JP2005126608A

JP2005126608A - 精密パターニング用インキ組成物

Info

Publication number: JP2005126608A
Application number: JP2003365052A
Authority: JP
Inventors: Hidejiro Ono; 秀次郎小野; Masahiro Meshii; 昌弘飯井; Yoshinori Katayama; 嘉則片山; Jin Nanimoto; 仁何本; Masanori Kasai; 正紀笠井
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd; Mitsumura Printing Co Ltd
Current assignee: DIC Corp; Mitsumura Printing Co Ltd
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: JP4828791B2

Abstract

【課題】凸版反転印刷法によって微細で精密な印刷パターンを形成する際に、インキ組成物がブランケット上で均一なインキ皮膜を形成できるような粘度、表面エネルギーを有し、凸版との接触によって印刷パターンが形成されるまでに、完全な印刷パターンがブランケット上に形成できるような乾燥性、粘着性、凝集力が発現され、さらにブランケット上のインキ塗膜が完全に被印刷基材上に転写できるような粘着性、凝集力を具えた精密パターニング用インキ組成物を得る。
【解決手段】インキ粘度が５ｍＰａ・ｓ以下、表面エネルギーが２５ｍＮ／ｍ以下である精密パターニング用インキ組成物であり、揮発性溶剤と、この揮発性溶剤に可溶な樹脂と、この揮発性溶剤に不溶な固形成分を含有し、揮発性溶剤が速乾性溶剤と遅乾性溶剤の混合物であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、ブランケットを介した凸版反転印刷法により微細で精密な印刷パターンを被印刷基材上に形成する際に、好適に使用できるインキ組成物に関する。

本出願人は、微細で精密な印刷パターンをガラス基板やプラスチック基板などの被印刷基材上に効率的に低コストで形成する方法として、凸版反転印刷法を提案してきた（特許文献１参照）。

この凸版反転印刷法とは、図１（ａ）に示すように、まずインキ塗布装置１によりブランケット２の表面に均一な厚みのインキ塗膜３を形成する。ついで、図１（ｂ）に示すように、表面に均一なインキ塗膜３が形成されたブランケット２の表面を凸版３に押圧、接触させ、凸版４の凸部の表面に、ブランケット２表面上のインキ塗膜３の一部を付着、転移させる。これによりブランケット２の表面に残ったインキ塗膜３には印刷パターン（画像）が形成されることになる。ついで、図１（ｃ）に示すように、この状態のブランケット２をガラス板、プラスチックシートなどの被印刷基材５の表面に押圧して、ブランケット２上に残ったインキ塗膜３を転写し、この被印刷基材５上に転写されたインキ塗膜３を乾燥する方法である。

このような凸版反転印刷法を利用して微細で精密な印刷パターンを形成する際、これに使用されるインキ組成物には、インキ塗布装置１によるブランケット２への塗布、ブランケット２から凸版３へのインキ塗膜３の転移、ブランケット２から被印刷基材５へのインキ塗膜３の転写の各プロセスにおいて、適切なインキ転移性を保持する必要がある。
凸版反転印刷法では、まず、インキ組成物がインキ塗布装置１によりブランケット２上に均一に塗布されねばならない。凸版反転印刷法では、通常インキ反発性の高いシリコーンゴムをブランケット２表面に採用するが、このシリコーンゴム表面に薄膜で平滑かつ均一なインキ塗膜３を形成するためには、インキ組成物の粘度、表面エネルギー、乾燥性を適切にコントロールする必要がある。

さらに、次のプロセスにおいて、ブランケット２上のインキ塗膜３は、接触する凸版４の凸部にそのパターン形状通りに完全に転移しなければならない。このためには、ブランケット２に塗布された後、インキ塗膜３の粘度が適度に上昇し、ブランケット２上のインキ塗膜３が適切な粘着性と凝集力を保持する必要がある。さらに、最終プロセスでの被印刷基材５への転写のプロセスにおいては、ブランケット２上にパターニングされたインキ塗膜３全体が、完全に被印刷基材５に転移しなければならない。このためには、パターニング後のインキ塗膜３が、転写に適した適切な粘着性と凝集力を保持する必要がある。
特開２００１−５６４０５号公報

