JP4203130B2 - 塗布方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に大型ガラス基板等の枚葉タイプの被塗布基板等に感光性の塗布液を均一、かつ、効率良く塗布するための塗布方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、LCD用カラーフィルタ等の大型ガラス基板に塗布液を塗布する方式としては、スピン塗布方式が多く用いられている。
【0003】
このスピン塗布方式には大気開放型および密閉カップ型があるが、何れの方式も、塗布液の使用効率が10パーセント程度と低く、しかも基板のコーナ部分の塗布膜厚が厚くなりすぎるという欠点があり、今後見込まれる基板サイズの大型化に伴って、塗布液の使用量、膜厚分布およびスループット等の点において問題が指摘されている。
【0004】
上述のようなスピン塗布方式の欠点を解決するための方式としては、ナイフ塗布方式、ロール塗布方式またはダイ塗布方式がある。
【0005】
これらの方式は、何れも、基板上に塗布用クリアランスを設け、その設定値によって塗布膜厚を決定して塗布面の平滑性を得る方式であるが、この方式では、基板表面の平滑度(凹凸度)が塗布精度以上に低い(凹凸度が大きい)ものに対しては、均一な膜厚を得ることが困難である。
【0006】
また、基板表面の凹凸に影響され難い塗布液の塗布方法としては、一般にディップ塗布方式が知られているが、この方式では、非塗布部を被覆することが不可欠であり、作業が煩雑なものとなる。
【0007】
そこで、上記のような各塗布方式における欠点を解消して、枚葉基板に塗布液の物性に影響を受けることなく安定した状態で均一な塗布膜を形成することのできるビード塗布方式の塗布装置が提案されている(特願平5−146757号)。
【0008】
この塗布装置では、上向きに開口する直線状のスリットを有する塗布ヘッドを備え、基板保持部材に保持された基板が、その先端部が塗布ヘッドのスリットの直上に所定のクリアランスを介して対向するように位置される。そして、塗布ヘッドに塗布液が供給されると、塗布液がスリットから吐出されてビードを形成し、被塗布基板の先端部下面に付着する。この状態から基板保持部材が一定速度で斜め上方にスライドされ、ビードから塗布液が基板の下面に順次付着され、塗布液の層が形成される。このとき、塗布ヘッドには連続して塗布液の供給が行われ、ビードにおける塗布液の量が一定に保たれている。そして、基板が斜め上方に上昇してその後端部が塗布ヘッドのスリット上に到達すると、基板保持部材のスライドが停止され、ビードを形成する塗布液が塗布ヘッド内に吸引されてビードが消滅される。これによって、塗布ヘッドと基板上の塗布液の層が分離される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなビード塗布方式は、使用される塗布液の粘度が低いため、塗布液の液切れが良好で塗布液の使用効率が比較的高いものである。
【0010】
しかしながら、従来は塗布液の粘度低下を溶剤添加により行っていたため、低粘度の塗布液を使用して乾燥後の膜厚が比較的厚い塗布膜を形成する場合、塗布量を多くする必要がある。このため、塗布後の基板の反転時や基板の取扱時に塗布液が流れたり垂れることがあり、均一な塗布膜の形成が困難であるとともに、塗布液の使用効率の低下も生じるという問題があった。
【0011】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、大型ガラス基板等の枚葉タイプの被塗布基板に対して感光性の塗布膜を均一に形成でき、かつ、塗布液の使用効率の高い塗布方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の塗布方法は、上方に向って開口するとともに水平方向に延びる帯状の第1スリットと第2スリットを平行に有し、該第2スリットの開口面が該第1スリットの開口面よりも低い位置にある塗布ヘッドを使用し、該塗布ヘッドの第1スリットに加温された感光性の塗布液を供給し、該塗布液を前記第1スリットから吐出させて前記塗布ヘッドの上方を通って斜め上方向に相対的に移動する被塗布基板と前記塗布ヘッドの間にビードを形成し、該ビードから被塗布基板の塗布面に塗布液を付着させることによって前記被塗布基板への塗布液の塗布を行うとともに、前記被塗布基板に塗布されなかった過剰な塗布液を前記第2スリットから吸込んで回収するような構成とした。
