JP4353681B2

JP4353681B2 - 塗工用ダイヘッド

Info

Publication number: JP4353681B2
Application number: JP2002210207A
Authority: JP
Inventors: 武明津田; 洋吉羽; 孝青木
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: JP2004050025A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス板などの平板状の基材に対して、ダイヘッドを用いて塗布液を高精度で塗布する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶用カラーフィルタの製造工程において、ガラス板などの基材に対して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の層の形成、或いは表面保護層や柱材の形成のために、液状のレジストを塗布することが行われている。これらのレジストの塗布に当たっては高精度塗布が必要であることから、通常、基材表面に過剰量の液滴を供給し、基材を高速回転させて薄く均一に拡げるスピン方式が用いられている。しかし、この方法では供給したレジストの大半が周囲に飛散してしまうため、レジストの消費量が多くなり、コスト高となるという問題があった。そこで、これに代わる方法として、図７に示すように、基材１をチャック台５に保持させ、その基材１の表面に塗工用ダイヘッド２の先端を近接配置し、基材１をダイヘッド２に対して相対的に移動させながらダイヘッド２から液状のレジストを吐出し、基材表面にレジストを塗布して塗布層４を形成し、その後直ちに、基材１を高速回転させて塗布層４の厚さを均一にする方法も知られている。ここで、基材１にレジストを塗布した後、基材１を高速回転させて膜厚を均一化させるのは、ダイヘッド２による塗工では、下記するように、塗布層４にすじ４ａや段むら４ｂを生じ、塗布厚のむらを許容範囲内に抑えることができないためである。しかしながら、この方法では、ダイヘッドによる塗布工程と、その後のスピン工程の２工程が必要となるため、やはりコスト高となるという問題があった。
【０００３】
次に、ダイヘッド２による塗布における塗布厚のむらの発生原因を説明する。ダイヘッド２は、図８に示すように、塗布すべきレジスト（塗布液という）を吐出するスリット２ａと、その先端両側に該スリットにほぼ直角に形成されたリップ部２ｂと、その外側に位置し、リップ部２ｂに対して傾斜した先端側面２ｃとを有しており、塗布時には、リップ部２ｂと基材１との間に塗布液の溜まり（ビード）３を形成し、そのビード３の塗布液を基材１の表面に塗布している。塗工中、このビード３が安定し、一定の形状を保っておれば、すなわち、ビード３の最外部の液がダイヘッド２から離れる点Ａ、Ｂが、ダイヘッド２のリップ部２ｂと先端側面２ｃとの境界線（エッジ部）上に保持されておれば、塗布層４の厚さむらはほとんど発生しない。ところが、実際には、ビード３の最外部の液がダイヘッド２から離れる点Ａ、Ｂが、ダイヘッド２のエッジ部に保持されず、矢印Ｃで示すようにリップ部２ｂから先端側面２ｃに回り込み、先端側面２ｃ上を移動するとか、矢印Ｄで示すように、リップ部２ｂで移動することが多く、ビード３が不安定に変化することが多い。そして、点Ａ、Ｂの移動がダイヘッド２の幅方向に局部的に生じると、基材の移動方向に延びるすじ４ａ（図７参照）を生じ、全幅に渡って全体的に生じると、基材の横方向に延びる段むら４ｂを生じていた。
【０００４】
