JP6267920B2 - 封止装置および封止方法 - Google Patents

封止装置および封止方法 Download PDF

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Description

本発明は、発光機能材料、光電変換機能材料、導電機能材料などの機能材料の薄膜層を備えた三次元形状の成形基板上に封止基板を面接着できるようにする封止装置および封止方法に関するものである。
近年、機能材料の薄膜層を成形基板に形成し、これを封止した機能材料デバイスとして、例えば有機ELディスプレイ、有機EL発光パネル、色素増感太陽電池あるいは有機薄膜太陽電池などの開発が著しく、特に有機ELディスプレイにおいては、液晶ディスプレイのように見る方向によって階調が変わってしまうという現象がなく、また、コントラストの低下も低く視野角は180度に限りなく近いという特徴がある。また、有機EL発光パネルは、有機化合物中に注入された電子と正孔の再結合によって生じた励起子によって発光するもので、LED照明と同様に次世代照明技術として期待され、また、薄膜太陽電池の小型軽量化が期待されている。
ところで、有機EL材料は、空気中の酸素や湿気による酸化反応や加水分解反応などの劣化反応を受けやすく、そのため発光寿命が短い欠点が指摘されている。したがって、有機EL材料の薄膜層からは空気を完全に排除し、合成樹脂基板を採用する場合は防湿バリア層を形成するようにしている。そこで、有機EL発光パネルを製造する場合に、有機EL材料の薄膜層に空気が残存しないように真空状態のチャンバー内において上下一対の基板を張り合わせる封止装置を本願の出願人は提案している(特許文献1、2参照)。
特開2012−168386号公報 特開2012−230255号公報
上記特許文献に開示した封止装置は、ガラス基板間に有機EL材料を封止するようにしたもので、基板間の接着は、紫外線硬化性のシール材に紫外線を照射して硬化させるようにしたものであり、かかる装置により、大型の有機EL発光パネルでも生産性を向上した自動生産が可能となっている。
一方、有機EL発光パネルにおいては、上述したように空気による劣化反応が著しいことから、完全に空気を排除して成形完了後においても空気の進入がないようにしなければならない。また、基板間の密着度に誤差がある場合は、位置によって温度ムラや電流ムラが生じ、これによって輝度ムラが生じてしまう問題がある。
有機EL発光パネルはこのような問題を含むことから、大型化するとドット欠陥が生じて発光の均質化を向上できず歩留まりが悪化し、大型化・低価格化への対応が困難であった。また、ガラス基板を採用した場合は、ある程度の大型化は可能であるが、比例して重量が大きくなり、軽量化の妨げになることが問題となっている。
また、従来の機能材料薄膜層を形成した表示パネルあるいは発光パネルは、単に平坦なフラットパネルであり、三次元形状に成形するのは困難であった。これは、フラットパネルに成形したものを所望の形状、例えば、ドーム型あるいは側部を湾曲させたようなトレイ形状のパネルにするには、加熱を伴う加圧成形による後加工も考え得るが、成形基板と封止基板に加わる外力により、層間剥離が発生し輝度ムラ、あるいは成形部分に残る内部応力により安定した均一な形状を維持できないなどの問題が生じてしまうことになる。
ところが、表示パネルあるいは発光パネルは無機質な形状の単なるフラットパネルではなく、三次元形状のものが要求されるに至っている。これは、例えば発光パネルを成形した場合に、ドーム型であればより装飾性を向上することができ、剛性の向上も期待することができることにある。
本発明はかかる要求に対応できるようにしたもので、合成樹脂製の成形基板を採用して機能材料薄膜層から空気を排除して封止した三次元形状の機能材料デバイスの製作が可能となるようにすることを目的とするものである。
そこで本発明は、以下に述べる各手段により上記の課題を解決するようにした。即ち、請求項1に記載の発明では、真空チャンバー内で機能材料薄膜層を備えた三次元形状の成形基板の表面を封止する封止装置であり、前記真空チャンバー内には前記成形基板を載置するための治具を固定したステージを備えるとともに、前記真空チャンバーの上面の開口部を覆う状態で配置される封止基板を保持する弾性シートを備えた保持ユニットおよび弾性ダイヤフラムを備えた封止ユニットを真空チャンバー上に上下動可能に配置する。
