JP2014144575A - 機能性薄膜形成用印刷装置及び機能性薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機能性薄膜の微細パターニングを高品質かつ異物を少なく印刷することが出来る機能性薄膜形成用印刷装置及び機能性薄膜形成方法を提供する。
【解決手段】版胴１０５と、位置決め定盤１０６と、インキ供給機構１０９と、を具備し、インキ供給装置１０９は、凸版１０４にインキチャンバ１０８に貯えられたインキを供給するアニロックスロール１０１と、該アニロックスロール１０１をシリンダー状版胴１０５の方向に押し付けてアニロックスロール上の余剰インキを掻き落とすドクターロール１０２と、ドクターロール１０２の周面中央部を押し付けるように設けられた押し付けロール１１０と、から構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、機能性薄膜を高品質に印刷する機能性薄膜形成用印刷装置及び機能性薄膜形成方法に関するものである。

近年、微細薄膜パターン形成において、量産性に優れ、製造コストを低く抑えることが可能である公知の印刷方式を利用する試みが検討されている。特にディスプレイ分野では、画面の大型化、コストの低減化に対応するため、印刷方式によって機能性薄膜をパターン形成する検討が進められている。

具体的な印刷方式としてはオフセット印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、凸版印刷法（樹脂凸版印刷法を含む）などが検討されている。

これらの各種印刷手法の中で特に樹脂凸版印刷法は、樹脂からなる凸版と、アニロックスロールと呼ばれる表面に細かい凹部（セル）が彫刻されたインキロールと、溶剤乾燥型のインキとを用いた印刷方式であり、従来から包装紙などの印刷物に広く使用されている。この樹脂凸版印刷法は、膜厚０．０１〜０．２μｍ程度の薄くて安定した印刷層の形成に特に適している。

また、樹脂凸版印刷法はキスタッチと称されるごく低印圧での印刷が可能であることから、ガラス基板や高い圧力をかけることによって特性が破壊され易い透明電極等が成膜された基板に対する印刷にも適しており、ディスプレイ等の電子部品のパターン形成に特に優れた印刷方法である。

次に、一般的な凸版印刷装置について図３を参照して説明する。この凸版印刷装置は、図３に示すように、凸版３０４の版面にインキを供給するためのセルを有するアニロックスロール３０１と、アニロックスロールにインキを供給するインキチャンバ３０８と版下クッション３０３を介してパターン形成用の凸版３０４が装着される回転式の版胴３０５と、被印刷基板３０７が載置される基板定盤３０６と、インキを掻き落とすドクタリングを行うドクターブレード３０２によって構成されている。

次に、図３の印刷機を用いた際の印刷の流れについて説明する。まず基板定盤３０６上に被印刷基板が載置された後、版胴３０５の直下まで移動する。基板定盤３０６が移動した後、版胴３０５が基板定盤３０６の矢印２１１で示される移動動作と同期回転し矢印３１３で示す方向に回転する。またアニロックスロール３０１が版胴３０５と等速で矢印３１２で示される方向に回転動作することにより、凸版３０４へインキが供給される。凸版３０４へインキが供給された後、速やかに凸版３０４上のインキは被印刷基板３０７へ転写され印刷動作が終了する。

ここで、ドクターブレード３０２はアニロックスロール３０１上に塗布されたインキのうち余剰インキを掻き落としアニロックスロール３０１のセル内に均一にインキを押し込むために、一般的に２０ｋＰａ程度の圧力でアニロックスロールへ押し当てられる。そのため、アニロックスロール、ドクターブレードの両者が磨耗し、その削れ分がインキの中へ混入する問題があった。

アニロックスロール３０１やドクターブレード３０２は一般的に、金属酸化物、若しくは樹脂からなる為、これらが異物としてインキ内に混入することとなる。

従来、樹脂凸版印刷法において一般印刷物ならば大きな問題とならないが、有機半導体薄膜や、有機ＥＬ薄膜などを代表とする機能性薄膜の微細パターニングなどを目的としたエレクトロニクス部材向け印刷では、削れた金属異物が原因で、導電することによるショートを起すなどの不具合が発生し、製品不良となる。

