JP2008284470A - 薬液供給装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薬液に濃度差が生じた場合においても、適正な薬液供給を行い、高品質な塗工作業を行う。
【解決手段】薬液缶１と薬液供給配管４と液面センサー６を有するカラーフィルター作製装置において、専用の循環装置となる循環配管２と循環ポンプ３を設ける。循環ポンプ３の駆動によって、薬液缶１の底部から上部に掛けて配置した循環配管２による循環経路を通して薬液を循環させることにより、薬液缶１内の薬液の濃度を均一化する。また、循環配管２に切り替えバルブを設け、薬液の循環経路を切り替えて塗工装置側に供給するような構成を設ける。さらに、第１の薬液缶１に加えて交換可能なバッファータンクとしての第２の薬液缶１１を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種塗工装置等において使用する薬液を安定的に供給するための薬液供給装置及び方法に関し、例えばカラーフィルター製造装置に有効な技術に関するものである。

従来、薬液の供給装置は分散系の樹脂等を各種塗工装置側へ供給する際に使用される。その一例としてカラーフィルターの作製の際に使用されることが挙げられる。
また通常、カラーフィルターの生産はフォトリソグラフィ方式を適用している。
フォトリソグラフィ方式では、まず、薬液として顔料等を含んだ感光性樹脂組成物の高分子溶液であるレジストを供給装置から塗工装置へ供給した後、ガラス基板等上に均一に塗工し、減圧乾燥装置等の装置を使用し溶剤を除去する。次に必要とされるパターンで作られたマスク等を使用して紫外線等で露光作業を行い、必要な色素パターンを感光させている。さらに現像液等を使用して現像工程を行い、ガラス基板等上から不要な感光性樹脂組成物を除去している。

その後、オーブン装置、ホットプレート装置等の焼成装置を使用し、高温（例えば２３０°Ｃ程度）焼成を行い、感光性樹脂組成物中に残留した溶剤の完全除去及び感光性樹脂組成物中の高分子を高温で架橋させ色素パターンの硬化を行い、カラーフィルターに通常要求されている色素パターンのガラス基材への密着強度や耐久性、耐薬品性等の諸物性を得ることができ、カラーフィルターに必要な色について先の工程を繰り返し、結果的に、高品質なカラーフィルターを製造することができていた。
特開平１０−３１１９１２

ところで、一般に所望するパターンを得るためには、チタンやカーボンなどの顔料等が材料として使用さるレジストまたはインクを薬液として使用する必要がある。
この薬液は、製造後長期間経つと薬液缶内でそれらの材料が沈降し、その結果、缶内の上下で濃淡差が生じやすい。薬液缶内で濃度差がある状態でレジストまたはインクを塗工または吐出し複数枚のカラーフィルターを製造した場合、膜厚にバラツキが生じ、ＯＤ値や色度等と言った品質面でのバラツキが生じ易く問題となっていた。

そこで、このような問題を解決するための対策として、濃淡が生じた薬液を何らかの方法で攪拌させることが考えられる。
その具体的な攪拌方法の一つに薬液が充填された薬液缶自体を上下左右等に振る方法が挙げられる。
しかし、この方法では薬液がタンク内でランダムに動くことになるため、薬液缶内の気泡が発生してしまう。これら気泡を内包した薬液で塗工または吐出を行なった場合、塗工面には微細な凹凸が発生してしまうので、それらは最終的に白抜け等呼ばれる製品の欠陥となってしまう。よって、このような気泡の発生は品質上大きな問題となる。

次に薬液自体を振るのではなく、攪拌用の羽根を複数枚持つ攪拌機等を薬液缶内部に差込み攪拌を行なう方法も考えられる。
しかしながら、一般的に使用されている攪拌機の持つ攪拌用のシャフト先端部には複数枚の羽根が具備されおり、その部分をタンク下部に差込むケースが多い。このため、羽根の回転動作時には、薬液缶内の薬液は自身の回転運動によって生じた液中の圧力差によって気泡が発生してしまって、結果的に、塗工面には微細な凹凸が発生してしまうので、それらは最終的に白抜け等呼ばれる製品の欠陥となってしまう。

一方、攪拌を行なう別の方法として、薬液自体を高温に加熱することで対流を起こして循環させ、濃度差をなくす方法も考えられた。
しかし、一般的に薬液には最適な温度が決まっており、加温を行なうことにより溶剤等の揮発が促進されてしまい、結果的に、薬液自体が変質してしまう恐れが有る。そのため、この方法は実用性にかけている。

