JP2010005616A

JP2010005616A - 塗布装置および塗布方法

Info

Publication number: JP2010005616A
Application number: JP2009126224A
Authority: JP
Inventors: Fumiyuki Yoshida; 史志吉田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】有機溶媒を含む塗布液体をダイコート方式で基材に塗布する場合に、幅方向に均一な塗布膜厚形成を実現する。
【解決手段】幅５０００ｍｍ以下のストレートマニホールドダイ塗布において、スリット幅方向に垂直なマニホールド断面が半径７〜１２ｍｍの半円あるいはそれと同等の断面積の断面形状であり、スリット間隔が７０〜９０μｍであることを特徴とする塗布装置を提供し、粘度が１〜１０ｍＰａ・ｓの塗布液体を、ウエット膜厚４０μｍ以下、塗布速度８００ｍｍ／ｓ以下で塗布する場合に、該塗布装置を用いる塗布方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機溶媒を含む塗布液体をダイコート方式で基材に塗布するための塗布装置及び塗布方法に関するものである。

ガラス、プラスチック等を一定のサイズに断裁した枚葉基材やロール状に巻き取られたウェブ基材に塗布液体を均一に塗布して塗布膜を形成することについては、従来から様々な手法が試みられている。そして、塗布方法の一つとして、所定の間隙（スリット）を有するダイを用いて塗布する、ダイコート法が、高精度に塗布膜の形成が可能であり、材料劣化も起こり難いため、多く用いられている。

ダイコート法は、カラーフィルタを代表とするディスプレイ用部材の製造技術において、有機溶媒を含む塗布液体の塗布装置及び塗布方法にも利用され、特に均一な塗布膜厚形成を実現する手段として有用である。

ダイコート法について、図１を用いて概略説明する。まず、ダイヘッド１の供給口３から塗布液体４が供給され、集合管として機能するマニホールド５内に溜められる。次に塗布液体４は、マニホールド５から、スリット間隔９を有するスリット６内に供給され、さらにスリット６の下端開口部を通って、塗布対象の基材２表面上に吐出される。この際に、塗布液体４の吐出に合わせてダイヘッド１と基材２を相対的に移動させると、基材２上に均一な塗布膜７が形成される。

ダイコート法により、均一な塗布膜を形成するには、塗布方向の均一性と塗布幅方向の均一性の両方を満足しなければならない。しかしながら、ダイヘッドによる塗布幅が大きい場合や塗布速度が大きい場合には、塗布膜を均一性高く形成することが技術的に困難であった。

上記の問題は、塗布速度等の塗布条件に対して、塗布液体の流動物性や、ダイヘッドのマニホールド５やスリット間隔９といった構造が最適化されていないことに起因していた。

この問題を解決するために、塗布液体の流動物性を最適化する方法が提案されている（特許文献１）。しかし、多くの場合、使用する塗布液体は、別の優先される特性や機能などにより流動物性が決まるため、ある程度流動物性が変化しても対応可能な、ダイヘッドの構造が望まれている。特に、近年の広幅化、高速化に対応したダイヘッドの構造が要望されている。

特開２００４−４１９０８号公報

本発明は、塗布液体の流動物性や、塗布速度等の塗布条件に対し、ダイヘッドのマニホールドやスリット間隔といった構造を最適化し、幅方向に均一な塗布膜の形成を可能にする塗布装置と塗布方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、スリット幅５０００ｍｍ以下のダイコート方式の塗布装置において、ダイヘッドのスリット長さが幅方向に一定で、ストレートマニホールドを有する構造であって、スリット幅方向に垂直なマニホールド断面が半径６〜１２ｍｍの半円あるいはそれと同等の断面積の断面形状であり、スリット間隔が７０〜９０μｍであることを特徴とする塗布装置である。

また、請求項２に係る発明は、ダイコート方式の塗布方法において、粘度が１〜１０ｍＰａ・ｓの塗布液体を、ウエット膜厚４０μｍ以下、塗布速度８００ｍｍ／ｓ以下で塗布する場合に、請求項１に記載の塗布装置を用いることを特徴とする塗布方法である。

本発明により、有機溶媒を含む塗布液体を枚葉基材やウェブ基材に塗布する場合に、塗布液体の流動特性を詳細に規定することなく、広幅に高速で塗布する場合にも、幅方向に均一な膜厚形成を実現する塗布装置及び塗布方法の提供が容易に可能となる。

