KR100944884B1 - Nozzle for non-impact printing and printing method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비충격 프린팅을 위한 노즐 및 이를 사용한 인쇄방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노크기의 안료입자 분산체로 구성된 기능성 잉크를 잉크젯 프린터로 LCD 컬러필터 등의 기판 상에 비충격 프린팅 방식으로 특정 도메인을 형성시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nozzle for non-impact printing and a printing method using the same, and more particularly, a functional ink composed of a nano-sized pigment particle dispersion is specified by a non-impact printing method on a substrate such as an LCD color filter by an inkjet printer. A method of forming a domain is provided.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비충격 프린팅을 위한 노즐은, 외형이 피라미드 또는 원뿔 모양이고, 노즐의 입구가 사각 형태로 형성된 것을 특징으로 하는데 이러한 노즐을 사용하여 노즐을 기판에 근접시키고, 노즐을 통해 이동한 기능성 컬러잉크를 점착시키고, 기능성 컬러잉크가 점착된 기판을 하부에서 200℃로 가열하면 마이크로미터 오차범위 이내의 정확한 위치에 격자 패턴 형성된다.The nozzle for non-impact printing of the present invention for achieving the above object is characterized in that the outer shape is pyramid or conical shape, the inlet of the nozzle is formed in a square shape using the nozzle to close the nozzle to the substrate, When the functional color ink is moved through the adhesive, and the substrate to which the functional color ink is attached is heated to 200 ° C. from the bottom, a lattice pattern is formed at an accurate position within a micrometer error range.
본 발명은 원재료의 손실 없이 잉크 액적이 착점시켜 격자 형태의 픽셀을 기판 상에 직접 형성시킬 수 있으며, 특히 LCD 컬러필터를 제조하는데 유용하다.The present invention allows ink droplets to land without loss of raw materials, thereby forming pixels in the form of lattice directly on a substrate, and are particularly useful for manufacturing LCD color filters.
비충격 프린팅, 노즐, LCD 화면, 컬러필터, 잉크젯 프린터 Non-impact printing, nozzles, LCD screens, color filters, inkjet printers
Description
본 발명은 비충격 프린팅을 위한 노즐 및 이를 사용한 인쇄방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노크기의 안료입자 분산체로 구성된 기능성 잉크를 잉크젯 프린터로 LCD 컬러필터 등의 기판 상에 비충격 프린팅 방식으로 특정 도메인을 형성시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nozzle for non-impact printing and a printing method using the same, and more particularly, a functional ink composed of a nano-sized pigment particle dispersion is specified by a non-impact printing method on a substrate such as an LCD color filter by an inkjet printer. A method of forming a domain is provided.
디스플레이 장치는 광 정보 신호가 발광 현상에 의해 표시되는 발광형 표시(emissive display) 장치와 반사, 산란, 간섭 현상 등에 의하여 광변조되어 표시되는 수광형 표시(non-emissive display) 장치가 있다. The display apparatus includes a light emitting display device in which an optical information signal is displayed by a light emission phenomenon, and a non-emissive display device in which light information is modulated and displayed by reflection, scattering, interference, or the like.
능동형 표시장치라고도 불리는 발광형 표시장치로는 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 및 일렉트로 루미네슨트 디스플레이(electroluminescent display; ELD) 등이 있고, 수동형 표시 장치라고도 불리는 수광형 표시장치로는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD) (electrochemical display; ECD) 및 전기영동 표시 장치(electrophoretic image display; EPID) 등이 있다.Light emitting displays, also called active displays, include cathode ray tubes (CRTs), plasma display panels (PDPs), light emitting diodes (LEDs), and electroluminescent displays. And a light-emitting display device, also called a passive display device, include a liquid crystal display (LCD), an electrochemical display (ECD), and an electrophoretic image display (EPID).
이 중 액정표시장치는 다른 디스플레이 장치에 비하여 얇고 가볍고 소비 전력과 구동 전압이 낮으면서 음극선관에 가까운 화상 표시가 가능하기 때문에 다양한 전자 장치에 광범위하게 사용되고 있는데 컬러화면을 구현하기 위해서는 R(red), G(green), B(blue)의 삼원색으로 구성된 컬러 필터를 필요로 한다.Among them, LCDs are widely used in various electronic devices because they are thinner and lighter than other display devices, and have low power consumption and driving voltage, and can display images close to cathode ray tubes. There is a need for a color filter composed of three primary colors, G (green) and B (blue).
