JP2007203293A - 表示装置製造用スリットコーターとこれを利用した表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な品質のコーティング層を形成することができる表示装置製造用スリットコーターを提供する。
【解決手段】表示装置製造用スリットコーターは、コーティング液供給部と、コーティング液供給部からのコーティング液が注入される注入部とコーティング液を処理対象の基板上にコーティングさせる細長型のスリット部とを含み、注入部とスリット部との間にスリット部の長さ１ｍｍ当り０．１３ｃｃ〜０．５ｃｃの体積を有するキャビティが形成されているスリットノズルとを含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は表示装置製造用スリットコーターとこれを利用した表示装置の製造方法に関する。

最近、従来のＣＲＴの代わりに、液晶表示装置（ＬＣＤ）、ＰＤＰ（ｐｌａｓｍａ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）、ＯＬＥＤ（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）等の平板表示装置が多く使用されている。
これら平板表示装置の製造には感光物質などの薄膜を基板の前面にコーティングしてコーティング層を形成する工程が多く使用される。コーティング層は必要によって露光、現像等を通じてパターニングされる。

このようなコーティング層を形成する方法には、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）及びスリットコーティング（ｓｌｉｔ ｃｏａｔｉｎｇ）等がある。スリットコーティングは細長型のノズルを有するスリットコーターを基板上で移動しながらノズルを通じてコーティング液を吐出する方法である。
最近、表示装置が大型化することに伴って、スリットコーターの長さも一緒に増加している。しかし、スリットコーターの長さが増加することにより、位置によって吐出量が不均一になって、コーティング層の品質、特に厚さが一定でないという問題がある。

従って、本発明の目的は、均一な品質のコーティング層を形成することができる表示装置製造用スリットコーターを提供することにある。
本発明の他の目的は、品質が均一であるようなコーティング層を形成することができる表示装置製造用スリットコーターを用いて表示装置を製造する方法を提供することにある。

前記の目的は、コーティング液供給部と；前記コーティング液供給部からのコーティング液が注入される注入部と前記コーティング液を処理対象の基板上にコーティングする細長型のスリット部とを含み、前記注入部と前記スリット部との間に前記スリット部の長さ１ｍｍ当り０．１３ｃｃ〜０．５ｃｃの体積を有するキャビティが形成されているスリットノズルとを含む表示装置製造用スリットコーターによって達成される。

前記注入部は前記スリットノズルの中央部に位置し、前記キャビティは前記注入部を中心に左右対称に設けられていることが好ましい。
前記キャビティは前記注入部から遠くなるほど下向傾斜していることが好ましい。
前記キャビティの横断面は前記注入部から遠くなるほど広くなることが好ましい。
前記ノズルのギャップ（ｇａｐ）は６０μｍ〜１４０μｍであることが好ましい。

前記本発明の目的は、コーティング液供給部と；前記コーティング液供給部からコーティング液の供給を受け、供給されたコーティング液が吐出幅１ｍｍ当り０．１３ｃｃ〜０．５ｃｃの体積を有する細長型キャビティを経た後に吐出されるスリットノズルとを含むことを特徴とする表示装置製造用スリットコーターによっても達成される。
前記本発明の他の目的は、コーティング液供給部と；コーティング液が注入される注入部と前記コーティング液を処理対象の基板上にコーティングする細長型のスリット部とを含み、前記コーティング液供給部と前記スリット部との間に前記スリット部の長さ１ｍｍ当り１．３ｃｃ〜５ｃｃの体積を有するキャビティが形成されているスリットノズルとを含むスリットコーターを用いて絶縁基板上にコーティング層をコーティングする段階と；前記コーティング層をパターニングする段階とを含むことを特徴とする表示装置用基板の製造方法によって達成される。

前記絶縁基板上に格子状のブラックマトリックスを形成する段階をさらに含み、前記コーティング層は前記ブラックマトリックス上に形成され、前記コーティング層はカラーフィルター物質を含むことが好ましい。
前記コーティング液の粘度は２ｃＰ〜６ｃＰであることが好ましい。

本発明によれば、均一な品質のコーティング層を形成することができる表示装置製造用スリットコーターを提供することができる。
また、均一な品質のコーティング層を形成することができる表示装置製造用スリットコーターを用いて表示装置を製造する方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
以下の実施形態において同一の構成要素を示す参照番号は同一の番号を使用した。同一の構成要素については第１実施形態で代表的に説明し、他の実施形態では省略することとする。
図１〜図３を参照して本発明の第１実施形態による液晶表示装置を説明する。

