光学素子の製造方法及び減圧乾燥装置
【課題】減圧乾燥を用いた光学素子の製造方法において、基板面内での膜厚ムラ（ばらつき）を抑制するための方法及び装置を提供する。
【解決手段】給気口１０と排気口１１を具備した減圧乾燥装置において、基板１を支持するステージ３上部に、基板１に対する角度を変更可能な変速板１２を取り付ける。この装置により、基板１上の流速分布が、排気口１１に近づくにしたがって大きくなる分布となり、この結果、基板１上部の溶媒蒸気濃度を場所によらず、かつ時間によらず一定とすることができる。このため、乾燥状態が基板１全面にわたって同一となるため、膜厚ムラの少ない光学素子を得ることができる。
【解決手段】給気口１０と排気口１１を具備した減圧乾燥装置において、基板１を支持するステージ３上部に、基板１に対する角度を変更可能な変速板１２を取り付ける。この装置により、基板１上の流速分布が、排気口１１に近づくにしたがって大きくなる分布となり、この結果、基板１上部の溶媒蒸気濃度を場所によらず、かつ時間によらず一定とすることができる。このため、乾燥状態が基板１全面にわたって同一となるため、膜厚ムラの少ない光学素子を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光層を備えたフルカラー表示のエレクトロルミネッセンス素子などの光学素子の製造過程において、基板上に塗布された液体を乾燥させて機能膜を得るための光学素子の製造方法及び減圧乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、映像機器やパーソナルコンピュータ、携帯端末のディスプレイとして、有機エレクトロルミネッセンス光学素子を用いたデバイスの実用化が進みつつあり、最近では大型ディスプレイの研究開発が行われている。
【０００３】
ディスプレイデバイス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）へ形成される。ディスプレイに求められる重要な機能の一つとして、輝度ムラや色ムラのない高画質がある。これは画素領域内に形成される画素（機能膜）の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。
【０００４】
例えば、画素厚さのばらつきの一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、画素の厚さによって輝度や色に変化が生じるため、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、色が異なるところが出るといった現象が発生する。これらのような不良を防ぐため、各セルの平均膜厚は均一になることが求められる。
【０００５】
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し、さらに蒸気濃度は、減圧乾燥下における基板上の気体の流れに影響する。そのため、減圧乾燥方法が非常に重要となり、基板の直上面において、炉内気体の流速が周囲に比べて極端に大きく、または極端に小さくなるような特異点を発生させないことが必要となる。
【０００６】
従来の減圧方法としては、例えば特許文献１のように、基板周辺に排気口を幾何学的に対称となる位置に配置することで、排気中の流速分布を一様にすることをねらったものがある。図６及び図７は、特許文献１に記載された従来の減圧乾燥装置を示す図である。
【０００７】
図６において、チャンバ２は、基板１を収容して気密に閉鎖可能な処理室であり、基板１を保持するステージ３を備えた矩形の載置台４と、矩形状の開口を有する蓋体５とで構成されている。載置台４には、図７に示すように、ステージ３の周囲に基板１の縁部に沿って延びるスリット形状の開口を有する複数の排気口６ａ〜６ｄが設けられている。
【０００８】
図７は排気口について説明された図である。
【０００９】
四角形上のステージ３の周囲には、図７（ａ）に示すように、各辺のそれぞれに対向する位置に排気口６ａ〜６ｄが配置されている。排気口６ａには、図７（ｂ）に示すようにスリット形状の開口部７ａが形成されている。開口部７ａは、ステージ３に保持されている基板１の表面位置よりも低い位置に、基板１の縁部に沿って延びるように形成されている。排気口６ｂ〜６ｄについても、開口部７ａと同様の開口部がそれぞれに形成されている。各排気口６ａ〜６ｂには、それぞれ図６に示す排気管８が接続されており、排気管８を介して、吸引ポンプ９により吸引されることにより、チャンバ２内の雰囲気が排除される。
【００１０】
