JP2010054070A - 減圧乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布液の乾燥後に形成される膜の膜厚のバラつきの低減を図った減圧乾燥装置を提供する。
【解決手段】減圧乾燥装置１０は、基板１上に塗布された塗布液を乾燥させる際に使用され、基板１を載置する載置台１１と、載置台１１に上方から対向するように配置され、多孔質材料から形成される排気整流部１２と、排気整流部１２の周囲を隙間なく囲むように設けられる側壁部１３と、載置台１１と側壁部１３との間に配置されるシール材１４と、基板１が載置台１１に載置された状態で、基板１と排気整流部１２との間に配置されるスペーサ部１５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に塗布された塗布液を減圧雰囲気下において乾燥させる減圧乾燥装置に関する。

従来より、液晶パネル、有機ＥＬ(Electro-Luminescence)パネル、電子ペーパなどの製造において、インクジェット法などによるパターニング技術が用いられている。カラーフィルタ、有機ＴＦＴ(Thin Film Transistor)、有機ＥＬ、配線、ＴＦＴ絶縁膜などは、基板上に区画された領域に塗布された液状の材料が、乾燥処理により溶媒が除去されることで形成される。乾燥処理における溶媒の乾燥速度は、周囲に溶媒が少ない、塗布領域の端部では速くなり、周囲に溶媒が多い、塗布領域の中央部では遅くなる。乾燥速度の速い塗布領域の端部には、その隣接する領域から塗布液が流入してくる。そのため、塗布液が乾燥した後に形成される膜の膜厚は、塗布領域の端部の方が中央部より厚くなり、パターニングされる素子の特性も異なってしまう。従来から、乾燥速度を均一に速く行うために、減圧乾燥装置が用いられているが、膜厚を十分に均一にすることができていない。

基板サイズが大きい場合でも、パネル面内における有機膜の膜厚バラつきを低減し、パネル発光むらが低減された有機ＥＬパネルの製造方法を開示した先行文献として特許文献１がある。図７は、特許文献１に記載の減圧乾燥装置の概略図である。この方法によれば、減圧容器３６内の載置台３１上に基板３を載置する。基板３に対向する面に複数の開口部３５が設けられた、開口形成部３３および側壁部３４を含むキャップ状の排気調整具３２で基板３を覆う。この状態で、減圧容器３６内を排気口３７から排気することにより、基板上の塗布液を乾燥している。
特開２００７−２３４３９０号公報

上述のような、特許文献１に記載の減圧乾燥装置では、複数の開口が基板表面上方において分散して点在しているため、排気の際、開口部直下ではその周囲よりも排気速度が速くなってしまう。そのため、基板上に塗布された塗布液の乾燥速度は、開口部直下の方がその周囲よりも速くなり、形成される膜の膜厚は、開口部直下の方がその周囲よりも厚くなり不均一になってしまう。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、塗布液の乾燥後に形成される膜の膜厚のバラつきの低減を図った減圧乾燥装置を提供することを目的とする。

本発明に係る減圧乾燥装置は、基板上に塗布された塗布液を乾燥させる際に使用され、基板を載置する載置台と、載置台に上方から対向するように配置され、多孔質材料から形成される排気整流部と、排気整流部の周囲を隙間なく囲むように設けられる側壁部と、載置台と側壁部との間に配置されるシール材と、基板が載置台に載置された状態で、基板と排気整流部との間に配置されるスペーサ部とを備えている。

本発明によれば、塗布液の乾燥の際に行なう排気により発生する気流を整流化することにより、乾燥速度を均一にして、乾燥後に形成される膜の膜厚のバラつきを低減することができる。

実施の形態１
以下、発明の実施の形態１における減圧乾燥装置について、図１〜４を参照しながら説明する。

図１は発明の実施の形態１における減圧乾燥装置の構成を示した断面図である。図１に示すように、減圧乾燥装置１０では、基板１が載置台１１の上面に載置される。基板１の上方から対向するように排気整流部１２が配置される。排気整流部１２の周囲を隙間なく囲むように、側壁部１３が設けられる。側壁部１３の取囲む領域に包含される基板１が側壁部１３の内側に載置されて、載置台１１と側壁部１３との間にシール材１４が狭持される。側壁部１３の上部に、排気口１８が形成された蓋部１６が接続される。側壁部１３と蓋部１６とを接合する接合材１７が設けられる。基板１が載置台１１に載置された状態で、基板１と排気整流部１２との間にスペーサ部１５が配置される。