컬러필터를 제조하기 위한 종래의 컬러잉크의 패턴형성 방법은 R, G, B의 삼원색을 하나씩 스크린 프린팅 방식으로 패턴을 형성시키는 것인데 먼저 일정 크기의 픽셀이 형성된 마스크를 기판 상에 접합시키고, 마스크 상에 스크린 샤를 올린 후, 스크린 샤 상에 R, G, B 중 한 가지 색을 도포하고 슬릿으로 잉크를 밀어주면 스크린 샤를 통해 침투된 잉크가 패턴 형성된 마스크의 형태로 기판 상에 형성되는데 노광공정을 수행하면 노광 처리된 부분은 고분자화 되어 기판과의 점착성이 높아져 고정되고, 나머지 부분은 현상공정을 통하여 제거되어 한 색의 패턴이 형성되는데 이를 나머지 색에 대하여도 반복하면 완성된다.Conventional color ink pattern forming method for manufacturing a color filter is to form a pattern by screen printing the three primary colors of R, G, B one by one by bonding a mask formed with a pixel of a certain size on the substrate, After raising the screen sha on the screen sha, apply one color of R, G, B on the screen sha and push the ink with the slit, and the ink penetrated through the screen sha is formed on the substrate in the form of a patterned mask. When the exposed portion is polymerized, adhesiveness with the substrate is increased and fixed, and the remaining portion is removed through a developing process to form a pattern of one color, which is completed by repeating the remaining colors.
그러나 상기 방식은 공정이 복잡하고, 생산 수율이 낮을 뿐만 아니라 반복 공정으로 넓은 면적이 필요하다. 또 원재료의 손실률이 높아 원재료의 40% 미만만 실제 제품생산에 사용되고, 60% 이상을 낭비하게 된다. However, the process is complicated and the production yield is low as well as a large area in a repeat process. In addition, the loss rate of raw materials is high, so less than 40% of raw materials are used for actual production, and waste more than 60%.
상기 문제점을 해결하기 위해서 많은 연구들이 진행되고 있는데 대표적으로는 기존의 원심력을 이용하여 감광물질(photo resist)을 증착막 상에 도포하여 패턴을 형성하는 방식과는 달리 감광물질을 슬릿으로 얇게 증착막 상에 도포하는 방식인 spinless 방식, R, G, B, BM을 동시에 인쇄할 수 있는 옵셋 인쇄(offset printing) 방식, 레이저 전사 방식의 공정 기술로 레이저에 의해 열을 발생하는 필름을 도입하여 패턴을 형성하는 laser induced thermal imaging 방식, 포토마스크 없이 레이저 다이오드를 이용하여 직접 패턴을 형성하는 laser scanning 방식 등이 있다. In order to solve the above problems, many researches are being conducted. Typically, unlike the conventional method of forming a pattern by applying a photoresist onto a deposition film using a centrifugal force, the photosensitive material is slit thinly on the deposition film. Forming pattern by introducing film which generates heat by laser with process technology of spinless method which is coating method, offset printing method which can print R, G, B, BM at the same time and laser transfer method There are laser induced thermal imaging, and laser scanning method that forms a pattern directly using a laser diode without a photomask.
하지만 상기 방식들도 패턴 형성에 한계가 있거나 장비가 고가이거나 공정이 복잡하여 기존의 문제점을 획기적으로 개선되지 않고 있다. 그리하여 상기 문제들을 종합적으로 해결하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있는데 그 중 하나가 잉크젯 프린팅 방식이다. However, the above methods also do not significantly improve existing problems due to limitations in pattern formation, expensive equipment, or complicated process. Thus, a lot of research has been conducted to comprehensively solve the above problems, one of which is inkjet printing.
이에 관한 발명으로는 한국공개특허 2002-0071542에 잉크젯 방식 컬러필터를 가지는 액정표시장치 및 그의 제조방법이, 한국공개특허 2007-0081939에는 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조방법이 각각 개시되어 있는데 이 방법들은 기존 제조공정과는 달리 기존 사무용 잉크젯 프린팅 방식으로 잉크를 기판 상에 토출시키는 것으로, 삼원색을 동시에 패터닝할 수 있으며 원재료의 손실이 매우 적다는 것이 특징이다.The invention relates to a liquid crystal display device having an inkjet type color filter and a method for manufacturing the same in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0071542, and a method for manufacturing a color filter using an inkjet method is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2007-0081939. Unlike the existing manufacturing process, the ink is discharged onto the substrate by the conventional office inkjet printing method, and the three primary colors can be simultaneously patterned, and the loss of raw materials is very small.
