EP1010473B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten eines ebenen Substrates - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten eines ebenen Substrates Download PDF

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EP1010473B1
EP1010473B1 EP99811153A EP99811153A EP1010473B1 EP 1010473 B1 EP1010473 B1 EP 1010473B1 EP 99811153 A EP99811153 A EP 99811153A EP 99811153 A EP99811153 A EP 99811153A EP 1010473 B1 EP1010473 B1 EP 1010473B1
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EP
European Patent Office
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coating
substrate
medium
module
coating module
Prior art date
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EP99811153A
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EP1010473A2 (de
EP1010473A3 (de
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Eberhard MÜHLFRIEDEL
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Guardian Industries Corp
Original Assignee
Guardian Industries Corp
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/02—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material to surfaces by single means not covered by groups B05C1/00 - B05C7/00, whether or not also using other means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/10—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material
    • B05C11/1002—Means for controlling supply, i.e. flow or pressure, of liquid or other fluent material to the applying apparatus, e.g. valves
    • B05C11/1007—Means for controlling supply, i.e. flow or pressure, of liquid or other fluent material to the applying apparatus, e.g. valves responsive to condition of liquid or other fluent material
    • B05C11/1013—Means for controlling supply, i.e. flow or pressure, of liquid or other fluent material to the applying apparatus, e.g. valves responsive to condition of liquid or other fluent material responsive to flow or pressure of liquid or other fluent material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S118/00—Coating apparatus
    • Y10S118/04—Curtain coater

Definitions

  • the invention relates to a device for coating a flat substrate, with a coating module having a capillary gap, according to the preamble of claim 1.
  • the invention additionally relates to a method for coating a substrate, comprising a coating module, past which the substrate with the surface to be coated is deposited, and in which a layer of the coating medium deposits on this surface, coating medium being replenished to the coating module during the coating.
  • a device of the type mentioned has become known in the prior art from US 5,654,041, US 5,650,196 and WO 94/25177.
  • this device for example, rectangular or round plates can be provided with a uniform layer of paint or other initially liquid media such as color filters or special protective layers.
  • the use of this device is particularly in the field of thin-film technology in the manufacture of LCD screens, masks for semiconductor manufacturing and semiconductor or ceramic substrates.
  • This device is characterized in particular by a high uniformity of the paint layer thickness, in particular on rectangular plates at the same time low paint consumption.
  • the substrate is guided with the surface to be coated down over the capillary gap, which is formed so that due to the capillarity of the gap, the coating medium is automatically replenished and with a particularly uniform speed.
  • Such capillary action is achieved, for example, with a gap that is less than 0.5 mm wide. Due to the capillary action, the coating medium rises automatically against the force of gravity in the gap and exits at the opening of the capillary gap. In this process, the intermolecular bonding forces, the surface tension, and the peculiarities of surface wetting determine the process. Typical coating speeds are 5 to 15 mm / s. Since the volume flow is essentially determined by the intermolecular bonding forces, the coating speed can not be significantly increased.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, which allows a much higher coating speed, but nevertheless ensures a uniform layer thickness with low material consumption.
  • the object is achieved by a device according to claim 1.
  • the volume flow through the capillary gap is not determined solely by the intermolecular bonding forces, but can be actively determined.
  • significantly higher coating speeds for example between 30 and 100 mm / s can be achieved.
  • the higher coating speed accordingly enables a higher production and thus a significant reduction in manufacturing costs.
  • a particularly reliable filling of the coating space results when an overflow vessel is provided, which is connected via a fluid line with the capillary and arranged over the opening of the capillary gap.
  • the overflow vessel is adjustably mounted in height. The height of the overflow vessel is proportional to the medium flow through the capillary gap and thus to the layer thickness.
  • the coating module has two plates arranged parallel to one another and a film arranged between them, different capillary gaps can be produced in a simple manner.