この構造で、基板１の各辺から均一な排気速度で排気を行うことにより、基板表面における乾燥速度を同一に保つことができ、局所的な気泡の発生や局所的な溶液の盛り上がり等の発生を防止し、形成される膜の厚さを均一にすることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１５６６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成では、排気口６ａ〜６ｄの位置関係が対称であるため、同一速度で排気を行うと、基板中央部では速度が０になる。基板から蒸発してチャンバ内に出てくる溶媒蒸気は排気口へ向かう流れに乗って移動するが、基板中央部では速度が０であるために移動が行われない。そのため、基板上で溶媒蒸気の濃度分布に差が発生する。乾燥後に形成される膜形状は溶媒の蒸発速度に影響を受け、さらに蒸発速度は基板上の溶媒蒸気濃度に依存するので、基板中央とそれ以外の部分で形成される膜形状に差が発生する、という課題を有している。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、減圧乾燥中の基板上面の溶媒蒸気濃度を一様に保つことが可能な、光学素子の製造方法及び減圧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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の光学素子の製造方法及び減圧乾燥装置は、基板を保持するステージ上に整流板を有し、基板上の流速分布を、排気口へ近づくにしたがって増加させながら真空排気を行う。本構成によって、真空排気中の基板上の溶媒蒸気濃度を常に一定に保ち、乾燥後に形成される機能膜形状の均一性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の減圧乾燥装置によれば、基板上の膜厚が均一な光学素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に（係る）減圧乾燥装置を示す図
【図２】溶媒蒸気の濃度分布変化を示す模式図
【図３】溶媒蒸気の濃度分布変化を示す模式図
【図４】数値解析で検討した構造図
【図５】数値計算で得られた基板上部の流速分布図
【図６】特許文献１に記載された従来の減圧乾燥装置の構成を示す図
【図７】特許文献１に記載された従来の減圧乾燥装置の排気口の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態における減圧乾燥装置の構成図である。図１（ａ）において、図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００１９】
図１（ａ）において、チャンバー２は給気口１０と排気口１１を有する。チャンバー２は内部に、基板１を保持するステージ３、変速板１２を有する。ステージ３上において、基板１はダミー治具１３によって固定保持される。変速板１２は、排気口に近い側の端部１２ａについては位置は固定されており、給気口に近い側の端部１２ｂについては、１２ａを支点として、１２ａよりも高い位置の範囲で自由に回転でき、所望の位置で固定できる構造である。なお、図１（ｂ）に示した寸法（単位：ｍｍ）は、後述の図４で示した計算に使用した寸法であり、所定の効果が得られるものであればこれに限定されない。
【００２０】
ダミー治具１３は、後述するように、基板上の流速分布が端部で急激に増加もしくは減少することを抑制するために取り付けるものであり、基板と同等の厚さおよび幅を有し、長さ方向は基板長さの５％以上の長さを有する板である。
【００２１】
図２及び図３は、本発明の実施の形態１による効果について、基板断面図を用いて、基板上の溶媒蒸気濃度変化を模式的に示している。基板１上には、隔壁１４によってセル１５が形成されている。各セルには等量のインク１６が塗布される。インクは、光学素子の材料となる原体が有機溶媒に溶解してできたものである。
【００２２】
インク塗布後に溶媒が蒸発、乾燥することでセル内に光学素子の膜（機能膜）が形成されるが、膜の形状はインク中の溶媒蒸発速度に大きな影響を受ける。さらに蒸発速度は、セル上の溶媒蒸気濃度に依存する。どのセルにおいても均一な膜を得るためには、各セル上の蒸気濃度を一様にすることが求められるが、減圧乾燥中はチャンバー内に、したがって基板上（セル上）にも流速が発生し、その分布によってセル上の蒸気濃度は異なる。
【００２３】
以下に図２及び図３に示した模式図を用いて、基板上の流速分布とセル上の蒸気濃度の関係について述べる。図２及び図３の中で、１は基板、１４は基板上に等間隔に形成された隔壁、１５は隔壁１４によって領域分割された画素セル（単位構造）、１６は画素セル１５に滴下された、（乾燥途中の）インクを示す。インク１６上方の波形破線は溶媒の蒸発を、基板上方にある右向きの矢印は、基板上での気流の向きを表し、矢印の長さで流速の大きさを示している。なお、ここでは図の左側に給気口、右側に排気口があり、左から右への流速が発生しているとした。また、インク１６の上方にある○印は溶媒蒸気を模式的に示している。白い丸印がセル上部に存在する蒸気、塗色の●印は時間の経過とともにインク１６から蒸発して新たに発生した蒸気、点線の○印は基板上の気流によって下流側へ移動する蒸気、そして斜線塗りの○印は気流によって上流側のセルから流入した蒸気を表す。
【００２４】
図２（ａ）は、局所的に流速が大きな場所が存在する場合である。この図では連続する５つのセル１５ａ〜１５ｅがあり、１５ｃ以外のセル上の流速が同じで、１５ｃのみが大きいとしている。初期状態の蒸気濃度分布が一様であるとする。時間とともに各セル上の蒸気濃度は変化する。つまり、蒸発によって新たに発生した塗色●印と、上流側のセルから移動してきた斜線塗りの○印の分増加し、下流側へ移動した点線○印の分減少する。ここで、図２（ａ）のように、ある時間経過したときに塗色●印が一つ増加、斜線塗り○印が一つ増加し、流速が等しいセル１５ａ、１５ｂ、１５ｄ、１５ｅでは点線○印が一つ減少、流速が大きなセル１５ｃでは点線○印が二つ減少するものとする。
