JP2004221166A

JP2004221166A - 加熱装置

Info

Publication number: JP2004221166A
Application number: JP2003004183A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamamoto; 武志山本
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】面内で均一な温度分布を形成可能な加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】基板Ｓを所定温度に加熱する加熱プレート２２を備えた加熱装置２０において、加熱プレート２２は基板Ｓが載置される主面２３を有している。この主面２３は、載置された基板Ｓの中央部との間のギャップＧ１が基板Ｓの周辺部との間のギャップＧ２及びＧ３より大きい形状を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加熱装置に係り、特に、液晶表示装置に適用される基板を加熱する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に用いられている液晶表示装置は、基板上に、走査線や信号線などの各種配線、画素電極などの各種電極、薄膜トランジスタなどの各種スイッチ素子、カラーフィルタ層などを有している。これらは、導電体または誘電体からなる薄膜を成膜する成膜工程、この薄膜上にフォトレジストを塗布する塗布工程、塗布されたフォトレジストを所定のパターンを有するマスクを介して露光する露光工程、露光されたフォトレジストを現像する現像工程、フォトレジストが除去されて露出した薄膜を除去するエッチング工程などを繰り返すことによって形成される。このような各種製造工程においては、基板を加熱する加熱工程が不可欠である。
【０００３】
基板を加熱する手法としては、加熱プレート方式、熱風炉方式、ＩＲ方式などが代表的であるが、装置コストを上げずに加熱処理のできる加熱プレート方式が多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。加熱プレート方式においては、平坦な加熱プレート上に基板を直接載置して加熱する直接加熱法と、平坦な加熱プレート上に複数本のスペーサピンを設置してスペーサピン上に載置された基板と加熱プレートとが接触しないようにして加熱する間接加熱法がある。いずれの方法も加熱時の温度分布を基板内でできる限り均一にすることが望まれている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４１２６３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
加熱プレート方式の加熱装置では、加熱プレート上に載置された基板の周辺部が開放状態になっているために加熱効果が小さく、結果的に基板中央部の温度が高く、基板周辺部の温度が低い温度分布を形成することになる。このような温度差は、加熱される薄膜の変質を引き起すおそれがある。
【０００６】
すなわち、設定温度にて所定時間加熱する加熱工程において、基板周辺部にて設定温度に達しないことにより薄膜が十分に加熱されなかったり、あるいは、基板中央部にて設定温度を超えることにより薄膜が過剰に加熱されることになる。変質した薄膜は、基板に密着することがある。このような現象は、例えば後の現像工程において薄膜の一部が残渣として基板上に残ることがあり、表示特性に影響を与えて、表示不良を発生することがある。
【０００７】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、面内で均一な温度分布を形成可能な加熱装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の様態による加熱装置は、
基板を所定温度に加熱する加熱プレートを備えた加熱装置において、
前記加熱プレートは、基板が載置される主面を有し、
前記主面は、載置された基板の中央部との間のギャップが基板の周辺部との間のギャップより大きい形状を有することを特徴とする。
【０００９】
この加熱装置によれば、加熱プレートの主面と、主面上に載置された基板の中央部とのギャップが基板周辺部とのギャップより大きくなるように構成されている。このため、基板中央部は、基板周辺部と比較して加熱プレートの主面によって加熱されにくくなる。したがって、基板中央部が基板周辺部より極端に過熱されることを防止することができ、加熱対象の基板に対して、面内で均一な温度分布を形成することができる。
