JP5168029B2 - 印刷装置及び印刷物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、微細パターン機能性薄膜を印刷する印刷装置及び印刷物の製造方法に関する。

近年、高精細加工技術を用いた電子デバイス開発が急速な進化を遂げている。このような電子デバイスは次世代のエレクトロニクス分野、バイオテクノロジー分野、オプトロニクス分野などの発展へ貢献することが期待されている。

微細なパターンを面内の均一性を保って高い位置精度で形成する技術としては、フォトリソグラフィー法が一般的に用いられる。しかしながら、フォトリソグラフィー法は工程数が多く、また装置も高価であり、さらに、フォトリソグラフィーでパターニングする工程が機能性薄膜の機能を劣化させる、などの問題がある。

フォトリソグラフィーが抱える以上のような問題から、近年ウエット薄膜作製技術を応用した直接パターニング技術が注目されている。

前述のウエット薄膜作製技術による直接パターニング法は、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、スクリーン印刷法などの版を用いた印刷によるものと、版を使用しないインクジェット法などの技術が主に使用されている。

これら印刷技術の応用としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用カラーフィルター、湿式法を用いた有機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素子の発光層や、電荷輸送層、有機薄膜トランジスタ基板における電極パターン、有機半導体材料などがある。

上述したように、高精細パターニング技術としての印刷は、多種の手法によって行うことが出来るが、近年装置が簡略であり、被印刷基板を限定せず、また版となる材料からの溶出などによる機能性薄膜の特性低下を起こしにくい印刷手法として凸版印刷法が注目されつつある。

従来の凸版印刷装置の概略を図１を参照して説明する。凸版印刷装置は、図１に示すように、凸版８の版面にインキ６を供給する為のアニロックスロール１、パターン形成用の凸版８が装着されるシリンダー状版胴９、被印刷基板１１が載置される基板定盤１０、及びアニロックスロール１の余分なインキ６を掻き落とすドクターブレード２から構成されている。インキ６はアニロックスロール１からシリンダー状版胴９上の凸版版面に塗工され、しかる後、版面から被印刷基板１１に転写される。

連続して印刷を行う際には版胴９は、規定の待機位置で次に印刷する基板が基板定盤１０に載置されるまで待機し、その後同様にアニロックスロール１より版胴９上の凸版８へ、インクが供給され被印刷基板１１にもう一度転写される。凸版８上のインキ６は基板へと１００％転写するわけではなく、おおよそ３０％〜５０％の転写率で転写し、凸版８上にもインキ６が残留する。

上述のように連続して印刷を行う際には一定の待機時間が必要となる為、待機位置において版上に残ったインキ６は徐々に乾燥をする。乾燥は周囲の状況に容易に影響される為、中途半端な乾燥状態で次の印刷を行うとムラを生じる。

この欠陥を回避する為に、待機中の版上のインキを積極的に乾燥させると、中途半端な乾燥状態に起因するムラは改善するが、被印刷基板１１に印刷される膜の膜厚が徐々に増加してしまう。

一般に機能性薄膜は特定の膜厚範囲で最適な機能を発揮するように設計されている為、膜厚の増加が許容値を超えると連続印刷を中断した後、版を洗浄し初期状態にする必要があった。
特開2007-203537

上述のように、凸版印刷法は優れた特性を持つ印刷法で有るが、連続して印刷を行おうとした際に膜厚および、ムラの観点から良質な印刷物を連続して得ることが難しかった。

よって、本発明の目的はかかる問題を解決し、機能性薄膜をムラなく一定膜厚で連続して印刷することが出来る印刷装置及び印刷物の製造方法を提供することである。

上記課題を解決する為に、本発明者らが鋭意研究を行った結果、版上のインキの乾燥状態と転移量に相関があることを見出し、その結果を元に、連続して印刷する際の待機時間において、版上のインキを強制的に乾燥した後に、一定の湿り気を与えてやることによって、連続して印刷した際にもムラや膜厚の増加が抑えられることが明らかになった。

