説明

塗布装置および塗布方法

【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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2004−41908号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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。
【0011】
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。

【発明の効果】
【0012】
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。

【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】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2】スリット幅方向の吐出量分布の一例を示す図である。
【図3】マニホールド半径に対する吐出量分布を示す図である。
【図4】スリット間隔に対する吐出量分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
<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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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/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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
<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。
【0027】
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。
【0028】
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/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。
【0029】
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

【符号の説明】
【0030】
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

【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。

【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図1】
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【公開番号】特開2010−5616(P2010−5616A)
【公開日】平成22年1月14日(2010.1.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−126224(P2009−126224)
【出願日】平成21年5月26日(2009.5.26)
【出願人】(000003193)凸版印刷株式会社 (10,630)
【Fターム(参考)】