CN104786630B - 一种凹印版、其制作方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凹印版、其制作方法及应用。该凹印版包括：基底，其表面对于选定油墨的接触角小于一第一设定阈值；具有弹性的网墙，其形成于基底表面，并具有设定网格结构，且其表面对于选定油墨的接触角大于一第二设定阈值，该第二设定阈值大于或等于该第一设定阈值。其制作方法包括：通过在基底表面施加聚合物，经固化后形成所述网墙。本发明通过在基底上直接打印网墙材料而形成凹印版，可以显著缩短凹印版加工周期，大幅降低制作成本，所获凹印版比传统网穴型凹印版的边缘更光滑，硬度明显降低，所需印刷压力低，从而可避免损坏基底，还可以印刷到刚性材料上，且在使用时可以大幅节约墨水，无需使用刮刀，因而具有更长使用寿命。

Description

一种凹印版、其制作方法及应用

技术领域

本发明具体涉及一种凹印版、其制作方法及应用。

背景技术

印刷电子 (printed electronics) 技术是指采用直接在基板上印刷导体、半导体、介电材料、绝缘材料等电子功能层的方法来制造电子产品的生产工艺。在过去的几十年里，降低成本、提高性价比始终是电子产业不断发展壮大的推动力。而相比较于传统电子行业刻蚀形成电路的减成法（subtractive manufacturing），以印刷为代表的加成法（additive manufacturing）将电子材料成膜与实现图案化两大过程合二为一，具有节约原料、工艺简单、绿色环保（所产生的工业废液少）等优势，而且易于配合新型材料实现大面积柔性器件，更加有利于满足电子产业降低成本、扩大市场的要求。目前印刷电子器件相关研究已经扩展到相当广泛领域的有机器件， 涉及导体、半导体、介电材料、电解质等种类的材料。利用印刷方法生产电子产品可以有效降低生产成本，是目前世界各国的学术机构和企业研究的重点。鉴于传统的印刷工业已经非常成熟，一旦印刷电子产业的瓶颈得到解决，可望在相当短的时间内将电子制造业和印刷业相结合，从而带来电子产品成本的大幅下降和应用领域的极大扩展，并解决目前困扰电子行业的环境和资源问题以及可持续发展问题。

印刷电子的研究领域中，凹版印刷具有结构简单、印刷速度快、油墨兼容性好、厚度调节方便等优势，是目前研究的重点工艺之一。但凹版印刷也存在着一些缺点，其中最突出的两点是凹印版的制作成本较高，以及凹版印刷所需的印刷压力过大。由于传统凹版采用铜版镀铬然后雕刻的工艺，制作成本尤为昂贵，周期也偏长，不利于实验室规模、多样化图案的印刷。另外，传统凹印版具有较高的硬度，为保证这种凹印版能够与待印基底紧密接触从而获得良好的油墨转移效率，在印刷过程中必须采用较大的印刷压力。因此凹版印刷不能用于已涂有易损功能材料的基底印刷，也不适合在刚性的材料上直接印刷图案。