【００１０】
これにより、加熱対象として、液晶表示装置に適用される基板を加熱する場合、基板上の薄膜を基板全体に亘って略均一に加熱することができ、一部での薄膜の変質を防止することができる。したがって、薄膜の変質に起因した表示不良の発生を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態に係る加熱装置について図面を参照して説明する。
【００１２】
まず、加熱対象の一例として、液晶表示装置に適用される基板の構造について説明する。すなわち、図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、アレイ基板１００と、アレイ基板１００に対して所定の間隔をおいて対向配置された対向基板２００と、アレイ基板１００と対向基板２００との間の所定のギャップに保持された液晶組成物を含む液晶層３００とを有した液晶表示パネル１０を備えている。これらアレイ基板１００及び対向基板２００は、外縁シール部材１０６によって貼り合わせされている。
【００１３】
このような液晶表示パネル１０は、表示領域１０２及び周辺領域１０４を備えている。表示領域１０２は、マトリクス状に配列された複数の画素を有している。周辺領域１０４は、表示領域１０２内から周辺に引き出された配線や駆動回路、電源供給配線などの各種配線パターンを有している。
【００１４】
表示領域１０２において、アレイ基板１００は、マトリクス状に配置されたｍ×ｎ個の画素電極１５１、これら画素電極１５１の行方向に沿って形成されたｍ本の走査線Ｙ、これら画素電極１５１の列方向に沿って形成されたｎ本の信号線Ｘ、ｍ×ｎ個の画素電極１５１に対応して走査線Ｙ及び信号線Ｘの交差位置近傍にスイッチング素子として配置されたｍ×ｎ個の薄膜トランジスタすなわち画素ＴＦＴ１２１を有している。
【００１５】
また、周辺領域１０４において、アレイ基板１００は、走査線Ｙを駆動する走査線駆動回路１８、信号線Ｘを駆動する信号線駆動回路１９などを有している。これら走査線駆動回路１８や信号線駆動回路１９は、ｎチャネル型薄膜トランジスタ及びＰチャネル型薄膜トランジスタからなる相補型の回路によって構成されている。これらの画素ＴＦＴ及び駆動回路を構成する各薄膜トランジスタは、ポリシリコン薄膜を活性層とする例えばトップゲート型薄膜トランジスタによって構成されている。
【００１６】
次に、この液晶表示装置の製造方法について説明する。
すなわち、厚さ０．７ｍｍのガラス基板１０１上に、ポリシリコン薄膜からなる半導体層１１２、ゲート絶縁膜１１３、走査線Ｙと一体のゲート電極１１４、層間絶縁膜１１５、ソース電極１１６Ｓと一体の信号線Ｘ、ドレイン電極１１６Ｄ、カラーフィルタ層１３０、画素電極１５１、配向膜１６０を順に形成することにより、アレイ基板１００を形成する。
【００１７】
これら、走査線や信号線などの各種配線、ポリシリコン薄膜の半導体層を有するＴＦＴ、誘電体によって形成された各種絶縁膜及びカラーフィルタ層、画素電極などの各種電極は、導電体層及び誘電体層の少なくとも１層の薄膜を成膜した後に所定の形状にパターニングすることによって形成される。
【００１８】
すなわち、このパターニング工程は、導電体層または誘電体層からなる薄膜を成膜する成膜工程、この薄膜上にフォトレジストを塗布する塗布工程、塗布されたフォトレジストを所定のパターンを有するマスクを介して露光する露光工程、露光されたフォトレジストを現像する現像工程、フォトレジストが除去されて露出した薄膜を除去するエッチング工程などを含んでいる。
【００１９】
一方、厚さ０．７ｍｍのガラス基板２０１上に、対向電極２０３と、配向膜２０７とを順次形成することにより、対向基板２００を形成する。
【００２０】
続いて、対向基板２００の配向膜２０７の周辺に沿って外縁シール部材１０６を注入口を除いて印刷した後、アレイ基板１００及び対向基板２００を所定のギャップを設けて貼り合わせる。そして、注入口から液晶組成物を注入し、この注入口を紫外線硬化樹脂によって封止することによって液晶層３００を形成する。
このようにして、液晶表示装置を製造する。
【００２１】
上述したような製造方法において、アレイ基板１００や対向基板２００などを構成する絶縁性基板上に塗布された薄膜の乾燥工程や焼成工程、アニーリング工程などでは、基板を加熱する加熱装置が適用される。すなわち、図３に示すように、加熱装置２０は、基板を所定温度に加熱する加熱プレート２２を備えている。
【００２２】
