(57)【要約】【課題】液状体の塗布領域上部において均一性の高い蒸気濃度分布を実現する。【解決手段】乾燥炉外形５の内のステージ４の上に設置された基板１の上には、機能膜の溶液を塗布する塗布領域２の外側に立て板３が設けられている。立て板３の材質はステンレス鋼などの金属が用いられ、基板１上に設置される。基板１端部は、塗布領域２内では蒸気が発生し続けるのに対し、塗布領域外には蒸気の発生源がなく、塗布領域２外への拡散が起こるために濃度差が発生する。立て板３を設けることにより、基板１と平行な方向への蒸気の拡散が抑制され、塗布領域２端部の蒸気濃度が基板１中央部の蒸気濃度に近づいていく。立て板３の高さの選択により拡散の抑制効果を得られ、塗布領域２上で均一性の高い蒸気濃度分布を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に塗布領域を設定し、前記塗布領域に溶液を塗布した後に乾燥させて機能膜を形成する乾燥方法であって、
前記基板上における前記塗布領域周辺に立て板を設置した状態で前記溶液を乾燥させる、
乾燥方法。
【請求項２】
前記立て板は、前記塗布領域の端部より０．５〜１ｍｍの距離をあけて設置された、
請求項１に記載の乾燥方法。
【請求項３】
前記立て板は、高さ５〜３０ｍｍである、
請求項１または２に記載の乾燥方法。
【請求項４】
前記立て板は、前記基板全周にわたって設置された、
請求項１から３いずれか１項に記載の乾燥方法。
【請求項５】
基板を設置するステージと、
前記基板に設定された塗布領域に溶液を塗布する塗布機構と、
前記塗布領域に塗布された溶液を乾燥させて機能膜を形成する乾燥機構と、
前記基板上における前記塗布領域周辺に設置される立て板と、を備えた、
乾燥装置。
【請求項６】
前記立て板は、前記塗布領域の端部より０．５〜１ｍｍの距離をあけて設置された、
請求項５に記載の乾燥装置。
【請求項７】
前記立て板は、高さ５〜３０ｍｍである、
請求項５または６に記載の乾燥装置。
【請求項８】
前記立て板は、前記基板全周にわたって設置された、
請求項５から７いずれか１項に記載の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ある機能を持った物質を溶媒に溶解させて液状体とし、この液状体を基板に塗布した後に、乾燥により成膜を行う技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器には、乾燥によって機能膜を得た電子デバイスを使用しているものが多くある。例えば、ディスプレイとして使用される光学素子は、ガラス板上に配置された隔壁で区切られた画素領域（セル）へ機能膜が形成される。ディスプレイでは、輝度ムラや色ムラのない高画質なもの（品質のよいもの）が求められる。これは、セル内に形成される画素（機能膜）厚さと密接な関係があり、画素厚さにばらつきがあると、品質低下の原因となる。
【０００３】
画素厚さにおけるばらつきの１つに面内ムラと呼ばれるものがある。ディスプレイのパネル面上には多数のセルが存在する。セル内に形成された画素のセル内における平均厚さが均一でない場合には、画素厚さによって輝度や色に変化が生じ、パネル面上において部分的に明るすぎるところ、暗いところ、色が異なるところ等が発生する。これらを防ぐため、各セル内の画素の平均膜厚は均一になることが求められる。
【０００４】
光学素子は、原体となる材料を有機溶媒に溶解して作成したインクを基板上に塗布し、減圧下で溶媒を乾燥させて機能膜を形成するという方法で製造される。だが、機能膜の形状はインクを構成する溶媒の蒸発速度に大きく影響され、また、蒸発速度は基板上の溶媒蒸気濃度に依存する。そのため、パネル面上において溶媒の蒸気濃度を均一にして乾燥することが必要となる。
【０００５】
従来の乾燥方法としては、例えば特許文献１のように、基板の一面側における空間を、基板の外形に合わせて物理的に区画した上で乾燥させるものがある。図４は、特許文献１に記載された従来の乾燥方法を示す図である。
【０００６】