发明内容

本发明提供了一种新型的凹印版及其制备方法和应用，以克服现有技术中的不足。

为了实现上述的目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种凹印版，包括：

基底，其表面对于选定油墨的接触角小于一第一设定阈值，

具有弹性的网墙，其形成于基底表面，并具有设定网格结构，且其表面对于选定油墨的接触角大于一第二设定阈值，该第二设定阈值大于或等于该第一设定阈值。

作为典型实施方案之一，所述基底表面对于水的接触角小于50°。

作为典型实施方案之一，所述网墙表面对于水的接触角在70°以上。

进一步的，所述网墙可由一种以上聚合物组成。

进一步的，所述网墙可以为规则网格和/或随机网格构成的网墙。

作为典型实施方案之一，所述凹印版的宽深比为1.5~20。

进一步的，用以形成所述基底的材料包括无机氧化物、金属、玻璃或者聚合物。

一种凹印版的制作方法，包括如下步骤：

S1：提供一基底，且使该基底表面对于选定油墨的接触角小于一第一设定阈值；

S2：在所述基底表面施加一种以上聚合物，经固化后形成具有设定网格结构的网墙，并使该网墙表面对于选定油墨的接触角大于一第二设定阈值，

其中，该第二设定阈值大于或等于该第一设定阈值。

作为可行实施方案之一，步骤S1可以包括：将所述基底充分清洗后，采用气体吹干，再进行等离子处理、电晕处理或者酸浸泡处理，至所述基底表面对于选定油墨的接触角小于一第一设定阈值。

作为较佳实施方案之一，步骤S2可以包括：采用气流喷印设备将一种以上聚合物打印到所述基底表面，形成所述网墙，

并且，在气流喷印过程中，该一种以上聚合物雾化生成的雾滴直径小于10微米，且该一种以上聚合物的雾滴会聚而成的液流直径小于200微米。

一种印刷方法，包括：采用精确注墨设备在前述凹印版的网穴内加入选定油墨，并使分布在网墙上的油墨因基底表面与网墙表面的高度差以及基底表面与网墙表面的表面能差异而完全移入网穴，而后开始印刷操作；

其中，所述凹印版的基底的表面对于选定油墨的接触角小于一第一设定阈值，而网墙表面对于选定油墨的接触角大于一第二设定阈值，该第二设定阈值大于或等于该第一设定阈值。

进一步的，所述精确注墨设备可选自但不限于移液枪，注射器，微量进样器，点胶机，喷墨打印设备或气流喷印设备。

相比于现有技术，本发明的有益效果主要体现在：

（1）本发明通过在基底上直接打印网墙材料而形成凹印版，可以显著缩短凹印版的加工周期，并大幅降低其制作成本，且所获凹印版比传统网穴型凹印版的边缘更加光滑；

（2）本发明所获凹印版主要由聚合物组成，硬度较传统凹版明显降低，所需印刷压力也相应降低，从而可避免损坏基底，还可以印刷到刚性材料上；

（3）本发明凹印版在使用时，因基底表面和所打印的网墙具有显著的表面能差异，可以保证油墨能够集中在网穴内，并且，通过采用精确注墨还可以大幅节约墨水的使用，以及避免油墨重复使用中可能存在的污染；

（4）本发明凹印版在使用时，无需使用刮刀，可以减少低硬度网墙的磨损，延长凹版的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中网墙的结构示意图；

图2是本发明实施例1中的平面凹版印刷原理图。

具体实施方式

本发明的一个方面提供了一种凹印版，其主要由基底和网墙组成，其中，网墙系由一种或多种聚合物材料等形成，因此硬度较低，或者，也可理解为其具有一定的弹性，如此，使得其在应用时所需印刷压力也相应降低，从而可避免损坏基底，还可以印刷到刚性材料上；并且，基底表面对于选定油墨的接触角小于一第一设定阈值，而网墙表面对于选定油墨的接触角大于一第二设定阈值，该第二设定阈值大于或等于该第一设定阈值，换言之，基底表面和网墙表面具有显著表面能差异，再因网墙表面与基底表面还存在高度差，可以保证在印刷过程中，油墨能够自动集中在网穴内，而无需采用其它辅助手段移除被施加到网墙表面的油墨，节约成本，简化操作，并减少网墙的磨损。

前述网墙具有设定网格结构，其与待印刷的图案相应，更为具体的讲，该网格结构包括从基底表面突起的部分，这些突起部分之间分布有前述的网穴，各网穴的底端面与基底表面重合。

