KR101039297B1 - Roll-to-Roll Printing method Using The Characteristic Of Cavity Material For Printed Electronics - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐비티 재료의 특성을 이용한 전자소자의 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 캐비티의 소수성이 잉크 전달 과정에 미치는 역할을 실험에 의하여 측정하고, 친수성과 소수성을 나타낼 수 있는 잉크와 캐비티사이의 접촉각에 대한 최대 효과의 잉크전달량을 도출함에 따라 그라비아 롤의 캐비티 재질을 소수성으로 하면 최대 효과의 잉크가 전달될 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a continuous process roll-to-roll printing apparatus and method of an electronic device using the characteristics of the cavity material, by experiments to determine the role of the hydrophobicity of the cavity in the ink delivery process by experiment, the ink that can exhibit hydrophilicity and hydrophobicity As the ink transfer amount of the maximum effect on the contact angle between the cavity and the cavity is derived, when the cavity material of the gravure roll is made hydrophobic, the ink of the maximum effect can be delivered.
캐비티, Cavity, 소수성, 친수성 Cavity, Cavity, Hydrophobic, Hydrophilic
Description
본 발명은 전자소자의 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 전자소자 인쇄 롤투롤 공정에서 cavity의 재료의 소수성이 잉크 전달 메커니즘에 미치는 영향을 규명하여 친수성과 소수성을 나타낼 수 있는 잉크와 cavity사이의 접촉각에 대한 최대 효과의 잉크전달량이 도출되도록 하는 데 이용될 수 있다. The present invention relates to a continuous process roll-to-roll printing apparatus for electronic devices, and a method thereof. An ink which can show hydrophilicity and hydrophobicity by identifying the effect of hydrophobicity of a material of a cavity on an ink delivery mechanism in an electronic device printing roll-to-roll process; It can be used to obtain an ink transfer amount of maximum effect on the contact angle between the cavities.
인쇄 RFID 시장은 아직까지는 세계 시장 규모가 크지 않지만, 오는 2015년경에는 세계적으로 약 30조원 정도의 시장이 형성될 것으로 전망되고 있다. 기술적인 뒷받침이 이뤄져 초저가 양산이 실현될 경우 바코드를 대체하며 새로운 블루오션이 될 것으로 기대를 모으고 있다. 아직까지 높은 생산 단가 때문에 본격적으로 확산이 이뤄지지 않고 있는 RFID기술이 주목 받고 있는 이유는 여기에 있다.The printed RFID market is not yet large in size, but the market is expected to reach around 30 trillion won by 2015. It is expected to replace the barcode and become a new blue ocean if the technical support is made and the ultra low price is realized. This is why RFID technology, which is not spreading in earnest due to high production costs, is drawing attention.
저렴한 가격의 칩을 개발하기 위해서는 칩을 제작하는 공정 및 재료의 변경이 필수적이라고 할 수 있다. 전도성 폴리머 또는 전자잉크를 이용한 태그의 프린팅 생산 방법이 주목을 받고 있다. 재료의 측면에 있어서 전도성이 있는 폴리머를 사용하게 되면 실리콘 칩을 대체함으로써 유연하고 튼튼한 접합을 이룰 수 있다는 장점이 있으면서, 재료에 따른 비용을 절감할 수 있기 때문에 생산단가를 비약적으로 낮출 수 있다. 또한, 공정의 측면에 있어서, 프린팅 방법을 이용하게 되면 생산속도 및 생산량의 증가가 가능하게 되며, 고비용의 반도체 공정장비가 아닌 저비용의 인쇄 장비를 이용하게 되므로 RFID 태그의 가격하락에 중요한 영향을 미친다.In order to develop a low-cost chip, it is necessary to change the process and material for manufacturing the chip. Attention has been paid to a method of printing a tag using a conductive polymer or an electronic ink. The use of conductive polymers in terms of materials has the advantage that flexible and robust bonding can be achieved by replacing silicon chips, and the cost of materials can be reduced, thereby significantly reducing production costs. In addition, in terms of the process, using the printing method it is possible to increase the production speed and output, and to use the low-cost printing equipment rather than the expensive semiconductor processing equipment has a significant impact on the price of the RFID tag. .
