JP6255899B2 - フレキソ版印刷機及びそれを用いた機能性薄膜の製造方法並びに機能性薄膜製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機エレクトロルミネセンス素子の製造に用いるフレキソ版印刷機及びそれを用いた機能性薄膜の製造方法に関する。

安価な製造コストと量産性にすぐれた印刷法により微細パターン形成をして新規なデバイスを開発する取り組みがなされている。特にディスプレイ分野では生産効率化と大面積化を両立する技術として印刷法によって機能性薄膜を微細パターンで形成する試みがなされている。

現在、開発が進んでいる印刷法としてはインクジェット印刷、ノズル印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、フレキソ印刷法などの応用が検討されている。

各種印刷手法の中で特にフレキソ印刷法は、感光性樹脂からなるフレキソ版と、表面に規則正しい凹凸が形成されているアニロックスロールと呼ばれるインキロールによりフレキソ版の表面にインキを供給して、微細パターンを形成するのに適した印刷法である。フレキソ印刷は段ボールライナー、包装フィルムなどの印刷につかわれており、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。

フレキソ印刷は印圧がほとんどない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、ディスプレイ等の電子部品に使用される極めて薄いガラス基板や、高い印刷圧力をかけることによって特性が破壊され易いＩＴＯなどの透明電極等が成膜された基板に対する印刷にも適している。

次に、一般的なフレキソ印刷装置について図２を参照して説明する。このフレキソ印刷装置は、図２に示すように、フレキソ版２０４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２０１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２０８と、版下クッション２０３を介してパターン形成用のフレキソ版２０４が装着される回転式の版胴２０５と、被印刷基板２０７が載置される基板定盤２０６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２０２とを有して構成されている。

次に、図２を用いて印刷フローについて説明する。まず基板定盤２０６上に被印刷基板２０７が載置された後、フレキソ版２０４が装着された版胴２０５の直下まで移動する。基板定盤２０６が移動したならば、版胴２０５が基板定盤２０６の動作と同期回転し、版胴２０５と等速で動作するアニロックスロール２０１より、フレキソ版２０４へインキが供給される。フレキソ版２０４へインキが供給された後、速やかにフレキソ版上のインキは被印刷基板２０７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２０２はアニロックスロール２０１上に塗布されたインキのうち余剰インキを掻き落とすことによってアニロックスロール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やドクターブレードは一般的に、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。

従来フレキソ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クが付着するなどの問題があった。

特開２００１−０８３４９５

フレキソ印刷法において、ドクターブレードの代用としてドクターロールを使用し、均一なドクタリングを実現させる事で、金属異物を発生させる事なく、均一な膜厚の印刷パターンを容易に形成する事ができ、電子部材などの微細パターニング技術など多様な用途へ展開を図ることが出来る様になった。

しかし、従来のドクターロール手法を用いたフレキソ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ていた。よって、本発明の目的は、かかる問題を解決し、機能性薄膜を高品質かつ異物を少なく印刷出来る手段を提供することにある。

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。図３の様にドクターロールがアニロックスロールと接触する部分３０４（図３（ａ）に示す）を支点に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より逃げてしまう事（図３（ｂ）に示す）が原因であることが明らかとなった。

上記現象を防止する為に検討を行った結果、２重管構造を有するドクターロールによりロールの撓みを抑えた機構を設置しドクタリングする事で幅方向に均一にドクタリングする事が確認された。外郭の左右端より中心軸を挿入し、同中心軸により前記支持体を介して外郭を中心軸から２個所で支持し、ドクターロールのアニロックスロールへの接圧によって生じるドクターロールの撓み変形を矯正可能にする。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、
基材に機能性薄膜を形成する為のフレキソ版印刷機であり、少なくとも印刷パターンが形成されたフレキソ版を外周部に装着するためのシリンダー状版胴、フレキソ版にインクを供給するアニロックスロール、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、アニロックスロールにインクを供給するためのインク供給装置及び、フレキソ版のインクが転写される被印刷物を載置する位置決め定盤を具備するフレキソ版印刷機において、ドクターロールが円柱状または円筒状の中心軸と、円筒状の外郭と、中心軸と外郭との間にそれらを支持する支持体とで２重管構造を有しており、外郭と中心軸の弾性率が異なり、外郭の方は弾性率を高く、かつ支持体の弾性率を外郭より小さな弾性率とすることで撓みを抑制した機構を具備したことを特徴とするフレキソ版印刷機としたものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のフレキソ版印刷機を用い、基材に機能性薄膜を形成することを特徴とする機能性薄膜の製造方法としたものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載のフレキソ版印刷機を備え、基材に機能性薄膜を形成することを特徴とする機能性薄膜製造装置としたものである。