하지만, 상기 잉크젯 프린팅 방식은 노즐에서 잉크를 토출하여 잉크 액적이 기판(substrate)에 착점될 때의 충격으로 인하여 도메인이 불규칙하게 형성된다는 문제점이 있다.However, the inkjet printing method has a problem in that domains are irregularly formed due to an impact when ink droplets are deposited on a substrate by ejecting ink from a nozzle.
[문헌1] 한국공개특허 10-2002-0071542[Patent 1] Korea Patent Publication 10-2002-0071542
[문헌2] 한국공개특허 10-2007-0081939[Patent 2] Korea Patent Publication 10-2007-0081939
본 발명의 목적은 잉크젯 프린터를 사용하여 기판 상에 도메인을 형성시키되 충격 없이 액적과 기판 간의 계면장력을 이용하여 원하는 형태의 도메인을 형성할 수 있는 비충격인쇄 (non-impact printing) 방식에 사용되는 노즐과 이를 사용한 프린팅 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to use a non-impact printing method in which a domain is formed on a substrate using an inkjet printer, but a domain of a desired shape can be formed using the interface tension between the droplet and the substrate without impact. It is to provide a nozzle and a printing method using the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비충격 프린팅을 위한 노즐은, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 외형이 피라미드 또는 원뿔 모양이고, 노즐의 입구가 사각 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.The nozzle for non-impact printing of the present invention for achieving the above object, it is characterized in that the outer shape is pyramid or cone shape, the inlet of the nozzle is formed in a square shape.
상기 비충격 프린팅을 위한 노즐은 입구가 사각 형태로 되어 있고, 노즐의 외면은 원뿔 또는 피라미드 형태로 되어 있어 기능성 잉크가 노즐 입구에서 사각 형태로 형성되도록 유도하는 것이 특징이다. The nozzle for non-impact printing has an inlet in the form of a square, and the outer surface of the nozzle is in the form of a cone or a pyramid, characterized in that the functional ink is induced to form a square at the nozzle inlet.
상기 노즐이 장착된 비충격 프린터로 기능성 컬러잉크의 격자 형태의 패턴을 형성하는 방법은, 노즐이 기판에 근접하여 노즐을 통해 이동한 기능성 컬러잉크가 기판과 근접하여 기판에 점착되는 점착 단계와; 기능성 컬러잉크가 점착된 기판을 하부에서 200℃로 가열하여 기판에 격자 패턴 형성되도록 하는 단계로 이루어진다.A method of forming a grid-like pattern of functional color ink with the nozzle-mounted non-impact printer includes: an adhesive step of attaching a functional color ink, which is moved through a nozzle in proximity to a substrate, to a substrate in proximity to the substrate; The substrate to which the functional color ink is attached is heated to 200 ° C. from the bottom to form a lattice pattern on the substrate.
노즐 내의 기능성 컬러잉크는 질량흐름 프로파일(mass flow profile)이 준-정상상태(psudo-steady state) 내지 정상상태(steady state)로 이동하도록 하는 것이 바람직하다.The functional color ink in the nozzle preferably causes the mass flow profile to move from a pseudo-steady state to a steady state.
잉크의 흐름은 이를테면, 잉크의 점도로 조절할 수 있는데 질량흐름(mass flow rate)은 1mg/sec 이하, 잉크의 점도는 20cps 이하인 것이 바람직하다. The flow of the ink can be controlled by, for example, the viscosity of the ink. The mass flow rate is preferably 1 mg / sec or less, and the ink viscosity is 20 cps or less.
노즐은 SUS, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 테프론, 폴리이미드, 니켈이나 금으로 제작하는데 특히, 폴리이미드가 바람직하다. The nozzle is made of SUS, aluminum, stainless steel, Teflon, polyimide, nickel or gold, with polyimide being particularly preferred.
이하, 본 발명의 구성을 단계별로 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention in more detail step by step.
기능성 컬러 잉크와 기판과의 점착 단계는, 상기 제작된 노즐을 통해 이동한 기능성 컬러 잉크가 기판과 근접하여 기판 상에 점착되는 단계로, 컬러잉크가 기판 상에 점착될 시 기능성 컬러잉크가 점착충격으로 인하여 패턴형성의 불선명하게 되는 것을 방지하기 위하여 노즐이 기판과 일정 간격 내로 근접하는 선행단계가 필요하고, 근접속도(Approach rate)는 100μm/sec 이하가 바람직하다. 또, 노즐과 기판과의 간격은 1mm 이하인 것이 바람직하다. The adhesion step of the functional color ink and the substrate is a step in which the functional color ink moved through the manufactured nozzle is adhered to the substrate in close proximity to the substrate, and the functional color ink is cohesive impact when the color ink is adhered on the substrate. In order to prevent the pattern formation from being obscured, a preceding step is required in which the nozzle approaches the substrate within a predetermined distance, and the approach rate is preferably 100 μm / sec or less. Moreover, it is preferable that the space | interval of a nozzle and a board | substrate is 1 mm or less.
