JP2007500587A - パターンコーティング方法 - Google Patents

Abstract

親液性領域の所定パターンを残すためにウェブの表面に疎液性パターンを生成することによりフレキシブルな基板の適切に規定された離散的領域にコーティングする方法。コーティング溶液の層はパターニングされたウェブに対して置かれ、その溶液は、疎液性領域から後退し、親液性領域に集まる。

Description

本発明は、コーティングの分野に関し、特に、材料の連続ウェブの適切に規定された離散的領域のロール間のコーティングに関する。

シリコンウェーハ等の固体支持体上に液体を再配置するために差動ウェッティングの基本原理を用いることが知られている。その一般原理は、基板又は支持体の親液性（溶媒親液性）領域に疎液性（溶媒疎液性）領域から液体を自発的に移動させることによる。

国際公開第０２／３８３８６号パンフレットにおいては、温度勾配を用いて、パターンを形成するための方法及び装置について記載されている。熱勾配は、コーティング後に、液体を再配置するために用いられる。

欧州特許第０８８２５９３号明細書においては、インクジェットプリンタの疎水性／親水性の前面を構成する方法について記載されている。疎水性表面はノズルからインクをはじくためにインクジェットヘッドのノズルの周りにおいて必要とされ、親水性領域は疎水性領域からインクが離れるために必要とされる。

国際公開第０１／６２４００号パンフレットにおいては、パターン化された濡れ性を有する支持体をディップコーティングすることにより高分子のマイクロレンズを作製するために疎水性効果を用いることについて開示されている。

米国特許第６０４８６２３号明細書においては、金がコーティングされた薄膜上へのコンタクトプリンティングの方法について開示されている。この方法は、エラストマースタンプを用いて、自己組織化単層膜を生成するために用いている。

国際公開第０１／４７０４５号パンフレットにおいては、インクジェットによりプリントされた高分子の散らばりを制限するために自己組織化単層膜を用いてフレキシブルなプラスチック基板上に電子素子を形成することについて開示されている。

既知の従来技術全てはバッチ処理される支持体に関するものである。従来技術の何れも、ロール間の方式でフレキシブルな材料のコーティングされたウェブの製造のための差動ウェッティングの何れの手段を使用するための技術を開示していない。他の領域はコーティングされないまま残しながら、フレキシブルな材料の特定領域に液体を堆積させることができることが望ましい。

本発明の方法は、支持体上にパターンを形成するために制御された液体の堆積を利用するものである。これは、マスクを形成するために疎油性（水性の液体の又は非水性の液体それぞれのパターニングを可能にする）材料又は疎水性材料を用いて支持体ウェブをパターニングすることにより達成される。マスクは、支持体の濡れ性を変えることにより所望のパターンにコーティングされる液体を再配置する。親液性表面パターンが、代替として、コーティングされることが可能である。

本発明に従って、連続的なロール間方式でフレキシブルな基板の適切に規定された離散的領域をコーティングする方法であって、その方法は、基板上に疎液性又は親液性表面パターンを生成する段階であって、疎液性又は親液性領域の所望のパターンが残される、段階と、コーティング溶液の層で生成される表面パターンをオーバーコーティングする段階であって、疎液性領域からその溶液は除去される、段階と、親液性領域に集まる段階と、を有する。

好適には、支持ウェブのパターニングは、インラインで、即ち、離散的コーティングが１パスで実行されるように溶液のコーティングに先立って実行される。

本発明の方法は、バッチ処理に対して著しいコスト及び生産性の優位性を有するロール間の連続的且つ離散的にパターニングされるコーティングを可能にする。所望の領域のみがコーティングされるため、その方法はコストパフォーマンスの高い材料使用を確実にする。その方法は、例えば、フレキシブルディスプレイ、エレクトロニクス、ＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ、タッチスクリーン、燃料電池、固体照明素子、光起電力及び他の複合光電子装置の低コストの製造を可能にする。

本発明について、以下、添付図面を参照しながら詳述する。

図１は、基板又は材料のウェブ上に生成することが可能であるマスクパターンの例を示している。基板は、紙、プラスチックフィルム、樹脂がコーティングされた紙、合成紙又は導電性材料から成ることが可能である。それらは単に例である。