【００２５】
１５ａ、１５ｂ、１５ｅのセルでは、増加分が２つ、減少分が１つで合計１増加することになる。しかし、流速の大きなセル１５ｃでは、塗色●印が１つ、斜線塗り○印が１つで合計２つ増加するが、点線○印の減少分が２つで合計すると増減がゼロとなる。また、セル１５ｄでは、塗色●印が１つ、斜線塗り○印が２つで合計３つ増加するのに対し、点線○印の減少が１つだけなので、合計２つ増加することになる。したがって、セル１５ｃ、１５ｄの蒸気濃度が他のセルと異なってくる。
【００２６】
ここでは簡単のために、ある時間内に塗り色●印が一つ発生、斜線塗り○印が一つ増加（＝点線○印が一つ減少）としたが、塗り色●印と斜線塗り○印の比率が異なる場合でも同様である。
【００２７】
同様のことが、図２（ｂ）の、局所的に流速が小さな場所が存在する場合にも当てはまる。図２（ｂ）において、連続した５つのセル１５ｆ〜１５ｋにおいて、セル１５ｈ上の流速のみが局所的に小さく、他の４セルでは同等であるとする。前述と同様の考え方より、この場合は１５ｆ、１５ｇ、１５ｋで蒸気濃度は同じであるが、流速の小さなセル１５ｈで濃度が大きく、その一つ下流側のセル１５ｊで濃度が小さくなる。
【００２８】
よって、蒸気濃度を一定にするためには、図３（ｃ）のように、どのセル上においても流速を等しくすればよいことは容易に想像できる。図３（ｃ）は、単位時間あたりに塗色●印と斜線○印が一つずつ増加し、点線○印が一つ減少する場合を示している。この場合は印が一つずつ増えていくことになるが、４つのセル１５ｍ〜１５ｑの濃度差は発生しない。各セルにおいては、斜線塗り○印が増えた分、点線○印が減り、気流による収支は打ち消されるので、塗色●印分だけ濃度が増えていくことになる。これは、図２（ａ）や図２（ｂ）と同様、塗色●印と斜線塗り○印の増え方が異なる場合でも成り立つ。
【００２９】
しかし、図３（ｃ）のように流速が一定の場合、セル上の蒸気濃度は、インク１６からの蒸発により増え続けることになる。蒸気濃度が大きくなるとインク１６からの蒸発が少なくなるので、時間とともに蒸発速度は小さくなる。この場合、均一な膜形状を得るための適切な蒸発速度範囲から外れたり、或いは、乾燥終了までに時間を要し、製造タクト上の問題となる可能性がある。
【００３０】
これらの問題を考えると、蒸気濃度は時間が経過しても一定であることが望ましいと言える。これを解決する手段として図３（ｄ）のような方法が考えられる。図３（ｄ）では、連続する４つのセル１５ｒ〜１５ｕに対して、上流側の１５ｒから下流側の１５ｕへ行くにしたがって大きくなる流速を与えている。
【００３１】
ある時間内で、セル１５ｒにおいて、蒸発による塗色●印が一つ増える間に上流のセルから斜線○印が一つ入り込むとする。このとき、セル１５ｒ上の流速により、点線○印２つが下流のセル１５ｓへ移動すれば、セル１５ｒにおける濃度分布は時間が経っても変化しない。一方、セル１５ｓにおいては、セル１５ｒから入る２つの斜線○印と、蒸発による１つの●印、合計３つが増加するが、セル１５ｓ上の流速をセル１５ｒ上のそれよりも大きくすることで、点線○印３つが下流のセル１５ｔへ移動する。セル１５ｔにおいても同様に、セル１５ｓよりも大きな流速により、セル１５ｓからの斜線○印と蒸発による塗色●印の増加分を過不足なく下流のセル１５ｕへ移動させれば、時間による蒸発濃度変化は生じない。
【００３２】
したがって、図３（ｄ）の方法により、場所によらず、時間によらず、基板上の蒸気濃度を一定に保つことができ、均一な膜を得ることができると考えられる。
【００３３】
さらに具体的には、図２及び図３の塗色●印に相当する蒸発によって発生する蒸気量は、溶媒の蒸発速度によって決まるので、セル上気流分布の速度勾配は、溶媒による最適範囲が存在する。
【００３４】
次に、図３（ｄ）のように、基板上での流速を下流へいくにしたがって大きくする方法について、流体解析によって具体的に検討した。
【００３５】
本解析で使用したモデルの具体寸法は図１（ｂ）に示すとおりである。２次元モデルを使用しており、したがって、基板、変速板、チャンバーの幅は同一としている。給気口１０および排気口１１はチャンバーの側面に、ステージ３を挟んで互いに逆側となるように設けられている。高さ方向については、図１（ｂ）に示すモデルでは高さ１５０ｍｍのチャンバー２の中央部に設けられているが、この位置に限定されるものではなく、高さ方向の中心がステージ３と変速板１２の間にあることが望ましい。
【００３６】
また、給気口１０および排気口１１の断面形状については、図１（ｂ）に示すモデルにおいては２次元を仮定しているためにスリット形状となるが、３次元的に考える場合にはこれに限定されるものではなく、ステージ３と給気口１０あるいはステージ３と排気口１１の距離が大きく、幅方向の流速分布の一様性が保たれるのであれば、円形、或いは、アスペクト比の小さな（＝正方形に近い）矩形等、任意の形状をとることができる。
