JP2006292328A - 乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大版の基板に形成されたペーストを、安価に省エネルギで、かつ、面内を均一に乾燥し得る乾燥装置を提供する。
【解決手段】基板２３上に塗布されたペーストを乾燥する乾燥装置であって、ペーストが塗布された基板２３を搬送するローラハース式の搬送部２４と、基板２３のペーストが塗布された面に対向して設けたヒータ２５と、基板２３のペーストが塗布された面と反対側の面に対向して設けた遠赤外線放射塗料を塗布した輻射板２６とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板に塗布されたペーストから溶剤成分を蒸発させる乾燥装置に関し、特に大版のガラス基板などに塗布されたペーストを乾燥させるための乾燥装置に関する。

基板が大版のプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰという）などの電子デバイスにおいては、ガラスなどの無機材料基板上に、金属材料や無機材料によりなる構成要素が所定パターンで設けられている。例えば、ＰＤＰにおいては、ガラス基板上に放電空間を形成し、放電空間を区画するための隔壁や、電極、蛍光体層などが設けられている。また、厚膜配線基板や電子デバイス用基板などにおいては、導体配線や絶縁膜、抵抗体などが設けられている。これらの構成要素は、無機材料や金属材料粒子に有機材料や有機溶媒を混合させたペーストを厚膜印刷などを用いて塗布膜として基板上に形成し、この塗布膜を乾燥した後にパターン形成して設けられている。

このような大版の基板に塗布された塗布膜を乾燥する乾燥装置として、炉壁により囲まれたトンネル炉内に遠赤外線を放射するヒータを塗布膜上面に対向して設け、トンネル炉内を搬送させながら乾燥させる乾燥装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−８２５８３号公報

しかしながら、近年、ＰＤＰはその大画面化と、生産性向上のために使用する基板サイズが大版化する傾向にある。例えば、対角４２インチクラス（例えば、１０００×５５０×２．８（ｍｍ）程度）の基板に一枚ずつＰＤＰの構成物を形成する方法から、大版の基板上に複数の所定サイズＰＤＰの構成物を形成し、その後割断して所定サイズのＰＤＰを製造する、いわゆる多面取り工法を用いることによって生産性を向上させることができる。

このように、基板サイズが大版化した場合には、基板の熱容量が増大する。そのため、所定サイズの単一の基板の温度プロファイルと同様にするためにヒータの設定温度を高くする必要がある。しかし、ヒータ設定温度を高くすると、基板周縁部が基板中央部に比べ輻射の影響を強く受け、基板周縁部の基板温度が基板中央部の基板温度に比べより高くなる。このため、基板中央部に比べて基板周縁部の蒸発が先に進行することとなり、塗布膜の面方向に蒸発速度差が発生するという問題が生じる。塗布膜の蒸発速度の違いは、塗布膜の面方向、および厚み方向に構成要素の対流を生じさせ、乾燥処理後の塗布膜に濃度分布を生じさせる。これらの濃度分布差は、露光特性のバラツキを大きくしパターン形成時の寸法精度が悪化するとか、乾燥膜の欠陥が発生するなどの問題点を発生させる。

また、ヒータ設定温度が高くなるために消費電力量が増加するために、乾燥装置および製品のコストアップになるといった課題を生じる。

本発明はこのような課題を解決して、大版の基板に形成されたペーストを、安価で省エネルギで、かつ、面内を均一に乾燥し得る乾燥装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の乾燥装置は、基板上に塗布されたペーストを乾燥する乾燥装置であって、ペーストが塗布された基板を搬送する搬送手段と、基板のペーストが塗布された面に対向して設けたヒータと、基板のペーストが塗布された面と反対側の面に対向して設けた輻射板とを備えている。

このような構成によれば、基板に塗布されたペーストは、ヒータによる加熱とヒータによって加熱された輻射板からの加熱を受けることにより、基板の両面から加熱が可能となるため基板端部と基板中央との温度差を小さくすることができて基板を均一に加熱乾燥することができるとともに、ヒータの消費電力を小さくすることができる。

さらに、輻射板に遠赤外線放射塗料を塗布することが望ましく、輻射板から効率的に輻射熱を放射して大型基板を均一に加熱乾燥することが可能となる。

さらに、遠赤外線放射塗料の輻射率が０．９３以上であることが望ましく、輻射板からの輻射加熱を効率的に行うことができる。

さらに、搬送手段がローラハース式搬送手段であり、基板をペーストが塗布された塗布面を上面として搬送手段に載置し、塗布面の上面にヒータを設けてもよい。このような構成によれば、輻射板からの輻射熱をローラ間を通して効率的に基板に与えることができる。