本発明は、図１に示しているパターンに限定されるものではない。マスク材料は、フレキソ印刷用プリンタローラを用いて、支持体上に堆積されることが可能である。マスクを生成する代替の方法は、グラビアコーティング、オフセット印刷、スクリーン印刷、プラズマ堆積、フォトリソグラフィ、マイクロコンタクトプリンティング、インクジェットプリンティング又は、レーザ又は他のエッチング技術、光又はレーザを用いた光書き込み、静電スプレイ又はプラズマ処理による材料の一様な層の選択的除去、を含む。それらは単に例であって、何れの適切な手段がマスクパターンを生成するために用いられることが可能であることを、当業者は理解することができるであろう。下で説明する実験においてマスクに対して用いられる材料はフッ素樹脂の層である。しかしながら、本発明は、そのようなマスク材料に限定されるものではない。用いられることが可能な他の材料は、水性ベースのシリコーン剥離剤、１つ又はそれ以上の疎水性部分及び１つ又はそれ以上の接着性部分を有する化学種を含むことが可能である。

コーティング溶液の更なる層が基板にコーティングされるようにするためには、次の溶液の層が均一にコーティングされるように、疎水性マスク又は表面パターンを親水性に変えることが必要である。この層は、次いで、均一な層として残され、又は、更なるマスクパターンが生成され、更なる溶液がコーティングされる更なる基板として機能する。第３の続いてパターニングされる層は、同様に形成される。例えば、温度、光、ｐＨ、静電気等の、材料の濡れ性をスイッチングする種々の方法がある。その材料は、液晶高分子又はアルミナ／チタニア／テフロン（登録商標）複合物に基づくことが可能である。

一旦、マスク又は基板パターンが材料又は基板のウェブにおいて生成されると、それは所望の液体又は液体の層によりオーバーコーティングされる。これは、前又は後定量コーティング処理のどちらかにより適切に均一に成されることが可能である。例えば、コーティング溶液は、例えば、ビードコーティング又はカーテンコーティング、ブレード、ロール、グラビア、エアナイフ、インクジェット又は静電スプレイにより、基板上に堆積されることが可能である。その液体は、次いで、コーティングされる層が疎液性領域から遠ざかり、親液性領域に集まるような方式で導かれる。複数の層が同時にオーバーコーティングされるとき、層構造は維持され、それ故、マスクパターンを有する層全ての完全な位置決めが可能である。材料のウェブは、次いで、乾燥及び／又は硬化される。その液体は溶媒であることが可能である。コーティング溶液として用いられる液体はゼラチンベースの材料であることが可能である。コーティング溶液は、それが有することが可能である特定の特性について選択されることが可能である。例えば、コーティング溶液は、その導電性特性又は光特性について選択されることが可能である。更なる例は、コーティング溶液として液晶材料を使用することである。コーティング溶液は、カーボンナノチューブの分散から構成されることが可能である。これは、優れた導電性と透過率を有するコーティングを提供し、透明な導電体の製造に対して用いられることが可能である。用いられる特定のコーティング溶液は、コーティングされるウェブが置かれる使用状態に依存して選択される。実施例は、例えば、フレキシブルなディスプレイ及びディスプレイの構成要素、有機レーザ、光導波路、レンズアレイ又は複雑な統合された光学系、パターニングされた導電層、発光パネル、太陽電池、インクジェットプリンタ及びマイクロ電気機械システムを含むが、それらに限定されるものではない。

コーティング層として用いられる液体又は溶液が マスキングされた又はパターニングされたウェブ表面において再配置される速度は、離散的領域がロール間の操作でコーティングされることができる速度を規定する重要な因子である。疎水性表面からの液体後退速度については、文献（例えば、Ｆ．Ｂｒｏｕｃｈａｒｄ−Ｗｙａｒｔ ｓｎｄ Ｐ．Ｇ．ｄｅ Ｇｅｎｎｅｓ，Ａｄｖａｎ．Ｃｏｌｌｏｉｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉ．３９（１９９２））に記載されていて、その理論により、疎液性固体表面からの液体の後退速度は次のような簡単な関係に従い、
Ｖ＝０．００６（γ／η）（θ）^３ （１）
ここで、γは液体の表面張力であり、ηは液体の粘度であり、θはマスクにおける液体の平衡接触角であり、ラジアンで表される。液体が均一な層としてコーティングされる場合、それがマスキングされた領域からマスキングされていない領域に移動するように、その層を不安定化させることが必要である。これは、コーティングの端部における広い疎水性／疎油性帯域を用いることにより、又は所望の時間及び位置においてコーティングの小さい円形孔を生成するために装置を用いることにより、達成されることが可能である。

コーティング溶液が十分に希釈されている場合であって、それが乾燥中に十分に薄くなるとき、何れの活性な不安定化に対する必要性を有することなく、疎液性領域から親液性領域まで同時のデウェッティングが起こる。

