JP2012016656A - ダイヘッドによる塗布方法および塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヘッドを用いて基板の表面に塗布液を塗布する場合に、高品質な塗布膜を実現する塗布方法を提供する。
【解決手段】ダイヘッド内部の塗布液を戻り配管を介して供給タンクへと循環させる流量を、その流量によって除去できる沈降物の量が、粒子の沈降速度から算出される沈降量以上になる流量で循環させて、塗布欠陥のない高品質な塗布膜を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材の表面に塗布液を塗布するために用いられるダイヘッドの塗布方法に関するものであり、例えば、大画面薄型ディスプレイ装置として知られているプラズマディスプレイパネル、液晶、有機ＥＬディスプレイの製造ラインなどの塗布工程で実施されるダイヘッドによる塗布方法に関するものである。

基材の表面に、均一に塗布液を塗布する方法として、ダイヘッドを用いた塗布方法がある。ダイヘッドは、供給された塗布液を塗布幅方向に分配するマニホールドと、マニホールド内の塗布液を整流しつつ吐出するスリットを備えた構造になっている。

塗布液が沈降性の粒子を含む場合において、長期間にわたって連続して塗布していると、ダイヘッドのマニホールド内に滞留した塗布液の粒子が沈降し、塗布液中の粒子の均一性悪化や、沈降物による濃淡ムラやスジなどの塗布欠陥などの問題が起こる。

この問題を解決するため、図７に示すように供給タンク４の液排出口５とダイヘッド１の液供給口２を、ポンプ８とバルブ９を介して配管１０で接続されている。さらに、ダイヘッド１には液供給口２とは別に液排出口１１，１２が設けられており、この液排出口１１，１２は、バルブ１３，１４を介して供給タンク４に戻るように配管１５で接続されている。

塗布液を塗布する際には、バルブ１３，１４を閉じるとともにバルブ９を開いて、ポンプ８で圧力をかけてダイヘッド１の吐出スリット１６から塗布液を吐出して塗布する。
定期的に塗布を一時中断させてダイヘッド１の内部に溜まった沈降粒子を除去する際には、ダイヘッド１の吐出スリット１６にゴム板などを押しあてて閉塞し、バルブ１３，１４を開いてダイヘッド１の内部の塗布液を供給タンク４へと戻して循環させることで沈降粒子を除去している（特許文献１参照）。

特開２００６−２７２１２８号公報

しかしながら、このような方法で沈降粒子を除去しようとすると、沈降性粒子の沈降速度、循環条件によっては、十分に沈降物を除去できずに濃淡ムラやスジなどの塗布欠陥の要因となる。

本発明は、このような問題を解決し、沈降物を十分に除去し、高品質な塗布を実現する塗布方法を提供することを目的とする。

本発明のダイヘッドによる塗布方法は、ダイヘッドに供給された塗布液を前記ダイヘッドの吐出スリットから被塗布基材に塗布する塗布工程と、前記吐出スリットから塗布液を吐出しない静置時間の間に、前記ダイヘッドに滞留した塗布液を、流量Ｑで前記ダイヘッドから排出して前記ダイヘッドから沈降粒子を排除する沈降粒子排除工程とを有し、流量Ｑは、前記ダイヘッドに滞留した沈降粒子の沈降粒子量ｍ、流量Ｑによって決まる沈降物除去量Ｍとしたときに、Ｍ ≧ ｍ になる範囲内の流量にすることを特徴とする。

本発明のダイヘッドによる塗布装置は、供給された塗布液を吐出スリットから被塗布基材に塗布するダイヘッドと、吐出スリットから塗布液を吐出しない静置時間Ｔの間に、前記ダイヘッドに滞留した塗布液を、前記ダイヘッドに滞留した沈降粒子の沈降粒子量ｍ、流量によって決まる沈降物除去量Ｍとしたときに、Ｍ ≧ ｍ になる範囲内の流量Ｑで前記ダイヘッドから排出させる制御部を設けたことを特徴とする。

本発明の構成によれば、沈降粒子を含む塗布液の塗布において、沈降物を十分に除去し、高品質な塗布を実現できる。

本発明のダイヘッドによる塗布方法を実行する塗布装置の構成図 同実施の形態の制御部の初期設定に使用する濃度計を示す断面図 同実施の形態における制御部の構成を示す濃度変化の波形図 同実施の形態における制御部の構成を示す循環流量と沈降物除去量の関係図 本発明の別の実施の形態の塗布装置の構成図 本発明の更に別の実施の形態の塗布装置の構成図 従来の塗布装置の構成図

