JP2014144386A - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布液を浸透させた多孔質材を接触させ塗布する接触式塗布において、多孔質材から染み出た液により塗布膜にムラが発生する。
【解決手段】塗布液が浸透した多孔質材を塗布対象物に接触させて塗布する接触式塗布装置において、塗布対象物上の始端部に傾斜したダミー板を配置し、多孔質材が塗布対象物に接する前に一端多孔質材とダミー板を当接させる手段と、基材・ダミー板と多孔質材を相対移動させる移動手段を兼ねそろえた塗布装置にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池用ガラス基板などの表面に反射防止膜などの材料を塗布する塗布装置および塗布方法に関する。

現在、太陽電池やディスプレイパネル、照明などを対象に、反射防止膜や特定の波長光を遮る波長調整膜と言った機能性膜を大面積に塗布する塗布技術が開発されている。例えば、基板に塗布膜を形成する方法としてダイコート法がある。図９は、従来のダイコート法について説明する概略図である。

同図において、基板１１１に機能性膜を塗布する際、塗布幅方向に長い金型のダイ１１２Ｄから、ダイ１１２Ｄの長手方向に形成されたスリット１１３を介して塗布液１１４を吐出し、基板１１１上に塗布する。このとき、ダイ１１２Ｄと基板１１１間のギャップ１１５を維持しながら、ダイ１１２Ｄと基板１１１と相対的に移動させながら基板１１１上に塗布液１１４を塗布している。

しかしながら、上述のダイコート法では、塗布始終端において膜厚が不均一になるという課題を有する。塗布始終端の膜厚を安定に制御するために、ダイ１１２Ｄと基材１１１間のギャップ１１５を狭い状態で保持し、ダイ１１２Ｄと基板１１１の相対移動を低速にするなど、非常に精細な制御および時間を有する。

上記問題を解決するために、特許文献１に開示される内容が知られ、図１０を用いて説明する。

ダイ１１２Ｄから塗布液１１４を吐出しながら基板１１１を相対移動させ、基板１１１上に塗布膜を形成する際、塗布開始位置１１６にダミー板１１７を配置し、そのダミー板上面から塗布を開始することにより、塗布始端部の膜厚変動部１１８を除去することできる。

また、塗布膜を塗布する方法として、ダイコート法のような非接触式塗布方法以外に、多孔質塗布法、ロール塗布法など接触式塗布方法がある。

例えば、多孔質塗布法として特許文献２示す内容が知られ、図１１を用いて説明する。

塗布液１１４を供給した多孔質材１１２を基板１１１に接触させながら多孔質材１１２と基板１１１が相対移動することにより、基板１１１上に塗布液１１４を塗布する方法である。

特開２００７−０００８６５号公報 特開平９−０４７７０３号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示される方法でも、塗布始端部では、多孔質材１１２が基板１１１に当接する際、多孔質材１１２の先端が押しつぶされることにより多孔質材１１２に含侵していた塗布液１１４が一度に基板１１１上に染み出し、始端部の膜厚が厚くなる問題が発生する。また、その染み出した塗布液１１４が多孔質材１１２の先端に引きずられ、塗布膜面全体に膜厚ムラが発生するという問題も生じる。

そこで、上記ダイコート法のダミー板の考え方を、上記多孔質材塗布法に適用することが容易に考えられるが、以下のような問題が発生することになる。

この問題について図１２を用いて説明する。

図１２は、多孔質塗布法にダミー板を導入した場合の塗布工程を示す断面図である。

塗布液１１４を供給された多孔質材１１２がダミー板１１７に当接した箇所で、塗布液１１４が染み出し、液だまり１１９が発生する。その状態で多孔質材１１２と基板１１１およびダミー板１１７が相対移動すると、ダミー板１１７の先端部１２０において多孔質材１１２がダミー板から基板１１１上へ乗り移る。

そのとき、ダミー板１１７上で染み出した液だまり１１９が多孔質材１１２の先端に引きずられ、基板１１１上に液だまり１１９の一部が移動し、基板１１１上の塗布膜の膜厚が不均一になりスジムラなどの不良が発生する。また、ダミー板先端部１２０の裏面側、すなわちダミー板の基板側１２１へ液だまり１１９の一部が回り込み、ダミー板と基板１１１間の隙間へ毛細管現象で入り込むことで、基板１１１上に形成される塗布膜の始端部における塗布境界線がにじみ、外観不良になる。

