示すように、第1及び第2の陰極層蒸着源331,332から吐出された気化材料を混合し、混合した気化材料を基材81に向けて吐出する混合器334を備えている。さらに、第3の蒸着部33は、混合器334を操作するための操作具335を備えている。
各蒸着源331〜333は、真空チャンバ41の壁部411に設けられるフランジ状の固定部411aに固定されている。そして、各蒸着源331〜333は、先端部の吐出部331a〜333aを真空チャンバ41の内部に配置していると共に、基端部を真空チャンバ41の外部に配置している。また、各蒸着源331〜333は、加熱部(図示及び採番していない)により、内部に収容された材料を加熱して気化させ、気化させた材料(気化材料)を吐出部331a〜333aの開口から吐出するように構成されている。
さらに、各蒸着源331〜333は、横向きに気化材料を吐出すべく、吐出部331a
〜333aの開口が側部に配置されている。なお、各蒸着源331〜333は、可動機構
331b〜333bにより、キャンローラ24の径方向に移動することで、吐出部331
a〜333を基材81(キャンローラ24)に対して接離できる。
封止層蒸着源333は、基材81の蒸着面811と対向するように配置されている。また、封止層蒸着源333は、基材81に対して近接する位置に配置されている。具体的には、封止層蒸着源333の吐出部333aの開口と基材81との間の距離(最短距離)が10mm以下となる位置に、封止層蒸着源333が配置されている。
混合器334は、第1及び第2の陰極層蒸着源331,332の吐出部331a,332aに接続される一対の蒸着源接続部334a,334aと、各蒸着源331,332から吐出された気化材料を混合する混合部334bと、混合した気化材料を基材81に向けて吐出するノズル部334cと、混合部334bで混合した気化材料をノズル部334cに送るために、混合部334bとノズル部334cとを接続するノズル接続部334dとを備えている。そして、混合器334は、真空チャンバ41の内部に配置されている。
ノズル部334cは、横向きに気化材料を吐出すべく、開口が側部に配置され且つ基材81の蒸着面811と対向するように配置されている。また、ノズル部334cは、基材81に対して近接する位置に配置されている。具体的には、ノズル部334cの開口と基材81との間の距離(最短距離)が10mm以下となる位置に、ノズル部334cが配置されている。
ノズル接続部334dは、変形できるように弾性を有して形成されている。具体的には、ノズル接続部334dは、ノズル部334cと基材81とが対面する方向(キャンローラ24の径方向)において、伸縮するように形成されている。そして、ノズル接続部334dが伸縮することにより、ノズル部334cが移動するため、ノズル部334cと基材81(キャンローラ24の外周部)との離間距離が変更できる。なお、本実施形態においては、ノズル接続部334dは、蛇腹状に形成されている。
操作具335は、真空チャンバ41の内部に配置され且つノズル部334cに連結される連結部335aと、真空チャンバ41の外部に配置され、操作される操作部335bと、操作部335bが操作されることにより連結部335aが移動するように、連結部335aと操作部335bとを接続する接続機構335cとを備える。そして、操作部335bがキャンローラ24の径方向に移動するように操作されると、ノズル接続部334dが伸縮することにより、ノズル部334cが基材81と対面する方向で移動する。
各真空チャンバ41は、真空発生装置42により、内部が減圧され、内部が真空状態にされている。隣接する真空チャンバ同士41,41は、基材81が各真空チャンバ41内を順次搬送されるための連通部43を介して、連通されていると共に、各内部の真空状態が保たれるように構成されている。
本実施形態に係る製造装置1の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る製造装置1で製造される有機ELデバイス8の構成について、図5を参酌して説明する。
有機ELデバイス8は、基材81と、陽極層82と、陽極層82と陰極層85とが接触することを防止すべく、陽極層82の周囲を覆うエッジカバー83と、五層の積層体である有機EL層84と、陰極層85と、各層82,84,85が空気と接触することを防止すべく、各層82,84,85を覆う封止層86とを備えている。
なお、基材81の各サイズ(幅、厚み、長さ)は、基材81に形成される有機EL素子80の大きさや、製造装置1の構成等に応じて適宜設定することができ、特に限定されるものではない。また、各層82,84〜86及びエッジカバー83の厚みは、通常、数nm〜数十nm程度になるように設計されるが、用いる構成層形成材料や、発光特性等に応じて適宜設計されるものであり、特に限定されない。
基材81の形成材料として、搬送される際に損傷しないような可撓性を有する材料が用いられる。このような材料として、例えば、ステンレス、銅、アルミニウム又はチタンといった金属材料や、薄膜ガラスといった非金属無機材料や、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂又はポリアミド樹脂といった熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂である合成樹脂材料が挙げられる。