そこで本発明は、薬液に濃度差が生じた場合においても、適正な薬液供給を行うことができ、高品質な塗工作業を行うことが可能な薬液供給装置及び方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の薬液供給装置は、薬液を貯留する有底容器状に形成された薬液貯留部と、前記薬液貯留部に貯留された薬液を供給先に供給する薬液供給部と、前記薬液貯留部に貯留された薬液を循環配管を通して循環させる専用の循環装置とを有することを特徴とする。
また本発明のカラーフィルター製造装置は、カラーフィルター製造に用いる薬液を貯留する有底容器状に形成された薬液貯留部と、前記薬液貯留部に貯留された薬液を供給先に供給する薬液供給部と、前記薬液貯留部に貯留された薬液を循環配管を通して循環させる専用の循環装置とを有することを特徴とする。
また本発明の薬液供給方法は、薬液を貯留する有底容器状に形成された薬液貯留部と、前記薬液貯留部に貯留された薬液を供給先に供給する薬液供給部とを有する薬液供給装置を用いた薬液供給方法であって、前記薬液貯留部に貯留された薬液を専用の循環装置によって循環させることを特徴とする。

本発明の薬液供給装置及び方法によれば、薬液貯留部に貯留された薬液を専用の循環装置によって循環させることにより、薬液に濃度差が生じた場合においても、専用の循環装置によって濃度差を除去し、適正な薬液供給を行うことができ、高品質な塗工作業を行うことが可能とある。
したがって、例えばカラーフィルター等を作製する場合において、薬液に濃度差が生じた場合においても、高品質な製品を効率よく作製できる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態による薬液供給装置の基本的な構成例を示す説明図であり、本発明をカラーフィルター作製装置に適用した例を示している。
図示のように、本例のカラーフィルター作製装置は、薬液缶１と、循環配管２と、循環ポンプ３と、薬液供給配管４と、液面センサー６とを有する。このうち本発明の特徴となる専用の循環装置は、主に循環配管２と循環ポンプ３より構成されている。
以下、各構成要素について順次説明する。

薬液缶１は、薬液５を貯留した有底容器状のものであり、攪拌作業前に常温下で静置されていても良いが、薬液缶１内での濃度差発生をより効果的に防止するためは、１０°Ｃ以下の冷暗所にて静置された方が好ましい。
また、薬液缶１の種類に特に制限は無く、その用途・目的にあわせて適時選択すれば良いが、表面をテフロン(登録商標)でコーティングしてあれば、薬液が付着して異物になることを防ぐことができる。

また、循環ポンプ３は、その種類に特に制限は無く、例えばダイヤフラムポンプ、ベーンポンプ、ネジポンプ、アキシャル・ピストン・ポンプ、ロータリー式プランジャーポンプ、ユニフローポンプ等が考えられ、用途・目的にあわせて適時選択すれば良い。
また、循環配管２は、その種類に特に制限は無く、用途・目的にあわせて適時選択すれば良いが、耐薬品性に優れているフッソやテフロン(登録商標)製のものを利用したほうが良い。
循環ポンプ３及び循環配管２により、薬液缶１の底部に設けた循環配管入り口２１からの薬液を循環させ、薬液缶１の上部に臨む循環配管出口２２から薬液缶１内に戻すように作用する（矢印Ａ）。
なお、循環配管出口２２または循環配管入り口２１、若しくはその両方にフィルターを具備すれば、薬液中の異物を除去できるので、製品の品質向上に効果的である。

循環配管入り口２１は、図示のように、薬液缶１の底部に具備されていた方が良く、循環ポンプ３を作動させると、薬液缶１底部にある濃度の濃いレジストが循環配管入り口２１からポンプ３を経由し、循環配管出口２２より濃度の薄いレジストの部分である薬液水面部へ移送される。この循環動作を繰り返すことで、薬液缶１内の濃度を均一にするといった攪拌作業ができ、また薬液が閉じられた系でゆっくり循環していれば薬液中に大きな圧力差は生じないため、キャビテーションによる気泡が発生するといったことは無い。
また、この循環経路は、図２に示すように、方向切り替え用のバルブ７によってポンプ３を通り薬液缶１へ戻る系（矢印Ａ）と、塗工装置（図示せず）側へ送液する薬液供給配管の系（矢印Ｂ）に切り替えられるようにしても良い。この場合薬液缶をセットした後、一定時間循環による攪拌を行ない薬液の濃度差を解消してからバルブ７を切り替えて塗工装置側へ薬液を送液するといった運用となる。

また、薬液缶１の形状についても特に制限は無く、用途・目的にあわせて適時選択すれば良いが、底部は円錐形状等、底に行くに従い絞られた形状であった方が、濃度が濃くなった薬液を効率よく吸い出し、循環させることができるため好ましい。

