KR102539338B1 - 가스 치환용 드라이룸 - Google Patents

Abstract

제조 장치를 수납한 저활성 가스 농도의 건조 용기에 있어서, 저노점의 환경하에서, 비교적 단시간에 제조 장치의 메인터넌스나 전환 등을 행할 수 있는 불활성 가스 정제 장치를 제공한다.
내부를 저노점, 저활성 가스 농도로 청정하게 유지할 필요가 있는 용기의 가스 치환용 제습 정제 장치이며, 용기를 저노점의 건조실에 수납함으로써, 메인터넌스나 보수 등을 행하고 있는 동안, 용기 내에 원패스로 건조 공기를 넣어 장치 밖으로 습분이 배출되도록 하고, 질소 순환 라인은 모두 밸브 등으로 폐쇄하여 배관 내를 질소로 가득 채운 채로 하며, 제습기에 의한 건조 공기를 순환로로 순환시킴으로써 용기 외부의 습분 부하를 최소로 억제할 수 있어, 대기 브레이크에 의한 휴지 시간을 큰 폭으로 단축시킬 수 있다. 또, 제습 장치와 산소 제거 장치를 분할함으로써, 각각의 순환 횟수를 바꿈으로써, 최적의 운전 환경을 갖출 수 있다.

Description

가스 치환용 드라이룸{DRY ROOM FOR GAS REPLACEMENT}

본 발명은, 유기 EL 디스플레이 제조 장치가 설치된 부스 등의 저활성 가스 농도(이하, 활성 가스 농도를 가능한 한 0ppm에 접근시킨 농도를 "저활성 가스 농도"라고 함)의 건조실, 챔버 내에 있어서, 저노점(이하, 노점 온도가 0도 이하인 것을 "저노점"이라고 함)의 환경하에서, 비교적 단시간에 제조 장치의 메인터넌스나 조정 등을 행할 수 있는 제습 장치, 가스 정제기를 포함시킨 가스 치환 시스템에 관한 것이다.

종래, 액정 표시 장치를 대신하는 차세대 플랫 패널 디스플레이로서 기대되는 유기 EL 표시 장치 등에 이용되는 유기 EL 소자는, 고체 발광형의 저렴한 대면적 풀 컬러 표시 소자나 기입 광원 어레이로서의 용도가 유망시되고 있으며, 활발한 연구 개발이 진행되고 있다. 그러나, 유기 EL 소자에 이용되는 유기 발광 재료 등의 유기물질이나 전극 등은 수분에 약하여 공기 중의 수분으로 성능이나 특성이 급격하게 열화한다. 따라서, 이들 개발에 따른 실험 시에도, 매우 낮은 노점의 공기나, 액체 질소를 기화시킨 질소 등의 불활성 가스로 공기를 퍼지한 부스 안에서 제조나 실험을 행할 필요가 있다.

또 현재, 유기 EL 디스플레이(OLED)의 제조에는, 잉크젯 기술 등의 인쇄 기술을 이용하여, 액상의 유기 EL용 재료를 기판 상에서 균일한 박막으로 하여, 생산 효율이나 성능을 높인 소자를 제작하는 기술의 개발이 행해지고 있다. 이러한 제조 기술의 개발을 위해서는, 제조 장치의 환경을 습도 1ppm 이하, 산소 1ppm 이하 등의 저습도이며 저활성 가스 농도로 할 필요가 있다. 단, 부스 내에 있어서 제조 장치의 메인터넌스나 조정 등을 행할 경우, 저습도의 질소 환경을 대기 환경으로 되돌릴(이하, "대기 브레이크"라고 함) 필요가 있다.

이때, 통상의 대기로 질소 환경을 치환하면 내부에 있는 장치의 다양한 부품이 수분을 흡착하여, 질소 환경으로 되돌릴 때, 부품이 흡착한 수분을 탈착하는 데 매우 시간이 걸린다.

이 대기 브레이크한 대기 환경으로부터 다시 질소 환경으로 되돌리기 위한 불활성 가스량을 최소로 하고, 휴지 시간을 최소한화하기 위하여, 가스 인클로저 어셈블리의 내부 용적을 최소한화하는 기술로서 특허문헌 1에 기재된 것이 있다.