以下、本発明のダイヘッドによる塗布方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明のダイヘッドによる塗布方法を実施する塗布装置を示す。

ダイヘッド１の液供給口２と塗布液３の入った供給タンク４の液排出口５とは、循環用ポンプ６と、吸引用バルブとしてのバルブ７と、吐出用の定量ポンプ８と、吐出バルブとしてのバルブ９を介して配管１０で接続されている。

さらに、ダイヘッド１には液供給口２とは別に液排出口１１，１２が設けられており、この液排出口１１，１２は、出口用バルブとしてのバルブ１３，１４を介して供給タンク４に戻るように配管１５で接続されている。１８はマイクロコンピュータを主要部とした制御部で、運転状態に応じて各部を所定のプログラムに基づいて制御する。

ここで吐出用の定量ポンプ８には、シリンジポンプやＣＴポンプなど、ポンプ内の容積を増減させることで塗布液に圧力をかけて吐出する高精度の吐出が可能な定量ポンプを用いる。循環用ポンプ６には、マグネットポンプやダイヤフラムポンプなど吐出精度は必要なく大流量タイプのポンプを使用する。

運転の工程を、準備動作、塗布動作、吸引動作の順番で説明する。
１．準備動作
ダイヘッド１の吐出スリット１６から塗布液を被塗布基材１７に通常塗布を行う際には、最初にこの準備動作を実行する。準備動作は、供給タンク４に塗布液３を投入し、ダイヘッド１の吐出スリット１６をゴム板等に押し当てて塞いで塗布液３が吐出スリット１６から漏れない状態にしておき、バルブ７，９，１３，１４をすべて開いて、循環用ポンプ６を運転して供給タンク５から定量ポンプ８、ダイヘッド１へと塗布液３を送液する。

ダイヘッド１の内部に塗布液３が充填されると、配管１５から塗布液３が供給タンク４へと戻る。この状態で循環用ポンプ６の出力を下げ、配管経路内を正圧に保った状態で、バルブ１３，１４、バルブ９、バルブ７の順番で閉めていくことで、経路全体への塗布液３の充填が完了し、塗布の準備が整う。このとき、循環用ポンプ６を止めたり、バルブを閉じる順番が違ったりして、塗布液３が負圧になると、吐出スリット１６から気泡を吸い込んでしまう。

２．塗布動作
準備動作が完了して、次に吐出スリット１６から塗布液を吐出する塗布動作では、準備動作において吐出スリット１６を閉塞していたゴム板を取り外して開放した状態で、バルブ９を開き、次に定量ポンプ８の容積を減少させて圧力を高め、ダイヘッド１の内部の塗布液３に圧力をかけることで、吐出スリット１６から塗布液３を吐出させながらダイヘッド１を移動させて、被塗布基材１７に塗布を行う。塗布が完了すると、定量ポンプ８内の塗布液３が吐出した分だけ減っており、供給タンク４から塗布液３を補充するために吸引動作が必要になる。

３．吸引動作
吸引動作は、バルブ９を閉めてからバルブ７を開き、定量ポンプ８の容積を塗布前の状態に戻していくことで、供給タンク４の塗布液３の自重によって塗布液３が定量ポンプ８へと送液される。このとき、循環用ポンプ６を低出力で運転させ、定量ポンプ８の内部の塗布液３を正圧にすることが望ましい。

連続的に流れてくる被塗布基材への塗布処理は、前記の“２．塗布動作”と“３．吸引動作”を繰り返すことで実施していくが、塗布と塗布の間にダイヘッド１の内部に塗布液３が滞留することで少しずつ粒子が沈降してダイヘッド１の内部に溜まるため、定期的にダイヘッド１内部の塗布液３を循環させる必要がある。

この循環動作の際には、吐出スリット１６にゴム板等を押し当て塞いだ状態で、循環ポンプ６を低出力で運転して配管１０の経路内を正圧にし、バルブ７、バルブ９、バルブ１３，１４を順番に開いてから、循環用ポンプ６を高出力に切り換えることで、ダイヘッド１の内部の塗布液３を供給タンク４へと循環させる。循環が終了すれば、循環用ポンプ６を低出力に戻し、バルブ１３，１４、バルブ９、バルブ７と順番に閉めて、循環用ポンプ６を停止させる。