請求項2に記載の発明では、上記請求項1に記載の封止装置において、封止ユニットの内部に加熱手段を設けるようにする。
請求項3に記載の発明では、上記請求項1に記載の封止装置において、真空チャンバーの治具の裏面に加熱手段を設けるようにする。
請求項4に記載の発明では、上記請求項1に記載の封止装置において、封止ユニットの天板面に冷却手段を設けるようにする。
請求項5に記載の発明では、上記請求項1に記載の封止装置において、真空チャンバーの治具の表面に静電チャックシートを備えるようにする。
請求項6に記載の発明では、上記請求項1に記載の封止装置において、保持ユニットの弾性シートの裏面に静電チャックシートを備えるようにする。
請求項7に記載の発明では、上記請求項1に記載の封止装置において、保持ユニットの弾性シートの裏面に粘着剤を塗布してあるようにする。
請求項8に記載の発明では、上記請求項7に記載の封止装置において、粘着剤が導電性であるようにする。
請求項9に記載の発明では、上記請求項1に記載の封止装置において、保持ユニットを前記封止ユニットに対し着脱可能となるようにする。
請求項10に記載の発明では、上記請求項1に記載の封止装置において、成形基板と封止基板のアライメント調整をするためのアライメントカメラを設けるようにする。
請求項11に記載の発明では、真空チャンバー内で機能材料薄膜層を備えた三次元形状の成形基板の表面を封止する封止方法であり、前記真空チャンバーのステージの治具に前記成形基板を搬入し、該成形基板を前記治具上に保持する工程と、封止ユニットに配設した保持ユニット下に封止基板を搬入し、該封止基板を弾性シートで保持する工程と、前記工程により封止基板を保持した保持ユニットと封止ユニットを同時に降下して前記真空チャンバーとの間に気密状態を形成する工程と、前記真空チャンバー内の空気を排気して真空状態を形成する工程と、前記封止ユニット内に空気を供給して弾性ダイヤフラムとともに弾性シートを延展し、封止基板を成形基板に面接触させて押圧する工程、からなるようにする。
請求項12に記載の発明では、上記請求項11に記載の封止方法において、封止ユニットの加熱手段により封止基板を加熱する工程を含むようにする。
請求項13に記載の発明では、上記請求項11に記載の封止方法において、真空チャンバーのステージの治具の加熱手段により成形基板を加熱する工程を含むようにする。
請求項14に記載の発明では、上記請求項11に記載の封止方法において、成形基板と封止基板のアライメント調整を行う工程を含むようにする。
本発明によれば、三次元形状に予備成形された機能材料薄膜層を備えた成形基板の表面に封止基板を真空中で面接着するようにしたので、機能材料薄膜層から空気を完全に排除した三次元形状の機能材料デバイスの製作が可能となる。
本発明封止装置の基本構成を示す断面図である。 本発明封止装置の基本構成を示す斜視図である。 本発明封止装置の保持ユニットの構成を示す斜視図である。 本発明封止装置の保持ユニットの他の構成を示す斜視図である。 本発明封止装置の空室筐体の構成を示す斜視図である。 本発明封止装置の空室筐体の動作を説明する図である。 本発明封止装置の空室筐体の動作を説明する図である。 本発明封止装置の送排気回路の構成を説明する図である。 本発明封止装置で成形する成形基板を説明する図である。 本発明封止装置で成形する封止基板を説明する図である。 本発明封止装置の動作態様を説明する図である。 本発明封止装置の動作態様を説明する図である。 本発明封止装置の動作態様を説明する図である。 本発明封止装置の動作態様を説明する図である。 本発明封止装置の動作態様を説明する図である。 本発明封止装置の動作態様を説明する図である。 本発明封止装置の動作態様を説明する図である。 本発明封止装置の動作態様を説明する図である。
以下、本発明の実施の形態を、機能材料薄膜層を封止する有機EL発光パネルの成形を前提とした実施例に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の封止装置Aの基本構成を説明するための断面図であり、図2にその斜視図を示す。同各図において符号1は、内部が真空チャンバーCH1となる空室筺体であり、上面に開口部1aが形成されており、側面に成形基板W1を搬入するための搬入窓1bが形成され、後述する送排気管P1、P2が配設されている。