【００３７】
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。図４は計算の具体条件を示した模式図、図５は計算により得られた基板上の流速分布を示しており、（ａ）〜（ｄ）の記号は図４、図５でそれぞれ対応しており、例えば図５（ａ）は図４（ａ）の条件で計算した結果を示している。（ａ）はθ＝４°とし、ダミー治具１３がない場合、（ｂ）は（ａ）に対して基板前後にダミー治具１３をつけた場合、（ｃ）はθ＝１°にした場合、（ｄ）は参照として、（ａ）から変速板１２を除いた場合である。
【００３８】
図５において、横軸は基板の上流側の端部からの位置を、縦軸は各位置における、基板より１ｍｍ上での流速を示している。（ａ）〜（ｄ）のいずれの場合においても、上流から下流へ向かうにしたがって流速が増加する分布となっている。
【００３９】
（ａ）のようにダミー治具がない場合、基板端部を除く中央部では、流速は距離の１次関数に近い分布となっているが、上流側の端部では流速が急激に減少し、下流側の端部では逆に急激に増加する分布が見られる。
【００４０】
これに対し、変速板１２の角度は（ａ）と同じで、基板の横にダミー治具１３を設置した（ｂ）の場合、端部の急激な流速変化は消え、基板全面にわたって相関の高い１次関数に近い分布となっている。
【００４１】
（ａ）（ｂ）では変速板１２の角度を基板に対して４°としたが、これを１°にした（ｃ）の場合、（ｂ）と同様に基板全面にわたって１次関数を保っているが、（ｂ）に比べると傾きは小さくなっている。
【００４２】
（ｄ）は変速板１２がない場合の流速分布を示しているが、（ａ）や（ｂ）に比べても傾きは大きくなっている。
【００４３】
（ａ）の場合、端部近傍で流速分布の急激な増加あるいは減少がみられる。これは、図２（ａ）や（ｂ）に示した理由により、端部において蒸気濃度が周囲と異なる点を発生させる原因となるため、適切ではない。これに対し、（ｂ）や（ｃ）では端部においても中央部と同等の１次関数形を保っていることから、ダミー治具を設けることは大きな効果がある。
【００４４】
（ｂ）と（ｃ）を比べると、１次関数を保ちながらも傾きが異なり、θが大きいほど傾きが大きくなることから、θの値によって流速分布の傾きを任意に選ぶことができる。
【００４５】
また、（ｄ）に示すように、変速板１２がない場合でも流速分布を所望に近い形にすることは可能である。しかし、インクに使用する溶媒によって蒸発速度は異なり、図３（ｄ）に示した溶媒蒸気分布を実現するためには、溶媒に依存する適切な流速分布が存在するはずである。しかしながら、図３（ｄ）では流速の傾きを変えることはできない。したがって、角度が可変の変速板１２をもつ本発明の構造が有効である。
【００４６】
かかる構成によれば、変速板１２の角度を変更、及び、排気量と給気量の比率を変更することにより、減圧乾燥中における基板上の流速を下流側で大きくする分布を得ることができ、乾燥後に形成される光学素子膜厚の面内ムラを抑制することができる。
【００４７】
なお、変速板１２については長方形に限定されず、上記の効果が得られるのであれば、図４（ｅ）に示すような折れ曲がりを有する板や、図４（ｆ）に示すような円弧（曲面）を有する板でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の光学素子の製造方法及び減圧乾燥装置は、カラーテレビ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、カーナビゲーションなどのほか、有機半導体等、構造の均一性を要求される電子デバイスにも適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 基板
２ チャンバー
３ ステージ
４ 載置台
５ 蓋体
６ 排気口
７ 排気口開口部
８ 排気管
９ 吸引ポンプ
１０ 給気口
１１ 排気口
１２ 変速板
１３ ダミー治具
１４ 隔壁
１５ 画素セル
１６ 光学素子材料を含むインク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光層を備えたフルカラー表示のエレクトロルミネッセンス素子などの光学素子の製造過程において、基板上に塗布された液体を乾燥させて機能膜を得るための光学素子の製造方法及び減圧乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、映像機器やパーソナルコンピュータ、携帯端末のディスプレイとして、有機エレクトロルミネッセンス光学素子を用いたデバイスの実用化が進みつつあり、最近では大型ディスプレイの研究開発が行われている。
【０００３】
ディスプレイデバイス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）へ形成される。ディスプレイに求められる重要な機能の一つとして、輝度ムラや色ムラのない高画質がある。これは画素領域内に形成される画素（機能膜）の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。
【０００４】
