(57)【要約】【課題】高速塗布において発生するリビングを平坦化させ、かつ既存の塗布装置に設置が容易な塗布装置を提供するものである。【解決手段】基材に塗液を塗布するための塗布装置であって、前記塗液を前記基材に吐出するための塗布機構３と、前記基材上に塗布された塗液５の膜厚を均一にするための機構と、を備えてなり、前記塗液の膜厚を均一にするための機構は、平板状の電極１１とその電極に高電圧を供給する電圧源１３を備えてなり、その平板状の電極の平面が前記基材の表面に直交し、且つ前記基材が搬送される方向にも直交しており、且つ前記電極の前記基材の表面に最も近接している辺は、前記基材の表面に平行に配置されていることを特徴とする塗布装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に塗液を塗布するための塗布装置であって、
前記塗液を前記基材に吐出するための塗布機構と、
前記基材上に塗布された塗液の膜厚を均一にするための機構と、を備えてなり、
前記塗液の膜厚を均一にするための機構は、平板状の電極とその電極に高電圧を供給する電圧源を備えてなり、その平板状の電極の平面が前記基材の表面に直交し、且つ前記基材が搬送される方向にも直交しており、且つ前記電極の前記基材の表面に最も近接している辺は、前記基材の表面に平行に配置されていることを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記電極の前記基材の表面に最も近接している辺は、その長手方向に直交する断面形状が鋭角な先端を有する刃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３】
基材に塗液を塗布するための塗布装置であって、
前記塗液を前記基材に吐出するための塗布機構と、
前記基材上に塗布された塗液の膜厚を均一にするための機構と、を備えてなり、
前記塗液の膜厚を均一にするための機構は、線状の電極とその電極に高電圧を供給する電圧源を備えてなり、その線状の電極が、前記基材が搬送される方向に直交し、且つ前記基材の表面に平行に配置されていることを特徴とする塗布装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の塗布装置を使用した塗布方法であって、
前記塗布機構から塗液を前記基材上に吐出し、前記基材を下流方向に移動することで塗液を塗布する工程と、
塗布された前記基材上の塗液を、塗液が吐出される位置より下流の位置において電極に電圧を印加して電界を形成することにより、前記塗液を十分離れた周囲の液面より高く持ち上げる工程と、
前記塗液を電極方向に持ち上げる位置より下流の位置において電界が消失することにより、前記塗液が十分離れた周囲の液面の高さに戻る工程と、をこの順に行う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る、均一な膜厚の塗膜を高速に塗布する塗布装置に関する。
【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、ダイコーター等で基材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。厚み１μｍを切るカラーレジストの厚さによって色濃度が変化するため、数ｎｍレベルでの膜厚均一性が求められる。
【０００３】
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、膜厚均一性に加えて、製造効率を上げるために高速塗布が要求される。さらに、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ている。
【０００４】
しかし、一般的に高速塗布においては、リビングと呼ばれる塗布幅の方向に周期的な膜厚分布が生じやすいことが知られている。図２（ａ）は従来の塗布装置における塗布部を拡大した概要図である。ここでは代表的な塗布装置としてダイコーターを例示している。塗布速度が上昇するにしたがって、被塗布基材７に塗布される塗液５の幅方向の膜厚を見ると、図２（ｂ）のように被塗布基材７の塗布幅の方向に周期的な厚みの分布を生じる。これは、塗膜が安定して形成されるための塗布ビードの内部において、塗布幅の方向に圧力分布が生じることが主要な原因とされている。こ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。
【０００５】
このような膜厚分布を生じさせずに高速に塗布するため、塗液の粘度や表面張力等の塗液物性の最適化が行われるが、所望の機能を発現させるために不純物となるような添加剤を入れることが制限されるなど、材料面からの改善には限界がある。
【０００６】
そこで、塗布装置の改良によって塗布幅の方向に発生する周期的な膜厚分布を解消する方法が考案されている。特許文献１は、塗布後の被塗布基材に振動を加えることにより被塗布基材上の塗膜の流動性を向上させ、レベリングによる平坦化を狙ったものである。この方法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、振動機能を持つものに置き換えるなどして構造が複雑になり大型化するため、既存の塗布装置への設置が難しいという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１４４４１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のとおり、高速塗布においてはリビングが発生しやすくなるが、塗液物性の最適化によるリビングの抑制には制限がある。また、生じたリビングを平坦化する機能を追加す