図１は本発明の第１実施形態によるスリットコーターの斜視図である。図２は図１のII-II線による断面図であり、図３は図１のIII-III線による断面図である。
本発明の第１実施形態によるスリットコーター１はスリットノズル１０及びコーティング液供給部２０を含む。
スリットノズル１０は長く延長されており、コーティング液供給部２０からコーティング液が供給されて、基板上にコーティング層を形成する。スリットノズル１０の長さ（Ｗ）は約８００ｍｍ〜２０００ｍｍの範囲で設定することができる。

スリットノズル１０は、互いに結合している第１サブ本体１１及び第２サブ本体１２を含む。第１サブ本体１１は第２サブ本体１２に比べて複雑な形状を有し、注入部１３、キャビティ１４及びノズル部１５を形成する。
注入部１３はコーティング液供給部２０に連結されており、供給されるコーティング液を受けるように構成されている。注入部１３はスリットノズル１０の長さ方向でほぼ中心の部分に位置している。

キャビティ１４は注入部１３に連結されており、注入部１３を中心に両側に延長されている。キャビティ１４は注入部１３を中心に両側が対称に形成されている。
注入部１３を通じて供給されたコーティング液はキャビティ１４を経た後、ノズル部１５に進行する。キャビティ１４はノズル部１５に比べて大きな体積を有しているが、ノズル部１５の長さ１ｍｍ当り約０．１３ｃｃ〜０．５ｃｃの体積を有する。例えば、スリットノズル１０の長さ（Ｗ）が約１２００ｍｍであれば、キャビティ１４は約１５６ｃｃ〜６００ｃｃの体積を有する。キャビティ１４の体積がこのような値を有する理由は後述する。

キャビティ１４は、また、注入部１３を中心に注入部１３から遠くなるほど下向している。傾いた傾斜角、即ち、ハンガー角（ｈａｎｇｅｒ ａｎｇｌｅ、θ）は１度内外とすることができる。
第１サブ本体１１と第２サブ本体１２は対向面において小さなギャップｇを形成することによってノズル部１５を構成する。ノズル部１５はキャビティ１４と連結されており、ノズル部１５のギャップｇは６０μｍ〜１４０μｍとすることができる。

ノズル部１５のオリフィス長さ（ｏｒｉｆｉｃｅ ｌｅｎｇｔｈ、Ｌ）はキャビティ１４の位置によって変わる。つまり、ノズル部１５のオリフィス長さ（Ｌ）はキャビティ１４が最も上部に位置するスリットノズル１０の中心部で最も長く、キャビティ１４が最も下部に位置するスリットノズル１０の両末端で最も短くなる。最も短いスリットノズル１０の両末端でのオリフィス長さ（Ｌ）は１０ｍｍ〜６０ｍｍとすることができる。

コーティング液供給部２０は、コーティング液タンク２１と質量流速制御器（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）とを含む。
以上のようなスリットコーター１は供給されたコーティング液を位置に関係なく均一な厚さで基板上にコーティングする。つまり、注入部１３から近い部分や注入部１３から遠く離れた部分で全て均一な厚さのコーティング層を形成する。

これは、大きな体積を有するキャビティ１４によってコーティング液の流れが均一になるためである。また、注入部１３から遠くなるほどノズル部１５のオリフィス長さ（Ｌ）が小さくなって、吐出抵抗が小さくなるためである。
以下、図４ａ〜図５を参照して、スリットコーターのキャビティ体積について説明する。

図４ａ及び図４ｂは本発明の第１実施形態によるスリットコーターを利用したスリットコーティングを説明するための図面であり、図５はスリットコーターのキャビティ体積とコーティング層の厚さ分布との関係を説明するためのグラフである。
図４ａのように、スリットノズル１０は延長方向の垂直方向に基板１００を通過しながらコーティング層１１０を形成する。スリットノズル１０の延長方向をＴＤといい、スリットノズル１０の進行方向をＭＤという。

コーティング層１１０は厚さが不均一に形成される場合があり、そのうちのＭＤ方向への不均一な厚さはコーティング液供給部２０の性能や、コーティング液の組成によって決定される。反面、ＴＤ方向への 不均一な厚さはスリットノズル１０の性能によって決定され、特にスリットノズル１０の中央部Ａと縁部Ｂとの間の厚さの差が問題となる。
図４ｂのように、コーティング層１１０に屈曲が発生した場合、屈曲の幅ｄｘと屈曲の高さｄｙによってまだら模様（斑）が認知されるという問題がある。

