JP5993641B2 - 塗膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルムや基板等の基材上に機能性を有する塗膜を形成する方法に関する。

図１０は、フィルムや基板等の基材上に導電膜等の機能性を有する塗膜（以下、機能膜と称する。）をベタで形成する典型的な方法を示す模式的な図である（例えば、特許文献１、２参照。）。

まず、図１０（Ａ）に示すように、吸着定盤などのしっかりとした土台（不図示。）の上に、基材１０１が安定的に載置される。この基材１０１に対してスリットノズル１２０が対向配置される。スリットノズル１２０は、先端にスリット状の吐出口が開口している。基材１０１の表面とスリットノズル１２０の吐出口との間には、所定のギャップが維持されるようにスリットノズル１２０は支持される。スリットノズル１２０を支持する構造体は可動式であり、スリットノズル１２０を基材１０１に対して直線的に相対移動（走査）することが可能である。スリットノズル１２０の走査方向は、吐出口の長手方向に対して直交する方向に設定される。塗布工程では、スリットノズル１２０の吐出口から一定の流量で塗工液を吐出しながら、スリットノズル１２０を矢印のように走査することにより、塗工液の液膜１０３が形成される。

次いで、図１０（Ｂ）に示すように、基材１は乾燥工程に移され、乾燥される。乾燥工程では、基材１は、輻射熱を放出する熱源を備えた乾燥炉（不図示。）に収容される。

塗工液は、機能性の粒子が均一分散されたバインダー樹脂を溶剤に溶かして構成される。乾燥工程では、図１０（Ｃ）に示すように、塗工液の液膜１０３から溶剤が蒸発し、バインダー樹脂が固化することで乾燥膜１０４へと変化する。

特開２０００−５６８２号公報 特開２００３−１９０８６２号公報

図１０（Ｄ）は図１０（Ａ）及び図１０（Ｃ）における破線の位置における断面図を示すが、塗布により均一な塗布膜を形成したとしても、乾燥工程を得ることで最終の乾燥膜１０４には塗膜周辺部で凸部１０４Ａが発生する。凸部１０４Ａは塗膜における不均一部分となる。凸部１０４Ａの発生は自然現象として避けようのない現象である。これを防ぐために液膜の形状を制御するなどの工夫がされているが、塗膜の不均一部分をゼロにすることは不可能であり、塗膜の有効面積を減少させる原因となっている。

乾燥膜１０４の周辺に凸部１０４Ａが発生する要因として挙げられるのが、乾燥端部と中央部で乾燥速度が異なることが挙げられる。このため、固形分濃度や蒸気濃度、表面張力に勾配が発生し、凸部１０４Ａが形成されると考えられる。

また、不均一な凸部は、デバイス性能にも影響を及ぼすため、エッチング等で除去する工程を含むこともあり、プロセスコスト増となる問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不均一部分の発生を抑制して機能性を有する塗膜の有効面積を増大させることが可能な塗膜形成方法を提供することを目的とする。

本発明は、基材上に機能性を有する塗膜を形成する方法に関する。本発明塗布方法は、第１塗布工程、第２塗布工程、及び乾燥工程を有する。第１塗布工程は、基材上に機能性を有する塗工液で構成される第１の液膜を、所定のパターンで塗布する工程である。第２塗布工程は、基材上に機能性を有しないダミーの塗工液で構成される第２の液膜を、前記第１の液膜に隣接して塗布する工程である。乾燥工程は第１の液膜及び第２の液膜を乾燥させる工程である。

この方法によると、第１及び第２塗布工程で、基材上に、機能性を有する塗工液で構成される第１の液膜の隣に、ダミーの塗工液で構成される第２の液膜が塗布されるため、続く乾燥工程では、第１の液膜の両端では均一な乾燥が行われ、塗膜の変動がない。したがって、第１の液膜が乾燥して出来る乾燥膜の端部に、不均一部分となる凸部が発生することがない。これにより、機能性を有する塗膜の有効面積を増大させることが可能である。

第１塗布工程と第２塗布工程とは、一回の塗布動作によって同時に行っても良いし、複数回の塗布動作によって時間差で行っても良い。

典型的な塗布パターンは、第１の液膜と第２の液膜とを並列にストライプ状に塗布することである。例えば、第１の液膜の両側端に第２の液膜を塗布することや、第１の液膜の周囲に第２の液膜を塗布するようなパターンである。