そこで、ビード３の最外部の液がダイヘッド２から離れる点Ａ、Ｂを一定位置に保持してビード３を安定させるため、図９に示すように、リップ部２ｂの外側の端部に鋭角状のエッジ２ｄを形成したダイヘッド２Ａが知られている。しかしながら、この構成のダイヘッド２Ａは、図７に示すダイヘッド２に比べては、ビード３を或る程度安定させることができるが、ビード３の最外部の液がダイヘッド２から離れる点Ａ、Ｂの不安定な移動を十分には抑制できず、このため、すじや段むらは多少減る程度であって、液晶用カラーフィルタの製造時に要求されるような高精度塗布を行うことはできなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、液晶用カラーフィルタの製造時に要求されるような高精度塗布を行うことを可能とする塗工用ダイヘッドを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ダイヘッドを用いた塗布時のビードの安定を図るべく鋭意検討の結果、ダイヘッドの先端側面の塗布液に対する接触角を、リップ部の塗布液に対する接触角よりも大きくすることにより、ビードの最外部の液がダイヘッドから離れる点を、先端側面とリップ部との境界線であるエッジ部に保持することができることを見出し、本発明を達成した。すなわち、本発明は、基材に対して相対的に移動しながら塗布液を吐出し、前記基材表面に塗布する塗工用ダイヘッドにおいて、先端側面の塗布液に対する接触角を、リップ部の塗布液に対する接触角よりも５°以上大きくし、更に、前記先端側面とリップ部との境界線の真直度及前記スリットに対する平行度を、５μｍ／ｍ以下とし、且つ前記先端側面及びリップ部の境界領域における接触角の大きい領域と小さい領域との境界線と、前記先端側面とリップ部との境界線とのずれを、５μｍ以下とするという構成としたものであり、この構成により、塗布時のビードを安定させ、塗布層に生じがちであったすじや段むらを防止できる。かくして、本発明のダイヘッドを、液晶用カラーフィルタ製造におけるレジスト塗布に用いることにより、液晶用カラーフィルタに要求される高精度塗布が可能となり、従来行っていたスピン工程を省略でき、コストダウンを図ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の塗工用ダイヘッドの基本的な形態は、ダイヘッドの先端側面の塗布液に対する接触角を、リップ部の塗布液に対する接触角よりも大きくするという構成としたものであり、この構成により、塗布中、リップ部と基材との間に形成するビードを安定させ、高精度塗布を行うことができる。ここで、ダイヘッドの先端側面の塗布液に対する接触角とリップ部の塗布液に対する接触角との差は、あまり小さいとビードを安定させる効果が小さくなってしまうので、通常、５度以上とすることが好ましい。また、この差は大きければ大きいほど、ビードを安定させる効果が大きくなり、塗布速度を大きくするなどの塗布条件を過酷とした場合にも対応可能となるので、大きく設定することが好ましく、具体的には、１０度以上とすることが更に好ましく、２０度以上とすることが一層好ましい。
【０００８】
ダイヘッドの先端側面の塗布液に対する接触角を、リップ部の塗布液に対する接触角よりも大きくするための手段としては、先端側面とリップ部のいずれか一方若しくは双方の表面に、メッキ、コーティング等の表面処理を施すとか、先端側面とリップ部とを別部品として製造することなどによって、前記先端側面の表面材質とリップ部の表面材質とを互いに異ならせることを挙げることができる。また、前記先端側面の表面粗さとリップ部の表面粗さとを互いに異ならせることも有効である。更には、これらを組み合わせてもよい。
【０００９】
本発明のダイヘッドは上記したように、先端側面の塗布液に対する接触角を、リップ部の塗布液に対する接触角よりも大きくして、ビードの最外部の液がダイヘッドから離れる点を、先端側面とリップ部との境界線上に保持するものである。この境界線の真直度、並びに、スリットに対する平行度も、塗布むら抑制に重要であり、カラーフィルタ製造のように高精度塗布が望まれる場合には、この真直度及び平行度を極力小さくすることが望ましく、具体的には、５μｍ／ｍ以下とするのが良い。更に、前記先端側面とリップ部との境界領域をミクロ的に見ると、先端側面及び／又はリップ部は、かならずしも前記境界線まで一定の接触角となっているとは限らない。