さらに、複数のヒータユニットにより構成したヒータと、ヒータユニットの上部に設け基板に外部空気を供給する送風装置と、輻射板の下部に設け外部空気を排出する排気装置とを設けてもよい。このような構成によれば、ヒータによって輻射により基板加熱を行った熱以外の残余熱を導入した外部空気によって輻射板に回収し、輻射板によって基板を加熱することができるため、ヒータ電力を低減することができる。

本発明の乾燥装置によれば、基板面内の温度差を小さくすることができて基板を均一に加熱乾燥することができるとともに、ヒータの消費電力を小さくすることができる。

以下、本発明の乾燥装置について図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、大版の基板としてＰＤＰを取り上げ、ＰＤＰ構造物をガラス基板に形成する際の乾燥装置について説明するが、特にＰＤＰに限らずその他の電子デバイスなどの乾燥装置として用いることも可能なことはいうまでもない。

まず、ＰＤＰの構成について述べる。図１は面放電型ＰＤＰの構成を示す斜視図である。ＰＤＰは前面パネル５と背面パネル１０とにより構成されている。前面パネル５は、ガラス基板１の片面にストライプ状に形成された表示電極対２と、表示電極対２を覆う誘電体膜３と、誘電体膜３上に設けた保護膜４とを備えている。背面パネル１０は、ガラス基板６の片面にストライプ状に形成されたデータ電極７と、データ電極７を覆う下地誘電体膜８と、下地誘電体膜８上に設けた放電空間を区画するストライプ状の隔壁９と、隔壁９間の溝に塗布された蛍光体膜１１とを備えている。前面パネル５と背面パネル１０とを表示電極対２とデータ電極７とを対向させて配置し、隔壁９によって形成される放電空間に放電ガス（Ｎｅ−Ｘｅ系ガスやＨｅ−Ｘｅ系ガス）が充填されている。表示電極対２とデータ電極７は交差してその交差部が放電セルになる。つまり、放電セルはマトリックス状に配列され、赤色、緑色、青色の蛍光体膜１１を有する放電セルがカラー表示のための画素になる。

これらのＰＤＰを構成する構成物は以下のようにして製造される。一例として、前面パネル５の誘電体膜３について説明する。誘電体膜３は厚膜プロセスを用いて形成される。厚膜プロセスは、厚膜形成用のペーストをスクリーン印刷法やダイコート法などによって基板上に塗布し塗布膜を形成する。厚膜ペーストは、誘電体膜３を構成するガラス材料などの無機材料と、エチルセルロースやアクリルなどの熱分解性のよい樹脂成分と、塗布に適した所定の粘性を与えるためのテルピネオールやカルビトールアセテートなどの有機溶媒とを分散して混合している。誘電体膜３を形成する厚膜プロセスとしては、表示電極対２が形成されたガラス基板６上に表示電極対２を覆うようにペーストを塗布する。その後、ペースト中に含まれる有機溶媒を予め除去する乾燥処理が行われる。その後、ガラス材料などの無機材料を溶融固化させる焼成処理が行われて誘電体膜３が形成される。

乾燥処理はその後の露光処理、現像処理などのパターンニング処理の精度を高め、さらに焼成処理の際に焼成炉の溶媒蒸気濃度が高まることを防止するなど厚膜プロセスにとっては重要な処理プロセスである。ガラス基板６に塗布された塗布膜形状は、ペーストの乾燥処理の過程における有機溶媒の蒸発速度によって影響を受ける。塗布膜形状への影響の度合いは、温度、蒸気濃度により変化する蒸気圧分布による影響が強い。そのため、乾燥処理の過程においてガラス基板６の面内で大きな温度分布、および大きな蒸気濃度分布が生じると塗布膜の厚みに不均一が生じる。特にＰＤＰのような大型画面サイズの表示装置では、その基板サイズが大型化するとその不均一性が顕著になる。したがって、乾燥処理は、ガラス基板６の面内の温度分布と蒸気濃度分布を均一に保ちつつ実施されることが望まれる。

図２は、本発明の実施の形態における乾燥装置を示す断面図であり、乾燥装置の側面から見た断面図である。また、図３は、乾燥装置の正面から見た断面図である。

乾燥装置本体２０は架台２１と、架台２１に載置されたトンネル炉２２とより構成されている。トンネル炉２２内には、ペーストの塗布膜が形成された基板２３を搬送するためのローラハース式搬送手段である搬送部２４と、搬送部２４の上部に位置し基板２３に遠赤外線を放射するヒータ２５ａ、２５ｂ、２５ｃと、搬送部２４の下部に位置する輻射板２６ａ、２６ｂ、２６ｃとが設けられている。ヒータ２５ａ、２５ｂ、２５ｃは基板２３から、例えば２００ｍｍ程度の所定距離を隔てて基板２３と平行となるように配置されている。トンネル炉２２の両端側面部２７、２８にはトンネル炉２２へ基板２３を出し入れする開口部２９、３０が設けられている。また、本実施の形態においては基板２３として、いわゆる多面取りのＰＤＰ用ガラス基板を対象としており、サイズとして２４００ｍｍ×２０００ｍｍ程度の大版基板を対象としている。