일본 공표특허공보 2015-510254호

특허문헌 1에 개시된 것은, 가스 인클로저를 프레임화하고, 내부 용적을 가능한 한 작게 함으로써, 가스 인클로저 내의 불활성 가스량을 최소로 하여 보수 등에 의한 휴지 시간을 최소한화함과 함께, 다양한 OLED 제조 장치의 설치 면적에 적응하도록 작업 공간을 최적화할 수 있는 것인데, 휴지 중에 부수되는 불활성 가스 정제와 습분(濕分) 제거를 동시에 행하기 위한 가스 정제 시스템도 정지하고 있기 때문에, 다시, 부스 내를 저습도이며 저아웃 가스 농도 환경으로 하기 위한 시간이 지나치게 걸린다는 문제가 있었다. 또, 가스 정제 장치와 제습 장치가 동일 기구 내에 있고, 산소와 수분에서는 정제 속도가 달라, 산소의 제거와 비교하여 수분의 제거에 시간이 걸리기 때문에, 동시에 제거하는 것은 어렵다는 과제도 있다.

본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위하여, 건조실 내부에 기밀 용기를 마련하고, 이 기밀 용기에 저활성 가스와 저노점 가스를 공급하도록 하며, 불활성 가스 정제 장치와 저노점 가스 공급 장치를 각각 독립적으로 제어할 수 있도록 하고 있기 때문에, 조정 등으로 기밀 용기 내부에 사람이 들어가는 경우에, 저노점 공기의 공급을 유지하면서 저활성 가스의 공급을 정지하도록 하면, 대기 브레이크에 의한 휴지 시간을 큰 폭으로 단축시킬 수 있다. 즉 물의 분자는 극성 물질이고, 저노점으로 유지할 필요가 있는 기밀 용기에 대기를 도입하면, 기밀 용기의 벽면이나 필터 내부에 수분자가 부착한다. 이 부착된 수분자를 배출하기 위하여, 저노점 공기를 장시간 공급할 필요가 있으나, 본 발명의 경우는 저활성 가스의 공급을 정지한 상태로, 저노점 가스의 공급을 유지할 수 있어, 대기 브레이크의 후에도 신속하게 기밀 용기 내의 노점을 낮은 상태에 도달시킬 수 있다. 또, 저활성 가스로서 봄베에 들어간 질소 가스여도, 혹은 산소를 제거한 공기여도 가스의 가격이 비싸, 대기 브레이크의 시간을 단축하지 않으면 비용이 늘어난다. 한편 저노점 가스를 데시컨트 로터로 만들면 비용이 들지 않기 때문에, 저노점 가스의 공급을 유지하면서 저활성 가스의 공급을 정지하여 메인터넌스 등을 행함으로써, 총비용을 낮출 수 있다.

또, 통상은 수분과 산소를 제거하는 기구는 동일 장치 내에 있기 때문에, 수분 제거 장치와 산소 제거 장치에 흐르는 기체의 유량이 동일해지지만, 이것을 각각 다른 기기로 함으로써 각각의 유량을 자유롭게 바꿀 수 있기 때문에, 저습도와 저활성 가스 농도의 양쪽 모두를 동시에 실현하는 최적의 운전 조건으로 저활성 가스 농도의 드라이룸을 만들 수 있게 되었다.

본 발명의 가스 치환용 드라이룸은 상술한 바와 같이 구성한 것으로, 대기 브레이크 중에도 용기 내 상부에 설치된 HEPA 필터나 ULPA 필터 등의 공기 정화 필터로부터 순환시키지 않고 한 방향(이하 "원패스"라고 함)으로 저노점 공기를 공급함으로써, 수분을 가장 유지하기 쉬운 필터가 수분을 유지하지 않도록 하여, 메인터넌스나 보수, 전환 등을 실시한다. 또, 용기의 순환로에 불활성 가스 정제 장치와 데시컨트 제습기를 직렬로 설치하고, 그 순환로와 분리된 순환로를 별도로 마련하여, 대기 브레이크 중에 별도로 마련한 순환로를 순환시킴으로써, 순환 공기가 대기 환경에 가까워지지 않도록 했다. 이와 같이 함으로써, 용기의 대기 브레이크 후의 대기 환경으로부터, 저습도이며 저활성 가스 농도인 환경으로 되돌리는 복귀 시간을 큰 폭으로 단축할 수 있었다. 또한, 이 제습 장치와 불활성 가스 정제 장치에 흐르는 기체의 유량을 각각 개별적으로 제어함으로써, 용이하게 단시간에 저습도, 저활성 가스 농도인 환경으로 최적화할 수 있는 드라이룸으로 할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 드라이룸의 실시예 1에 있어서의 플로도이다.