【0014】
このような本発明では、加温された状態で感光性の塗布液がスリットから吐出されるので、この塗布液の粘度は低い状態にあり、その後、ビードから被塗布基板に塗布された塗布液は被塗布基板に熱を奪われて急速に冷却されて粘度が上昇する。また、回転する被塗布基板上に加温された状態で供給された塗布液は、遠心力によって分散して均一に塗布された段階で被塗布基板に熱を奪われて急速に冷却されて粘度が上昇する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最も好ましいと思われる実施の形態について説明する。
【0016】
本発明の塗布方法は、上方に向って開口するとともに水平方向に延びる帯状のスリットを有する塗布ヘッドに供給する感光性の塗布液を、所望の粘度となるように加温した状態とする。そして、この塗布ヘッドと、塗布ヘッドの上方を通って斜め上方向に相対的に移動する被塗布基板との間に、塗布液をスリットから吐出させてビードを形成し、このビードから被塗布基板の塗布面に塗布液を付着させることによって塗布を行うものである。
【0017】
上記のように、塗布ヘッドに供給される感光性の塗布液は加温によって所望の粘度となるように調整されているため、従来のビード方式の塗布方法におけるような溶剤添加による塗布液の粘度低下の調整が不要であり、同一粘度の塗布液を使用する場合、塗布液における溶剤含有量を低く抑える、すなわち、塗布液の固形分比を高くすることができる。したがって、乾燥後の膜厚が比較的厚い塗布膜を形成する場合であっても、従来のビード方式の塗布方法に比べて塗布量を少なくすることができる。また、被塗布基板の塗布面に塗布された塗布液は、被塗布基板や周囲の空気中に熱を奪われて急速に冷却されて粘度が上昇する。このため、塗布後の基板の反転時や基板の取扱時に塗布液が流れたり垂れることが防止され、均一な塗布膜を形成することができるとともに、塗布液の使用効率が高いものとなる。
【0018】
本発明の塗布方法において使用する感光性の塗布液は、特に制限はなく、例えば、粘度が3〜20cps程度の溶剤系感光性樹脂、水系感光性樹脂、または、これらの感光性樹脂に顔料等の着色材を分散させた感光性樹脂等を対象とすることができる。
【0019】
また、本発明の塗布方法を適用する被塗布基板としては、特に制限はなく、例えば、LCDカラーフィルタ用のガラス基板等のように、大面積で表面の平滑度が低い(通常50〜70μm,最大では100μm程度の凹凸がある)基板であっても、厚みが均一な塗布膜を形成することができる。
【0020】
次に、本発明の塗布方法を塗布装置の一例を挙げて説明する。
図1は、本発明の塗布方法を実施するための塗布装置の一例を示す構成図である。図1において、塗布ヘッド1は隔壁部3と、この隔壁部3を挟むように位置する前壁部2と後壁部4と、これらの前壁部2、隔壁部3および後壁部4の両端部に位置する側壁部(図示せず)とを備えている。そして、前壁部2の上部と隔壁部3の上部とが対向する箇所に、軸方向に沿って延びるとともに上方に向って開口する第1スリットS1 が形成されている。また、隔壁部3と後壁部4の上部の対向する面によって、軸方向に沿って延びるとともに上方に向って開口する第2スリットS2 が形成されており、この第2スリットS2 は上記の第1スリットS1 と平行であり、かつ、第2スリットS2 の開口面は第1スリットS1 の開口面よりも若干低い位置(例えば、5〜10mm程度)となっている。そして、この第1スリットS1 と第2スリットS2 を挟むようにその両側に一対の斜面2aおよび4aが形成されている。
【0021】
また、塗布ヘッド1の内部には、第1スリットS1 と平行に延びるとともに、その軸方向の全域に亘って連通される中空状の液溜り1Aが前壁部2、隔壁部3および側壁部との間に形成され、また、第2スリットS2 と平行に延びるとともに、その軸方向の全域に亘って連通される中空状の液溜り1Bが隔壁部3、後壁部4および側壁部との間に形成されている。