また、トンネル炉２２のヒータ２５ａ、２５ｂ、２５ｃの上部には、トンネル炉２２内に外部空気を供給する送風装置としての給気ユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃが設けられ、輻射板２６ａ、２６ｂ、２６ｃの下部には外部空気を排出する排気装置としての排気ユニット３２ａ、３２ｂ、３２ｃが設けられている。給気ユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、空気供給源（図示せず）に接続されているダクト３３と、そのダクト３３を介して供給される空気を必要に応じて加熱するためのヒータ３４と、その空気から塵埃を除去するためのフィルタ３５と、体積流量を調整する流量調整弁３６（例えば、ダンパー）と、基板２３上の風速を均一化する流速調整板３７（例えば、パンチングメタル、ハニカム材、多孔質材）とをそれぞれ備えており、トンネル炉２２内に清浄な空気を供給するものである。また、給気ユニットの開口面積は、トンネル炉２２内で乾燥される最大の基板（例えば２４００ｍｍ×２０００ｍｍ×２．８ｍｍ程度）よりも各辺で２５０ｍｍ程度以上大きな面積となるように設定されている。

搬送部２４の下部に位置する輻射板２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、基板２３から、例えば２００ｍｍ程度の所定距離を隔てて基板２３と平行となるように、搬送部２４のローラハースを隔てトンネル炉２２内に設けられている。

基板２３は、搬送部２４によって図２の矢印Ｆ方向からトンネル炉２２内に投入されて連続的、あるいは間欠的に搬送される。その搬送過程において、ヒータ２５と輻射板２６とによって所定温度に加熱され、基板２３上に形成された塗布膜の有機溶媒を蒸発させて乾燥させられる。なお図２では、トンネル炉２２内をゾーン３８、ゾーン３９、ゾーン４０の３つの領域に区画し、それぞれ昇温領域、保持領域、降温領域の各温度領域に区画しているが、ゾーン数を任意に設定することが可能である。ヒータ２５と輻射板２６とは各ゾーン３８、３９、４０のトンネル炉２２上部に設けられ、輻射板２６は各ゾーン３８、３９、４０のトンネル炉２２下部に設けられている。

また、本発明の実施の形態では搬送部２４として、搬送部２４に載置された基板２３の裏面を加熱することができるように、ローラとローラの間に空隙を有するローラハース搬送方式を採用しているが、基板２３の下部に輻射板２６が設置可能で、基板裏面を加熱可能であればウォーキングビーム搬送方式などを採用しても構わない。

次に、図３は、本発明の実施の形態における乾燥装置を基板の搬送方向から見た断面図である。

図３に示すように、給気ユニット３１はヒータ２５の背面に向かって外部空気を供給するように配置されている。矢印で示す外部空気はヒータ２５を構成するマトリックス状に配置された複数の遠赤外線放射体よりなるヒータユニット４１の間の隙間を通り、ヒータ２５の下面に位置する基板２３に吹き付けられる。さらに外部空気は基板２３の端部へ流れ、基板２３とトンネル炉２２との間隙から輻射板２６に到達する。輻射板２６がヒータ２５を通過する際に加熱された外部空気や、トンネル炉２２を構成する炉壁からの輻射熱によって加熱される。例えば、ヒータ２５の温度を２００℃、基板２３の設定温度を１３０℃とすると、輻射板２６は１５０℃程度まで加熱される。ここで、輻射板２６の輻射率を０．９３以上の材料で構成することによって、輻射板２６によって基板２３を再加熱することが可能となる。

輻射板２６の具体的な構成としては黒皮金属板や遠赤外線放射塗料を塗布した金属板などが使用可能であり、遠赤外線放射塗料としては、例えばオキツモ株式会社製「Ｗ―５００」、「Ｗ―６００」、「Ｂ―６００」などを用いることができる。このような、輻射板２６の構成と配置によって、ヒータ２５に投入したエネルギのうち、ヒータ２５から基板２３に輻射加熱で使用された残余の熱エネルギを輻射板２６で回収し、基板２３を加熱するエネルギとして回収することができる。外部空気は、その後、排気ユニット３２ａ、３２ｂ、３２ｃからトンネル炉２２の外部に排出される。