図４において、基板１に液状の個体パターン６が塗布されている。基板１の塗布側に区画のための仕切り部材７が設置され、さらに仕切り部材７の上には貫通孔９を多数有する整流板８が設置される構造となっている。個体パターン６の配置領域と仕切り部材７によって区画された空間領域との基板面内距離は、個体パターン６を構成する液状体蒸気の平均自由工程ないしその１００倍の距離の範囲内で設定されている。かかる構造によって、整流板８を通って液状体蒸気の流れが均一となるため、蒸気濃度が均一に保って乾燥することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−９０２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような従来の構成では、液状体の個体パターンと区画領域境界との基板面内距離が液状体蒸気の平均自由工程の１００倍以内という規定を設けている。大気中における気体の平均自由工程は数十ｎｍオーダであり、その１００倍でも高々数μｍオーダであるため、従来の構成でのモノづくりは非常に厳しい条件となる。
【０００９】
また、区画領域境界の高さについては制限がないが、区画領域境界が高いほど装置としてのスペースを必要とする一方、高さによっては所望の均一性を有する蒸気濃度分布が得られないという課題を有している。さらには、多孔体整流板を使うと装置の部品点数が増え、コスト増加にもつながることになる。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するものであり、液状体の塗布領域上部において均一性の高い蒸気濃度分布を実現することを可能とした乾燥方法および乾燥装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明に係る乾燥方法は、基板に塗布領域を設定し、前記塗布領域に溶液を塗布した後に乾燥させて機能膜を形成する乾燥方法であって、前記基板上における前記塗布領域周辺に立て板を設置した状態で前記溶液を乾燥させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の乾燥装置は、基板を設置するステージと、前記基板に設定された塗布領域に溶液を塗布する塗布機構と、前記塗布領域に塗布された溶液を乾燥させて機能膜を形成する乾燥機構と、前記基板上における前記塗布領域周辺に設置される立て板と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、液状体蒸気の濃度分布を均一にすることで、乾燥後に基板上に形成される機能膜の均一性を高くすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１における乾燥方法を行う基板の概略を示す図であって、（ａ）長手方向の断面図、（ｂ）上面図、（ｃ）斜視図
【図２】本実施形態１における解析で得られた蒸気濃度分布を示すコンター図
【図３】本実施形態１における解析で得られた基板上の蒸気濃度分布図であって、（ａ）立て板がない場合の蒸気濃度分布図、（ｂ）塗布領域端から立て板までの距離が１ｍｍの場合の蒸気濃度分布図、（ｃ）塗布領域端から立て板までの距離が０．５ｍｍの場合の蒸気濃度分布図、（ｄ）塗布領域端から立て板までの距離が２ｍｍの場合の蒸気濃度分布図
【図４】従来の乾燥方法を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における乾燥方法を示す概略図であって、（ａ）は長手方向の断面図であり、（ｂ）は上面図であり、（ｃ）は斜視図である。
【００１７】
図１において、基板１は、乾燥装置の乾燥炉外形５の内に設けられているステージ４の上に設置されている。基板１の上には、機能膜となる材料を溶媒に融解させた溶液が塗布機構（例えばノズルなど）を用いて塗布される塗布領域２と、塗布領域２の外側に設けられた立て板３が存在する。立て板３の材質としては、ステンレス鋼などの金属がよく用いられる。また、立て板３は、蒸気の流れを制御する目的で設置するので、基板１の全周にわたって設置されることが好ましい。
【００１８】
溶液の塗布・乾燥過程においては、基板１に電気を流すことはないため、絶縁性を考慮する必要はなく、基板１の上に立て板３を設置することが可能である。したがって、立て板３は、塗布領域２に塗布される溶液の溶媒によって溶解・腐食されることがなければ樹脂材料などであってもよい。溶液の乾燥過程は、乾燥装置内の乾燥機構を用いて行われる。
【００１９】
また、立て板３は塗布領域２内に入り込まなければよく、可能であれば塗布領域２の端に隣接する、つまりは塗布領域２端部からの距離０の位置に設けてもよい。
【００２０】
また、立て板３の塗布領域２端部からの距離は特に制限はないが、溶液の乾燥後に得られる機能膜の厚さを均一にするという目的を達するには５０ｍｍ以内であることが望ましい。さらには、適切な距離の範囲が存在するが、これについては後述する。
【００２１】
