JP5320672B2 - 印刷用インキの評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスに微細でかつ高精度の電極パターンを形成するオフセット印刷での連続印刷に使用する印刷用インキを評価する方法に関する。

電子回路基板や表示デバイス等の半導体デバイスにおける電極等の形成には従来よりフォトリソグラフィ法が用いられてきたが、このフォトリソグラフィ法は製造工程が複雑であり、また材料ロスが多く、パターン形成に必要な露光装置等の製造設備に莫大な費用がかかるため、製造コストが極めて高くなるという問題があった。更に、パターン形成時の現像処理等にて生じる廃液を処理するコストも高く、しかもこの廃液については環境保護の観点からも問題があった。

そこで、低コストでかつ有害な廃液等を生じることのないパターン形成方法に関する研究が種々なされている。なかでも、凹版オフセット印刷法は、微細パターンを高い精度で形成することが可能であることから、フォトリソグラフィ法の代替法として注目されている。凹版オフセット印刷法では、印刷用ブランケットからガラス基板などの被転写体に印刷用インキを１００％転写させるために、印刷用ブランケット表面にはシリコーンゴムシートを用い、印刷用インキには印刷用ブランケット表面のシリコーンゴムに溶解し易い、例えば溶剤を加え、この溶剤をシリコーンゴムに溶解させ、印刷用インキとシリコーンゴム界面の界面張力を低下させることでシリコーンゴムから印刷用インキを剥離し易くして印刷用インキを印刷用ブランケットから被転写体上に転写させている。

上記凹版オフセット印刷法を用いた最適な印刷手法として、所定の転移速度の範囲において、特定の粘度範囲を満たすように印刷することを特徴とする印刷方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１を満たす範囲で印刷することで、印刷精度が高い状態で、かつ速い転移速度を選択することができる。
特開２００５−６３８４３号公報（［００１８］）

しかしながら、従来の凹版オフセット印刷において、連続で印刷を行うにつれて、印刷用ブランケットからガラス基板のような被転写体に印刷用インキを塗布するときに、印刷用ブランケット上に印刷用インキが次第に残っていく、いわゆるパイリング（piling）という現象が生じる問題があった。このパイリング現象の発生は、上記特許文献１に示される印刷方法を用いて印刷したとしても、十分に抑制できているとはいえなかった。パイリング現象が生じる一因としては、印刷用ブランケットを回転して、印刷用ブランケット表面のシリコーンゴムシートからガラス基板へ印刷用インキを転写する際に、印刷用インキが内部で分断して、印刷用インキの一部がシリコーンゴムシートに残留してしまうことが考えられる。このパイリング現象により、得られる塗膜において、膜厚の減少やばらつき、線幅のばらつきの原因になるという問題があった。

印刷用インキの連続印刷性を評価するためには、実際にオフセット印刷法によって一定の条件で連続印刷を行い、パイリング現象が生じる印刷回数を測定する必要がある。しかし、使用する印刷用インキのオフセット印刷での連続印刷性の適性を調べるには、その都度連続印刷を行うことによって評価しなければならないため、時間がかかるという問題があった。

本発明の目的は、印刷用インキにおけるオフセット印刷での連続印刷性の適性を簡便に評価し得る、印刷用インキの評価方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、無機粉末又は有機粉末から構成される粉末成分、樹脂成分、溶剤成分及び分散剤を少なくとも含有するインキを凹状のパターンを有する印刷版に充填し、充填したインキを表面にシリコーンゴムシートを有する印刷用ブランケットへ転写した後、印刷用ブランケットから被転写体へインキを転写するオフセット印刷法に使用する印刷用インキの、オフセット印刷での連続印刷性を評価する方法であって、印刷用インキをＪＩＳ Ｋ ５７０１に準拠したインコメータにより回転数４００ｒｐｍの条件で測定し、測定開始１分後におけるタック値が１０．４〜１２．５の範囲を満たすとき、上記印刷用インキを、連続印刷可能な印刷回数の面でオフセット印刷での連続印刷に適するインキと判定することを特徴とする印刷用インキの評価方法である。
請求項１に係る発明では、ＪＩＳ Ｋ ５７０１に準拠したインコメータにより上記所定の条件で測定したときの、測定開始１分後におけるタック値が上記範囲を満たすような印刷用インキであれば、連続印刷可能な印刷回数の面でオフセット印刷での連続印刷性の適性に優れていると評価できる。即ち、本発明の評価方法では、印刷用インキにおけるオフセット印刷での連続印刷性の適性をタック値という指標を用いて簡便に評価することが可能となる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、無機粉末が金属粉末、金属酸化物、金属窒化物又はこれらを混合した混合粉末である印刷用インキの評価方法である。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、樹脂成分がアクリル−スチレン系共重合体、アクリル−ウレタン系共重合体、アクリル−エポキシ系共重合体、ウレタンアクリレート又はエポキシアクリレートを含む印刷用インキの評価方法である。
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明であって、溶剤成分がジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、γ−ブチルラクトン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル及びエチレングリコールモノフェニルエーテルからなる群より選ばれた１種又は２類以上を含む印刷用インキの評価方法である。
請求項２ないし４に係る発明では、印刷用インキの成分が上記種類であれば、本発明の評価方法の評価対象として適している。

