JP2008272740A - 塗布液供給装置、塗布装置およびプラズマディスプレイ用部材の製造方法 - Google Patents
塗布液供給装置、塗布装置およびプラズマディスプレイ用部材の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】複数の塗布液容器の切換えをして、塗布生産を継続して長時間行うにあたって、塗布液の粘度が塗布液容器ごとに大きく異なっても、塗布膜厚分布が均一になるように、切換前後の塗布液の混合比率を徐々に変えつつ、高精度に塗布液を塗布器に供給することと、空気の混入なく、塗布液容器塗布液の切換えを可能とする、簡便な構成でかつ、低コストな塗布液供給装置及び供給方法、ならびにこれらを用いた塗布装置および塗布方法を提供する。
【解決手段】塗布液40A,40Bを貯える複数の塗布液容器2A,2Bから送出される塗布液の量を、それぞれ調整する複数の静的流量調整手段9A,9Bと、それに連通し、該複数の塗布液容器から送出された塗布液を合流させる合流手段10、および該合流手段の下流に配置され、合流後の塗布液を送出する送液手段を有する。
【選択図】図1
【解決手段】塗布液40A,40Bを貯える複数の塗布液容器2A,2Bから送出される塗布液の量を、それぞれ調整する複数の静的流量調整手段9A,9Bと、それに連通し、該複数の塗布液容器から送出された塗布液を合流させる合流手段10、および該合流手段の下流に配置され、合流後の塗布液を送出する送液手段を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば、プラズマディスプレイ用背面板や前面板、カラー液晶ディスプレイ用カラーフィルター、TFT用アレイ基板、光学フィルター、プリント基板、高機能フィルム等のディスプレイ用部材の製造分野に使用されるものであり、詳しくは複数の塗布液容器の切換時に、これらの塗布液容器から送出される塗布液の合流比率を段階的に変更させながら、合流された塗布液を塗布器に供給する塗布液供給装置および塗布液供給方法、並びにこの塗布液供給装置および塗布液供給方法を用いて被塗布基材表面に均一な塗布膜を形成する塗布装置および塗布方法、並びにこの塗布方法を用いてプラズマディスプレイ用部材を製造するプラズマディスプレイ用部材の製造方法に関する。
一般に、スリットダイ等の塗布器を有するディスプレイ用部材等の被塗布基材に塗布をする枚葉型塗布装置では、塗布液を内蔵したバッチ式の塗布液容器を塗布液供給装置に接続し、塗布液容器内の塗布液を塗布液供給装置から塗布器に供給して塗布生産を行う。使用される塗布液は、タンク等の専用塗布液容器に充填された状態で塗布液製造者から出荷され、この塗布液容器をそのまま、塗布装置の塗布液供給装置の最上流部に接続すれば、外部からの異物混入や品質劣化の恐れなしに、塗布液容器内部の塗布液をすぐに使用できる。また、塗布液を使い切った塗布液容器は、そのまま塗布液製造者に返却されて再利用されるが、塗布液容器を使用する側には、塗布液容器の洗浄等のメンテナンスを行う必要がないので、コスト削減ができるという有益性が生じる。
この塗布液供給装置に接続される塗布液容器が1個の場合は、内部の塗布液残量がゼロに近づくと、塗布液供給装置から切り離される。続いて、次に使用される塗布液容器が、塗布液供給装置の最上流部に接続され、容器内部の塗布液が使用されることにより、塗布生産が継続される。しかしこの塗布液容器の切換方法では、切換中に気泡が混入するので、この気泡を塗布器より排除するのに長時間を要する。即ち、切換時間が長いので、塗布生産の中断時間も長くなって、塗布装置の稼働率低下を招く。
塗布液容器の切換えを無くし、長時間塗布生産を継続するために、塗布液供給装置の最上流部に、同容量の塗布液を内蔵する複数の塗布液容器を並列して接続し、複数の塗布液容器内の塗布液を同時並行的に塗布液供給装置に供給するものがある。この方法は、塗布液容器の個数によって塗布生産の継続時間が定まることになるが、複数の塗布液容器で一様に塗布液量が減少することはまれで、特定の塗布液容器の塗布液量が一早く減少して、塗布生産時間が想定よりもかなり短くなることがある。また、塗布液容器内の塗布液量がゼロになると、塗布液容器を全数交換することになるが、多くの塗布液容器の切換えに手間取って、塗布生産中断時間が長くなり、結局は1塗布液容器当たりの塗布生産中断時間が長くなって、非効率になることもある。
短時間で塗布液供給装置に接続する塗布液容器を切換えて、塗布生産の中断を最小にし、長期に渡って塗布生産を継続できる方法としては、図9(a)に示されるように、複数の塗布液容器102A、102Bを塗布液供給装置104の最上流部に、塗布液の流路切換手段105を介して、予め各々接続するものがある。この方法では、例えば使用中である塗布液容器102A内の塗布液103Aの液量がゼロに近づくと、塗布液の流路切換手段105を用いて、塗布液送液経路を塗布液容器102A側から塗布液容器102B側に切換えることにより、塗布液容器102B内の塗布液103Bが塗布液供給装置104からスリットダイ101に送液されるようになり、わずかな時間の塗布生産の中断で塗布液容器並びに塗布液の切換えが行われる。
しかしこの塗布液容器、塗布液の切換方法では、同じ組成の塗布液であっても、その粘度が塗布液容器ごとに大きく異なっていると、新たな問題が生じる。例えば、図9(a)で、塗布液容器102A内の塗布液103Aを使用してスリットダイ101で基板に塗布しているときに、塗布液103Aから塗布液容器102B内にある塗布液103Bに切換えると、塗布液103Bはスリットダイ101の中央から次第に長手方向に広がっていき、切換前の塗布液103Aを押し出していく。この時塗布液103Aと塗布液103Bの粘度が大きく異なっていると、塗布液押し出し時の抵抗の違いから、図9(b)に示すようにスリットダイ101の長手方向で大きな膜厚むらが発生する。塗布液の粘度は、特に塗布液中に占める無機成分の割合が大きく粘度が高い場合は、組成が全く同一の塗布液であっても、塗布液調合時のロット間ばらつきや、塗布液が容器内に充填されて、製造現場で使用されるまでの時間経過の長短により、塗布液容器ごとに相対的に±10%程度は異なっている場合がある。
以上のように各塗布液容器内の塗布液間で大きな粘度差があっても、塗布膜厚むらを発生させないで、複数の塗布液容器の切換えを行う手段が提案されている。それは、使用をまもなく終了する塗布液容器102Aの塗布液103Aと新たに切換える塗布液容器102Bの塗布液103Bの混合比率、即ち、合流比率(塗布液103Aの量:塗布液103Bの量)を、(100:0)から(0:100)に徐々に変えて、切換えを行うものである(例えば特許文献1)。この切換手段を用いれば、図9(a)に示すスリットダイ101の内部で、極くわずかに粘度の異なる塗布液が長手方向に隣り合わせに並んで吐出されることになるので、膜厚むらは非常に小さくなる。しかし特許文献1の手段では、2つの塗布液容器の塗布液を2つのギアポンプで供給量をわずかに変えて混合比率を調整すると共に、混合した塗布液を一旦バッファー容器に蓄え、さらに攪拌混合しているので、非常に大がかりで複雑なシステムとなる。さらに塗布器に精度よく混合した塗布液を供給するには、別にポンプも必要となって、システムが複雑化すると共に、塗布液供給装置を構成する機器が多くなり、高コストな塗布液供給装置となる、という問題もある。
混合後のバッファー容器を使用せずに、2つの塗布液容器の塗布液を2つのベローズポンプで各々の供給量をわずかに変えて混合させてから、スタティックミキサーでさらに攪拌混合し、塗布器であるノズルに混合した塗布液を供給する塗布液供給装置がある(例えば特許文献2)。特許文献2に示される塗布液供給装置では、バッファー容器が無く、さらにノズルに塗布液を供給するポンプが、塗布液を混合するために送液するポンプと兼ねているので、よりシンプルなシステムとなっている。しかしノズルからの塗布液の吐出量速度を均一にするには、2つのベローズポンプで送液量を微調整して2つの塗布液の混合比率を変えながら、ノズルに一定量の塗布液を精度よく供給することが求められ、そのために2つのベローズポンプからの送液速度の総和を一定にすることが必要となる。しかし、非常に高度なポンプ制御を適用しても、2つのベローズポンプからの送液速度の総和を高精度に一定にすることは困難であり、ノズルからの塗布液吐出量速度は満足する精度にはならない。
さらにまた、複数の塗布液容器と塗布液装置を接続する時は接続部材として配管部材を使用するが、配管部材内の空気を排除する手段がないと、切換え後に空気が混合するという問題が生じる。しかしながら塗布液容器を接続する時の接続部材内の空気を排除する手段については、これまで全く開示されていない。
特開平11−151435号公報(第11欄1行目〜第17欄14行目、図1)