陽極層82の形成材料として、金、銀、アルミニウムなどを挙げることができる。なお、本実施形態に係る陽極層82は、一つの陽極層構成層からなる構成を採用したが、斯かる構成に限られない。例えば、陽極層は、一つ以上の陽極層構成層から形成されていればよい。
エッジカバー83の形成材料として、酸化ケイ素(SiOx)、三酸化モリブデン(MoO3)、五酸化バナジウム(V25)等が挙げられる。
有機EL層84は、五つの有機EL層構成層から構成された五層の積層体である。そして、五つの有機EL層構成層は、陽極層82側から順に、正孔注入層841、正孔輸送層842、発光層843、電子輸送層844及び電子注入層845である。
正孔注入層841の形成材料として、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)、HAT−CN等が挙げられる。
正孔輸送層842の形成材料として、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)、N,N’−ジフェニル−N,N’―ビス(3−メチルフェニル)−1,1’ビフェニル−4,4’ジアミン(TPD)等が挙げられる。
発光層843の形成材料として、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)等が挙げられる。
電子注入層844の形成材料として、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)等が挙げられる。
電子輸送層845の形成材料として、例えば、トリス(8−ハイドロキシキノリン)アルミニウム(Alq3)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(BAlq)、OXD−7(1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル])ベンゼン、フッ化リチウム(LiF)等が挙げられる。
なお、本実施形態に係る有機EL層84は、五つの有機EL層構成層からなる構成を採用したが、斯かる構成に限られない。例えば、有機EL層は、一つ以上の有機EL層構成層から形成されていればよい。具体的には、有機EL層は、少なくとも発光層843を備えていれば、その層構成は特に限定されるものではない。
陰極層85の形成材料としては、マグネシウム(Mg)、銀(Ag)等を含む合金や、フッ化リチウム(LiF)等が挙げられる。そして、本実施形態においては、陰極層85は、Mg−Ag合金層として形成されている。なお、本実施形態に係る陰極層85は、一つの陰極層構成層からなる構成を採用したが、斯かる構成に限られない。例えば、陰極層は、一つ以上の陰極層構成層から形成されていればよい。
封止層86の形成材料としては、三酸化モリブデン(MoO3)、酸化窒化ケイ素(SiNOx)、酸素含有炭化ケイ素(SiOC)等が挙げられる。なお、SiOxとしては、例えば、SiO2等が挙げられ、SiNOxとしては、例えば、SiNO等が挙げられる。
以上より、本実施形態に係る有機ELの製造装置1よれば、一対の蒸着源331,332が基材81に蒸着させるための気化材料を吐出すると、混合器334は、蒸着源接続部334aで接続している一対の蒸着源331,332から吐出された気化材料を混合部334bで混合する。そして、混合器334は、キャンローラ(回転ローラ)24の外周部に掛けられている基材81に向けて、混合した気化材料をノズル部334cから吐出することで、共蒸着する。
また、本実施形態に係る有機ELの製造装置1によれば、図6に示すように、操作部335bを押したり引いたり操作することで、混合器334のノズル部334cが移動する。これにより、ノズル部334cが基材81に接離するため、ノズル部334cと基材81との離間距離が変更できる。したがって、基材81の蒸着面811に対するノズル部334cの位置を容易に調整することができる。
また、例えば、基材81の搬送が停止している際には、高温(例えば、200℃〜300℃)である基材81からの放射熱により、基材81の近傍に位置するノズル部334cが損傷するという問題がある。斯かる問題を解消すべく、ノズル部334cを基材81から容易に離反することもできる。このようにして、キャンローラ(回転ローラ)24の外周部に掛けられている基材81に対して、容易に共蒸着することができる。
また、本実施形態に係る有機ELの製造装置1によれば、真空チャンバ41は、壁部411で区画された内部を真空状態にすると共に、その内部にキャンローラ(回転ローラ)24を収容している。そして、一対の蒸着源331,332は、真空チャンバ41の壁部411にそれぞれ固定されていると共に、混合器334は、真空チャンバ41の内部に配置されている。
これにより、混合部334が真空チャンバ41の外部に配置している場合と比較して、各蒸着源331,332から吐出された気化材料は、混合してから短い時間でノズル部334cから吐出される。