そこで本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、安定してムラがない塗布膜を形成することが可能な、塗布装置および塗布方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の塗布装置は、以下の特徴を有する。

〔１〕基板を載置する基板保持台と、基板の表面に塗布液を塗布する多孔質材と、多孔質材に前記塗布液を供給する液供給機構と、基板保持台と多孔質材とを相対的に移動可能とする搬送機構と、多孔質材と基板とを接触可能とする上下駆動機構と、基板の外周に配置され、基板の表面の一部を覆うダミー板と、で構成され、ダミー板は、基板保持台のうち基板が載置される表面に対して、基板保持台の外側に傾斜して配置される、塗布装置。

〔２〕上記〔１〕において、ダミー板の表面において、多孔質材と接触する箇所より上流側に、過剰な塗布液を流す溝が設けられた、塗布措置。

〔３〕上記〔１〕又は〔２〕において、ダミー板の先端部分にＲ加工が施された、塗布装置。

〔４〕上記〔１〕〜〔３〕において、ダミー板の上面には、多孔質材と接触する箇所より上流側に、塗布液が弾く膜がコーティングされた、塗布装置。

〔５〕上記〔１〕〜〔４〕において、ダミー板の下面の一部には、塗布液が弾く膜がコーティングされた、塗布装置。

また、本発明の塗布方法は、以下の特徴を有する。

〔６〕多孔質材に塗布液を浸透させ、多孔質材を基板の表面に接触させることで塗布液を塗布する塗布方法であって、基板の塗布開始部において、基板の一部を覆い基板の外側に向かって傾斜したダミー板を基板の外周に設置し、多孔質材をダミー板に接触させた状態で、多孔質材と基板とを一方向に相対移動させることで、基板の表面に塗布膜を形成すること、塗布方法。

〔７〕上記〔６〕において、ダミー板を多孔質材が通過した直後から、ダミー板を基板から離間させる、塗布方法。

以上のように、塗布装置および塗布方法において、塗布開始部に前記ダミー板を設置することにより、塗布始端分の膜厚変動を低減でき均一な塗布膜を塗布対象物に形成することができる。

本発明の塗布装置の基本構成を示す概略図 実施例１における塗布工程を示す図 実施例１におけるダミー板付近の挙動を示す図 実施例１における塗布膜の目視結果を示す図 実施例２におけるダミー板形状を示す上面図 実施例３におけるダミー板形状を示す上面、断面図 実施例４におけるダミー板形状を示す断面図 実施例５におけるダミー板形状を示す断面図 従来のダイコート法を示す図 特許文献１における塗布装置の基本動作を示す図 特許文献２の従来の多孔質塗布法を示す図 多孔質塗布法に特許文献１のダミー板を適用した場合を示す図

本発明の塗布装置の構成について、図１を用いて説明する。

図１は、本発明の塗布装置の基本構成を示す概略図である。本発明の塗布装置は、塗布液を多孔質材２へ定量に送る液供給ノズル４と、塗布対象物である基板７を保持し、多孔質材２と相対的に移動可能にする搬送機構（図示せず）と、多孔質材２と基板７とを接触可能とする上下駆動機構（図示せず）を有し、基板７の塗布始端部にダミー板６を配置する機構を有している。

以下に、これらの構成部材について詳述する。本発明の塗布装置は、塗布幅以上の幅を有する２枚のＳＵＳやＡｌ等の金属プレート１の間に多孔質材２が挟まれた構成である。この状態で、ポンプ３により所定の速度で塗布液５を液供給ノズル４へ供給し、液供給ノズル４を介して塗布液５が多孔質材２上面に供給される。

多孔質材２に供給された塗布液５は、多孔質材２全体へ浸透する。また、基板７は搬送ステージ８へ固定された状態で多孔質材２と当接し、当接した状態を維持したまま、相対移動することが可能である。基板７の塗布開始部にはダミー板６が設置されている。多孔質材２は一旦、ダミー板６へ当接し、そのままダミー板６と基板７が多孔質材２と相対移動する。多孔質材２は、ダミー板６から基板７へ移動するものである。