例えば、先端側面にコーティングを施して接触角を大きくする場合、例え、リップ部にマスクをして先端側面のみにコーティングを施したとしても、コーティングで形成された表面層の端縁はかならずしも前記境界線に一致するとは限らず、場所によっては前記境界線に届かなかったり、境界線を越えたりする。このため、接触角の大きい領域と小さい領域との境界線は、厳密には前記した先端側面とリップ部との境界線とは一致しない場合がある。この差が大きいと、塗布むらの原因となる。そこで、カラーフィルタ製造のように高精度塗布が望まれる場合には、接触角の大きい領域と小さい領域との境界線と、先端側面とリップ部との境界線とのずれを、極力小さくすることが好ましく、具体的には５μｍ以下とするのが良い。
【００１０】
本発明の塗工装置は、上記構成の塗工用ダイヘッドと、該塗工用ダイヘッドが吐出する塗布液を基材表面に塗布するよう、前記塗工用ダイヘッドの先端を前記基材に近接させた状態で前記塗工用ダイヘッドと基材とを相対的に移動させる手段とを備えるという構成としたものであり、この構成により、基材に対して高精度塗布を行うことができる。
【００１１】
本発明の塗工用ダイヘッド並びに塗工装置は、高精度塗布が可能であるので、液晶用カラーフィルタの製造工程において、ガラス板などの基材に対して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の層の形成、或いは表面保護層や柱材の形成のために、液状のレジストを塗布するために用いることができ、スピン工程を加えることなく、所望精度の塗布を行うことができる。なお、この用途以外の塗布に用いても良いことは言うまでもない。
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る塗工用ダイヘッド１２を示す概略斜視図及びその一部の拡大断面図、図２はそのダイヘッド１２の先端部を拡大して示す概略斜視図である。このダイヘッド１２も従来のものと同様に、塗布すべき塗布液を吐出するスリット１２ａと、その先端両側に該スリット１２ａにほぼ直角に形成されたリップ部１２ｂと、その外側に位置し、リップ部１２ｂに対して傾斜した先端側面１２ｃとを有している。このダイヘッド１２は、全体がステンレス鋼によって形成されている。リップ部１２ｂの幅ｄは、通常０．３〜０．５ｍｍ程度に設定されている。また、リップ部１２ｂは、ダイヘッド１２の母材をそのまま露出させた形態であり、表面を粗度０．１Ｓ〜０．４Ｓ程度にラップ仕上げしている。一方、先端側面１２ｃは、母材表面を粗度０．１Ｓ〜０．４Ｓ程度にラップ仕上げした後、その上に塗布液に対して濡れ性の悪い材料をメッキ或いはコーティングして表面層１３を形成している。従って、先端側面１２ｃは、塗布液に対して濡れ性の悪い（接触角の大きい）表面となっている。ここで、表面層１３の形成には、無電解ニッケルメッキ、フッ素樹脂を混合した無電解ニッケルメッキ、フッ素樹脂コーティング等の表面処理を挙げることができる。表面層１３の材質選定に当たっては、塗布液に対する接触角が、リップ部１２ｂの塗布液に対する接触角よりも大きくなるように、例えば、５度以上大きくなるように、好ましくは１０度以上、更に好ましくは２０度以上大きくなるように選定する。更に具体的には、塗布液として、液晶用カラーフィルタの製造に用いる液状のレジストを用いる場合、リップ部１２ｂの塗布液に対する接触角が７〜１０度程度であるので、表面層１３を無電解ニッケルメッキで形成すると、接触角が２０度程度となり、１０度以上の差を確保できる。また、表面層１３をフッ素樹脂コーティングで形成すると、接触角が６０度程度となり、５０度以上の大きい差を確保できる。なお、フッ素樹脂の単独コーティングは、無電解ニッケルメッキに比べると接触角は大きくできるものの耐久性の点で劣るが、無電解ニッケルメッキにフッ素樹脂を混入させることで、接触角を無電解ニッケルメッキに比べて大きくし且つ耐久性をフッ素樹脂コーティングに比べて向上できる。従って、ニッケルとフッ素樹脂の混合割合を、所望の特性に応じて適切に選択すればよい。表面層１３を形成する領域は、少なくとも、塗布時に塗布液が回り込む恐れのある領域とすればよい。
