(57)【要約】【課題】塗布膜中の固形分から良好に溶媒を乾燥することが可能な真空乾燥方法の実現を目的とする。【解決手段】真空乾燥を実施する際に、ペクレ数が１００以下であるように制御することにより、固形分が溶液中に均一な状態で乾燥していき、十分な乾燥が可能になる。よって、乾燥後の固形分に付着残留している溶媒の量を大幅に減少させ、飽和させることができる。【選択図】図２
2009257688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被乾燥物に固形分を含んだ溶液を塗布して液膜を形成した後、該被乾燥物を真空状態にて乾燥する乾燥工程において、前記液膜の膜収縮速度を温度伝達に係るブラウン拡散速度で除して求められるペクレ数が１００以下になるように制御することを特徴とする真空乾燥方法。
【請求項２】
真空乾燥プロセス初期段階として、前記ペクレ数を算出するプロセスを導入することを特徴とする請求項１記載の真空乾燥方法。
【請求項３】
前記ペクレ数における前記膜収縮速度を算出する際に用いる乾燥時間は、真空乾燥プロセスにおいて揮発する溶液の蒸気圧付近に到達してから、蒸気圧が一定もしくは上昇した後、再度、前記蒸気圧以下へ降下し始める時間までとすることを特徴とする請求項１または２記載の真空乾燥方法。
【請求項４】
前記塗布溶液の蒸気圧に到達後、さらに高真空状態まで真空乾燥することを特徴とする請求項３記載の真空乾燥方法。
【請求項５】
被乾燥物に固形分を含んだ溶液を塗布して液膜を形成した後、該被乾燥物を真空状態にて乾燥する乾燥工程において、前記被乾燥物が収納される真空チャンバを排気する速度で、前記液膜の膜収縮速度を温度伝達に係るブラウン拡散速度で除して求められるペクレ数を除した値が０．０３ｓｅｃ／ｍｓ以下になるように制御することを特徴とする真空乾燥方法。
【請求項６】
真空乾燥プロセス初期段階として、前記ペクレ数および前記溶液を揮発させるために要するプロセス排気速度を算出するプロセスを導入することを特徴とする請求項５記載の真空乾燥方法。
【請求項７】
前記ペクレ数における前記膜収縮速度を算出する際に用いる乾燥時間は、真空乾燥プロセスにおいて揮発する溶液の蒸気圧付近に到達してから、蒸気圧が一定もしくは上昇後、再度、前記蒸気圧以下へ降下し始める時間までとすることを特徴とする請求項５または６記載の真空乾燥方法。
【請求項８】
前記塗布溶液の蒸気圧に到達後、さらに高真空状態まで真空乾燥することを特徴とする請求項７記載の真空乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶媒を蒸気圧以下の真空状態にすることによって乾燥させる真空乾燥方法に係り、特に、種々の溶液について塗布装置を用いて基板などに塗布した後に、溶媒を乾燥させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネルディスプレイ分野の技術発展は急速に進んでおり、その中でも液晶やプラズマディスプレイパネル，有機ＥＬ、および電界放出型ディスプレイなどでは、基板やフィルムに対してレジストやカラーフィルタなどの機能性部材を形成するに際し、固形分を含む溶液を塗布した後、溶剤を完全にかつ均一に乾燥する技術が必要不可欠である。
【０００３】
この種の乾燥には真空乾燥方法が広く利用されている。この方法は、従来の熱乾燥とは別に、被乾燥物である基板やフィルムを真空チャンバ内に設置し、溶剤の蒸気圧以下の真空状態にすることにより、高速で溶剤を完全にかつ均一に乾燥させて所望の溶質固形状態を形成するものである。
【０００４】
前記真空乾燥方法を用いて、微粒子を拡散した塗布液から溶剤を乾燥する塗布液の真空乾燥プロセス（溶媒の蒸気圧まで減圧した後、大気へ戻す）において、乾燥速度が遅いと対流が発生し、部分的に乾燥することなどにより乾燥ムラが発生する。これらの現象の発生を防ぐために、高速排気することによって乾燥時間を短縮するようにした技術がある（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特許第３７１１２２６号公報
