(57)【要約】      （修正有）【課題】電極への液滴の付着や、帯電した液滴の反発などの問題を解消して、成膜速度を上げることができるようにする。【解決手段】表面側に薄膜が形成される基材４と、この基材４に対向配置されて、薄膜の原料となる溶液の液滴７を基材４へ向けて噴出可能な液滴噴出部８と、を備えた静電塗布装置で、液滴噴出部８と基材４との間の位置に、基材４へ向けて電荷３１を放出することにより、液滴噴出部８から噴出された液滴７を帯電させる電荷放出部３２を設け、この電荷放出部３２に、基材４へ向けて電荷３１を放出させるための電圧を印加する電圧発生部３３を接続し、更に、電荷放出部３２が、液滴噴出部８の側から基材４の表面側へ向けて延びる先鋭体４１とされる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側に薄膜が形成される基材と、
該基材に対向配置されて、薄膜の原料となる溶液の液滴を基材へ向けて噴出可能な液滴噴出部と、を備えた静電塗布装置において、
前記液滴噴出部と前記基材との間の位置に、前記基材へ向けて電荷を放出することにより、前記液滴噴出部から噴出された前記液滴を帯電させる電荷放出部を設けると共に、
該電荷放出部に、前記基材へ向けて電荷を放出させるための電圧を印加する電圧発生部を接続し、
更に、前記電荷放出部が、前記液滴噴出部の側から前記基材の表面側へ向けて延びる先鋭体とされたことを特徴とする静電塗布装置。
【請求項２】
請求項１に記載の静電塗布装置であって、
前記先鋭体とされた前記電荷放出部が、前記液滴噴出部から噴出された前記液滴の廻りを取り囲むように複数本設置されたことを特徴とする静電塗布装置。
【請求項３】
請求項２に記載の静電塗布装置であって、
前記先鋭体とされた複数の前記電荷放出部が、導電性環状部材によって互いに連結されたことを特徴とする静電塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高電圧の印加で液滴をイオン化させて、成膜速度を向上させた静電塗布装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機系や無機系の半導体デバイス、絶縁層や断熱層、電極などに用いられる薄膜を形成するために、静電塗布装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この静電塗布装置は、薄膜が形成される基材と、この基材に対向配置されて、薄膜の原料となる溶液の液滴を基材へ向けて噴出可能な液滴噴出部と、を備えたものとされる。
【０００４】
この静電塗布装置は、液滴噴出部から、対向配置された基材へ向けて薄膜の原料となる溶液の液滴を噴出することにより、基材の表面側に薄膜を形成することができる。
【０００５】
この際、液滴を帯電させて基材との間に電位差を生じさせることにより、液滴は、電位差によって基材へ強く引き付けられるようになる。
【０００６】
そこで、液滴噴出部と基材との間に高圧電源を接続して、両者間に電圧を印加することにより、液滴噴出部から噴出される液滴を帯電させるようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−４１９０８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、液滴噴出部の側に、単純に電極を設けた場合、液滴が電極へ付着して電極に液溜まりができるという不具合が発生するおそれがある。
【０００９】
また、液滴は電極と同じ極性に帯電されるので、電極を通過する時に帯電した液滴については電極を通ることができるが、電極を通過する前に帯電してしまった液滴は電極との反発によって電極を通過するのが困難になる。
【００１０】
そのため、上記したような原因などによって、液滴噴出部と基材との間に印加する電圧を高くしても、成膜速度が比例的に上がって行かないという現象が生じてしまう。
【００１１】
そこで、本発明は、上記した問題点を解決することを、主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、
表面側に薄膜が形成される基材と、
該基材に対向配置されて、薄膜の原料となる溶液の液滴を基材へ向けて噴出可能な液滴噴出部と、を備えた静電塗布装置において、
前記液滴噴出部と前記基材との間の位置に、前記基材へ向けて電荷を放出することにより、前記液滴噴出部から噴出された前記液滴を帯電させる電荷放出部を設けると共に、
該電荷放出部に、前記基材へ向けて電荷を放出させるための電圧を印加する電圧発生部を接続し、