特開平10−242045号公報(第53欄1行目〜第61欄4行目、図6)
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、複数の塗布液容器の切換えをして、塗布生産を継続して長時間行うにあたって、塗布液の粘度が塗布液容器ごとに大きく異なっても、塗布膜厚分布が均一になるように、切換前後の塗布液の混合比率を徐々に変えつつ、高精度に塗布液を塗布器に供給することと、空気の混入なく、塗布液容器と塗布液の切換えを可能とする、簡便な構成でかつ、低コストな塗布液供給装置及び供給方法、ならびにこれらを用いた塗布装置および塗布方法を提供することにある。さらにはこの塗布方法を用いたプラズマディスプレイ用部材の製造方法を提供して、高品質のプラズマディスプレイ用部材を低コストで製造できるようにすることにある。
上記本発明の目的は、以下に述べる手段によって達成される。
本発明の塗布液供給装置は、塗布液を貯える複数の塗布液容器、該複数の塗布液容器から送出される塗布液の量をそれぞれ調整する複数の静的流量調整手段、該複数の静的流量調整手段に連通し、該複数の塗布液容器から送出された塗布液を合流させる合流手段、および該合流手段の下流に配置され、合流後の塗布液を送出する送液手段を有することを特徴とする。
本発明の塗布液供給装置においては、前記複数の塗布液容器内の塗布液の量を計測する液量測定器と、該液量測定器により測定された液量情報を元に前記複数の静的流量調整手段を制御する制御手段を有することが好ましい。
本発明の塗布液供給装置においては、前記複数の静的流量調整手段の上流側に、前記複数の塗布液容器からの塗布液の送出を遮断可能な複数の開閉手段と、塗布液に含まれる気泡を排出する複数の気泡排出手段を有することが好ましい。
本発明の塗布装置は、上述の塗布液供給装置と、吐出口を有する塗布器と、被塗布基材を保持する載置台と、前記塗布器と前記載置台を相対移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の塗布液供給方法は、塗布液を送出する塗布液容器内に貯えられた塗布液の量が一定量以下となった際に他の塗布液容器から塗布液を合流させ、該他の塗布液容器からの塗布液の合流比率を段階的または連続的に上昇させることによって、複数の塗布液容器に貯えられた塗布液を順次切換えて送出する塗布液の供給方法であって、各塗布液容器からの塗布液の送出量を、静的流量調整手段を用いて調整することによって塗布液の合流比率を変更することを特徴とする。
本発明の塗布液供給方法においては、前記静的流量調整手段は複数の塗布液容器ごとに連通して複数配されており、第1段階においては該複数の静的流量調整手段のうち前記他の塗布液容器に連通した静的流量調整手段のみを、それを通過する塗布液の流量が漸次高くなるように作動させ、続く第2段階において、該複数の静的流量調整手段のうち前記塗布液の量が一定量以下となった塗布液容器に連通した静的流量調整手段のみを、それを通過する塗布液の流量が漸次低くなるように作動させる、ことで各静的流量調整手段を通過する塗布液の流量を変化させ、前記他の塗布液容器からの塗布液の合流比率を段階的または連続的に上昇させることが好ましい。本発明の塗布液供給方法においては、前記他の塗布液容器から塗布液を合流させる前に、該他の塗布液容器と静的流量調整手段の間に位置する塗布液中に存在する気泡を外部に排出する作業を行うことが好ましい。
本発明の塗布方法は、上述の塗布液供給方法を用いて、塗布液を吐出口を有する塗布器に供給し、載置台上に保持されている被塗布基材に向けて該塗布器の吐出口から塗布液を吐出しながら、該塗布器と該載置台を相対移動させて、被塗布基材上に塗布液を塗布することを特徴とする。
本発明のプラズマディスプレイ用部材の製造方法は、上述の塗布方法を用いて被塗布基材上に塗布液を塗布する工程を含むことを特徴とする。
本発明のプラズマディスプレイ用背面板の製造方法は、上述の塗布方法を用いて被塗布基材上にガラス粉末を含む無機成分とバインダー樹脂を含む有機成分を含むガラスペーストを塗布し、パターン化した後に焼成することによって隔壁を形成することを特徴とする。
本発明の塗布液供給装置及び供給方法によれば、複数の塗布液容器から送出される塗布液の切換えに際して、静的流量調整手段で複数の塗布液容器からの塗布液の合流比率を段階的に変化させて合流させるので、切換前後で塗布液の粘度が塗布液容器ごとに大きく異なっても、合流後の塗布液の粘度変化はわずかとなるために、塗布幅方向の塗布膜厚分布は均一になる。また、独立した1台の送液手段で塗布器に常に一定の塗布液量を高精度で供給できるのであるから、塗布方向の塗布膜厚分布も均一になる。さらに、塗布液容器ごとの送液手段や、合流後のバッファー容器を必要としないので、塗布液供給装置を構成する機器数は少なく、その結果簡易かつ低コストな構成の塗布液供給装置を実現できる。
またさらに、静的流量調整手段の上流側に、気泡を排出する複数の気泡排出手段を設けているので、塗布液容器を切換える時に、接続部材である送液配管内に混入する気泡を確実に除去でき、空気混入なしに塗布液の切換えを容易に行うことができる。
本発明になる塗布装置並びに塗布方法によれば、上記の優れた塗布液供給装置並びに供給方法を用いて塗布を行うのであるから、粘度の大きく異なる塗布液の切換えを行っても、塗布幅方向ならびに塗布方向に均一な塗布膜を容易に形成することができる。
また本発明になるプラズマディスプレイ用部材の製造方法によれば、上記の優れた塗布液方法を用いてプラズマディスプレイ用部材を製造するのであるから、均一な塗布膜を有する品質の極めて高いプラズマディスプレイ用部材を高い生産性で製造することが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施態様を説明する。
図1は、本発明による塗布液供給装置1の構成を模式的に示す概略正面図、図2は本発明に用いる可変抵抗式流量調整器の構成を示す拡大正面断面図、図3は本発明に用いる可変抵抗式流量調整器の別の構成を示す拡大正面断面図である。図1に示される塗布液供給装置1は、先に使用する塗布液40Aを貯える塗布液容器2Aと、次に使用する塗布液40Bを貯える塗布液容器2Bと、塗布液容器2A、2Bに配管3A、3Bを介して連通して塗布液の送出/遮断が可能な開閉手段であるバルブ4A、4Bと、前記バルブ4A、4Bに配管5A、5Bを介して連通すると共に、塗布液に含まれる気泡を配管7A、7Bを介して排出可能な気泡排出手段である気泡抜きバルブ6A、6Bと、前記気泡抜きバルブ6A、6Bに配管8A、8Bを介して連通し塗布液容器2A、2Bから送出される塗布液の流量を調整する静的流量調整手段である可変抵抗式流量調整器9A、9Bと、塗布液容器2A、2Bから送出された塗布液を可変抵抗式流量調整器9A、9Bの下流側で合流させる合流手段である合流器10と、前記合流器10を通過した合流後の塗布液を攪拌混合するスタティックミキサー11と、前記スタティックミキサー11と配管12、吸引用バルブ13を介して連通していると共に、混合された塗布液41を下流方向に送出する送液手段である定容量ポンプ14と、定容量ポンプ14の下流側と配管15を介して連通している吐出用バルブ16とからなる。そして塗布液供給装置1は配管17を介してスリットダイである塗布器18に連通している。なお吸引用バルブ13、吐出用バルブ16は、それぞれ塗布液の送出/遮断を任意に実施することができる。
本発明における静的流量調整手段とは、ポンプの回転数を変更して流量を調整するような動的な流量調整手段とは異なり、流路の抵抗を変更するなどの静的な手段によって流量を調整する手段を指し、図2、図3で示すような可変抵抗式流量調整器を用いることが好ましい。
塗布液容器2A、2Bには、それぞれの塗布液容器2A、2B内の塗布液40A、40Bの量を計測する液量測定器19A、19Bが取り付けられている。この液量測定器19A、19Bは、レーザー光を塗布液容器内の塗布液の液面に照射し、反射光を採取して測定する方式のものが好ましいが、塗布液容器内の塗布液量を測定できれば、この方式に限定されるものではない。なお液量測定器19A、19Bは、制御手段であるコントローラー20に電気的に接続されており、塗布液容器2A、2B内の塗布液量に応じて、可変抵抗式流量調整器9A、9Bに制御信号が送られて、可変抵抗式流量調整器9A、9Bを各々通過する塗布液量が調整される。
なお、塗布液容器2A、2Bは密閉容器で、それぞれ加圧源21A、21Bに接続されており、定圧力供給手段として一定圧力のエアーや、N2等の不活性ガスで加圧されていることが好ましい。加圧源21A、21Bからの加圧力は、精密レギュレーターなどの圧力調整手段(図示せず)により、任意の値に調整することができるが、好ましくは0.01〜1MPa、より好ましくは0.1〜0.5MPaである。