また、本実施形態に係る有機ELの製造装置1によれば、操作具335の連結部335aは、真空チャンバ41の内部に配置されていると共に、ノズル部334cに連結されている。また、操作具335の操作部335bは、真空チャンバ41の外部に配置されている。そして、操作部335bが操作されると、連結部335aと操作部335bとを接続する接続機構335cにより、連結部335aが移動する。
これにより、真空チャンバ41の外部で操作部335bを操作することで、真空チャンバ41の内部に配置されているノズル部334cを移動することができる。したがって、基材81の蒸着面811に対するノズル部334cの位置を、さらに容易に調整することができる。
なお、本発明に係る有機ELデバイス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。また、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
上記実施形態に係る有機ELデバイスの製造装置1及び製造方法おいては、混合器334のノズル接続部334dが蛇腹状に形成される構成を説明したが、斯かる構成に限られない。例えば、ノズル接続部334dは、多重管構造であって且つ各管同士がスライドすることで伸縮するような構成でもよく、また、可撓性を有するフレキシブルチューブのような構成でもよく、要するに、ノズル部334cが混合部334bに対して移動することで、ノズル部334cと基材81との離間距離を変更できるような構成であればよい。
また、上記実施形態に係る有機ELデバイスの製造装置1及び製造方法おいては、操作部335bを押したり引いたり操作することで、混合器334のノズル部334cが移動する構成を説明したが、斯かる構成に限られない。例えば、操作部335bが回転されることにより、接続機構335cが連結部335aを水平方向に移動し、それ故、ノズル部334cが基材81との離間距離を変更するように移動する構成でもよい。
また、本発明に係る有機ELデバイスの製造装置1及び製造方法おいては、操作具335は、製造を開始する際に、ノズル部334cの位置を微調整する際には、操作部335bを回転し、基材81の搬送が停止している際には、操作部335bを引くように操作される構成でもよい。
例えば、操作具335は、操作部335bを回転されることで、一回転当たり、ノズル部334cを水平方向に1mm程度移動させる一方、操作部335bを水平方向に押したり引いたりされることで、操作部335bを水平方向に移動された量だけ、ノズル部334cを水平方向に移動するような構成でもよい。
1…有機ELデバイスの製造装置、2…搬送装置、4…真空室、8…有機ELデバイス、21…基材供給部、22,23,24…回転ローラ(キャンローラ)、25,26,27,28…回転ローラ(搬送ローラ)、29…基材回収部、3…蒸着装置、31,32,33…蒸着部、41…真空チャンバ、42…真空発生装置、43…連通部、80…有機EL素子、81…基材、82…陽極層、83…エッジカバー、84…有機EL層、85…陰極層、86…封止層、311,312,321,322,323,324,325,331,332,333…蒸着源、331a,332a,333a…吐出部、331b,332b,333b…可動機構、334…混合器、334a…蒸着源接続部、334b…混合部、334c…ノズル部、334c…ノズル接続部、335…操作具、335a…連結部、335b…操作部、335c…接続機構、411…壁部、411a…固定部、811…蒸着面、841…正孔注入層、842…正孔輸送層、843…発光層、844…電子輸送層、845…電子注入層

Claims (3)

  1. 外周部に基材が掛けられる回転ローラと、前記回転ローラを内部に収容し、壁部で区画された内部を真空状態にする真空チャンバと、前記基材に蒸着させるための気化材料を吐出する複数の蒸着源と、前記複数の蒸着源から吐出された気化材料を混合し、混合した気化材料を前記基材に向けて吐出する混合器であって、前記真空チャンバの内部に配置された混合器とを備え、
    前記各蒸着源は、気化材料を吐出するための吐出部を先端部に有し、且つ該吐出部が前記真空チャンバの内部に配置された状態で、前記真空チャンバの壁部に固定され、
    前記混合器は、前記吐出部に接続された蒸着源接続部と、前記蒸着源接続部に接続され、前記吐出部から吐出される気化材料を混合する混合部と、前記混合部で混合された気化材料を吐出するノズル部と、前記混合部と前記ノズル部とを接続するノズル接続部と、を備え、
    前記ノズル部は、前記ノズル接続部が、前記ノズル部と前記基材とが対面する方向に伸縮することで、前記基材との離間距離を変更するように移動可能に構成されていることを特徴とする有機ELデバイスの製造装置。
  2. 前記ノズル部を移動するように操作するための操作具を備え、
    該操作具は、前記真空チャンバの内部に配置され且つ前記ノズル部に連結される連結部と、前記真空チャンバの外部に配置され、操作される操作部と、該操作部が操作されることにより前記連結部が移動するように、前記連結部と前記操作部とを接続する接続機構とを備える請求項に記載の有機ELデバイスの製造装置。
  3. 請求項1又は2に記載の有機ELデバイスの製造装置を用いて有機ELデバイスを製造することを特徴とする有機ELデバイスの製造方法。
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