  • This makes it possible to apply coating media of different viscosity and to generate different Schichtdikken on the variable feed rate of the substrate under the capillary.
  • the said capillary gap can be determined in a simple manner by a section of the film.
  • the two plates can for example be releasably screwed together. Replacing the film to change the width of the capillary gap is then particularly simple.
  • the device 1 shown in FIG. 1 has a coating module 2 which is fastened to a frame 3. Below the coating module 2, a transport device 19 is arranged, with which a substrate 23 to be coated for coating an upper flat surface 23a is preferably guided horizontally past the coating module 2.
  • the substrate 23 is in particular a plate or disc, for example a glass or ceramic plate.
  • the coating module 2 is connected via a liquid line 14 to an overflow vessel 25, from which the coating medium 28 is replenished to the coating module 2 during coating.
  • the coating module 2 has two plates 4 and 5 arranged parallel to one another, between which a film 6 having a defined thickness is arranged.
  • the two plates 4 and 5 are made for example of glass or metal and are ground and polished to ensure a corresponding surface quality.
  • the film 6 is according to FIG. 2 provided with a cutout 8a which forms a gap 8 which is substantially rectangular and is closed laterally and upwardly.
  • the gap 8 has an opening 9 which has a rectangular shape and is formed by parallel, comparatively sharp edges 7 of the plates 4 and 5 and lateral edges 6a of the film 6.
  • the width A of the capillary gap 8 is in the range of 5 microns to several millimeters.
  • a capillary gap 8 with a width A of 150 microns is suitable.
  • the coating medium 28 is in this case applied at a temperature of about 20 ° C and has a viscosity of about 7 mPas -1 .
  • the two plates 4 and 5 are screwed firmly together with a plurality of fastening screws 33.
  • the film 6 is fixed by the screws 33 and liquid-tight between the plates 4 and 5. After loosening the fixing screws 33, the film can be removed and replaced by another film with a different thickness.
  • the width A of the capillary gap 8 can be changed in a simple manner.
  • the film 6 is preferably a plastic or metal foil. Such films can be produced with a very small tolerance, for example with a thickness deviation ⁇ 1%.
  • the width A of the capillary 8 is thus well defined, but can still be changed by replacing the film 6 in a simple manner.
  • a channel 10 is arranged, which extends according to Figure 2 substantially over the entire length of the capillary gap, and which is located in the upper region of the capillary 8.
  • This channel 10 is connected via a bore 11 in the plate 5 and via a connecting device 12 with the liquid line 14.
  • a control device 16 is provided which is connected via a line 15 to the valve 13.
  • the valve 13 is preferably pneumatically controlled. However, it is also conceivable a controller with a stepper motor.
  • the conduit 14 is connected to the overflow vessel 25, which is arranged above the opening 9 of the capillary gap 8.
  • the overflow vessel 25 is mounted by means of a suitable adjusting device 34 adjustable in height on a support 40.
  • the height of the overflow vessel 25 above the opening 9 is in the range of 10 to 50 cm.
  • the pressure of the coating medium 28 in the capillary gap 8 is proportional to the height of the liquid level 29a above the opening 9 of the capillary gap 8.
  • the overflow vessel 25 has an outer vessel 26 and an inner vessel 27.
  • the inner vessel 27 is connected at its lower end to the liquid line 14 and has an overflow edge 29, via which coating medium 28 can pass from the inner vessel 27 into the outer vessel 26.
  • a liquid pump 31 delivers via a liquid line 30 coating medium 28 from a reservoir 32 to the overflow vessel 25 to. Excess coating medium 28 is returned via a return line 41 from the overflow vessel 25 to the reservoir 32.
  • the liquid level 29a is thus kept constant regardless of the height of the overflow vessel 25 and also independent of the consumption of the coating medium 28 during the coating. Accordingly, this ensures that the pressure of the coating medium 28 in the capillary gap 8 is constant during the coating process.
