JP4899291B2 - コーティング方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面凹凸を有する基材を平滑化するためのコーティング方法に関するものである。

近年、回路基板分野においては、小型化、高機能化の要求が強くなる一方で表面が平滑なものを安価、高速で製造することが求められている。その傾向が強い商品として表示素子用の回路基板がある。直接目に触れる表示素子、例えば近年使用実績の増えてきている液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ELディスプレイ等はガラス板等のセラミックやプラスチックシートが使用されている。

従来、平滑表面を形成するために様々な手法が適用されてきた。例えば基材にガラスを用いる場合、特許文献１および特許文献２に示されるように表面を研磨することにより平滑面を形成する作業が一般的に行われる。これら研磨工程においては表面に微細な傷を形成することが避けられず、また研磨粉等により欠陥部を発生する可能性があった。
また、基材にプラスチックシートを用いる場合には高度な平滑面を有する転写材、例えば銅箔等の金属箔、平滑化処理した鋼板や金属製ロール等を用い、その平滑表面を基材表面に転写する加圧成型の作業が行われる。また、特許文献３および特許文献４に記載されているようなコーティングによる平滑化処理も一般的に行われている。コーティング方式は２種類に大別されるが、輪郭塗工方式においてはベース基材の凹凸をなぞるために下地凹凸を反映した表面凹凸を発生し、平滑塗工方式においてはベース基材の凹凸に起因した膜厚バラツキを生じるため硬化過程において収縮量差により表面凹凸を発生する問題があった。これら特許文献３および特許文献４に提案されるような平滑面形成のための塗工方式は、液状塗工膜での平滑面形成に関するシステムの提案であり、硬化後の表面平滑性にまで言及された提案はなされていないのが現状であった。

特開２００１−０３９７３７ 特開平０７−２４９７１０ 特開２０００−３４９４２３ 特開２００３−８０１３９

本発明は以上のような問題を鑑み、表面凹凸を有する基材に平滑表面を形成するためのコーティング方法を提供するものであり、それにより製造された平滑化シート、ガラス、金属板等を提供し、さらにはそれを使用した表示素子用デバイスをも提供するものである。

本発明者らは、表面凹凸を有する基材にコーティング樹脂を塗工するコーティング方法において、コーティング時は流動性が高い低粘度状態にすることでレベリングによる平滑面形成を行い、表面形成後の塗工膜の樹脂粘度を高粘度化することで流動性を抑制し、平滑面を維持した状態で硬化させるコーティング方法を見出した。

すなわち本発明は、
（１）表面凹凸を有するベース基材に紫外線硬化性の樹脂組成物をコーティングする方法であって、コーティング時は液の温度制御によりレベリング性を向上させた状態で平滑塗工面を形成し、コーティング後は塗工面形状を維持して硬化させる冷却工程を含むコーティング方法。
（２）コーティング時の前記樹脂組成物の粘度が50cPs以下である（１）記載のコーティング方法。
（３）前記冷却処理後の前記樹脂組成物の粘度が3000cPs以上である（１）または（２）記載のコーティング方法。
（４）前記ベース基材として樹脂組成物からなるプラスチックシートもしくは無機充填材と樹脂組成物からなる複合基材を用い、（１）〜（３）記載のコーティング方法によりコーティングされた平滑化シート。
（５）表面凹凸が最大表面粗さで２００nm以下である（４）記載の平滑化シート。
（６）透明である（４）または（５）記載の平滑化シート。
（７）前記ベース基材としてガラスを用い、（１）〜（３）記載のコーティング方法によりコーティングされた平滑化ガラス。
（８）表面凹凸が最大表面粗さで２００nm以下である（７）記載の平滑化ガラス （９）透明である（７）または（８）記載の平滑化ガラス。
（１０）前記ベース基材として金属板を用い、（１）〜（３）記載のコーティング方法によりコーティングされた平滑化金属板。
（１１）表面凹凸が最大表面粗さで２００nm以下である（１０）記載の平滑化金属箔、平滑化金属シートもしくは平滑化金属板。
である。

本発明の方法により得られる製造プロセスは、高い平滑面形成を可能とするコーティング方法の関するものである。更にその平滑基板を利用することにより、高い表示性能と低いコストの回路基材および表示素子用デバイスを得ることができる。