以上のように、アニロックスロール３０１上のインキを掻き落とす手段としては、主として、ドクターブレード３０２を用いるドクターブレード手法が用いられているが、特許文献１に示すように、ゴムなどをロール状に加工してドクターブレードの代替として用いたドクターロール手法も用いられている。

ドクターロール手法を用いることにより、ドクターブレード手法で発生したような金属異物の発生は抑制出来るが、ドクターブレード手法と比較した場合に液掻き性が劣り、アニロックスロール中央領域部における液掻き性が悪く、中央領域部においてインキ量が過剰となるため、印刷物の中央領域部におけるムラの発生や、版のパターン部以外にインキが付着するなどの問題があった。

特開２０１２−２０６３０９号公報

従来のドクターロール手法を用いた樹脂凸版印刷法はアニロックスロールの周面中央領域の液掻き性が悪く、ドクターロール中央部と端部領域で幅方向に液掻き性にムラを生じ、機能性薄膜の微細パターニングを高品質に印刷することが出来なかった。

上記課題を解決する為に、本発明者が鋭意研究を行った結果、ドクターロールを用いて液掻きを実施する際に中央領域部で液掻き不良が発生する原因は、ドクターロールをアニロックスに押し付けた際のドクターロールの撓みである事が明らかとなった。即ち、図４に示す様にドクターロール４０２がアニロックスロール４０１と接触する接触点４０４を支点として撓みを発生させてしまい、中央部分がアニロックスロール４０１より逃げてしまう事が原因であることが明らかとなった。尚、符号４０３はドクターロール４０２の軸受け部を押し付ける方向を示す。

そこで本発明の目的は上記問題に鑑みて、機能性薄膜の微細パターニングを高品質かつ異物を少なく印刷することが出来る機能性薄膜形成用印刷装置及び機能性薄膜形成方法を提供することにある。

そこで本発明の請求項１に係る発明は、基材に機能性薄膜を形成する為の機能性薄膜形成用印刷装置であり、
版胴と、位置決め定盤と、インキ供給機構と、を具備し、
版胴は、印刷パターンが形成された凸版を外周部に備えるシリンダー状のものであって、
位置決め定盤は、被印刷物を位置決めして載置する手段であって、
インキ供給機構は、前記凸版にインキを供給するためのアニロックスロールと、該アニロックスロールを押し付けてアニロックスロール表面の余剰インキを掻き落とすドクターロールと、該ドクターロールの周面中央部を押し付けるように設けられた押し付けロールと、から構成されることを特徴とする機能性薄膜形成用印刷装置である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の機能性薄膜形成用印刷装置を用いて機能性薄膜を形成することを特徴とする機能性薄膜形成方法である。

本発明の機能性薄膜形成用印刷装置及び機能性薄膜形成方法によれば、有機半導体薄膜や、有機ＥＬ薄膜などを代表とする機能性薄膜の微細パターニングなどの均一な膜厚の印刷パターンを容易に形成でき、なおかつ薄膜の機能を損なう異物の発生を低減することができる。そのため、機能性薄膜を高品質かつ異物を少なく印刷出来る。

本発明の機能性薄膜形成用印刷装置の概略を側面から見た図。 図１の矢印１２０で示す方向から見た本発明の機能性薄膜形成用印刷装置のインキ供給機構を示す図。 ドクターブレードを有する従来の一般的な凸版印刷装置の概略を説明する図面。 従来の凸版印刷装置でのドクターロールの撓みを説明するための図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。尚、発明はこれに限るものではない。

本発明の実施の形態を図１、図２を用いて説明する。図１は本発明の機能性薄膜形成用印刷装置の概略を側面から見た図で、図２は図１の矢印１２０で示す方向から見たインキ供給機構を示す図である。本発明の機能性薄膜形成用印刷装置は版胴１０５と、位置決め定盤１０６と、インキ供給機構１０９と、を具備している。版胴１０５は、その外周部に版下クッション１０３を介して凸版１０４を備えたシリンダー状のもので、位置決め定盤１０６は、被印刷物１０７を位置決めして載置するものである。