【特許文献２】特開２０００−２４１６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、前記のような塗布・乾燥処理が行われたデバイスにおける基本特性として、乾燥精度が要求される傾向がある。すなわち、加熱焼成が不可能な材質部材や有害溶媒の除去など、従来のように乾燥ムラがなく、高速に乾燥する処理だけでは、乾燥後の固形分に付着残留している溶媒の量が多くなるという不良現象が発生する。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑み、塗布膜中の固形分から良好に溶媒を乾燥することが可能な真空乾燥方法の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明の真空乾燥方法は、被乾燥物に固形分を含んだ溶液を塗布して液膜を形成した後、該被乾燥物を真空状態にて乾燥する乾燥工程において、前記液膜の膜収縮速度を温度伝達に係るブラウン拡散速度で除して求められるペクレ数が１００以下になるように制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の真空乾燥方法において、真空乾燥プロセス初期段階として、ペクレ数を算出するプロセスを導入することが望ましい。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または３記載の真空乾燥方法において、ペクレ数における膜収縮速度を算出する際に用いる乾燥時間は、真空乾燥プロセスにおいて揮発する溶液の蒸気圧付近に到達してから、蒸気圧が一定もしくは上昇した後、再度、蒸気圧以下へ降下し始める時間までとすることが望ましい。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の真空乾燥方法において、塗布溶液の蒸気圧に到達後、さらに高真空状態まで真空乾燥することが望ましい。
【００１１】
また、請求項５に記載の本発明の真空乾燥方法は、被乾燥物に固形分を含んだ溶液を塗布して液膜を形成した後、該被乾燥物を真空状態にて乾燥する乾燥工程において、被乾燥物が収納される真空チャンバを排気する速度で、液膜の膜収縮速度を温度伝達に係るブラウン拡散速度で除して求められるペクレ数を除した値が０．０３ｓｅｃ／ｍｓ以下になるように制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、真空乾燥プロセス初期段階として、ペクレ数および溶液を揮発させるために要するプロセス排気速度を算出するプロセスを導入することが望ましい。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６記載の真空乾燥方法において、ペクレ数における膜収縮速度を算出する際に用いる乾燥時間は、真空乾燥プロセスにおいて揮発する溶液の蒸気圧付近に到達してから、蒸気圧が一定もしくは上昇後、再度、蒸気圧以下へ降下し始める時間までとすることが望ましい。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の真空乾燥方法において、塗布溶液の蒸気圧に到達後、さらに高真空状態まで真空乾燥することが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、塗布膜中の固形分粒子表面に付着した溶媒を十分に乾燥することができるため、例えば、残留溶媒が増加するデバイスなどの製造工程に実施することで、不良現象発生を抑制することに大きな効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態を説明するための真空乾燥装置の概略構成図であって、１は真空チャンバ、２は被乾燥対象物である基板、３は真空チャンバ１内の真空度を検知する真空計、４は真空チャンバ１内から空気を引く真空ポンプ、５は真空ポンプ４の開度を調整するための開度制御バルブ、６はパージバルブである。
【００１８】
図１において、真空チャンバ１内に、所定の位置に溶液が塗布された基板２を載置した後、真空計３で真空チャンバ１内の圧力を見ながら、真空ポンプ４によって排気して真空引きを開始する。その際、開度制御バルブ５によって、真空ポンプ４の開度を調整して排気速度を調節することが可能になっている。乾燥後にパージバルブ６を用いて真空チャンバ１へ窒素を導入して大気圧まで戻す。