このようなまだら模様（斑）はｄｙ／ｄｘが一定水準以上になると観察されるものであり、同一の屈曲の高さｄｙに対して屈曲の幅ｄｘが小さければまだら模様（斑）と認知され、屈曲の幅ｄｘが大きければまだら模様（斑）と認知されない。
一方、屈曲の高さ変化ｄｙは、コーティング層１１０が青色カラーフィルター物質である場合、ＮＴＳＣ色座標上での位置変化を示すｄＢｙで表現することができる。これは、コーティング層１１０の厚さを直接測定することより、コーティング層１１０の色特性を測定することが容易なためである。０．００１２のｄＢｙは約３６５Åのｄｙを意味し、ｄＢｙが大きければｄｙも大きいことを意味する。

下記表１は、屈曲の幅ｄｘと屈曲の高さｄＢｙによるｄＢｙ／ｄｘ＊１０００値（以下、‘斑指数’という）を示したものである。

表１で斑指数が約０．２５以下であればまだら模様（斑）が認知されず、斑指数が約０．７以上であればまだら模様（斑）が認知される。以下では斑指数０．７を不良の発生する基準として説明する。

図５はスリットノズルのキャビティ体積とコーティング層の厚さ分布との関係を説明するためのグラフである。
実験では、スリットノズル１０の長さ（Ｗ）が１１００ｍｍである場合に、スリットノズル１０のキャビティ１４体積を変化させながら、中心部と縁部のコーティング液流量を測定した。

図５を見れば、キャビティ１４の体積が小さいほど中心部での流量（Ｑｃｅｎｔｅｒ）が縁部の流量（Ｑｅｄｇｅ）に比べて大きいことが分かる。この場合、コーティング層は中心部と縁部の厚さが異なり、また、屈曲が激しくなってまだら模様（斑）を誘発するようになる。
キャビティ１４の体積が増加するほど中心部での流量（Ｑｃｅｎｔｅｒ）と縁部の流量（Ｑｅｄｇｅ）との差が減少し、キャビティ１４の体積が約１５０ｃｃ以上になるとほとんど差がなくなることが分かる。

これは、キャビティ１４の体積が約１５０ｃｃ以上になると、キャビティ１４がバッファーの役割を効率的に行って、位置に関係なくノズル部１５の末端の圧力を一定にするためであると思われる。
位置に関係なく流量が一定になるキャビティ１４の体積はスリットノズル１０の長さ（Ｗ）に対する比で示すことができ、実験によって、この値は１５０ｃｃ／１１００ｍｍであって、約０．１３ｃｃ／ｍｍである。

キャビティ１４の体積が１５０ｃｃ以上に増えても位置に関係なく流量が一定になる効果は維持される。しかし、キャビティ１４の体積が約０．５ｃｃ／ｍｍより大きくなると、コーティング液の停滞による問題が発生することがあるので、キャビティ１４の体積は約０．５ｃｃ／ｍｍより小さいことが好ましい。
以下、本発明によるスリットコーター１の性能を実験を通じて説明する。

＜実験例１＞
実験は、パターンが形成されていないガラス基板に対して青色カラーフィルターをコーティングする方法で行われた。青色カラーフィルターの粘度は約４．２ｃＰであり、スリットノズルの長さは１１００ｍｍであった。
表２は実験に使用されたスリットノズルの条件を整理したものである。

表２のように、本発明による実施形態のノズルコーターは約２０２ｃｃ、即ち、０．１８３ｃｃ／ｍｍの体積を有するキャビティが形成されており、比較例のノズルコーターは約２６ｃｃ、即ち、０．０２３ｃｃ／ｍｍの体積を有するキャビティが形成されている。

図６ａ〜図６ｃは実験例１の結果を示したものであって、ＴＤ方向によるＢｙ値を示した。図６ａ及び図６ｂは比較例に関するものであって、１枚コーティングした場合と５８０枚コーティングした場合の厚さ分布を示す。図６ｂは図６ａの‘Ｃ’部分を拡大したものである。図６ｃは実施形態に関するものであって、１枚コーティングした場合と１２０枚コーティングした場合の厚さ分布を示す。

比較例に関する図６ａ及び図６ｂを見ると、斑指数（ｄＢｙ／ｄｘ＊１０００）が０．７を越える部分が観察される。特に、縁部分では１枚の場合には斑指数が０．６であって基準内であるが、５８０枚の場合には１．０であって基準外に増加したことが分かる。
反面、実施形態に関する図６ｃを見ると、周縁で厚さ変化は多少大きいが、これは広い範囲を経て変化しているので、斑指数は０．１または０．３５のように基準内の値を有している。また、１枚の場合や１２０枚の場合が全てほとんど同じ厚さ分布を示している。