なお、沈降量に対して十分な沈降物除去が可能な最適な循環流量を決定するために、図１に仮想線で示すように配管１５に濃度計１９を介装して、以下の実験を行った。
まず、塗布液１１をダイヘッド１に充填させた状態で、静置時間Ｔだけ静置する。このとき、塗布液３中の沈降性粒子の沈降速度Ｓは、一般的に知られているストークスの式から以下のようになる。

Ｓ ＝ ２（ρ−ρｗ）ｇ・ｒ^２／９・η ・・・ 第１式
Ｓ：粒子の沈降速度〔ｃｍ／ｓ〕、ｒ：粒子の半径〔ｃｍ〕、ρ：粒子の密度〔ｇ／ｃｍ^３〕、ρｗ：溶媒の密度〔ｇ／ｃｍ^３〕、ｇ：重力の加速度〔ｃｍ／ｓ^２〕、η：溶媒の粘度〔ｇ／ｃｍ・ｓ：ポアズ〕
第１式に示すように、液体内の沈降速度Ｓは、粒子の半径ｒの二乗に比例し、溶媒の粘度ηに反比例する。ダイヘッド１のマニホールド２０の底面積をＡとすると、静置時間Ｔで沈降する沈降粒子量ｍは、下記の第２式で表される。

ｍ ＝ Ｔ・Ｓ・Ａ・Ｗ・ρ ・・・ 第２式
ｍ：沈降粒子量〔ｇ〕、Ｔ：静置時間〔ｓ〕、Ｓ：粒子の沈降速度〔ｃｍ／ｓ〕、 Ａ：マニホールド底面積〔ｃｍ^２〕、Ｗ：粒子濃度、ρ：粒子の密度〔ｇ／ｃｍ^３〕
静置時間Ｔの経過後に前記循環動作を行い、そのときに配管１５を通過する塗布液３の濃度変化を濃度計１９によって検出する。

図２は濃度計１９を示す。
光の透過率で濃度を検出するこの濃度計１９を設置する部分の配管１５には、光透過性の樹脂チューブなどが用いられている。濃度計１９は、ブラケット２１，２２で配管１５を挟んで取り付けられている。ブラケット２１の発光部２３から出た光Ｐｈは、配管１５を横切ってブラケット２２の受光部２４で検出される。配管１５を通過する塗布液３の粒子量が増減すると、配管１５を横切る光の透過量が増減することを利用して濃度を検出する仕組みになっている。このとき、濃度変化を精密に測定するため、検出サンプリング時間は１００ｍｓ以下が望ましい。また、配管１５の光透過性によって、受光部２４で受光する光量が変化するため、配管１５を通した状態であらかじめ濃度の分かっている標準液などで、濃度を３水準以上変えたときの光量のデータから検量線を取得して校正しておく必要がある。

循環動作中の濃度変化を濃度計１９によって測定した結果を図３（ａ）に示す。循環開始の直後には、マニホールド２０内で沈降が進んで濃度が低下した塗布液３が流れ込むため、濃度が一旦低下する。その後、マニホールド２０の底面に沈降した沈降粒子が循環する塗布液３に混入して流れ込むために濃度が上昇する。

循環によってマニホールド２０内の沈降粒子の除去が完了すると、標準濃度に戻り、一定濃度を保つような濃度変化の波形となった。
このときの沈降粒子の除去量は、図３（ｂ）に示すように、標準濃度Ｒを基準として濃度上昇分の面積Ｂを循環動作開始後に循環する塗布液の濃度が標準濃度Ｒを越える期間の係数として求め、循環流量をＱとすると、沈降物除去量Ｍは下記の第３式で表される。

Ｍ ＝ Ｑ・ρ・Ｂ ・・・ 第３式
Ｑ：循環流量〔ｃｍ^３／ｓ〕、ρ：粒子の密度〔ｇ／ｃｍ^３〕、
Ｂ：循環動作開始後に循環する塗布液の濃度が標準濃度Ｒを越える期間の濃度上昇分の面積に相当する係数

