(57)【要約】【課題】本発明は、ノズルの先端部において固形物やゲルの発生ならびに微粒子の凝集による沈降やノズル内の固着を防止できる塗布ヘッド、および被塗布基材上の塗布膜に塗布ムラやスジの不良現象発生を抑制することを目的とする。【解決手段】溶液を吐出するノズルを有する塗布ヘッドにおいて、電圧を印加した金属線または金属プレートをノズルの内側に配置し、ノズルには逆電位の電圧を印加することでノズル内における材料の沈降と固着を抑制できる。その結果、被塗布基材上の塗布膜に塗布ムラやスジの不良現象が発生しない塗布装置の実現可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液を吐出するノズルを有する塗布ヘッドと、前記溶液を貯蔵かつ前記塗布ヘッドに前記溶液を供給するタンクとを有する塗工装置であって、
前記塗布ヘッドの内部にはマニホールドが形成されており、かつ、前記塗布ヘッドの内部の前記マニホールドの近傍に金属線または金属プレートが設けられ、
前記ノズルと、前記金属線または金属プレートにはそれぞれ逆電位の電圧を印加する電源を有すること
を特徴とする塗工装置。
【請求項２】
ノズルと、金属線または金属プレートとは絶縁物によって遮られていることを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
【請求項３】
金属線または金属プレートはマニホールドの壁面に非接触で配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の塗工装置。
【請求項４】
電源は、塗布溶液中の材料の帯電電位と逆電位を印加することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の塗工装置。
【請求項５】
ノズル開口部での口径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
【請求項６】
溶液を吐出するノズル内に電解液を充填した後、ノズル部およびノズル内の金属線または金属プレートに電圧を印加することを特徴とする塗工装置。
【請求項７】
電解液の伝導度は１０-6Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項６記載の塗工装置。
【請求項８】
タンクに貯蔵されている溶液を塗布ヘッドに供給し、前記塗布ヘッドの内部に形成されたマニホールドを介して前記前記塗布ヘッドのノズルから前記溶液を塗布する塗工方法であって、
前記塗布ヘッドの内部の前記マニホールドの近傍に設けられた金属線または金属プレートに、前記ノズルに印加する電位と逆電位の電圧を印加しながら、前記塗布ヘッドに対向して配置された基板に前記溶液を塗布すること
を特徴とする塗工方法。
【請求項９】
ノズル内に電解液を充填した後、金属線または金属プレートに電圧を印加することを特徴とする請求項６記載の塗工方法。
【請求項１０】
電解液の伝導度は１０-6Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項６又は７に記載の塗工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶液を吐出するノズルを有する塗布ヘッドとそれを用いた塗工装置及び塗工方法に関するものである。特に、塗布ヘッドに電圧を印加することで、ノズル内の壁面と塗布溶液中の粒子との界面状態を制御する点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネルディスプレイ分野の技術発展は凄まじく、その中でも液晶パネルやプラズマディスプレイパネルは特に顕著であり、また、有機ＥＬディスプレイ、電界放出型ディスプレイなどにおいても、注目すべきディスプレイ分野とされている。これらの技術発展においては、基板やフィルムに対してレジストやカラーフィルタなどの機能性材料を均一に塗布する技術が必要不可欠となっている。
【０００３】
前述する塗布技術としては、例えばダイコーターやスリットコーターと呼ばれるものがある。この手法は、平面基板あるいは帯状の被塗布基材上にスリット状のノズルから塗布液を吐出させながら、このノズルと被塗布基材との距離を一定値に制御できるように移動させることで、所望膜厚の塗膜を形成するものである。