インキ供給装置１０９は、凸版１０４にインキチャンバ１０８に貯えられたインキを供給するアニロックスロール１０１と、該アニロックスロール１０１をシリンダー状版胴１０５の方向に押し付けてアニロックスロール上の余剰インキを掻き落とすドクターロール１０２と、ドクターロール１０２の周面中央部を押し付けるように設けられた押し付けロール１１０と、から構成されている。尚、図１に示される符号１１１は位置決め定盤１０６の移動方向を示し、符号１１２、１１３、１１４、１１５はそれぞれアニロックスロール１０１、版胴１０５、ドクターロール１０２、押し付けロール１１０の回転方向を示す。

本発明に係る凸版１０４には樹脂凸版を用いることが出来る。更に、アニロックスロール１０１としては、ＳＵＳ材などで作成された芯ロール上に、酸化クロムをプラズマ溶射して形成した酸化クロム皮膜を、レーザー彫刻によってパターニングしたセラミックスロール、又は、芯ロール上に銅メッキを施した後樹脂を塗布し、レーザーパターニングした後に腐食処理をし、得られたパターン上にクロムメッキを施したクロムロールのいずれも用いることが出来る。

また、アニロックルロール１０１上に形成されるパターンとしては、ヘリカルパターン、ＦＭパターン、ハニカムパターン、ダイヤパターン、ＡＲＴパターンなどいずれのパターンを用いることが出来る。

これらのパターンは印刷物上のモアレを防止する為に適宜角度を設けても良い。これらのパターンが形成された後、アニロックスロール１０１表面は、ドクターロール１０２側
に傷をつけるのを防止する為に研磨されることが望ましい。具体的にはアニロックスロール１０１のパターン土手部において４μｍ以上の突起がなくなるよう研磨されることが望ましい。アニロックスロール１０１を回転する機構としては、回転速度ムラが印刷物に大きな影響を与える為、高精度に回転を制御可能なサーボモータでダイレクトドライブを行うことが望ましい。また、必要トルクを得るために減速機構を使用する場合にはバックラッシュレスの機構を用いることが望ましい。

使用することが出来るドクターロール１０２としてはＳＵＳ材などで作成された芯ロールに、ニトリルゴム、シリコーンゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴムなどを巻きつけて作成してもよいし、上記のゴムを巻きつけて作製したゴムロール表面に、ＰＦＡ熱収縮チューブを巻きつけたものを用いることが出来る。これらゴム材は、インキとして使用する溶剤に対する耐性から選定される。

上記のようにして作成されたドクターロール１０２の表面は算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下、最大高さＲｚが１μｍ以下であることが望ましい。これらの条件を満たすことによって低発塵かつ、平滑な液掻き面を得ることが出来る。

ドクターロール１０２の硬度としてはＪＩＳ−Ａ硬度で３０°〜７０°の範囲のものを使用することが出来る。ドクターロール１０２を回転する機構としては、回転速度ムラが印刷物に大きな影響を与える為、高精度に回転を制御可能なサーボモータを使用し、ダイレクトドライブを行うことが望ましく、アニロックスロールの回転と同期回転可能な形で制御することが出来るシステムを持つことが望ましい。

前記図４に示す従来のドクターロール４０２はアニロックルロール４０１へ押し当てた際にアニロックスロールとの接触部４０４を支点に中央部がアニロックスロールから逃げる方向に撓みを発生してしまう。そこで、本発明では図２に示すように、ドクターロール２０２の中央部付近をアニロックスロール２０１の方向へ押し付ける為の押し付けロール２０３を設ける。このように押し付けロール２０３を設けることによって、ドクターロール２０２の中央部の撓みをなくすことが出来る。

前記押し付けロール２０３の作製にはドクターロール２０２と同一の方法でゴム硬度、表面材質を選定して作製する事が出来る。押し付けロール２０３の長さはドクターロールの中央付近を効率良く押さえる事が出来る様にドクターロール２０２の長さの１／３程度にする事が望ましい。