【００１９】
以下、本発明における真空乾燥プロセスとその方法に係る実施形態１ついて詳細に説明する。
【００２０】
図１の真空乾燥装置において乾燥を行う際、塗布ペーストに、粒径Ｄ５０＝１．０μｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５ｇとソルフィット（３メトキシ３メチル１ブタノール）５００ｇを混合したものを用いて、液温２５度，粘度６ｃｐ，液膜厚１０μｍから２０μｍの条件でスリットコーター装置を用いて塗布した１００ｃｍ×５０ｃｍサイズのガラス基板を被乾燥対象物として用いた。
【００２１】
その際、真空乾燥プロセス初期段階として、ペクレ数、すなわち膜収縮速度Ｅ（ｍ／ｓ）をブラウン拡散速度Ｄ／Ｈ（ｍ／ｓ）で除した数値を算出するプロセスを導入した。膜収縮速度Ｅ（ｍ／ｓ）は、ｗｅｔ膜厚Ｈ（ｍ）を乾燥時間Ｔ（ｓ）で除した値であり、膜収縮速度Ｅ（ｍ／ｓ）を算出する際に用いる乾燥時間は、真空乾燥プロセスにおいて揮発する溶液の蒸気圧Ａ（Ｐａ）付近に到達してから、蒸気圧が一定もしくは上昇後、再度、蒸気圧Ａ（Ｐａ）へ降下し始める時間までとする。また、ブラウン拡散係数Ｄ（ｍ２／ｓ）はｋＴ／（６πμＲ）で定義され、原子半径、すなわち粒径をＲ（ｍ）、液粘度をμ（Ｐａ・ｓ）、液温度をＴ（Ｋ）、ボルツマン係数をｋ（Ｊ／Ｋ）で表記する。
【００２２】
真空乾燥を実施する際に、前記ペクレ数を一定値に制御することにより、乾燥後の固形分に付着残留している溶媒の量を大幅に減少させ、飽和させることが可能になる。
【００２３】
以下、この要因について詳しく説明する。
【００２４】
図１の真空乾燥装置において体積９０Ｌのチャンバーを用いて、大気圧からの減圧乾燥を実施し、ソルフィット（３メトキシ３メチル１ブタノール）の蒸気圧である約１００Ｐａに到達後、さらに約３Ｐａまで高真空状態になるまで排気した。その際、排気速度を変更することにより、それぞれの乾燥時間Ｔ（ｓ）を時間−圧力データから取得し、処理後のガラス基板をサンプリングして、ガスクロマトグラフ質量分析法（ＧＣ−ＭＳ）を用いて残留溶媒を算出した。
【００２５】
分析方法および分析条件は下記（表１）のように設定した。
【００２６】
【表１】
2009257688.tif 000003
前記分析結果を基に乾燥時間からペクレ数を算出してプロットしたものを図２に示し、その数値データを図３に示す。
【００２７】
この結果から、ペクレ数を１００以下に制御することで、残留溶媒を１ｎｇ／ｃｍ２以下の検出限界レベルまで減らすことができることが分かる。これは、ペクレ数が１０００以上のように大きい数値の場合、塗布膜中の固形分粒子の拡散（ブラウン運動）がしやすくなり、固形分が表面に集合することによる皮張りと呼ばれる現象が起こるためではないかと推測される。
【００２８】
それに対して、ペクレ数を１００以下にすることで固形分が溶液中に均一な状態で乾燥していき、十分な乾燥が可能になると考えられる。付け加えて、実際に乾燥プロセスとして実施する際に、乾燥時間が１０分以上になると仕上がりに面内の乾燥ムラが発生しやすくなる。よって、ペクレ数は１以上１００以下であることが望ましい。
【００２９】
次に、本発明における真空乾燥プロセスとその方法に係る実施形態２ついて説明する。
【００３０】
図１に示す真空乾燥装置とは別に、容積を３８Ｌに寸法を縮小した小型チャンバーを用いて真空乾燥を行った。塗布ペーストに、粒径Ｄ５０＝１．０μｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５ｇとソルフィット（３メトキシ３メチル１ブタノール）５００ｇを混合したものを用いて、液温２５度，粘度６ｃｐ，液膜厚１０μｍから２０μｍの条件で小型ダイコーター装置を用いて塗布した１０ｃｍ×１０ｃｍサイズのガラス基板を用いた。
【００３１】
その際、実施形態１と同様に真空乾燥プロセス初期段階として、ペクレ数すなわち膜収縮速度Ｅ（ｍ／ｓ）をブラウン拡散速度Ｄ／Ｈ（ｍ／ｓ）で除した数値を算出するプロセスを導入した。さらに、ペクレ数を真空排気速度で除した値を算出して、実施形態１と実施形態２で用いた装置ごとのデータを共にプロットした。真空乾燥を実施する際に、前記「ペクレ数／真空排気速度」の値を一定値に制御することにより、乾燥後の固形分に付着残留している溶媒の量を大幅に減少させて飽和させることが可能になる。