一方、薬液は一度攪拌されても、その後、攪拌されずそのまま静置されれば徐々に沈降が始まり濃度差が生じてくる。そのため薬液缶内の循環は連続して行う方が良い。しかし運転中の薬液使用により、その液面高さは次第に低くなって来るので、循環配管出口２２が薬液缶１の上部で固定されていた場合、循環配管出口２２は次第に水面より高い位置になっていってしまう。そのため循環されて薬液缶１へ戻ってきた薬液は水面に落ちることになってしまい、薬液中に気泡が発生してしまうことがあった。
そこで、この気泡発生を防止するため、本例では液面センサー６より薬液の液面高さが把握できるようになっており、この液面センサー６の検出信号に基づいて循環配管の高さ位置を変位させる駆動機構（図示せず）が設けられている。そして、この駆動機構の駆動制御により、薬液出口２２の高さを変位させ、若干液面高さより低くなるようフィードバック制御できるようになっている。その制御の方式・装置には特に制限は無く、目的にあった方式・装置を選択すれば良い。

また、攪拌作業終了後または攪拌作業中に、薬液は薬液供給配管４より塗工装置（図示せず）へと供給される（矢印Ｂ）。ここで薬液供給配管４の種類に特に制限は無く、用途・目的にあわせて適時選択すれば良いが、耐薬品性に優れているフッソやテフロン(登録商標)製のものを使用した方が良い。
また、塗工装置へ薬液を供給する薬液供給口４１は薬液缶１の底部に、循環配管２の循環配管入り口２１と隣接して配置されている。
また、薬液缶１の底部は底に近づくに従い、徐々に細く絞られた形状であれば、薬液を最後まで供給することができ、材料の無駄が少なく、効率よいカラーフィルターの生産に有効である。
また、例えば塗工装置としてインクジェット装置を使用する場合では、微細な穴より数ｐιといった微量のインクを吐出していることが一般的であるため、濃度の濃いインクをインク液室に通すことは品質の低下につながる恐れが有り、好ましくない。
そのため、インクの濃度差を解消するための循環経路はそれ専用の物を別個に設けるべきである。

後は一般的なカラーフィルターを作製する場合と同様にして、塗工・露光・現像・焼成等またはインクジェット吐出等の作業を行ない、カラーフィルターが完成する。

また、本発明の他の実施の形態として、薬液供給装置に取替えが容易な第２の薬液缶１１を加え、第１の薬液缶１のバッファータンクとして用いても良い。
図３はその例を簡単に示したものである。
この場合、薬液缶１１が空になった時点で新しい缶と交換することができ、そのため連続で薬液供給を容易に行うことができる。
また、薬液缶１の液面を一定に保つようにポンプ８の動作を制御すれば、循環配管出口２２の高さを制御しなくても良い。

黒のカーボン顔料を含有した感光性樹脂組成物であるレジストを上部が円筒形状で底部が円錐形状の薬液缶に充填した後、３ヶ月常温で静置しレジスト内に濃度差を生じさせた。
次に、薬液缶に具備されたレジストを循環させる装置を使用して攪拌を行なった。
循環装置のポンプにはダイヤフラムポンプを使用した。また、液面センサーを設置し、薬液の液面高さ変動により循環配管出口を薬液液面高さより１０ｍｍ下になるよう制御した。
循環配管入り口及び薬液供給口は薬液缶底部より延びるよう設置した。

そして、前述した循環による攪拌を行いながら、塗工装置へ薬液を供給し後は公知のカラーフィルターを製造する方法でカラーフィルターを作製した。
上記一連の作業を薬液缶が空になるまで複数回繰り返し行なうことにより、複数のカラーフィルターを完成させた。
仕上がった複数のカラーフィルターにおいてその品質を確認したところ、ブラックマトリックスの膜厚バラツキは僅か０．０３μｍとほとんど変化は見られずＯＤ値にも変化が見られなかった。さらにレジストの気泡が原因と思われる白抜け等の欠陥も見られなかった。
この結果、効率的に高品質なカラーフィルターを安定して得ることができた。

＜比較例１＞
比較例１として、上記実施例１においてレジストの攪拌作業を全く行わない以外は実施例１と同じ方法でカラーフィルターを複数枚作製したところ、０．６０μｍといったブラックマトリックスの極端な膜厚変動が発生しＯＤ値も大きくばらついた。結果的に高品質なカラーフィルターを安定して得ることはできなかった。

＜比較例２＞
比較例２として、上記実施例１において循環配管出口を固定する以外は実施例１と同じ方法でカラーフィルターを複数枚作製したところ、０．０５μｍとほとんど変化は見られずＯＤ値にも変化が見られなかった。しかし、レジスト中に気泡が多数発生し、白抜け欠陥が多数発生し、結果的に高品質なカラーフィルターを安定して得ることはできなかった。