＜実験例２＞
実験は、ブラックマトリックスが形成されているガラス基板に対して青色カラーフィルターをコーティングする方法で行われた。青色カラーフィルターの粘度は約４．２ｃＰであり、スリットノズルの長さは１１００ｍｍであった。使用されたノズルコーターは実験例１と同一である。

図７ａ及び図７ｂは実験例の結果を図示したものであって、ＴＤ方向によるＢｙ値を示した。図７ａは比較例に関するものであって、１枚コーティングした場合と４００枚コーティングした場合の厚さ分布を示す。図７ｂは実施形態に関するものであって、１枚コーティングした場合、４００枚コーティングした場合、６００枚コーティングした場合及び８００枚コーティングした場合の厚さ分布を示す。

比較例に関する図７ａを見ると、４００枚コーティングした場合に０．５〜０．５５水準の斑指数が観察される。特に、４００枚コーティングした場合が一枚コーティングした場合に比べて厚さ変化が激しいことが分かる。
反面、実施形態に関する図７ｂを見ると、周縁で厚さ変化は多少大きいが、これは広い範囲を経て変化しているので、斑指数は０．３３水準を示す。特に、コーティング枚数と関係なく厚さプロファイルはほとんど一定に示された。

表３は以上の実験例１と実験例２の結果を整理したものである。

表３を見ると、実施形態によるノズルコーターは、まだら模様（斑）が発生するおそれのある変曲点の個数が少なく、斑指数もコーティング枚数と関係なく０．３５以下であることが分かる。また、ノズルコーターは無パターンの基板またはブラックマトリックスが形成された基板に関係なく優れた性能を示す。

＜実験例３＞
本実験では、実施形態によるノズルコーターを対象にコーティング速度を１２０ｍｍ／秒及び１５０ｍｍ／秒に変更した。また、１５０ｍ／秒で一定時間コーティングした後、２時間コーティング停止し、その後再び１５０ｍｍ／秒でコーティングする実験も行った。

図８ａは実験例３の結果を示したものであって、ＴＤ方向によるＢｙ値を示した。図８ａを見ると、３つの場合に大きさは多少相違しているが、全体的な厚さプロファイルは類似していることが分かる。
図８ｂは図８ａに四角形で表示した屈曲が発生した６個の地点に対して斑指数を示したものである。斑指数は全て０．３以下であって基準内であることが分かる。したがって、実施形態によるノズルコーターを、従来のノズルコーターの運転速度に該当する１５０ｃｃ／秒で使用しても問題がないことがわかる。

一方、従来のノズルコーターはコーティング待機時に、ノズル部の内部壁面とコーティング液との間の界面に汚染が発生する問題があった。しかし、実験例３によれば、実施形態によるノズルコーターはこのような汚染問題が発生しない。
図９ａ〜図９ｆは、本発明の第１実施形態によるスリットコーターを用いた表示装置の製造方法を説明するための図面である。図９ａ〜図９ｆは液晶表示装置に使用されるカラーフィルター基板の製造方法を示したものである。

まず、図９ａ及び図９ｂのように、絶縁基板１２０上に格子状のブラックマトリックス１２１を形成する。
その次、図９ｃのように、ブラックマトリックス１２１が形成された絶縁基板１２０上に本発明によるスリットコーター１を用いて青色カラーフィルター１２２ａを形成し、図９ｄのように、コーティングされた青色カラーフィルター１２２ａをパターニングする。

その次に、図９ｅのように、パターニングされた青色カラーフィルター１２２ａ上にスリットコーター１を用いて赤色カラーフィルター１２２ｂをコーティングする。
その後、赤色カラーフィルター１２２ｂのパターニングを経た後、緑色カラーフィルター１２２ｃも同じ過程を経ることにより、図９ｆに記載するようなカラーフィルター基板が完成する。完成したカラーフィルター基板のカラーフィルター１２２は位置に関係なく一定の厚さを有していて、まだら模様（斑）の発生が減少する。

以上では、本発明のスリットコーター１をカラーフィルターの形成に使用するものに限定したが、スリットコーター１は表示装置に使用される各種有機層、保護膜などの形成に用いることができる。本発明での表示装置は液晶表示装置、有機電界発光装置、ＰＤＰなどを含む。
図１０及び図１１はそれぞれ本発明の第２実施形態及び第３実施形態によるスリットコーターの断面図である。