空室筐体1の内部中央には、X方向、Y方向、θ方向に微動させることができる機構を内蔵したステージ2が台座3上に配置され、この台座3が支脚4により空室筐体1の底面に固定されている。前記ステージ2は外周に起立壁2aを有する有底の凹湾状であり、この起立壁2aに後述する弾性シート22および弾性ダイヤフラム31を支持する傾斜面2a−1が形成されている。さらに、ステージ2の中央には予備成形された三次元形状の成形基板W1を支持するための治具5が配置されている。なおこの治具5は、ステージ2にボルトなどの締結手段により着脱できるようにしておくことにより、異形の治具の交換が可能となる。
前記治具5の表面には透明の静電チャックシート6が張設され、底面には電熱ヒーター7が配置されている。そして、治具5、電熱ヒーター7、ステージ2、台座3を貫通する排気用の通気孔8とアライメントカメラ10の視野を、透視板11を介して確保するための透視孔9が形成されている。さらに、空室筐体1の底面下には、完成した有機ELパネルCの搬出をするため、この機能材料デバイスCの対角線上の4箇所を下面から支持する支持ロッド12aを、ステージ2の通孔2b内で上下動するための流体圧シリンダー12が配置固定されている。
つぎに、前記空室筐体1の上面には、その開口部を覆う状態で配置される保持ユニット20、さらにこの保持ユニット20の上面を覆う封止ユニット30を配設するようにしている。前記保持ユニット20は図3、図4に示すように、空室筐体1の外形に一致する形状の枠体21に弾性変形する弾性シート22側端部を固定して張設している。前記弾性シート22は、例えば印刷技術分野で利用されているスクリーンメッシュのように強靱で通気性を有するものが好適である。また、弾性シート22は枠体21への張設により張力が得られるようにするが、その張力の程度は成形品の形状などに対応させて設定する。
前記弾性シート22の中央部には、成形基板W1の有機薄膜層の封止範囲に対応する大きさの静電チャックシート23を張設している。このようにして張設された静電チャックシート23は可撓性を備えるもので、銅あるいはニッケルITO、銀ナノ粒子あるいはカーボンナノ粒子などを素材とする透明あるいは半透明の金属電極23a、23bを交互に櫛歯状となるように形成したもので、この金属電極23a、23bの終端部23c、23dから直流電流を印加することによりその表面に静電気を発生し、封止基板の静電チャックが可能となるようにしている。なお、前記ステージ2の静電チャックシート6も静電チャックシート23と基本的に同一の構成を備える。
上記の例では弾性シート22に静電チャックシート23を配設した例を示したが、図4に示すように粘着剤24を同図に示すような櫛歯状のストライプパターン、あるいはドットパターンにより塗布しておくようにしてもよい。この場合、弾性シート22の粘着剤24の塗布位置に粗面処理を施し、粘着剤24の定着が安定するようにすることが望ましい。また、前記粘着剤24に導電性のものを採用し、静電チャックシート23と同様の通電を行うことにより静電チャック機能を併せて付与することができる。
前記保持ユニット20の枠体21には複数箇所にネジ孔21aが形成されており、この枠体21を封止ユニット30の開口部分のフランジにネジ止めにより着脱可能となるようにし、異なる大きさ、異なる形状の静電チャックシート23を備えた保持ユニット20を交換可能となるようにしてサイズ、形状の異なる有機EL発光パネルの生産に対応することができ、清掃メンテナンスの対応も可能となる。また、枠体11の端部全周には気密シール25を配設していることから、空室筐体1のフランジとの間の気密性を確保することができる。
つぎに、封止ユニット30の構成について説明する。封止ユニット30はその下面の開口の内部が空室となっており、この空室が加圧チャンバーCH2となるように構成されている。封止ユニット30の外周のフランジ部30aには弾性変形する合成ゴムなどによる弾性ダイヤフラム31の側端部が固定されている。この弾性ダイヤフラム31は弾性シート22に比して厚手であって蓄熱効果を備えものが好ましい。
前記加圧チャンバーCH2内の天板面には冷却盤32が固定され、内部を蛇行するように形成された通水路33に冷却水を給排水管P3、P4により循環し、断熱材34を介して伝達する電熱ヒーター35からの熱を吸収して封止ユニット30の発熱を防ぐようにしている。なお、電熱ヒーター35にはその全面を覆うダイヤフラム固定プレート36が配設されており、電熱ヒーター35の発熱がこのダイヤフラム固定プレート36を介して弾性ダイヤフラム31に伝達するようにしている。