例えば、画素厚さのばらつきの一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、画素の厚さによって輝度や色に変化が生じるため、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、色が異なるところが出るといった現象が発生する。これらのような不良を防ぐため、各セルの平均膜厚は均一になることが求められる。
【０００５】
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し、さらに蒸気濃度は、減圧乾燥下における基板上の気体の流れに影響する。そのため、減圧乾燥方法が非常に重要となり、基板の直上面において、炉内気体の流速が周囲に比べて極端に大きく、または極端に小さくなるような特異点を発生させないことが必要となる。
【０００６】
従来の減圧方法としては、例えば特許文献１のように、基板周辺に排気口を幾何学的に対称となる位置に配置することで、排気中の流速分布を一様にすることをねらったものがある。図６及び図７は、特許文献１に記載された従来の減圧乾燥装置を示す図である。
【０００７】
図６において、チャンバ２は、基板１を収容して気密に閉鎖可能な処理室であり、基板１を保持するステージ３を備えた矩形の載置台４と、矩形状の開口を有する蓋体５とで構成されている。載置台４には、図７に示すように、ステージ３の周囲に基板１の縁部に沿って延びるスリット形状の開口を有する複数の排気口６ａ〜６ｄが設けられている。
【０００８】
図７は排気口について説明された図である。
【０００９】
四角形上のステージ３の周囲には、図７（ａ）に示すように、各辺のそれぞれに対向する位置に排気口６ａ〜６ｄが配置されている。排気口６ａには、図７（ｂ）に示すようにスリット形状の開口部７ａが形成されている。開口部７ａは、ステージ３に保持されている基板１の表面位置よりも低い位置に、基板１の縁部に沿って延びるように形成されている。排気口６ｂ〜６ｄについても、開口部７ａと同様の開口部がそれぞれに形成されている。各排気口６ａ〜６ｂには、それぞれ図６に示す排気管８が接続されており、排気管８を介して、吸引ポンプ９により吸引されることにより、チャンバ２内の雰囲気が排除される。
【００１０】
この構造で、基板１の各辺から均一な排気速度で排気を行うことにより、基板表面における乾燥速度を同一に保つことができ、局所的な気泡の発生や局所的な溶液の盛り上がり等の発生を防止し、形成される膜の厚さを均一にすることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１５６６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成では、排気口６ａ〜６ｄの位置関係が対称であるため、同一速度で排気を行うと、基板中央部では速度が０になる。基板から蒸発してチャンバ内に出てくる溶媒蒸気は排気口へ向かう流れに乗って移動するが、基板中央部では速度が０であるために移動が行われない。そのため、基板上で溶媒蒸気の濃度分布に差が発生する。乾燥後に形成される膜形状は溶媒の蒸発速度に影響を受け、さらに蒸発速度は基板上の溶媒蒸気濃度に依存するので、基板中央とそれ以外の部分で形成される膜形状に差が発生する、という課題を有している。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、減圧乾燥中の基板上面の溶媒蒸気濃度を一様に保つことが可能な、光学素子の製造方法及び減圧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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の光学素子の製造方法及び減圧乾燥装置は、基板を保持するステージ上に整流板を有し、基板上の流速分布を、排気口へ近づくにしたがって増加させながら真空排気を行う。本構成によって、真空排気中の基板上の溶媒蒸気濃度を常に一定に保ち、乾燥後に形成される機能膜形状の均一性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の減圧乾燥装置によれば、基板上の膜厚が均一な光学素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に（係る）減圧乾燥装置を示す図
【図２】溶媒蒸気の濃度分布変化を示す模式図
【図３】溶媒蒸気の濃度分布変化を示す模式図
【図４】数値解析で検討した構造図
【図５】数値計算で得られた基板上部の流速分布図
【図６】特許文献１に記載された従来の減圧乾燥装置の構成を示す図
【図７】特許文献１に記載された従来の減圧乾燥装置の排気口の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態における減圧乾燥装置の構成図である。図１（ａ）において、図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００１９】