基板１は、たとえば、ガラスまたはシリコンなどから形成される基板であり、基板１上に、インクジェット法またはスピンコート法などの印刷法によって液状の塗布液が塗布されている。載置台１１は、基板１を載置する面が基板１より大きい、たとえば、平らなステンレス製の台で構成される。

排気整流部１２は、微小な空孔を無数に有し、空孔が不規則に繋がっている平板であり、たとえば、アルミナなどの多孔質材料から形成される。空孔の直径は、排気整流部１２において排気流路径となるものであり、たとえば、１０μｍ〜１００μｍである。排気整流部１２の大きさは、基板１上の塗布領域より大きく形成され、厚さは、排気するのに適した厚さであることが必要であり、たとえば、厚さ５ｍｍである。

側壁部１３は、たとえば、ステンレスなどから形成され、排気整流部１２の外周に、気密性が保てるように隙間なく配置される。たとえば、側壁部１３と排気整流部１２との接触部にシール材などを設けることにより気密性を確保する。

蓋部１６は、たとえば、ステンレスなどで形成され、中空の円柱または四角柱の形状で下方に開放部を有し、上方の中央に排気口１８が設けられる。排気口１８には、図示しない真空ポンプなどの排気手段が接続されている。蓋部１６と側壁部１３との間には、気密性を保持して接続するための接合材１７が設けられている。したがって、排気口１８から排気される気体は、すべて排気整流部１２を通過する。

シール材１４は、載置台１１と側壁部１３との接触部において、気密性を保持するために配置される。たとえば、Ｏリングなどのシール材料が使用される。このように配置することにより、載置台１１、側壁部１３および排気整流部１２で囲まれる空間に存在する空気を、排気整流部１２を通して排気することができる。

スペーサ部１５は、基板１と排気整流部１２との間の間隔を所定の間隔に維持するために設けられる。スペーサ部１５は塗布領域以外の基板１の表面と対向する位置に配置され、たとえば、基板１の四隅と対向する位置に設けられる。本実施の形態では、スペーサ部１５の高さは０．３ｍｍとしたが、これに限定されるものではない。排気整流部１２とスペーサ部１５とを一体で形成してもよい。一体に形成した場合には、スペーサ部１５を排気整流部１２とは別に配置する必要がないため、取扱いが容易になる。一方、排気整流部１２とスペーサ部１５とを別に形成する場合には、スペーサ部１５のみを交換することにより、基板１と排気整流部１２との間の所定の間隔を変更することができる。上述の基板１と排気整流部１２との間の所定の間隔を精度良く維持するために、スペーサ部１５は、容易に変形しない剛体で形成される。

以下、上記の減圧乾燥装置１０の機能を説明する。載置台１１上に基板１を載置した状態で、排気手段によって排気口１８から排気される。排気により、まず、蓋部１６と排気整流部１２とに囲まれる空間に存在する空気が排出される。さらに排気されると、排気整流部１２の多孔質材料を通して、排気整流部１２、側壁部１３および載置台１１にて囲まれる空間の空気が排出される。排気により、減圧乾燥装置１０の内部の圧力が低下すると、側壁部１３と載置台１１との間に狭持されているシール材１４は、外部との圧力差によって押しつぶされるように変形して、より気密性を増す。