＜比較例３＞
比較例３として、上記実施例１において薬液缶の形状を直方体にし、薬液供給配管を薬液缶上部より伸ばす以外は実施例１と同じ方法でカラーフィルターを複数枚作製したところ、レジストの気泡が原因と思われる白抜け等の欠陥は見られなかったが、膜厚の変動が０．０７μｍと僅かな変化が見られ、ＯＤ値も僅かに変化が見られた。また、吸い取ることができないレジストが薬液缶底部に残ってしまい、結果的に、効率的に高品質なカラーフィルターを安定して得ることはできなかった。

本発明の第１の実施の形態による薬液供給装置の基本的な構成例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態による薬液供給装置の基本的な構成例を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態による薬液供給装置の基本的な構成例を示す説明図である。

符号の説明

１、１１……薬液缶、２……循環配管、２１……循環配管入り口、２２……循環配管出口、３……循環ポンプ、４……薬液供給配管、４１……薬液供給口、５……薬液、６……液面センサー、７……バルブ、８……ポンプ。

Claims (17)

1. 薬液を貯留する有底容器状に形成された薬液貯留部と、
   前記薬液貯留部に貯留された薬液を供給先に供給する薬液供給部と、
   前記薬液貯留部に貯留された薬液を循環配管を通して循環させる専用の循環装置と、
   を有することを特徴とする薬液供給装置。
2. 前記循環装置は循環配管による薬液の循環を制御する循環ポンプを有することを特徴とする請求項１記載の薬液供給装置。
3. 前記循環配管の入り口が薬液貯留部の底部に配置され、前記循環配管の出口が薬液貯留部の上部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の薬液供給装置。
4. 前記循環装置は循環配管の出口を前記薬液貯留部における薬液の液面高さの変化に合せて変位させる手段を有することを特徴とする請求項３記載の薬液供給装置。
5. 前記薬液貯留部の底部の形状が底部に近づくに従って徐々に細く絞られた形状であることを特徴とする請求項３記載の薬液供給装置。
6. 前記循環装置は循環配管による薬液の循環経路を切り替えて循環配管によって循環する薬液を供給先に供給する切り替えバルブを有することを特徴とする請求項１記載の薬液供給装置。
7. 前記薬液貯留部は前記循環装置によって薬液を循環される第１の薬液貯留部に加えて、前記第１の薬液貯留部に薬液を供給する交換可能な第２の薬液貯留部を有することを特徴とする請求項１記載の薬液供給装置。
8. 前記第２の薬液貯留部から前記第１の薬液貯留部に供給する薬液の量を調整することにより、前記第１の薬液貯留部の液位を調整する手段を有することを特徴とする請求項７記載の薬液供給装置。
9. カラーフィルター製造に用いる薬液を貯留する有底容器状に形成された薬液貯留部と、
   前記薬液貯留部に貯留された薬液を供給先に供給する薬液供給部と、
   前記薬液貯留部に貯留された薬液を循環配管を通して循環させる専用の循環装置と、
   を有することを特徴とするカラーフィルター製造装置。
10. 前記循環装置は循環配管による薬液の循環を制御する循環ポンプを有することを特徴とする請求項９記載のカラーフィルター製造装置。
11. 前記循環配管の入り口が薬液貯留部の底部に配置され、前記循環配管の出口が薬液貯留部の上部に配置されていることを特徴とする請求項９記載のカラーフィルター製造装置。
12. 前記循環装置は循環配管の出口を前記薬液貯留部における薬液の液面高さの変化に合せて変位させる手段を有することを特徴とする請求項１１記載のカラーフィルター製造装置。
13. 前記薬液貯留部の底部の形状が底部に近づくに従って徐々に細く絞られた形状であることを特徴とする請求項１１記載のカラーフィルター製造装置。
14. 前記循環装置は循環配管による薬液の循環経路を切り替えて循環配管によって循環する薬液を供給先に供給する切り替えバルブを有することを特徴とする請求項９記載のカラーフィルター製造装置。
15. 前記薬液貯留部は前記循環装置によって薬液を循環される第１の薬液貯留部に加えて、前記第１の薬液貯留部に薬液を供給する交換可能な第２の薬液貯留部を有することを特徴とする請求項９記載のカラーフィルター製造装置。
16. 前記第２の薬液貯留部から前記第１の薬液貯留部に供給する薬液の量を調整することにより、前記第１の薬液貯留部の液位を調整する手段を有することを特徴とする請求項１５記載のカラーフィルター製造装置。
17. 薬液を貯留する有底容器状に形成された薬液貯留部と、前記薬液貯留部に貯留された薬液を供給先に供給する薬液供給部とを有する薬液供給装置を用いた薬液供給方法であって、
    前記薬液貯留部に貯留された薬液を専用の循環装置によって循環させる、
    ことを特徴とする薬液供給方法。

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