  • the overflow vessel 25 could also be replaced by a screw conveyor or a pressure cylinder. It is essential that medium can be replenished with constant pressure by this device.
  • the transport device 19 has an endless conveyor belt 20, which is placed around a drive roller 21 and a deflection roller 22.
  • the drive roller 21 is driven by a drive 18, for example an electric motor, which is connected via a signal line 17 to the controller 16.
  • a transport carriage or a transport device with rollers.
  • the substrate 23 can be held on its underside 23b by suitable means not shown here, for example by means of a vacuum plate.
  • the substrate 23 is transported by the transport device 19 from left to right.
  • the transport is preferably uniform and can be adjusted continuously by means of the controller 16.
  • the substrate 23 is preferably transported in a horizontal orientation. It is also conceivable inclined orientation.
  • a design is conceivable in which the substrate 23 is not transported linearly, but is rotated.
  • coating medium 28 is conveyed with the pump 31 from the reservoir 32 into the overflow vessel 35.
  • the coating medium flows with open valve 13 into the capillary gap 8. Due to the capillary forces, the medium is held in the capillary gap 8, whereby according to FIG. 5 a meniscus 28b is formed.
  • the pressure in the liquid 28a here depends in particular on the height of the overflow vessel 25, the viscosity of the coating medium 28 and the temperature.
  • the channel 10 promotes a uniform distribution of the coating medium 28 over the entire length of the capillary gap. 8
  • valve 13 After coating the substrate 23, the valve 13 is closed again.
  • the closing of the valve 13 is preferably carried out before reaching the substrate end, such that upon reaching the substrate end in the gap S, the supply of coating medium is interrupted and the coating medium can not flow over the edge of the substrate end.
  • the suitable time for closure depends in particular on the viscosity of the medium 28 and can be optimized in the process.
  • the device 1 is now ready for another coating.
  • the applied layer 43 is dried in a known manner.
  • the layer thickness after drying is for example 2.5 to 3 microns.
  • the layer thickness is essentially determined by the viscosity and the solids content of the coating medium 28, as well as the height of the overflow vessel 25 above the opening 9, the width A of the capillary gap 8 and by the transport speed of the substrate 23.
  • the above-mentioned layer thickness of 2.5 to 3 ⁇ m is obtained, for example, with a coating medium 28 having a solids content of 10% and a viscosity of about 5.5 mPas -1 .
  • the temperature of the coating medium 28 in this case is 20 ° C and the height of the overflow vessel 25 above the surface to be coated 23a is in this case 28 mm.
  • the variations in the thickness of the layer 43 are usually less than 1%.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten eines ebenen Substrates, mit einem einen Kapillarspalt aufweisenden Beschichtungsmodul, gemäβ dem Obertegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Beschichten eines Substrates, mit einem Beschichtungsmodul, an dem das Substrat mit der zu beschichtenden Oberfläche vorbeigeführt wird und sich hierbei eine Schicht des Beschichtungsmediums auf dieser Oberfläche abscheidet, wobei während der Beschichtung dem Beschichtungsmodul Beschichtungsmedium nachgeliefert wird.