이하에 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 내부를 저노점, 저활성 가스 농도로 청정하게 유지할 필요가 있는 용기의 가스 치환 제습 장치 및 가스 치환 방법으로서, 잉크젯 기술 등의 인쇄 기술을 이용한 유기 EL 디스플레이(OLED)의 제조 혹은 연구 개발 장치의 용기를 예로 설명한다. 또한, 본 발명은 유기 EL 디스플레이(OLED)의 제조 혹은 연구 개발 장치에 한정하지 않고, 보관 공간 내를 저노점, 저활성 가스 농도로 청정하게 유지할 필요가 있는, 리튬 이온 전지 재료나 반도체 분야를 개발하기 위하여 이용하는 글로브 박스 등의 수납 용기, 또는 폐쇄 공간에 대해서도 이용할 수 있다.

실시예 1

이하, 본 발명의 가스 치환용 드라이룸의 실시예 1에 대하여 도 1에 따라 상세하게 설명한다. 부호 1은 내부를 저노점, 저활성 가스 농도로 청정하게 유지할 필요가 있는 기밀성 용기이고, 유기 EL 디스플레이(OLED)의 제조나 연구 개발에 이용하는 제조 장치(2)를 수납하고 있으며, 내부에 가스 순환로(4) 및 HEPA 필터나 ULPA 필터 등의 공기 정화 필터(3)을 갖고 있다. 또한, 공기 정화 필터(3)에 대해서는, 복수의 팬 필터 유닛으로 해도 된다. 용기(1)에는 배관(A)에 의하여 질소 가스와 제습기(38)로부터의 건조 공기가 공급된다.

용기(1) 내의 피처리 공기는, 배관(B)를 통과하여 불활성 가스 정제 장치로서의 질소 정제기(40)에 보내지고, 피처리 공기 중의 활성 가스인 산소가 제거된다. 부호 5는 질소 정제용 촉매 용기로, 구리 촉매나 백금 촉매 등이 수납되어 있고, 촉매가 파과된 경우, 질소 가스와 수소 가스를 흘려보내면서 히터(6)으로 온도를 올려 촉매를 재생한다. 부호 7은 질소 정제기(40)으로 피처리 공기를 보내기 위한 펌프로, 정제된 피처리 공기는, 냉각기(8)을 통과하여 송풍기(9)에 의하여 저노점 가스 공급 장치로서의 데시컨트 제습기(39)로 보내진다. 또한, 본 실시예에서는, 구리 촉매나 백금 촉매 등의 촉매로 했으나, 이것들에 한정되지 않고, 구리 및/또는 백금을 주성분으로 하는 다른 촉매를 이용해도 된다.

부호 11은 데시컨트 제습기(39)용 허니콤 로터로 처리 존(12), 퍼지 존(13), 재생 존(14)으로 분할되어 있다. 부호 17은 허니콤 로터를 회전 구동시키기 위한 기어드 모터 등의 로터 구동 모터이다. 처리 존(12)에는 피처리 공기가 프리쿨러(10)을 통과하여 송풍기(9)에 의하여 공급된다. 피처리 공기의 일부는, 처리 존(12)의 앞에서 분기되어, 퍼지 존(13)을 통과한 후, 재생 히터(36)을 통과하여 재생 존(14)으로 보내진다. 재생 존(14)를 나온 공기는 냉각기(15)로 냉각되고, 허니콤 로터로부터 탈착된 재생 공기 중의 습분으로부터 응축된 물이 드레인으로서 제거되어 송풍기(9)의 앞으로 되돌려진다. 데시컨트 제습기(39)를 나온 피처리 공기는, 필요에 따라 애프터 히터(16)으로 데워지고, 배관(D)를 통과하여 용기(1)로 되돌려진다. 또한, 질소 가스 공급 설비에 여력이 있는 경우는, 데시컨트 제습기(39)를 기밀성이 있는 방 내에 설치하고, 그 방에 질소 가스를 공급하도록 하여, 데시컨트 제습기(39)로부터의 활성 가스 침입을 억제하는 구성으로 해도 된다.

부호 34는 용기(1)을 수납하고 있는 기밀성 건조실로, 조정 등의 경우에 사람이 들어갈 수 있는 크기이고, 배관(G)로부터 건조 공기 공급 장치(37)로부터의 건조 공기가 공급되며, 배관(H)로부터 건조실(34)의 공기가 건조 공기 공급 장치(37)로 되돌려진다. 또한, 배관(E)는 용기(1) 내의 공기를 건조실(34) 밖으로 배기하기 위한 배기로이다. 또한, 본 실시예에서는, 퍼지 존(13)을 갖는 허니콤 로터(11)을 사용했으나, 이에 한정되는 것이 아니고, 처리 존과 재생 존으로 2분할된 허니콤 로터를 사용한 구성으로 해도 된다.