本発明の印刷用インキの評価方法は、ＪＩＳ Ｋ ５７０１に準拠したインコメータにより上記所定の条件で測定したときの、測定開始１分後におけるタック値が上記範囲を満たすような印刷用インキであれば、オフセット印刷での連続印刷性の適性に優れていると評価することができる。即ち、印刷用インキにおけるオフセット印刷での連続印刷性の適性をタック値という指標を用いて簡便に評価することができるという利点がある。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明者は、オフセット印刷での連続印刷性について上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、オフセット印刷での連続印刷性と特定の条件で測定したときに得られるタック値とが相関関係を有することを見出した。
本発明は、オフセット印刷法に使用する印刷用インキの評価方法である。本発明の評価対象となる印刷用インキは、無機粉末又は有機粉末から構成される粉末成分、樹脂成分、溶剤成分及び分散剤を少なくとも含有する。オフセット印刷法では、図１に示すように、この印刷用インキ１１を凹状のパターン１０ａを有する印刷版１０に充填し、充填したインキを表面にシリコーンゴムシート１３ａを有する印刷用ブランケット１３へ転写した後、印刷用ブランケット１３から被転写体１４へインキ１１を転写することにより行われる。

本発明の評価方法は、上記印刷用インキをＪＩＳ Ｋ ５７０１に準拠したインコメータにより回転数４００ｒｐｍの条件で測定したとき、測定開始１分後におけるタック値が１０．４〜１２．５の範囲を満たすとき、そのインキを、連続印刷可能な印刷回数の面でオフセット印刷での連続印刷に適するインキと判定することを特徴とする。

ＪＩＳ Ｋ ５７０１に準拠したインコメータにより上記所定の条件で測定したときの、測定開始１分後におけるタック値が上記範囲を満たすような印刷用インキであれば、オフセット印刷での連続印刷性とタック値との相関関係により、オフセット印刷での連続印刷性の適性に優れていると評価できる。即ち、本発明の評価方法では、印刷用インキにおけるオフセット印刷での連続印刷性の適性をタック値という指標を用いて簡便に評価することが可能となる。

次にＪＩＳ Ｋ ５７０１に準拠したインコメータを用いたタック値の測定方法について説明する。ロータリータックメータともいわれるインコメータは、少なくとも３本のローラーによってシステムが構成されている。ここでは３本のローラーから構成されるインコメータについて説明する。１本目のローラーは、モータによって駆動する駆動用ローラーであり、金属製ロールからなる。その大きさは、直径：７６．２ｍｍ×幅：１５５．４ｍｍが例示される。２本目のローラーは、駆動用ローラーに接触し、かつこの駆動用ローラーの直上に配置され、ローラーにセンサが接続されており、駆動用ローラーが駆動して平衡状態の位置が変化するときの応力を接続されたセンサによって測定する測定用ローラーであり、硬度８０°のＮＢＲゴム製ロールからなる。その大きさは、直径：７９．３ｍｍ×幅：１５０．４ｍｍが例示される。３本目のローラーは、測定試料を分散するための分散用ローラーであり、硬度３０°〜５０°のＮＢＲゴム製ロールからなる。その大きさは、直径：５０．８ｍｍ×幅：１８４．１ｍｍが例示される。また、本発明の評価方法では、各ローラーが密閉されていない状態にある、いわゆる開放型インコメータによりタック値が測定される。