  • Eine Vorrichtung der genannten Gattung ist im Stand der Technik aus der US 5,654,041, der US 5,650,196 und der WO 94/25177 bekannt geworden. Mit dieser Vorrichtung können beispielsweise rechteckige oder runde Platten mit eine gleichmässigen Schicht aus Lack oder anderen zunächst flüssigen Medien wie Farbfiltern oder speziellen Schutzschichten versehen werden. Die Verwendung dieser Vorrichtung liegt insbesondere im Bereich der Dünnschichttechnik bei der Herstellung von LCD-Bildschirmen, Masken für die Halbleiterfertigung und Halbleiter- oder Keramiksubstraten. Diese Vorrichtung zeichnet sich insbesondere aus durch eine hohe Gleichmässigkeit der Lackschichtdicke insbesondere auf rechteckigen Platten bei gleichzeitig geringem Lackverbrauch. Zum Beschichten wird das Substrat mit der zu beschichtenden Fläche nach unten über den Kapillarspalt geführt, der so ausgebildet ist, dass aufgrund der Kapillarität des Spaltes das Beschichtungsmedium selbsttätig und mit besonders gleichförmiger Geschwindigkeit nachgeliefert wird. Eine solche Kapillarwirkung wird beispielsweise mit einem Spalt erreicht, der weniger als 0,5 mm breit ist. Aufgrund der Kapillarwirkung steigt das Beschichtungsmedium entgegen der Schwerkraft im Spalt selbsttätig nach oben und tritt an der Öffnung des Kapillarspaltes aus. Bei diesem Verfahren sind die zwischenmolekularen Bindungskräfte, die Oberflächenspannung und die Besonderheiten der Oberflächenbenetzung verfahrensbestimmend. Übliche Beschichtungsgeschwindigkeiten liegen bei 5 bis 15 mm/s. Da der Volumenstrom wesentlich durch die zwischenmolekularen Bindungskräfte bestimmt ist, lässt sich die Beschichtungsgeschwindigkeit nicht wesentlich erhöhen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Gattung zu schaffen, die eine wesentlich höhere Beschichtungsgeschwindigkeit ermöglicht, aber trotzdem bei geringem Materialverbrauch eine gleichmässige Schichtdicke gewährleistet.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäβ Anspruch 1 gelöst. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ist der Volumenstrom durch den Kapillarspalt nicht allein durch die zwischenmolekularen Bindungskräfte bestimmt, sondern kann aktiv festgelegt werden. Dadurch können wesentlich höhere Beschichtungsgeschwindigkeiten, beispielsweise zwischen 30 und 100 mm/s erreicht werden. Die höhere Beschichtungsgeschwindigkeit ermöglicht entsprechend eine höhere Produktion und damit eine wesentliche Senkung der Herstellungskosten.
  • Eine besonders zuverlässige Füllung des Beschichtungsraumes ergibt sich dann, wenn
    ein Überlaufgefäss vorgesehen ist, das über eine Flüssigkeitsleitung mit dem Kapillarspalt verbunden und über der Öffnung des Kapillarspaltes angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Überlaufgefäss in der Höhe verstellbar gelagert. Die Höhe des Überlaufgefässes ist proportional zum Mediendurchfluss durch den Kapillarspalt und damit zur Schichtstärke.
  • Weist das Beschichtungsmodul gemäss einer Weiterbildung der Erfindung zwei parallel zueinander angeordnete Platten und eine zwischen diesen angeordnete Folie auf, so können auf einfache Weise unterschiedliche Kapillarspalte erzeugt werden. Dies ermöglicht es, Beschichtungsmedien unterschiedlicher Viskosität aufzubringen und über die variable Zuführgeschwindigkeit des Substrates unter der Kapillare auch unterschiedliche Schichtdikken zu erzeugen. Der genannten Kapillarspalt kann in einfacher Weise durch einen Ausschnitt der Folie bestimmt werden. Die beiden Platten können beispielsweise lösbar miteinander verschraubt sein. Ein Auswechseln der Folie zur Veränderung der Breite des Kapillarspaltes ist dann besonders einfach.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt sich aus dem unabhängigen Patentanspruch 10. Wesentlich ist auch hier, dass beim Beschichten ein Volumenstrom durch den Kapillarspalt von oben nach unten erfolgt und das Substrat mit der zu beschichtenden Oberfläche nach oben am Kapillarspalt vorbeigeführt wird.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    schematisch ein Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
    Figur 2
    eine Ansicht eines Beschichtungsmoduls,
    Figur 3
    einen Schnitt durch das Beschichtungsmodul entlang der Linie III-III,
    Figur 4
    einen Schnitt durch das Beschichtungsmodul entlang der Linie IV-IV,
    Figur 5
    einen Schnitt durch das Beschichtungsmodul entsprechend Figur 3, jedoch mit gefüllten Kapillarspalt, und
    Figuren 6 und 7
    schematisch das Beschichten eines ebenen Substrates.
  • Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist ein Beschichtungsmodul 2 auf, das an einem Gestell 3 befestigt ist. Unterhalb des Beschichtungsmoduls 2 ist eine Transportvorrichtung 19 angeordnet, mit welcher ein zu beschichtendes Substrat 23 zum Beschichten einer oberen ebenen Fläche 23a vorzugsweise horizontal am Beschichtungsmodul 2 vorbeigeführt wird. Das Substrat 23 ist insbesondere eine Platte oder Scheibe, beispielsweise eine Glas-oder Keramikplatte. Das Beschichtungsmodul 2 ist über eine Flüssigkeitsleitung 14 mit einem Überlaufgefäss 25 verbunden, aus dem Beschichtungsmedium 28 dem Beschichtungsmodul 2 beim Beschichten nachgeliefert wird.
  • Das Beschichtungsmodul 2 weist gemäss den Figuren 2 und 3 zwei parallel zueinander angeordnete Platten 4 und 5 auf, zwischen denen eine Folie 6 mit einer definierten Stärke angeordnet ist. Die beiden Platten 4 und 5 bestehen beispielsweise aus Glas oder Metall und sind geschliffen und poliert um eine entsprechende Oberflächengüte zu gewährleisten. Die Folie 6 ist gemäss Figur 2 mit einem Ausschnitt 8a versehen, der einen Spalt 8 bildet, welcher im wesentlichen rechteckig ist und seitlich sowie oben geschlossen ist. Unten weist der Spalt 8 eine Öffnung 9 auf, die eine rechteckige Form besitzt und durch parallele, vergleichsweise scharfe Kanten 7 der Platten 4 und 5 sowie seitliche Kanten 6a der Folie 6 gebildet ist. Die Breite A des Kapillarspaltes 8 liegt im Bereich von 5 µm bis einigen Millimetern. Zum Aufbringen einer 2 µm dicken Schicht eignet sich beispielsweise ein Kapillarspalt 8 mit einer Breite A von 150 µm. Das Beschichtungsmedium 28 wird hierbei mit einer Temperatur von etwa 20°C aufgetragen und weist eine Viskosität von etwas 7 mPas-1 auf.
  • Die beiden Platten 4 und 5 sind mit einer Mehrzahl von Befestigungsschrauben 33 fest miteinander verschraubt. Die Folie 6 ist durch die Schrauben 33 fest und flüssigkeitsdicht zwischen den Platten 4 und 5 fixiert. Nach dem Lösen der Befestigungsschrauben 33 kann die Folie herausgenommen und durch eine andere Folie mit einer anderen Stärke ersetzt werden. Durch das Auswechseln der Folie 6 kann in einfacher Weise die Breite A des Kapillarspaltes 8 geändert werden. Die Folie 6 ist vorzugsweise eine Kunststoff- oder Metallfolie. Solche Folien können mit sehr kleiner Toleranz beispielsweise mit einer Dickenabweichung <1% hergestellt werden. Die Breite A des Kapillarspaltes 8 ist damit genau definiert, kann aber dennoch durch Austauschen der Folie 6 in einfacher Weise geändert werden.
  • Auf der Innenseite 5a der Platte 5 ist ein Kanal 10 angeordnet, der sich gemäss Figur 2 im wesentlichen über die gesamte Länge des Kapillarspaltes erstreckt, und der sich im oberen Bereich des Kapillarspaltes 8 befindet. Dieser Kanal 10 ist über eine Bohrung 11 in der Platte 5 sowie über eine Anschlussvorrichtung 12 mit der Flüssigkeitsleitung 14 verbunden. Mit einem Ventil 13 kann der Durchfluss durch die Leitung 14 verändert werden. Zur Steuerung ist eine Steuervorrichtung 16 vorgesehen, die über eine Leitung 15 mit dem Ventil 13 verbunden ist. Das Ventil 13 ist vorzugsweise pneumatisch gesteuert. Denkbar ist jedoch auch eine Steuerung mit einem Schrittmotor.