【０００４】
これらのダイコーターやスリットコーター装置を用いて、微粒子を拡散した塗布液や乾燥しやすい溶剤を含んだ塗布液を塗工する場合に、ノズルヘッド部内において塗布液が乾燥することや、微粒子が凝集して沈降し、それがノズル内で固着することにより、塗布液の吐出が不均一になり、塗布膜にムラやスジが現れる不良現象がしばしば発生する。
【０００５】
これらの現象を防止するために、ノズルの先端部の外表面に超音波流動発生阻止を設けて、塗布液からの固形物やゲルの発生を抑制したり、量産時に洗浄方法として活用することで清掃する手間を減少しタクトを向上させたりするなどの対策がなされているのが実状である（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−０７９１６２号公報
【特許文献２】特開２００６−２４７６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年では、塗布する材料の粒径の拡大や溶液粘度の減少、更には塗布速度の高速化などプロセス因子の多様化する方向にあり、このような状況下、たとえ特許文献１及び２に記載の内容のような対策を講じたとしても、ノズル先端の吐出部やダイノズル内部のマニホールドにおいて、塗布液からの固形物やゲルの発生を完全に抑制することができないという問題を有することになる。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、ノズルの先端部において固形物やゲルの発生ならびに微粒子の凝集による沈降やノズル内の固着を防止できる塗布ヘッド、及び、被塗布基材上の塗布膜に塗布ムラやスジの不良現象発生を抑制する塗工装置及び塗工方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の塗布装置は、溶液を吐出するノズルを有する塗布ヘッドと、前記溶液を貯蔵かつ前記塗布ヘッドに前記溶液を供給するタンクとを有する塗工装置であって、前記塗布ヘッドの内部にはマニホールドが形成されており、かつ、前記塗布ヘッドの内部の前記マニホールドの近傍に金属線または金属プレートが設けられ、前記ノズルと、前記金属線または金属プレートにはそれぞれ逆電位の電圧を印加する電源を有することを特徴とする。
【０００９】
このとき、ノズルと、金属線または金属プレートとは絶縁物によって遮られているが望ましい。
【００１０】
また、金属線または金属プレートはマニホールドの壁面に非接触で配置されることが望ましい。
【００１１】
また、電源は、塗布溶液中の材料の帯電電位と逆電位を印加すると本発明の効果を特に発揮する。
【００１２】
また、ノズル開口部での口径が１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
更に、本発明の塗布方法は、タンクに貯蔵されている溶液を塗布ヘッドに供給し、前記塗布ヘッドの内部に形成されたマニホールドを介して前記前記塗布ヘッドのノズルから前記溶液を塗布する塗工方法であって、前記塗布ヘッドの内部の前記マニホールドの近傍に設けられた金属線または金属プレートに、前記ノズルに印加する電位と逆電位の電圧を印加しながら、前記塗布ヘッドに対向して配置された基板に前記溶液を塗布することを特徴とする。
【００１４】
このとき、ノズル内に電解液を充填した後、金属線または金属プレートに電圧を印加することが望ましい。
【００１５】
また、電解液の伝導度は１０-6Ｓ／ｃｍ以上であると好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ダイノズル内部において固形物やゲルの発生ならびに微粒子の凝集による沈降やノズル内の固着を防止し、塗布時において被塗布基材上の塗布膜に塗布ムラやスジの不良現象発生を抑制することに大きな効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における塗布装置を示す概略図である。
【００１８】
図１において、材料タンク１１に塗布する溶液を充填した後、塗布時に溶液は三方弁１２により、シリンジポンプ１３と塗布液供給管１４へと分離される。この際、シリンジポンプ１３で圧力を制御することにより、実際に塗布ヘッド１５へ流入し吐出量をコントロールしている。
【００１９】