図２は、図１に示す減圧乾燥装置において、減圧中の基板と排気整流部との所定の間隔を説明する図である。図２に示すように、減圧中の排気整流部１２と基板１との所定の間隔をＬ１に設定する。この場合、Ｌ１は、側壁部１３が排気整流部１２の下面から突き出している長さＬ２と、変形後のシール材１４の厚さＬ３との和から、基板１の厚さＬ４を引いた値(Ｌ２＋Ｌ３−Ｌ４)になる。基板１と排気整流部１２との間隔Ｌ１が大きく離れている場合は、その間隔Ｌ１はシール材１４の変形量に対して大きく、シール材１４の変形は無視することができる。しかし本実施の形態のように、基板１と排気整流部１２との間隔Ｌ１が、たとえば０．３ｍｍ程度の微小な値である場合は、シール材１４の変形量を無視することができない。一般に、シール材１４にはＯリングなどが用いられるため変形量が大きく、変形後の高さを正確に制御することは難しい。特に、減圧乾燥装置が大きくなるほど大きなシール材１４が必要となり、シール材１４の変形量も大きくなって厳密な制御が難しくなる。

そこで、本実施の形態では、排気整流部１２の基板１と対向する面に、スペーサ部１５を設けている。排気中にシール材１４が変形し、基板１と排気整流部１２との間隔が縮小する際、スペーサ部１５が基板１と接触した状態から、それ以上にこの間隔は縮まることがない。このように、排気前の状態において、上記長さＬ２と変形前のシール材１４の厚さＬ３との和が、上述の減圧中の排気整流部１２と基板１との所定の間隔Ｌ１に基板１の厚さＬ４を加えた値(Ｌ１＋Ｌ４)よりもわずかに大きくなるようにする。さらに、排気後の状態において、上記長さＬ２と変形後のシール材１４の厚さＬ３との和が、上述の減圧中の排気整流部１２と基板１との所定の間隔Ｌ１に基板１の厚さＬ４を加えた値(Ｌ１＋Ｌ４)よりもわずかに小さくなるようにする。その結果、上述の減圧中の基板１と排気整流部１２との所定の間隔Ｌ１は、スペーサ部１５の高さにより決定することができ、正確に制御することが可能になる。また、排気時には排気整流部１２の基板側の面全体には、基板１から排気整流部１２の方向へ気流が発生している。上述の減圧中の基板１と排気整流部１２との所定の間隔Ｌ１が、たとえば０．３ｍｍ程度の微小な値である場合、この気流により基板１が浮き上がり、排気整流部１２に吸着される危険性がある。スペーサ部１５は、このような基板１の浮き上がり防止にも効果を有する。

以下、本実施の形態による減圧乾燥装置の作用を説明する。基板１上の塗布液から溶媒が蒸発する場合、周囲に塗布液が多い塗布領域中央部に存在する塗布液は、蒸発した溶媒が塗布液表面に多く存在するため溶媒が蒸発しにくい。一方、周囲に塗布液が少ない塗布領域端部に存在する塗布液は、蒸発した溶媒が塗布液がない方へ広がりやすく、塗布液表面には蒸発した溶媒が少なくなり溶媒が蒸発しやすい。また、蒸発により液体として存在する分子の量が減ると、これを補うように他の部分から塗布液が流入してくる。そのため、蒸発が早い塗布領域端部では形成される膜の膜厚が厚くなる。

したがって、均一な乾燥を行ない、均一な膜を作製するには、塗布領域端部および中央部において塗布液表面の溶媒雰囲気を均一にする必要がある。溶媒雰囲気を均一にする方法として、塗布液から蒸発した溶媒が塗布液表面上に滞らないように排気し、塗布液表面上を高濃度溶媒雰囲気にしないことがある。つまり、塗布液から蒸発した溶媒を塗布領域全体にわたり均一に排気することにより、塗布液表面の全体を低濃度溶媒雰囲気とすることにより均一な乾燥を行なう。

本実施の形態に係る減圧乾燥装置１０では、排気整流部１２と蓋部１６との間には気密性が保持されているため、排気はすべて排気整流部１２を通して行なわれる。排気整流部１２は、多孔質材料から形成されているため圧力損失が大きい。そのため、まず蓋部１６と排気整流部１２とで囲まれる空間に存在する空気から排気されて、その空間の圧力が低下する。次に、排気整流部１２、側壁部１３および載置台１１で囲まれる空間に存在する空気が排気されて、その空間の圧力が低下する。このとき、先に減圧される排気整流部１２の蓋部１６側の面には均一な負圧が発生している。一方、排気整流部１２の基板１側の面では、面に垂直方向に吸引される気流が面全体にわたり均一に発生している。この気流は、排気整流部１２の表面に近いほど面全体にわたり速度および方向が均一であり、表面から離れるほど不均一になる。