  • Die Leitung 14 ist mit dem Überlaufgefäss 25 verbunden, das über der Öffnung 9 des Kapillarspaltes 8 angeordnet ist. Das Überlaufgefäss 25 ist mittels einer geeignete Verstellvorrichtung 34 höhenverstellbar an einem Träger 40 angebracht. Die Höhe des Überlaufgefässes 25 über der Öffnung 9 liegt im Bereich von 10 bis 50 cm. Der Druck des Beschichtungsmediums 28 im Kapillarspalt 8 ist proportional zur Höhe des Flüssigkeitsniveaus 29a über der Öffnung 9 des Kapillarspaltes 8. Durch ein Verstellen des Überlaufgefässes 25 in den Richtungen des Doppelpfeiles 39 kann damit der Druck der Beschichtungsflüssigkeit 28a im Kapillarspalt 8 genau eingestellt werden.
  • Das Überlaufgefäss 25 weist ein äusseres Gefäss 26 sowie ein inneres Gefäss 27 auf. Das innere Gefäss 27 ist an seinem unteren Ende mit der Flüssigkeitsleitung 14 verbunden und weist eine Überlaufkante 29 auf, über welche Beschichtungsmedium 28 aus dem inneren Gefäss 27 in das äussere Gefäss 26 gelangen kann. Eine Flüssigkeitspumpe 31 fördert über eine Flüssigkeitsleitung 30 Beschichtungsmedium 28 aus einem Vorratsbehälter 32 dem Überlaufgefäss 25 zu. Überschüssiges Beschichtungsmedium 28 wird über eine Rückführleitung 41 aus dem Überlaufgefäss 25 an den Vorratsbehälter 32 zurückgeführt. Das Flüssigkeitsniveau 29a ist damit unabhängig von der Höhe des Überlaufgefässes 25 und auch unabhängig vom Verbrauch des Beschichtungsmediums 28 während der Beschichtung konstant gehalten. Entsprechend ist damit gewährleistet, dass während des Beschichtungsvorganges der Druck des Beschichtungsmediums 28 im Kapillarspalt 8 konstant ist. Das Überlaufgefäss 25 könnte auch durch einen Schneckenförderer oder einen Druckzylinder ersetzt sein. Wesentlich ist, dass durch diese Vorrichtung Medium mit konstantem Druck nachgeliefert werden kann.
  • Die Transportvorrichtung 19 weist ein endloses Transportband 20 auf, das um eine Antriebsrolle 21 sowie um eine Umlenkrolle 22 gelegt ist. Die Antriebsrolle 21 ist mit einem Antrieb 18, beispielsweise einem Elektromotor angetrieben, der über eine Signalleitung 17 mit der Steuerung 16 verbunden ist. Es sind hier auch andere Transportvorrichtungen denkbar, beispielsweise ein Transportschlitten, oder eine Transportvorrichtung mit Rollen. Das Substrat 23 kann an seiner Unterseite 23b mit geeigneten und hier nicht gezeigten Mitteln, beispielsweise mittels einer Vakuumplatte gehalten werden. Wie in der Figur 1 wird das Substrat 23 mit der Transportvorrichtung 19 von links nach rechts transportiert. Der Transport ist vorzugsweise gleichmässig und kann mittels der Steuerung 16 stufenlos verstellt werden. Das Substrat 23 wird vorzugsweise in horizontaler Ausrichtung transportiert. Denkbar ist auch eine geneigte Ausrichtung. Schliesslich ist auch eine Ausführung denkbar, bei welcher das Substrat 23 nicht linear transportiert, sondern rotiert wird.
  • Nachfolgend werden die einzelnen Verfahrensschritte näher erläutert.
