(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗料吐出用のスリットを設けたスリットダイコータ口金であって、該スリットのマニホールドおよび／またはランド部の水に対する接触角が、該スリットの塗料接触面であって基体に運び去られようとする塗料を表面張力でもって一定量保持するリップ先端部の水に対する接触角よりも大きいことを特徴とするスリットダイコータ口金。
【請求項２】
該スリットダイコータ口金のスリットのリップ外側面部分の水に対する接触角が、該スリットの塗料接触面であるリップ先端部の水に対する接触角よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のスリットダイコータ口金。
【請求項３】
少なくともマニホールドとランド部が、樹脂または金属により被覆されていることを特徴とする請求項１記載のスリットダイコータ口金。
【請求項４】
さらにリップ外側面部分が樹脂または金属により被覆されていることを特徴とする請求項３記載のスリットダイコータ口金。
【請求項５】
テフロン樹脂またはクロムにより被覆されていることを特徴とする請求項３または４記載のスリットダイコータ口金。
【請求項６】
基体上にスリットダイコータ口金を用いて塗料を塗布し、塗膜を製造する方法において、該スリットダイコータ口金として請求項１〜５のいずれかに記載のスリットダイコータ口金を用いることを特徴とする塗膜の製造方法。
【請求項７】
塗料がカラーフィルタ用ペーストであることを特徴とする請求項６記載の塗膜の製造方法。
【請求項８】
カラーフィルタ用ペーストが顔料分散ポリイミド前駆体組成物であることを特徴とする請求項７記載の塗膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コーティング技術に用いられるスリットダイコータ口金に関するものであり、さらに詳しくは、塗料を比較的短尺の基体に塗工し塗膜を得る枚葉塗工装置に用いられるスリットダイコータ口金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルタ製造などの分野においては、塗工方向の長さが比較的短尺の基体に塗料を薄くかつ均一に塗工することが求められる。この要請に対して、１枚づつ基体を供給して、塗工を繰り返すいわゆる枚葉塗工装置が用いられる。
【０００３】
枚葉塗工装置に採用される方法としては、一般的にスピンコータ、ロールコータ、バーコータが挙げられる。
【０００４】
スピンコータは、回転する基体に塗料を滴下し、回転数や塗料の濃度、流動特性によって基体上に均一な塗膜を形成する方法である。この方法は、塗膜として基体上に残る塗料に対して２０〜３０倍の塗料を使用し塗料の使用効率に劣る問題がある。また、裏回りとよばれる基体裏面への塗料の付着が避けられず、品質上問題がある。
【０００５】
ロールコータは、ゴムロールや金属ロールを介して塗料を基体に転写する方法であり、ゴムロールや金属ロールの模様がでやすい問題がある。また、ロールコータにおいて塗料はパンとよばれる開放型の塗料溜めに収容されて使用されていくので、基体に塗工されるまでの空気との接触が長く、吸湿、酸化、溶媒の蒸発による変質をきたしやすい。さらに開放型の塗料溜めであることから、塗膜欠陥となる異物が混入しやすい問題もある。
【０００６】
バーコータは、ロッドとよばれる金属棒に細い金属ワイヤを巻いたバーを用いて基体上に塗膜を形成する方法である。この方法では、ワイヤが基体または基体上の塗膜に接触するため、基体または基体上の塗膜に傷がはいりやすかったり、塗膜にすじがはいりやすい問題がある。
【０００７】