よって、この発明における課題は、インキ組成物がブランケット上で均一なインキ皮膜を形成できるような粘度、表面エネルギーを有し、凸版との接触によって印刷パターンが形成されるまでに、完全な印刷パターンがブランケット上に形成できるような乾燥性、粘着性、凝集力が発現され、さらにブランケット上のインキ塗膜が完全に被印刷基材上に転写できるような粘着性、凝集力を具え、凸版反転印刷法によって、微細で精緻で忠実な印刷パターンが被印刷基材上に形成できる精密パターニング用インキ組成物を得ることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１の発明は、ブランケット表面に形成された均一なインキ塗膜を凸版にて画像化し、これを被印刷基材上に転写して精密パターンを被印刷基材上に印刷する凸版反転印刷法に用いられるインキ組成物において、インキ粘度が５ｍＰａ・ｓ以下、表面エネルギーが２５ｍＮ／ｍ以下である精密パターニング用インキ組成物である。
請求項２の発明は、揮発性溶剤と、この揮発性溶剤に可溶な樹脂と、この揮発性溶剤に不溶な固形成分を含有し、揮発性溶剤が速乾性溶剤と遅乾性溶剤との混合物である請求項１に記載の精密パターニング用インキ組成物である。

請求項３の発明は、速乾性溶剤が、沸点１００℃以下のエステル系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤及び炭化水素系溶剤のいずれか１つ以上であり、この速乾性溶剤がインキ組成物中、５〜９０質量％含有されている請求項２に記載の精密パターニング用インキ組成物である。
請求項４の発明は、遅乾性有機溶剤が、沸点１６０℃以上のエステル系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤及び炭化水素系溶剤のいずれか１つ以上であり、この遅乾性溶剤がインキ組成物中５〜９０質量％含有されている請求項２に記載の精密パターニング用インキ組成物である。

請求項５の発明は、樹脂と固形成分との質量比率が１：５０から２：１の範囲にある請求項２ないし４のいずれかに記載の精密パターニング用インキ組成物である。
請求項６の発明は、表面エネルギー調整剤としてフッ素系界面活性剤を含有する請求項２ないし５のいずれかに記載の精密パターニング用インキ組成物である。

かかる発明特定事項により、本発明の精密パターニング用インキ組成物にあっては、ブランケット上で均一なインキ皮膜が形成でき、凸版との接触によって印刷パターンが形成されるまでに、完全な印刷パターンがブランケット上に形成できる。また、ブランケット上のインキ塗膜が完全に被印刷基材上に転写でき、凸版反転印刷法により微細で精緻で忠実な印刷パターンが被印刷基材上に形成できる。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の精密パターニング用インキ組成物は、凸版反転印刷法に用いられ、その温度２５℃での粘度が５ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは０．５〜５ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは１〜３ｍＰａ・ｓのものである。
また、その表面エネルギーが２５ｍＮ／ｍ以下、好ましくは１０〜２５ｍＮ／ｍ、さらに好ましくは１５〜２５ｍＮ／ｍのものである。
本発明でのインキ組成物の粘度は、市販のコーンプレート型回転粘度計（例えば、東機産業（株）製ＴＶ−２０Ｌなど）によって測定された値で表示する。また、表面エネルギーは、市販の自動表面張力計（例えば、協和界面化学（株）製ＣＢＹＰ−Ａ３など）を使用して求められる。

インキ組成物の粘度が５ｍＰａ・ｓを超える場合、インキ塗布装置からブランケットへの塗布が均一に行われず、ブランケット上のインキ塗膜の膜厚が一定しない。この場合、膜厚の薄い部分と厚い部分とでは揮発性溶剤の揮発によるインキ粘度の上昇に差が生じるため、その後のインキ塗膜の転移性に影響し、均一なインキ塗膜の転移が難しい。また、均一なインキ塗膜の転移が可能であったとしても、形成された精密パターンはパターンの膜厚やパターン構成材料の濃度にむらがでるという欠陥を有する。
インキ組成物の粘度が５ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは２．５ｍＰａ・ｓ以下の場合は、インキ塗布装置からブランケットへの塗布が均一に行われ、ブランケット上に均一なインキ塗膜を形成することができる。

