JP2006305548A

JP2006305548A - 塗布装置および塗布方法

Info

Publication number: JP2006305548A
Application number: JP2005283988A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kobashi; 康裕小橋; Fumiyuki Yoshida; 史志吉田; Yasuhiro Mitsui; 康裕三井; Atsushi Yuzawa; 淳湯澤
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】
粘度が１ｃｐ〜１０ｃｐの範囲の低粘度の塗布液であっても、１０μｍ以下の薄い厚みの塗布層を形成可能なエクストルージョン型塗布装置を提供する。
【解決手段】
供給された塗布液を溜め、幅方向へ広げる半円状のマニホールドと、該マニホールドから塗布液が塗出される塗出スリットを備えたダイヘッドを用いて、粘度が１ｃｐ〜１０ｃｐの範囲の塗布液を基板に塗布する塗布装置において、前記塗出スリットの幅が６０μｍ〜１２０μｍ、前記マニホールドの径が、１２ｍｍ〜１８ｍｍの範囲としたことを特徴とするダイヘッドを備えた塗布装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板上に、塗布液を均一な厚さに塗布可能な塗布装置および塗布方法に関する。特に、粒子分散型の塗布液を均一な厚さに塗布可能な塗布装置および塗布方法に関する。

液晶ディスプレイなどに用いられるカラーフィルタの製造方法として、予め顔料等の粒子を分散させた感光樹脂材料（塗布液）をガラス基板に塗布し、露光・現像・ベーク工程を経て格子状のパターンを形成する方法、いわゆる、顔料分散法がある。
一般に、ガラス基板等の透明基板に、塗布液を均一に塗布した塗布層を形成する方法は、各種あるが、一定のスリット幅を有するエクストルージョン型ダイヘッドを用いて塗布するダイコート法が、必要な塗布層を得るために使用する塗布液を無駄なく使用でき、また、大きな面積の塗布層を基材上に１回の工程で塗布形成できるので、多く用いられるようになっている。

前記塗布装置に用いるダイヘッドは、複数の金属製構造物を組み合わせて構成されており、断面形状が半円形状である、塗布液が溜まるマニホールドと、該マニホールドに連続して設けられた狭い幅のスリットを有する構造である。また、前記スリットの出口部の両側には、狭い幅のリップを有し、一方、前記マニホールドには、外部から塗布液を供給するための経路が接続している。

このエクストルージョン型ダイヘッドを用いたダイコート法は、図１に示すように、ダイヘッド１の塗布液供給口３から塗布液４を供給し、マニホールド５内に溜める。そして、塗布液４を、前記マニホールド５からスリット６を通して塗出し、基板２上に塗布し、塗布層を形成する。
ダイコートを用いて塗布するに際し、ダイヘッド１または基板２の、少なくともどちらか一方を相対的に移動させることで、基板２上に塗布層を形成する。

しかし、このダイコート法は、基板上に塗布層を塗布形成するため、前記スリット幅がダイヘッドの長手方向で不均一であると、塗布液の塗出量に差が生じ、塗布層の膜厚が不均一となり、また、この膜厚の不均一が原因で、塗布方向へ筋むらが発生することがあり、大きな問題となっていた。この問題を解決するため、前記ダイヘッドの設計に際し、所定の塗工データに基づいてダイ内の３次元流動計算を行い、最適のスリット幅を決定して、設計したダイを用いることで、多様な塗布液に対応した塗布が可能となることが開示されている（特許文献１参照）。

さらに、近年、一枚のカラーフィルタが大きくなるばかりでなく、一枚の基板から、多数のカラーフィルタを分割して取り出せるように、塗布層を形成するガラス基板の大きさが、２０００ｍｍを超える大きさにガラス基板を用いることが求められている。このように、２０００ｍｍを超える大きさのガラス基板へ、前記ダイコート法により、１０μｍ以下の塗布層を均一な厚みで形成することは困難となっている。
特開２００４−３３９６５号公報

本発明は、粘度が１ｃｐ〜１０ｃｐの範囲の低粘度の塗布液であっても、１０μｍ以下の薄い厚みの塗布層を均一に形成可能なエクストルージョン型塗布装置を提供することを目的とする。
また、基板幅が２０００ｍｍを超える大きさの基板であっても、均一な膜厚の形成が可能な塗布装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、粘度が１ｃｐ〜１０ｃｐの範囲の塗布液を基板に塗布する塗布装置において、塗出スリットの幅を６０μｍ〜１２０μｍ、マニホールドの径を１２ｍｍ〜１８ｍｍの範囲とした、供給された前記塗布液を溜め、幅方向へ広げる半円状のマニホールドと、該マニホールドから塗布液が塗出される塗出スリットを備えたダイヘッドを備えたことを特徴とする塗布装置である。

請求項２に記載の発明は、さらに、前記ダイヘッドのスリットから外側に広がるリップ部の長さを０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲としたダイヘッドを備えた請求項１記載の塗布装置である。

請求項３に記載の発明は、さらに、前記ダイヘッドの長さが、２０００ｍｍを超えるダイヘッドを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の塗布装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の塗布装置を用い、基板上に粘度が１ｃｐ〜１０ｃｐの範囲の塗布液を塗布することを特徴とする塗布方法である。