前述のように塗布ヘッド１５内のマニホールド１６と呼ばれる、幅方向に均一に塗布するための溜り部分へ溶液が流入した後、塗布液の乾燥や、微粒子の凝集・沈降により、マニホールド１６内で固着することがないように、絶縁フランジ１７を通して金属配線または金属プレート１８を設置し、電圧投入することでスリットノズル１９から溶液が均一に吐出され、塗布ステージ１１１上の被塗布基材１１０に塗布される。
【００２０】
以下、本発明における塗布ヘッドとそれを用いた吐出プロセスについて詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１の塗布装置において塗工を行う際、塗布ペーストに、粒径Ｄ５０＝５．０μｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５０ｇとソルフィット（３メトキシ３メチル１ブタノール）５００ｇを混合したものを用いて、溶液を吐出するノズルの間隔を０．１ｍｍまた塗布速度５ｃｃ／ｍｉｎの条件で塗工を行った場合、図２の通常のダイヘッド断面図に示すように、マニホールド１２内でペースト中の材料が凝集して沈降が発生する。これが、経時変化とともに塗布ヘッド１５に固着してペースト材料の沈降物３のようになり、マニホールド１２内で不均一な流動性を生じる原因となることが想定される。
【００２２】
それに対して、図３に示すように、塗布ヘッド１５内部のマニホールド１６に金属配線および金属プレート１８を配置し、さらにダイノズル壁面にも接続した塗布ヘッド１５を用いて、マニホールド１６内とダイノズル壁面とにそれぞれ反対の電位を持った電圧を印加する。すなわち±１００Ｖの電圧印加を行いながらペースト材料を吐出した場合、塗布材料からの沈降固着物の発生を大幅に抑制することが可能になる。
【００２３】
以下、この要因について詳しく説明する。
【００２４】
ダイ内部のマニホールド１６内に固着物が生じる要因として、ペースト中の固形材料が凝集して沈降し、固着することが想定される。本実施の形態のように、電圧を印加しながら塗工を行うことで、マニホールド１６内の電圧印加線から電界が発生し、これがマニホールド１６内において均一に広がりペーストの流動性を助長する作用を持つと考える。これによりペースト材料自体の凝集が緩和されるとともに、凝集した場合でも沈降することなく、スリットノズル１９から吐出されると考えられる。
【００２５】
本発明において、１０００ｍｍ幅のダイヘッドを想定したので、１００Ｖの電圧の印加としたが、ダイヘッドの幅寸法により１００ｍｍ幅相当であれば、１０Ｖでも十分な効果を発生する。また、電圧印加線を配置する位置は、マニホールドの高さ方向において、ちょうど中央の部分が適している。これはマニホールド１６内全体に均一な効果を発生させることが出来るからである。
【００２６】
更に金属線の径は、マニホールド１６の大きさに比べて十分小さなもので、１ｍｍ以下が好ましい。
【００２７】
（実施の形態２）
図４は、本発明における塗布ヘッド部の概略図を示す。
【００２８】
本実施の形態では、塗布ヘッド１５においてマニホールド１６内に電圧印加線４を３本配置し、電圧印加領域４６に電圧を印加する。
【００２９】
この塗布ヘッド１５を用いて図１の塗布装置において塗工を行う際、塗布ペーストに、粒径Ｄ５０＝５．０μｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５０ｇとソルフィット（３メトキシ３メチル１ブタノール）５００ｇを混合したものを用いて、溶液を吐出するノズルの間隔０．１ｍｍ、塗布速度５ｃｃ／ｍｉｎで塗工を行う場合において、通常のダイヘッドであれば、図２のようにペースト材料の沈降固着が発生する。
【００３０】
それに対して、本実施の形態のダイヘッドを用い、図５に示すように、塗工開始から継続して、若しくは１分毎の一定間隔で電圧印加線４４にマイナス１００Ｖの電圧を印加した場合、塗布材料からの沈降固着物を大幅に抑制することが可能になる。
【００３１】
以下、この要因について詳しく説明する。
【００３２】