本発明の製造方法を適用することによって、ドクターブレードを使用した際のような、金属異物を発生させる事なく、均一な膜厚の印刷パターンを容易に形成することができる。そのため、電子部材などの微細パターニング技術として、フレキソ印刷法を適用することが出来るようになった。

ドクターロールを有するフレキソ印刷装置の概略を説明する図面である。 ドクターブレードを有するフレキソ印刷装置の概略を説明する図面である。 アニロックスロールへドクターロールを押当てた際のロールの撓みを説明した図である。 本発明に係るドクターロールの撓みを矯正させる機構の説明図である。

以下、この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。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を、図１及び図４に示すフレキソ版印刷機におけるアニロックスロール１０１からなるインキ供給機構１０９、２重管ドクターロール４０２を中心に説明する。
図１に示すフレキソ版印刷機はパターン形成用のフレキソ版１０４が外周部に装着されるシリンダー式の版胴１０５、フレキソ版１０４に接してインキを供給するアニロックスロール１０１、アニロックスロールへインキ供給する為のインキチャンバ（インク供給装置）１０８、アニロックスロール１０１上の余剰インキを掻き落とすドクターロール１０２、基板を載置する基板定盤１０６から構成された印刷装置である。

本発明のフレキソ版印刷用に用いることが出来る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も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。

本願発明に係るドクターロール４０２は、２重管構造を有しており撓みを抑制した機構を具備する。図４（ｂ）は、ドクターロールの一例の構造を断面で示した説明図である。２重管構造として、円柱状の中心軸４０５と、円筒状の外郭４０４と、中心軸と外郭とを支持する支持体４０６とで構成されたものを例示できる。図４（ｃ）は、ドクターロールにたわみが生じた状態を断面で示した説明図である。

使用することが出来るドクターロール４０２の中心軸４０５としては、ＳＵＳ材などで作成された芯ロールを例示できる。本例では、円筒状のロールの両端部に回転軸を備えた円柱形状としている。外郭４０４の表面に使用するゴムとしては、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、ウレタンゴムなどなどが挙げられる。これらのうちを弾性の強いもので、あるいは弾性の強い円筒状の剛体に巻きつけて、ゴムローラとしてよい。これらのゴムローラ上に、ＰＦＡ熱収縮チューブを巻きつけたものなど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。

これらゴムロールの表面は算術表面粗さ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。

ドクターロール周面中央領域３０１（図３）の低表面自由エネルギー部の形成には、従来と同様にして、ＰＴＦＥ、ＰＦＡに代表されるフッ素樹脂の粉体吹き付け塗装、スプレーコーティング、プラズマ重合といったフッ素樹脂膜の形成、またはパーフルオロアルキル鎖を有する表面修飾剤の蒸着といったフッ素化単分子膜の形成をする公知の手法を用いて作成することができる。あるいは、上記したようにこれらフッ素樹脂を熱収縮チューブとして、これを巻きつけてもよい。

ドクターロール４０２に使用するゴムの硬度としてはＪＩＳ−Ａ硬度で３０°〜７０°の範囲でいずれも使用することが出来る。

ドクターロール４０２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。

次に図３の様に従来のドクターロール３０２はアニロックルロール３０１へ押当てた際に（図３（ａ））アニロックスロールとの接触部３０４を支点に中央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（図３（ｂ））。そこで、図４（ａ）、（ｂ）の様に外殻ロール４０４と、外殻ロール４０４の両端から挿入された中心軸４０５から構成された本願発明に係る２重管ロールをドクターロールとして用いる。この２重管ロールは外殻ロールと中心軸が一定の長さにわたり支持体４０６により支持されており、ドクターロールの撓みが矯正されている印刷機である。また、外殻よりも弾性率の低い支持体を用いることで、支持体が早く撓み、ドクターロールの撓みを吸収している（図４（ｃ））。