この加熱プレート２２は、加熱対象としての基板Ｓが載置される主面２３を有している。この主面２３は、載置された基板Ｓの中央部との間のギャップが基板Ｓの周辺部との間のギャップより大きい形状を有している。
【００２３】
すなわち、図３に示した例では、加熱プレート２２における主面２３は、加熱プレート２２の周辺部から中央部に向かって階段状の窪みを有し、中央部で最も窪んだ形状を有している。つまり、主面２３は、その中央部において基板Ｓに対向して最も大きい第１ギャップＧ１を形成する第１凹部２３Ａと、第１凹部２３Ａの周辺において基板Ｓに対向して第１ギャップＧ１より小さな第２ギャップＧ２をを形成する第２凹部２３Ｂと、第２凹部２３Ｂの周辺において基板Ｓに対向して第２ギャップＧ２より小さな第３ギャップＧ３をを形成する第３凹部２３Ｃと、を含んでいる。
【００２４】
また、例えば矩形状の主面２３を有する加熱プレート２２において、第１凹部２３Ａ、第２凹部２３Ｂ、及び、第３凹部２３Ｃは、同心円状に形成されている。すなわち、第１凹部２３Ａは円形状に形成され、第２凹部２３Ｂは第１凹部２３Ａの周辺にドーナツ状に形成され、さらに、第３凹部２３Ｃは第２凹部２３Ｂの周辺に形成されている。なお、第１凹部２３Ａ、第２凹部２３Ｂ、及び、第３凹部２３Ｃは、それぞれ矩形状に形成されても良い。
【００２５】
このような構造の加熱プレート２２では、加熱プレート２２の主面２３上に載置された基板の中央部は、周辺部より主面２３からの距離が離れるため、加熱されにくくなる。したがって、基板中央部が基板周辺部より極端に加熱されることを防止することができる。
【００２６】
なお、図３に示した構造の加熱装置２０は、加熱プレート２２の主面２３との間にギャップを形成するように基板Ｓを保持する保持体すなわちスペーサピン２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを備えている。これらのスペーサピン２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、主面２３上の各凹部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃにそれぞれ複数本ずつ配置されている。また、主面２３の中央部に配置されたスペーサピン２４Ａは、主面２３の周辺部に配置されたスペーサピン２４Ｂ及び２４Ｃより高い高さを有している。
【００２７】
すなわち、第１凹部２３Ａには、第１ギャップＧ１に相当する高さを有する第１スペーサピン２４Ａが配置されている。第２凹部２３Ｂには、第２ギャップＧ２に相当する高さを有する第２スペーサピン２４Ｂが配置されている。第３凹部２３Ｃには、第３ギャップＧ３に相当する高さを有する第３スペーサピン２４Ｃが配置されている。これにより、階段状の窪みを有する主面２３上に載置された基板Ｓを水平に保持することができる。
【００２８】
次に、このような構造を有する加熱装置２０において、面内の温度分布を測定した。
すなわち、この測定では、図４に示すように、５５０×６７０ｍｍの矩形状の加熱面積を有するとともに０．７ｍｍの厚さを有する基板Ｓを加熱対象とし、加熱プレート２２は６００×７００ｍｍの矩形状の主面２３を有するものを適用した。
【００２９】
加熱プレート２２の主面２３は、中央部に直径１２０ｍｍ／深さ４ｍｍの円形の第１凹部２３Ａを有し、また、第１凹部２３Ａの周辺に１２０ｍｍの幅を有するとともに第１凹部２３Ａより２ｍｍ浅い深さを有するドーナツ状の第２凹部２３Ｂを有し、さらに、第２凹部２３Ｂの周辺に１２０ｍｍの幅を有するとともに第２凹部２３Ｂより２ｍｍ浅い第３凹部２３Ｃを有している。
【００３０】
また、第１凹部２３Ａには、第１ギャップＧ１に対応して５ｍｍの高さを有する第１スペーサピン２４Ａが配置され、第２凹部２３Ｂには、第２ギャップＧ２に対応して３ｍｍの高さを有する第２スペーサピン２４Ｂが配置され、第３凹部２３Ｃには、第３ギャップＧ３に対応して１ｍｍの高さを有する第３スペーサピン２４Ｃが配置されている。これらのスペーサピン２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃにより、基板Ｓは、水平に保持される。
【００３１】
このような構造の加熱装置２０において、加熱プレート２２による加熱温度を２１０℃に設定し、スペーサピン２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃによって保持された基板Ｓを加熱した。このとき、基板Ｓの表面上における複数ヶ所に熱電対を配置し、基板表面の温度を測定し、基板面内での温度分布を測定した。