塗布ペースト中の材料は、通常安定状態で一定の電荷を持った状態であると考えられる。図６に示すように、酸化マグネシウムはＭｇイオン６２とＯイオン（酸化物イオン）６１がそれぞれ結びついた立方晶岩塩構造であるが、溶液中では酸素は水と反応して、ＯＨ-の状態であると考えられる。その場合、ＭｇＯはマイナス電荷を持った集合体とみなせる。そこで、図７に示すように、ダイノズル壁面６３にマイナス電位を持った電圧を印加することによって、ペースト材料と反発作用を促し、ダイ内部のマニホールド内に固着物が発生することを抑制すると考えられる。
【００３３】
一般に金属酸化物は、ＭｇＯと同様に負に帯電している場合が多いことから、今回は酸化マグネシウムを用いたが、遷移金属全般の金属酸化物に適応可能である。これより、ノズルに印加する電圧は、好適には塗布溶液中の材料の帯電電位と逆電位である方が適している。
【００３４】
（実施の形態３）
実施の形態１と同様に、図１の塗布装置において塗工を行う際、塗布ペーストに粒径Ｄ５０＝５．０μｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５０ｇとソルフィット（３メトキシ３メチル１ブタノール）５００ｇを混合したものを用いて、溶液を吐出するノズルの間隔を０．１ｍｍまた塗布速度５ｃｃ／ｍｉｎの条件で塗工を行う場合、図２の通常のダイヘッド断面図に示すように、マニホールド１２内でペースト中の材料が凝集して沈降が発生する。その後、塗布ペーストを全て吐出して、ノズル内に塩化ナトリウム電解液を充填し、ノズル部およびノズル内の金属線または金属プレート１８に１００Ｖの電圧を印加した場合、ダイノズル内に付着した沈降固着物を即座に除去することが可能になる。
【００３５】
以下、この要因について詳しく説明する。
【００３６】
一旦、ノズル内部のマニホールドに沈降固着した材料はその付着強度が強く剥れ難い。しかし、本発明のように電解液を用いて電圧を印加することで、電気分解の作用を促し、ノズル内に固着した材料間の結合が緩和されることが考えられる。この際、好適には、電解液の伝導度は１０-6Ｓ／ｃｍ以上であることが望ましい。それよりも伝導度が小さい十分な導電性が満たせず電気分解の作用も発生しないと考えられるからである。
【００３７】
本発明では、電解液を用いたが、ＰＨ７以下の酸性溶液を用いても十分な効果を発揮する。これはペースト材料と酸溶媒との化学反応を利用して付着している結合を緩和する効果を利用できるからである。
【００３８】
本発明では、溶液を吐出するノズルの間隔を０．１ｍｍで行ったが、１０ｍｍ以下であることが好ましい。これは、１０ｍｍ以上になると空間として作用し、電圧を印加した効果が縮小される為である。
【００３９】
本発明で述べた実施形態では、ＭｇＯ材料をペーストとして例示したが、遷移金属全般の金属酸化物およびその化合物も用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の塗工装置及び塗工方法は、塗布材料の粒径が比較的大きく、粘度が小さい溶液を塗工する際に、長時間に渡って、塗布スジやムラがなく、幅方向の塗布膜厚均一性も良好な状態で保つことが可能になる。その結果、大面積な被塗布基材に対しても、高効率で高品質な塗布プロセスを実現でき、大きな効果を有するという理由から、例えばＰＤＰの誘電体塗工プロセス、液晶のカラーフィルター塗工プロセス、有機ＥＬディスプレイのＥＬ素子塗工プロセス、リチウム二次電池の電極塗工プロセスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における塗布装置概略図
【図２】従来例の塗布ヘッド概略の断面図
【図３】本発明の実施の形態における塗布ヘッド概略の断面図
【図４】本発明の実施の形態における塗布ヘッド概略図
【図５】本発明の実施の形態における塗布ヘッド概略の断面図
【図６】従来例の装置における材料沈降固着の概略図
【図７】本発明の実施の形態における吐出時の塗布ヘッド内の概略図
【符号の説明】
【００４２】
１１    材料タンク
１２    三方弁
１３    シリンジポンプ
１４    塗布液供給管
１５    塗布ヘッド
１６    マニホールド
１７    絶縁フランジ
１８    金属配線または金属プレート
１９    スリットノズル
１１０  被塗布基材
１１１  塗布ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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