図１では、このダミー板６は、基板７を固定する搬送ステージ８に固定され、基板７と同期して移動することを示す。但し、それに限られたものではない。例えば、塗布ノズルに固定、もしくは、全く別の箇所に固定する形態でも良い。

更に具体的な装置の動作を、実施例として、図面を用いて説明する。

（実施例１）
図１で説明した塗布装置の塗布動作を、図２を参照しながら説明する。

まず減圧吸着方式、静電吸着方式、物理的固定などにより、搬送／塗布によりズレない程度に搬送ステージ８に基板７を固定し、多孔質材２の下方へ移動する（図２（ａ））。

次に基板７の塗布開始位置上に、ダミー板６が配置される（図２（ｂ））。そして、多孔質材２の上下駆動機構（図示せず）により、多孔質材２とダミー板６との距離を狭くし、多孔質材２の先端をダミー板６の表面に当接する。

ここで、多孔質材２の先端では塗布液だまり９が発生する（図２（ｃ））。その状態で多孔質材２と基板７とを相対的に移動させ、多孔質材２がダミー板６から基板７上へ移動する（図２（ｄ））。そのまま相対移動が継続されることで、基板７上に塗布膜１０が形成される。

そして、塗布終了位置まで多孔質材２が相対移動したら、多孔質材を基板７から離間させ、塗布動作を終了する（図２（ｅ）〜（ｇ））。ここで、図２（ｅ）のように、多孔質材２がダミー板６を通過し基板７上に移動した時点で、ダミー板６が基板７から遠ざかる方向に移動する機構を付加しておくことで、ダミー板６と基板７との間に塗布液が入り込む不具合を防ぐ効果がある。

上記課題で述べた通り、液だまりの引きずりを解決するために、塗布方向に向かってダミー板６の上面は基板７の表面に対して遠ざかる方向に配置されていることが望ましい。これにより、多孔質材２の余分な液をかきとる効果があり、液だまり９を基板７上へ引きずることを防止する効果がある。更に、ダミー板６上へ残った液だまり９が基板７上へ流れ落ちるのを防ぐ効果もある。

更に上記動作で説明した図２（ｄ）前後の多孔質材２の先端とダミー板６の先端の状態について、図３を用いて詳述する。

図３（ａ）のように、一旦、ダミー板６に当接した多孔質材２の先端から染み出た塗布液の液だまり９は、多孔質材２の先端が相対移動すると、ダミー板６の上面が高くなっている分だけ多孔質材２の先端は更に圧縮され液が染み出す（図３（ｂ））。

次に、ダミー板６から基板７上に多孔質材２の先端が移動する際、図中Ａ部において多孔質材２の圧縮量が緩和する（図３（ｃ））。つまり、多孔質材の圧縮量緩和により多孔質材がダミー板６の極先端部における過剰な液を吸収する作用が働き、多孔質材２の先端が基板７に接するときには、液だまり９を基板７上に引きずることを防止する。これにより塗布ムラが解消する効果を発揮する。

ここで本実施例では、多孔質材２と基板７との位置関係を、多孔質材２が上側、基板７が下側に配置した形態を示したが、それに限られるものではない。

更にここで上述した効果を更に発揮させるために、多孔質材２がダミー板６から基板７へ移動するときに、多孔質材２の高さを可変させることも有効である。

或いは、多孔質材２とダミー板６および基板７との相対移動の速度を可変させることも有効である。具体的には、多孔質材２がダミー板６から基板７へ移動するときに、多孔質材２の高さをわずかに高くなるように移動し、移動速度を緩めた。これは、使用する塗布液の粘度、表面張力などによっても異なるため、装置上可変できる機構を設けておくことが望ましい。

更にダミー板６の詳細な説明をする。本実施例では、塗布液として塗布すれば反射防止膜となり得る材料を用いた。具体的には、溶媒９０〜９８％、膜となりうる固形分：２〜１０％である溶液を使用し、粘度：１〜１０ｍＰａ・ｓの低粘度溶液を使用した。

また多孔質材として、メラミン樹脂やウレタン樹脂などの発泡体材料を用いた。この溶液を用いた場合、上述した効果を得るためのダミー板６の形状について、塗布膜の目視確認により実験的に最適な数値を求めた。その結果を図４に示す。