したがって、基板１上の塗布領域全体から均一に塗布液を乾燥させるための気流を発生させるためには、排気整流部１２と基板１の表面との距離を近接させる必要がある。基板１と排気整流部１２との間隔が狭いほど、乾燥後に形成される膜の膜厚は均一になる。本実施の形態においては、基板１と排気整流部１２との間隔を０．３ｍｍとしたが、この間隔は必要とされる膜の均一性の程度に応じて変更することができる。

図３は、発明の実施の形態１における、基板上の一部について減圧乾燥を行なっている減圧乾燥装置の構成を示した断面図である。図３で示した減圧乾燥装置１０の構成は、図１で示した減圧乾燥装置１０と同一であるため、各構成に関する説明は省略する。図１で示した減圧乾燥装置１０と異なる点は、側壁部１３の取囲む領域よりも大きな基板１上に側壁部１３が載置され、基板１上の塗布液の乾燥領域を含む範囲が側壁部１３の内側に配置されている点である。基板１上に部分的に塗布された塗布液を乾燥する場合、基板１全体を減圧乾燥装置１０で覆う必要がない。図３で示した減圧乾燥装置１０は、基板１上の乾燥を行なう部分だけを覆うことにより、減圧乾燥装置１０の小型化を図ったものである。

図４は、図３に示す減圧乾燥装置において、減圧中の基板と排気整流部との所定の間隔を説明する図である。図３に示した減圧乾燥装置１０について、図２と同様に、減圧中の排気整流部１２と基板１との所定の間隔をＬ１に設定した場合である。この場合、Ｌ１は、側壁部１３が排気整流部１２の下面から突き出している長さＬ２と、変形後のシール材１４の厚さＬ３との和になる。図４で示した構成は、図２と同一であるため説明は省略する。

実施の形態２
図５は、発明の実施の形態２に係る、減圧乾燥装置に図７に示した従来の減圧乾燥装置の減圧容器３６と同様の機能を有する減圧容器２６を配置した場合の構成を示した断面図である。図５に示すように、図示しない真空ポンプなどの排気手段に接続された排気口２７を有する減圧容器２６の内部に配置される載置台２１上に基板２を載置する。減圧容器２６は、図１で示した発明の実施の形態１に係る蓋部１６に対応するものであり、機能は同一である。つまり、排気手段によって排気口２７から排気されると、まず減圧容器２６内の圧力が下がり、排気整流部２２の減圧容器２６側の面に均一な負圧が発生する。一方、排気整流部２２の基板２側の面全体に面に垂直方向の気流が均一に発生する。よって、基板２に塗布された塗布液は、均一に乾燥されて、乾燥後に形成される膜の膜厚を均一にすることができる。このような構成にすることで、蓋部１６に代えて減圧容器２６を用いて本発明を実施することができる。

実験例
図６は、減圧乾燥装置を用いて、ガラス基板に塗布した塗布液の減圧乾燥により形成された膜の膜厚の測定結果を示したグラフである。塗布液は、有機溶剤に高分子材料を溶解させた溶液を用いた。載置台１１は、厚さ１５ｍｍのステンレス製の台を使用した。排気整流部１２は、厚さ５ｍｍ、平均空孔径６０μｍ、空孔率３３％のアルミナ製の多孔質セラミックを使用した。蓋部１６は、側壁部１３と接続される開口部の内径が１３０ｍｍ、高さが８５ｍｍ、排気口１８の内径が２５ｍｍであるステンレス鋼板を使用した。側壁部１３と載置台１１との間に、シール材１４としてシリコンゴムを配置した。基板１と排気整流部１２との間隔は０．３ｍｍおよび１．３ｍｍの２条件で実験を行なった。排気口１８に排気ポンプを接続し、減圧乾燥装置１０全体を図示しないホットプレート上に設置することで、載置台１１の底面を４０℃に加熱し、排気流量３２０Ｌ／ｍｉｎで２５分間減圧乾燥処理を行なった。