프린팅 방법을 이용한 RFID 태그 생산이 상용화되기 위해서는 다양한 기술들이 성공적으로 수행되어야 하는데, 그 중에서 잉크전달과정은 특히 중요한 역할을 담당하고 있다. 그 중요성을 크게 두 가지로 구분하여 볼 수 있다. 첫 번째는 제조된 전자소자(printed electronics)의 성능에 관한 것으로, 잉크전달이 성공적으로 수행되어야만 요구하는 제품의 성능을 보장하기 때문에 중요하다. 인쇄된 선의 폭이나 두께가 원하는 값을 가지지 못하였을 경우에는 요구되는 전류가 제대로 흐르지 못한다거나, 적절한 저항을 가지지 않는 문제가 발생할 수 있고, 그에 따라 제품의 사용유무가 결정된다고 할 수 있다. 두 번째로는 프린팅 장비의 수명에 관한 것으로, 잉크전달이 제대로 수행되지 못하면, 그라비어 실린더에 새겨진 음각 형상에 잉크가 남아있게 되고, 이런 상태로 프린팅이 반복되면 그라비어 실린더를 청소하거나 교체해야 하는 경제적인 손실이 발생하게 된다. 이런 이유로 하여 잉크전달과정은 매우 중요한 역할을 하고 있다고 볼 수 있다.In order to commercialize RFID tag production using a printing method, various technologies must be successfully performed, and ink delivery process plays a particularly important role. The importance can be divided into two main categories. The first is about the performance of printed electronics, which is important because it ensures the performance of products that require ink delivery to be successful. If the width or thickness of the printed line does not have the desired value, the required current may not flow properly, or there may be a problem of not having a proper resistance, and thus the use of the product may be determined. Secondly, it is about the life of the printing equipment. If the ink is not delivered properly, the ink remains in the engraved shape of the gravure cylinder, and if the printing is repeated in this state, it is economical to clean or replace the gravure cylinder. Loss occurs. For this reason, the ink delivery process plays a very important role.
특히, 웹과 롤러가 진행하면서, 잉크가 전달되는 과정을 실제적으로 묘사하고, 전자잉크의 점탄성 효과를 효과적으로 고려함으로써, 보다 현실적인 잉크전달과정을 구현하고, 인쇄 물성치를 파악한 것은 앞으로 인쇄에 관한 연구와 산업에의 적용에 큰 도움이 될 것으로 예상되기 때문이다.In particular, as the web and roller proceed, the process of ink delivery is described in detail, and the viscoelastic effect of the electronic ink is effectively considered to realize a more realistic ink delivery process and to understand the print properties. This is because it is expected to be a great help in the application to the industry.
이러한 잉크전달과정에 관한 연구는 크게 실험적인 접근방법과 수치해석적인 접근방법으로 구분 지을 수 있다. 실험적인 접근방법의 경우는 그라비어 실린더에 새겨진 음각형상의 마이크로 스케일과 프린팅의 회전영향, 압력롤러 및 재료의 영향 등등의 다양한 영향이 함께 작용하게 되므로 각각의 파라미터들을 독립적으로 살펴보기 어렵다는 한계가 있다. 이런 이유로 인하여 많은 실험관련 연구는 현상 파악에 머물러 있는 상태이고, 비교적 구체적으로 수행된 연구도 롤러의 회전의 영향을 가정함에 있어서 심한 비약이 있다고 할 수 있는 실정이다. 이에 반해 수치해석적인 접근방법은 다양한 파라미터들을 독립적으로 살펴볼 수 있다는 장점이 있으나, 실험을 통한 검증이 어렵다는 한계를 지니고 있다.The study of ink delivery process can be largely divided into experimental approach and numerical approach. The experimental approach has a limitation that it is difficult to examine each parameter independently because the engraved microscale engraved on the gravure cylinder and various influences such as the rotational influence of printing, the pressure roller and the influence of the material work together. For this reason, many experimental studies remain in grasping the status quo, and even relatively detailed studies can be said to have a significant leap in assuming the effects of roller rotation. On the other hand, the numerical approach has the advantage of being able to examine various parameters independently, but it has a limitation that it is difficult to verify through experiments.