る既存の塗布装置の改良を行う場合、装置構造が複雑になり大型化するため、塗布装置への機能の追加が困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、高速塗布において発生するリビングを平坦化させ、かつ既存の塗布装置に設置が容易な塗布装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、基材に塗液を塗布するための塗布装置であって、
前記塗液を前記基材に吐出するための塗布機構と、
前記基材上に塗布された塗液の膜厚を均一にするための機構と、を備えてなり、
前記塗液の膜厚を均一にするための機構は、平板状の電極とその電極に高電圧を供給する電圧源を備えてなり、その平板状の電極の平面が前記基材の表面に直交し、且つ前記基材が搬送される方向にも直交しており、且つ前記電極の前記基材の表面に最も近接している辺は、前記基材の表面に平行に配置されていることを特徴とする塗布装置である。
【００１１】
また請求項２に記載の発明は、前記電極の前記基材の表面に最も近接している辺は、その長手方向に直交する断面形状が鋭角な先端を有する刃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。
【００１２】
また請求項３に記載の発明は、基材に塗液を塗布するための塗布装置であって、
前記塗液を前記基材に吐出するための塗布機構と、
前記基材上に塗布された塗液の膜厚を均一にするための機構と、を備えてなり、
前記塗液の膜厚を均一にするための機構は、線状の電極とその電極に高電圧を供給する電圧源を備えてなり、その線状の電極が、前記基材が搬送される方向に直交し、且つ前記基材の表面に平行に配置されていることを特徴とする塗布装置である。
【００１３】
また請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の塗布装置を使用した塗布方法であって、
前記塗布機構から塗液を前記基材上に吐出し、前記基材を下流方向に移動することで塗液を塗布する工程と、
塗布された前記基材上の塗液を、塗液が吐出される位置より下流の位置において電極に電圧を印加して電界を形成することにより、前記塗液を十分離れた周囲の液面より高く持ち上げる工程と、
前記塗液を電極方向に持ち上げる位置より下流の位置において電界が消失することにより、前記塗液が十分離れた周囲の液面の高さに戻る工程と、をこの順に行うことを特徴とする塗布方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の塗布装置により、高速塗布で生じる周期的な膜厚の変化であるリビングの発生を解消し、均一な膜厚分布を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の塗布装置における塗布部を拡大し、塗液が塗布される状況の一例を示した説明図であって、図１（ａ）は、塗液を吐出する塗布機構から塗液が吐出され、被塗布基材に塗布される状況の一例を示した概略断面図、図１（ｂ）における、（Ｘ）は、図１（ａ）の破線Ｘにおける断面の一例を示す概略断面図、（Ｙ）は図１（ａ）の破線Ｙにおける断面の一例を示す概略断面図、（Ｚ）は図１（ａ）の破線Ｚにおける断面の一例を示す概略断面図、である。
【図２】従来の塗布装置における塗布部を拡大し、塗液が塗布される状況の一例を示した説明図であって、図２（ａ）は塗液を吐出する塗布機構から塗液が吐出され、被塗布基材に塗布される状況の一例を示した概略断面図、図２（ｂ）は形成された塗布された塗液の表面に形成されたリビングの一例を示した概略断面図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。図１（ａ）は本発明の塗布装置における塗布プロセスの状況の一例を示す概略断面図である。
【００１７】
本発明の塗布装置は、被塗布基材７上に塗膜を形成するための塗布機構３と、該塗布機構３によって該被塗布基材７上に塗液５が塗布される塗布部から、塗膜５が先に塗布された下流側に向かう該被塗布基材７の塗膜表面側に塗膜表面と非接触で配置され、該被塗布基材７の幅方向（被塗布基材７が搬送される方向と直交する被塗布基材７の平面に平行な方向）に延在する電極１１と、該電極１１に電圧を印加するための電圧源１３より構成される。また、電極１１は、その電極１１を構成する平板の平面が被塗布基材７の表面に直交し、且つ被塗布基材７が搬送される方向にも直交しており、且つ電極１１の被塗布基材７の表面に最も近接している辺は、被塗布基材７の表面に平行に配置されている。
【００１８】
塗布機構３はダイコーター、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の、被塗布基材と塗布部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の塗布部が該当する。また、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。
【００１９】
被塗布基材７はディスプレイに使用されるガラス基板や、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を使用することができる。
【００２０】
電極１１は金属で構成された平板あるいは線材を使用することができる。
電極１１が平板の場合、電場の分布が電極１１の直下に集中するように、塗膜または被塗布基材の表面と対向する電極１１の長辺の厚み方向の断面が鋭角に加工されているほうがよい。
【００２１】
電極１１が線材の場合、線材を被塗布基材７の幅方向に張り渡らせるように設置する。線材からなる電極１１と被塗布基材７との間隔は、平板電極の場合の、平板先端と被塗布基材７との間隔と同じ距離とする。線材の径は出来るだけ細いほうが電場の分布が電極直下に集中しやすい。線材としては、例えば線径１０μｍ以下のピアノ線であるトスミクロンＮＡＮＯ（トスミクロンは、トクセン工業株式会社の登録商標）や、その他の金属細線で数１０μｍ程度のものが利用可能である。
【００２２】