【００１３】
図２に示すように、先端側面１２ｃに形成する表面層１３は、リップ部１２ｂと表面層１２ｃとの境界線に一致する位置まで正確に形成されている。更に、リップ部１２ｂと先端側面１２ｃの表面層１３との境界線１４は直線状に形成されると共に、その境界線１４の真直度及スリット１２ａに対する平行度は、５μｍ／ｍ以下となるように作られている。ここで、表面層１３を、リップ部１２ｂと表面層１２ｃとの境界線に一致する位置まで正確に形成し、且つ境界線１４の真直度及スリット１２ａに対する平行度を５μｍ／ｍ以下とするには、図３（ａ）に示すように、ダイヘッド１２の先端側面１２ｃのみならず、リップ部１２ｂにもメッキ、コーティング等によって表面層１３を形成し、その後、図３（ｂ）に示すように、リップ部１２ｂを研磨して、その部分の表面層１３を除去し且つ境界線１４を所望の真直度、平行度となるようにすればよい。
【００１４】
このダイヘッド１２を用いて塗布を行うには、図４に示すように、チャック台（図示せず）に保持された基材１の表面にダイヘッド１２の先端を近接配置し、基材１をダイヘッド１２に対して移動させながらダイヘッド１２から塗布液を吐出し、リップ部１２ｂと基材１との間にビード３を形成し、そのビード３の塗布液を基材１の表面に塗布する。ここで、ダイヘッド１２の先端側面１２ｃを、ビード３が接触しているリップ部１２ｂよりも、塗布液に対する接触角が大きくなるように、従って塗布液に対する濡れ性が悪くなるようにしているので、塗工中、ビード３の最外部の液がダイヘッドから離れる点Ａ、Ｂは、濡れ性の良いリップ部１２ｂと濡れ性の悪い先端側面１２ｃとの境界線であるエッジ部に保持され、ほとんど変動しない。このため、塗工中、ビード３が安定しており、基材１上に形成される塗布層４には、従来生じていたすじや段むらがほとんど発生せず、きわめて厚さむらの小さい（例えば、厚さの±３％以下の）塗布層４を形成できる。このため、このダイヘッド１２を、液晶用カラーフィルタの製造におけるレジスト塗布に用いることにより、液晶用カラーフィルタに要求される塗布精度（例えば、厚さむらが厚さの±３％以下）の塗工を行うことができ、従来行っていたスピン工程を省略できる。
【００１５】
なお、上記した実施の形態では、リップ部１２ｂは母材のままの表面とし、ダイヘッド１２の先端側面１２ｃに塗布液に対する濡れ性の悪い（接触角の大きい）表面層１３を形成し、リップ部１２ｂよりも接触角が大きくなるようにしているが、本発明はこの構成に限らず、リップ部１２ｂに、濡れ性の良い材料の表面層を形成し、先端側面１２ｃは母材のままの表面とするとか、リップ部１２ｂには、濡れ性の良い材料の表面層を形成し、先端側面１２ｃには濡れ性の悪い材料の表面層を形成する等の変更を加えても良い。
【００１６】
更に、リップ部１２ｂ及び先端側面１２ｃの接触角を変更する方法は、メッキ、コーティング等の表面処理に限らず、適宜変更可能である。例えば、図５に示すダイヘッド１２Ａは、リップ部１２ｂを形成する部分１６と先端側面１２ｃを形成する部分１７とを別部材で形成し、その材料を変えている。また、図６に示すダイヘッド１２Ｂは、全体を同一材料で構成するが、リップ部１２ｂの表面粗さを大きくして塗布液に対して濡れやすくし（接触角を小さくし）、先端側面１２ｃの表面粗さを小さくして塗布液に対して濡れにくく（接触角を大きく）している。これらの構成によっても、先端側面１２ｃの接触角を、リップ部の接触角よりも大きくできる。なお、リップ部１２ｂ及び先端側面１２ｃの接触角を変更するには、リップ部１２ｂ及び先端側面１２ｃの表面材質を異ならせることと、表面粗さを異ならせることを適宜組み合わせる方法を採用してもよい。
【００１７】
【実施例】

（２）使用塗布液
有機溶剤系カラーレジスト
粘度：５ｃｐ
表面張力：２５ダイン／ｃｍ