まずダミー板６の上面において、多孔質材２が当接する箇所から基板７へ移動するまでの距離（図２中のＡ）は、実験より５ｍｍ以上必要であり、望ましくは１０ｍｍ以上必要という結果が得られた。また長い方がより基板７上へ形成される塗布膜厚が安定しやすいが、長すぎると設備が大きくなる、また材料のロスが多くなるといった問題も発生するため、可能な限り短いほうが望ましい。

また、塗布方向に向かってダミー板６の上面が基板７の表面に対して遠ざかる方向に配置したが、このダミー板６の上面と基板７の表面が成す角度（図２中のＢ）は、実験結果より０°より大きく１５°以下が望ましい。０°では上述した効果が得られにくく、１５°より大きいと、多孔質材２から必要以上に塗布液を染み出させるため、基板７上に形成される塗布膜にかすれにより、スジムラという別の不具合が発生するためである。

次に、ダミー板６の上面の先端と基板７の表面との高さ、つまり、多孔質材２の先端がダミー板６から基板７へ移動するときに落ちる高さ（図２中のＣ）について述べる。

上記Ａ、Ｂを固定した状態でダミー板６の厚みを変更することによりＣの高さを変更した場合の塗布膜の目視確認を実施した。その結果、ダミー板６の上面の先端と基板７の表面との高さ（Ｃ）は、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下が望ましい。０．５ｍｍより小さいと上述した効果が得られにくいためと推測する。

また１．５ｍｍより大きいと、多孔質材２の先端がダミー板６から基板７上へ移動する際、多孔質材２の先端と基板７との間に気泡がかみ込まれることによるムラが発生するためと考える。

（実施例２）
次にダミー板の形状に関する内容を説明する。前述した図３において、図３（ｃ）〜図３（ｄ）において、多孔質材２の先端が基板７に接触する際、塗布幅方向に同時に接触すると、幅方向の何れかの場所で、多孔質材２の先端と基板７との間で気泡を巻き込むことが考えられる。このような状態となると、気泡を巻き込んだまま塗布することになり、塗布ムラの発生が懸念されることになる。

その問題は、以下に示す装置構成にすることで解消できる。図４は、基板７、多孔質材２の先端、ダミー板６の位置関係を上面から見た略図である。

多孔質材２の先端と基板７の相対移動方向に対し、多孔質材２の先端と基板７は垂直方向に設置し、例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ダミー板６の先端は所定の角度を有して設置した。そのことにより、多孔質材２の先端と基板７とが幅方向に同時に接触するのを防ぎ、幅方向に時間差を有して接することができる。この結果、多孔質材２の先端と基板７との間に気泡を巻き込むことを防ぐ効果が得られる。更に、多孔質材２の先端と基板７の相対速度を緩めることで、上記効果を更に高めることが可能となる。

ここで、ダミー板６の先端と多孔質材２の先端との角度（図５中のＤ）は、多孔質材２の材質、塗布液の粘度などによっても異なるため限定するものではない。しかしながら、当該角度が大きいと、基板７上へ形成される塗布膜の始端部分が傾いた形状になるため、最終的には商品形状から許される範囲で傾ける必要がある。

（実施例３）
次にダミー板の形状について説明する。図５はダミー板の全体の形状を示す図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸＸ‘断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＹＹ‘断面図を示す。

実施例１，２で述べたように、多孔質材２の先端とダミー板６とが接触する箇所では、塗布液が染み出し、液だまりが発生する。しかし量産を考えると、毎回、ダミー板６を洗浄することはタクトや洗浄に必要な部材／溶剤などロスが多く、コストが高くなる。そこで、ダミー板６の表面に発生した液だまりを容易に除去するために、ダミー板６に不必要な液を除去する機構を設けた。その一例を、図６を用いて説明する。

ダミー板６の多孔質材２の先端が接触する箇所１１より更に上流側（多孔質材２の先端が相対移動する方向の逆側）に、発生した液だまりがたまる溝１２を設けた。また、この溝１２から液回収タンク（図示せず）に接続された液回収口１４まで液が流れ易いような誘導溝１３を設置した。