本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、上記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、印刷によって基材に機能性薄膜を形成する為の印刷機であり、少なくとも、印刷パターンが形成された凸版を外周部に装着するシリンダー状版胴、該凸版にインキを供給するアニロックスロール、インキ供給装置及び、インキが転写される被印刷物を載置する基板定盤を具備する印刷装置において、印刷されたインキパターンの膜厚を測定する装置を備え、その測定結果を基に該凸版上のインキの乾燥状態を制御する機構を備えたことを特徴とする印刷装置である。

また上記課題を解決するための請求項２に記載の発明は、請求項1に記載の乾燥状態を制御する機構は、凸版上のインキを乾燥させる手段、および、凸版上のインキを湿潤させる手段、の両方を有することを特長とする請求項1に記載の印刷装置である。

また上記課題を解決するための請求項３に記載の発明は、前記湿潤させる手段が、インキ溶剤の噴霧又はインキ溶剤雰囲気への曝露であることを特徴とする請求項２記載の印刷装置である。

また上記課題を解決するための請求項４に記載の発明は、凸版にインキを供給し、該凸版上のインキを基材上に連続的に転写してインキ膜のパターンを形成する印刷物の製造方法であって、基材上に転写されたインキパターンの膜厚を測定する工程と、前記インキパターンの膜厚が許容値の範囲を上回った場合に、版上のインキを湿潤させる工程と、を有する印刷物の製造方法である。

本発明によれば凸版印刷法を用いて連続して機能性薄膜をパターン印刷した際にその膜厚を許容範囲内に制御でき且つ、ムラのない印刷を行うことができるようになる。

従って、本発明は、特に膜厚の精度が要求される有機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素
子の発光層、電荷輸送層、有機薄膜トランジスタ基板における電極パターン、有機半導体材料など、電子部材に用いられる機能性薄膜の印刷に好適である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお。本発明はこれに限るものではない。

本発明の実施の形態は、図２に示すようにパターン形成用の凸版８が装着されるシリンダー状版胴９、凸版８に接してインキ６を供給するアニロックスロール１、アニロックスロール１へインキ６を供給する為のインクチャンバー３、インクチャンバー３へインキ６を供給するインキ循環系統４、循環インキをためておく為のインキタンク７、版上のインキを乾燥させる手段として乾燥装置１３と、版上のインキを湿潤させる手段として溶剤付与機構１４と、印刷機の後段に設置された膜厚測定機１５備えた乾燥制御機構１２から構成された印刷装置である。

ここで、乾燥制御機構１２で表した部分は、版上の乾燥状態を制御することによって一定した膜厚を連続して得られる様にすることを目的としており、乾燥制御機構１２は乾燥装置１３と、溶剤付与機構１４、膜厚測定機１５からなり、膜厚測定機１５から得た膜厚情報を元に版上のインキの乾燥状態を制御する機構である。

連続印刷中における乾燥制御機構及び膜厚測定機１５の動作について説明する。ここで連続印刷とは２枚以上の印刷を版の洗浄を行わないで行うことである。

まず、連続印刷時のそれぞれの機構の動作について述べる。

初回は、版は洗浄された後、乾燥装置１３がある待機位置で印刷が行われるまで待機する。

印刷が行われる際にはシリンダー状版胴９は矢印方向に回転し、アニロックスロール１よりシリンダー状版胴９上に装着された凸版８の凸部へとインキ６が転写され、シリンダー状版胴９の周速と同期した基板定盤１０に設置された被印刷基板１１に転写される。インキ６を転写した版は待機位置へと戻り、乾燥装置１３にて一定の時間乾燥を行う。

印刷された被印刷基板１１は後段に設置された膜厚測定機１５によって膜厚を測定しその結果を溶剤付与機構１４へフィードバックを行い、あらかじめ測定した乾燥状態と膜厚の関係データを下に、乾燥した基板へ定量の湿り気を与えるか否かを決定する。