프린팅에 관한 수치해석은 주로 코팅방법과 유사한 접근방법 또는 필라멘트 스트레칭(filament stretching)과 유사한 접근방법으로 나눌 수 있다. 전자의 경우, 기존의 오랜 연구결과가 존재하는 코팅방법으로부터 많은 이득을 취할 수 있기 때문에 쉽게 응용할 수 있다는 장점을 가지고 있지만, 음각형상의 존재 유무라는 근본적인 차이 때문에 심화된 결과를 도출할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 후자의 경우는 전자에 비하여 현실적인 접근방법이라고 할 수 있고, 잉크와 공기 사이의 계면을 나타낸다는 점에서 정량적으로 잉크전달을 모사할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 적절한 경계조건을 설정하기 어렵고, 회전의 영향이나 압력롤에 의한 영향을 배제하였다는 단점을 가지고 있다.Numerical analysis on printing can be divided mainly into a similar approach to coating or filament stretching. The former has the advantage that it can be easily applied because it can take a lot of benefits from the existing coating method, but it is difficult to derive deeper results due to the fundamental difference between the presence or absence of the intaglio shape. Have. The latter is a more realistic approach than the former, and has the advantage of being able to quantitatively simulate ink delivery in that it represents the interface between ink and air. However, it is difficult to set an appropriate boundary condition and has the disadvantage of excluding the influence of rotation and the influence of the pressure roll.
따라서 개선된 필라멘트 스트레칭 방법을 이용해 캐비티(cavity) 재질의 소 수성이 잉크전달에 미치는 영향을 파악하여 잉크전달 과정을 파악하는 것이 필요한 것이다. 즉, 그 동안 잉크 전달 과정에 미치는 영향은 주로 잉크의 물성치라 생각되어 이에 대한 연구가 많이 이루어졌음에도 불구하고, 캐비티 재질의 성질에 관한 연구는 없었다. 따라서, 잉크 물성치에 관한 연구는 한계에 다다렀고, 다른 영향에 의한 방법 즉, cavity 재질의 소수성이 잉크전달에 미치는 영향을 파악하여 잉크전달 과정을 파악하는 것이 필요한 것이다. Therefore, it is necessary to understand the ink delivery process by understanding the effect of the hydrophobicity of the cavity material on the ink delivery using the improved filament stretching method. That is, the influence on the ink delivery process is thought to be mainly the physical properties of the ink, and although many studies have been conducted, there is no study on the properties of the cavity material. Therefore, the study of the ink properties has reached its limit, and it is necessary to grasp the ink delivery process by grasping the effect of other influences, that is, the influence of the hydrophobicity of the cavity material on the ink delivery.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 컴퓨터 계산을 통해 캐비티 재질의 소수성이 얼마나 잉크전달과정에 큰 영향을 미치는지 파악하고, 그 영향이 클 때, 금속의 소수성 코팅을 통해 향상될 수 있는 잉크전달량을 파악하여 사전의 시행착오 또는 비용과 시간에 대한 손해를 최소화할 수 있는 최대의 잉크전달량을 공급할 수 있는 캐비티 재료의 특성을 이용한 전자소자의 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.In order to solve this problem, the present invention identifies how strongly the hydrophobicity of the cavity material affects the ink delivery process through computer calculation, and when the influence is large, the ink transfer amount which can be improved through the hydrophobic coating of metal is identified. To provide a continuous process roll-to-roll printing apparatus for electronic devices using the characteristics of the cavity material that can supply the maximum amount of ink delivery to minimize the trial and error or damage to the cost and time in advance.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 최대의 잉크 전달량으로 대량생산이 가능하도록 하는 캐비티 재료의 특성을 이용한 전자소자의 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for continuously processing roll-to-roll printing of an electronic device using the characteristics of the cavity material to enable mass production at the maximum ink delivery amount.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캐비티 재료의 특성을 이용한 전자소자의 연속공정 롤투롤 인쇄 장치는 임프린팅 롤러로 동작하는 그라비아 롤, 그라비아 롤과 Nip Roll에 의하여 일방향으로 이송되는 웹, 그라비어 인쇄시에 롤 표면의 잉크를 균일하게 긁어내는 닥터 블레이드 및 전도성 잉크가 담겨진 Feed Bath를 포함하여 구성하되 상기 그라비아 롤의 Cavity 재질이 소수성인 것을 특징으로 한다.Continuous process roll-to-roll printing apparatus of an electronic device using the characteristics of the cavity material according to the present invention for achieving this object is a web, gravure printing conveyed in one direction by gravure roll, gravure roll and Nip Roll acting as an imprinting roller It comprises a doctor blade for scraping the ink on the surface of the roll uniformly and the feed bath containing the conductive ink, characterized in that the Cavity material of the gravure roll is hydrophobic.