ここで、溝１２は塗布幅（多孔質材２の幅）より長い長さにすることが望ましく、より液が溝へ流れやすくするために、溝の端部１５は傾斜を持たせることが望ましい。また溝の底面１６についても、液が誘導溝へ流れやすくするために、誘導溝付近が低くなるような形状にすることが望ましい。ここで、誘導溝１３、液回収口の形状、個数は、特に限定するものではない。

更に多孔質材２の先端がダミー板６から基板７へ移動する際、多孔質材の先端の磨耗を低減するために、ダミー板６の極先端ＷはＲ加工した方が望ましい。

（実施例４）
次にダミー板６の先端の表面処理について説明する。図７は、本実施例で用いたダミー板６の断面図を示す。ダミー板６の上面において、多孔質材２の先端が当接する箇所１１より上流側に塗布液を弾く撥水膜１７を形成することで、実施例３で説明した過剰な液が溝１２へ流れ易くする効果が得られる。

また、ダミー板６の下面において、基板側に塗布液を弾く撥水膜１８を形成することにより、ダミー板６と基板７との間に形成される隙間に液が侵入することを防ぐことができ、更に、塗布始端の直線性を制御しやすくなる効果が得られる。

ここで、塗布液を弾く膜として本実施例で用いた膜として、ＤＬＣ、窒化珪素、酸化珪素、炭化珪素から少なくとも一つの材質からなる膜を用いた。

（実施例５）
上で述べたダミー板の効果は、色々な形状でも発揮することが可能である。図８（ａ）〜（ｃ）にダミー板先端の形状例図を示す。このような形状でも同様な効果が得られる。ここで必要な要素は、ダミー板６の上面の角度、高さ、長さが実施例１で述べた内容であれば形状は特に限定されるものではない。

本発明の塗布装置および塗布方法は、太陽電池、ディスプレイなどの基板へ、反射防止膜、波長調整膜などの機能性膜を塗布するのに利用することができる。

１ 金属プレート
２，１１２ 多孔質材
３ ポンプ
４ 液供給ノズル
５，１１４ 塗布液
６，１１７ ダミー板
７，１１１ 基板
８ 搬送ステージ
１０ 塗布膜
１２ 溝
１４ 液回収口
１７，１８ 撥水膜

Claims (7)

1. 基板を載置する基板保持台と、
   前記基板の表面に塗布液を塗布する多孔質材と、
   前記多孔質材に前記塗布液を供給する液供給機構と、
   前記基板保持台と前記多孔質材とを相対的に移動可能とする搬送機構と、
   前記多孔質材と前記基板とを接触可能とする上下駆動機構と、
   前記基板の外周に配置され、前記基板の表面の一部を覆うダミー板と、で構成され、
   前記ダミー板は、前記基板保持台のうち基板が載置される表面に対して、前記基板保持台の外側に傾斜して配置されること、
   を特徴とする塗布装置。
2. 前記ダミー板の表面には、前記多孔質材と接触する箇所より上流側に、過剰な塗布液を流す溝を設けた、請求項１記載の塗布装置。
3. 前記ダミー板は、先端部分にＲ加工が施したこと、請求項１または２に記載の塗布装置。
4. 前記ダミー板の上面には、前記多孔質材と接触する箇所より上流側に、塗布液が弾く膜をコーティングした、請求項１〜３の何れか一項に記載の塗布装置。
5. 前記ダミー板の下面の一部には、塗布液が弾く膜をコーティングしたこと、請求項１〜４の何れか一項に記載の塗布装置。
6. 多孔質材に塗布液を浸透させ、前記多孔質材を基板の表面に接触させることで前記塗布液を塗布する塗布方法であって、
   前記基板の塗布開始部において、前記基板の一部を覆い前記基板の外側に向かって傾斜したダミー板を前記基板の外周に設置し、前記多孔質材を前記ダミー板に接触させた状態で、前記多孔質材と前記基板とを一方向に相対移動させることで、前記基板の表面に前記塗布液を塗布すること、
   を特徴とする塗布方法。
7. 前記ダミー板を前記多孔質材が通過した直後から、前記ダミー板を前記基板から離間させる、請求項６記載の塗布方法。

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