なお、前記封止ユニット30の中央部には、加圧空気が供給される送排気管P5が配設されており、その空気吐出口が前記弾性ダイヤフラム31の表面に臨み、供給された加圧空気により弾性ダイヤフラム31および弾性シート22が下方へ向けて延展するようにしている。
このように構成された封止ユニット30が前記保持ユニット20とネジ止めにより一体化されると、封止ユニット30のフランジ部の端部全周に配設した気密シール37により保持ユニット20の枠体21との間の気密性が保たれることになる。そして、一体となった保持ユニット20と封止ユニット30は図示を省略した昇降装置により昇降するように構成し、降下させたときは、保持ユニット20の枠体21の気密シール24が空室筐体1のフランジに密着して真空チャンバーCH1の気密性が保たれ、上昇させたときは、完成した有機EL発光パネルCの搬出が可能となる。
本発明の封止装置Aは以上のように構成されているが、装置の自動化を達成するには、空室筐体1に成形基板W1を搬入する開閉窓を備えることを要する。図5はかかる構成の一例を示すもので、同図に示すように搬入窓1bの全面を覆う開閉扉40が、昇降装置41のギヤ機構により動力が伝達され上下動するように配設されている。
一方、搬入窓1bのフランジ部の全周には、流体圧チューブ42が配設されており、図6に示すように開閉扉40を降下させるときは、流体圧チューブ42内の流体を吸引して開閉扉40との接触を避けるようにする。このようにして搬入窓1bが開放されているときに、同図に示すように成形基板W1の搬入がロボットアームにより可能となる。そして、成形基板W1の搬入が完了すると、図7に示すように開閉扉40を上昇し、流体圧チューブ42に加圧流体を注入して膨張させ、気密状態が得られるようにする。
つぎに、本発明の封止装置の給排気回路の構成を図8に基づいて説明する。同図に示すように空室筐体1に接続された送排気管P1、P2は、バルブ50aを介して大気に繋がる一方、バルブ50b、50cを介して真空ポンプ51に繋がっている。なお、バルブ50cは真空圧調整用のバルブであり、排気後の到達真空圧を制御するために設けられている。一方、封止ユニット30の天板には冷却水Wの給排水管P3、P4が接続されるとともに、送気パイプP5が接続され、加圧ポンプ52から加圧空気が加圧チャンバーCH2内に供給されるようにしている。
本発明の封止装置Aは以上のように構成されており、成形基板W1および封止基板W2を装置内部に搬入し、セル構造体となった有機EL発光パネルCが完成するまでの処理工程を以下に説明するが、成形基板W1および封止基板W2は、予備成形されたものを準備しなければならないため、まず、その予備成形された成形基板W1および封止基板W2の成形処理の態様を以下に説明する。
図9に示すように、成形基板W1の上面の電極が形成されている発光範囲に有機薄膜層W1aが形成されており、その外周にシール材W1bが塗布されている。一方、封止基板W2の下面には図10に示すように、透明接着剤W2aが例えばツリー状となるようにディスペンサにより塗布されている。前記成形基板W1および封止基板W2の定位置には、アライメントマークW1c、W1d、W2b、W2cが施されている。なお、封止フィルムに光学用粘着フィルムを採用した場合は、透明接着剤W2aの塗布処理を省略することができる。
以上のようにして予備成形された成形基板W1および封止基板W2は、図1に示す搬入待機状態の封止装置Aに搬入されることになる。即ち、同図に示すように保持ユニット20および封止ユニット30が昇降装置により共に上昇しており、空室筐体1と保持ユニット20との間に空間が形成された状態となっている。
かかる状態において図6に示すように空室筐体1の開放されている搬入窓1bから、ロボットアームにより成形基板W1の端部を支持し、図11に示すように空室筐体1の内部に搬入し、治具5上に配置して静電チャックシート6の通電を開始することにより、成形基板W1が静電チャックされる。
一方、封止基板W2も同様にロボットアームにより支持されて保持ユニット20下に搬入され、図12に示すように静電チャックシート23に面接触させ、この静電チャックシート23の通電を開始することにより封止基板W2が静電チャックされる。