更に、前記電荷放出部が、前記液滴噴出部の側から前記基材の表面側へ向けて延びる先鋭体とされたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上記構成によって、電極への液滴の付着や、帯電した液滴の反発などの問題を解消して、成膜速度を上げられるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態の実施例にかかる静電塗布装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の拡大図である。
【図３】図２の拡大図である。
【図４】薄膜の原料としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４-エチレンジオキシチオフェン）-ポリ（スチレンスルホン酸））を用いた場合（溶媒：水）の実験結果を示すグラフである。この場合において、縦軸は膜厚（ｎｍ）、横軸は電圧（ｋＶ）である。
【図５】薄膜の原料としてＦ８ＢＴ（ポリジオクチルフルオレンベンゾチアジアゾール）を用いた場合（溶媒：有機溶媒）の実験結果を示すグラフである。この場合において、縦軸は膜厚（ｎｍ）、横軸は電圧（ｋＶ）である。
【図６】比較例を示す図２と同様の拡大図である。
【図７】図６の拡大図である。
【図８】比較例で、薄膜の原料としてポリジオクチルフルオレンベンゾチアジアゾールを用いた場合（溶媒：オルトジクロロベンゼン）の実験結果を示すグラフである。この場合において、縦軸は膜厚（ｎｍ）、横軸は電圧（ｋＶ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図８は、この実施の形態を説明するためのものである。
【実施例１】
【００１６】
＜構成＞以下、この実施例の構成について説明する。
【００１７】
図１は、静電塗布装置１の全体構成を示すものである。
【００１８】
図の左側には、置台２の上に加熱装置３を介して、基材４が載置されている。この基材４は、表面側に薄膜５を形成させるためのものである。そして、置台２の上方には、基材４へ向けて薄膜５の原料となる溶液６の液滴７を噴出可能な液滴噴出部８が、基材４と対向配置されている。
【００１９】
ここで、加熱装置３は、基材４を所要の温度（例えば、１００℃以下、好ましくは５０℃程度）に加熱できるものとする。基材４は、薄膜５を直接形成する塗布対象物であっても良いし、別の塗布対象物の表面に貼り付けるためのシート状の中間媒体などであっても良い。例えば、基材４は、表面に直接薄膜５を形成させるようにしたＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）などによる透明導電膜などとすることができる。
【００２０】
溶液６は、主に、蒸発による乾燥速度を制御し易い有機溶媒などの溶媒を含むものとされる。有機溶媒などの溶媒には、例えば、ジメチルスルホキシドや、メタノールや、エタノールや、イソプロピルアルコールや、ホルムアミドや、アセトニトリルや、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドや、アセトンや、ヘキサンや、トルエンや、その他のもの、若しくは、これらの混合物などを使用することができる。また、溶媒には、水を用いることができる。
【００２１】
液滴噴霧部８は、液滴７が形成できるのであれば何でも良い。例えば、スプレー法やインクジェット法などを用いることができる。但し、特にこれらに限定されるものではなく、この実施例では、後述するように、超音波素子１６を用いるようにしている。
液滴噴出部８と基材４との間は、高電圧による火花放電の発生を防止できる距離に設定される。液滴噴出部８と基材４との間の距離は、例えば、１０ｍｍ〜１００ｍｍなどとされる。
【００２２】
そして、図の右側には、薄膜５の原料となる溶液６を霧化する霧化装置１１が設置されている。そして、霧化装置１１で霧化された溶液６が、霧化管１２と、輸送管１３と、塗布管１４とを介して、塗布管１４の先端に形成された上記液滴噴出部８へと送られるようになっている。
【００２３】
上記した霧化装置１１は、例えば、薄膜５の原料となる溶液６を収容する容器部１５と、この容器部１５の底部に設置された超音波素子１６と、この超音波素子１６を制御する超音波制御器１７とを有するものとされる。なお、霧化装置１１は、超音波を用いたものに限る必要はない。
【００２４】
上記した霧化管１２は、その下端部が容器部１５内における超音波素子１６の上方に、溶液６内に浸漬した状態で挿入配置されると共に、その上端部が輸送管１３の一端部に接続された筒体（縦管）とされる。霧化管１２の下端部には、霧化管１２を容器部１５内にて支持させるための支持部材１８が取付けられている。霧化管１２の途中には、キャリアガス２１を吹き込むための送風管２２が挿入配置されると共に、霧化管１２の内部における送風管２２の吹き込み位置よりも上方（下流側）には、霧化された溶液６などが持つ電荷を除去するための導電性帯２３が挿入設置されている。この導電性帯２３は、例えば、霧化管１２の内壁に沿って全周に貼り付けられた金属箔などとすることができる。または、導電性帯２３は、霧化管１２の断面全体を覆うように設置された金網部材などとすることができる。また、霧化管１２の内壁を通して超音波素子１６へ高電圧が伝わることによって超音波素子１６が破壊されないようにするために、導電性帯２３はグランドＧＮＤに接地されている。