図４は本発明の実施の形態における乾燥装置の、各ゾーンにおける基板２３と、ヒータ２５と輻射板２６との構成を示す斜視図である。本説明では、基板２３が矢印Ｆの方向に搬送される場合について、基板２３を中央部２３ｃ、搬送方向に直角な方向の両側端部２３ｓ、搬送方向の下流側端部２３ｆ、上流側端部２３ｒとして示している。図４に示すように、ヒータ２５は遠赤外線放射体よりなる複数個のマトリックス状に配列されたヒータユニット４１により構成され、複数のヒータユニット４１によってブロックとして区画した基板２３の１つのブロックを個別に制御して加熱するように構成している。トンネル炉の各ゾーンに対応して、基板２３の温度が、例えば１００℃〜１８０℃の範囲に設定され、なおかつその温度分布が均一になるようにそれぞれのヒータユニット４１への投入電力を制御している。また、個々のヒータユニット４１は１０ｍｍ程度の間隔を有して配列され、ヒータユニット４１の集合体としてのヒータ２５の面積が、基板２３の面積よりも大きくなるようにして支持固定されている。

従来の乾燥装置のように、基板２３を加熱するヒータ２５が基板２３の上面にのみ配置された構成の乾燥装置では、基板の両側端部２３ｓ、下流側端部２３ｆ、上流側端部２３ｒが中央部２３ｃに比べて温度が高くなる傾向があった。この理由は、ヒータ２５によって加熱された乾燥装置の筐体などからの熱エネルギが、主として基板２３の両側端部２３ｓ、下流側端部２３ｆ、上流側端部２３ｒを加熱する熱として付加されるからである。

一方、本発明の実施の形態では、図２、図３、図４に示すように、基板２３の下部にさらに輻射板２６を設けている。前述のように、輻射板２６を加熱する熱は、外部空気がヒータ２５のヒータユニット４１間を通過する際に加熱された熱あるいは乾燥装置の側壁などからの輻射熱であり、設定した基板温度よりも高い温度とすることができる。したがって、基板２３は輻射板２６によっても加熱されるため、基板２３の表面側と裏面側の２面から加熱されることになる。その結果、前述の基板２３を表面側のみから加熱した場合に比べ、端部の温度上昇を抑制して基板２３面内の温度分布の均一化を図ることができる。

このように、本発明の実施の形態における乾燥装置によれば、乾燥処理される基板の上面に設けたヒータと、基板の下面に設けた輻射板とによって加熱することによって、基板全面にわたっての均一加熱と加熱効率の向上を実現することができ、塗布膜の膜厚分布や組成分布を均一にすることができる。さらに、輻射板はヒータの残余の熱を回収して加熱できるためヒータへの投入電力を低減することができ、安価な乾燥装置を実現することができる。

以上述べたように本発明の乾燥装置によれば、大版の基板を、省電力で均一に乾燥加熱することができるため、ディスプレイデバイスや部品デバイスなどのペースト塗布膜の乾燥装置に有用である。

面放電型ＰＤＰの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態における乾燥装置を示す断面図 本発明の実施の形態における乾燥装置を基板の搬送方向から見た断面図 本発明の実施の形態における乾燥装置の各ゾーンにおける基板とヒータと輻射板との構成を示す斜視図

符号の説明

１，６ ガラス基板
２ 表示電極対
３ 誘電体膜
４ 保護膜
５ 前面パネル
７ データ電極
８ 下地誘電体膜
９ 隔壁
１０ 背面パネル
１１ 蛍光体膜
２０ 乾燥装置本体
２１ 架台
２２ トンネル炉
２３ 基板
２３ｃ 中央部
２３ｆ 下流側端部
２３ｒ 上流側端部
２３ｓ 両端側端部
２４ 搬送部
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，３４ ヒータ
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 輻射板
２７，２８ 両端側面部
２９，３０ 開口部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 給気ユニット
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 排気ユニット
３３ ダクト
３５ フィルタ
３６ 流量調整弁
３７ 流速調整板
３８，３９，４０ ゾーン
４１ ヒータユニット

Claims (5)

1. 基板上に塗布されたペーストを乾燥する乾燥装置であって、
   前記ペーストが塗布された前記基板を搬送する搬送手段と、前記基板の前記ペーストが塗布された面に対向して設けたヒータと、前記基板の前記ペーストが塗布された面と反対側の面に対向して設けた輻射板とを備えた乾燥装置。
2. 前記輻射板に遠赤外線放射塗料を塗布したことを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。
3. 前記遠赤外線放射塗料の輻射率が０．９３以上であることを特徴とする請求項２に記載の乾燥装置。
4. 前記搬送手段がローラハース式搬送手段であり、前記基板を前記ペーストが塗布された塗布面を上面として前記搬送手段に載置し、前記塗布面の上面に前記ヒータを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の乾燥装置。
5. 複数のヒータユニットにより構成した前記ヒータと、前記ヒータの上部に設けて乾燥装置内に外部空気を供給する送風装置と、前記輻射板の下部に設け前記外部空気を排出する排気装置とを設けたことを特徴とする請求項４に記載の乾燥装置。

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