【００３２】
以下、この要因について詳しく説明する。
【００３３】
図１に示す真空乾燥装置およびこれの小型バージョンで体積５Ｌのチャンバーを用いて、大気圧から減圧乾燥を実施し、ソルフィット（３メトキシ３メチル１ブタノール）の蒸気圧である約１００Ｐａに到達後、さらに約３Ｐａまで高真空状態になるまで排気した。その際、排気速度を変更することで、それぞれの乾燥時間Ｔ（ｓ）を時間−圧力データから取得し、処理後のガラス基板をサンプリングして、ガスクロマトグラフ質量分析法（以降ＧＣ−ＭＳ）を用いて残留溶媒を算出した。その測定条件は前記（表１）に示したものである。さらに、各真空チャンバーの排気速度Ｓは、下式（１）より算出した。
Ｓ＝−ｌｏｇ（Ｐ／Ｐ０）＊Ｖ／ｔ‥‥（１）
式（１）において、Ｐ０は大気圧（初期圧力）、Ｐは到達圧力、Ｖは装置容積、ｔは圧力Ｐ０からＰまでにかかった時間である。
【００３４】
得られた残留溶媒数値を縦軸に、また各乾燥時間からペクレ数を算出して、各チャンバーの真空排気速度で除した値を横軸にプロットしたものを図４に示し、その数値データを図５に示す。この結果から、「ペクレ数／真空排気速度」の値を０．０３以下に制御することにより、残留溶媒を１ｎｇ／ｃｍ２以下の検出限界レベルまで減らすことができることが分かる。
【００３５】
これは、図６に示すように、排気速度に対して、ペクレ数Ｐｅの割合が大きくなると、塗布膜中の固形分粒子の拡散（ブラウン運動）がしやすくなり、固形分が表面に集合することによる皮張り現象が起こるためであると推測される。
【００３６】
それに対して、「ペクレ数／真空排気速度」の値を０．０３以下にすることにより、種々の排気チャンバを用いて減圧乾燥を行っても固形分が溶液中に均一な状態で乾燥していき、十分な乾燥が可能になると考えられる。付け加えて、実際に乾燥プロセスとして実施する際に、乾燥時間が１０分以上になると仕上がりに面内の乾燥ムラが発生しやすくなる。よって、ペクレ数は１以上、すなわち「ペクレ数／真空排気速度」の値は０．００１以上であることが望ましい。
【００３７】
なお、本実施形態では、酸化マグネシウムを固形分として例示したが、遷移金属全般の金属酸化物およびその化合物も用いることができる。
【００３８】
また、本実施形態では、ソルフィット（３メトキシ３メチル１ブタノール）を溶媒として例示したが、すべての有機溶媒および界面活性剤や高分子樹脂を含んだ溶液であっても用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の真空乾燥方法は、加熱処理を行うことなく、塗布膜中の固形分粒子表面に付着した溶媒を十分に乾燥することができるため、加熱処理を嫌う、あるいは残留溶媒自体が問題となるデバイスにおいて良好な仕上がりにすることが可能になる。その結果、医薬品や大型の機材，基板を用いるデバイスにおいて、高品質，高効率，低コストのプロセスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための真空乾燥装置の概略構成図
【図２】本発明に係る真空乾燥方法の実施形態１におけるペクレ数と残留溶媒結果のプロット図
【図３】実施形態１における乾燥時間とペクレ数および残留溶媒結果を示す図
【図４】本発明に係る真空乾燥方法の実施形態２におけるペクレ数／真空排気速度と残留溶媒結果のプロット図
【図５】実施形態２における乾燥時間とペクレ数／真空排気速度および残留溶媒結果を示す図
【図６】本実施形態に係る粒子の拡散のしやすさ（ブラウン運動）と膜収縮速度（乾燥速度）との関係についての説明図
【符号の説明】
【００４１】
１  真空チャンバ
２  基板
３  真空計
４  真空ポンプ
５  開度制御バルブ
６  パージバルブ
【図１】
2009257688.tif 000004
【図２】
2009257688.tif 000005
【図３】
2009257688.tif 000006
【図４】
2009257688.tif 000007
【図５】
2009257688.tif 000008
【図６】
2009257688.tif 000009