本発明の機能性薄膜形成用印刷装置の動作について図１を用いて説明する。

基板定盤１０６上に、被印刷基板１０７としてガラス基板を載置した後、印刷開始指示によって印刷動作が開始される。この間、アニロックスロール１０１上にはインキチャンバ１０８のインキが供給されドクターロール１０２によってドクタリングが継続的に実施され平滑なインキ表面が常に保持されている。次に基板定盤１０６が版胴直下に移動した後、アニロックスロール１０１より凸版１０４上へインキが転写され、その後版胴１０５上に版下クッション１０３を介して貼り付けられた凸版１０４の表面の周速と同速度で移動した基板定盤１０６上に置かれたガラス基板へ印刷が行われる。以上の動作よってガラス基板には均一な膜厚の印刷パターンを容易に形成することが出来る。

（実施例）
本発明の機能性薄膜形成用印刷装置の実施例について述べる。尚、本発明は実施例に限定
されるものではなく、本発明を達成できる範囲での改良・変形等は、本発明の趣旨を逸脱するものではない。

本実施例では高分子型有機発光材料を、ガラス基板上へ印刷した例を示す。

機能性薄膜形成用印刷装置としては、図１に示す印刷機を用いる。

本実施例で用いるアニロックスロール１０１にはクロムロールを用いた。ロールに形成されるパターンは１辺６５μｍの正方形のセルが、７２．５μｍピッチで形成されるダイヤパターンであり、これらのパターンはロール水平線より６０°傾いて形成されている。

また、ドクターロール１０２としては、ＳＵＳ材のロール芯に硬度ＪＩＳ−Ａ５０°のウレタンゴムを巻き付け、目標直径に対して０．５ｍｍ以内になるように円柱状に加工した。更に加工したウレタンゴムロール上にＰＦＡ熱収縮チューブを巻きつけた後、ロール周面全体に研磨を実施し、Ｒａを０．０５μｍ、Ｒｚを１μｍとした。また、ドクターロール１０２の全長はアニロックスロール上のインキを全幅で掻き取れる様にアニロックスロール１０１の全長より１０ｍｍ長くなる様に作製した。このようにして作成したドクターロール１０２をアニロックスロール１０１に対して、ドクターロールを５０μｍ押し込む形で設置した。また、設置されたアニロックスロール１０１はサーボモータ制御しながら回転させ、ドクターロール１０２はアニロックスロール１０１への連れまわりで回転をさせてドクタリングを行った。

また、本実施例で用いる押し付けロール１１０としてはドクターロールと同様にＳＵＳ材の芯に硬度ＪＩＳ−Ａ５０°のウレタンゴムを巻き付け、目標直径に対して０．５ｍｍ以内になるように円柱状に加工した。全長はドクターロールの１／３程度となる様に加工を行った。

次に凸版１０４について説明する。

厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４の板の表面に反射抑制層として黒色油性染料を厚さ１．５μｍになるようにダイコート法により塗工した。この積層体の表面にポリアミドを主成分とするネガ型感光性樹脂を総厚が０．１ｍｍとなるように塗工し、版のベースとした。

その後、この版材に対し、ストライプ上のパターンを有するネガパターン（有効領域開口１０６μｍ＊１００ｍｍ、非開口スペース３９２μｍ＊１００ｍｍ、総有効線数４００本 サイズ Ｗ２００ｍｍ×Ｌ１００ｍｍ）のクロムマスクを用いて５０μｍのプロキシミティギャップを開けて露光した。露光の後、温水を掛け流しながら現像を行い、凸部高さ９０μｍ、凸部ライン幅１０６μｍ、スペース３９２μｍの凸版を形成した。作成した凸版を版胴１０５に版下クッション１０３として０．５ｍｍ厚の印刷用クッションテープを用いて版を貼り付けた。

次にインキについて説明する。

インキとしては、高分子有機発光材料であるポリフェニレンビニレン誘導体を濃度２％になるようにアニソールに溶解させた有機発光インキを用意した。用意したインキの、粘度を測定したところ６０ｍＰａ・ｓであり、表面張力は３４ｍＮ／ｍであった。その後、インキをインキチャンバ１０８へ投入した。