スリットダイコータは、塗工ヘッドに設けられたスリットから所定間隔離して基体を設置し、スリットから塗料を吐出しつつ塗工ヘッドと基体とを相対的に走行させて塗膜を形成する方法である。この方法によれば、ほとんど塗料を無駄にすること無く、裏回りの問題もない。塗料の供給経路も密閉系にできる。また、基体と口金は所定の間隙を保って相対的に移動するので基体または塗膜に傷をつけることもない。しかしながら、スリットダイコータは本来、数ｍ以上の長尺基体に連続的に塗膜を形成する方法であって、枚葉塗工装置には不向きとされてきた。また、塗料がポリマ、顔料、溶剤から主としてなる場合、間隙が数十μｍと狭いスリット内側のランド部において、剪断応力などのため顔料が凝集、沈着して、塗膜にすじが発生する原因になることがあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、塗料使用効率、塗料溜めの密閉性などの特徴を有するスリットダイコータを枚葉塗工装置へ適応させること、さらには塗膜にすじなどの欠点を発生しにくいスリットダイコータ口金を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の構成を有する。
【００１０】
すなわち、塗料吐出用のスリットを設けたスリットダイコータ口金であって、該スリットのマニホールドおよび／またはランド部の水に対する接触角が、該スリットの塗料接触面であって基体に運び去られようとする塗料を表面張力でもって一定量保持するリップ先端部の水に対する接触角よりも大きいことを特徴とするスリットダイコータ口金である。
【００１１】
次に本発明のスリットダイコータ口金について図面に従って説明する。
【００１２】
図１は、本発明のスリットダイコータ口金の断面構造の一例を示したものである。一般的に、スリットダイコータ口金は、塗工上流側（これから塗布されていく側）のバックアップリップ１と塗工下流側（既に塗布された側）のドクタ−リップ２が組み合わされてなる。スリット３の内側には、供給を受けた塗料をスリット幅方向へ拡散させることを目的としたマニホールド４と間隙が通常数十μｍに設定されるランド部５がある。ランド部を経て押し出された塗料７は、塗料接触面であるリップ先端部（リップ先端面）６ａ、６ｂを濡らしながら基体に塗布される。リップ先端面の前後にはリップ外側面８ａ、８ｂがある。
【００１３】
塗料がポリマ、顔料、溶剤から主としてなる場合、間隙が数十μｍと狭いランド部において、剪断応力などのため顔料が凝集、沈着して、塗膜にすじが発生することがある。顔料のランド部表面への沈着を抑制するために、表面エネルギーが小さい材料をランド部に用いることが有効であることが、本発明者らの検討で明らかになった。一方、リップ先端面は、基体に運び去られようとする塗料を表面張力でもって一定量保持し、塗工方向および幅方向にわたって均一な塗膜厚みを実現する必要があり、表面エネルギーがあまり小さいことは好ましくない。メッキや焼き付けなどの金属表面加工手法の特徴から、スリットの内側だけでなく外側にも同様に表面加工した方が容易であるが、リップ先端面まで表面エネルギーが小さい材料にした口金を使用した場合、塗膜厚みが塗工方向および幅方向で変動しやすかった。
【００１４】
本発明において水に対する接触角をもって表面エネルギーの大小を定義する。すなわち、水に対する接触角が大きい方が、表面エネルギーが小さいことを表す。本発明において、マニホールドおよび／またはランド部、好ましくは両者の水に対する接触角が、リップ先端面の水に対する接触角よりも大きいことが重要である。
【００１５】
リップ先端面の前後のリップ外側面に塗料が付着するとリップ先端面と基体の間に保持されている塗料の状態が不安定になるため、リップ外側面の表面エネルギーは小さい方が好ましい。すなわち、リップ外側面の水に対する接触角が、リップ先端面の水に対する接触角よりも大きいことが好ましい。
【００１６】