【0022】
この塗布ヘッド1の液溜り1Aは、その塗布液供給口に供給パイプP1およびP2を介して塗布液供給ポンプPの吐出側が接続されており、この塗布液供給ポンプPから塗布液供給口を介して液溜り1Aに塗布液が供給されるようになっている。また、塗布液供給ポンプPには下端部が塗布液供給タンク11内に挿入された供給パイプP3が接続され、さらに、供給パイプP1とP2の間にはフィルタFが接続されている。尚、塗布液供給口は、塗布ヘッド1の長手方向において前壁部2の中央部に1個設けられていればよいが、塗布ヘッド1の長手方向に沿って複数個設けるようにしてもよい。
【0023】
また、塗布ヘッド1の液溜り1Bには、その塗布液排出口に塗布液の排出パイプP4の一端部が接続され、この排出パイプP4の他端部が、塗布液供給タンク11内に挿入されている。
【0024】
塗布液供給タンク11は内部に塗布液を保持するものであり、かつ、この塗布液供給タンク11は槽内に水を保持する加温槽12内に配設されている。加温槽12は図示しない加熱装置により、槽内に保持した水を所望の温度に維持するものであり、塗布液供給タンク11の壁面を介して、塗布液供給タンク11内に保持された塗布液も所望の温度に維持される。したがって、加温槽12によって塗布ヘッド1によるビード方式の塗布に最適な粘度となるように塗布液を加温することができる。
【0025】
図1に示した塗布装置では、加温槽12により所定の温度に加温された塗布液供給タンク11内の塗布液は、塗布液供給ポンプPの駆動によって吸引パイプP3に吸い上げられ、供給パイプP1、フィルタFおよび供給パイプP2を介して塗布液供給口から塗布ヘッド1の液溜り1Aに導入される。そして、液溜り1Aに導入された塗布液は、第1スリットS1 から塗布ヘッド1の上面に加温された状態で吐出してビードBを形成し、さらに、このビードBから過剰な塗布液が第2スリットS2 の方向に流れる。このようにビードBから第2スリットS2 に流れた塗布液は液溜り1B内に吸い込まれる。この液溜り1B内に吸い込まれた塗布液は、塗布液排出口から排出パイプP4によって塗布液供給タンク11内に導入され、塗布液供給タンク11内で所定の温度に維持された塗布液に合流して再び塗布に供される。
【0026】
本発明の塗布方法では、上述の塗布装置において塗布液供給タンク11から加温された塗布液を塗布ヘッド1の液溜り1Aに供給し、ビード方式の塗布に最適な粘度を有する加温された塗布液によりビードBを形成して被塗布基板への塗布が行われる。被塗布基板に塗布された塗布液は、被塗布基板や周囲の空気中に熱を奪われて急速に冷却されて粘度が上昇し、塗布後の基板の反転時や基板の取扱時に流れたり垂れることがなく、均一な塗布膜を維持する。また、被塗布基板に塗布されなかった過剰の塗布液は、液溜り1B、排出パイプP4を経由して塗布液供給タンク11内に返送される。
【0027】
上記の塗布方法における塗布液の加温は、使用する塗布液、被塗布基板の表面状態、塗布膜の厚み等を考慮して設定することができ、例えば、15〜60℃の範囲内で所望の温度に設定することができる。
【0028】
上述の塗布方法では、加温槽12によって塗布液の加温が行われるが、本発明はこれに限定されるものではなく、塗布液供給タンク11内の塗布液に加熱装置を挿入して加熱したり、塗布液供給タンク11内に加熱装置を配設することにより塗布液を加熱してもよく、また、供給パイプP1、P2、P3に加熱装置を装着して塗布液を加熱してもよく、さらに、上述の各加熱手段の任意の組み合わせとしてもよい。
【0029】
上述の実施形態はビード塗布における本発明の塗布方法であるが、基板を回転させた状態で、この基板上に塗布液を適量供給し遠心力で均一に分散させて塗布を行う公知のスピン塗布方式においても本発明の塗布方法は適用可能である。この場合、塗布液の加温は上述の実施形態と同様にして行なうことができ、基板上に供給する塗布液の温度は15〜60℃の範囲内で基板の回転速度、塗布膜の厚み等を考慮して設定することができる。
【0030】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【0031】