このようにして成形基板W1および封止基板W2が静電チャックされると、図13に示すように昇降装置により保持ユニット20および封止ユニット30が共に降下し、保持ユニット20の気密シール25が空室筐体1のフランジに密着して真空チャンバーCH1の気密状態が得られる。この状態に至ると、アライメントカメラ10により成形基板W1のアライメントマークW1c、W1dおよび封止基板W2のアライメントマークW2b、W2cを検出し、誤差がある場合はステージ2を微動させて両基板の位置合せをおこなう。
つぎに、真空チャンバーCH1、CH2の気密状態が得られると、図13に示す状態において加圧ポンプ52が排気方向に駆動して真空チャンバーCH2の真空引きを行い、真空チャンバーCH2の内部を真空状態にし、後工程において真空チャンバーCH1の真空引きを行った際に弾性ダイヤフラム31が下方へ吸引されないようにする。
真空チャンバーCH2の真空引きが完了すると、図8に示す給排気回路が作動するが、このときバルブ50aを閉止、バルブ50bを開放として真空ポンプ51の駆動を開始することにより、図14に示すように送排気管P1、P2による真空引きが、バルブ50cで任意に定めた成形に必要な真空状態(例えば、1パスカル程度)が真空チャンバーCH1の内部に得られる。この真空引きは通気性を有する弾性シート22を介しても行われるので、弾性シート22上に滞留している空気も同時に排気されることになる。
このようにして真空チャンバーCH1、CH2の真空引きが完了すると、装置内部が静圧状態となり、加圧ポンプ52が送気方向に駆動して加圧空気が送排気管P5から真空チャンバーCH2の内部に供給される。そして供給された加圧空気により真空チャンバーCH2の内部は次第に圧力が上昇し、図15に示すように弾性シート22および弾性ダイヤフラム31が成形基板W1に一致する形状に延展し、封止基板W2を成形基板W1に押圧して両基板の面接着が行われる。
上記処理工程において、弾性ダイヤフラム31は加圧処理が始まるまでの間に電熱ヒーター35により加熱されたダイヤフラム固定プレート36からの熱を蓄熱しておくことにより、封止基板W2を軟化させて抵抗なく成形基板W1の外形に沿う形状となるようにし、成形完了後に内部応力が潜在しないようにすることができる。なお、電熱ヒーター7により治具5を加熱しておくことにより相乗的な効果が得られる。この電熱ヒーター7,35による加熱は、封止基板W2の材質、厚さなどを考慮して加熱温度などを定めることになる。また、このような加熱処理機能を備えていることにより、成形基板W1封止基板W2に熱硬化性の素材を採用することができる。
上記工程により成形基板W1への封止基板W2の接着が完了すると、静電チャックシート6への通電は維持して静電チャックシート23の通電を遮断して静電チャックを解除する。そして閉止していたバルブ50aを開放して真空チャンバーCH1内部の真空状態を解除するとともに、加圧チャンバーCH2内部の加圧状態を解除する。これにより延展していた弾性シート22および弾性ダイヤフラム31は図16に示すように初期状態へ復帰する。なお、静電チャックシート23による静電チャックの解除により封止基板W2からの静電チャックシート23の離脱には抵抗がないが、弾性シート22に粘着剤24を塗布した図4に示す保持ユニット20を採用した場合は、弾性シート22および弾性ダイヤフラム31の復元力により粘着剤24が封止基板W2から剥離する。
このようにして有機EL発光パネルCが完成すると図17に示すように昇降装置により保持ユニット20および封止ユニット30を共に上昇し、静電チャックシート6への通電を遮断した後、図18に示すように流体圧シリンダー12を作動してその支持ロッド12aにより有機EL発光パネルCのロボットアームによる搬出が可能となる。
以上詳細に説明したごとく、本発明の封止装置によれば、真空中で空気を完全に排除した三次元形状の機能材料デバイスの成形が可能であることから、有機EL発光パネルの成形に好適であるが、有機薄膜太陽電池、あるいは他の機能材料薄膜層を封止して機能材料デバイスを成形することも可能であり、また、マトリックスタッチパネルのような真空中であることを配慮しなくてよいもよいパネルの接着処理にも対応することができる。
A・・・・・封止装置
C・・・・・有機EL発光パネル(機能材料デバイス)
CH1・・・真空チャンバー
CH2・・・加圧チャンバー
W1・・・・成形基板
W2・・・・封止基板
1・・・・・空室筐体
2・・・・・ステージ
