(57)【要約】      （修正有）【課題】高速塗布において発生するリビングムラや段ムラといった、膜厚分布のばらつきを解消するため、機械的に振動を加えることなく、安定して塗膜を平坦化させることのできる塗布装置を提供する。【解決手段】基材１に、塗工ヘッド３から塗体２を塗出して、塗膜を形成する塗布装置１０であって、前記塗膜の、形成直後の膜厚を測定する膜厚変動検出機４と、塗布面と非接触で配置される塗布面と平行な電極５と、電極５に接続し、前記膜厚変動に合わせ電圧を印加する電圧源６とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に、塗工ヘッドから塗液を塗出して、塗膜を形成する塗布装置であって、
前記塗膜の、形成直後の膜厚を測定する膜厚変動検出機と、
塗布面と非接触で配置される塗布面と平行な電極と、
電極に接続し、前記膜厚変動に合わせ電圧を印加する電圧源と、を具備したことを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記電極の形状が、板状あるいは刃状で、塗布面と対向する辺が、鋭角な先端を有していることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記電極の形状が、線状であることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項４】
基材あるいは塗工ヘッドの搬送方向に対する、前記電極の角度を調整する角度調節機構を具備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の塗布装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の塗布装置を用い、電極に電圧を印加し、電極直下の塗膜を盛り上げ、塗布直後に存在する膜厚の分布を解消することを特徴とする塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタや光学フィルムなどの、均一な膜厚分布が求められる部材の製造や、高速・大量生産が要求されるバリアフィルムなどの製造において使用され、塗膜を、均一かつ高速に形成する塗布装置および塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイデバイスの部材製造においては、塗布・印刷技術の適用が盛んに行われている。例えばカラーフィルタでは、ダイコーター等を用い、基材上にカラーレジストを均一に塗布し、フォトリソグラフィーによって所望のＲＧＢパターンを形成する。
【０００３】
厚み１μｍを下回る膜厚で形成されるカラーレジストは、厚さによって色濃度が変化するため、サブμｍレベルでの膜厚均一性が求められる。
【０００４】
また、反射防止フィルム等の光学フィルムの製造においては、グラビアコーター等を用いて厚み数μｍの塗膜を基材上に形成するが、膜厚の均一性に加え、製造効率を上げるため、さらなる高速塗布が要求される。
【０００５】
また、食品の保存性向上や意匠性向上などで我々の生活に欠かせない存在となってきたバリアフィルムの製造においては、光学フィルムの一桁上の高速塗布が求められるようになっている。
【０００６】
しかし、高速塗布においては、一般的にリビングと呼ばれる塗布幅方向に周期的な膜厚分布が生じやすいことが知られており、問題となっている。
【０００７】
図６は、従来の塗布装置における、リビングムラ発生を示した正面概念図（ａ）側面概念図（ｂ）である。
【０００８】
図６は代表的な塗布装置としてダイコーターを例として塗布プロセスを示すが、塗布速度が上昇するにしたがって、基材１に塗布される塗液２の幅方向の膜厚を見ると基材１の幅方向に周期的な厚みの分布を生じる（図（ｂ））。
【０００９】
これは、塗膜が形成される塗布ビードの内部において圧力分布が生じることが主要な原因とされており、この現象（リビング）による膜厚分布をリビングムラ９と呼ぶ。
【００１０】
図７は、従来の塗布装置における段ムラ発生を示した正面概念図（ａ）と側面概念図（ｂ）であり、基材幅方向に均一で、進行方向に厚みの分布が生じることがあり、これを段ムラ１１と呼ぶ。
【００１１】