ここで求められた沈降物除去量Ｍと、静置時間Ｔによる沈降粒子量ｍの関係において
Ｍ ≧ ｍ ・・・ 第４式
第４式が成り立つとき、循環による沈降物除去能力が十分であるといえる。

この沈降物除去量Ｍと、循環流量Ｑを変えていったときの関係を図４に示す。
図４のように、循環流量Ｑを増やしていくと沈降物除去量Ｍが増加していき、ピークを超えると沈降物除去量が減少していく傾向が見られる。循環流量Ｑが小さすぎると、マニホールド２０に沈降した沈降粒子を押し流すことができず、十分に除去できていない。このような状態で塗布を続けると、マニホールド２０内に沈降したまま残留した沈降粒子が堆積し、堆積量が多くなると塗布時に吐出スリット１２から吐出する塗布液１１の流れに混入して吐出され、塗布膜の濃淡ムラやスジなどの塗布欠陥になる。

また、循環流量Ｑを大きくし過ぎても、図４の算出沈降粒子量ｍを下回る沈降物除去量になる領域では、十分に沈降物を除去しきれない。これは、循環流量Ｑが大き過ぎると、ダイヘッド１の内部の塗布液３の圧力が上がりすぎ、マニホールド２０に沈降粒子が供給タンク４へ戻る方向へと流れる以外に、吐出スリット１６側へと一部が流れ込み、吐出スリット１６に沈降した沈降粒子が押し込まれていることを示す。このような状態で塗布すると、吐出スリット１６に高圧で押し込まれた沈降粒子が塗布液３とともに吐出スリット１６から吐出され、塗布開始の部分に高濃度の塗布液が流れ出し塗布膜の濃淡ムラやスジなどの塗布欠陥の要因となる。

このため、循環してから次の循環までの間隔、塗布液中の粒子の沈降速度、塗布液中の粒子の濃度、ダイヘッド容積、ダイヘッド形状など、製造条件、製造装置に合わせて、ダイヘッド１の内部の沈降物を循環によって除去できる量が粒子の沈降速度から算出される沈降量以上になるような流量で循環することが、沈降物を除去し欠陥なく塗布するためには重要である。循環流量の選択では、第４式が成り立ち、循環による沈降物除去能力が十分である範囲の中で、循環時間が短く、生産性が最も良くなる流量が望ましい。

このように、沈降量に対して十分な沈降物除去が可能な循環流量を設定して、この循環流量での運転を設定時間だけ実行してから塗布を再開することで、長期間でも安定して塗布欠陥のない高品質な塗布を実現できる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、配管１５に流れた塗布液３を供給タンク４に循環させたが、この実施の形態２では図５に示すように、配管１５に流れた塗布液３が、供給タンク４とは別の容器２５に回収されている。その他は実施の形態１と同じである。

（実施の形態３）
実施の形態１では、配管１５を流れる流量を、制御部１８が、ダイヘッド１に滞留した沈降粒子の算出沈降粒子量ｍ、循環流量Ｑによって決まる沈降物除去量Ｍとしたときに、Ｍ ≧ ｍ になる範囲内の流量に設定して、この循環流量での運転を設定時間だけ実行するように運転したが、この実施の形態３では図６に示すように配管１５に濃度計１９を設け、制御部１８は、図３で説明した循環開始の直後の濃度変化から循環終了時期を決定するように、濃度計１９の測定濃度に基づいて、吐出スリット１６から塗布液３を吐出しない静置時間Ｔの間に、ダイヘッド１に滞留した塗布液３を、ダイヘッド１から排出するとともに排出中の濃度計１９の測定濃度が標準濃度を超えてから標準濃度に低下したことを検出して前記循環流量を停止するように構成されている。その他は実施の形態１と同じである。

このように濃度計１９を配管１５に常時設置しておき、循環時の濃度変化の波形をモニタリングしておくことで、循環時間を必要最低限に抑えることができる。
このように、沈降量に対して十分な沈降物除去が可能な循環流量を設定して、循環と塗布を繰り返すことで、長期間でも安定して塗布欠陥のない高品質な塗布を実現できる。