本発明の評価方法では、上記のように構成されたインコメータを用いる。図２（ａ）に示すように、インコメータを構成する駆動用ローラー２１と測定用ローラー２２は、印刷用インキが塗布されていない状態では、ローラーを回転させたとしても、平衡状態が保たれている。先ず、３本のローラーをそれぞれ３０℃の温度に維持する。この温度が維持された３本のローラー上に約１．３１ｃｃの印刷用インキを測定試料として塗布する。図２（ｂ）に示すように、塗布した駆動用ローラー２１の表層と測定用ローラー２２の表層には、それぞれ印刷用インキ２３の塗布膜が形成される。また図示しないが、分散用ローラーの表層にもインキの塗布膜が形成される。

次に、表層にインキの塗布膜２３が形成された各ローラーを４００ｒｐｍの回転数で回転させる。図２（ｂ）に示すように、駆動用ローラー２１を回転させることにより、ロールに塗布したインキ２３は塗布膜の状態で駆動用ローラー２１と測定用ローラー２２の間隙を通過する。駆動用ローラー２１と測定用ローラー２２の間の間隙を通過したインキ２３の塗布膜には、ロールの出口でインキの剥離に要する力（トルクＦ）が生じる。図２（ｃ）に示すように、このトルクＦを平衡状態の位置にまで戻すための復元力（ペースト凝集力Ｆ）を測定用ローラー２２に接続されたセンサによりタック値として測定する。このようなインコメータでは測定開始から一定間隔でタック値が測定される。

本発明の評価方法では、このようにして測定したタック値の測定開始から１分後の値を代表値として用いる。測定開始１分後のタック値を１０．４〜１２．５の範囲であれば、オフセット印刷での連続印刷性とタック値との相関関係により、オフセット印刷での連続印刷性の適性に優れていると評価できる。

測定開始１分後のタック値を１０．４〜１２．５の範囲内としたのは、タック値が１０．４未満では、連続印刷において、パイリングすることなく必要な回数印刷することが出来ないという問題があり、タック値が１２．５を越えると、ペーストの粘度が高すぎる為に、グラビア版のような凹状の印刷版にペーストを埋め込む（ドクタリング）ことができないという問題があるためである。

本発明の評価方法の評価対象となる印刷用インキに含有する粉末成分は、無機粉末又は有機粉末である。具体的には有機顔料、無機顔料、光輝性顔料、有機染料が挙げられる。このうち、無機粉末が金属粉末、金属酸化物、金属窒化物又はそれらの混合粉末は導電性パターンの印刷に使用でき、オフセット印刷での連続印刷性に特に適しているため好適である。有機顔料としては、アゾ系、ポリアゾ系、アンスラキノン系、キナクリドン系、イソインドリン系、イソインドリノン系、フタロシアニン系、ペリレン系、ＤＰＰ系、蛍光顔料等が挙げられる。無機顔料としては、アセチルカーボン、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイトのような炭素粉末、合成シリカ、酸化クロム、酸化鉄、酸化チタン、チタンブラック、焼成顔料、硫化亜鉛、酸化ルテニウム、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化銅等が挙げられる。光輝性顔料としては、パール顔料、フレーク顔料、アルミニウム顔料、ブロンズ顔料等が挙げられる。有機染料としては、アルコール可溶性染料、油溶性染料、蛍光染料、集光性染料等が挙げられる。

本発明の印刷用インキの評価方法で連続印刷性に適した樹脂成分としては、ポリメチルアクリレート等のポリアクリル酸エステル、ポリメチルメタクリレート等のポリメタクリル酸エステルと、ポリスチレン、ポリウレタン、エポキシ樹脂とを共重合させたアクリル−スチレン系共重合体、アクリル−ウレタン系共重合体、アクリル−エポキシ系共重合体、ポリアクリル酸エステルやポリメタクリル酸エステルの一部をウレタン、エポキシで置換したウレタンアクリレート、エポキシアクリレートが挙げられる。また、これらの樹脂成分の分子量は、数百〜数百万のオリゴマーからポリマーの範囲で好適に用いられる。低分子量の樹脂成分はインキの乾燥抑制に有効であり、高分子量の樹脂成分はインキ内部での凝集破壊を抑制することができる。即ち転写性の向上に有効である。従って、インキ中に低分子量から高分子量と幅広い分子量の樹脂を含有させることにより、インキの乾燥抑制と転写性向上を同時に満たすことができる。アクリル−スチレン系共重合体、アクリル−ウレタン系共重合体、アクリル−エポキシ系共重合体、ウレタンアクリレート又はエポキシアクリレートは、高い凝集力を有し、被転写体への転写時におけるインキ内部での凝集破壊を抑制することができる。上記アクリル−スチレン系共重合体等を単独又は２種以上使用してもよい。