図１０に示した第２実施形態ではキャビティ１４の直径が周縁に行くほど大きくなる。つまり、中心部の直径Ｒ１より縁部の直径Ｒ２がさらに大きい。そのため、キャビティ１４の単位長さ当り体積も周縁に行くほど増加して、縁部での吐出圧力を一定にする。
図１１に示した第３実施形態では、キャビティ１４にハンガー角が形成されておらず、そのためノズル部１５のオリフィス長さ（Ｌ）は位置に関係なく一定になる。

本発明の幾つかの実施形態が図示され説明されたが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する当業者であれば、本発明の原則や精神から外れずに本実施形態を変形できることが分かる。本発明の範囲は添付された請求項とその均等物によって決められる。

本発明の第１実施形態によるスリットコーターの斜視図である。 図１のII-II線による断面図である。 図１のIII-III線による断面図である。 本発明の第１実施形態によるスリットコーターを利用したスリットコーティングを説明するための図面である。 本発明の第１実施形態によるスリットコーターを利用したスリットコーティングを説明するための図面である。 スリットコーターのキャビティの体積とコーティング層の厚さ分布の関係を説明するためのグラフである。 無パターンの基板に対して実施した本発明の実験例１を説明するためのグラフである。 無パターンの基板に対して実施した本発明の実験例１を説明するためのグラフである。 無パターンの基板に対して実施した本発明の実験例１を説明するためのグラフである。 ブラックマトリックスが形成された基板に対して実施した本発明の実験例２を説明するためのグラフである。 ブラックマトリックスが形成された基板に対して実施した本発明の実験例２を説明するためのグラフである。 コーティング速度を異にして実施した本発明の実験例３を説明するためのグラフである。 コーティング速度を異にして実施した本発明の実験例３を説明するためのグラフである。 本発明の第１実施形態によるスリットコーターを用いた表示装置の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第１実施形態によるスリットコーターを用いた表示装置の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第１実施形態によるスリットコーターを用いた表示装置の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第１実施形態によるスリットコーターを用いた表示装置の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第１実施形態によるスリットコーターを用いた表示装置の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第１実施形態によるスリットコーターを用いた表示装置の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第２実施形態によるスリットコーターの断面図である。 本発明の第３実施形態によるスリットコーターの断面図である。

符号の説明

１０ スリットノズル
１１、１２ サブ本体
１３ 注入部
１４ キャビティ
１５ ノズル部
２０ コーティング液供給部
２１ コーティング液タンク
２２ 質量流速制御器

Claims (9)

1. コーティング液供給部と、
   前記コーティング液供給部からのコーティング液が注入される注入部と前記コーティング液を処理対象の基板上にコーティングする細長型のスリット部とを含み、前記注入部と前記スリット部との間に前記スリット部の長さ１ｍｍ当り０．１３ｃｃ〜０．５ｃｃの体積を有するキャビティが形成されているスリットノズルと、
   を含むことを特徴とする表示装置製造用スリットコーター。
2. 前記注入部は前記スリットノズルの中央部に位置し、
   前記キャビティは前記注入部を中心に左右対称に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置製造用スリットコーター。
3. 前記キャビティは前記注入部から遠くなるほど下向傾斜していることを特徴とする、請求項２に記載の表示装置製造用スリットコーター。
4. 前記キャビティの横断面は前記注入部から遠くなるほど広くなることを特徴とする、請求項２に記載の表示装置製造用スリットコーター。
5. 前記ノズルのギャップは６０μｍ〜１４０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置製造用スリットコーター。
6. コーティング液供給部と、
   前記コーティング液供給部からコーティング液の供給を受け、供給されたコーティング液が吐出幅１ｍｍ当り０．１３ｃｃ〜０．５ｃｃの体積を有する細長型キャビティを経た後に吐出されるスリットノズルと、
   を含むことを特徴とする表示装置製造用スリットコーター。
7. コーティング液供給部と、コーティング液が注入される注入部と前記コーティング液を処理対象の基板上にコーティングする細長型のスリット部とを含み、前記コーティング液供給部と前記スリット部との間に前記スリット部の長さ１ｍｍ当り１．３ｃｃ〜５ｃｃの体積を有するキャビティが形成されているスリットノズルとを含むスリットコーターを用いて絶縁基板上にコーティング層をコーティングする段階と、
   前記コーティング層をパターニングする段階と、
   を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
8. 前記絶縁基板上に格子状のブラックマトリックスを形成する段階をさらに含み、
   前記コーティング層は前記ブラックマトリックス上に形成され、前記コーティング層はカラーフィルター物質を含むことを特徴とする、請求項７に記載の表示装置の製造方法。
9. 前記コーティング液の粘度は２ｃＰ〜６ｃＰであることを特徴とする、請求項７に記載の表示装置の製造方法。