【００２５】
上記した輸送管１３は、ほぼ水平方向へ延びて、霧化管１２と塗布管１４との間を連結する筒体（横管）である。また、上記した塗布管１４は、輸送管１３の他端部から下方へ延びる筒体（縦管）である。
【００２６】
そして、超音波制御器１７によって超音波素子１６を振動（超音波振動）させると容器部１５内の溶液６が振動のエネルギーによって霧化される。霧化された溶液６の微粒子（液滴７）は、送風管２２から吹き込まれるキャリアガス２１によって、霧化管１２を上昇し、輸送管１３、塗布管１４を介して液滴噴出部８へと送られる。液滴噴出部８へ送られた溶液６の微粒子（液滴７）は、液滴噴出部８から、対向配置された基材４へ向けて噴出され、基材４の表面側に薄膜５を形成する。
【００２７】
この際、基材４は加熱装置３によって適度に加熱されているため、液滴７は、基材４に接近するに従って蒸発が進んで行き、乾燥直前の状態で基材４に付着する。基材４に付着した液滴７は、すぐに乾燥されて、基材４の表面側に堆積される。こうして、基材４の表面側にナノレベルの緻密さを有する均質な薄膜５が形成される。更に、薄膜５の成膜後に、図示しない高温加熱装置へ基材４を入れて、高温加熱装置で高温熱処理を行うことで、基材４上の薄膜５が硬化される。
【００２８】
こうして得られた薄膜５は、例えば、電圧を印加することによって自発光可能な有機ＥＬ薄膜や、太陽電池またはトランジスタ用の薄膜などとして利用することができる。また、レジスト膜や、絶縁膜などの各種の被覆材料などとして利用することができる。
【００２９】
例えば、有機ＥＬ薄膜としては、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳやフルオレン誘導体やカルバゾール誘導体などの高分子材料や、金属・希土類錯体や、デンドリマーや芳香族分子などの低分子材料などが挙げられる。但し、有機ＥＬ薄膜は、これに限るものではない。また、有機太陽電池薄膜としては、ポリ−３−ヘキシルチオフェンなどの高分子材料やフラーレン誘導体などの低分子化合物、トランジスタ用薄膜としては、ルブレンやペンタセン、アントラセンなどの多環芳香族炭化水素、テトラシアノキノジメタンなどの低分子化合物、ポリ−３−ヘキシルチオフェンなどの高分子材料などが用いられる。
【００３０】
以上のような基本的な構成に対し、この実施例では、以下のような構成を備えるようにしている。
【００３１】
（構成１）
上記液滴噴出部８と上記基材４との間の位置に、上記基材４へ向けて電荷３１（図３参照）を放出することにより、上記液滴噴出部８から噴出された上記液滴７を帯電させる電荷放出部３２を設ける。
そして、この電荷放出部３２に、上記基材４へ向けて電荷３１を放出させるための電圧を印加する電圧発生部３３を接続する。
【００３２】
ここで、基材４へ向けて電荷３１を放出するとは、電荷放出部３２と基材４との間の空間に、電界３４を発生させてコロナ放電を生じさせることである。電圧発生部３３は、電荷放出部３２と基材４との間に所要の電位差を発生させることができるようなものであれば何でも良い。この場合には、電荷放出部３２とグランドＧＮＤとの間を電源装置３５（高圧電源）で接続したものとされている。電位差を発生させるために、基材４は、グランドＧＮＤに直接接地するようにしても良いし、基材４（または基材４を載置するようにした電極板３６など）とグランドＧＮＤとの間を別の電源装置３７（高圧電源）で接続しても良い。この場合、基材４は、電荷放出部３２に対して逆極性となるように接続されている。なお、必要な電位差が得られるのであれば、基材４は、電荷放出部３２と同極性となるようにしても良い。または、電荷放出部３２と基材４（または基材４を載置するようにした電極板３６など）との間を直接電源装置３５（高圧電源）で接続するようにしても良い。電源装置３５や電源装置３７は、コロナ放電が発生されると共に、火花放電にならない範囲で電圧を印加できるものする。
【００３３】
（構成１ａ）
更に、上記電荷放出部３２が、上記液滴噴出部８の側から上記基材４の表面側へ向けて延びる先鋭体４１とされるようにする。
【００３４】
ここで、先鋭体４１は、導電性を有する、先の鋭った細長部材とされる。先鋭体４１は、金属製や導電性樹脂製の針状体などとするのが好ましい。または、先鋭体４１には、細い針金などを使用することもできる。