塗布液容器2A、2Bの下流側に接続されているバルブ4A、4Bは、ダイヤフラムバルブであり、それぞれ塗布液の送出/遮断を任意に実施することができる。また、塗布液容器2A、配管3A、バルブ4Aで交換ユニット22A、塗布液容器2B、配管3B、バルブ4Bで交換ユニット22Bを構成しており、塗布液容器2A、2B内の塗布液40A、40Bが無くなれば、配管5A、5Bとの脱着を行って、交換ユニット22A、22Bの単位で塗布液が充填されたものと交換される。また交換ユニット22A、交換ユニット22Bをそれぞれ構成する機器は、全く同じものであり、それぞれの塗布液容器内に貯蔵する塗布液量のみが異なる。
次に、気泡抜きバルブ6A、6Bは三方ボールバルブになっている。塗布液容器2A、2Bから可変抵抗式流量調整器9A、9Bへ塗布液を供給する時は、配管5A、5Bと配管8A、8Bが通じるように制御される。交換ユニット22A、22Bを交換して、配管5A、5Bに空気が混入した場合は、気泡抜きバルブ6A、6Bを、配管5A、5Bと配管7A、7Bが通じるように制御し、配管7A、7Bが合流した合流配管23の端末に接続された真空ポンプ24で、配管5A、5Bに混入した空気を、配管7A、7Bを通じて外部に排出する。
気泡抜きバルブ6A、6Bのそれぞれの下流側にある可変抵抗式流量調整器9Aと可変抵抗式流量調整器9Bは全く同じ構成である。
可変抵抗式流量調整器9A、9Bは、図2に詳細が示されているように、シリンダ25A、25Bと、可動シャフト26A、26Bと、ボールネジ27A、27Bと、可動シャフト26A、26Bとボールネジ27A、27Bと連結する連結器28A、28Bと、ボールネジ27A、27Bを回転駆動する駆動モーター29A、29Bと、からなる。
可動シャフト26A、26Bは、図示しないリニアガイドにより、矢印で示されるZ方向に案内されている。そしてACサーボモーター等を用いた駆動モーター29A、29Bの回転運動が、ボールネジ27A、27Bとナットである連結器28A、28Bで直線運動に変換されて、可動シャフト26A、26BはZ方向に自在に往復動できる。この可動シャフト26A、26Bの外面30A、30Bとシリンダ25A、25Bの内面31A、31Bは、同芯で円錐角が略同一の円錐面となっている。
可動シャフト26A、26Bの外面30A、30Bとシリンダ25A、25Bの内面31A、31Bとの間の隙間量SA、SBは、可動シャフト26A、26BのZ方向移動によって、ゼロから最大値まで変化する。すなわち、可動シャフト26A、26BがZ方向の上方である塗布液流入口32A、32Bの方に移動して限界位置にある時は隙間量SA、SBはゼロ、逆に可動シャフト26A、26BがZ方向の下方である塗布液流出口33A、33Bの方に移動して限界位置にある時は、隙間量SA、SBは最大となる。隙間量SA、SBがゼロの時には塗布液40A、40Bは通過できない。隙間量SA、SBが各々ゼロより大きくなると、塗布液40A、40Bはシリンダ25A、25Bに設けられた塗布液流入口32A、32Bから、塗布液流出口33A、33Bと移動でき、塗布液が可変抵抗式流量調整器9A、9Bを通過することになる。可変抵抗式流量調整器9A、9Bの隙間量がSA、SBの時に、塗布液40A、40Bが各々可変抵抗式流量調整器9A、9Bを通過する時の流量(単位時間当たりの液量)をQA、QBとすると、可変抵抗式流量調整器9A、9Bの流路抵抗、すなわち圧力損失ΔPA、ΔPBは、ΔPA=QA・ηA・fA(SA)、ΔPB=QB・ηB・fB(SB)、で示される。ここで、fA(SA)、fB(SB)は可動シャフト26A、26Bの外面30A、30Bと、シリンダ25A、25Bの内面31A、31Bで構成される流路形状で算出される係数で、1/(長さ)3のディメンジョンを有する。このfA(SA)、fB(SB)は、例えば図4に示されるように、隙間量SA、SBが大きくなると反比例して減少する。fA(SA)、fB(SB)は塗布液40A、40Bの粘度ηA、ηBに依存せず、可変抵抗式流量調整器9A、9Bの流路形状だけで定まるもので、単純な流路形状であれば理論的に算出される。流路形状が複雑であれば、粘度ηA、ηBが既知の塗布液を、流量QA、QBで可変抵抗式流量調整器9A、9Bを通過させる時の圧力損失ΔPA、ΔPBを実測し、fA(SA)=ΔPA/(QA・ηA)、fB(SB)=ΔPB/(QB・ηB)より算出してもよい。
さて、隙間量SA、SBが大きくなると、上記のように、fA(SA)、fB(SB)が小さくなるので、同じ流量QA、QBで粘度ηA、ηBの塗布液40A、40Bを流そうとすると、ΔPA=QA・ηA・fA(SA)、ΔPB=QB・ηB・fB(SB)より、流路抵抗である圧力損失ΔPA、ΔPBは小さくなるので、塗布液が流れ易くなる。逆に隙間量SA、SBが小さくなると、fA(SA)、fB(SB)が大きくなるので、同じ流量QA、QBなら圧力損失ΔPA、ΔPBは大きくなるので、塗布液は流れにくくなる。言い換えると、隙間量SA、SBが小さいと流路抵抗が大きくなるので塗布液の流量QA、QBが小さくなり、逆に隙間量SA、SBが大きいと流路抵抗が小さくなるので、塗布液の流量QA、QBが大きくなる。すなわち、隙間量SA、SBの大きさによって可変抵抗式流量調整器9A、9Bを通過する塗布液の流量QA、QBを制御できる。上記したように、隙間量SA、SBの大きさは可動シャフト26A、26BのZ方向位置によって一義的に定まるのであるから、可動シャフト26A、26BのZ方向位置を定めることによって、可変抵抗式流量調整器9A、9Bを通過する塗布液の流量を静的に調整できることになる。すなわち、可変抵抗式流量調整器9A、9Bは静的流量調整手段となる。なお隙間量SA、SBの最大値は、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下とする。この範囲であれば、可変抵抗式流量調整器9A、9Bを通過する塗布液の流量を微細に調整することが可能となる。
なお本実施態様では、隙間量SA、SBが連続的に変化する例を示したが、図3に示すような、隙間量SA、SBが可動シャフト26A、26BのZ方向位置により段階的に変化するものであってもよい。この場合は可動シャフト26A、26Bの外面30A、30Bは直径一定の円筒面である。一方シリンダ25A、25Bの内面31A、31Bは外面30A、30Bと同芯であり、その内径は、Z方向の最上部で外面30A、30Bの直径と同じ大きさとなっているが、Z方向下方に向かうにしたがって、段階的に大きくなっていき、最下部で最大となる。そしてそこでの外面30A、30Bと内面31A、31B間の隙間量が最大値となる。また可動シャフト26A、26Bの外面30A、30Bと、シリンダの内面31A、31B間の形状関係が、以上説明したものと逆であってもよい。
再び図1を見ると、可変抵抗式流量調整器9A、9Bを通過した塗布液は、合流器10で合流後にスタティックミキサー11で攪拌混合される。スタティックミキサー11は、例えば、金属製からなる円筒管内に、複数の邪魔板を多段に配置して構成される。個々の邪魔板は、略正方形の板の一辺を90度程度捻って形成された邪魔板を、複数多段に配置して構成したものを用いることが好ましい。
スタティックミキサー11で攪拌混合された塗布液41は、吸引用バルブ13を経て、1台の定容量ポンプ14で塗布器18に、高精度の送液速度にて一定量供給される。この定容量ポンプ14は、シリンダ32とピストン33が架台34に取り付けられている。ここでピストン33は図示しない駆動機構によってZ方向である上下方向に自在に往復動できる。ピストン33の先端部には、Oリング等のリング状のシール材35が取り付けられており、外部に混合された塗布液41が漏出しないようシリンダ32の内面と密着してシールしている。駆動機構を構成するZ方向である上下方向の案内には、図示しないリニアガイドを、駆動にはACサーボモーターとボールネジを用いており、ピストン33を所定の速度で往復動させることができる。
このピストン型ポンプである定容量ポンプ14を用いて、実際に塗布液容器2A、2B内の塗布液を塗布器18へ供給するには、まず吸引用バルブ13を開く一方で吐出用バルブ16を閉じた後に、ピストン33を下側に一定量移動させて、塗布液をシリンダ32内に、ピストン33内に設けられた塗布液流通路36を通じて充填する。続いて吸引用バルブ13を閉じ、吐出用バルブ16を開いてから、ピストン33を上側に所定の速度で一定量移動させれば、シリンダ32内の塗布液を塗布器18内部へ一定の送液速度で供給できる。この一連の動作により塗布液は、吸引用バルブ13から吐出用バルブ16に向けて、一定の送液速度にて一定容量流される。