【００３２】
この結果、図４に示すように、基板中央部の表面温度が２０８℃であったのに対して、基板周辺部の表面が２０６℃であり、基板全面での温度分布は２０７±１．０℃と非常に高い均一性が得られた。また、この加熱装置２０によりカラーフィルタ層のポストベーク処理をした液晶表示パネルにおいては、薄膜の変質に起因した表示不良の発生はなく、優れた表示品位を得ることができた。
【００３３】
上述した実施の形態では、加熱装置２０の加熱プレート２２は、図３及び図４に示したように、３段の階段状の窪みに対応した凹部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを有する主面２３を備えていたが、このような構造に限定されるものではなく、載置された基板の中央部との間のギャップが基板の周辺部との間のギャップより大きい形状の主面を備えていれば、他の構造であっても良い。
【００３４】
例えば、主面２３は、２段以上の階段状の窪みを有するような形状であれば良い。また、図５に示すように、加熱プレート２２における主面２３は、加熱プレート２２の周辺部から中央部に向かってスロープ状の窪みを有し、中央部で最も窪んだ形状を有していても良い。
【００３５】
すなわち、主面２３は、その中央部において基板に対向して最も大きなギャップを形成するような傾斜面によって形成されている。このような構造の加熱プレート２２においても、加熱プレート２２の主面２３上に載置された基板の中央部は、周辺部より主面２３からの距離が離れるため、加熱されにくくなる。したがって、基板中央部が基板周辺部より極端に加熱されることを防止することができる。
【００３６】
なお、図５に示した構造の加熱装置２０も、加熱プレート２２の主面２３との間にギャップを形成するように基板Ｓを保持する保持体すなわちスペーサピン２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを備えている。これらのスペーサピン２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、それぞれ異なる高さを有し、主面２３の中央部に配置されたスペーサピン２４Ａは、主面２３の周辺部に配置されたスペーサピン２４Ｂ及び２４Ｃより高い高さを有している。これにより、傾斜面からなる主面２３上に載置された基板Ｓを水平に保持することができる。
【００３７】
次に、このような構造を有する加熱装置２０において、面内の温度分布を測定した。
すなわち、この測定では、図４に示すように、５５０×６７０ｍｍの矩形状の加熱面積を有するとともに０．７ｍｍの厚さを有する基板Ｓを加熱対象とし、加熱プレート２２は６００×７００ｍｍの矩形状の主面２３を有するものを適用した。
【００３８】
加熱プレート２２の主面２３は、中央部において最も窪んで基板Ｓとの間に５ｍｍのギャップを形成し、周辺部において基板Ｓとの間に１ｍｍのギャップを形成するような傾斜面で構成している。載置された基板Ｓは、スペーサピン２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃによって水平に保持される。
【００３９】
このような構造の加熱装置２０において、加熱プレート２２による加熱温度を２１０℃に設定し、スペーサピン２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃによって保持された基板Ｓを加熱した。このとき、基板Ｓの表面上における複数ヶ所に熱電対を配置し、基板表面の温度を測定し、基板面内での温度分布を測定した。
【００４０】
この結果、図５に示すように、図３に示した構造よりもさらに温度分布を均一化することができ、基板全面での温度分布は２０８±０．３℃と非常に高い均一性が得られた。また、この加熱装置２０によりカラーフィルタ層のポストベーク処理をした液晶表示パネルにおいては、薄膜の変質に起因した表示不良の発生はなく、優れた表示品位を得ることができた。
【００４１】
（比較例）
図６に示すように、主面２３を平坦にする、すなわち、基板Ｓに対して均一なギャップを形成するような構造の加熱プレート２２を作製した。この加熱プレート２２による加熱温度を２１０℃に設定して基板の温度分布を測定した。この結果、図６に示すように、中央部での基板表面温度が２１１℃となるのに対して、周辺部での基板表面温度が２０３℃となり、基板中央部と周辺部とで表面温度のバラツキが大きくなった。基板全面での温度分布は２０７±４℃となった。この加熱プレート２２でカラーフィルタ層のポストベーク処理をした液晶表示パネルにおいては、カラーフィルタ材料の薄膜が変質したことに起因すると思われる表示ムラが発生した。