상기 기판은 기능성 컬러잉크와의 점착성을 높이기 위하여, 오존 또는 플라즈마 전처리를 하여 기판의 표면에너지를 높여주는 것이 바람직하다. In order to increase the adhesion with the functional color ink, the substrate is preferably subjected to ozone or plasma pretreatment to increase the surface energy of the substrate.
기판의 재질은 유리, 폴리스티렌, 폴리스티렌 부타디엔 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아믹산 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리아세틸렌, 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 또는 이들의 유도체로 이루어지는 군에서 1 또는 2 이상을 사용할 수 있는데 특히 유리나 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하는 것이 바람직하다. The material of the substrate is glass, polystyrene, polystyrene butadiene copolymer, polycarbonate, polyvinyl chloride, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyacrylate, polyester, polyimide, polyamic acid copolymer, polyvinyl alcohol, One or two or more may be used in the group consisting of polyacetylene, polyethylene terephthalate or derivatives thereof, and it is particularly preferable to use glass or polyethylene terephthalate.
패턴형성단계는 토출된 컬러잉크가 노즐과 기판 사이의 일정한 간격 범위에서 비충격으로 기판에 접촉되어 패턴이 형성되는 단계로, 상기 기능성 컬러잉크가 기판 상에 접촉을 하였을 시 기판 아래에서 강한 열을 발생시켜 컬러잉크와 기판간의 순간적인 접착력을 부여하는 것이 바람직하다. 이때 발생되는 열의 온도는 기판 상에서 측정할 시, 200℃ 이내가 바람직하다.The pattern forming step is a step in which the discharged color ink is in contact with the substrate in a non-impact manner at a predetermined interval between the nozzle and the substrate to form a pattern. When the functional color ink is in contact with the substrate, a strong heat is generated under the substrate. It is desirable to provide instantaneous adhesion between the color ink and the substrate. The temperature of the heat generated at this time is preferably within 200 ℃ when measured on the substrate.
본 발명에 의하면, 원재료의 손실 없이 마이크로미터 오차범위 이내의 정확한 위치에 잉크 액적이 착점시켜 격자 형태의 픽셀을 기판 상에 직접 형성시킬 수 있어 전자부품, 특히 LCD 컬러필터를 제조하는데 유용하다.According to the present invention, ink droplets can be formed at a precise position within a micrometer error range without loss of raw materials, thereby directly forming a grid-shaped pixel on a substrate, which is useful for manufacturing electronic components, particularly LCD color filters.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 컬러필터는 contrast가 2,000 이상이고, brightness가 15 이상이고, red color shift가 0.5 이상이고, 열저항은 150℃ 이상이고, 잉크의 점착안정성은 제거율이 5% 미만으로 성능이 매우 우수하다. The color filter manufactured by the method of the present invention has a contrast of 2,000 or more, brightness of 15 or more, red color shift of 0.5 or more, thermal resistance of 150 ° C or more, and adhesion stability of the ink to a removal rate of less than 5%. The performance is very good.
그 밖에, 본 발명의 비충격 프린팅 방식은 잉크젯 프린팅의 한계를 극복할 수 있는 방식으로, 표시장치 분야, 광메모리 분야, 자기 메모리 분야, 대전 방지 분야, 전자파 차폐 분야, 광전 변환 소자 분야, 열선 반사분야, 면상 발열체 분야, 전자 부품 및 회로 재료 분야, 전극 분야, 광투과 필터 분야, 가스 선택 투과성 막 분야, 전기 절연 분야, 고분자 센서 분야 등에 다양하게 적용될 수 있다.In addition, the non-impact printing method of the present invention may overcome the limitations of inkjet printing, and may be used in a display device field, an optical memory field, a magnetic memory field, an antistatic field, an electromagnetic shielding field, a photoelectric conversion element field, and heat ray reflection. It can be applied in various fields such as field, planar heating element field, electronic component and circuit material field, electrode field, light transmission filter field, gas selective permeable membrane field, electric insulation field, polymer sensor field and so on.
상기 [과제의 해결 수단]은 후술하는 실시예를 통해 더욱 명확해질 것이다. The above-mentioned means for solving the problem will be clearer through the following examples.