また、インキ組成物の表面エネルギーもブランケットへのインキ組成物の塗布に影響を与える因子であり、ブランケットの表面エネルギーよりもインキ組成物の表面エネルギーが小さいことが必要になる。インキ組成物の表面エネルギーがブランケットの表面エネルギーよりも高いとインキ組成物の濡れが悪くなり、表面エネルギーが２５ｍＮ／ｍを超える場合は、ブランケット上でインキ組成物のはじきが発生し、正確なパターンを再現することができない。
したがって、粘度が５ｍＰａ・ｓ以下、かつ、表面エネルギーが２５ｍＮ／ｍ以下に調整されたインキ組成物が好適に用いられる。

このような粘度および表面エネルギーを示す精密パターニング用インキ組成物は、その配合組成として、揮発性溶剤と、この揮発性溶剤に可溶な樹脂と、この揮発性溶剤に不溶な固形成分を必須成分として含むものである。そして、この揮発性溶剤には、速乾性溶剤と遅乾性溶剤との混合物が用いられる。
この配合組成により、ブランケット上に形成されたインキ塗膜がこれ以降の各プロセスにおいて適切にブランケットから凸版およびブランケットから被印刷基材に転移するための適度な乾燥性と粘着性と凝集力が発現する。

揮発性溶剤およびこれに可溶な樹脂は、ブランケットに塗布されたインキ塗膜が時間経過に伴い増粘し、粘着性を帯びるために必須である。
また、揮発性溶剤に不溶な固形成分は、樹脂と共に粘着性のインキ塗膜を形成し、その凝集力を調節するために必須である。また、同時に精密パターンを形成する目的に応じて、その必要な機能を発現する材料でもある。例えば、カラーフィルターを製造する目的であれば、顔料等の着色剤がこれに該当する。また、例えば、導電性パターンを形成する目的であれば、金、銀、アルミニウム等の粉末状の導電性材料がこれに該当する。また、例えば、蛍光発色基板を形成する目的であれば、蛍光発色剤等がこれに該当する。

揮発性溶剤は、ブランケット上のインキ塗膜の粘着性を印刷速度に対応して適切に保持するため、乾燥速度の速い速乾性溶剤と乾燥速度の遅い遅乾性溶剤とを組み合わせて用いる。
樹脂は、精密パターンを形成する目的に応じて、その必要な機能を有する材料であり、使用する溶剤に可溶であれば好適に用いることができる。例えば、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂等の１種又は２種以上の混合物が用いられる。また、ラジカル型紫外線硬化型樹脂、カチオン型紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂なども使用することも可能である。

この樹脂の代表的なものを以下に例示する。
ポリエステル系樹脂：「２５Ｘ１８９２」大日本インキ化学工業（株）製
アクリル樹脂：「アクリディックＡ−３４５」大日本インキ化学工業（株）製
エポキシ系樹脂：「エピクロンＰ−４１５」大日本インキ化学工業（株）製、「エピコート８２８」、エピコート１００１」、エピコート１００４」ジャパンエポキシレジン（株）製
メラミン系樹脂：「メランＸ８１」日立化成工業（株）製、「サイメル３０３」三井サイテック（株）製
ベンゾグアナミン系樹脂：「ユーバン２１Ｒ」三井化学（株）製
エポキシメラミン系樹脂：「ＴＣＭ−０１メジューム」大日本インキ化学工業（株）製
ポリエステルメラミン系樹脂：「９９Ｘ０２０７」大日本インキ化学工業（株）製