【００４２】
以上説明したように、この発明の加熱装置によれば、加熱対象物が載置される主面を有する加熱プレートを備え、主面は、載置された加熱対象物の中央部との間のギャップが加熱対象物の周辺部との間のギャップより大きい形状を有している。このため、加熱対象物の中央部は、周辺部と比較して加熱プレートの主面から離れることになる。したがって、加熱対象物の中央部は、周辺部と比較して加熱されにくくなる。これにより、面内において均一性の優れた温度分布を形成することが可能な加熱装置を提供することができる。
【００４３】
また、加熱対象として液晶表示装置に適用される基板を加熱する場合、基板上の薄膜を基板全体に亘って均一に加熱することができ、加熱温度の温度差による薄膜の変質を防止することができる。これにより、薄膜の変質に起因した表示不良の発生を防止するこＴができる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態では、加熱対象の基板をスペーサピンを介して保持して加熱する間接加熱方式を採用した場合について説明したが、加熱面積の小さい小型の基板を加熱する場合など、基板の剛性によって極端な撓みを生じない場合においては、スペーサピンを配置することなく、加熱プレートの主面に上に直接基板を載置して加熱する直接加熱方式を採用しても良い。
【００４５】
また、上述した実施の形態では、加熱対象として液晶表示装置に適用される基板を加熱する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の基板を加熱対象としても良い。
【００４６】
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。また、各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合組み合わせによる効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、面内で均一な温度分布を形成可能な加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、一実施の形態に係る液晶表示パネルの構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した液晶表示パネルの構造を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、この発明の一実施の形態に係る加熱装置の構造を概略的に示す図である。
【図４】図４は、図３に示した加熱装置における面内での温度分布の測定結果を示す図である。
【図５】図５は、この発明の一実施の形態に係る加熱装置の構造及び面内での温度分布の測定結果を示す図である。
【図６】図６は、比較例としての加熱装置の構造及び面内での温度分布の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示パネル
２０…加熱装置
２２…加熱プレート
２３…主面
２３（Ａ、Ｂ、Ｃ）…凹部
２４（Ａ、Ｂ、Ｃ）…スペーサピン
１００…アレイ基板
２００…対向基板
３００…液晶層

Claims

基板を所定温度に加熱する加熱プレートを備えた加熱装置において、
前記加熱プレートは、基板が載置される主面を有し、
前記主面は、載置された基板の中央部との間のギャップが基板の周辺部との間のギャップより大きい形状を有することを特徴とする加熱装置。
前記主面は、その中央部において基板に対向して第１ギャップを形成する第１凹部と、前記第１凹部の周辺において基板に対向して第１ギャップより小さな第２ギャップを形成する第２凹部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記主面は、その中央部において基板に対向して最も大きなギャップを形成するような傾斜面によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記主面との間にギャップを形成するように基板を保持する保持体を備えたことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記主面の中央部に配置された前記保持体は、前記主面の周辺部に配置された前記保持体より高い高さを有することを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。