以下に本発明のコーティング方法について説明する。
本発明のコーティング方法において、その対象となるベース基材は熱硬化性もしくは紫外線硬化性の樹脂を使用した樹脂シートおよび無機充填材と樹脂からなる複合シートもしくはガラス板、金属板である。これらの材料は回路基板、特に各種表示素子用の透明／不透明の基板における要求と合致しているものの、表面凹凸を有するために、高機能化に対応しきれなかったものである。
以下にベース基材としてプラスチックシートを用いる場合を主に記載するが特に限定されるものではなく、それ以外のガラス板、金属板等にも同様に適用される。また、用途についても回路基板を主に対象としているがそれ以外に適用しても問題はない。

本特許の発明原理について説明する。
流動性の高い低粘度の樹脂においてレベリング効果を期待し、平滑塗工面を形成する手法は比較的公知とされている。上述の特許文献３および特許文献４に記載されているように、平滑塗工面の形成法は塗工方式の特徴として記述されることが多いが、これらの評価基準は液状塗工表面に留まり、最終的な硬化後まで考慮に入れた提案はされていない。
コーティング液表面がレベリングするための推進力は液の表面張力と静水圧勾配であり、レベリング時に塗工膜内において発生する剪断応力が、式（１）に示される最大剪断応力を超えた場合には樹脂流動が停止するため、それ以降のレベリング効果は期待できない。低粘度の塗工液を用いた場合には発生する剪断応力が小さいため最大剪断応力に達することが少なく、それにより得られる高いレベリング性から平滑面を形成することが可能となる。一方、式（２）に示されるOrchardの理論により下地凹凸、コーティング液粘度、
塗工膜厚における塗工膜表面凹凸の経時変化挙動を把握することができる。塗工膜内において発生する剪断応力が最大剪断応力に達しない場合においても、高粘度になるに従いレベリング時間が必要であることがこの理論より容易に推測され、平滑面形成における低粘度の優位性が証明されている。

低粘度の流動性の高さは高いレベリング性を与える一方で、形成した平滑面を崩しやすいという欠点をもつ。塗工された膜表面が固化するまでには、搬送時に生じる振動や風圧等の様々な外乱を受ける。そのため、流動性が高い状態では一時的に平滑面を形成するが、最終的に平滑面を維持することが困難であった。またレベリング効果により凹凸を有する表面に平滑塗工膜を形成した場合は、その塗工膜厚は必然的にベース表面凹凸に起因した厚みバラツキを有することとなる。この膜厚バラツキは硬化速度のバラツキの発生要因となるために、硬化過程において収縮量が異なるため凹凸を形成することになる。
これらの事象を鑑みて、コーティング後に冷却処理を行うことにより生じる塗工膜の増粘効果を利用し、これを適切なタイミングで行うことによりレベリング速度と増粘速度のバランスを制御することによって、低粘度における高いレベリング性と高粘度における表面形状保持性を両立し、さらには温度影響のない紫外線照射により硬化を行うことで平坦な塗膜表面を形成し、且つ硬化後まで平滑面を保持することが可能となった。

本特許のコーティング樹脂として用いる紫外線硬化性樹脂組成物とは、アクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂等の紫外線により三次元架橋し硬化する樹脂一般を含む組成物を示す。これらは単独でも混合して使用してもよい。このとき硬化促進剤として紫外線照射によりラジカルを発生させうる物質、例えばアリールアルキルケトンや、紫外線照射によりカチオンを発生させうる物質、例えばアリールジアゾニウム塩等を配合しても良い。また、前記紫外線硬化性樹脂組成物に無機充填材を配合した複合材をコーティング樹脂として使用しても良い。

本特許はレベリング性の高い状態でコーティング樹脂を塗工することにより平滑面を形成すること、レベリング後の冷却処理により塗工膜を高粘度化し硬化するまでの流動を抑制することにより平滑面を維持することを特徴としている。コーティング方式はダイ塗工、コンマナイフ、ディッピング、グラビア塗工等があげられるが特に限定するものではない。ただし、常温で高粘度なコーティング液を加温処理により低粘度化して用いるような場合にはダイ塗工など温調制御の比較的安定する塗工方式が望ましく、スプレー方式のように液吐出口から被塗工物までの間に粘度が急変するような方式は望ましくない。レベリング後の冷却方式は塗工膜が薄膜の場合には自然放冷においても冷却現象を発現するが強制冷却により冷却速度をコントロールできる手法を選択するのが望ましい。強制冷却の方法としては、冷却ロールにベース基材に巻かせる直接冷却法や、冷却エアーを利用した冷却環境による非接触法等があげられるが特に限定するものではない。

最大表面粗さとは、測定平面内における最大の凹凸高低差を示す数値である。特に高機能表示素子用基板に要求される２００nmという表面粗さに関しては、測定器による方式の違いにより示す数値が大きく異なることが知られている。そのため、今回規定する表面粗さの数値に関しては光学原理に基づく非接触表面粗さ測定による数値と規定する。