速乾性溶剤として、沸点１００℃以下のエステル系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤及び炭化水素系溶剤のいずれか１つ以上が用いられ、この速乾性溶剤は全インキ組成物中、５〜９０質量％、好ましくは１０〜６０質量％、さらに好ましくは２０〜４０質量％含有されることが好ましい。
この速乾性溶剤は、ブランケット上にインキ塗膜が形成される時には、インキ組成物が良好な流動性を有するために必要であり、その後、凸版にて画像化されるまでにその大部分が大気中に揮発またはブランケットに吸収されることで、インキ塗膜の粘度を上昇させ、転移に適切な粘着性を付与する。また、その配合量は、凸版反転印刷法の印刷速度や印刷順序によって、５〜９０質量％の範囲で調整される。充分な量の速乾性溶剤が用いられない場合、ブランケット上のインキ塗膜が充分に乾燥せず、インキ塗膜の凝集破壊による部分的転移や、逆にインキ塗膜の粘着性が強すぎて凸版の凸部周囲のインキも同時に転移する現象などにより、ブランケット上に良好な画像が形成されないなどの不具合が生じる。また、速乾性溶媒が過剰になるとブランケット上でインキ塗膜が乾燥しすぎて凸版に転移しないため好ましくない。

この速乾性溶剤は、樹脂の溶解性を考慮し選択されるが、例として次に挙げられるものが用いられる。エステル系溶剤として、酢酸エチル、酢酸ノルマルプロピル、酢酸イソプロピル、アルコール系溶剤として、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、炭化水素系溶剤として、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。またこれらは、それぞれの系内及び複数の系の混合物でもよい。中でも、酢酸イソプロピルや、エタノール及び２―プロパノールが、その蒸発速度や表面張力から見て好ましい。

遅乾性溶剤として、沸点１６０℃以上のエステル系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤及び炭化水素系溶剤のいずれか１つ以上が用いられ、この遅乾性溶剤は全インキ組成物中、５〜９０質量％、好ましくは３０〜７０質量％、さらに好ましくは４０〜６０質量％含有されることが好ましい。
この遅乾性溶剤は、凸版によりブランケット上に画像形成されたインキ塗膜が最終的に被印刷基材上に転写されるまでの間、ある程度インキ塗膜中に残留することで、インキの粘度が過度に上昇することを防ぎ、転写に必要な適度な粘着性および凝集力を保持するために用いられる。
また、その配合量は、凸版反転印刷法の印刷速度や印刷順序によって、５〜９０質量％の範囲で調整される。充分な量の遅乾性溶剤が用いられない場合、ブランケット上のインキ塗膜が乾燥し過ぎるため、凸版へインキ塗膜が転移せず、ブランケット上に良好な画像が形成されないなどの不具合が生じる。また、過剰になるとブランケット上のインキ塗膜が乾燥しすぎて凸版に転移しないため好ましくない。

この遅乾性溶剤は、樹脂の溶解性を考慮して選択されるが、例として次に挙げられるものが用いられる。エステル系溶剤として、酢酸ノルマルブチル、酢酸イソブチル、乳酸エチル、ソルフィットアセテート、プロピレングリコールモノメチルアセテート（ＰＧＭＡｃ）、プロピレングリコールモノエチルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、エトキシエチルプロピオネート（ＥＥＰ）、ソルフィットＡＣ（３メトキシ−３メチル−ブチルアセテート商品名（株）クラレ製）、アルコール系溶剤として、１−ブタノール、ダイヤドール１３５（三菱レイヨン（株）製）、１−ヘキサノール、エーテル系溶剤として、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルアセテート、炭化水素系溶剤として、ソルベッソ１００、ソルベッソ１５０（商品名エクソン化学（株）製）が挙げられる。またこれらは、それぞれの系内及び複数の系の混合物でもよい。中でも、ＰＧＭＡｃ、ＰＧＭ及びダイヤドール１３５（三菱レイヨン（株）製）が、その蒸発速度や表面張力から見て好ましい。