塗布領域２に塗布された溶液からは蒸発によって蒸気が生成され、蒸気は乾燥炉外形５の内部空間へ、下記（数１）に示す拡散方程式に従って拡散する。
【００２２】
【数１】
2011240309.tif 000003
【００２３】
また、液状体から蒸発して生成される蒸気は、蒸気の濃度と蒸発速度との間に、下記（数２）の関係がある。
【００２４】
【数２】
2011240309.tif 000004
【００２５】
上記（数２）からもわかるように、蒸発速度は蒸気の濃度勾配に比例する。溶液を乾燥させた後に形成される膜形状は、溶液（液状体）の蒸発速度と相関がある。そのため、塗布領域２の全面にわたって均一性の高い膜形状を得るためには、塗布領域２上面の蒸気濃度分布を均一性の高い分布とする必要がある。
【００２６】
また、上記（数２）は、空間内における蒸気の移動速度も表しており、濃度勾配の大きな場所ほど蒸気の移動が多いことも示している。
【００２７】
ここで、均一性の高い蒸気濃度分布を得るための方法を検討するため、数値解析によって蒸気濃度分布の計算を行った。ここでは、溶液の溶媒としてシクロヘキシルベンゼンを用いて計算を行った例で説明する。
【００２８】
解析に用いたモデルは、図１と同等のものである。基板１の大きさは３７０ｍｍ×４７０ｍｍであるが、長手方向での２次元断面を解析の対象領域とし、さらには図形の対称性を利用して、対称軸で分割した１／２のモデルを用いて解析を実施した。解析には、アンシス・ジャパン株式会社製の汎用流体解析ソフトＦＬＵＥＮＴを使用した。基板１上に塗布領域２を設けると、塗布領域２からは蒸発速度Ｊｓに相当する蒸気が発生する。乾燥炉内の圧力および温度については、大気圧下、室温（２５℃）とした。
【００２９】
図２は、立て板３がない場合について、塗布終了後（蒸発開始）から１２０秒後の基板１上における蒸気濃度を示したコンター図である。また、図３（ａ）は、この場合における基板１上で、基板より０．１ｍｍ上方における蒸気濃度分布を示している。図３（ａ）において、横軸は基板１中央からの位置を示している。縦軸に示す蒸気濃度は、基板１中央における蒸気濃度で無次元化した値で示している。この定義に従えば、無次元化蒸気濃度は基板１中央で１となり、他の位置においては、無次元化蒸気濃度が１に近い値に集まるほど、すなわち無次元化蒸気濃度分布の最大値と最小値の差が小さいほど、均一性が高いという指標になる。
【００３０】
図２，図３（ａ）の双方からわかるように、蒸気濃度は、基板１中央部ではほぼ一定の値を示しているが、基板１中央部から離れるに従って徐々に低くなり、基板１端部近傍では急激に低くなる。上記（数２）から考えると、基板１中央部においては、基板１上のある点における蒸気濃度は周囲の蒸気濃度とほとんど差がない。そのため、基板１と平行な方向への蒸気の移動はほとんど起こらず、蒸気濃度はほぼ一定の状態が保たれる。一方、基板１端部においては、塗布領域２内では蒸気が発生し続けるのに対し、塗布領域２外には蒸気の発生源がなく、塗布領域２外への拡散が起こるために濃度差が発生する。
【００３１】
これらの現象から考え、発明者らは、塗布領域２端における蒸気の拡散を抑制すれば、均一性の高い濃度を得られることを見出した。
【００３２】
図３（ｂ）は、図１（ａ）に示す塗布領域２の端から１ｍｍ離れたところに立て板３を設置した場合の蒸気濃度分布を示している。縦軸の蒸気濃度分布については、上述と同様の方法で無次元化して示している。図３（ｂ）には、立て板３の高さを５〜７０ｍｍまで変えた結果を示している。また、下記（表１）には、濃度ばらつきを示す指標として、各立て板高さに対する無次元化蒸気濃度の最大値と最小値の差（無次元化濃度幅）を示している。
【００３３】
【表１】
2011240309.tif 000005
【００３４】
図３（ａ），（ｂ）を比べると明らかなように、立て板３があることによって蒸気の拡散が抑制され、塗布領域２端部における蒸気濃度が基板１中央部の蒸気濃度に近づいていることがわかる。これは、立て板３によって基板１と平行な方向への拡散は抑制されるためであると考えられる。また、これらの図から、立て板３が低い場合には拡散の抑制効果が小さく、塗布領域２内での濃度上昇効果は塗布領域２端部のごく近傍に限られていることが読取れる。
【００３５】
立て板高さが８．５ｍｍまではこの状態にあると言える。立て板３が高くなるにしたがって拡散の抑制効果は大きくなり、立て板３がない場合には空間内へ広がっていくべき蒸気が立て板３で跳ね返り、立て板３近傍で蒸気の濃度が高くなる。立て板３近傍で濃度が高くなっていると、逆に蒸気の濃度が低くなっている塗布領域２中央部へ蒸気が移動していくため、塗布領域２内中央部分での濃度が再び大きくなる。