本発明の印刷用インキの評価方法で連続印刷性に適した溶剤成分としては、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、γ−ブチルラクトン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテルが挙げられる。溶剤成分は上記群より選ばれた１種又は２種以上を含むように構成される。

本発明の印刷用インキの評価方法で連続印刷性に適した分散剤としては、カルボン酸系やポリカルボン酸型高分子アニオン、アリルエーテルコポリマー、ポリアミン−脂肪酸縮合物、高分子界面活性剤、高分子脂肪酸、リン酸エステル系、脂肪酸エステル縮合体などが挙げられる。分散剤を含むことで塗工した層表面が平滑になる効果が得られる。インキ１００重量％とするとき分散剤を３〜１０重量％の割合で配合することが好ましい。また、形成するラインのエッジ部におけるシャープネスさが高くなる。

図３は、成分や組成の異なる印刷用インキを３種類用意し、これらの印刷用インキを測定試料Ａ〜Ｃとして、ＪＩＳ Ｋ ５７０１に準拠したインコメータにより回転数４００ｒｐｍの条件で測定したときの結果である。このうち、測定試料Ａのタック値が１２．５、測定試料Ｂのタック値が１０．４と、本発明の評価方法にある、測定開始１分後におけるタック値が１０．４〜１２．５の範囲を満たしていた。なお、この図３では、測定時間が進むとともにタック値が高くなっている傾向にあるが、これはタック値の測定を開放型インコメータにより行ったため、印刷用インキ中の溶剤が揮発して、凝集力が変化していることによる。この測定後、これらの印刷用インキを用いて実際に凹版オフセット印刷法による連続印刷をしたところ、測定試料Ｃに使用した印刷用インキでは印刷開始から２００回程度でブランケット上にパイリング現象が発生したのに対し、測定試料Ａ及びＢに使用した印刷用インキでは５００回を越えてもパイリング現象は生じなかった。このような結果から、本発明の評価方法において、測定開始１分後におけるタック値が上記範囲を満たすような印刷用インキであれば、オフセット印刷での連続印刷性の適性に優れていると評価することができることが確認された。

このように従来の方法では、実際にオフセット印刷法によって一定の条件で連続印刷を行い、パイリング現象が生じる印刷回数を測定することによって印刷用インキのオフセット印刷での連続印刷性の適性を評価していたが、本発明の評価方法では、印刷用インキにおけるオフセット印刷での連続印刷性の適性をタック値という指標を用いて簡便に評価することができる。

オフセット印刷法の概略図。 インコメータによるタック値の測定原理を示す図。 成分や組成の異なる印刷用インキを用いた測定試料Ａ〜Ｃにおける測定時間とタック値との関係を示す図。

符号の説明

１０ 印刷版
１０ａ 凹状パターン
１１ 印刷用インキ
１２ スキージ
１３ 印刷用ブランケット
１３ａ シリコーンゴムシート
１４ 被転写体
２１ 駆動用ローラー
２２ 測定用ローラー
２３ 塗布された印刷用インキ

Claims (4)

1. 無機粉末又は有機粉末から構成される粉末成分、樹脂成分、溶剤成分及び分散剤を少なくとも含有するインキを凹状のパターンを有する印刷版に充填し、前記充填したインキを表面にシリコーンゴムシートを有する印刷用ブランケットへ転写した後、前記印刷用ブランケットから被転写体へインキを転写するオフセット印刷法に使用する印刷用インキの、オフセット印刷での連続印刷性を評価する方法であって、
   前記印刷用インキをＪＩＳ Ｋ ５７０１に準拠したインコメータにより回転数４００ｒｐｍの条件で測定し、測定開始１分後におけるタック値が１０．４〜１２．５の範囲を満たすとき、前記印刷用インキを、連続印刷可能な印刷回数の面でオフセット印刷での連続印刷に適するインキと判定することを特徴とする印刷用インキの評価方法。
2. 無機粉末が金属粉末、金属酸化物、金属窒化物又はこれらを混合した混合粉末である請求項１記載の印刷用インキの評価方法。
3. 樹脂成分がアクリル−スチレン系共重合体、アクリル−ウレタン系共重合体、アクリル−エポキシ系共重合体、ウレタンアクリレート又はエポキシアクリレートを含む請求項１記載の印刷用インキの評価方法。
4. 溶剤成分がジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、γ−ブチルラクトン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル及びエチレングリコールモノフェニルエーテルからなる群より選ばれた１種又は２類以上を含む請求項１記載の印刷用インキの評価方法。

Images