インキ塗膜の各プロセスにおける転移に必要な適度な粘着性および凝集力を保持し、正確なパターン形成を可能とするために、揮発性溶剤に可溶な樹脂と、揮発性溶剤に不溶な固形成分の質量比率が１：５０〜２：１、好ましくは１：２０〜１：１の範囲で用いることが好ましい。
樹脂の比率がこの範囲よりも高すぎる場合は、インキ塗膜の造膜性が強すぎて凸版の凸部周囲のインキ塗膜も同時に転移する現象が起きやすい。また、樹脂の比率が低すぎる場合は、固形成分の被印刷基材への固着が不十分となり、印刷物の耐性が不足する。

また、インク組成物の表面エネルギーを２５ｍＮ／ｍ以下とするために、表面エネルギー調整剤を添加することができる。この表面エネルギー調整剤としては、例えば、メガファックＦ−４７０、メガファックＦ−４７２、メガファックＦ−４８４（以上、商品名大日本インキ化学工業（株）製）などのフッ素系界面活性剤が好適に用いられる。この表面エネルギー調整剤は、全インキ組成物中０．０５〜５．０質量％、好ましくは０．１〜１．０質量％含有される。これにより、ブランケットへのインキ塗布時に、塗布されたインキ塗膜の平滑性が向上しより均一な皮膜が得られる。但し、この添加量範囲外で量が少ないと、ブランケット上でのインキはじきが発生したり、インキ塗膜が均一にならずムラが生じたりして好ましくなく、量が多すぎると、被印刷基材上へ転写後、インキ塗膜中の表面エネルギー調整剤が被印刷基材とインキ塗膜との密着性を阻害する不具合が生じて好ましくない。

本発明の精密パターニング用インキ組成物では、上述の樹脂、固形成分、速乾性溶剤、遅乾性溶剤の必須成分以外に、表面エネルギー調整剤、顔料分散剤、消泡剤、被印刷基材への接着付与剤などの各種添加剤を適宜適量配合することができる。
また、全インキ組成物中の各必須成分の配合比は、質量表示で、樹脂１〜１０％、好ましくは３〜７％で、固形成分５〜２０％、好ましくは７〜１５％で、速乾性溶剤１０〜６０％、好ましくは２０〜４０％で、遅乾性溶剤３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％とされる。
さらに、このような組成のインキ組成物の製造は、固形成分、樹脂、有機溶剤および顔料分散剤を、ビーズミルなどの一般的な分散機を用いて用途に対応した最適な分散状態まで分散し、これにさらに樹脂、有機溶剤および各種添加剤を混合後、粗大粒子を濾過して行われる。

また、この精密パターニング用インキ組成物では、ブランケットに対する膨潤量が１００ｍｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは４０〜９０ｍｇ／ｃｍ^３の範囲とされることが望ましい。この膨潤量とは、インキ組成物をブランケットに塗布した際に、インキ組成物中に含まれる有機溶剤がブランケット表面に浸透し、ブランケットの表面がこの浸透した有機溶剤で膨潤する度合いを示すものである。この値は、インキ組成物中の有機溶剤が凸版と接触するまでの間にブランケット表面に吸収される量に関係するとともにブランケットの表面がこの吸収された有機溶剤によって膨潤し、適切なインキ塗膜の剥離性、転移性を得るためにも関係する。

この膨潤量の具体的な測定法は、面積５０ｃｍ^２、厚さ０．５ｍｍのブランケット材にインキ塗膜が１０μｍとなるようにバーコーターを用いて塗布し、１分後に粘着紙などで剥がし取る。この塗布、拭き取りの操作を同じブランケット材に対して１０回繰り返し、最終的なブランケット材の重量増加から膨潤量を算出し、これをブランケット材の体積で除して膨潤量とするものである。この膨潤量が１００ｍｇ／ｃｍ^３を超えると、ブランケット表面のシリコーンゴム層とこれを支える支持層の間で剥離が生じ、平滑性が失われたりして良好な画像が得られなくなる。

また、この精密パターニング用インキ組成物にあっては、ブランケット表面に対する接触角が３５°以下、好ましくは２５〜３５°とされることが望ましい。ブランケットの表面材料は通常シリコーンゴムから構成されており、このシリコーンゴムに対してインキ組成物が良好に付着し、均一なインキ塗膜が形成されるために３５°以下とすることが望ましい。接触角の測定は、市販の自動接触角計（例えば、協和界面化学（株）製ＣＡ−Ｗ１５０など）を用いで行われる。