以上の塗布液供給装置1を構成する各部材の塗布液接液表面は、例えば、フッ素系樹脂コーティング、ハードクロムメッキ、TiN被膜、アルマイト等による耐腐食性、耐溶剤性皮膜が施されていることが、塗布液が付着しにくくクリーンに保たれるので、好ましい。また各構成部品間を接続する配管は、例えば、フッ素系樹脂製ホース、シリコン製ブレードホース、ポリエチレン製ホース、ポリプロピレン製ホース等の可撓性ホースの他、金属製の配管を使用してもよい。
次に、以上の構成を説明した本発明の塗布液供給装置1を用いての、複数の塗布液容器内の塗布液の切換えを、塗布液容器2Aの塗布液40Aと塗布液容器2Bの塗布液40Bの混合比率、すなわち合流比率を変更しながら塗布器に供給する塗布液供給方法を含めて、詳しく説明する。
まず、可変抵抗式流量調整器9Bの隙間量SBがゼロ、可変抵抗式流量調整器9Aの隙間量SAが最大、すなわち塗布液は、可変抵抗式流量調整器9Bは通過せず、塗布液容器2A内の塗布液40Aのみが可変抵抗式流量調整器9Aを通過して、定容量ポンプ14から塗布器18に一定流量で供給されて、被塗布基材に塗布が行われているとする。また塗布液は、塗布液容器2A、2Bから塗布器18まで、全ての流路に充填されている。ここで、塗布液容器2Bを交換ユニット22Bごと新たなものと交換するために、現在の交換ユニット22Bを配管5Bから切り離した後、塗布液容器2Bからバルブ4Bまで塗布液40Bが充填されている新しい交換ユニット22Bと置き場所を入れ替える。そして新しい交換ユニット22Bのバルブ4Bと、配管5Bを接続し、塗布液容器2Bに加圧源21Bから、加圧源21Aから塗布液容器2Aに付加されているのと略同一の一定圧力を付加する。この時、バルブ4Bは閉となっているので塗布液40Bはまだ流れないが、配管5B接続時に配管5Bに空気が混入して気泡を含むので、これを排除するために、まず気泡抜きバルブ6Bを配管5Bと配管7Bが通じるように操作する。続いて、真空ポンプ24の駆動を開始してから、バルブ4Bを開とすると、塗布液40Bはバルブ4Bから配管5B、気泡抜きバルブ6B、配管7Bと流れ、この塗布液40Bの流れと共に配管5B内の気泡も一緒に配管7Bに流されて、外部に排出される。気泡が気泡抜きバルブ6Bよりも下流となる外部に排出された時点で、真空ポンプ24を停止し、その後に気泡抜きバルブ6Bを配管5Bと配管8Bが通じるように操作する。この気泡抜きバルブ6Bの操作を行うと塗布液40Bの配管7Bへの流れは止められるが、配管8Bには塗布液40Bが充填されており、可変抵抗式流量調整器9Bも、その隙間量SBがゼロ、即ち、バルブとして閉となっているので、塗布液40Bは配管8Bの方にも流れることはできず、塗布液容器2Bと同じ圧力で加圧された状態で停止する。
さて、塗布液容器2Aの塗布液40Aを使用して、塗布生産を継続中、塗布液容器2Aに取り付けられた液量測定器19Aにより、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量が、予め定められた規定量になったと検知されると、塗布液容器2Bからの塗布液40Bを、塗布液容器2Aからの塗布液40Aと混合する操作を開始する。即ち、液量測定器19Aからの情報がコントローラー20に伝えられ、このコントローラー20が可変抵抗式流量調整器9A、9Bの駆動モーター29A、29Bに動作指令信号をそれぞれ伝送し、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量に応じた塗布液の混合比率となるように、可動シャフト26A、26BのZ方向位置を変えて、隙間量SA、SBを変える。
具体的に、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量に応じて塗布液40Aと塗布液40Bの混合比率を変えていく一例を図5に示す。図5では、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量L[L]と、塗布液40A、40Bをそれぞれ可変抵抗式流量調整器9A、9Bを通過させる流量QA[m3/s]、QB[m3/s]の定容量ポンプ14から吸引される流量Q[m3/s]=QA[m3/s]+QB[m3/s]に対する流量比RA=QA/Q、RB=QB/Qの関係が示されている。図5では、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量LがL1〜L10の時に、流量比RA、RBは0、R1〜R9、1の値を取ることが示されており、同じ塗布液40Aの液量Lの時にはRA+RB=1となる。なお図5で、液量L1からL10に向かうほど塗布液40Aの液量Lは小さくなっている。ここで、RA:RB=QA:QBであるので、流量比RAとRBの比率が、塗布液40Aと塗布液40Bの混合比率となる。この図5で示される塗布液40A、40Bのそれぞれの流量比RA、RBを実現するために、可変抵抗式流量調整器9A、9Bでの隙間量SA、SBは、以下に述べるように定められることが好ましい。
塗布液40A、40Bには、塗布液容器2A、2Bに接続された加圧源21A、21Bによって略同一の圧力が加えられている。したがって、配管8Aと合流器10の間で可変抵抗式流量調整器9Aに付加される圧力差と、配管8Bと合流器10の間で可変抵抗式流量調整器9Bに付加される圧力差は、同じΔPとなる。この圧力差ΔPと、塗布液40A、40Bの粘度、流量であるηA、ηB、QA、QBと、可変抵抗式流量調整器9A、9Bの隙間量SA、SBとの間には、前述したように、ΔP=QA・ηA・fA(SA)=QB・ηB・fB(SB)の関係がある。これより、RA/RB=QA/QB=(ηB・fB(SB))/(ηA・fA(SA))の関係が導き出される。この関係式より、塗布液40Aの液量Lにしたがって、流量比RA/RBを図5より与え、同じく隙間量SAを与えれば、隙間量SBが求められる。例えば隙間量SAは、その最大値SA10を10等分してSA1〜SA10を算出し、塗布液40Aの液量LがL1になれば隙間量SAを最大値のSA10からSA9にし、液量L10になればSA1からゼロにするようにする。このように塗布液40Aの液量Lに対応して与えられた隙間量SAを使用して、RA/RB=(ηB・fB(SB))/(ηA・fA(SA))より、SA1〜SA10に対応させて、SBの値SB1〜SB10を算出する。ただし、隙間量SAがゼロの時は、隙間量SBはその最大値SB10を取る。このような算出を事前に行って、表1に示すような、塗布液40Aの液量Lに対する、流量比RA、RB、隙間量SA、SBのテーブルを作成し、それにしたがって可変抵抗式流量調整器9A、9Bの制御を行う。なお隙間量SBを求める場合、粘度ηA、ηBの差が小さければηA=ηBとして取り扱ってもよい。
さて、表1にしたがって、塗布液容器2Aの塗布液40の液量Lが、予め定められた規定量であるL1になると、塗布液40Aの流量比RAを1からR9に、塗布液40Bの流量比RBを0からR1になるように、可変抵抗式流量調整器9Aの隙間量SAをSA10からSA9に、可変抵抗式流量調整器9Bの隙間量SBをゼロからSB9にする。すなわち塗布液40Aが全量定容量ポンプ14に供給されていたのを、塗布液40Aと塗布液40BをR9:R1の比率で混合、すなわち合流して供給する。この隙間量SA、SBを実現するために、コントローラー20が可変抵抗式流量調整器9A、9Bの可動シャフト26A、26BをZ方向に移動させる。そして塗布液容器2Aの塗布液40Aの液量LがL2〜L9と減少していくのにしたがって、塗布液40Aの流量比はR8〜R1に、塗布液40Bの流量比はR2〜R9に段階的に変化し、これに合わせて可変抵抗式流量調整器9A、9Bの隙間量SA、SBも、表1に示されるように、段階的に変化させていく。これによって、塗布液40Aの混合比率は次第に減少し、それに反して塗布液40Bの混合比率は次第に増加する。そして塗布液容器2Aの塗布液40Aの液量がL10になると、塗布液40Aの流量比は0、塗布液40Bの流量比は1となるので、塗布液40Bのみが全量定容量ポンプ14に供給されるように、可変抵抗式流量調整器9Aの隙間量SAはゼロ、可変抵抗式流量調整器9Bの隙間量SBが最大値のSB10となる。塗布液40Bが全量定容量ポンプ14に供給された段階で、塗布液40Aから塗布液40Bへの切換え、即ち塗布液容器2Aから2Bへの切換えが完了する。切換えが完了したら、バルブ4Aを閉とし、いつでも交換ユニット22Aを、塗布液が充填された新しいものと交換できるようにする。以降の塗布液容器の切換えは、交換ユニット22Bを、交換ユニット22Aに変えて同じ操作を繰り返せば、際限なく行えることになる。