3・・・・・台座
4・・・・・支脚
5・・・・・治具
6・・・・・静電チャックシート
7・・・・・電熱ヒーター
8・・・・・通気孔
9・・・・・透視孔
10・・・・アライメントカメラ
11・・・・透視板
12・・・・流体圧シリンダー
20・・・・保持ユニット
21・・・・枠体
22・・・・弾性シート
23・・・・静電チャックシート
25・・・・気密シール
30・・・・封支ユニット
31・・・・弾性ダイヤフラム
32・・・・冷却盤
33・・・・通水路
34・・・・断熱材
35・・・・電熱ヒーター
36・・・・ダイヤフラム固定プレート
40・・・・開閉扉
41・・・・昇降装置
42・・・・流体圧チューブ
50a・・・バルブ
50b・・・バルブ
50c・・・バルブ
51・・・・真空ポンプ
52・・・・加圧ポンプ

Claims (14)

  1. 真空チャンバー内で機能材料薄膜層を備えた三次元形状の成形基板の表面を封止する封止装置であり、
    前記真空チャンバー内には前記成形基板を載置するための治具を固定したステージを備えるとともに、前記真空チャンバーの上面の開口部を覆う状態で配置される封止基板を保持する弾性シートを備えた保持ユニットおよび弾性ダイヤフラムを備えた封止ユニットを真空チャンバー上に上下動可能に配置してなることを特徴とする封止装置。
  2. 前記封止ユニットの内部に加熱手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の封止装置。
  3. 前記真空チャンバーの治具の裏面に加熱手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の封止装置。
  4. 前記封止ユニットの天板面に冷却手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の封止装置。
  5. 前記真空チャンバーの治具の表面に静電チャックシートを備えたことを特徴とする請求項1に記載の封止装置。
  6. 前記保持ユニットの弾性シートの裏面に静電チャックシートを備えたことを特徴とする請求項1に記載の封止装置。
  7. 前記保持ユニットの弾性シートの裏面に粘着剤を塗布してあることを特徴とする請求項1に記載の封止装置。
  8. 前記粘着材が導電性であることを特徴とする請求項7に記載の封止装置。
  9. 前記保持ユニットを前記封止ユニットに対し着脱可能となるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の封止装置。
  10. 成形基板と封止基板のアライメント調整をするためのアライメントカメラを設けたことを特徴とする請求項1に記載の封止装置。
  11. 真空チャンバー内で機能材料薄膜層を備えた三次元形状の成形基板の表面を封止する封止方法であり、
    前記真空チャンバーのステージの治具に前記成形基板を搬入し、該成形基板を前記治具上に保持する工程と、
    封止ユニットに配設した保持ユニット下に封止基板を搬入し、該封止基板を弾性シートで保持する工程と、
    前記工程により封止基板を保持した保持ユニットと封止ユニットを同時に降下して前記真空チャンバーとの間に気密状態を形成する工程と、
    前記真空チャンバー内の空気を排気して真空状態を形成する工程と、
    前記封止ユニット内に空気を供給して弾性ダイヤフラムとともに弾性シートを延展し、封止基板を成形基板に面接触させて押圧する工程、
    からなることを特徴とする封止方法。
  12. 前記封止ユニットの加熱手段により封止基板を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項11に記載の封止方法。
  13. 前記真空チャンバーのステージの治具の加熱手段により成形基板を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項11に記載の封止方法。
  14. 前記成形基板と封止基板のアライメント調整を行う工程を含むことを特徴とする請求項11に記載の封止方法。
JP2013214770A 2013-10-15 2013-10-15 封止装置および封止方法 Active JP6267920B2 (ja)

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