本特許のベース基材に用いるプラスチックシートは例えば前記紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂からなるプラスチックシートを用いることができる。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂等、熱によって三次元架橋し硬化する樹脂一般を示す。これら樹脂は単独でも混合してもよい。また用いる硬化剤及び硬化促進剤を必要とする場合はそれを併用することができる。熱硬化性樹脂として最も好適に使用されるものはエポキシ樹脂である。このとき硬化剤としてアミン系、特にジシアンジアミドと芳香族アミン、テトラメチレンヘキサミン及びフェノールノボラック系硬化剤や酸無水物系硬化剤が使用される。硬化促進剤としてはトリフェニルホスフィン等の有機燐系や、イミダゾール系の窒素系の硬化促進剤が好適に使用される。ベース基材に無機充填材と樹脂組成物との複合シートを用いる際の無機充填材は、粉体状、シート状の形態のものを示す。ここで用いられる粉体状の無機充填材とは、例えば球状、破砕状、鱗片状、棒状等があげられ、シート状の無機充填材とは、例えばガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維、鉱物繊維、等々による織布、不織布、マット類等や、あるいは紙があげられる。これらの無機充填材はは単独もしくは混合して使用してもよい。ベース基材に用いる金属板は銅、アルミ等の各種金属からなり、形態として数μm厚みの金属箔から数mm厚みの
金属プレートを対象としている。電解、圧延等、その製造方法については特に限定しない。ベース基材として最も好適に使用されるものとしてはガラスクロス、ガラス不織布、紙があげられる。

以下に本発明の一実施例を説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
（１）ワニスの調製
脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学工業製 EHPE3150）１００重量部、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸（新日本理化製リッカシドMH-700）７５重量部、テトラフェニルホスホニウムブロマイド（北興化学工業製TPP-PB）０．５重量部を、アセトン１２０重量部と混合してワニスAとした。
（２）ベース基材作製
以下の要領で複合シートを作製した。
厚さ80μmのEガラス系ガラスクロス（日東紡績製 WEA2319）にワニスAをディッピングにて含浸させた。ガラスクロス内にワニスが含浸するのに十分な時間浸漬した後、表面に
2〜3μmの樹脂厚が乗るよう引き上げ速度を調整しながら両面に樹脂を塗布した。含浸／
塗布完了後にオーブン内につるした状態で、１２０℃で５分間処理し、更に２００℃で２時間処理することにより樹脂を硬化させた。その時の最大表面粗さは３２４０nmであった。
（３）コーティング樹脂の調製
以下の要領でコーティング樹脂を調製した。
ジシクロペンタジエニルアクリレート（東亞合成（株）製M-203）５０重量部、ビス〔4-（アクリロイロキシエトキシ）フェニル〕スルフィド（東亞合成（株）製 TO-2066）５０重量部、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル−フェニル−ケトン（チバスペシャリティケミ
カル製 イルガキュア184）０．５重量部を、８０℃で溶融混合してコーティング用樹脂
とした。
コーティング液の粘性係数はパラレルプレート型の粘度計で昇温しながら計測を行った。室温２５℃において３６００cpsであったが、温度８０℃においては３０cpsに低下した。（４）コーティング処理
以下の条件にてコーティング処理を行った。
ダイレクトリバースグラビアコーターを利用して上記ベース基材表面にコーティング樹脂を塗工した。１２０メッシュのピラミッド形状を持つグラビアロールを使用し、グラビアロールおよび液槽バットは８０℃に温度制御した。バックアップロールにはロータリージョイントで設置された水冷ロールを使用し、塗工直後の基材をバックアップロールに巻かせることで冷却処理を行った。バックアップロールは５℃のチラー水を流して温調制御し、グラビアロールの周速度とライン速度の比は１：１．５とした。ベース基材の片面を塗工した後、水銀ランプを用いて紫外線（５００mJ/cm2）を照射してコーティング樹脂を硬化させた。
（５）測定結果
zygo社製光干渉式粗さ計を用いて塗工膜表面の最大表面粗さを測定した。最大表面粗さは１２７nmであった。