以下の実施例により、本発明の方法について説明する。

手動コーティング又は機械によるコーティングの両方が成された。ハンドコーティングか又はビードコーティングのどちらかにより後続されるマスクのプリントを行うためにフレキソ印刷耐性システムを用い且つ矩形のアレイのフォーマットを用いて、実験を行った。デウェッティング速度Ｖ、液体の表面張力γ、液体の粘度η及びマスキングされる領域における液体の平衡接触角θの間の関係が確立された。マスキングされる領域における液体の接触角が大きくなればなる程、デウェッティング速度が大きくなることが分かった。疎液性領域において、後退する接触角５０°、好適には、９０°又はそれ以上を用いると、大きいコーティング速度が可能である。コーティング溶液が親液性領域から後退しないように、親液性領域からの溶液の後退角度はできるだけ０°に近くなければならない。実際的なシステムに対しては、後退角度は１０°以下であり、好適には、５°以下出なければ成らない。これは、コーティング溶液と親液性領域との間の良好な付着を確実にする。生成されたマスキング表面材料の均一度が高いことが好適であるが又、認識されている。マスキング表面の厚さは１μｍのオーダーである。その層中の微小欠陥は、マスクによる液体の後退を抑制する。これは、不規則なコーティングパターンを結果的にもたらす。この例におけるコーティングは溶けたゼラチンであった。しかしながら、広い範囲の水性液体又は非水性液体であって、例えば、導電性高分子、液晶、光学的材料、ＯＬＥＤ及びＰＬＥＤ材料等を又、用いることができる。少量の界面活性剤を添加することにより、ゼラチンベースの溶液により後退速度を著しく改善できることが認識された。界面活性剤の添加は又、得られるコーティングの均一性を改善するために用いられることができる。

実施例
疎水性マスクが、ＰＫ Ｐｒｉｎｔ Ｃｏａｔ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ社製のロータリコーターフレキソプリンティング装置を用いて、１２．７ｃｍ（５インチ）の幅にゼラチンが下塗りされたポリエチレンテレフタレート支持体にプリントされた。同じ支持材料又は基板が４つの実施例において用いられた。フォトポリマー移送ローラーは、１５ｍｍｘ３１ｍｍの矩形のアレイを形成するマスクをプリントするためにパターニングされている。そのパターンを図１に示している。黒色領域は疎水性領域である。

次に挙げる、種々のフッ素樹脂の疎液性“インク”をプリントした。
ａ）Ｃｙｔｏｎｉｘ ＦｌｕｏｒｏＰｅｌ ＰＦＣ ８０４Ａ
ｂ）Ｃｙｔｏｎｉｘ ＦｌｕｏｒｏＰｅｌ ＧＨ（エポキシ樹脂ベースのフッ素樹脂、熱硬化性）
ｃ）Ｃｙｔｏｎｉｘ ＦｌｕｏｒｏＰｅｌ ＰＦＣ ８０４Ａ（回転式蒸着により約１６％に濃縮されている）
ｄ）Ｃｙｔｏｎｉｘ ＦｌｕｏｒｏＰｅｌ ＰＦＣ ６０４Ａ
ｅ）Ｃｙｔｏｎｉｘ ＦｌｕｏｒｏＰｅｌ ＰＦＣ ５０４Ａ
濃縮されたＰＦＣ ８０４Ａ以外の用いられたインク全ては低粘度（１ｃＰのオーダー）を有する。

マスクをオーバーコーティングするために用いた溶液は次のようなものである。
ハンドコーティング：
− 実施例１：水性グリセロール（２０、５０及び１００ｃＰ）をハンドコーティング
− 実施例２：ゼラチン中に分散させたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、コレステリック液晶をハンドコーティング
ロール間のビードコーティング：
− 実施例３：６％ゼラチン＋水性青色色素
− 実施例４：６％ゼラチン＋０．０１％１０Ｇ＋水性青色色素
結果
実施例１
ＰＦＣ ＧＨマスクにおける３つの水性グリセロール溶液についての後退速度（映像記録により撮られた）について、それぞれの粘度、表面張力及び推定接触角と共に表１に示している。接触角は、環境条件下でマスクの表面に置かれた水（略、水性グリセロール）の２００乃至３００μｌの液滴の映像画像から決定され、コーティング溶液の表面張力はＷｉｌｈｅｌｍｙブレードを用いて測定された。

図２は、式１の予測により得られた結果を比較している。

データを結合すると、非常に適切に式１を支持するが、数値因子は０．００６ではなく、約０．００７である必要がある。

上記の結果は、連続的な離散的コーティングが評価されるために実行されるロール間の速度を可能にする。コーティング溶液について、適当なパラメータ、例えば、γ＝５０乃至３５ｍＮ／ｍ、η＝１０乃至２０ｃＰ及び０，００７であると仮定される数値パラメータがとられる場合、所定の接触角について利用可能である可能性の高い後退速度を計算することが可能である。図３は、それらの値についての上限及び下限を示している。

