JP5367072B2 - ナノ微粒子の機能性インクのインクジェット印刷 - Google Patents
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Description
本発明は、ナノ粒子を含むインクのインクジェット印刷の方法に関し、および当該方法を実施するための印刷装置に関する。
本発明によれば、インクを基材に塗布する方法が提供され、前記方法は、
液体ビヒクルおよびビヒクル中に分散された少なくとも帯電した色素粒子を含むインクを調製すること;
インク用の出口ノズルに第一の電位を印加すること;
出口ノズル近傍に配置された1つ以上の補助電極に少なくとも第二の電位を印加すること;および
インクの液滴を出口ノズルから基材上の標的区域(target zone)に対して放出することを含み、
出口ノズルおよび1つ以上の補助電極の配置、ならびに第一および第二の電位の値は、色素粒子が標的区域内に濃縮され、それによって、インク中の色素粒子の濃度よりも高い濃度を有する色素粒子の分量が標的領域内に沈着するよう選択されることを特徴とする。
インクの出口を規定するノズルであって、少なくともそのノズルの一部が電気導電性であるノズル;
出口ノズルに第一の電位を印加するための第一の電源;
出口ノズル近傍に配置された1つ以上の補助電極;
前記1つ以上の補助電極に第二の電位を印加するための第二の電源;および
液体ビヒクルおよびビヒクル中に分散された少なくとも帯電した色素粒子を含むインクを、ノズルから基材上の標的区域に対して放出させるための手段を含み、
ノズルおよび1つ以上の補助電極の配置、ならびに第一および第二の電位の値は、色素粒子が標的区域内に濃縮され、それによって、インク中の色素粒子の濃度よりも高い濃度を有する色素粒子の分量が標的領域内に沈着するよう選択されることを特徴とする。
上記のように、電気泳動塗布および電気流体力学インクジェット印刷の両方とも知られているが、同一過程でのその両方の組合せは直観的に相反するものであり、これ達成することは自明なことではない。本方法の鍵となる重要な点は、色素粒子が規定の電荷を保持し、およびビヒクルが逆の電荷を有するか又は中性を維持しなければならないことである。これらの電荷は、永久のものであってもよいし、または印刷過程の間にもしくは印字ヘッドへの供給の間に電位が印加されることによって誘導されるものであってもよい。
予備的な実例において、電気泳動をインクジェット印刷過程に含める効果を、図3で示されるようなトランジスタ試験構造物に対して、手で、塗布される別々の液滴を用いて模擬実験を行った。その構造物は、ポリメチルメタクリラートを含む基材30上に形成され、薄い誘電体層38に対して積層されたソース電極32、ドレイン電極34およびゲート電極36を有する電界効果トランジスタ(FET)の形態であった。
上記の第二の実施態様の巨視的な模擬実験を、液滴塗布の間の電気泳動効果および電気流体力学効果を調べるために組み立てた。この模擬実験では、図2の単一の管16を表す23ゲージ(0.6mm)のブラント・スチールニードル(blunt steel needle)を、接地電位に保たれた固体アルミニウム・バックプレートの上1.5mmの距離に置いた。この配置は、付属の針電極24と接地電位の基板26の電位V2を固定することに等しい。従って、結果的に得られる電界は、ノズル軸に沿って一様であり、ノズル半径よりも大きな放射距離で広がり、このように、図2で示される電界パターンよりも図1で示される電界パターンに実際には酷似することとなる。
Claims (28)
- インクを基材に塗布する方法であって、
液体ビヒクルおよび前記ビヒクル中に分散された少なくとも帯電した色素粒子を含むインクを調製すること;
インク用の出口ノズルに第一の電位を印加すること;
出口ノズル近傍に配置された1つ以上の補助電極に少なくとも第二の電位を印加すること;および
インクの液滴を出口ノズルから基材上の標的区域に対して放出させることを含む方法であり、
1つ以上の補助電極は、ノズルから出るインクの液滴に電界を印加するために配置され、出口ノズルおよび1つ以上の補助電極の配置、ならびに第一および第二の電位の値は、色素粒子が、液滴が落ちるにつれノズルから出るインクの前記液滴の中心に向かって電気泳動的に濃縮され、それによって、インク中の色素粒子の濃度よりも高い濃度を有する色素粒子の分量が標的区域内に沈着するよう選択されることを特徴とする、方法。 - 色素粒子が永久電荷を有する、請求項1記載の方法。
- 色素粒子が誘導電荷を有する、請求項1記載の方法。
- 印加電位を利用して塗布過程の間に色素の放射状に内向きの電気泳動運動を引き起こし、色素粒子を前記液滴の中心に向かって、従って標的区域内に濃縮するために設計される、請求項1〜3のいずれか一項記載の方法。