機能性を有する塗工液は、バインダー樹脂を溶解した溶媒に機能性の粒子を分散させたものが好適である。機能性の粒子の一例としては、蛍光体や金属粒子である。

ダミーの塗工液は、バインダー樹脂を溶解した溶媒や、あるいは溶媒のみを好適に用いることが出来る。

この発明によれば、機能性を有する塗膜の端部に不均一部が発生するのを抑制することが可能であり、機能膜の有効面積の増大に寄与する。

本発明の塗膜形成法を説明するフローチャートである。 本発明の塗膜形成方法の第１の実施形態を示す斜視図である。 図３（Ａ）は上記実施形態における塗布工程を示す断面図である。図３（Ｂ）は上記実施形態における塗布工程を示す正面図である。 上記実施形態における乾燥工程で、液膜が乾燥される様子を示す断面図である。 上記実施形態による方法で実際に形成された塗膜（乾燥膜）の平面写真である。 図６（Ａ）は図５中のＶＩ−ＶＩ線について塗膜の端部における膜厚プロファイルである。図６（Ｂ）は図５中のＶＩ−ＶＩ線について塗膜の境界部における膜厚プロファイルである。 本発明の塗膜形成方法の第２の実施形態を示す斜視図である。 上記実施形態による方法で額縁状に塗り分けされた塗膜を示す平面図である。 上記実施形態による方法で格子状に塗り分けされた塗膜を示す平面図である。 フィルムや基板等の基材上に導電膜等の機能性を有する塗膜（以下、機能膜と称する。）をベタで形成する典型的な方法を示す模式的な図である。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る塗膜形成法を説明する。

図１は、本発明に係る塗膜形成方法を説明するフローチャートである。図１に示すように、本発明の塗膜形成方法は塗布工程と乾燥工程から構成される。塗布工程は、第１塗布工程と第２塗布工程とから構成される。第１塗布工程で、基材上に機能性を有する塗工液で構成される第１の液膜を、所定のパターンで塗布する（ステップＳ１）。ついで、第２塗布工程で、基材上に機能性を有しないダミーの塗工液で構成される第２の液膜を、前記第１の液膜に隣接して塗布する（ステップＳ２）。最後に、乾燥工程で、第１の液膜及び第２の液膜を乾燥させる（ステップＳ３）。

なお、第１塗布工程と第２塗布工程とは、一回の塗布動作によって同時に行うことも可能であるし、第１塗布工程と第２塗布工程とを複数回の塗布動作によって時間差で行うことも可能である。

図２は、本発明に係る塗膜形成方法の第１実施形態を示すもので、第１塗布工程と第２塗布工程とを一回の塗布動作で同時に行う場合の一例を示す説明図である。塗布は、図３に示すような塗布ヘッド１０を用いて行う。

まず、図２（Ａ）に示すように、基材１上に、機能性を有する塗工液の液塊３１と、ダミーの塗工液の液塊５１と、をスポット状に滴下する。本実施形態では、機能性を有する塗工液の塗膜３（第１の液膜）の両側に隣接してダミーの塗工液の塗膜（第２の液膜）５を形成するために、１つの機能性の液塊３１を挟んでその両ワキに２つのダミーの液塊５１を図におけるＹ方向に直線上に並ぶように滴下している。各液塊３１，５１の大きさ（液量）は、形成する膜の幅及び長さによって適切に設定される。

次に、図２（Ｂ）に示すように、基材１上で塗布ヘッド１０をＸ方向に走査する。塗布ヘッド１０の底面には、図３（Ａ）の断面図及び図３（Ｂ）の正面図に示すように、液塊３１，５１に対応して角溝１０Ａ，１０Ｂが走査方向に直交する方向（Ｙ方向）に並んで形成される。角溝１０Ａ，１０Ｂは、走査方向（Ｘ方向）について下流側の面から反対側の面に向かって天井が低くなるように形成されたテーパ部１１を有する。また、角溝１０Ａ，１０Ｂはテーパ部１１の最低部と同じ高さで水平方向に形成された押え部１２を有する。押え部１２は、塗布ヘッド１０の走査方向（Ｘ方向）について上流側の面に開口している。角溝１０Ａと角溝１０Ｂの間は隔壁で隔てられ、お互いを液が行き来しないようになっている。角溝１０Ａ，１０Ｂの幅は形成する膜の幅に対応して適切に設定される。

このように構成された塗布ヘッド１０を図２（Ｂ）の矢印で示すように、基材１上でＸ方向に直線的に走査（移動）する。これにより、図３（Ａ）に示すように、角溝１０Ａ，１０Ｂの押え部１２で液塊３１，５１がそれぞれならされる結果、角溝１０Ａ，１０Ｂの移動経路に沿って、第１の液膜３と第２の液膜５が形成される。このとき、液膜の流動性によって第１の液膜３と第２の液膜５はくっつくが、境界で互いに堰き止められる。このとき、第１の液膜３と第２の液膜５との境界はクリアで、境界部における液膜の上面は平坦である。角溝１０Ａ，１０Ｂのテーパ部１１は液塊３１，５１をスムーズに押え部１２に移行させる役割をしている。