つまり、基板上に形成されたインキパターンの膜厚の範囲に許容値を設定し、膜厚が許容値の範囲を上回った場合には、インキ６を湿潤させる手段により版上のインキに溶剤を付与する。

溶剤を付与する必要があると判断された場合は、溶剤付与機構１４を動作させ乾燥された版上インキに対して一定量の溶剤が与えられる一方で、膜厚が許容値の範囲内であり、溶剤の付与が必要ないと判断された場合は、溶剤付与機構１４を通過し、そのまま印刷を行う。連続印刷時は上記を繰り返し行い安定した印刷物を得る。ただし、膜厚測定は全数測定を行う必要はなく５枚に1枚程度測定することによって膜厚を許容値内に収める目的においては充分である。

次に、本発明の乾燥制御機構１２について説明する。

乾燥制御機構１２の乾燥装置１３としてはエアー乾燥機構が最も好適に用いられる。版に当てるエアー温度としては常温もしくは加温を行っても良いが、温風で乾燥した場合は乾燥後に充分冷却を行い、版材の熱膨張を抑制する必要がある。また、いずれの場合においても投入されるエアーはＨＥＰＡフィルタもしくはそれに準ずるフィルタによってフィルタリングされ、エアナイフより吐出されることが望ましい。吐出されるエアーの風速としては５〜１０ｍ／秒の範囲であることが望ましく好適には６ｍ／秒である。１０ｍ／秒より高いとクリーンルーム内の層流を乱し、粉塵を発生させるので好ましくない。また、エアナイフ周囲に仕切りを設けても良い。仕切り板を設けることによりエアナイフによる周囲の空気の吸い込みが減りパーティクルの発生を抑えることが可能となる。

乾燥装置１３の形態としては待機位置において版上凸部を充分にカバーできるだけの幅があることが望ましい。具体的には版上凸部パターン端部間距離よりも５０％程度広幅であると良い。また、乾燥装置１３は版より少なくとも５０ｍｍ、望ましくは１００ｍｍ程度の間隔をあけ設置することが望ましく、これによって乾燥によるムラを防止することが出来る。

次に溶剤付与機構１４について説明する。

溶剤付与機構１４としては、スプレー、加熱蒸気、超音波噴霧などの手法や、溶剤付与機構１４自体を半クローズド状態にし、溶剤供給口より溶剤含有空気を導入し、内部を溶剤雰囲気で満たし、そこを通過させることによって溶剤の雰囲気により湿り気を与える機構などを用いることができる。また、これらの組み合わせによって行っても良い。防爆性を高める為、空気の代わりに純粋な窒素ガスや空気と窒素ガスなどの混合ガスを使用することができる。

溶剤付与機構１４の形態としては、版上の凸部を充分に覆っているカバー形状であることが望ましい。凸部を完全に覆うと内部での蒸気の均一性が上がり、ムラ等の欠陥の発生が著しく少なくなる。

次に膜厚測定機１５について説明する。膜厚測定は、被印刷基板１１の有効エリア外に設けたダミーパターン等を利用して測定する。測定時のダミーパターン等のインキパターンは、乾燥させて固形化したものである。

膜厚測定は直接測定であっても、間接測定であってもどちらでも良いが、測定の高速性、ラインへの組み込みやすさを考慮すると間接測定手法を用いることが望ましい。

間接測定手法としては光の干渉を利用した手法、薄膜の吸収を利用した手法、偏光を利用した手法など様々な手段を用いることが出来る。

以下に本発明の実施例について述べる。なお、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、パターン等が形成されていないガラス基板上へ印刷した例を示す。

印刷機としては、図２に示す本発明の乾燥制御機構付き印刷機を用いる。

本実施例では乾燥機構として図３の１３に示す、常温のクリーンドライエアーを有効長３００ｍｍで０．１ｍｍのスリットから６．５ｍ／秒の流速で噴出させるエアナイフを用
い、版のパターンから１２０ｍｍ離れた位置に７０ｍｍ間隔で２設置した。