実施例２
第２実施例は、６０４Ａマスク材料上のゼラチンベースのコレステリック液晶（ＣＬＣ）分散のハンドコーティングを用いた。疎水性マスクの短い部分（約３０ｃｍの長さ）は、１５０μｍに設定されたブレード高さ及び速度設定１０を用いたＰＫ Ｐｒｉｎｔ Ｃｏａｔ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ社製の制御コーターを用いてＣＬＣをコーティングした。その材料は、マスキングされた領域からマスキングされていない矩形領域への良好な後退を示した。同等な実験が、マスクをオーバーコーティングするためにＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Ａｌｄｒｉｃｈ）溶液を用いて、実行され、又、離散的にコーティングされる矩形に対するその溶液の良好な後退が又示される。

実施例３
第３実施例においては、６０μｍのコーティング溶液のウェットレイダウンを用いて、ウェブ速度は８ｍ／ｍｉｎに設定された。マスク材料は、実施例におけるように、６０４Ａであった。４インチ（１０．１６ｃｍ）の幅のビードホッパが用いられた。吸引は変化し、最も良好な結果は、吸引がまさに破線より上の条件（０．５乃至１ｃｍの水位計の読み）で低く設定されるときに、得られる。これは、コーティング溶液の破裂及び後退の早期の発現をトリガする僅かに不安定化させる効果を与える。コーティングは、コーティングポイント後、直ぐに、インラインで冷却された。ゼラチンベースのコーティング溶融物に対して、低過ぎる温度に設定しないことが重要であり、又は、再構成が完了する前に溶融物が設定されることが重要である。最良の結果は３０℃において得られた。

実施例４
第４実施例においては、ウェブ速度は８ｍ／ｍｉｎに設定され、コーティング溶液のウェットレイダウンは１００μｍに増加した。マスク材料は、実施例３と同様に残った。最小吸引がコーティングを安定に、且つ、破線近傍の条件（０．７乃至３ｃｍの水位計の読み）を保つように適用された。温度は又、３０℃に設定された。この場合、コーティング溶液への界面活性剤１０Ｇの添加は後退速度及び最終コーティングの均一性の両方を改善した。他の、界面活性剤１０Ｇの濃度は、１％ｗ／ｗまで作用することが分かった。コーティングの横幅均一性が又、マスクにおける矩形の交差部分と一致するように、適切な空間的頻度及び時間的頻度でコーティング中に小さい孔を生成するように装置を用いることにより改善される。これは、実施例において、微細なエアージェットを用いることにより達成されるが、何れの他の適切な方法、例えば、疎水性ロッドを用いて表面に機械的に接触する又は小さい液滴の液体揮発性を用いることにより同等に達成することが可能である。

他の非イオンの及び陰イオンの界面活性剤であって、例えば、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ２００、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ１００、ドデシル硫酸ナトリウム、Ａｌｋａｎｏｌ ＸＣ、Ａｅｒｏｓｏｌ ＯＴはその均一性を改善することが認識されている。

図４ａ及び４ｂは、実施例３及び実施例４それぞれに関連するコーティングによりとられたラインプロファイルを示している。実施例４は、横幅及びセル均一性において改善を示していることが理解できる。

この研究の結果により、疎水性インクの適切な選択を行うことにより、連続的な離散的コーティングが、連続的なロール間方式によりパッチ状の離散的コーティングを形成することができることが示された。

その方法は、電子ディスプレイをコーティングすることに対して特定のアプリケーションを有する。しかしながら、その方法は、そのようなアプリケーションに限定されるものではない。上記のような連続的な離散的パターニングのためのコーティングは、単独又はスクリーン印刷のような他の技術と組み合わせるで、高品質の製品の広範囲に亘って有用である。例としては、例えば、フレキシブルなディスプレイ及び有機レーザ、光導波路、レンズアレイ又は複雑な統合された光学系、パターニングされた導電層、発光パネル、太陽電池、インクジェットプリンタ及びマイクロエレクトロメカニカルシステムの三次元構造化された層等がある。

本発明について、好適な実施形態に関連して詳述した。本発明の範囲内で変形及び修正が有効であることを当業者は理解するであろう。例えば、説明した実施例は、親水性領域に残されたフレキシブルな基板上に疎水性パターンを生成するように方向付けたが、その方法は又、同等に、疎水性領域を残すように基板上に親水性パターンを生成することが可能である。