本発明の塗布装置の主要部を透視的に説明するための模式図である。スリット幅方向の吐出量分布の一例を示す図である。マニホールド半径に対する吐出量分布を示す図である。スリット間隔に対する吐出量分布を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の塗布装置の主要部を透視的に説明するための模式図である。図１に示すように、ダイヘッド１はスリット幅１３方向に垂直な断面が半円のストレートマニホールド５を有する構造であり、スリット幅１３全体にわたって、スリット長さ１４は一定である。塗布液体４は、ダイヘッド１のスリット幅１３方向中央部に設けられた供給口３から、マニホールド５の中央部に供給される。

なお、図１では、仮想対称平面１５の片側のみマニホールド５とスリット６を図示しているが、反対側にも同一の断面形状のマニホールド５とスリット６が連続している構造になっている。また、塗布液体４が供給口３から供給されてマニホールド５に入っていく動きも、その後スリット６を通って塗布対象の基材２に塗布される動きも、仮想対称平面１５の両側で同様に行われる。

塗布液体４は、ダイヘッド１のスリット６の下端開口部から一定の速度で吐出され、塗布対象の基材２との微小な隙間を経て、基材２表面上に塗布される。このとき塗布液体４の吐出に合わせて、ダイヘッド１と基材２を、スリット幅１３方向に垂直な方向（塗布方向１０）に相対的にかつ一定速度で移動させることにより、基材２上に一定の塗布膜厚１２の塗布膜７が塗布方向１０と垂直方向の塗布幅１１で形成される。ダイヘッド１または塗布対象の基材２の動きの相対的な関係で、塗布方向１０と塗布速度が決まる。

図２に、スリット幅方向の吐出量分布の一例を示す。図２は、横軸にスリット幅方向の中心からの距離で示される位置を、縦軸に中心部の吐出量を１として各位置での吐出量を相対比で示したものである。吐出量は、中心部が最も多く、両端部が最も少なくなる傾向がある。吐出量分布が不均一になるに連れて、図２の山型の傾きが大きくなる。

次に、単位時間当たりの吐出量分布Ｑｕｎｉを以下のように定義し直す。
Ｑｕｎｉ＝（（スリット幅方向の中心の吐出量）−（端の吐出量））／（中心と端の距離）
ここで、「スリット幅方向の中心の吐出量」および「端の吐出量」は、ともに塗布液体４の単位時間当たりの吐出量である。また、Ｑｕｎｉの値は小さいほど、スリット幅方向の吐出量分布が均一であるということになる。

スリット幅１３方向の吐出量分布や膜厚分布を確認する目的で、ウエット膜厚１０〜４０μｍの塗布膜を形成する試験を２種類実施した。試験１ではマニホールド半径８を変え、試験２ではスリット間隔９を変えて実施した。なお、用いたダイヘッドは、スリット幅１３が３０００、５０００ｍｍ、スリット長さ１４が６０ｍｍのものを用いた。塗布速度は２００〜８００ｍｍ／ｓ、有機溶媒を加えて粘度を１〜１０ｍＰａ・ｓとした材料を使用した。

＜試験１＞
マニホールド５のスリット幅１３方向に垂直な断面を半円形状とし、その半径８を２、６、８、１０、１２、２０ｍｍとして、スリット幅方向の吐出量分布を評価した。スリット間隔９を８０μｍに固定し、マニホールド５の半径をそれぞれ６、８、１０ｍｍとしたときのＱｕｎｉの変化の様子を図３に示す。

図３のａ）は、スリット幅が３０００ｍｍの場合、ｂ）は、スリット幅が５０００ｍｍの場合のＱｕｎｉの変化の様子を示したものである。図３のａ）とｂ）より、マニホールド断面半円の半径が大きくなるほどＱｕｎｉの値が小さくなっていることから、マニホールド断面半円の半径が大きくなるほど均一な吐出が可能となることがわかる。

また図３のａ）とｂ）を比較すると、スリット幅が大きいほど、マニホールド半径の増大に応じてＱｕｎｉが急激に小さくなることがわかる。すなわち、スリット幅が大きいほど、マニホールド半径の増大に応じて吐出量分布が均一になる度合いは大きい。