作为较为典型的实施例之一，当所采用的油墨系水性体系时，可以使所述基底表面对于水的接触角小于50°，而使所述网墙表面对于水的接触角在70°以上。

前述网格结构可以为规则网格和/或随机网格。

作为典型实施方案之一，所述凹印版的宽深比为1.5~20。

前述基底可以由习见的各类材料构成，例如无机氧化物、金属、玻璃或者聚合物等。

本发明的另一个方面提供了一种凹印版的制作方法，其主要包括：

S1：提供一基底，且使该基底表面对于选定油墨的接触角小于该第一设定阈值；

S2：在所述基底表面施加一种以上聚合物，经固化后形成具有设定网格结构的网墙，并使该网墙表面对于选定油墨的接触角大于该第二设定阈值。

作为其中较为典型的实施案例之一，该凹印版的制作方法具体可以包括：

S1：提供一基底，且所述基底表面的水接触角小于50°；

S2：在S1所述基底一侧表面打印聚合物或多种聚合物组合，且形成网墙；

S3：对S2中的网墙进行固化处理，形成凹印版。

其中，步骤S1中可以采用表面改性的方式增加所述基底的表面能，例如，可以采用以下步骤：

步骤1：将所述基底先后浸泡在乙醇、异丙醇和水中各超声10-30分钟；

步骤2：将经过步骤1处理后的基底取出，采用氮气吹干；

步骤3：对步骤2中处理后的基片进行等离子处理、电晕处理或者酸浸泡处理。

进一步的，步骤S2中可以采用气流喷印设备打印聚合物或多种聚合物组合材料。

进一步的，步骤S2中，气流喷印设备将聚合物或多种聚合物组合材料雾化生成的细小雾滴直径小于10微米，且所述聚合物或多种聚合物组合材料雾滴会聚而成的液流直径小于200微米。

进一步的，前述聚合物可以利用业界习知的多种方式固化，例如，可以通过加热去除溶剂实现固化，也可以通过光波催化实现固化（例如紫外光固化商品化UV胶）。

本发明的又一个方面还提供了一种印刷方法，包括：采用精确注墨设备在前述凹印版的网穴内加入选定油墨，并使分布在网墙上的油墨因基底表面与网墙表面的高度差以及基底表面与网墙表面的表面能差异而完全移入网穴，而后开始印刷操作。

在前述印刷过程中，无需刮刀等设备。

进一步的,所述精确注墨设备可以将指定体积油墨准确加入到指定的网穴位置，其可采用但不限于移液枪，注射器，微量进样器， 点胶机，喷墨打印设备，气流喷印设备中的一种。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，以使本发明创新实质便于理解，但这些相关的实施例说明并不构成对本发明使用范围的限制。

实施例1 将出厂前已经清洁处理的商品化PET切割成12厘米长、8厘米宽的形态作为基底，去除PET上面的保护膜并对PET进行电晕处理，以增加PET膜的浸润性。然后利用气流喷印设备在PET上打印UV固化油墨，气流喷印设备打印UV油墨的起雾功率调节为30-50W以得到良好的起雾效果，打印图案可由CAD等绘图软件预先绘出，如图1所示。选择100微米、150微米、200微米中的一种喷头，获得线宽为10-40微米的UV油墨网墙11，根据不同的需求选择不同的打印次数，使网墙的高度在5-15微米可自行调节，通过控制送雾气流和环绕气流的比例，使网墙附近没有散点和多余的UV油墨，图案打印完成后利用300-450nm波段的紫外光将UV胶固化30s-3min。这样就完成了凹印版的制作。其中网墙材料的水接触角大于70度，而PET部分的水接触角小于40度，表面能差异明显。

将PET膜制作的凹印版固定在平面凹版印刷设备上，利用该设备在聚酰亚胺薄膜上印刷商品化银墨水。首先将事先清洁过的聚酰亚胺薄膜固定在压辊22上，调整压辊与凹印版21的上下距离。然后使用点胶机往凹印版的图案区域精确注入0.05-0.2 ml的金属银墨水，使油墨填满所有图案区域的网穴12，随即开动设备使聚酰亚胺薄膜与填有油墨的凹印版快速接触然后分离，得到所需的凹版印刷样品，印刷原理如图2所示。其中凹版印刷的速度为5-60 米/秒。