【００３６】
立て板高さ３０ｍｍにおける分布はこの遷移状態にあたる分布を示していると思われ、そのため、基板１中央部よりも離れたところで無次元化蒸気濃度が最大値を示している。また、立て板高さ７０ｍｍでは、拡散抑制効果が塗布領域２全域にわたって現れた状態と考えられ、塗布領域２中央部近傍で最大値を示す分布に戻る。ただし、塗布領域２中央部と端部における濃度差は小さくなっている。
【００３７】
以上の傾向から考えると、塗布領域２内における蒸気濃度分布を均一にするための立て板高さには、適当な範囲が存在することがわかる。
【００３８】
ここで、塗布領域２内に塗布され乾燥後に形成される機能膜については、製造上の条件の１つとして、膜厚さのばらつきを１０％以内に抑えることが求められる。乾燥後の膜厚は、乾燥中の塗布領域２上部空間の蒸気濃度分布に大きく依存し、厚さばらつきを１０％以内に抑えるためには、蒸気濃度分布を５％以内とする必要がある。
【００３９】
蒸気濃度分布のばらつきを５％以内で収めようとすると、立て板３の高さとしては５〜３０ｍｍの範囲にするか、あるいは７０ｍｍ以上にすればよいことがわかる。しかし、７０ｍｍ以上の立て板３は５〜３０ｍｍの立て板３と比べると当然ながら材料コストが上がるので、材料コストの観点から、５〜３０ｍｍが立て板３の高さの最適範囲と言える。
【００４０】
塗布領域２端部から立て板３までの距離を０．５ｍｍおよび２ｍｍに変えた解析も実施した。図３（ｃ）は距離０．５ｍｍとした場合の、また図３（ｄ）は距離２ｍｍとした場合の無次元化蒸気濃度分布を示している。図３（ａ），（ｂ）と同様、基板より０．１ｍｍ上での蒸気濃度を、基板中央における値で無次元化した分布としている。また、（表２）には無次元化蒸気濃度分布の最大値と最小値の差（無次元化濃度幅）を示している。
【００４１】
【表２】
2011240309.tif 000006
【００４２】
前述と同様に、蒸気濃度差を５％以内とすることを考えると、距離０．５ｍｍの場合はいずれの場合も条件を満たしており、立て板高さが５ｍｍ以上であればよいことになる。逆に、距離２ｍｍの場合はいずれの場合も条件を満たしていない。７０ｍｍ以上に条件を満たす領域が存在する可能性はあるが、材料コスト面から考えると適当ではない。このことから、蒸気濃度差５％以内を実現するためには、少なくとも塗布領域２端部から１ｍｍ以内の距離に立て板３を設ける必要があることがわかる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、モデルを示した図１（ａ）からも明らかなように、特許文献１の図４に見られるような整流板８がなくても均一性の高い濃度分布を実現していることから、部品点数を削減することも可能である。そのため、材料コスト面からも有利である。
【００４４】
また、立て板３の材質については特に問わないが、溶液に使われる溶媒に対する腐食性を考慮すると金属材料が望ましい。
【００４５】
かかる構成によれば、立て板３の塗布領域２端部からの距離を０．５〜１ｍｍ、立て板３の高さを５〜３０ｍｍとすることにより、塗布領域２上面外への蒸気の拡散が抑えられ、塗布領域２上面における蒸気濃度分布を濃度差５％以内で均一性を高めることができる。
【００４６】
なお、本実施形態において、塗布領域には全面にわたって溶液が塗布された状態で説明したが、例えば光学素子形成に用いられる構造のように、隔壁で区分けされた構造中の各セルに溶液を塗布したようなものに対してもこの方法は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る乾燥方法および乾燥装置は、液状体の蒸発によって発生する蒸気の濃度分布の均一性を高める効果を有し、ディスプレイの光学素子形成や回路基板形成等の、溶液を乾燥させて機能膜を形成するあらゆるプロセスへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  基板
２  塗布領域
３  立て板
４  ステージ
５  乾燥炉外形
６  個体パターン
７  仕切り部材
８  整流板
９  貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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