（３）塗布条件
図４に示すように、ダイヘッド１２を下向きに配置し、その下方を基材１を水平に、８０ｍｍ／秒の速度を移動させて、塗布液を約１０μｍ程度の厚さに塗布した。
（４）結果
塗布終了後、形成された塗布層を目視検査したところ、すじや段むらは見られなかった。その塗布層を乾燥させた後、厚さを測定したところ、厚さは１．５μｍであり、塗布厚さのばらつきは、±３％以下であった。従って、得られた塗布層は、カラーフィルタに要求される厚さむらの許容範囲内であり、従って、従来のようにスピンをかけることなく、カラーフィルタに用いことができることを確認できた。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の塗工用ダイヘッドは、ダイヘッドの先端側面の塗布液に対する接触角を、リップ部の塗布液に対する接触角よりも５°以上大きくし、更に、前記先端側面とリップ部との境界線の真直度及前記スリットに対する平行度を、５μｍ／ｍ以下とし、且つ前記先端側面及びリップ部の境界領域における接触角の大きい領域と小さい領域との境界線と、前記先端側面とリップ部との境界線とのずれを、５μｍ以下としたことにより、塗布動作中、ビードの最外部の液がダイヘッドから離れる点を、先端側面とリップ部との境界線であるエッジ部に保持し、ビードを安定させることができ、塗布層に生じがちであったすじや段むらを防止でき、厚さむらをきわめて小さく抑制できるという効果を有している。そして、本発明のダイヘッドは高精度塗布が可能であるので、これを、液晶用カラーフィルタの製造におけるレジスト塗布に用いることにより、従来行っていたスピン工程を省略でき、コストダウンを図ることができるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る塗工用ダイヘッドの概略斜視図及びその一部の拡大断面図
【図２】図１に示すダイヘッドの先端部を拡大して示す概略斜視図
【図３】（ａ）、（ｂ）は図１に示すダイヘッドの製造工程を説明する概略斜視図
【図４】図１のダイヘッドで基材表面に塗布する状態を示す概略断面図
【図５】本発明の他の実施の形態に係るダイヘッドの先端部の概略斜視図
【図６】本発明の更に他の実施の形態に係るダイヘッドの先端部の概略斜視図
【図７】従来のダイヘッドで基板表面に塗布する状態を示す概略斜視図
【図８】従来のダイヘッドで基板表面に塗布する状態を示す概略断面図
【図９】従来の他のダイヘッドで基板表面に塗布する状態を示す概略断面図
【符号の説明】
１基材
２ダイヘッド
３ビード
４塗布層
５チャック台
１２ダイヘッド
１２ａスリット
１２ｂリップ部
１２ｃ先端側面
１３表面層
１４境界線

Claims

基材に対して相対的に移動しながら塗布液を吐出し、前記基材表面に塗布する塗工用ダイヘッドであって、塗布液を吐出するスリットと、その先端両側に該スリットにほぼ直角に形成されたリップ部と、その外側に位置し、前記リップ部に対して傾斜した先端側面とを有する塗工用ダイヘッドにおいて、前記先端側面の塗布液に対する接触角を、前記リップ部の塗布液に対する接触角よりも５°以上大きくし、更に、前記先端側面とリップ部との境界線の真直度及前記スリットに対する平行度を、５μｍ／ｍ以下とし、且つ前記先端側面及びリップ部の境界領域における接触角の大きい領域と小さい領域との境界線と、前記先端側面とリップ部との境界線とのずれを、５μｍ以下としたことを特徴とする塗工用ダイヘッド。
前記先端側面の表面材質とリップ部の表面材質とを互いに異ならせていることを特徴とする請求項１記載の塗工用ダイヘッド。
前記先端側面の表面粗さとリップ部の表面粗さとを互いに異ならせていることを特徴とする請求項１又は２記載の塗工用ダイヘッド。
請求項１から３のいずれか１項記載の塗工用ダイヘッドと、該塗工用ダイヘッドが吐出する塗布液を基材表面に塗布するよう、前記塗工用ダイヘッドの先端を前記基材に近接させた状態で前記塗工用ダイヘッドと基材とを相対的に移動させる手段とを備えた塗工装置。