電圧源１３には、数百〜数千ボルト程度の直流電圧発生装置や周期的なパルスや正弦波を発生させることができる市販の高圧パルス発生装置を使用することが可能で、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使用しても良い。
【００２３】
背景技術に記載した厚みの周期的な変化である厚み分布を解消するため、本発明は電極１１に接続された電圧源１３より電圧を印加することで、該電極１１から生じる電場の作用により、その静電引力、さらに詳しくは空気層と塗液５の界面にマクスウェル応力を働かせ、該電極１１直下の塗液５をその電場の作用で引き上げられた塗液１５のように盛り上げることができる。そうすると、図１（ｂ）の（Ｘ）、（Ｙ）、（Ｚ）に示すように、図１（ａ）の地点Ｘで生じていたリビング９は、地点Ｙにてマクスウェルの応力によって平坦化され、地点Ｚではマクスウェルの応力が消えるため、全体が平坦化される。説明の
ため電極１１の幅を狭く記述しているが、実際は被塗布基材７の幅よりも広くすることで幅方向全域が平坦化される。
【００２４】
該塗液５が持ち上げられる高さは、該塗液５の比誘電率が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、塗液５の物性に応じて、電極１１と塗液５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。また、塗液５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塗液の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。
【００２５】
また、塗液５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１１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。その場合は、電極１１の下流側に電極を複数段設けることで効果を補うことができる。おおよそ１００ｍＰａ・ｓの粘度の液体に電極１１の先端と液面５の間隔を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が数１０μｍの高さで、電極１１の延在方向に幅１ｍｍ程度の液面の盛り上がりが形成される。１００ｍ／ｍｉｎの塗布速度では１ｍｍの移動に約６００μｓかかるので、１個の電極１１につき数μｍの盛り上がりができる計算となる。粘度によって変形量はおお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電極の個数が決定できる。
【００２６】
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本発明を適用可能である。
【実施例】
【００２７】
次に、本発明の実施例について説明する。本発明の効果を確認するため、以下に記す装置を使用した。
【００２８】
基板を搬送する装置としてステージ面寸法が３５０ｍｍ×１５０ｍｍである、水平一軸方向にスライド可能なステージを用いた。移動方向はステージの長辺と平行であり、移動可能距離は１０００ｍｍである。
【００２９】
次に、上記ステージ上にサイズが３００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍｔのソーダガラス基板をステージ中央に設置した。
【００３０】
次に、ステージの移動開始点から５００ｍｍの距離の地点に、ソーダガラス基板の表面から２００μｍの距離を隔てた上方に、長辺のソーダライムガラス基板に対向した側が鋭角に加工された長さ２００ｍｍ、厚み２５０μｍのステンレス製平板電極の平面が、ステージの移動方向に直交し、且つソーダガラス基板の表面に直交させて設置した。
【００３１】
また、複数電極を使用した場合の効果を確かめるために、ステージの移動開始点から４００ｍｍと６００ｍｍの地点にも同様の電極を設置した。
【００３２】
電極には高圧電源ＨＥＯＰＴ−１Ｂ６０（松定プレシジョン株式会社製）を接続し、さらに前記のソーダガラス基板を設置したステージはアース接続した。
【００３３】
次に実験方法とその結果を示す。
まず、バーコーターを使用してウェット厚み約１００μｍのトルエン−ポリスチレン１０ｗｔ％溶液の塗膜を形成した。このとき、前記ガラス基板の長辺と平行方向にバーコーターのピッチに起因する塗布方向に平行でガラス基板の短辺方向に周期的なスジ上の膜厚分布が形成された。
【００３４】
高圧電源は５００Ｖの直流電圧を設定しておき、塗布後すぐに、ステージを２５０ｍｍ／ｓの速度で移動させ、電極の直下を通過させた。
【００３５】
ステージの移動開始点から５００ｍｍ地点の電極にのみ高圧電源を接続した場合、塗膜乾燥後の膜厚分布を測定すると、スジ上の周期的な膜厚分布の凹凸部分の厚みは、凸の頂点部分が約９．４μｍ、凹の谷底部分が約８．７μｍであった。
【００３６】
ステージの移動開始点から４００ｍｍと６００ｍｍの電極にも電圧源をした場合、乾燥後の膜厚分布を測定すると凹凸部分の厚みは凸の頂点部分が約９．１μｍ、凹の谷底部分が約８．９μｍであった。
【００３７】
＜比較例＞
高圧電源の出力を切って同様の操作を行い、塗膜乾燥後の膜厚分布を測定した。その場合、凸の頂点部分が約９．８μｍ、凹の谷底部分が約８．１μｍであった。
【００３８】
以上より、本発明を適用することで、リビングによる膜厚分布の膜厚差を低減でき、膜厚の均一化を実現できることを確認した。
【符号の説明】
【００３９】
３・・・塗布機構
５・・・塗液
７・・・被塗布基材
９・・・リビング
１１・・・電極
１３・・・電圧源
１５・・・電場で引き上げられた塗液
【図１】
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【図２】
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