この段ムラ１１は、ダイコーターの塗出口と基材１との間隔が、塗布装置の振動により変化することや、基材搬送路の搬送速度の変動などが原因で変化することや、塗液２を送り出すポンプの脈動により液量の変動によって生じる現象である。
【００１２】
これらの膜厚分布は、上述したカラーフィルタや光学フィルムにおいては、ムラ欠陥となり、バリアフィルムにおいてはバリア性の低下につながる。
【００１３】
リビングムラ９を抑制しながら高速に塗布するために、塗布ビードの上流側に減圧機構を設け塗工ヘッド先端部の圧力分布を均一化する方法や、段ムラの抑制のために塗布装置の制振や無脈動のポンプを使用することが実施されている。
【００１４】
しかし、塗布の高速化によって装置の振動や制御が不安定になり易く、膜厚分布の発生を抑制することは困難になっている。
【００１５】
また、膜厚分布を解消する方法として、塗布装置を改良し、塗布後の基材に機械的に振動を加え、基材上塗膜の流動性を向上させて、レベリングにより平坦化させる方法が考案されている（特許文献１）。
【００１６】
しかしながら、この方法ではリビングやその他のムラ、構造欠陥等に対して有効であるが、塗布装置の一部を振動機能を持つ部材に置き換えるなどするため、塗布装置に振動源が加わってしまい、不安定化してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００５−１４４４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、高速塗布において発生するリビングムラや段ムラといった、膜厚分布のばらつきを解消するため、機械的に振動を加えることなく、安定して塗膜を平坦化させることのできる塗布装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、基材に、塗工ヘッドから塗液を塗出して、塗膜を形成する塗布装置であって、
前記塗膜の、形成直後の膜厚を測定する膜厚変動検出機と、
塗布面と非接触で配置される塗布面と平行な電極と、
電極に接続し、前記膜厚変動に合わせ電圧を印加する電圧源と、を具備したことを特徴とする塗布装置である。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明は、前記電極の形状が、板状あるいは刃状で、塗布面と対向する辺が、鋭角な先端を有していることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置である。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明は、前記電極の形状が、線状であることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置である。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明は、基材あるいは塗工ヘッドの搬送方向に対する、前記電極の角度を調整する角度調節機構を具備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の塗布装置である。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の塗布装置を用い、電極に電圧を印加し、電極直下の塗膜を盛り上げ、塗布直後に存在する膜厚の分布を解消することを特徴とする塗布方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、所望の基材に液体を塗布する塗布装置であって、基材に塗膜を形成する塗布機構と、塗布機構において被塗布基材に液体が塗布される塗布部から下流側において、膜厚変動に合わせ、電極に電圧を印加することで、機械的に振動を加えることなく、高速塗
布で生じるリビングムラや段ムラによる膜厚分布不良を解消することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の、塗布装置の構成を示した正面概念図（ａ）側面概念図（ｂ）である。
【図２】本発明の塗布装置における、電場の作用による塗液の変化を示した正面概念図（ａ）側面概念図（ｂ）である。
【図３】本発明の塗布装置における、発生したリビングムラに対応する電極の配置を示した概念図（ａ）と電極に電圧を印加し、電極直下を通過させた前後の膜厚分布を示した概念図（ｂ）である。