図６には、基板１と排気整流部１２との間隔Ｌ１が０．３ｍｍのときの測定結果を実線で、その間隔Ｌ１が１．３ｍｍのときの測定結果を点線で示す。横軸に測定位置を示し、左側にいくほど基板１の端部に近く、右側にいくほど基板１の中央部に近い。縦軸は，基板１全体における平均的な膜厚を１００％として、測定位置における膜厚を平均膜厚からの相対的な変化率として示している。また、従来の減圧乾燥装置を用いて乾燥処理を行ったときの測定結果を一点鎖線により示す。従来の減圧乾燥装置を用いた減圧乾燥処理では、膜の端部周辺において膜厚が厚くなっている。一方、本発明の実験例では、基板１と排気整流部１２との間隔Ｌ１を０．３ｍｍとした方が１．３ｍｍとした方よりも、形成された膜の膜厚を薄く均一に形成することができた。よって、基板１と排気整流部１２との間隔Ｌ１を狭く設定した方が、基板１の端部まで膜厚を均一にすることができ、本発明による減圧乾燥装置を用いることで、乾燥後に形成される膜の膜厚の均一化が実現できることが認められた。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

発明の実施の形態１における減圧乾燥装置の構成を示した断面図である。 図１に示す減圧乾燥装置において、減圧中の基板と排気整流部との所定の間隔を説明する図である。 発明の実施の形態１における、基板上の一部について減圧乾燥を行なっている減圧乾燥装置の構成を示した断面図である。 図３に示す減圧乾燥装置において、減圧中の基板と排気整流部との所定の間隔を説明する図である。 発明の実施の形態２に係る、減圧乾燥装置に図７に示した従来の減圧乾燥装置の減圧容器と同様の機能を有する減圧容器を配置した場合の構成を示した断面図である。 減圧乾燥装置を用いて、ガラス基板に塗布した塗布液の減圧乾燥により形成された膜の膜厚の測定結果を示したグラフである。 特許文献１に記載の減圧乾燥装置の概略図である。

符号の説明

１，２，３ 基板、１０，２０，３０ 減圧乾燥装置、１１，２１，３１ 載置台、１２，２２ 排気整流部、１３，２３，３４ 側壁部、１４，２４ シール材、１５，２５ スペーサ部、１６ 蓋部、１８，２７，３７ 排気口、１７ 接合材、２６，３６ 減圧容器、３２ 排気調整具、３３ 開口形成部、３５ 開口部。

Claims (5)

1. 基板上に塗布された塗布液を乾燥させる際に使用される減圧乾燥装置であって、
   前記基板を載置する載置台と、
   前記載置台に上方から対向するように配置され、多孔質材料から形成される排気整流部と、
   前記排気整流部の周囲を隙間なく囲むように設けられる側壁部と、
   前記載置台と前記側壁部との間に配置されるシール材と、
   前記基板が前記載置台に載置された状態で、前記基板と前記排気整流部との間に配置されるスペーサ部と
   を備える、減圧乾燥装置。
2. 前記側壁部の取囲む領域に包含される前記基板が前記側壁部の内側に載置される状態において、前記シール材が前記載置台と前記側壁部との間に挟持される、請求項１に記載の減圧乾燥装置。
3. 前記側壁部の取囲む領域よりも大きな前記基板上に前記側壁部が載置され、前記基板上の前記塗布液の乾燥領域を含む範囲が前記側壁部の内側に配置される状態において、前記シール材が前記基板と前記側壁部との間に挟持される、請求項１に記載の減圧乾燥装置。
4. 前記側壁部の上部に接続され、排気口が形成されている蓋部と、
   前記側壁部と前記蓋部との間を接合する接合材と
   をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の減圧乾燥装置。
5. 前記スペーサ部が前記排気整流部に一体に形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の減圧乾燥装置。

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