实施例2 将玻璃切割成3厘米长、3厘米宽的形态作为基底，玻璃先后浸泡在乙醇、异丙醇和水中各超声10-30分钟，取出用高纯氮气吹干，然后进行plasma处理（功率为100W，时间为2-5min），改变玻璃表面的表面能。然后利用气流喷印设备在玻璃上打印PMMA网墙，PMMA浓度为5-20mg/ml,溶剂为乙酸乙酯、丙酮、氯仿中的一种。使用CAD等软件绘制凹印版的图案，调节气流喷印设备的起雾功率、送雾气流和环绕气流，保证气流喷印设备打印的PMMA网墙平整度较高，通过选择不同的打印喷头和设置不同的打印次数，使凹印版的宽深比为1.5-20 凹槽深度为5-15微米。打印PMMA完成及制作凹印版完成。

使用气流喷印设备将PEDOT:PSS墨水精确注入到凹印版的凹槽中，然后将玻璃凹印版放入带有3*3cm凹槽的基底上，调整压辊与凹印版的距离，凹版印刷机不装刮刀，直接可进行印刷，以上是使用玻璃制作凹印版并进行印刷的过程。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种印刷方法，其特征在于包括：

提供凹印版，包括：

基底，其表面对于选定油墨的接触角小于一第一设定阈值，

由一种以上聚合物组成的、具有弹性的网墙，其形成于基底表面，并具有设定网格结构，且网墙表面对于选定油墨的接触角大于一第二设定阈值，该第二设定阈值大于或等于该第一设定阈值；

采用精确注墨设备在所述凹印版的网穴内加入选定油墨，并使分布在网墙上的油墨因基底表面与网墙表面的高度差以及基底表面与网墙表面的表面能差异而完全移入网穴，而后开始印刷操作。

2.根据权利要求1所述的印刷方法，其特征在于：所述基底表面对于水的接触角小于50°，而所述网墙表面对于水的接触角在70°以上。

3.根据权利要求1所述的印刷方法，其特征在于：所述网墙为规则网格和/或随机网格构成的网墙。

4.根据权利要求1所述的印刷方法，其特征在于：所述凹印版的宽深比为1.5～20。

5.根据权利要求1所述的印刷方法，其特征在于：用以形成所述基底的材料为无机氧化物。

6.根据权利要求1所述的印刷方法，其特征在于：用以形成所述基底的材料为金属或玻璃。

7.根据权利要求1所述的印刷方法，其特征在于：用以形成所述基底的材料为聚合物。

8.根据权利要求1所述的印刷方法，其特征在于，所述凹印版的制作方法包括如下步骤：

S1：提供一基底，且使该基底表面对于选定油墨的接触角小于一第一设定阈值；

S2：在所述基底表面施加一种以上聚合物，经固化后形成具有设定网格结构的网墙，并使该网墙表面对于选定油墨的接触角大于一第二设定阈值。

9.根据权利要求8所述的印刷方法，其特征在于，步骤S1包括：将所述基底充分清洗后，采用气体吹干，再进行等离子处理、电晕处理或者酸浸泡处理，至所述基底表面对于选定油墨的接触角小于一第一设定阈值。

10.根据权利要求8所述的印刷方法，其特征在于，步骤S2包括：

采用气流喷印设备将一种以上聚合物打印到所述基底表面，形成所述网墙，

并且，在气流喷印过程中，该一种以上聚合物雾化生成的雾滴直径小于10微米，且该一种以上聚合物的雾滴会聚而成的液流直径小于200微米。

11.根据权利要求1所述的印刷方法，其特征在于：所述精确注墨设备选自移液枪、注射器、微量进样器、点胶机或喷墨打印设备。

12.根据权利要求1所述的印刷方法，其特征在于：所述精确注墨设备选自气流喷印设备。