<실시예 1> <Example 1>
A. 실험A. Experiment
1) 노즐 질량흐름 프로파일1) Nozzle Mass Flow Profile
점도 20cps로 제조된 기능성 컬러잉크를 노즐에 주입하여 1mg/sec의 비율로 이동시켜 기능성 컬러잉크의 질량흐름 프로파일을 확인한 결과, 질량흐름 프로파일은 psudo-steady state profile을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. When the functional color ink prepared at a viscosity of 20 cps was injected into the nozzle and moved at a rate of 1 mg / sec to confirm the mass flow profile of the functional color ink, it was confirmed that the mass flow profile represented a psudo-steady state profile.
질량흐름 프로파일의 측정은 Mass Flow Meter (Model Number : HMFM 3200S)로 측정하였다. Mass flow profile was measured using a Mass Flow Meter (Model Number: HMFM 3200S).
2) 기능성 컬러잉크 패턴형성2) Functional Color Ink Pattern Formation
유리 기판을 5분간 오존처리를 한 후, 1) 단계의 조건으로 기능성 컬러잉크를 점착하고, 유리 기판 하부에서 200℃로 1분간 가열하여 패턴을 형성시켰다. After ozone treatment of the glass substrate for 5 minutes, the functional color ink was adhered under the conditions of step 1), and a pattern was formed by heating the glass substrate at 200 ° C. for 1 minute under the glass substrate.
B. 결과B. Results
상기 단계를 거쳐 형성된 기능성 컬러잉크 패턴의 contrast (CT-1)가 1,850이고, brightness (Otuska)가 16.7이고, red color shift (Otuska)가 0.51이고, 열저항은 135℃이고, 잉크의 점착안정성은 제거율이 4%이었다. The functional color ink pattern formed through the above steps has a contrast (CT-1) of 1,850, brightness (Otuska) of 16.7, red color shift (Otuska) of 0.51, thermal resistance of 135 ° C, and adhesion stability of ink. The removal rate was 4%.
<실시예 2> <Example 2>
A. 실험A. Experiment
1) 노즐 질량흐름 프로파일1) Nozzle Mass Flow Profile
점도 15cps로 제조된 기능성 컬러잉크를 노즐에 주입하여 1mg/sec의 비율로 이동시켜 기능성 컬러잉크의 질량흐름 프로파일을 확인한 결과, 질량흐름 프로파일은 steady state profile을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. A functional color ink prepared at a viscosity of 15 cps was injected into the nozzle and moved at a rate of 1 mg / sec to confirm the mass flow profile of the functional color ink. As a result, the mass flow profile showed a steady state profile.
2) 기능성 컬러잉크 패턴형성2) Functional Color Ink Pattern Formation
유리 기판을 5분간 오존처리를 한 후, 상기 1) 단계의 조건으로 기능성 컬러잉크를 점착하고, 유리 기판 하부에서 180℃로 1분간 가열하여 패턴을 형성시켰다. After ozone treatment of the glass substrate for 5 minutes, the functional color ink was adhered under the conditions of step 1), and the pattern was formed by heating at 180 ° C. for 1 minute under the glass substrate.
B. 결과B. Results
상기 단계를 거쳐 형성된 기능성 컬러잉크 패턴의 contrast (CT-1)가 2,015이고, brightness (Otuska)가 17.3이고, red color shift (Otuska)가 0.61이고, 열저항은 155℃이고, 잉크의 점착안정성은 제거율이 2%이었다. The functional color ink pattern formed through the above steps has a contrast (CT-1) of 2,015, brightness (Otuska) of 17.3, red color shift (Otuska) of 0.61, thermal resistance of 155 ° C, and adhesion stability of ink. The removal rate was 2%.
도 1은 본 발명의 비충격 프린팅을 위한 노즐의 일실시예로, 외형은 원뿔 형태를 하고 노즐 입구는 사각형으로 한 경우이다.Figure 1 is an embodiment of a nozzle for non-impact printing of the present invention, the outer shape is a cone shape and the nozzle inlet is a rectangular case.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예로 외형은 피라미드 형태로, 노즐 입구는 사각형으로 한 경우이다.Figure 2 is another embodiment of the present invention is the case in which the outer shape is a pyramid shape, the nozzle inlet is a square.
도 3은 상기 노즐을 사용하여 사각 형태의 패턴을 형성한 사진이다.3 is a photograph in which a square pattern is formed using the nozzle.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 노즐의 입구 2 : 노즐의 외면1: inlet of nozzle 2: outer surface of nozzle
3 : 잉크 주입구3: ink injection hole
Claims (3)
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