材料のウェブに移されることが可能であるマスクパターンの例を示す図である。 実験結果を理論と比較したグラフである。 平衡接触角の関数としての計算された後退速度を示す図である。 界面活性剤が添加されたときのコーティングの均一性の改善を示す図である。 界面活性剤が添加されたときのコーティングの均一性の改善を示す図である。

Claims (29)

1. 連続ロール間方式でフレキシブルな基板の適切に規定された離散的領域にコーティングする方法であって：
   前記基板において、疎液性又は親液性表面パターンを生成する段階であって、疎液性又は親液性領域の所望のパターンが残される、段階；
   コーティング溶液の層で前記の生成された表面パターンをオーバーコーティングする段階であって、前記溶液は前記疎液性領域から後退する、段階；並びに
   親液性領域に集まる段階；
   を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は、同時にオーバーコーティングされる、２つ以上の離散的層を有する、ことを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、前記表面パターンは、次のような手段であって、フレキソ印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、リソグラフィ、インクジェット（連続又は滴下法）、マイクロコンタクトプリンティング、プラズマ堆積、プラズマ処理、静電スプレイ法又はパターンを書き込むための光又はレーザを用いた光学的手段の１つにより前記基板に生成される、ことを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記基板に表面パターンを生成する段階及びコーティング溶液の２つ以上の層を前記鏡面パターンにオーバーコートする段階はインラインで行われる、ことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記の生成される表面パターンはフッ素樹脂材料を有する、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記の生成される表面パターンはシリコーン剥離剤を有する、ことを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記の生成される表面パターンは１つ又はそれ以上の
   疎液性部分と１つ又はそれ以上の付着性部分とを有する化学種を有する、ことを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は溶媒ベースの溶液である、ことを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液はゼラチンベースの溶液である、ことを特徴とする方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は高分子材料である、ことを特徴とする方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は導電性及び／又は光学的特性を有する、ことを特徴とする方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液はカーボンナノチューブの分散を有する、ことを特徴とする方法。
13. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は液晶材料を有する、ことを特徴とする方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は界面活性剤を有する、ことを特徴とする方法。
15. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は実質的に乾燥及び／又は硬化される、ことを特徴とする方法。
16. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液の成分は、乾燥中に、疎液性領域からの自発的でウェッティングが起こるように、十分に希釈されている、ことを特徴とする方法。
17. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液の成分は、乾燥中に、疎液性領域からの自発的でウェッティングが起こるように、十分に希釈されている、ことを特徴とする方法。
18. 請求項１に記載の方法であって、前記表面パターンは、温度、光、ｐＨ、電場、磁場の１つにより疎液性から親液性に又はその逆に切り換えられる、ことを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、コーティング溶液の更なる層が、更なるパターンが生成される及び／又はコーティング溶液の更なる層が適用されることが可能である更なる基板を生成するように第１オーバーコートに対して形成される、ことを特徴とする方法。
20. 請求項１に記載の方法であって、前記疎液性表面は、５０°又はそれ以上の前記コーティング溶液との後退する接触角をもたらし、又は、前記親液性表面は１０°又はそれ以下の後退する接触角をもたらす、ことを特徴とする方法。
21. 請求項１に記載の方法であって、前記疎液性表面は、９０°又はそれ以上の前記コーティング溶液との後退する接触角をもたらし、又は、前記親液性表面は５°又はそれ以下の後退する接触角をもたらす、ことを特徴とする方法。
22. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は、前定量コーティング処理により前記の生成された表面パターンに堆積される、ことを特徴とする方法。
23. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は、後定量コーティング処理により前記の生成された表面パターンに堆積される、ことを特徴とする方法。
24. 請求項１に記載の方法であって、前記コーティング溶液は、ビードコーティング、カーテンコーティング、ブレード、ロール、グラビア、エアナイフ、インクジェット、静電スプレイの１つにより前記の生成される表面パターンに堆積される、ことを特徴とする方法。
25. 請求項１に記載の方法であって、前記基板は、紙、プラスチックフィルム、樹脂がコーティングされた紙、合成紙又は導電性材料から成る群から選択された材料から成る、ことを特徴とする方法。
26. 請求項１に記載の方法により構成されることを特徴とするディスプレイ装置又はその構成要素。
27. 請求項１に記載の方法により構成されることを特徴とするフレキシブルなディスプレイ装置又はその構成要素。
28. 請求項１に記載の方法により少なくとも一部に構成されることを特徴とする透明導体。
29. 請求項１に記載の方法により構成されることを特徴とする支持体におけるパターニングされた層。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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