（実施例２）
（１）ベース基材の作製
フロート製法で製造された非研磨ソーダライムガラス板をベース基材として用いた。ガラス板の最大表面粗さは４２５nmであった。
（２）コーティング処理
以下の条件にてコーティング処理を行った。
ダイレクトリバースグラビアコーターを利用して上記ベース基材表面に実施例１と同様のコーティング樹脂を塗工した。１２０メッシュのピラミッド形状を持つグラビアロールを使用し、グラビアロールおよび液槽バットは８０℃に温度制御した。バックアップロールにはロータリージョイントで設置された水冷ロールを使用し、また塗工直後の基材は温度制御した金属プレート上にのるようにラインをコントロールした。バックアップロールおよび金属プレートは５℃のチラー水を流して温調制御し、グラビアロールの周速度とライン速度の比は１：１．５とした。ベース基材の片面を塗工した後、水銀ランプを用いて紫外線（５００mJ/cm2）を照射してコーティング樹脂を硬化させた。
（３）測定結果
zygo社製光干渉式粗さ計を用いて塗工膜表面の最大表面粗さを測定した。最大表面粗さは２７nmであった。

（実施例３）
（１）ベース基材の作製
厚み１８μmの電解銅箔をベース基材として用いた。銅箔の最大表面粗さは２３８９nmで
あった。
（２）コーティング処理
以下の条件にてコーティング処理を行った。
ダイレクトリバースグラビアコーターを利用して上記ベース基材表面にコーティング樹脂を塗工した。１２０メッシュのピラミッド形状を持つグラビアロールを使用し、グラビアロールおよび液槽バットは８０℃に温度制御した。バックアップロールにはロータリージョイントで設置された水冷ロールを使用し、塗工直後の基材をバックアップロールに巻かせることで冷却処理を行った。バックアップロールは５℃のチラー水を流して温調制御し、グラビアロールの周速度とライン速度の比は１：１．５とした。ベース基材の片面を塗工した後、水銀ランプを用いて紫外線（５００mJ/cm2）を照射してコーティング樹脂を硬化させた。
（３）測定結果
zygo社製光干渉式粗さ計を用いて塗工膜表面の最大表面粗さを測定した。最大表面粗さは８９nmであった。

（比較例１）
（１）ベース基材の作製
実施例１と同じ要領でベース基材を作製した。
（２）コーティング処理
以下の条件にてコーティング処理を行った。
ダイレクトリバースグラビアコーターを利用して上記ベース基材表面に実施例と同様のコーティング樹脂を塗工した。１２０メッシュのピラミッド形状を持つグラビアロールを使用し、グラビアロールおよび液槽バットは８０℃に温度制御した。バックアップロールにはロータリージョイントで設置された水冷ロールを使用し、塗工直後の基材をバックアップロールに巻かせることで温度制御を行った。バックアップロールは８０℃の温水を流して温調制御し、グラビアロールの周速度とライン速度の比は１：１．５とした。ベース基材の片面を塗工した後、水銀ランプを用いて紫外線（５００mJ/cm2）を照射してコーティング樹脂を硬化させた。
（３）測定結果
zygo社製光干渉式粗さ計を用いて塗工膜表面の最大表面粗さを測定した。最大表面粗さは５３８nmであった。

（比較例２）
（１）ベース基材の作製
実施例１と同じ要領でベース基材を作製した。
（２）コーティング処理
以下の条件にてコーティング処理を行った。
ダイレクトリバースグラビアコーターを利用して上記ベース基材表面に実施例と同様のコーティング樹脂を塗工した。１２０メッシュのピラミッド形状を持つグラビアロールを使用し、グラビアロールおよび液槽バットは８０℃に温度制御した。グラビアロールの周速度とライン速度の比は１：１．５とし、塗工後の温度制御は特に行わなかった。ベース基板の片面を塗工した後、水銀ランプを用いて紫外線（５００mJ/cm2）を照射してコーティング樹脂を硬化させた。
（３）測定結果
zygo社製光干渉式粗さ計を用いて塗工膜表面の最大表面粗さを測定した。最大表面粗さは３９９nmであった。

Claims (4)

1. 表面凹凸を有するベース基材表面に、所定の温度Ａにより加熱した紫外線硬化性樹脂組成物を塗工する工程１と
   前記工程１により樹脂組成物が塗工された基材表面を所定の温度Ｂにより冷却する工程２とを有する表示用デバイス用基板の製造方法であって、
   前記紫外線硬化性樹脂組成物の粘度が、前記温度Ａにおいて５０ｃＰｓ以下であり、かつ
   前記温度Ｂにおいて３０００ｃＰｓ以上であることを特徴とする表示用デバイス用基板の製造方法。
2. 前記ベース基材が樹脂組成物からなるプラスチックシートである請求項1記載の表示用デバイス用基板の製造方法。
3. 前記樹脂組成物が樹脂と無機充填材とを含むものである請求項２記載の表示用デバイス用基板の製造方法。
4. 前記ベース基材がガラス板である請求項1記載の表示用デバイス用基板の製造方法。