  • Um den Kapillarspalt 8 mit Beschichtungsmedium 28 zu füllen, wird mit der Pumpe 31 aus dem Vorratsbehälter 32 in das Überlaufgefäss 35 Beschichtungsmedium 28 gefördert. Aus diesem Gefäss 25 fliesst das Beschichtungsmedium bei offenem Ventil 13 in den Kapillarspalt 8. Aufgrund der Kapillarkräfte wird das Medium im Kapillarspalt 8 gehalten, wobei sich gemäss Figur 5 ein Meniskus 28b bildet. Der Druck in der Flüssigkeit 28a ist hier abhängig insbesondere von der Höhe des Überlaufgefässes 25, der Viskosität des Beschichtungsmediums 28 und der Temperatur. Der Kanal 10 begünstigt eine gleichmässige Verteilung des Beschichtungsmediums 28 über die ganze Länge des Kapillarspaltes 8.
  • Zum Beschichten des Substrates 23 wird bei geschlossenem Ventil 13 dieses mit der zu beschichtenden Fläche 23a oben unter die Öffnung 9 geführt. Bei stillstehendem Substrat 23 wird das Ventil 13 geöffnet und damit ein gleichmässiger Durchfluss des Beschichtungsmediums 28 durch den Kapillarspalt 8 eingeleitet. Der Spalt S zwischen der Oberfläche 23a und den Kanten 7 wird nun mit Substrat 23 gefüllt und das Substrat 23 benetzt. Für das Benetzen wird das Substrat 23 während einer Zeitdauer von etwa 0,1 bis 1 Sekunde nicht transportiert. Anschliessend wird die Transportvorrichtung 19 aktiviert und das Substrat 23 in Figur 7 in Richtung des Pfeils 37 von links nach rechts mit konstanter Geschwindigkeit linear bewegt. Da wie oben erwähnt die Beschichtungsflüssigkeit 28 bei gleichbleibendem Druck konstant nachgeliefert wird, bildet sich auf dem Substrat 23 eine gleichmässige Schicht 43, wie die Figur 7 zeigt.
  • Nach dem Beschichten des Substrates 23 wird das Ventil 13 wieder geschlossen. Das Schliessen des Ventils 13 erfolgt vorzugsweise vor dem Erreichen des Substratendes, derart, dass beim Erreichen des Substratendes im Spalt S die Zufuhr von Beschichtungsmedium unterbrochen wird und das Beschichtungsmedium nicht über die Kante des Substratendes fliessen kann. Der geeignete Zeitpunkt zum Schliessen ist insbesondere von der Viskosität des Mediums 28 abhängig und kann im Prozess optimiert werden. Die Vorrichtung 1 ist nun bereits wieder für eine weitere Beschichtung bereit. Die aufgetragene Schicht 43 wird in bekannter Weise getrocknet. Die Schichtdicke nach dem Trocknen beträgt beispielsweise 2,5 bis 3 µm.