図１（ａ）において、チャンバー２は給気口１０と排気口１１を有する。チャンバー２は内部に、基板１を保持するステージ３、変速板１２を有する。ステージ３上において、基板１はダミー治具１３によって固定保持される。変速板１２は、排気口に近い側の端部１２ａについては位置は固定されており、給気口に近い側の端部１２ｂについては、１２ａを支点として、１２ａよりも高い位置の範囲で自由に回転でき、所望の位置で固定できる構造である。なお、図１（ｂ）に示した寸法（単位：ｍｍ）は、後述の図４で示した計算に使用した寸法であり、所定の効果が得られるものであればこれに限定されない。
【００２０】
ダミー治具１３は、後述するように、基板上の流速分布が端部で急激に増加もしくは減少することを抑制するために取り付けるものであり、基板と同等の厚さおよび幅を有し、長さ方向は基板長さの５％以上の長さを有する板である。
【００２１】
図２及び図３は、本発明の実施の形態１による効果について、基板断面図を用いて、基板上の溶媒蒸気濃度変化を模式的に示している。基板１上には、隔壁１４によってセル１５が形成されている。各セルには等量のインク１６が塗布される。インクは、光学素子の材料となる原体が有機溶媒に溶解してできたものである。
【００２２】
インク塗布後に溶媒が蒸発、乾燥することでセル内に光学素子の膜（機能膜）が形成されるが、膜の形状はインク中の溶媒蒸発速度に大きな影響を受ける。さらに蒸発速度は、セル上の溶媒蒸気濃度に依存する。どのセルにおいても均一な膜を得るためには、各セル上の蒸気濃度を一様にすることが求められるが、減圧乾燥中はチャンバー内に、したがって基板上（セル上）にも流速が発生し、その分布によってセル上の蒸気濃度は異なる。
【００２３】
以下に図２及び図３に示した模式図を用いて、基板上の流速分布とセル上の蒸気濃度の関係について述べる。図２及び図３の中で、１は基板、１４は基板上に等間隔に形成された隔壁、１５は隔壁１４によって領域分割された画素セル（単位構造）、１６は画素セル１５に滴下された、（乾燥途中の）インクを示す。インク１６上方の波形破線は溶媒の蒸発を、基板上方にある右向きの矢印は、基板上での気流の向きを表し、矢印の長さで流速の大きさを示している。なお、ここでは図の左側に給気口、右側に排気口があり、左から右への流速が発生しているとした。また、インク１６の上方にある○印は溶媒蒸気を模式的に示している。白い丸印がセル上部に存在する蒸気、塗色の●印は時間の経過とともにインク１６から蒸発して新たに発生した蒸気、点線の○印は基板上の気流によって下流側へ移動する蒸気、そして斜線塗りの○印は気流によって上流側のセルから流入した蒸気を表す。
【００２４】
図２（ａ）は、局所的に流速が大きな場所が存在する場合である。この図では連続する５つのセル１５ａ〜１５ｅがあり、１５ｃ以外のセル上の流速が同じで、１５ｃのみが大きいとしている。初期状態の蒸気濃度分布が一様であるとする。時間とともに各セル上の蒸気濃度は変化する。つまり、蒸発によって新たに発生した塗色●印と、上流側のセルから移動してきた斜線塗りの○印の分増加し、下流側へ移動した点線○印の分減少する。ここで、図２（ａ）のように、ある時間経過したときに塗色●印が一つ増加、斜線塗り○印が一つ増加し、流速が等しいセル１５ａ、１５ｂ、１５ｄ、１５ｅでは点線○印が一つ減少、流速が大きなセル１５ｃでは点線○印が二つ減少するものとする。
【００２５】
１５ａ、１５ｂ、１５ｅのセルでは、増加分が２つ、減少分が１つで合計１増加することになる。しかし、流速の大きなセル１５ｃでは、塗色●印が１つ、斜線塗り○印が１つで合計２つ増加するが、点線○印の減少分が２つで合計すると増減がゼロとなる。また、セル１５ｄでは、塗色●印が１つ、斜線塗り○印が２つで合計３つ増加するのに対し、点線○印の減少が１つだけなので、合計２つ増加することになる。したがって、セル１５ｃ、１５ｄの蒸気濃度が他のセルと異なってくる。
【００２６】
ここでは簡単のために、ある時間内に塗り色●印が一つ発生、斜線塗り○印が一つ増加（＝点線○印が一つ減少）としたが、塗り色●印と斜線塗り○印の比率が異なる場合でも同様である。
【００２７】
同様のことが、図２（ｂ）の、局所的に流速が小さな場所が存在する場合にも当てはまる。図２（ｂ）において、連続した５つのセル１５ｆ〜１５ｋにおいて、セル１５ｈ上の流速のみが局所的に小さく、他の４セルでは同等であるとする。前述と同様の考え方より、この場合は１５ｆ、１５ｇ、１５ｋで蒸気濃度は同じであるが、流速の小さなセル１５ｈで濃度が大きく、その一つ下流側のセル１５ｊで濃度が小さくなる。
【００２８】
よって、蒸気濃度を一定にするためには、図３（ｃ）のように、どのセル上においても流速を等しくすればよいことは容易に想像できる。図３（ｃ）は、単位時間あたりに塗色●印と斜線○印が一つずつ増加し、点線○印が一つ減少する場合を示している。この場合は印が一つずつ増えていくことになるが、４つのセル１５ｍ〜１５ｑの濃度差は発生しない。各セルにおいては、斜線塗り○印が増えた分、点線○印が減り、気流による収支は打ち消されるので、塗色●印分だけ濃度が増えていくことになる。これは、図２（ａ）や図２（ｂ）と同様、塗色●印と斜線塗り○印の増え方が異なる場合でも成り立つ。
【００２９】