以上の図5、表1に基づいて、塗布液40Aと塗布液40Bの混合比率を段階的に変えながら塗布液を塗布器18に供給すると、塗布器18内では塗布液は図6に示すように分布する。図6は、塗布液切換時の塗布液の塗布器18内での分布を示す概略側面断面図である。最初に塗布器18内は図6(a)に示されるように塗布液40Aのみが充満している。次に、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量がL1となって、塗布液40Aと塗布液40Bが、流量比R9:R1の比率で混合されると、この混合された塗布液41は、図6(b)に示されるように、塗布液40Aだけが充満していた塗布器18内で、塗布液供給口42の周辺の領域に広がっていく。ところで、塗布器18の長手方向の塗布液吐出量分布は、塗布液吐出口37の間隙の長手方向分布と、塗布液粘度の長手方向分布により定まる。図6(b)で示される塗布器18内の塗布液40Aと混合された塗布液41の長手方向分布に対応して、粘度分布が生じることになるが、塗布液40Aと混合された塗布液41の粘度の相違は、混合された塗布液41の塗布液40Aに対する塗布液40Bの混合比率を考慮すると、極くわずかである。したがって、図6(b)の状態では、塗布器18内には長手方向に異なる粘度の塗布液があるものの、粘度差が極くわずかであるので、長手方向の塗布液吐出量分布は、塗布液40Aのみが充満していた図6(a)の状態と比べると、ほとんど変化しない。図6(b)の状態からさらに混合された塗布液41が、定容量ポンプ14から供給されると、図6(c)に示されるように、混合された塗布液41の占める領域が、塗布液供給口42を中心として長手方向に拡大し、逆に塗布液40Aの占める領域は長手方向端部に残るのみとなる。図6(c)に示す状態であっても、塗布液40Aと混合された塗布液41の粘度の相違は極くわずかであるので、塗布器18からの長手方向の塗布液吐出量分布は、図6(a)、(b)の状態の時と比べても、ほとんど変化しない。図6(c)の状態からさらに混合された塗布液41が、定容量ポンプ14から供給されると、図6(d)に示されるように、混合された塗布液41が、塗布器18内の全領域に広がる。この状態では混合された塗布液41のみが塗布器18内にあるのであるから、長手方向に粘度変化はなく、当然のごとく、塗布器18からの長手方向の塗布液吐出量分布は変化しない。図6(a)〜図6(d)にかけて、塗布器18からの長手方向の塗布液吐出量分布は、塗布液40Aのみを吐出していた時と比べて変化せず均一であるのであるから、このようにして塗布器18から吐出された塗布液を基板Aに塗布しても、塗布膜の塗布器18の長手方向、即ち幅方向の塗布膜厚分布も変化せず、均一となる。
次に図5、表1で、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量がL2になると、塗布液40Aと塗布液40Bが流量比R8:R2の比率で混合された塗布液が塗布器18に供給されるが、この流量比R8:R2の比率で混合された塗布液を図6の混合された塗布液41、塗布液40Aと塗布液40Bを流量比R9:R1の比率で混合された塗布液を図6の塗布液40Aに置き換えて見れば、上記したことと全く同じことがいえる。すなわち混合比率の異なる塗布液が塗布器18に供給されても、それまでの塗布液と粘度の相違が極くわずかであるので、塗布器18からの長手方向塗布液吐出量分布はほとんど変化せず、その結果、塗布器18から吐出された塗布液を被塗布基材に塗布して塗布膜を形成しても、塗布膜の幅方向膜厚分布も変化せず、均一となる。同じことが、塗布液容器2Aの塗布液40Aの液量がL10となって、塗布液容器2Bの塗布液40Bのみが塗布器18に供給される時まで続く。すなわち本発明による塗布液供給方法を用いれば、塗布液容器2Aの塗布液40Aを塗布液容器2Bの塗布液40Bに切換えても、粘度変化が極くわずかとなるように塗布液40Aと塗布液40Bの混合比率を段階的に変化させるので、塗布器18から吐出される塗布液の長手方向吐出量分布は変化せず、その結果、被塗布基材に塗布して塗布膜を形成しても、塗布膜の幅方向膜厚分布も変化せず、均一となる。本発明の塗布液供給装置1では、1台の定容量ポンプ14によって一定の流量で塗布液を塗布器18に供給し、一方塗布液40Aと塗布液40Bの混合比率は、可変抵抗式流量調整器9A、9Bの隙間量SA、SBを制御することで定めており、定容量ポンプ14の上流側にバッファーとなる容器は不要である。すなわち、途中にバッファー容器が無く、1台の定容量ポンプ14と、粘度の異なる塗布液の混合比率、すなわち合流比率を調整する静的流量調整手段の必要最低限度の手段のみがあるシンプルな設備で、塗布膜の幅方向膜厚分布を均一に保ったままで塗布液容器や粘度が異なる塗布液への切換えを容易に行うことができる。
なお図5の塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量L1〜L10と、これに対する、塗布液40Aと塗布液40Bの混合比率を定めることになる塗布液40A、40Bの流量比R1〜R9は、塗布液40Aと塗布液40Bの粘度の相違に基づいて定めればよいが、混合された塗布液41の粘度変化が好ましくは100mPa・s以下、より好ましくは10mPa・s以下になるようにする。また上記の実施態様例では、塗布液40Aの液量Lを10段階にわけ、それに応じて流量比RA、RBを与えたが、何段階に分けるかはこれに限られるものではなく、混合する塗布液の粘度変化が好ましい範囲となるように定めればよい。
また、可変抵抗式流量調整器9A、9Bの隙間量SA、SBの変化は、上記実施態様例のように段階的であっても良いし、連続的であっても良い。
次に、本発明の塗布液供給装置1を用いた塗布装置50を、図7を参照して説明する。
図7は、塗布装置50の概略正面図である。
塗布装置50は、基台51を備えており、基台51上には、一対のガイドレール52が設けられている。このガイドレール52上には載置台であるステージ53が配置されており、ステージ53は図示しないリニアモーターで駆動されて、図7に示すX方向に自在に往復動する。また、ステージ53の上面は吸着孔からなる真空吸着面となっており、被塗布基材である基板Aを吸着保持することができる。
基台51の中央を見ると、門型の支柱54がある。支柱54の右側で紙面の手前側と奥側の両側に、上下昇降装置ユニット60が備えられており、この上下昇降装置ユニット60に塗布を行う塗布器18が取り付けられている。
この塗布器18を昇降させる上下昇降装置ユニット60は、塗布器18を吊り下げる形で保持する吊り下げ保持台61、吊り下げ保持台61を昇降させる昇降台62、昇降台62を上下方向に案内するガイド63、モーター64の回転運動を昇降台62の直線運動に変換するボールネジ65より構成されている。
上下昇降装置ユニット60は塗布器18の長手方向の両端部を支持するよう左右一対あって、各々が独立に昇降できるので、塗布器18の長手方向の水平に対する傾き角度を任意に設定することができる。これによって塗布器18の塗布液吐出口37と基板Aを、塗布器18の長手方向に渡って略平行にすることができる。さらに、この上下昇降装置ユニット60によって、ステージ53上の基板Aと塗布器18の塗布液吐出口37の間に隙間、即ち、クリアランスを、任意の大きさに設けることができる。
次に基台51の右側を見ると、基板Aの厚さを測定する厚さセンサー70が支持台71に取り付けられている。厚さセンサー70はレーザーを使用したものであることが好ましい。厚さセンサー70により基板Aの厚さを測定することで、どのような厚さの基板Aに対しても、塗布器18の塗布液吐出口37と基板Aの隙間であるクリアランスを、常に一定にすることができる。
また、塗布装置50に装着された塗布器18の図示されていない塗布液供給口には、本発明の塗布液供給装置1が配管17を介して常時接続されており、これにより塗布液供給装置1から塗布液を、塗布器18の塗布液供給口から塗布器18の内部にあるマニホールド部38に供給することができる。マニホールド部38に入った塗布液は塗布器18の長手方向に均等に拡幅されて、スリット部39を経て、塗布液吐出口37から吐出される。
なお、制御信号にて動作するリニアモーター、モーター64、塗布液供給装置1等は全て制御装置72に電気的に接続されている。そして、制御装置72に組み込まれた自動運転プログラムにしたがって制御指令信号が各機器に送信されて、予め定められた動作を行う。なお、条件変更時は操作盤73に適宜変更パラメータを入力すれば、それが制御装置72に伝達されて、運転動作の変更が実現できる。
次に、本発明の塗布液供給装置1を用いた塗布方法について詳述する。
まず、塗布装置50の各動作部の原点復帰が行われると、各移動部はスタンバイ位置に移動する。即ち、ステージ53は図7の右端部(破線で示す位置)、塗布器18はZ方向の最上部に移動する。ここで、塗布液容器2Aから塗布器18まで塗布液40Aは既に充満されており、塗布器18内部の残留エアーを排出する作業も同じく終了している。このときの塗布液供給装置1の状態は、シリンダ32に塗布液40Aが充填、吸引用バルブ13は閉、吐出用バルブ16は開、そしてピストン33は最下端の位置にあり、いつでも塗布液を塗布器18に供給できるようになっている。