口金には剛性や精度の点から通常ステンレス鋼が採用される。リップ先端面はこのステンレス鋼が表面を形成していることが、機械的精度でもって基体とリップ先端面のクリアランスを口金の幅方向にわたって均一に保持するうえで好ましい。マニホールドとランド部またはマニホールド、ランド部およびリップ外側面の水に対する接触角を大きくする方法としては、口金を形作るステンレス鋼への焼き付け、焼き入れ、コーテイング、メッキ、プラズマ処理などの表面処理が挙げられる。表面処理で形成される材料としては、リップ先端面材料よりも水に対する接触角が大きければ特に限定されないが、テフロンなどの弗素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂やクロムが好適に採用される。中でもテフロンなどの弗素樹脂やクロムが効果が大きい点や硬度が高い点で好ましい。また、基材との接着力を確保するために、これらの材料と基材との間に他の層を挿入することは適宜許される。表面処理で形成された材料の厚みは特に限定されないが、２μｍから５ｍｍの範囲が好ましい。２μｍ未満では耐久性に欠け、５ｍｍ以上では凹凸が大きくなって平坦化が難しくなる。
【００１７】
図１には示されていないが、本発明のスリットダイコータ口金に、リップ先端面と基体の間に保持されている塗料に対して、上流側または下流側から加圧または減圧を与えるための機構が付加されることは適宜許される。
【００１８】
本発明のスリットダイコータ口金による塗工は、あらゆる塗料の塗布に好適に用いられるが、特に、ポリマ、顔料、溶剤からなる着色膜用ペーストの塗工において顔料の凝集、沈着がないという顕著な効果を発揮する。以下、本発明のスリットダイコータ口金による塗工について着色膜用ぺーストの塗工を一例にして説明するがこれに限定されるものではない。
【００１９】
着色膜用ペーストとしては、例えば顔料分散ポリイミド前駆体組成物を用いることができる。この作製方法としてはあらかじめ溶媒中に顔料を分散した分散液とポリイミド前駆体溶液とを混合する方法と、ポリイミド前駆体溶液中で顔料を分散する方法がある。どちらの方法でも、顔料を溶媒に分散させるが、分散方法には特に限定はなく、ボールミル、サンドグラインダー、３本ロールミル、高速度衝撃ミルなど、種々の方法をとりうる。
【００２０】
着色膜用ペーストが塗布される基体としては通常、ソーダガラス、無アルカリガラスであるバリウム硼珪酸ガラスやアルミニウム硼珪酸ガラス、石英ガラスなどのガラス、透明プラスチック基板が用いられる。ナトリウムを含むソーダガラスの場合は、ナトリウムの溶出を防ぐための酸化珪素膜などのバリア層が表面にコーティングされているものが好ましい。
【００２１】
図２に示した塗料供給装置を備えたスリットダイ装置を一例にして以下説明するがこれに限定されるものではない。
【００２２】
着色膜用ぺースト９を塗料溜め１０に仕込み、密閉する。図示されていない基体と口金とを相対的に走行させる機構によって、基体の塗工開始位置を口金の下に移動させる。着色膜用ぺーストをポンプ１１によってスリットダイ口金に送り、所定の時間経過させることによってリップ先端面１２と基体１３との間に、塗工開始後からなるべく短距離で塗工定常部に近い膜厚を実現させるために好ましい量の塗料を保持させる。該時間経過が短く塗料の量が十分でないと、塗工開始から数ｃｍの範囲で塗膜厚みが不足し、該時間経過が長すぎると塗工開始から数ｃｍの範囲で塗膜厚みが波打つ現象が見られる。
【００２３】
次いで、口金に対し基体を送っていきつつ、口金のスリットを通して基体上に塗料を塗布し塗膜１４を形成する。塗工終了位置でポンプを停止して塗料の吐出を終わる。
【００２４】
該ポンプとしてはギアポンプ、ダイアフラムポンプ、ピストン型ポンプなどが採用できる。また、塗料供給手段はポンプに限定されず、圧空等であっても良い。スリットの間隙は、１０μｍから５００μｍの範囲の所定の値に調整する。スリット間隙が１０μｍ未満では、塗料吐出の圧力損失が大きくポンプに過負荷がかかったり、ポンプの動きに対して塗料吐出の応答に遅れがあり枚葉塗工として好ましくなかったりする。スリット間隙が５００μｍを越えると、口金幅方向の塗料の吐出量の均一性が確保しにくい。基体とリップ先端面との間隙であるクリアランスは、塗膜厚みの数十倍以下から選ばれることが均一塗布のために好ましいので通常１０μｍから５００μｍの範囲の所定の値に設定する。クリアランスが１０μｍ未満では、基体のうねりや基体と口金とを相対的に走行させる機構の精度のため基体とリップ先端面との接触を避けることが難しい。