しかし、図３（ｃ）のように流速が一定の場合、セル上の蒸気濃度は、インク１６からの蒸発により増え続けることになる。蒸気濃度が大きくなるとインク１６からの蒸発が少なくなるので、時間とともに蒸発速度は小さくなる。この場合、均一な膜形状を得るための適切な蒸発速度範囲から外れたり、或いは、乾燥終了までに時間を要し、製造タクト上の問題となる可能性がある。
【００３０】
これらの問題を考えると、蒸気濃度は時間が経過しても一定であることが望ましいと言える。これを解決する手段として図３（ｄ）のような方法が考えられる。図３（ｄ）では、連続する４つのセル１５ｒ〜１５ｕに対して、上流側の１５ｒから下流側の１５ｕへ行くにしたがって大きくなる流速を与えている。
【００３１】
ある時間内で、セル１５ｒにおいて、蒸発による塗色●印が一つ増える間に上流のセルから斜線○印が一つ入り込むとする。このとき、セル１５ｒ上の流速により、点線○印２つが下流のセル１５ｓへ移動すれば、セル１５ｒにおける濃度分布は時間が経っても変化しない。一方、セル１５ｓにおいては、セル１５ｒから入る２つの斜線○印と、蒸発による１つの●印、合計３つが増加するが、セル１５ｓ上の流速をセル１５ｒ上のそれよりも大きくすることで、点線○印３つが下流のセル１５ｔへ移動する。セル１５ｔにおいても同様に、セル１５ｓよりも大きな流速により、セル１５ｓからの斜線○印と蒸発による塗色●印の増加分を過不足なく下流のセル１５ｕへ移動させれば、時間による蒸発濃度変化は生じない。
【００３２】
したがって、図３（ｄ）の方法により、場所によらず、時間によらず、基板上の蒸気濃度を一定に保つことができ、均一な膜を得ることができると考えられる。
【００３３】
さらに具体的には、図２及び図３の塗色●印に相当する蒸発によって発生する蒸気量は、溶媒の蒸発速度によって決まるので、セル上気流分布の速度勾配は、溶媒による最適範囲が存在する。
【００３４】
次に、図３（ｄ）のように、基板上での流速を下流へいくにしたがって大きくする方法について、流体解析によって具体的に検討した。
【００３５】
本解析で使用したモデルの具体寸法は図１（ｂ）に示すとおりである。２次元モデルを使用しており、したがって、基板、変速板、チャンバーの幅は同一としている。給気口１０および排気口１１はチャンバーの側面に、ステージ３を挟んで互いに逆側となるように設けられている。高さ方向については、図１（ｂ）に示すモデルでは高さ１５０ｍｍのチャンバー２の中央部に設けられているが、この位置に限定されるものではなく、高さ方向の中心がステージ３と変速板１２の間にあることが望ましい。
【００３６】
また、給気口１０および排気口１１の断面形状については、図１（ｂ）に示すモデルにおいては２次元を仮定しているためにスリット形状となるが、３次元的に考える場合にはこれに限定されるものではなく、ステージ３と給気口１０あるいはステージ３と排気口１１の距離が大きく、幅方向の流速分布の一様性が保たれるのであれば、円形、或いは、アスペクト比の小さな（＝正方形に近い）矩形等、任意の形状をとることができる。
【００３７】
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。図４は計算の具体条件を示した模式図、図５は計算により得られた基板上の流速分布を示しており、（ａ）〜（ｄ）の記号は図４、図５でそれぞれ対応しており、例えば図５（ａ）は図４（ａ）の条件で計算した結果を示している。（ａ）はθ＝４°とし、ダミー治具１３がない場合、（ｂ）は（ａ）に対して基板前後にダミー治具１３をつけた場合、（ｃ）はθ＝１°にした場合、（ｄ）は参照として、（ａ）から変速板１２を除いた場合である。
【００３８】
図５において、横軸は基板の上流側の端部からの位置を、縦軸は各位置における、基板より１ｍｍ上での流速を示している。（ａ）〜（ｄ）のいずれの場合においても、上流から下流へ向かうにしたがって流速が増加する分布となっている。
【００３９】
（ａ）のようにダミー治具がない場合、基板端部を除く中央部では、流速は距離の１次関数に近い分布となっているが、上流側の端部では流速が急激に減少し、下流側の端部では逆に急激に増加する分布が見られる。
【００４０】
これに対し、変速板１２の角度は（ａ）と同じで、基板の横にダミー治具１３を設置した（ｂ）の場合、端部の急激な流速変化は消え、基板全面にわたって相関の高い１次関数に近い分布となっている。
【００４１】
（ａ）（ｂ）では変速板１２の角度を基板に対して４°としたが、これを１°にした（ｃ）の場合、（ｂ）と同様に基板全面にわたって１次関数を保っているが、（ｂ）に比べると傾きは小さくなっている。
【００４２】
（ｄ）は変速板１２がない場合の流速分布を示しているが、（ａ）や（ｂ）に比べても傾きは大きくなっている。
【００４３】
（ａ）の場合、端部近傍で流速分布の急激な増加あるいは減少がみられる。これは、図２（ａ）や（ｂ）に示した理由により、端部において蒸気濃度が周囲と異なる点を発生させる原因となるため、適切ではない。これに対し、（ｂ）や（ｃ）では端部においても中央部と同等の１次関数形を保っていることから、ダミー治具を設けることは大きな効果がある。
【００４４】
（ｂ）と（ｃ）を比べると、１次関数を保ちながらも傾きが異なり、θが大きいほど傾きが大きくなることから、θの値によって流速分布の傾きを任意に選ぶことができる。
【００４５】