最初に、ステージ53の表面に図示しないリフトピンを上昇させ、図示しないローダから基板Aがリフトピン上部に載置される。次にリフトピンを下降させて基板Aをステージ53上面に載置し、同時に吸着保持する。
そしてステージ53を所定の塗布速度にて移動開始し、厚さセンサー70がその下を通過する基板Aの厚さを測定し、測定した基板Aの厚さデータに基づき、上下昇降装置ユニット60を駆動して、塗布器18の塗布液吐出口37を基板Aから予め与えたクリアランスだけ離れた位置まで近接させる。基板Aの塗布開始部が塗布器18の塗布液吐出口37の真下に達したら、定容量ポンプ14のピストン33を所定速度で上昇させ、塗布器18から塗布液を基板Aに向かって吐出し、基板Aへの塗布を始めて、ビードBに引き続いて塗布膜Cを形成する。基板Aの塗布終了部が塗布器18の塗布液吐出口37の位置に来たらピストン33を停止させて塗布液の供給を停止し、続いて、上下昇降装置ユニット60を駆動して、塗布器18を上昇させる。これによって基板Aと塗布器18の間に形成されたビードBが断ち切られ、塗布が終了する。
これらの動作中ステージ53は動き続け、終点位置にきたときに停止し、基板Aの吸着を解除して図示されないリフトピンを上昇させて基板Aを持ち上げる。このとき、図示されないアンローダによって基板Aの下面が保持され、次の工程に基板Aを搬送する。基板Aをアンローダに受け渡したら、ステージ53はリフトピンを下降させ原点位置に復帰する。
その後定容量ポンプ14は、吐出用バルブ16を閉、吸引用バルブ13を開として、ピストン33を一定速度で下降させ、塗布液容器2A内の塗布液40Aを定容量ポンプ14のシリンダ32に充填する。充填完了後、ピストン33を停止させ、吸引用バルブ13を閉、吐出用バルブ16を開として、次の基板Aが来るのを待ち、同じ動作を繰り返す。なお、塗布器18を基板Aの塗布開始部に近接する前に、塗布器18の塗布液吐出口37周辺を清掃あるいは初期化することが好ましい。
また、塗布液を塗布液容器2Aの塗布液40Aから塗布液容器2Bの塗布液40Bに切換える場合は、上記の本発明の塗布液供給方法を用いて適切な混合比率で2つの塗布液を混合しながら塗布器18に供給し、上記の塗布方法で塗布をすれば、塗布液40Aを基板Aに塗布をするのと全く同じように塗布が行える。すなわち、塗布液を塗布液40Aから塗布液40Bに切換える途中、あるいは切換え後も、得られる塗布膜の幅方向膜厚分布は同じく均一となる。
なお上記に詳細を示した塗布液供給方法では、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量Lが、予め定められた規定量になった時に、塗布液容器2A、2Bのそれぞれに連通して配されている静的流量調整手段である可変抵抗式流量調整器9A、9Bを同時に作動させている。具体的には同時に可動シャフト26A、26BのZ方向位置を変えて、隙間量SAは最大値SA10から漸次小さくし、隙間量SBはゼロから漸次大きくしている。この操作によって可変抵抗式流量調整器9Aを通過する塗布液の流量QAは低くなり、一方可変抵抗式流量調整器9Bを通過する塗布液の流量QBは高くなる。流量比RA、RBはそれぞれ流量QA、QBに比例し、RA:RB=QA:QBの比率、すなわち混合比率で塗布液容器2A、2Bの塗布液40Aと塗布液40Bを合流して供給し、塗布液容器の切換えを行っていた。
それに対して、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量Lが予め定められた規定量になった時に、第1段階として塗布液容器2Aに連通した可変抵抗式流量調整器9Aは作動させずに、他の塗布液容器となる塗布液容器2Bに連通した静的流量調整手段である可変抵抗式流量調整器9Bのみを作動させて、隙間量SAは変化しない状態で隙間量SBをゼロから漸次大きくするようにしてもよい。この操作によって、当然可変抵抗式流量調整器9Bを通過する塗布液の流量QBはゼロから次第に高くなるが、それにあわせて隙間量SAが変化しない可変抵抗式流量調整器9Aを通過する塗布液の流量QAは低くなる。その結果、隙間量SBを適切に調整することによって、RA:RB=QA:QBで示される所定の比率、すなわち混合比率で塗布液容器2A、2Bの塗布液40Aと塗布液40Bを合流して供給し、塗布液容器2Bの塗布液40Bの混合比率、すなわち合流比率を段階的または連続的に上昇させることができる。そしてさらに、塗布液容器2Bの塗布液40Bの混合比率、すなわち合流比率が予め定めた値、例えばQA:QB=1:0からQA:QB=1:1に達してから、第2段階として可変抵抗式流量調整器9Bは作動させないで、塗布液40Aの液量Lが予め定められた規定量になった塗布液容器である塗布液容器塗布液容器2Aに連通した可変抵抗式流量調整器9Aのみを作動させ、隙間量SBは変化しない状態で隙間量SAを漸次小さくするようにしてもよい。この操作によって、当然可変抵抗式流量調整器9Aを通過する塗布液の流量QAは次第に操作前より低くなるが、それにあわせて隙間量SBが変化しない可変抵抗式流量調整器9Bを通過する塗布液の流量QBは高くなる。その結果、隙間量SAを適切に調整することによって、RA:RB=QA:QBで示される混合比率で塗布液容器2A、2Bの塗布液40Aと塗布液40Bを合流して供給し、塗布液容器2Bの塗布液40Bの混合比率を、上記の予め定めた値、例えばQA:QB=1:1から段階的または連続的にQA:QB=0:1まで上昇させることができる。
以上のように、可変抵抗式流量調整器9A、9Bのいずれか一方を作動させて、隙間量SA、SBのどちらか一方のみを変化させて塗布液40Bの混合比率を上昇させるようにすると、混合比率調整のための制御パラメータが一つとなる。これによって、所定の流量を得るために設定する隙間量SA、SBは、互いが制約されることなく独立して単純に決定することができるので、調整が容易となる。また隙間量SA、SBは独立して操作できるので、隙間量SAの時間に対する変化率と、隙間量SBの時間に対する変化率を、同じにすることも異ならすことも自在に行える。さらに同じ混合比率、すなわちRA:RB=QA:QBを実現する時に、隙間量SA、SBのどちらか一方のみを変化させる時の方が、隙間量SA、SBの変化量が大きくなるので、隙間量SA、SBに対する混合比率の分解能が高くなり、より精密に混合比率を調整することが可能となる。さらにまた、可変抵抗式流量調整器9A、9Bの隙間量SA、SBのどちらか一方を最大量で固定にして、他方のみを変化させる時は、可変抵抗式流量調整器9A、9Bを通過する塗布液40A、40Bの圧力損失は、隙間量SA、SBの両方を変化させるときよりも小さくなる。これにより、塗布液容器2A、2Bへの加圧圧力が同じ時に、より高い速度で混合された塗布液41を定容量ポンプ14に供給することが可能となり、塗布のタクトタイムを短くするとともに、塗布液40Aから塗布液40Bへの切替時間も短くすることができる。このことは、同じ速度で混合された塗布液41を定容量ポンプ14に供給するのに、塗布液容器2A、2Bへの加圧圧力を小さくしてもよいことを意味する。塗布液容器2A、2Bへの加圧圧力を小さくすることで、空気の塗布液40A、40Bへの溶存量を少なくしたり、塗布液容器2A、2Bの耐圧強度を低くして製作コストを低くできるという効果も得られる。
なお、塗布膜形成に用いられる塗布液としては、流動性をもつ液体であれば特に限定されないが、例えば、水や有機溶媒に、高分子材料やガラス、金属などの無機材料を溶解もしくは分散させたものが好適に用いられる。その他着色用ペースト、レジスト用ペースト、表面保護用ペースト、帯電防止用ペースト、あるいは、滑性用ペーストなども好適に使用される。
本発明が適用できる塗布液としては、粘度が1乃至100,000mPa・sのものが好ましく、特に1,000mPa・s乃至50,000mPa・sの高粘度塗布液に対して、本発明は抜群の効果を発揮するものであり、ニュートニアンとなる粘度特性を有する塗布液にも、チキソ性を有する塗布液にも、本発明は適用できる。基板Aとしてはガラスの他にアルミ等の金属板、セラミック板、樹脂板、シリコンウェハー等を用いてもよい。さらに使用する塗布条件としては、基板Aと塗布器18の塗布液吐出口37間の間隔であるクリアランスが30乃至500μm、より好ましくは40乃至300μm、塗布速度が0.1m/分乃至10m/分、より好ましくは0.5m/分乃至6m/分、塗布膜Cの厚さが5〜400μm、より好ましくは20〜300μmである。