塗布ヘッド１０の走査が終了すると、図２（Ｃ）に示すように、基材１上に、第１の液膜３の両側端に、第２の液膜５が並列に塗布される。

最後に、図２（Ｄ）に示すように、乾燥工程を実施し、第１の液膜３及び第２の液膜５を乾燥させて、機能性を有する塗工液の乾燥膜（第１の乾燥膜）４、及びダミーの塗工液の乾燥膜（第２の乾燥膜）６を形成する。

図４は、乾燥工程で液膜が乾燥される様子を示す断面図である。この乾燥工程では、図４に示すように、第１の液膜３の隣には第２の液膜５が存在するので、第１の液膜の両端では均一な乾燥が行われ、塗膜の変動がない。したがって、機能性を有する塗工液の乾燥膜（第１の乾燥膜）４では、不均一部分となる凸部が発生することがない。これにより、第１の乾燥膜４は均一な膜厚の乾燥膜となり、機能性を有する塗膜の有効面積を増大させることが可能である。

一方で、第２の液膜５の端（第１の液膜３がない側）では、液膜が薄く、乾燥速度の不均一等によって、第２の乾燥膜６には凸部６Ａが形成されてしまうが、この第２の乾燥膜６はダミーの塗工液の塗膜ゆえにこのような不均一部があっても塗膜の機能上は差し支えない。

ここで、機能性を有する塗工液としては、バインダー樹脂を溶解した溶媒に金属粒子など導電性有する粒子を分散したものが挙げられる。この塗工液によって出来る塗膜は導電膜となる。そして、ダミーの塗工液として、バインダー樹脂を溶解した溶媒を、例えば、上記機能性を有する塗工液と同じ粘度に調整したものを好適に用いることが出来る。

図５は、実際にこのようにして形成された塗膜を撮影した平面写真であり、この写真に示すように、第１の乾燥膜４と第２の乾燥膜６とがストライプ状にきれいに形成されていることが分かる。

この塗膜においてストライプの短手方向（図５におけるVI − VI 線）に関して膜厚プロファイルを測定した。図６（Ａ）には、第２の乾燥膜６の端部における膜厚プロファイルを計測したものを示し、図６（Ｂ）には、第１の乾燥膜４と第２の乾燥膜６との境界部における膜厚プロファイルを示す。

図６（Ａ）に示すように、ダミーの塗工液で構成される第２の乾燥膜６の端部には膜厚の不均一部分となる凸部が存在し、膜厚の極端な変動があるものの、図６（Ｂ）に示すように、第１の乾燥膜４と第２の乾燥膜６との境界部にはそのような不均一部は観測されず、ほぼ均一な膜厚である。すなわち、機能性を有する塗工液で構成される第１の乾燥膜４の端部には不均一部がなく、本発明方法が、第１の乾燥膜４の有効面積の拡大に寄与することが実験的にも裏付けられた。

なお、乾燥状態（乾燥速度や蒸気分布）を均一にすることが出来れば、ダミーの塗工液として、溶媒のような乾燥後に残留物が残らないものでも同様の効果が得られる。ただし、機能性の塗工液と溶媒の物性値（粘度など）は似たものが好ましい。

図７は、本発明に係る塗膜形成方法の第２実施形態を示すもので、第１塗布工程と第２塗布工程を複数回の塗布動作によって時間差で行う場合の一例を示すものである。塗布手段は、スリットノズル２０，３０とポンプ等の給液手段とから構成されるシステムを用いる。

第１のスリットノズル２０は、基材１表面から所定の距離を維持して図におけるＸ方向に走査可能に構成される。

第１のスリットノズル２０の先端の長手方向における中央には、機能性を有する塗工液に対応した吐出口２０Ａが開口する。第１のスリットノズル２０の先端の長手方向における吐出口２０Ａの両側に、ダミーの塗工液に対応した２つの吐出口２０Ｂが開口する。各吐出口２０Ａ，２０Ｂは、第１のスリットノズル内２０に形成された別々の給液路（不図示。）に接続される。各給液路には別々の給液手段（不図示。）が接続される。各給液手段の動作によって一方の吐出口２０Ａから機能性を有する塗工液が吐出され、他方の吐出口２０Ｂからダミーの塗工液が吐出される。

第２のスリットノズル３０は、基材１表面から所定の間隔を維持して図におけるＹ方向に走査可能に構成される。つまり、第１のスリットノズル２０の走査方向に対して直交方向に走査される。第２のスリットノズル３０は、Ｘ方向にも移動可能に構成され、基材１のＸ方向における任意の位置からＹ方向に走査することが出来る。

第２のスリットノズル３０の先端に、ダミーの塗工液に対応した１つのスリット状の吐出口３０Ａが形成される。吐出口３０Ａは、スリットノズル内に形成された給液路（不図示。）に接続される。給液路には給液手段（不図示。）が接続される。給液手段の動作によって吐出口３０Ａからダミーの塗工液が吐出される。