【００２５】
着色膜用ぺーストを、前記のような方法で透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリイミド前駆体着色膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、５０℃から１８０℃の範囲で１分から３時間おこなうことが好ましい。次に、このようにして得られたポリイミド前駆体着色膜に、通常の湿式エッチングによりパターンを形成する。まず、ポリイミド前駆体着色膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、フォトレジスト膜を形成する。続いて該フォトレジスト膜上にマスクを置き、露光装置を用いて紫外線を照射する。露光後、ポジ型フォトレジスト用アルカリ現像液により、フォトレジスト膜とポリイミド前駆体着色膜のエッチングを同時に行う。エッチング後、不要となったフォトレジスト膜を剥離する。
【００２６】
ポリイミド前駆体着色膜は、その後、加熱処理することによって、ポリイミド着色膜に変換される。加熱処理は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、段階的に昇温するか温度範囲を選び連続的に昇温しながら５分から５時間実施する。熱処理の温度範囲は１５０℃から４５０℃、好ましくは１８０℃から３５０℃である。
【００２７】
以上の工程を赤、緑、青の３色の着色膜用ぺーストおよび必要に応じて黒色の着色膜用ペースト（ブラックマトリクス用ぺースト）について行なうことにより、カラーフィルタを得ることができる。着色膜（含ブラックマトリクス）の膜厚は０．２μｍから５μｍの範囲から選ばれる。
【００２８】
本発明のスリットダイコータ口金を用いた塗工は、このような着色膜用ペーストの塗工の他、カラーフィルタの保護膜形成用塗料の塗工にも好適に用いられる。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するがこれらに限定されるものではない。
【００３０】
［特性の測定・評価方法］
（１）膜厚ムラの評価
塗膜中央から１０ｍｍピッチで塗工方向および塗工方向とは直角方向に膜厚を測定する。ただし、塗膜端部から１０ｍｍは対象外とする。測定点すべての平均値を算出し、最大値／平均値×１００（％）および最小値／平均値×１００（％）をもって膜厚ムラの評価とする。すなわち、これらの値が１００％に近いほうが膜厚ムラが小さいことを表わし、色ムラの点から９５〜１０５％の範囲であることが好ましい。
【００３１】
実施例１
ＳＵＳ３０４を基材とし、スリット内側のマニホールド、ランド部をクロムメッキした図１のスリットダイ口金を用意した。クロムメッキ部分の水に対する接触角は３０度、ＳＵＳ部分の水に対する接触角は２０度であった。スリット間隙は、６０μｍとした。
【００３２】
温度計および乾燥窒素導入口と攪拌装置を付した３０００ｍｌの４つ口フラスコに、３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１４７ｇをγ−ブチロラクトン５２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２２０ｇと共に仕込み、４，４´−ジアミノジフェニルエ−テル９５．１ｇ、ビス−３−（アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン６．２ｇを添加し、乾燥窒素流入下、６０℃で３時間攪拌してポリアミック酸溶液を得た。
【００３３】
ピグメントレッド１７７：５．２５ｇ、ピグメントイエロー８３：０．７５ｇ、γ−ブチロラクトン８３．７ｇをガラスビ−ズ９０ｇと共にホモジナイザに投入し、７０００ｒｐｍで３０分分散後、ガラスビ−ズを濾過し除去して赤顔料分散液を得た。
【００３４】