また、（ｄ）に示すように、変速板１２がない場合でも流速分布を所望に近い形にすることは可能である。しかし、インクに使用する溶媒によって蒸発速度は異なり、図３（ｄ）に示した溶媒蒸気分布を実現するためには、溶媒に依存する適切な流速分布が存在するはずである。しかしながら、図３（ｄ）では流速の傾きを変えることはできない。したがって、角度が可変の変速板１２をもつ本発明の構造が有効である。
【００４６】
かかる構成によれば、変速板１２の角度を変更、及び、排気量と給気量の比率を変更することにより、減圧乾燥中における基板上の流速を下流側で大きくする分布を得ることができ、乾燥後に形成される光学素子膜厚の面内ムラを抑制することができる。
【００４７】
なお、変速板１２については長方形に限定されず、上記の効果が得られるのであれば、図４（ｅ）に示すような折れ曲がりを有する板や、図４（ｆ）に示すような円弧（曲面）を有する板でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の光学素子の製造方法及び減圧乾燥装置は、カラーテレビ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、カーナビゲーションなどのほか、有機半導体等、構造の均一性を要求される電子デバイスにも適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 基板
２ チャンバー
３ ステージ
４ 載置台
５ 蓋体
６ 排気口
７ 排気口開口部
８ 排気管
９ 吸引ポンプ
１０ 給気口
１１ 排気口
１２ 変速板
１３ ダミー治具
１４ 隔壁
１５ 画素セル
１６ 光学素子材料を含むインク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子の材料となる原体に有機溶媒を溶解してなるインクが塗布された基板をチャンバー内で乾燥させる光学素子の製造方法であって、
前記基板と対向して配置された変速板を、前記チャンバーに設けられた排気口に近づくにつれて大きくなるように前記基板の表面に対して傾斜させ、
減圧乾燥中の前記基板の上方の流速分布を変化させながら、前記基板を乾燥させること
を特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
給気口と排気口が設けられたチャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、かつ、基板を載置するステージと、
前記ステージのうち前記基板の載置面と対向し、かつ、前記載置面と空間を輸して配置された変速板と、を備える減圧乾燥装置において、
前記給気口は前記ステージの前記基板の載置面の表面と平行に、かつ、前記チャンバーの一端に設けられると共に、前記排気口は前記給気口に対向し、かつ、前記チャンバーの他端に設けられ、前記変速板は前記ステージの前記基板の載置面との間で傾斜角を有してなることを特徴とする減圧乾燥装置。
【請求項３】
前記変速板は、前記給気口側の開口が前記排気口側の開口よりも大きい、請求項２記載の減圧乾燥装置。
【請求項４】
前記変速板は、前記ステージ全面を覆うように配置される、請求項２又は３に記載の減圧乾燥装置。
【請求項１】
光学素子の材料となる原体に有機溶媒を溶解してなるインクが塗布された基板をチャンバー内で乾燥させる光学素子の製造方法であって、
前記基板と対向して配置された変速板を、前記チャンバーに設けられた排気口に近づくにつれて大きくなるように前記基板の表面に対して傾斜させ、
減圧乾燥中の前記基板の上方の流速分布を変化させながら、前記基板を乾燥させること
を特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
給気口と排気口が設けられたチャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、かつ、基板を載置するステージと、
前記ステージのうち前記基板の載置面と対向し、かつ、前記載置面と空間を輸して配置された変速板と、を備える減圧乾燥装置において、
前記給気口は前記ステージの前記基板の載置面の表面と平行に、かつ、前記チャンバーの一端に設けられると共に、前記排気口は前記給気口に対向し、かつ、前記チャンバーの他端に設けられ、前記変速板は前記ステージの前記基板の載置面との間で傾斜角を有してなることを特徴とする減圧乾燥装置。
【請求項３】
前記変速板は、前記給気口側の開口が前記排気口側の開口よりも大きい、請求項２記載の減圧乾燥装置。
【請求項４】
前記変速板は、前記ステージ全面を覆うように配置される、請求項２又は３に記載の減圧乾燥装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２８２７３５（Ｐ２０１０−２８２７３５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３２８０８（Ｐ２００９−１３２８０８）
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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