この構成において、まず、図７（Ａ）に示すように、第１のスリットノズル２０の各吐出口２０Ａ，２０Ｂからそれぞれ機能性を有する塗工液とダミーの塗工液とを吐出しながら、第１のスリットノズル２０を図の矢印方向（Ｘ方向）に走査（移動）する。

これにより、機能性を有する塗工液（第１の液膜３）のＹ方向における両隣に、ダミーの塗工液（第２の液膜５）が並列に、ストライプ状に塗布される。この走査では、第１の液膜３が塗布される第１塗布工程と第２の液膜５が塗布される第２塗布工程は１回の塗布動作で同時に行われることになる（図８の矢印ＲＸ１参照。）。

次いで、図７（Ｂ）に示すように、上記走査によって形成された液膜のＸ方向における一端（左端）の未塗布部に第２のスリットノズル３０を配置し、第２のスリットノズル３０の吐出口３０Ａからダミーの塗工液を吐出しながら第２のスリットノズル３０を図の矢印方向（Ｙ方向）に走査（移動）する。さらに、図７（Ｃ）に示すように、液膜のＸ方向における他端（右端）の未塗布部に第２のスリットノズル３０を配置し、同様にダミーの塗工液を塗布する。

これにより、機能性を有する塗工液（第１の液膜３）のＸ方向における両隣に、ダミーの塗工液（第２の液膜５）が並列に、ストライプ状に塗布される。この走査では、第１の液膜３が塗布される第１塗布工程と第２の液膜５が塗布される第２塗布工程は複数回の塗布動作によって時間差で行われることになる（図８の矢印ＲＹ１，ＲＹ２参照。）。

この一連の動作によって、図８に示すように、第１の液膜３の周囲に、第２の液膜５が塗布される。その後、乾燥工程を実施することにより、Ｙ方向だけでなくＸ方向についても機能性を有する塗工液の端部に不均一部がなくなり、機能性を有する塗膜の有効面積をさらに拡大することが出来る。

なお、第１のスリットノズル２０の吐出口の数を適宜変更することで、様々なパターンに対応することが可能である。一例として、吐出口を５つ有する第１のスリットノズル２０を用いることで、図９に示すような格子状のパターンを、第１のスリットノズル２０の２回の走査（矢印ＲＸ１，ＲＸ２参照。）及び第２のスリットノズル３０の３回の走査（矢印ＲＹ１，ＲＹ２，ＲＹ３参照。）によって形成することが出来る。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…基材
３…第１の液膜（機能性を有する塗工液で構成される液膜）
４…第１の乾燥膜
５…第２の液膜（ダミーの塗工液で構成される液膜）
６…第２の乾燥膜
６Ａ…凸部
１０…塗布ヘッド
１０Ａ，１０Ｂ…角溝
２０…第１のスリットノズル
２０Ａ，２０Ｂ…吐出口
３０…第２のスリットノズル
３０Ａ…吐出口

Claims (9)

1. 機能性を有する塗工液及び機能性を有しないダミーの塗工液のそれぞれに対応した吐出口を有し、前記吐出口が別々の給液路に接続されているスリットノズルを用いて前記基材上に機能性を有する塗膜を形成する塗膜形成方法であって、
   前記基材上に前記機能性を有する塗工液で構成される第１の液膜を前記スリットノズルにより所定のパターンで塗布する第１塗布工程と、
   前記基材上に前記機能性を有しないダミーの塗工液で構成される第２の液膜を、前記第１の液膜に隣接して前記スリットノズルにより塗布する第２塗布工程と、
   前記第１の液膜及び前記第２の液膜を乾燥させる乾燥工程と、
   を有する塗膜形成方法。
   
2. 前記第１塗布工程と前記第２塗布工程とを一回の塗布動作によって同時に行う、請求項１に記載の塗膜形成方法。
3. 前記第１塗布工程と前記第２塗布工程とを複数回の塗布動作によって時間差で行う、請求項１に記載の塗膜形成方法。
4. 前記第１の液膜と前記第２の液膜とを並列に塗布する、請求項２または３に記載の塗膜形成方法。
5. 前記第１の液膜の両側端に、前記第２の液膜を塗布する、請求項４に記載の塗膜形成方法。
6. 前記第１の液膜の周囲に、前記第２の液膜を塗布する、請求項４に記載の塗膜形成方法。
7. 前記機能性を有する塗工液が、バインダー樹脂を溶解した溶媒に機能性の粒子を分散させたものである、請求項１〜６のいずれかに記載の塗膜形成方法。
8. 前記ダミーの塗工液が、バインダー樹脂を溶解した溶媒である、請求項７に記載の塗膜形成方法。
9. 前記ダミーの塗工液が、溶媒のみである、請求項７に記載の塗膜形成方法。