이상의 구성의 본 발명의 가스 치환용 드라이룸의 동작을 먼저 용기(1)의 질소 치환 및 순환 운전에 대하여 설명한다. 밸브(18, 19, 21, 22, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 30, 31, 33, 35)를 개방하고, 배관(A)로부터 질소 가스와 건조 공기를 용기(1)로 보낸다. 용기(1) 내의 산소 농도가 100ppm 이하로 저하하면, 밸브(30, 33, 35)를 폐쇄하고, 질소 정제기(40)과 데시컨트 제습기(39) 및 배관(G)로부터 저노점의 건조 공기를 건조실(34)에 공급하기 위하여, 건조 공기를 순환시키는 건조 공기 공급 장치(37)의 운전을 개시한다. 또한, 필요에 따라 밸브(24, 25)를 조정함으로써, 용기(1)로부터 배관(B)를 통과하여 순환하는 공기가 질소 정제기(40)으로 가는 풍량과 직접 데시컨트 제습기(39)로 가는 풍량을 조절한다. 예를 들면, 산소 농도 1ppm 이하, 수분 농도 1ppm 이하 등의 규정의 농도가 될 때까지 순환을 계속하고, 그 후, 제조 장치(2)의 운전을 개시하여 OLED의 제조나 연구 개발을 위한 시험을 개시한다.

본 실시예 1에서는, 용기(1)로의 질소의 공급을 배관(A)로부터 행하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 질소 정제기(40)의 입구로부터 공급하도록 해도 되고, 질소 정제기(40)과 데시컨트 제습기(39)의 사이로부터 공급하도록 해도 된다.

다음으로 용기(1)의 메인터넌스, 전환, 조정 등을 행하기 위한 대기 브레이크에 대하여 설명한다. 밸브(18, 19, 21, 23, 31)을 폐쇄하고, 밸브(30, 32, 33)을 개방함으로써 용기(1)과 배관(B)로부터 배관(D)까지의 질소 순환 라인을 격리한다. 용기(1)의 밀폐를 개방하고, 배관(A)로부터 건조 공기를 용기(1)의 상부로부터 넣음으로써, 질소를 공기로 치환한다. 또, 배관(F)의 밸브(32)도 개방하고, 배관(G)를 경유하여 건조 공기 공급 장치(37)로부터 공급되는 저노점의 건조 공기가 용기(1)의 상부로부터 원패스로 공급되도록 함으로써, 대량의 공기를 한 번에 안전하게 공급할 수 있기 때문에, 질소와 공기의 치환 스피드를 큰 폭으로 단축할 수 있다. 용기(1) 내에서 가장 습분을 유지하기 쉬운 공기 정화 필터(3)의 상부로부터, 용기(1) 내부를 순환시키지 않고 원패스로 건조 공기를 공급함으로써, 내부에서 사람이 작업해도 습분은 용기(1) 내에 남지 않고 밖으로 배출된다. 또한, 배관(F)와 배관(G)를 접속시켜, 밸브 조작 등으로 건조실(34)에 공급하는 저노점의 건조 공기를 직접, 용기(1)의 상부로부터 전량 공급하도록 해도 된다.

질소 순환 라인에서는 밸브(30)을 개방함으로써, 순환로로서의 배관(C)를 공기가 통과하기 때문에, 질소 농도가 높고 저습도인 건조 공기가 순환하게 된다. 또한, 질소 정제기(40)의 촉매 용기(5) 내에 있는 촉매를 재생하는 경우는, 밸브(35)를 개방하고, 질소 정제기(40)을 바이패스시켜 데시컨트 제습기(39)로 공기를 보내어 순환시킨다. 이와 같이 제습 장치와 산소 제거 장치를 분할하여 밸브를 조작함으로써, 각각의 장치에 흐르는 기체의 유량이나 순환 횟수를 바꿈으로써 최적의 운전 환경을 갖출 수 있다. 또한, 밸브에 대해서는, 이에 한정되지 않고, 댐퍼나 VAV(Variable Air Volume) 등의 풍량 조정 장치를 이용해도 된다.