また、溶剤付与機構１４として図２の１４に示す機構を用いた、すなわちシリンダー状版胴９の表面より３ｍｍの間隔をあけて設置したカバー状構造物中心部に、有機発光材料の溶剤と同一の溶剤であるアニソールを送風機でカバーとシリンダー状版胴９の隙間へ供給する供給口を設け、カバー内を溶剤蒸気で満たす機構を採用した。溶剤付与機構１４を用いない際にはカバー上構造物が５０ｍｍの高さまで上昇する。

膜厚測定機構としては、光学干渉式膜厚形を用いた。

次に用いる版材について説明する。

厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４製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×５０ｍｍ、非開口スペース：３９２μｍ×５０ｍｍ、総有効線数６４本を一纏まりとして、横に1ｃｍ間隔、縦に２ｃｍ間隔で６×２の配置とした。）のフォトマスクを用い、プロキシミティ露光装置にて、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１０4μｍ、スペース３９２μｍのダミーパターン付き凸版を形成した。作成した凸版を印刷機のシリンダー状版胴９に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。

次に発光材料について説明する。

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、印刷機のインキタンクへ投入した。

以上の装置、版、発光材料インキを用いて３００ｍｍ角０．７ｍｍ厚のソーダガラス上に印刷を行った。印刷はタクト６０秒で行い、印刷速度は１００ｍｍ／秒とした。

結果を図３に示した。図に示すとおり本発明の乾燥制御機能付き印刷機で印刷を行った場合膜厚の許容値内の範囲で連続して約１００枚印刷することが可能であることが示された。ただし、最初の４枚目までは捨て刷りとなっており安定した領域ではない。なお、本実施例では１００枚までしか印刷していないが、それ以上連続して印刷を行うことは当然可能である。
＜比較例＞
実施例1において乾燥制御機構を持たない印刷機を用いた以外は同一として１００枚印刷を行った。

図４に示すとおりおよそ３０枚印刷したあたりで許容範囲を超え、有機発光材料の特性を充分に生かすことが出来ない厚さに印刷毎に増加した。

従来の凸版印刷装置の概略を説明する概念図である。 本発明になる乾燥制御機構付き凸版印刷装置の概略を説明する概念図である。 本発明になる乾燥制御機構付き凸版印刷装置により１００枚印刷した場合の発光材料インキの膜厚変化のデータ 従来の凸版印刷装置により１００枚印刷した場合の発光材料インキの膜厚変化のデータ

符号の説明

１ アニロックスロール
２ ドクターブレード
３ インクチャンバー
４ インキ循環系統
５ インキポンプ
６ インキ
７ インキタンク
８ 凸版（版面）
９ シリンダー状版胴
１０ 基板定盤
１１ 被印刷基板
１２ 乾燥制御機構
１３ 乾燥装置
１４ 溶剤付与機構
１５ 膜厚測定機

Claims (4)

1. 印刷によって基材に機能性薄膜を形成する為の印刷機であり、少なくとも、印刷パターンが形成された凸版を外周部に装着するシリンダー状版胴、該凸版にインキを供給するアニロックスロール、インキ供給装置及び、インキが転写される被印刷物を載置する基板定盤を具備する印刷装置において、印刷されたインキパターンの膜厚を測定する装置を備え、その測定結果を基に該凸版上のインキの乾燥状態を制御する機構を備えたことを特徴とする印刷装置。
2. 請求項1に記載の乾燥状態を制御する機構が、凸版上のインキを乾燥させる手段、および、凸版上のインキを湿潤させる手段、の両方を有することを特徴とする印刷装置。
3. 前記湿潤させる手段が、インキ溶剤の噴霧又はインキ溶剤雰囲気への曝露であることを特徴とする請求項２記載の印刷装置。
4. 凸版にインキを供給し、該凸版上のインキを基材上に連続的に転写してインキ膜のパターンを形成する印刷物の製造方法であって、基材上に転写されたインキパターンの膜厚を測定する工程と、前記インキパターンの膜厚が許容値の範囲を上回った場合に、版上のインキを湿潤させる工程と、を有する印刷物の製造方法。