本発明は、ダイヘッドのスリット幅を、６０μｍ〜１２０μｍの範囲で、マニホールドの径を、１２ｍｍ〜１８ｍｍとすることで、粘度が１ｃｐ〜１０ｃｐの範囲の低粘度の塗布液であっても、１０μｍ以下の厚さの均一な膜厚を有する塗布層を形成することができた。
また、ダイヘッドの長さが、２０００ｍｍを超えるものであっても、低粘度の塗布液の中心部と端部との塗出膜厚差の小さく、均一な厚みの塗布層の形成が可能となった。

本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
図１は、塗布液を押し出すエクストルージョン型ダイヘッドを備えた塗布装置の主要部を示すもので、ダイヘッド１の内部は、対称面の片側（ｚ軸正方向）のみを表わしている。
また、図２（ａ）は、図１に示したダイヘッドの、ＹＺ断面図、同図（ｂ）は、ＹＸ断面図を表わしている。
まず、塗布液４は、供給口３からマニホールド５に供給され、該マニホールド５内に溜められる。次に、マニホールド６からスリット６を通って、ダイヘッドの幅方向（L）へ広がり、基板２上に塗布形成される。
ここで、塗布装置のダイヘッド１と基板２とは、どちらか一方が相対的に移動し、塗布層が形成される。

図２に示すように、前記塗布液の供給口３は、ダイヘッド１の長手方向の略中心に位置するように連結されている。
図３に示すように、粘度が１ｃｐ〜１０ｃｐの範囲の低粘度の塗布液は、ダイヘッドから押し出す塗出量比率は、中心部から両端部へ近づくに従って、小さくなる。
また、低粘度の塗布液は、図４に示すように、スリット６の幅と、該スリット６の中心部と端部との吐出量比率分布との関係となり、また、以下の一般的に式（１）で定義される。
吐出量比率（Ｑｃ）＝端部の塗出量／中心部の塗出量（１）
つまり、中心部と端部の塗出量が均一の場合は、Ｑｃ＝１．００となるが、一定のスリット幅においては、Ｑｃ＜１．００となる。

ここで、スリット幅を、５０μｍ〜１２０μｍの範囲で変化させ、また、半円状マニホールドの径を、８μｍ、１２μｍ、１８μｍ、２０μｍ、また、リップ長さを、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍに変化させたダイヘッドを用いて塗布液を塗布し、塗布層の均一性をテストした。
まず、スリットの幅を変えた場合の結果を表１に示す。

表１から明らかなように、６０μｍ未満であると、塗出面積不足による塗布むらが生じ、また、１２０μｍを超えると、塗布均一性が悪くなり、端部の塗出量が、中心部の塗出量と比較して、２％以上低下してしまい、均一な塗布層の形成が困難となる。
１０μｍ以下の均一な厚さの塗布層を得るためには、スリットの幅を６０μｍ〜１２０μｍ範囲とすることにより、０．９８≦Ｑｃ＜１．００の一定の吐出量比率分布が得られることがわかる。

また、前記低粘度の塗布液を押し出し塗布する際、マニホールドの大きさも、前記塗出量分布を得るためには重要な事項である。
マニホールドの径を変えた場合の結果を表２に示す。

表２から明らかなように、マニホールドの径が、１２ｍｍ〜１８ｍｍとすることにより、塗布液のマニホールド内の滞留がなく、塗布均一性を達成することができる。
このマニホールドの径が、１８ｍｍを超えると、塗布均一性は向上するが、塗布液がマニホールド内に滞留する恐れがあり、また、径が１２ｍｍ未満であると、塗布液の滞留はないが、塗布均一性が悪くなってしまう。

ここで、使用する塗布液の粘度が３ｃｐ、表面張力が２７ｍＮ／ｍ、塗布速度が、１２０ｍｍ／秒、ダイヘッドのスリット幅が８０μｍとし、ガラス基板に塗布し、リップ部７の長さを変えた場合の、塗布層の状態を確認した結果を表３に示す。

表３から明らかなように、リップ部の長さの好適な範囲は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲とすることにより、均一な厚みの塗布層の形成が可能となった。
リップ部の長さが、０．１ｍｍ未満であると、塗布液にエアを巻き込んでしまい、０．５ｍｍを超えると横段むらが生じ、均一な膜厚の塗布ができない。

本発明の塗布装置の主要部を示す説明図である。本発明の塗布装置に用いるダイヘッドの断面図である。低粘度の塗布液のダイヘッドの長手方向の塗出量分布を示すグラフである。スリット幅の変化に伴う塗出量分布を示すグラフである。

符号の説明

１…ダイヘッド２…基板３…塗布液供給口
４…塗布液５…マニホールド６…スリット
７…リップ１６…段差部

Claims

粘度が１ｃｐ〜１０ｃｐの範囲の塗布液を基板に塗布する塗布装置において、塗出スリットの幅を６０μｍ〜１２０μｍ、マニホールドの径を１２ｍｍ〜１８ｍｍの範囲とした、供給された前記塗布液を溜め、幅方向へ広げる半円状のマニホールドと、該マニホールドから塗布液が塗出される塗出スリットを備えたダイヘッドを備えたことを特徴とする塗布装置。
さらに、前記ダイヘッドのスリットから外側に広がるリップ部の長さを０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲としたダイヘッドを備えた請求項１記載の塗布装置。
さらに、前記ダイヘッドの長さが、２０００ｍｍを超えるダイヘッドを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の塗布装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の塗布装置を用い、基板上に粘度が１ｃｐ〜１０ｃｐの範囲の塗布液を塗布することを特徴とする塗布方法。