なお、この実施の形態３は実施の形態２でも同様に実施できる。

本発明の塗布方法によれば、沈降性粒子を含む塗布液をダイヘッドのスリットから吐出し基板上へ塗布する方法において高品質な塗布を実現できる。したがって、高精度化が進むプラズマディスプレイパネル、液晶、有機ＥＬディスプレイなどの製造工程において適用できる。また、その他デバイスの場合にも、ダイヘッドを用いて沈降性粒子を塗布する製造工程で広範に適用することができる。

１ ダイヘッド
２ 液供給口
３ 塗布液
４ 供給タンク
５ 液出口
６ 循環用ポンプ
７ バルブ（吸引用バルブ）
８ 定量ポンプ
９ バルブ（吐出用バルブ）
１０ 配管
１１，１２ 液排出口
１３，１４ バルブ（出口用バルブ）
１５ 配管
１６ 吐出スリット
１７ 被塗布基材
１８ 制御部
１９ 濃度計
２０ マニホールド

Claims (7)

1. ダイヘッドに供給された塗布液を前記ダイヘッドの吐出スリットから被塗布基材に塗布する塗布工程と、
   前記吐出スリットから塗布液を吐出しない静置時間の間に、前記ダイヘッドに滞留した塗布液を、流量Ｑで前記ダイヘッドから排出して
   前記ダイヘッドから沈降粒子を排除する沈降粒子排除工程と
   を有し、流量Ｑは、前記ダイヘッドに滞留した沈降粒子の沈降粒子量ｍ、流量Ｑによって決まる沈降物除去量Ｍとしたときに、Ｍ ≧ ｍ になる範囲内の流量にする
   ダイヘッドによる塗布方法。
2. 前記沈降粒子排除工程では、吐出スリットから塗布液を吐出しない静置時間の間に、前記ダイヘッドに滞留した塗布液を、循環流量Ｑで循環させて前記ダイヘッドから沈降粒子を排除する
   請求項１記載のダイヘッドによる塗布方法。
3. 沈降粒子量ｍは、
   ｍ ＝ Ｔ・Ｓ・Ａ・Ｗ・ρ
   ｍ：沈降粒子量〔ｇ〕、Ｔ：静置時間〔ｓ〕、Ｓ：粒子の沈降速度〔ｃｍ／ｓ〕、 Ａ：ダイヘッドのマニホールド底面積〔ｃｍ^２〕、Ｗ：粒子濃度、
   ρ：粒子の密度〔ｇ／ｃｍ^３〕
   から計算し、沈降物除去量Ｍは、
   Ｍ ＝ Ｑ・ρ・Ｂ
   Ｑ：循環流量〔ｃｍ^３／ｓ〕、ρ：粒子の密度〔ｇ／ｃｍ^３〕、
   Ｂ：循環動作開始後に循環する塗布液の濃度が標準濃度を越える期間の濃度上昇分の面積に相当する係数
   である
   請求項２記載のダイヘッドによる塗布方法。
4. 前記沈降粒子排除工程では、
   吐出スリットから塗布液を吐出しない静置時間Ｔ後に、前記ダイヘッドに滞留した塗布液を、前記ダイヘッドから排出するとともに排出中の塗布液の濃度を測定し、この測定濃度が標準濃度を超えてから前記標準濃度に低下したことを検出して、前記排出を終了する
   請求項１〜請求項３の何れかに記載のダイヘッドによる塗布方法。
5. 供給された塗布液を吐出スリットから被塗布基材に塗布するダイヘッドと、
   前記吐出スリットから塗布液を吐出しない静置時間Ｔの間に、前記ダイヘッドに滞留した塗布液を、前記ダイヘッドに滞留した沈降粒子の沈降粒子量ｍ、流量によって決まる沈降物除去量Ｍとしたときに、Ｍ ≧ ｍになる範囲内の流量Ｑで前記ダイヘッドから排出させる制御部を設けた塗布装置。
6. 前記ダイヘッドに滞留した塗布液を前記供給タンクに循環させる配管を設けた
   請求項５記載の塗布装置。
7. 前記ダイヘッドに滞留した塗布液を排出する経路に介装された濃度計を設け、
   前記制御部を、吐出スリットから塗布液を吐出しない静置時間Ｔの間に、前記ダイヘッドに滞留した塗布液を、前記ダイヘッドから排出するとともに排出中の前記濃度計の測定濃度が標準濃度を超えてから前記標準濃度に低下したことを検出して、前記排出を終了するよう構成した
   請求項５または請求項６記載の塗布装置。

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