以上のような構成の塗布液供給装置1を用いた塗布装置50で塗布を行えば、塗布液の切換えの有無にかかわらず、平均厚みに対する最大偏差が5%以下の高い膜厚精度の塗布膜を容易に得ることができ、かつ、塗布生産を停止させずに塗布液容器を繰り返し際限なく交換することができる。特に隔壁用ペースト等の高粘度の塗布液を用いて均一な塗布膜の形成が要求されるプラズマディスプレイパネル用背面板等のプラズマディスプレイ用部材を製造するための塗布装置や製造装置、に好適に本発明は用いられるが、その他カラー液晶ディスプレイ用カラーフィルターなども含めたディスプレイ用部材を製造するための塗布装置や製造装置にも本発明は用いることができる。
なお上記の実施態様において、塗布器18への塗布液供給手段として用いた定容量ポンプ14は、定容量性を備えた供給手段であるならばいかなるものを用いてもよく、例えば、シリンジポンプ、ギアポンプ、モーノポンプ、ダイヤフラムポンプ等が好ましく適用される。また定容量ポンプの代わりに、塗布液容器2A、2Bに一定圧力を付加して、エアーや窒素ガス等による圧送供給で塗布液を塗布器18に供給してもよい。
また上記実施態様において、塗布器18であるスリットダイでは、特に材質は限定されないが、ステンレス、超硬合金等の金属材料の他、セラミックスや、あるいはこれらの材料に表面処理を施工したものを用いてもよい。特にステンレスは、耐薬品性を有し、安価なため、好適に用いることができる。
以上の実施態様では、ガラス基板などの枚葉被塗布基材に対する塗布を説明したが、フィルム、金属シートや金属箔、紙等の長尺のウエブ(長尺の被塗布基材)への塗布にも、本発明の塗布液供給装置1を適用してもよい。
次に、本発明を、具体的実施例を用いて、さらに説明する。
実施例1:
まず、粘度が22,000mPa・sの塗布液30Lを、塗布液40Aとして塗布液容器2Aに、一方塗布液40Aと同じ組成で粘度が20,000mPa・sの塗布液30Lを、塗布液40Bとして塗布液容器2Bに、それぞれ準備した。塗布器18には、塗布液吐出口37の間隙が500μm、長手方向長さが534mmのものを用いた。そして、図7に示す塗布液供給装置1を用いた塗布装置50で、初めに塗布液容器2A内の塗布液40Aを使用して、塗布厚さ260μm、塗布速度3m/分、塗布器18の塗布液吐出口37とガラス基板間のクリアランス300μmにて、570mm(幅)×964mm(長)のガラス基板上に塗布して、塗布幅534mmで塗布長さが964mmの塗布膜を形成した。そして、塗布後のガラス基板を、塗布装置50から移載機で取り出して、輻射ヒータを用いた乾燥炉に投入し、100℃で20分間乾燥した。乾燥後、塗布開始位置から塗布方向に20mm、482mm、944mmの3ヶ所の位置での、ガラス基板に形成された塗布膜の幅方向膜厚分布を、レーザフォーカス式非接触膜厚計を、ガラス基板幅方向(塗布器18の長手方向)に移動させることで測定した。測定された幅方向膜厚分布の最大偏差を塗布膜厚の平均値で割って百分率(%)で示した幅方向膜厚精度は、いずれも3.5〜4.5%の範囲にあり、目標の5%以下を達成した。次に塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量が少なくなってきたので、図8に示す塗布液容器2Aの塗布液40Aの液量Lごとに定められた流量比RA、RBに基づいて、塗布液40Aと塗布液40Bを混合することにした。事前に、この流量比RA、RBが実現できる可変抵抗式流量調整器9A、9Bの隙間量SA、SBを算出して、表2に示すテーブルを作成した。そして表2に従って、塗布液40Aの液量Lごとに、隙間量SA、SBを変えて塗布液40Aと40Bの混合比率を制御しながら、塗布液40Aを塗布液40Bに切換えた。
まず、粘度が22,000mPa・sの塗布液30Lを、塗布液40Aとして塗布液容器2Aに、一方塗布液40Aと同じ組成で粘度が20,000mPa・sの塗布液30Lを、塗布液40Bとして塗布液容器2Bに、それぞれ準備した。塗布器18には、塗布液吐出口37の間隙が500μm、長手方向長さが534mmのものを用いた。そして、図7に示す塗布液供給装置1を用いた塗布装置50で、初めに塗布液容器2A内の塗布液40Aを使用して、塗布厚さ260μm、塗布速度3m/分、塗布器18の塗布液吐出口37とガラス基板間のクリアランス300μmにて、570mm(幅)×964mm(長)のガラス基板上に塗布して、塗布幅534mmで塗布長さが964mmの塗布膜を形成した。そして、塗布後のガラス基板を、塗布装置50から移載機で取り出して、輻射ヒータを用いた乾燥炉に投入し、100℃で20分間乾燥した。乾燥後、塗布開始位置から塗布方向に20mm、482mm、944mmの3ヶ所の位置での、ガラス基板に形成された塗布膜の幅方向膜厚分布を、レーザフォーカス式非接触膜厚計を、ガラス基板幅方向(塗布器18の長手方向)に移動させることで測定した。測定された幅方向膜厚分布の最大偏差を塗布膜厚の平均値で割って百分率(%)で示した幅方向膜厚精度は、いずれも3.5〜4.5%の範囲にあり、目標の5%以下を達成した。次に塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量が少なくなってきたので、図8に示す塗布液容器2Aの塗布液40Aの液量Lごとに定められた流量比RA、RBに基づいて、塗布液40Aと塗布液40Bを混合することにした。事前に、この流量比RA、RBが実現できる可変抵抗式流量調整器9A、9Bの隙間量SA、SBを算出して、表2に示すテーブルを作成した。そして表2に従って、塗布液40Aの液量Lごとに、隙間量SA、SBを変えて塗布液40Aと40Bの混合比率を制御しながら、塗布液40Aを塗布液40Bに切換えた。
塗布液40Bの混合を開始してからと、塗布液40Bに完全に切換えてから塗布したそれぞれ20枚の基板に対して、乾燥塗布膜の幅方向膜厚精度を同様にして求めたところ、いずれも3.8〜4.5%の範囲にあった。また、幅方向膜厚分布もほとんど差異が認められなかった。以降同様にして塗布液の切換えを逐次行って、合計10,000枚の塗布を行ったが、すべての塗布膜の幅方向膜厚精度は目標の5%以下であった。また、塗布液切換に伴う塗布生産の中断時間はゼロであった。
実施例2:
図8に示す塗布液容器2Aの塗布液40Aの液量Lごとに定められた流量比RA、RBを実現するために、表3に示すテーブルに基づいて、塗布液40A、40Bの混合比率がRA:RB=0.5:0.5=1:1になるまでは、隙間量SAは最大値で隙間量SBのみをゼロから漸次大きくし、塗布液40A、40Bの混合比率がRA:RB=1:1に達してから塗布液40Aの液量Lが0.9Lになるまでは、隙間量SBは最大値で隙間量SAのみを漸次小さくして塗布液を供給した他は、実施例1と全く同様に実施した。
図8に示す塗布液容器2Aの塗布液40Aの液量Lごとに定められた流量比RA、RBを実現するために、表3に示すテーブルに基づいて、塗布液40A、40Bの混合比率がRA:RB=0.5:0.5=1:1になるまでは、隙間量SAは最大値で隙間量SBのみをゼロから漸次大きくし、塗布液40A、40Bの混合比率がRA:RB=1:1に達してから塗布液40Aの液量Lが0.9Lになるまでは、隙間量SBは最大値で隙間量SAのみを漸次小さくして塗布液を供給した他は、実施例1と全く同様に実施した。
隙間量SBのみを漸次大きくし塗布液40Bの混合を開始してからと、塗布液40A、40Bの混合比率がRA:RB=1:1に達して隙間量SAのみ漸次小さくしてからと、塗布液40Bに完全に切換えてからと、で塗布したそれぞれ20枚の基板に対して、乾燥塗布膜の幅方向膜厚精度を同様にして求めたところ、いずれも3.9〜4.3%の範囲にあった。また、幅方向膜厚分布もほとんど差異が認められなかった。以降同様にして塗布液の切換えを逐次行って、合計10,000枚の塗布を行ったが、すべての塗布膜の幅方向膜厚精度は目標の5%以下であった。また、塗布液切換に伴う塗布生産の中断時間はゼロであった。
比較例1:
可変抵抗式流量調整器9A、9Bを塗布液供給装置1から取り外し、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量Lが2Lとなってから、バルブ4Aを閉、バルブ4Bを開にし、塗布器18に供給する塗布液を塗布液40Aから塗布液40Bに一気に切換える以外は実施例1と全く同様にしてガラス基板上に塗布膜を形成して乾燥すると共に、塗布膜の膜厚測定を行った。塗布膜の幅方向膜厚精度は、塗布液40Aのみで塗布していた時は、目標の5%以下であったが、塗布液40Bへの切換えを開始してから20枚目までは、塗布膜の幅方向膜厚精度は7.0〜15.0%となり、目標の5%を越えた。そして塗布液40Bに切換えてから21枚目以降は全て、塗布膜の幅方向膜厚精度は目標の5%以下となった。