  • Die Schichtdicke wird wesentlich durch die Viskosität und den Feststoffgehalt des Beschichtungsmediums 28, sowie die Höhe des Überlaufgefässes 25 über der Öffnung 9, die Breit A des Kapillarspaltes 8 sowie durch die Transportgeschwindigkeit des Substrates 23 bestimmt. Die oben erwähnte Schichtdicke von 2,5 bis 3 µm wird beispielsweise mit einem Beschichtungsmedium 28 erhalten, das einen Feststoffgehalt von 10% und eine Viskosität von etwa 5,5 mPas-1 aufweist. Die Temperatur des Beschichtungsmediums 28 beträgt hierbei 20°C und die Höhe des Überlaufgefässes 25 über der zu beschichtenden Oberfläche 23a beträgt hierbei 28 mm. Die Spaltenbreite A 130 µm und die Transportgeschwindigkeit 50 mm/s. Trotz der vergleichsweise hohen Transportgeschwindigkeit wird eine gute Gleichmässigkeit der Schicht 43 erreicht. Die Abweichungen in der Stärke der Schicht 43 betragen in der Regel weniger als 1%.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Beschichten eines ebenen Substrates (23), mit einem einen Kapillarspalt (8) aufweisenden Beschichtungsmodul (2), welcher Kapillarspalt (8) mit einem flüssigen Beschichtungsmedium (28) gefüllt ist und eine Öffnung (9) aufweist, an welcher eine zu beschichtende Oberfläche (23a) des Substrates (23) in vergleichsweise kleinem Abstand vorbeizuführen ist, so dass sich eine Schicht (43) auf der genannten Oberfläche (23a) abscheidet, wobei der Kapillarspalt (8) unten offen ist und über einen Versorgungsraum (25, 27) mit Beschichtungsmedium (28a) gefüllt wird und das Substrat (23) unter der Öffnung (9) des Kapillarspaltes (8) mit der zu beschichtenden Oberfläche (23a) nach oben vorbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Überlaufgefäß (25) vorgesehen ist, das über eine Flüssigkeitsleitung (14) mit dem Kapillarspalt (8) verbunden ist und über der Öffnung (9) des Kapillarspaltes (8) angeordnet ist, um eine gleichmäßige Schichtstärke der Schicht (43) zu gewährleisten.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zuführvorrichtung (25), mit welcher dem Kapillarspalt (28) über eine Öffnung (11) des Beschichtungsmoduls (2) Beschichtungsmittel (28) nachlieferbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeitsleitung (14) ein Ventil (13) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlaufgefäß (25) höhenverstellbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmodul (2) zwei parallel zueinander angeordnete Platten (4, 5) und eine zwischen diesen Platten angeordnete Folie (6) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (6) auswechselbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten (4, 5) lösbar miteinander verschraubt sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapillarspalt (8) oben und seitlich geschlossen ist.
  9. Verfahren zum Beschichten eines Substrates (23) mit einem Beschichtungsmodul (2), an dem das Substrat (23), mit der zu beschichtenden Oberfläche (23a) vorbeigeführt wird und sich hierbei eine Schicht (43) des Beschichtungsmediums (28) auf dieser Oberfläche (23a) abscheidet, wobei während der Beschichtung dem Beschichtungsmodul (2) Beschichtungsmedien (28) nachgeliefert werden, wobei das Substrat (23) mit der zu beschichtenden Oberfläche (23a) nach oben am Beschichtungsmodul (2) vorbeigeführt wird und dass hierbei Beschichtungsmedium (28) von oben nach unten an das Substrat (23) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmedium (28) dem Beschichtungsmodul (2) aus einem Überlaufgefäß (25) zugeführt wird, welches über dem Beschichtungsmodul (2) angeordnet ist, wobei eine gleichmäßige Schichtdicke der Schicht (43) gewährleistet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Beschichtungsmodul (2) während des Beschichtens aus dem Überlaufgefäß (25) mittels einer am Beschichtungsmodul (2) angeschlossenen Flüssigkeitsleitung (14) gleichmäßig Beschichtungsmedium (28) nachgeliefert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmedium (28) aus einem Vorratsbehälter (32) dem Überlaufgefäß (25) und von diesem dem Beschichtungsmodul (2) zugeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das im Überlaufgefäß (25) überlaufende Beschichtungsmedium (28) in den Vorratsbehälter (32) zurückgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Steuervorrichtung (16) gesteuertes Ventil (13) sowie eine Transportvorrichtung (19) für das Substrat (23) vorgesehen sind und dass die Steuervorrichtung (16) die Transportvorrichtung (19) steuert.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Öffnen des Ventils (13) und einer Benützung des stillstehenden Substrates (23) während einer vorbestimmten Zeitspanne das Substrat (23) durch eine Aktivierung der Transportvorrichtung (19) zum Beschichten transportiert wird.
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