【図４】本発明の塗布装置における、発生した段ムラに対応する電極の配置を示した概念図（ａ）と電極に電圧を印加し、電極直下を通過させた前後の膜厚分布を示した概念図（ｂ）である。
【図５】本発明の塗布装置における、電圧を印加によるムラの解消機構を示した概念図である。
【図６】従来の塗布装置における、リビングムラ発生を示した正面概念図（ａ）側面概念図（ｂ）である。
【図７】従来の塗布装置における、段ムラ発生を示した正面概念図（ａ）側面概念図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の塗布装置の構成を、正面図（ａ）側面図（ｂ）として示している。
【００２７】
本発明の塗布装置１０は、塗工ヘッド３、膜厚変動検出機４、電極５、電圧源６から構成されており、基材１上に、塗膜を形成するため、塗工ヘッド３から塗液２は塗出され、塗布される。
【００２８】
塗工ヘッド３から下流側に向かう、基材１上に形成された塗液２の膜厚変動を検出する膜厚変動検出機４が設けられおり、電極５は、基材１の幅方向に広がりを持ち、塗液２の塗布面側に塗布面と非接触で配置され、電圧を印加するため電圧源６と接続されている。
【００２９】
また、電極５と基材１の進行方向との角度θを、電極５を動かすことによって調整する、電極角度調節機構８を具備している。
【００３０】
塗工ヘッド３は塗布装置１０の塗工部であり、ダイコーター、グラビアコーター、リバースロールコーター、ナイフコーター、コンマコーターなど挙げることができ、基材１と塗工ヘッド３との間にビードが形成され、連続的に塗液を供給し続けるような塗布装置が好適であり、インクジェットのような断続的に液滴を射出して塗膜を形成するようなものでもよい。
【００３１】
基材１はガラス基板や、光学フィルム、包装材等で使用される可堯性のある樹脂フィルムなどが該当する。
【００３２】
電極５は金属で構成された平板あるいは線材である。平板の場合、電場の分布が電極直下に集中するように塗膜と対向する長辺が鋭角に加工されている方が良い。
【００３３】
線材の場合、線材を基材の幅方向に張り渡らせるように設置する。線材と基材との間隔は、平板電極の場合の平板先端と基材との間隔と同じ距離とする。線材の径はできるだけ細い方が電場の分布が電極直下に集中し易い。
【００３４】
線材としては、例えば金属細線で数１０μｍ程度のものが利用可能であり、線径１０μｍ以下の極細ばね用線トスミクロンＮＡＮＯ（トクセン工業社製）が好適である。
【００３５】
電圧源６はファンクションジェネレータやパルスジェネレータの電圧を高圧アンプで増幅したものを用いることができる。
【００３６】
膜厚変動検出機４は、ライン上を高速で搬送される基材１上に塗布された塗膜の、膜厚変動を検出するものであり、高速度カメラに偏光レンズを装着して基材を観察し、基材に白色光を照射したときの明暗の差を画像処理して分布を検出するものや、分光干渉式膜厚計で膜厚の変動を直接検出するものが好適である。
【００３７】
電極の角度調節機構７は、膜厚変動検出機４によって検出される膜厚分布の状態に応じて、基材１の幅方向に広がる電極５の軸が基材の進行方向との間になす角度θを調節するものである。
【００３８】
角度調節機構７としては、例えば、電極５の被塗布基材幅方向の一端や、基材幅方向の中央部を把持し、把持部を中心として基材１と電極５の水平を保ったまま回転させる機構でもよい。
【００３９】
次に本発明の塗布装置１０により、膜厚ムラを解消する方法について説明する。図２は本発明の塗布装置１０において電場の作用による液面の変化を示したものである。塗工ヘッド３から塗出された塗液２は基材１上で塗膜を形成し、下流側に搬送される。
【００４０】
塗液２が電極５の下を通過するとき、電極５に接続された電圧源６より電圧を印加することで該電極５から生じる電場の作用により空気層と該塗液２の界面にマクスウェル応力を働かせ、電極５直下の塗液２を電場で持ち上げる。マクスウェル応力は電極５直下で生じるため、電極５の下流側では持ち上げられた塗膜は重力や表面張力の作用によって平坦化される。
【００４１】