幅300mm、長さ400mm、板厚1.1mmのLCDカラーフィルタ用のガラス基板Sを準備し、塗布液として下記の組成の2種の塗布液A、Bを調製した。尚、塗布液の粘度測定はB型粘度計を用いて行った。
【0032】
(本発明の塗布方法)
次に、第1スリットS1 幅2mm、第2スリットS2 幅5mmの塗布ヘッドを備えた図1に示されるような塗布装置を使用し、本発明の塗布方法にしたがって、加温槽の水温を40℃に設定して塗布液Aを加温した状態で塗布ヘッドに供給(400cm3 /分)した。塗布液Aの循環供給を開始して10分経過後の安定状態での塗布液の温度は36℃、粘度は6cpsであった。そして、この塗布ヘッドとガラス基板Sとの間の相対角度を20°、塗布ヘッドとガラス基板Sとの相対速度を30mm/秒に設定して、ガラス基板Sへのビード塗布(塗布量22.4g/m2 )を行った。
【0033】
塗布完了後、直ちにガラス基板Sを反転して塗布面を上向き水平とした。その後、90℃で3分間加熱して塗布膜1を形成した。この塗布膜1は、厚み約2μmの均一なものであった。
(比較塗布方法)
一方、上記と同様の塗布装置を使用し、加温槽による塗布液の加温を行うことなく塗布液Bを塗布ヘッドに供給(400cm3 /分)した。そして、この塗布ヘッドとガラス基板Sとの間の相対角度を20°、塗布ヘッドとガラス基板Sとの相対速度を30mm/秒に設定して、ガラス基板Sへのビード塗布(塗布量26.6g/m2 )を行った。
【0034】
塗布完了後、直ちにガラス基板Sを反転して塗布面を上向き水平とした。その後、90℃で3分間加熱して、塗布膜1と同様の厚みをもつ塗布膜2を形成した。この塗布膜2は、上記のガラス基盤Sの反転時、および、その後の取扱時において塗布液の流れ等が発生したことに起因する厚みムラ(約0.1μm)がみられ、均一なものではなかった。
【0035】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればスリットから吐出されビードを形成する感光性の塗布液は加温されているため、その粘度は低い状態にあり、したがって、被塗布基板への塗布において塗布液の液切れが良好で塗布液の均一な塗布が可能となり、また、被塗布基板に塗布された塗布液は被塗布基板や周囲の空気中に熱を奪われて急速に冷却されるので粘度が上昇し、塗布後の基板の反転時や基板の取扱時に塗布液が流れたり垂れることが防止され、均一な塗布膜を形成することができる。
【0036】
また、本発明では加温された感光性の塗布液を回転している被塗布基板上に供給して遠心力により分散して塗布するので、分散段階では塗布液の粘度が低いことにより均一な分散が可能であり、この均一分散された塗布液は被塗布基板や周囲の空気中に熱を奪われて急速に冷却されるので粘度が上昇し、塗布後の基板の反転時や基板の取扱時に塗布液が流れたり垂れることが防止され、均一な塗布膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の塗布方法に使用する塗布装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1…塗布ヘッド
2…前壁部
3…隔壁部
4…後壁部
11…塗布液供給タンク
12…加温槽
S1 …第1スリット
S2 …第2スリット
B…ビード
S…基板
Claims (1)
- 上方に向って開口するとともに水平方向に延びる帯状の第1スリットと第2スリットを平行に有し、該第2スリットの開口面が該第1スリットの開口面よりも低い位置にある塗布ヘッドを使用し、該塗布ヘッドの第1スリットに加温された感光性の塗布液を供給し、該塗布液を前記第1スリットから吐出させて前記塗布ヘッドの上方を通って斜め上方向に相対的に移動する被塗布基板と前記塗布ヘッドの間にビードを形成し、該ビードから被塗布基板の塗布面に塗布液を付着させることによって前記被塗布基板への塗布液の塗布を行うとともに、前記被塗布基板に塗布されなかった過剰な塗布液を前記第2スリットから吸込んで回収することを特徴とした塗布方法。
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