【００３５】
（構成２）
上記先鋭体４１とされた上記電荷放出部３２が、上記液滴噴出部８から噴出された上記液滴７の廻りを取り囲むように複数本設置される。
【００３６】
ここで、液滴噴出部８から噴出される液滴７は、ほぼ円錐状に広がるので、複数本の電荷放出部３２は、円錐状の噴霧範囲の外側で液滴７を包囲するように配置する。複数本の電荷放出部３２は、互いに平行に配置するのが好ましい。この際、複数本の電荷放出部３２は、全体が液滴７と接触しないように距離を取って配置する。
【００３７】
（構成３）
上記先鋭体４１とされた複数の上記電荷放出部３２が、導電性環状部材４５によって互いに連結されるようにする。
【００３８】
ここで、導電性環状部材４５は、金属製や導電性樹脂製のものなどとすることができる。導電性環状部材４５は、円環状や角環状などとすることができる。導電性環状部材４５を円環状とする場合には、液滴７の噴霧範囲と同心状に配置するのが好ましい。導電性環状部材４５は、複数本の電荷放出部３２の後端部（液滴噴出部８側の端部）またはその近傍の位置の間を、互いにほぼ等しい間隔を有して接続するのが好ましい。
【００３９】
＜作用効果＞この実施例によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
【００４０】
（作用効果１）
静電塗布装置１は、上記したように、液滴噴出部８から、対向配置された基材４へ向けて薄膜５の原料となる溶液６の液滴７を噴出することにより、基材４の表面側に薄膜５を形成させるようにしたものである。この際、液滴７を帯電させて基材４との間に電位差を生じさせることで、液滴７は、電位差によって基材４へ強く引き付けられる。
【００４１】
そこで、図１〜図３に示すように、液滴噴出部８と基材４との間の位置に電荷放出部３２を設置して、電圧発生部３３によって電荷放出部３２に（高い）電圧を印加することで、電荷放出部３２から基材４へ向け電荷３１を放出させて、電荷放出部３２と基材４との間の空間に強力な電界３４を発生させ、コロナ放電を生じさせるようにする。
【００４２】
これにより、液滴噴出部８から噴出された液滴７は、電荷放出部３２の近傍を通る時に、電荷放出部３２と同じ極性に帯電されることになる。そして、帯電された液滴７の内部では、途中、乾燥が進行して電荷３１密度が上昇される。乾燥によって電荷３１同士の反発力が液滴７の表面張力よりも大きくなると、液滴７は分裂される（レーリー分裂）。こうして、液滴７は、上記したような乾燥と分裂とを繰り返しながら微細化されて基材４へ到達し、基材４の表面側に付着して、成膜される。
【００４３】
このように、基材４へ向けて電荷３１を放出させる電荷放出部３２を用いると、液滴７と直接接触しないように液滴７から横方向にある程度離して電荷放出部３２を配置しても液滴７を帯電させることができるので、液滴７が電荷放出部３２へ付着して電荷放出部３２に液溜まりができるような不具合をなくすことができる。
【００４４】
また、上記したように、電荷放出部３２と液滴７との間に横方向の距離を確保することができるので、電荷放出部３２を通過するよりも前に帯電してしまった液滴７が電荷放出部３２の近傍を通る時に電荷放出部３２と反発を起こして跳ね返されるなどの不具合や、帯電した液滴７同士が反発して液滴７の流れが阻害されるなどの不具合が生じ難くなり、反発の影響を少なくすることができる。
【００４５】
その結果、大量の液滴７が電荷放出部３２の近傍を通過できるようになり、この大量の液滴７を効率的に帯電させることが可能となると共に、帯電した液滴７のほぼ全量を基材４へ到達させることが可能となる。よって、液滴７の帯電量が多くなると共に、基材４へ到達する液滴７の絶対量が減少されなくなるので、その分、成膜速度が頭打ちにならないようにして、成膜速度を比例的に上げることが可能となる（図４、図５の実験例の結果を示すグラフ参照）。
【００４６】
なお、図４の実験例は、薄膜５の原料としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを用いた場合（溶媒：水）の実験結果を示すグラフである。この場合において、加熱装置３の加熱温度は５０℃、電荷放出部３２と基材４との距離は２．５ｃｍ、キャリアガスの流量は１．０Ｌ／ｍｉｎとしている。
【００４７】
また、図５の実験例は、薄膜５の原料としてＦ８ＢＴを用いた場合（溶媒：有機溶媒）の実験結果を示すグラフである。この場合において、加熱装置３の加熱温度は５４℃、電荷放出部３２と基材４との距離は２．５ｃｍ、キャリアガスの流量は１．０Ｌ／ｍｉｎとしている。
【００４８】