- 印加電位を利用して液体流体力学的な力をインクの液滴の液体ビヒクルに対して生じさせ、液体ビヒクルを標的区域から分散させるために設計される、請求項1〜4のいずれか一項記載の方法。
- 出口ノズル近傍に配置された1つ以上の補助電極が、ノズルにより形成される電極周辺で同軸上に配置される、請求項1〜5のいずれか一項記載の方法。
- 基材が、インクの液滴がノズルから標的区域に対して放出される間、規定の電気で維持される、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
- 基材が接地電位または地電位で維持される、請求項7記載の方法。
- 出口ノズルと1つ以上の補助電極との間の電位差が、少なくとも出口ノズルと基材との間の電位差と同じ大きさである、請求項1〜8のいずれか一項記載の方法。
- 出口ノズルと1つ以上の補助電極との間の電位差が1〜100Vの範囲内にある、請求項9記載の方法。
- 少なくとも1つ以上の補助電極を、基材の裏側で、ノズルにより形成される電極と同じ共通軸上に配置することを含む、請求項1〜5のいずれか一項記載の方法。
- 基材を支えるための基板を備え、前記基板が規定の電位で維持される、請求項11記載の方法。
- 基板が接地電位または地電位で維持される、請求項12記載の方法。
- 基板が基材の裏側に配置され、前記基材がノズルと基板との間に配置される、請求項12または13に記載の方法。
- 基板が基材とノズルの間に配置される、請求項12または13に記載の方法。
- ノズルおよび基材の裏側の少なくとも1つの補助電極が、基材に対して相対的に可動式であり、ノズルおよび前記少なくとも1つの補助電極の移動が、同期されている、請求項11記載の方法。
- 複数の電極および対応する穴が、固定された絶対位置で維持される、請求項11記載の方法。
- ノズルおよび補助電極が固定された位置で維持され、基材はそれに対して相対的に移動する、請求項11記載の方法。
- 補助電極の電位が、ノズルの電位よりも荷電ナノ粒子をさらに引き付けるよう維持される、請求項12〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 補助電極とノズルの電位の比が、補助電極近傍の基板における穴の半径とノズルの半径の比よりも大きく保たれる、請求項19記載の方法。
- インクを基材に塗布するための装置であって、
インクの出口を規定するノズルであって、少なくともそのノズルの一部が電気導電性であるノズル;
出口ノズルに第一の電位を印加するための第一の電源;
出口ノズル近傍に配置された1つ以上の補助電極;
前記1つ以上の補助電極に第二の電位を印加するための第二の電源;および
液体ビヒクルおよび前記ビヒクル中に分散された少なくとも帯電した色素粒子を含むインクの液滴を、ノズルから基材上の標的区域に対して放出させるための手段を含む装置であり、
出口ノズル近傍に配置された1つ以上の補助電極は、ノズルから出るインクの液滴に電界を印加するために配置され、出口ノズルおよび1つ以上の補助電極の配置、ならびに第一および第二の電位の値は、色素粒子が、液滴が落ちるにつれノズルから出るインクの前記液滴の中心に向かって電気泳動的に濃縮され、それによって、インク中の色素粒子の濃度よりも高い濃度を有する色素粒子の分量が標的区域内に沈着するよう選択されることを特徴とする、装置。 - 出口ノズル近傍に配置された1つ以上の補助電極が、ノズルにより形成される電極周辺で同軸上に配置されたものである、請求項21記載の装置。
- 電源が、少なくとも出口ノズルと基材との間の電位差と同じ大きさの出口ノズルと1つ以上の補助電極との間の電位差を維持するために配置されたものである、請求項22記載の装置。
- 電源が、出口ノズルと1つ以上の補助電極との間の電位差を1〜100Vの範囲内に維持するために配置されたものである、請求項23記載の装置。
- ノズルにより形成される電極と同じ共通軸上で、ノズルの向こう側に配置された少なくとも1つの補助電極を含み、使用に際して基材がノズルと前記少なくとも1つの補助電極の間にあることを特徴とする、請求項21記載の装置。
- 基材を支えるために配置された基板を含み、当該基板は規定の電位で維持されることを特徴とする、請求項25記載の装置。
- 電源が、ノズルの電位よりも荷電ナノ粒子をさらに引き付けるよう補助電極の電位を維持するために配置される、請求項26記載の装置。
- 電源が、補助電極とノズルとの電位の比を、補助電極近傍の基板における穴の半径とノズルの半径との比より大きく保つために配置される、請求項27記載の装置。
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