可変抵抗式流量調整器9A、9Bを塗布液供給装置1から取り外し、塗布液容器2A内の塗布液40Aの液量Lが2Lとなってから、バルブ4Aを閉、バルブ4Bを開にし、塗布器18に供給する塗布液を塗布液40Aから塗布液40Bに一気に切換える以外は実施例1と全く同様にしてガラス基板上に塗布膜を形成して乾燥すると共に、塗布膜の膜厚測定を行った。塗布膜の幅方向膜厚精度は、塗布液40Aのみで塗布していた時は、目標の5%以下であったが、塗布液40Bへの切換えを開始してから20枚目までは、塗布膜の幅方向膜厚精度は7.0〜15.0%となり、目標の5%を越えた。そして塗布液40Bに切換えてから21枚目以降は全て、塗布膜の幅方向膜厚精度は目標の5%以下となった。
実施例3:
実施例1で塗布膜が形成されたガラス基板を、隣り合った電極間に隔壁が形成されるように設計されたフォトマスクを用いて、露光し、次いで、現像と焼成を行って、ピッチ250μm、線幅50μm、高さ120μm、でストライプ状の1,287本の隔壁を形成した。そして、この隔壁内にR、G、Bの蛍光体ペーストを順次スクリーン印刷によって塗布してから、80℃15分で乾燥し、最後に460℃15分の焼成を行って、プラズマディスプレイの背面板を作製した。得られたプラズマディスプレイの背面板の品質は申し分ないものであった。次に、このプラズマディスプレイの背面板と前面板とを合わせ、封着後、Xe5%、Ne95%の混合ガスを封入し、駆動回路を接続した。以上のようにして得られた10,000枚のプラズマディスプレイを駆動したところ、いずれも欠陥のない良好な画質を有するプラズマディスプレイであることが確認された。
実施例1で塗布膜が形成されたガラス基板を、隣り合った電極間に隔壁が形成されるように設計されたフォトマスクを用いて、露光し、次いで、現像と焼成を行って、ピッチ250μm、線幅50μm、高さ120μm、でストライプ状の1,287本の隔壁を形成した。そして、この隔壁内にR、G、Bの蛍光体ペーストを順次スクリーン印刷によって塗布してから、80℃15分で乾燥し、最後に460℃15分の焼成を行って、プラズマディスプレイの背面板を作製した。得られたプラズマディスプレイの背面板の品質は申し分ないものであった。次に、このプラズマディスプレイの背面板と前面板とを合わせ、封着後、Xe5%、Ne95%の混合ガスを封入し、駆動回路を接続した。以上のようにして得られた10,000枚のプラズマディスプレイを駆動したところ、いずれも欠陥のない良好な画質を有するプラズマディスプレイであることが確認された。
1:塗布液供給装置
2A、2B:塗布液容器
3A、3B:配管
4A、4B:バルブ
5A、5B:配管
6A、6B:気泡抜きバルブ
7A、7B:配管
8A、8B:配管
9A、9B:可変抵抗式流量調整器
10:合流器
11:スタティックミキサー
12:配管
13:吸引用バルブ
14:定容量ポンプ
15:配管
16:吐出用バルブ
17:配管
18:塗布器
19A、19B:液量測定器
20:コントローラー
21A、21B:加圧源
22A、22B:交換ユニット
23:合流配管
24:真空ポンプ
25A、25B:シリンダ
26A、26B:可動シャフト
27A、27B:ボールネジ
28A、28B:連結器
29A、29B:駆動モーター
30A、30B:外面
31A、31B:内面
32:シリンダ
33:ピストン
34:架台
35:シール材
36:塗布液流通路
37:塗布液吐出口
38:マニホールド部
39:スリット部
40A、40B:塗布液
41:混合された塗布液
42:塗布液供給口
50:塗布装置
51:基台
52:ガイドレール
53:ステージ
54:支柱
60:上下昇降装置ユニット
61:保持台
62:昇降台
63:ガイド
64:モーター
65:ボールネジ
70:厚さセンサー
71:支持台
72:制御装置
73:操作盤
101:スリットダイ
102A、102B:塗布液容器
103A、103B:塗布液
104:塗布液供給装置
105:流路切換手段
A:基板
B:ビード
C:塗布膜
L:塗布液40Aの液量
Q、QA、QB:流量
RA、RB:流量比
SA、SB:隙間量
ηA、ηB:粘度
2A、2B:塗布液容器
3A、3B:配管
4A、4B:バルブ
5A、5B:配管
6A、6B:気泡抜きバルブ
7A、7B:配管
8A、8B:配管
9A、9B:可変抵抗式流量調整器
10:合流器
11:スタティックミキサー
12:配管
13:吸引用バルブ
14:定容量ポンプ
15:配管
16:吐出用バルブ
17:配管
18:塗布器
19A、19B:液量測定器
20:コントローラー
21A、21B:加圧源
22A、22B:交換ユニット
23:合流配管
24:真空ポンプ
25A、25B:シリンダ
26A、26B:可動シャフト
27A、27B:ボールネジ
28A、28B:連結器
29A、29B:駆動モーター
30A、30B:外面
31A、31B:内面
32:シリンダ
33:ピストン
34:架台
35:シール材
36:塗布液流通路
37:塗布液吐出口
38:マニホールド部
39:スリット部
40A、40B:塗布液
41:混合された塗布液
42:塗布液供給口
50:塗布装置
51:基台
52:ガイドレール
53:ステージ
54:支柱
60:上下昇降装置ユニット
61:保持台
62:昇降台
63:ガイド
64:モーター
65:ボールネジ
70:厚さセンサー
71:支持台
72:制御装置
73:操作盤
101:スリットダイ
102A、102B:塗布液容器
103A、103B:塗布液
104:塗布液供給装置
105:流路切換手段
A:基板
B:ビード
C:塗布膜
L:塗布液40Aの液量
Q、QA、QB:流量
RA、RB:流量比
SA、SB:隙間量
ηA、ηB:粘度
Claims (10)
- 塗布液を貯える複数の塗布液容器、該複数の塗布液容器から送出される塗布液の量をそれぞれ調整する複数の静的流量調整手段、該複数の静的流量調整手段に連通し、該複数の塗布液容器から送出された塗布液を合流させる合流手段、および該合流手段の下流に配置され、合流後の塗布液を送出する送液手段を有することを特徴とする塗布液供給装置。
- 前記複数の塗布液容器内の塗布液の量を計測する液量測定器と、該液量測定器により測定された液量情報を元に前記複数の静的流量調整手段を制御する制御手段を有する請求項1に記載の塗布液供給装置。
- 前記複数の静的流量調整手段の上流側に、前記複数の塗布液容器からの塗布液の送出を遮断可能な複数の開閉手段と、塗布液に含まれる気泡を排出する複数の気泡排出手段を有する請求項1または2に記載の塗布液供給装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の塗布液供給装置と、吐出口を有する塗布器と、被塗布基材を保持する載置台と、前記塗布器と前記載置台を相対移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする塗布装置。
- 塗布液を送出する塗布液容器内に貯えられた塗布液の量が一定量以下となった際に他の塗布液容器から塗布液を合流させ、該他の塗布液容器からの塗布液の合流比率を段階的または連続的に上昇させることによって、複数の塗布液容器に貯えられた塗布液を順次切換えて送出する塗布液の供給方法であって、各塗布液容器からの塗布液の送出量を、静的流量調整手段を用いて調整することによって塗布液の合流比率を変更することを特徴とする塗布液供給方法。
- 前記静的流量調整手段は複数の塗布液容器ごとに連通して複数配されており、第1段階においては該複数の静的流量調整手段のうち前記他の塗布液容器に連通した静的流量調整手段のみを、それを通過する塗布液の流量が漸次高くなるように作動させ、続く第2段階において、該複数の静的流量調整手段のうち前記塗布液の量が一定量以下となった塗布液容器に連通した静的流量調整手段のみを、それを通過する塗布液の流量が漸次低くなるように作動させる、ことで各静的流量調整手段を通過する塗布液の流量を変化させ、前記他の塗布液容器からの塗布液の合流比率を段階的または連続的に上昇させることを特徴とする請求項5に記載の塗布液供給方法。
- 前記他の塗布液容器から塗布液を合流させる前に、該他の塗布液容器と静的流量調整手段の間に位置する塗布液中に存在する気泡を外部に排出する作業を行うことを特徴とする請求項5または6に記載の塗布液供給方法。
- 請求項5〜7のいずれかに記載の塗布液供給方法を用いて、塗布液を吐出口を有する塗布器に供給し、載置台上に保持されている被塗布基材に向けて該塗布器の吐出口から塗布液を吐出しながら、該塗布器と該載置台を相対移動させて、被塗布基材上に塗布液を塗布する塗布方法。
- 請求項8に記載の塗布方法を用いて被塗布基材上に塗布液を塗布する工程を含むプラズマディスプレイ用部材の製造方法。
- 請求項8記載の塗布方法を用いて被塗布基材上にガラス粉末を含む無機成分とバインダー樹脂を含む有機成分を含むガラスペーストを塗布し、パターン化した後に焼成することによって隔壁を形成することを特徴とするプラズマディスプレイ用背面板の製造方法。
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