乾燥後膜厚のばらつきを±３％以内にするためには、吐出量分布Ｑｕｎｉは２．８×１０^−１２［ｍ^２／ｓ］以下とする必要があることが経験的に判っている。したがって３０００ｍｍ幅の場合、マニホールド断面の半円の半径を６ｍｍ以上とする必要があり、再現安定性も考慮すると８ｍｍ以上とすることが望ましい。また、５０００ｍｍ幅の場合、同様に、マニホールド断面の半円の半径が７ｍｍ以上とする必要があり、再現安定性も考慮すると９ｍｍ以上とすることが望ましい。

一方、マニホールドの半径が大きくなるほどマニホールドの内容積が大きくなるため、塗布液体がダイヘッド内部に滞留する時間が長くなり、塗布液体が劣化するなどの不都合が生じる。マニホールド半径が１２ｍｍ以下では塗布液体の劣化は起きなかったが、２０ｍｍで塗布液体の劣化が起きたので、マニホールド半径の上限は１２ｍｍとした。

また、断面の面積が同等で、断面形状が台形のストレートマニホールドでも同様の実験をしたが、この場合も同じ結果となった。つまり、マニホールドの体積に応じて吐出量分布と塗布液体の滞留時間が決まっており、断面形状が半円以外のものも断面積が同等であれば、同様の効果があることがわかる。

＜試験２＞
スリット間隔９を、５０〜１５０μｍの範囲で１０μｍ刻みで変え、スリット幅方向の吐出量分布を評価した。マニホールド断面半円の半径８を８ｍｍに固定し、スリット間隔９をそれぞれ７０、８０、９０μｍとしたときのＱｕｎｉの変化の様子を図４に示す。

図４のａ）は、スリット幅が３０００ｍｍの場合、ｂ）は、スリット幅が５０００ｍｍの場合のＱｕｎｉの変化の様子を示したものである。図４のａ）とｂ）より、スリット間隔が小さいほどＱｕｎｉの値が小さくなっていることから、スリット間隔が小さくなるほど均一な吐出が可能となることがわかる。

スリット間隔が１００μｍを超えると、Ｑｕｎｉで表される吐出量分布が２．８×１０^−１２［ｍ^２／ｓ］を超える。一方、実際のダイヘッドには寸法公差が存在し、高精度のダイヘッドであってもスリット間隔の寸法公差は６μｍ程度ある。このため、スリット間隔を６０μｍ以下にした場合、この寸法公差が支配的となるため、スリット幅方向にランダムに膜厚ムラが生じることになる。従って、スリット間隔は７０〜９０μｍが最適である。寸法公差が有限で、ダイヘッドの組み付けによる誤差もあるため、スリット間隔の基本設定値を上記とし、微調整を行うことができるスリット調節機能を有するダイヘッドを用いることがさらに望ましい。

上記の試験１、２とも、ウエット膜厚１０〜４０μｍ、塗布速度２００〜８００ｍｍ／ｓ、粘度１〜１０ｍＰａ・ｓの範囲で違いは見られなかった

１・・・ダイヘッド
２・・・塗布対象の基材
３・・・塗布液体の供給口
４・・・塗布液体
５・・・マニホールド
６・・・スリット
７・・・塗布膜
８・・・マニホールド半径
９・・・スリット間隔
１０・・・塗布方向
１１・・・塗布幅（塗布方向と垂直方向）
１２・・・塗布膜厚
１３・・・スリット幅
１４・・・スリット長さ
１５・・・仮想対称平面

Claims

スリット幅５０００ｍｍ以下のダイコート方式の塗布装置において、ダイヘッドのスリット長さが幅方向に一定で、ストレートマニホールドを有する構造であって、スリット幅方向に垂直なマニホールド断面が半径７〜１２ｍｍの半円あるいはそれと同等の断面積の断面形状であり、スリット間隔が７０〜９０μｍであることを特徴とする塗布装置。
ダイコート方式の塗布方法において、粘度が１〜１０ｍＰａ・ｓの塗布液体を、ウエット膜厚４０μｍ以下、塗布速度８００ｍｍ／ｓ以下で塗布する場合に、請求項１に記載の塗布装置を用いることを特徴とする塗布方法。