該顔料分散液４７ｇに該ポリアミック酸溶液２５ｇをγ−ブチロラクトン２５ｇで希釈した溶液を添加混合し、赤着色膜用ペ−ストを得た。
【００３５】
基体を３００ｍｍ×３５０ｍｍ×１．１ｍｍのＯＡ−２ガラス（日本電気硝子（株）製）とした。
【００３６】
図２の塗料溜めに該赤着色膜用ペ−ストを仕込み、密閉した。基体とリップ先端面の間隙であるクリアランスは８０μｍに設定した。図示されていない基体と口金とを相対的に走行させる機構によって、基体の塗工開始位置を口金の下に移動した。着色膜用ぺーストをギアポンプによってスリットダイ口金に送り、ギアポンプ駆動後０．５秒してから基体の搬送を再開した。口金のスリットを通して基体上に塗料を塗布しつつ基体を送っていき、塗膜を形成する。次いで、塗工終了位置でポンプを停止しして塗料の吐出を終わるとともに口金を上昇して基体から遠ざけ、塗工を終了した。該赤着色膜用ペ−ストの吐出量は、加熱後ポリイミドになったときの膜厚が１．６μｍになるように調整した。
【００３７】
該赤着色膜用ペ−ストを塗布したのち、１３０℃で２０分乾燥し、さらに窒素雰囲気中２９０℃で４０分加熱してポリイミド膜に転換させた。同様にして全部で５０枚の基体に赤着色膜を形成した。かくして得られた赤着色膜にはすじ状の欠点は見られず、また膜厚ムラは２つの試料を除き平均値の９５％〜１０５％の範囲に収まり良好であった。２つの試料では、それぞれ膜厚が平均値の８８％と１１０％の点が測定された。
【００３８】
実施例２
ＳＵＳ３０４を基材とし、スリット内側のマニホールド、ランド部、リップ外側面をクロムメッキした図１のスリットダイ口金を用意した。
【００３９】
実施例１と同様にして全部で５０枚の基体に赤着色膜を形成した。かくして得られた赤着色膜にはすじ状の欠点は見られず、また膜厚ムラはすべての試料で平均値の９５％〜１０５％の範囲に収まり良好であった。
【００４０】
実施例３
ＳＵＳ３０４を基材とし、スリット内側のマニホールド、ランド部、リップ外側面にテフロンコーティングした図１のスリットダイ口金を用意した。テフロンコーティング部分の水に対する接触角は１０４度、ＳＵＳ部分の水に対する接触角は２０度であった。
【００４１】
実施例１と同様にして全部で５０枚の基体に赤着色膜を形成した。かくして得られた赤着色膜にはすじ状の欠点は見られず、また膜厚ムラはすべての試料で平均値の９５％〜１０５％の範囲に収まり良好であった。
【００４２】
比較例１
ＳＵＳ３０４を基材とし、表面加工をおこなわなかった図１のスリットダイ口金を用意した。
【００４３】
実施例１と同様にして全部で５０枚の基体に赤着色膜を形成した。かくして得られた赤着色膜には顔料が凝集したことによる塗工方向に拡がる色むらすじ状の欠点が３０枚塗布以降の試料に見られた。また膜厚ムラは２８枚の試料で平均値の９５％〜１０５％の範囲に収まり、それ以外の試料では９５％〜１０５％の範囲を越える点が測定された。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のスリットダイコータ口金は、マニホールドおよび／またはランド部の水に対する接触角が、リップ先端面の水に対する接触角よりも大きいことを特徴とするので、塗膜の厚み均一性および再現性が向上し、また塗料がポリマ、顔料、溶剤から主としてなる場合においても顔料の凝集、沈着による塗膜すじの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスリットダイコータ口金の断面構造の一例を示したものである。
【図２】本発明のスリットダイ口金による塗工を行なう装置の一例を示したものである。
【符号の説明】
１：バックアップリップ
２：ドクタ−リップ
３：スリット
４：マニホールド
５：ランド部
６：リップ先端面
７：塗料
８：リップ外側面
９：着色膜用ぺースト
１０：塗料溜め
１１：ポンプ
１２：リップ先端面
１３：基体
１４：塗膜
【図１】
0003791018.tif 000002
【図２】
0003791018.tif 000003