以上の印刷装置、版、発光材料インキを用いてサイズ３００ｍｍ角でｔ＝０．７ｍｍのソーダガラス上に印刷を行った。印刷はタクト６０ｓ（秒）で行い、ドクタリング速度は
５ｍｍ／ｓ（Ｃａ＝０．０１）、印刷速度は１００ｍｍ／ｓとした。

（比較例）
比較例として上記実施例で使用した押し付けロール１１０を使用せず、他の条件は実施例と同じ条件で印刷を行った。

実施例と比較例において得られた有機発光層が形成されたガラス基板について以下の評価を行った。
（評価項目１）版のパターン部以外にインキの付着がないか（目視確認）
（評価項目２）印刷パターン全体のムラ評価（目視確認）
（評価項目３）ガラス基板に印刷された印刷幅方向のインキ膜厚のバラツキの測定

評価の結果、実施例では版のパターン部以外にインキの付着がなく、また特異的なムラも観測されなかった。更に、比較例の押し付けロールの無い状態では幅方向の転移量分布が目標値±１５％であったものが、実施例でのインキの膜厚は目標値±５％内であり目標バラツキの範囲内であった。

以上のように本発明の機能性薄膜形成用印刷装置によれば、押し付けロール１１０を用いることによって、ドクターロール１０２の撓みが無くなり、その結果、均一な膜厚の印刷パターンを容易に形成することが出来る。

本発明の機能性薄膜形成用印刷装置及び機能性薄膜形成方法は、上記機能性薄膜形成用に限定されず、ドクターロールを用いてアニロックスロールにインキをドクタリングして供給する印刷装置に広く適用することが出来る。

１０１・・・アニロックスロール
１０２・・・ドクターロール
１０３・・・版下クッション
１０４・・・凸版
１０５・・・版胴
１０６・・・基板定盤
１０７・・・被印刷基板
１０８・・・インキチャンバ
１０９・・・インキ供給機構
１１０・・・押し付けロール
１１１・・・基板定盤１０６の移動方向
１１２・・・アニロックスロール１０１の回転方向
１１３・・・版胴１０５の回転方向
１１４・・・ドクターロール１０２の回転方向
１１５・・・押し付けロール１１０の回転方向
２０１・・・アニロックスロール
２０２・・・ドクターロール
２０３・・・押し付けロール
２０４・・・ドクターロール軸受け部を押し付ける方向
２０５・・・押し付けロール軸受け部を押し付ける方向
３０１・・・アニロックスロール
３０２・・・ドクターブレード
３０３・・・版下クッション
３０４・・・凸版
３０５・・・版胴
３０６・・・基板定盤
３０７・・・被印刷基板
３０８・・・インキチャンバ
３１１・・・基板定盤３０６の移動方向
３１２・・・アニロックスロール３０１の回転方向
３１３・・・版胴３０５の回転方向
４０１・・・アニロックスロール
４０２・・・ドクターロール
４０３・・・ドクターロール軸受け部を押し付ける方向
４０４・・・ドクターロール４０２の撓みの支点

Claims (2)

1. 基材に機能性薄膜を形成する為の機能性薄膜形成用印刷装置であり、
   版胴と、位置決め定盤と、インキ供給機構と、を具備し、
   版胴は、印刷パターンが形成された凸版を外周部に備えるシリンダー状のものであって、
   位置決め定盤は、被印刷物を位置決めして載置する手段であって、
   インキ供給機構は、前記凸版にインキを供給するためのアニロックスロールと、該アニロックスロールを押し付けてアニロックスロール表面の余剰インキを掻き落とすドクターロールと、該ドクターロールの周面中央部を押し付けるように設けられた押し付けロールと、から構成されることを特徴とする機能性薄膜形成用印刷装置。
2. 請求項１に記載の機能性薄膜形成用印刷装置を用いて機能性薄膜を形成することを特徴とする機能性薄膜形成方法。

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