본 실시예 1에서는, 1대의 질소 정제기(40)을 이용했으나, 2대 이상 복수 대의 질소 정제기를 병렬로 설치하고, 1대의 질소 정제기의 촉매를 재생하고 있는 동안, 다른 질소 정제기에 있어서 질소 정제 처리를 행하는 구성으로 해도 된다.

또, 데시컨트 제습기(39)의 내부에 질소 정제 기능을 갖는 기구를 탑재시켜, 일체형의 장치로 하여, 질소 정제기(40)을 없애는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 순환로나 바이패스 등을 마련함으로써, 용기(1) 내의 습도와 불활성 가스 농도를 개별적으로 조정할 수 있도록 하여, 저활성 가스 농도이며 저노점인 환경을 만드는 것이 가능해지도록 한다. 이와 같이 함으로써, 실시예 1보다 공간을 절약할 수 있는 가스 치환 시스템으로 하는 것이 가능해져, 배관이나 설치 공사 등에 들어가는 이니셜 코스트를 억제하는 것이 가능해진다.

이와 같이 내부를 저노점, 저활성 가스 농도로 청정하게 유지할 필요가 있는 기밀성 용기(1)을 저노점의 건조 공기를 공급하는 건조실(34)로 덮음으로써, 외부로부터의 습분 침입을 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다. 또, 특허문헌 1과 같은 산소 제거와 습분 제거를 1대의 가스 정제 시스템으로 행하는 종래 기술과 달리, 산소 제거를 질소 정제기(40)으로 행하고, 습분 제거를 데시컨트 제습기(39)로 따로따로 행함으로써, 산소 제거 성능과 습분 제거 성능을 임의로 조정하는 것이 가능해지기 때문에, 장치 최적화나 장치의 관리가 행하기 쉬워졌다.

이상에 의하여, 용기(1)의 대기 브레이크 후의 대기 환경으로부터 내부를 저노점, 저활성 가스 농도로 청정한 환경으로 되돌릴 때까지의 복귀 시간을 종래 기술의 1/5~1/10로 단축할 수 있었다. 또, 용기(1) 내를 용이하게 저습도이며 저활성 가스 농도로 최적화할 수 있는 가스 치환 시스템을 실현할 수 있었다.

본 발명은, 보관 공간 내를 저노점, 저활성 가스 농도로 청정하게 유지할 필요가 있는, 리튬 이온 전지 재료 등을 개발하기 위하여 이용하는 글로브 박스 등의 수납 용기에 대해서도 이용할 수 있다.

1 용기
2 제조 장치
3 공기 정화 필터
4 가스 순환로
5 촉매 용기
6 히터
7 펌프
8 냉각기
9 송풍기
10 프리쿨러
11 허니콤 로터
12 처리 존
13 퍼지 존
14 재생 존
15 냉각기
16 애프터 히터
17 로터 구동 모터
18, 19, 21, 22, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 35 밸브
20, 26 유량계
34 건조실
36 재생 히터
37 건조 공기 공급 장치
38 제습기
39 데시컨트 제습기
40 질소 정제기

Claims (5)

1. 건조 공기 공급 장치로부터의 건조 공기를 순환시킨 건조실의 내부에 수납된 기밀 용기를 마련하고, 이 기밀 용기에는 저노점 가스 공급 장치 및 불활성 가스 정제 장치가 접속되며, 상기 기밀 용기에는 저노점 가스의 이물을 제거하는 필터를 통하여 저노점 가스를 공급하도록 하고, 상기 기밀 용기에 접속되어 상기 용기 내의 가스를 상기 건조실의 외부로 배기하는 가스 배기 통로와, 상기 건조실 내부의 가스를 상기 건조 공기 공급 장치로 재순환시키는 관로를 구비하며, 상기 저노점 가스 공급 장치와 불활성 가스 정제 장치는 서로 독립적으로, 습분 제거 성능과 산소 제거 성능을 개별적으로 조정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 드라이룸.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기밀 용기와 질소 순환 라인을 각각 격리하는 풍량 조정 장치를 갖고, 격리된 상기 질소 순환 라인을 공기가 순환하도록 순환로를 마련한 것을 특징으로 하는 드라이룸.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   이물 제거 필터는, HEPA 필터 및/또는 ULPA 필터를 내장한 팬 필터인 것을 특징으로 하는 드라이룸.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 불활성 가스 정제 장치가 구리 및/또는 백금을 포함하는 촉매를 내장한 질소 정제기인 드라이룸.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 저노점 가스 공급 장치가 데시컨트 제습기인 드라이룸.

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