以下、具体例を示す。
表１に示す配合組成（重量部）のインキ組成物を作製し、その２５℃における粘度、表面エネルギー、接触角、膨潤量、ブランケットの表面状態（インキ組成物が付着した後の表面の凹凸の有無）、濡れ性（ブランケット表面に対するインキ組成物の濡れ性）、吐出性（インキ塗布装置からのインキ組成物の吐出性）、初期転移適性（ブランケットから凸版へのインキ塗膜の転移性）、最終転写性（ブランケットから被印刷基材へのインキ塗膜の転写性）、パターン適性（被印刷基材上に形成された画像品質）を評価した。
ここでのブランケットとしては、厚さ０．５ｍｍのシリコーンゴムとこれを支持する複数の支持層を有したもの（（株）金陽社製）を用いて、これらの測定を行った。各測定方法は先に述べたとおりである。

表１において、配合量はすべて有効成分量（固形分）で表示した。
表１において、
「ＦＡＳＴＯＧＥＮＧＲＥＥＮ２ＹＫ」：大日本インキ化学工業（株）製Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６
「ＥＸＣＥＤＩＣＧＲＥＥＮ０３５８」：大日本インキ化学工業（株）製顔料分散体、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６
「２５Ｘ１８９２」：大日本インキ化学工業（株）製ポリエステル樹脂
「サイメル３０３」：三井サイテック（株）製メラミン樹脂
「ユーバン２１Ｒ」：三井化学（株）製ベンゾグアナミン樹脂
「９９Ｘ０２０７」：大日本インキ化学工業（株）製ポリエステルメラミン系樹脂
「メガファックＥＸＰ．ＴＰ−１１５９」：大日本インキ化学工業（株）製フッ素系界面活性剤
である。
評価結果を表１に合わせて示す。

これらの結果から、本発明の精密パターン用インキ組成物においては、凸版反転印刷法によりカラーフィルターなどの微細で緻密な印刷パターンを形成するのに好適なインキ組成物であることがわかる。

この発明の精密パターニング用インキ組成物は、凸版反転印刷法により、液晶表示素子のカラーフィルターを製造する際、ガラスやプラスチックなどからなる基板上に微細な導電体回路を形成して配線板や印刷回路を形成する際などに好適に使用される。

本発明における凸版反転印刷法の一例を模式的に示す概略構成図である。

Claims

ブランケット表面に形成された均一なインキ塗膜を凸版にて画像化し、これを被印刷基材上に転写して精密パターンを被印刷基材上に印刷する凸版反転印刷法に用いられるインキ組成物において、インキ粘度が５ｍＰａ・ｓ以下、表面エネルギーが２５ｍＮ／ｍ以下である精密パターニング用インキ組成物。
揮発性溶剤と、この揮発性溶剤に可溶な樹脂と、この揮発性溶剤に不溶な固形成分を含有し、揮発性溶剤が速乾性溶剤と遅乾性溶剤との混合物である請求項１に記載の精密パターニング用インキ組成物。
速乾性溶剤が、沸点１００℃以下のエステル系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤及び炭化水素系溶剤のいずれか１つ以上であり、この速乾性溶剤がインキ組成物中、５〜９０質量％含有されている請求項２に記載の精密パターニング用インキ組成物。
遅乾性溶剤が、沸点１６０℃以上のエステル系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤及び炭化水素系溶剤のいずれか１つ以上であり、この遅乾性溶剤がインキ組成物中５〜９０質量％含有されている請求項２に記載の精密パターニング用インキ組成物。
樹脂と固形成分との質量比率が１：５０から２：１の範囲にある請求項２ないし４のいずれかに記載の精密パターニング用インキ組成物。
表面エネルギー調整剤としてフッ素系界面活性剤を含有する請求項２ないし５のいずれかに記載の精密パターニング用インキ組成物。