この印刷機を用いた際の実際の動作について説明する。

基板定盤上１０６に、ガラス基板１０７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上にはインキが供給され、本発明にかかるドクターロールによりドクタリングが継続的に実施され、平滑にドクタリングされた表面が常に保持されている。本発明による２重管ドクターロールにより、アニロックスロールに対する幅方向の押し付け圧力が均一になるのでアニロックスロール上のインキ掻取りが均一になる。次に基板定盤が版胴直下に移動した後、アニロックスロール１０１より版上へインキが転写され、その後版胴回転と同期した基板上に置かれたガラス基板１０７へ印刷が行われ、アニロックスロール上のインキが均一なので基板に転写したインキのバラツキが少なくなる。
以上の動作を実施することによって良質な印刷物を得ることが出来る。

またこのようなフレキソ版印刷機を用いて、基材に機能性薄膜を形成することによって、金属異物を発生させる事なく、均一な膜厚の機能性薄膜を容易に形成することができる。

また、このようなフレキソ版印刷機を用いて、他の操作機能などを追加し、機能性薄膜装置としてもよい。

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、ガラス上へ印刷した例を示す。

印刷機としては、本願発明に係るドクターロールを用いた図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として、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。

次に、本実施例で用いるドクターロールについて、中心が２重になっており、外殻に硬度２００ＧＰａの炭素強化プラスチック（ＣＦＲＰ）をもちいている。中心軸はＳＵＳからなり、支持体として１００ＧＰａのＣＦＲＰを用いている。外殻よりも弾性率の低い支持体を用いることで撓みを吸収している。

さらに、２重管ロール上に硬度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。さら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、ロール周面全体の研磨を実施し、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全長１０ｍｍずつ長くなる様に製作した。
その状態でアニロックスロールに対して、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はサーボモータ制御しながら回転させ、ドクターロールはアニロックスロールへの連れまわりで回転をさせてドクタリングを行った。

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、ストライプ状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 幅Ｗ２００ｍｍ 長さ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。作成した凸版を印刷機の版胴に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。

次にインキについて説明する。

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、インキを印刷機のチャンバーへ投入した。

以上の装置、版、発光材料インキを用いて３００ｍｍ角０．７ｍｍｔのソーダガラス上に印刷を行った。印刷はタクト６０ｓ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。

実施例において得られた有機発光層が形成された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）
実施例においては、印刷後の印刷幅方向のインキの転移量のバラツキを測定して評価を行った。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、押し付けロールを設置した印刷物では目標値±５％内でありバラツキの範囲内であった。また特異的なムラも観測されなかった。

本発明に関わるドクターロールの撓みをコントロールする技術は塗工装置に限らず、ロールをロール形状或いは平らな形状の物へ押し付けて回転する機構に対しても適用可能である。

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 フレキソ版
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
２０１ アニロックスロール
２０２ ドクターブレード
２０３ 版下クッション
２０４ フレキソ版
２０５ 版胴
２０６ 基板定盤
２０７ 被印刷基板
２０８ インキチャンバ
３０１ アニロックスロール
３０２ ドクターロール
３０３ ドクターロール軸受け部への押し付け力
３０４ アニロックスロールとドクターロールの接触点
４０１ アニロックスロール
４０２ ２重管ドクターロール
４０３ ドクターロール軸受け部への押し付け力
４０４ 外殻ロール
４０５ 中心軸
４０６ 支持体

Claims (3)

1. 基材に機能性薄膜を形成する為のフレキソ版印刷機であり、少なくとも印刷パターンが形成されたフレキソ版を外周部に装着するためのシリンダー状版胴、フレキソ版にインクを供給するアニロックスロール、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、アニロックスロールにインクを供給するためのインク供給装置及び、フレキソ版のインクが転写される被印刷物を載置する位置決め定盤を具備するフレキソ版印刷機において、ドクターロールが円柱状または円筒状の中心軸と、円筒状の外郭と、中心軸と外郭との間にそれらを支持する支持体とで２重管構造を有しており、外郭と中心軸の弾性率が異なり、外郭の方は弾性率を高く、かつ支持体の弾性率を外郭より小さな弾性率とすることで撓みを抑制した機構を具備したことを特徴とするフレキソ版印刷機。
2. 請求項１に記載のフレキソ版印刷機を用い、基材に機能性薄膜を形成することを特徴とする機能性薄膜の製造方法。
3. 請求項１に記載のフレキソ版印刷機を備え、基材に機能性薄膜を形成することを特徴とする機能性薄膜製造装置。