しかも、電荷放出部３２の近傍を通過した後でも、コロナ放電が生じるような強力な電界３４を有する空間内を通るうちに液滴７の帯電量が増えて行くので、大量の液滴７を十分に帯電させることができる。その結果、液滴７の帯電量が増えるに従って基材４へ引き付けられる液滴７の量や速度も増えるようになり、単位時間当たりに基材４へ堆積される液滴７の量も増やすことができる。よって、成膜速度を大幅に上げることができる。
【００４９】
（作用効果１ａ）
更に、電荷放出部３２を、液滴噴出部８の側から基材４の表面側へ向けて延びる先鋭体４１とした。これにより、先鋭体４１とされた電荷放出部３２の先端から基材４へ向けて確実且つ効率的に電荷３１を放出させることができる。
【００５０】
（作用効果２）
先鋭体４１とされた電荷放出部３２を、液滴噴出部８から噴出された液滴７の廻りを取り囲むように複数本設置した。これにより、液滴噴出部８から噴出された全ての液滴７を、複数本の電荷放出部３２によって、その内側に包囲することができ、コロナ放電が生じるような強力な複数の電界３４の内側に液滴７を通すことで、より効率的に液滴７を帯電させることができる。また、液滴７の廻りを複数本の電荷放出部３２で取り囲む配置は、液滴７が直接電荷放出部３２に触れないようにする場合に、最もシンプルで効果的な配置となる。この配置によって、液滴７の帯電量が更に増えると共に、液滴７の全量がより確実に基材４へ向かうようになるので、成膜速度を上げると共に、厚くて均等な薄膜５を得る上で有利なものとなる。
【００５１】
（作用効果３）
先鋭体４１とされた複数の電荷放出部３２を、導電性環状部材４５によって互いに連結した。これにより、複数の電荷放出部３２を、導電性環状部材４５に沿って、液滴噴出部８から噴出された液滴７の廻りを取り囲むように、整然と配置して支持することができると共に、複数の電荷放出部３２に対して均等に電圧を印加し、液滴７を均等に帯電させることができる。また、導電性環状部材４５自体も、液滴７を帯電させるのに寄与することができる。
【００５２】
これに対し、図６〜図８は、液滴噴出部８と上記基材４との間の位置に、メッシュ状の電極５１を設置して、メッシュ状の電極５１の網目を通る時（のみ）に液滴７を帯電させるようにしたものである。
【００５３】
このように、メッシュ状の電極５１を用いた場合、メッシュ状の電極５１の網目を通る時に液滴７が電極５１へ付着して電極５１に液溜まりができてしまう。
【００５４】
また、液滴７は電極５１と同じ極性に帯電されるので、電極５１を通過する時に帯電した液滴７については電極５１を通ることができるが、電極５１を通過する前に帯電してしまった液滴７は電極５１との反発によって電極５１を通過するのが困難になる。
【００５５】
更に、液滴７は電極５１を通過する時のみにしか帯電されないので、液滴７を十分に帯電させることが難しい。
【００５６】
そのため、図８に示すように、液滴噴出部８と基材４との間に印加する電圧を高くしても、成膜速度が比例的に上がって行かないような現象が発生する。
【００５７】
なお、図８の実験例は、薄膜５の原料としてＦ８ＢＴを用いた場合（溶媒：有機溶媒）の実験結果を示すグラフである。この場合において、加熱装置３の加熱温度は４２．５℃、電荷放出部３２と基材４との距離は４．０ｃｍ、キャリアガスの流量は１．０Ｌ／ｍｉｎとしている。
【００５８】
そして、図４、図５、図８によれば、図８の場合には、膜厚が５０ｎｍのレベルでほぼ頭打ちとなってしまうのに対し、図４、図５の場合は、膜厚が５０ｎｍを越えても頭打ちにならず、その後もほぼ比例的に厚くなって行くことが実際に確認された。
【００５９】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものである。よって、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施例に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、複数の実施例や変形例がこの発明のものとして開示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。
【符号の説明】
【００６０】
１    静電塗布装置
４    基材
５    薄膜
６    溶液
７    液滴
８    液滴噴出部
３１  電荷
３２  電荷放出部
３３  電圧発生部
４１  先鋭体
４５  導電性環状部材
【図１】
2016043300.tif 000003
【図２】
2016043300.tif 000004
【図３】
2016043300.tif 000005
【図４】
2016043300.tif 000006
【図５】
2016043300.tif 000007
【図６】
2016043300.tif 000008
【図７】
2016043300.tif 000009
【図８】
2016043300.tif 000010