高速塗布において生じる膜厚ムラとしては図３に示すリビングムラ９と図４に示す段ムラ１１がある。図３のリビングムラ９は塗布部から下流において基材１の幅方向に膜の厚い部分１２と薄い部分が周期的に現れる現象である。図４の段ムラ１１は基材１の幅方向に対して均一で、基材１の進行方向に断続的に膜の厚い部分１２と薄い部分が周期的に現れる現象である。
【００４２】
前記ムラの発生を膜厚変動検出機４によって検出する。膜厚変動検出機４によってムラが発生したと判定された場合、ムラの種別がリビングムラ９か段ムラ１１によって電極５角度調節機構７により電極５の軸Ａ−Ｂと基材１との示す角度を調節し、電極５に接続された電圧源６より電圧を印加する。
【００４３】
電極５の角度は、リビングムラ９であれば、図３に示すように電極５の軸Ａ−Ｂが基材１の幅方向と平行となるようにする。段ムラ１１であれば、図４に示すように、電極５の軸Ａ−Ｂが基材１の幅方向と非平行かつ非垂直となる範囲で角度を調節する。
【００４４】
前記したそれぞれのムラが発生する状態において電圧源６によって電圧を印加しないときの塗液２の断面図を図５に示す。膜厚のムラが発生した場合（図５（ａ））、電極５の軸Ａ−Ｂでの塗液２の断面では、塗液２の厚い部分と薄い部分が周期的に現れている。
【００４５】
電極５に電圧源６の電圧を印加すると（図５（ｂ））、電極５の直下では、マクスウェル応力と、表面張力と、重力とが均衡する形状になるまで塗液２が持ち上がる。このとき、電極５の軸Ａ−Ｂ方向に生じていた周期的な膜厚の分布が解消される。
【００４６】
本発明では、薄いところのみを引きあげるのではなく、厚いところも薄いところも全部引き上げ、最終的には、マクスウェル応力と表面張力の均衡に至る高さになったところで塗膜の変形が停止することを利用している。
【００４７】
基材１が下流側に進んでマクスウェル応力の効力範囲から遠ざかると、持ち上げられた塗液２が重力と表面張力の作用によって緩和し、破線Ｚ部の断面のように平坦化する。説明のため電極５の幅を狭く記述しているが、実際は基材１の幅よりも広くすることで基材１上の塗液２は幅方向全域が平坦化される（ｃ）。
【００４８】
塗液２が持ち上がる高さは、該塗液の比誘電率が空気と比べて大きいほど狭い範囲で高くなり、また電場の強度に依存する。そのため、該塗液の物性によって電極５と該塗液の間隔や印加する電圧の大きさ、周波数を調整する必要がある。
【００４９】
また、塗液２が帯電しやすい液体である場合は、正、または負の単極性の波形電圧だと液面がうまく盛り上がらないことがあるため、その場合は正負の極性が反転するバースト波形電圧を印加するとよい。
【００５０】
また、塗液２の粘性が高いほど液面が盛り上がる速度が遅いため、電極５が１点だけでは十分に液面が盛り上がらず、平坦化の効果が得られないことがある。すなわち、搬送速度が速い場合や、塗液の粘度が高い場合など、持ち上げる速度が不十分な場合は、電極５の下流側に、さらに、電極５と同様の、補助電極を複数段設けることで効果を補うことができる。
【００５１】
大よそ１００ｍＰａ・ｓの粘度の液体に、電極５の先端と該塗液の間隔１００μｍとして、数１００Ｖの振幅のバースト波形を印加すると、数ミリ秒で頂点数１０μｍ、幅１ｍｍ程度の液面の盛り上がりが形成される。
【００５２】
１００ｍ／ｍｉｎの塗布速度では、１ｍｍの移動に約６００μｓ掛かるので、1個の電極につき数μｍの盛り上がりができる計算となる。
【００５３】
粘度によって変形量は大よそリニアに変化するので、上記のような見積もりにより、平坦化したい膜の厚みに合わせて必要な補助電極の個数が決定できる。
【００５４】
本発明は一般的に産業用途で用いられる有機系溶媒に高分子樹脂などの溶質を混合した液体や、水に水溶性の高分子を混合した塗液、それらに微小粒子が混合されたもの等、様々な塗液に対して適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・基材
２・・・塗液
３・・・塗工ヘッド
４・・・膜厚変動検出機
５・・・電極
６・・・電圧源
７・・・電極の角度調節機構
８・・・角度調節機構の制御装置
９・・・リビングムラ
１０・・・塗布装置
１１・・・段ムラ
１２・・・膜の厚い部分
１３・・・電場により持ち上げられた塗液
【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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