그리고 Cavity는 금속 염 용액에 담그어 금속 층으로 코팅되게 하는 것이 바 람직하다.And Cavity is preferably immersed in a metal salt solution and coated with a metal layer.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캐비티 재료의 특성을 이용한 전자소자의 연속공정 롤투롤 인쇄 방법은 일방향으로 Web을 이송하는 단계, 그라비아 롤의 일면이 전도성 잉크가 담겨진 Feed Bath를 회전하는 단계, 상기 그라비아 롤의 캐비티의 소수성을 변화시키는 단계 및 상기 캐비티의 소수성에 따라 잉크 전달량을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지게 하여 상기 잉크 전달량이 최대인 소수성이 되도록 한다.Continuous process roll-to-roll printing method of the electronic device using the characteristics of the cavity material according to the present invention for achieving this object, the step of transporting the web in one direction, the step of rotating the feed bath containing the conductive ink on one side of the gravure roll, Changing the hydrophobicity of the cavity of the gravure roll and measuring the ink delivery amount according to the hydrophobicity of the cavity so as to make the ink delivery amount maximum hydrophobic.
그리고 Cavity는 금속 염 용액에 담그어 금속 층으로 코팅되게 하는 것이 더욱 바람직하다.And Cavity is more preferably soaked in a metal salt solution to be coated with a metal layer.
따라서, 본 발명의 캐비티 재료를 이용한 전자소자의 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법에 의하면, 전자소자 생산에 사용되는 R2R(Roll-to-Roll)프린팅 방식에 있어서 잉크 전달 과정의 중요성을 인식하고, 잉크전달 특성에 관한 유동해석을 수행하여 그라비어 프린팅 분야에 있어서 유동해석의 기반확립을 통해 R2R프린팅의 한계를 극복하고, 대량생산의 기반을 마련하는 효과가 있다.Therefore, according to the continuous process roll-to-roll printing apparatus and method of the electronic device using the cavity material of the present invention, the importance of the ink delivery process in the roll-to-roll printing method used for the production of electronic devices In addition, the flow analysis of ink transfer characteristics is performed to establish the foundation of flow analysis in the gravure printing field, thereby overcoming the limitations of R2R printing and laying the foundation for mass production.
또한, 최대의 잉크 전달량으로 대량생산이 가능하기 때문에 경제적으로 시간적으로 효과적인 인쇄를 할 수 있는 것이다.In addition, since mass production is possible with the maximum ink delivery amount, it is possible to economically and efficiently print in time.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may properly define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 이하의 설명에서는 잉크전달 특성에 관한 유동해석을 수행하여 그라비어 프린팅 분야에 있어서 유동해석의 기반확립을 통해 롤투롤(roll-to-roll,R2R)프린팅의 한계를 극복하고, 대량생산의 기반을 마련하는데 그 중요성이 있으므로 유동과 관련된 대표적인 물성치들을 선정하고 이에 따른 독립적인 연구결과를 도출해냄으로써, 잉크전달에 중요한 역할을 하는 물성치들을 파악해 최적화된 잉크에 대한 기준을 제시할 수 있도록 하기 위하여 잉크가 전달되는 과정을 실제적으로 묘사하는 방법으로 설명하고자 한다.Therefore, in the following description, the flow analysis on ink transfer characteristics is performed to overcome the limitations of roll-to-roll (R2R) printing by establishing the basis of flow analysis in the gravure printing field, and the basis of mass production. Since it is important to prepare the ink, it is necessary to select representative physical properties related to the flow and to derive independent research results, so that the ink can be identified to provide the standard for optimized ink by identifying the physical properties that play an important role in ink delivery. I will explain it in a way that actually depicts the process being conveyed.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 캐비티 재료를 이용한 전자소자의 연속공정 롤투롤 인쇄 장치를 도시한 도면으로, 본 장치는 잉크 충전 방식으로, 닙롤(Nip Roll)(110), 웹(Web,120), 임프린팅 롤러로 동작하는 그라비아 롤(Gravure Roll,130), 그라비어 인쇄시에 롤 표면의 잉크를 균일하게 긁어내는 닥터 블레이드(Doctor Blade,140), 잉크충전수조(150) 그리고 잉크충전수조(150)에 담겨진 전도성 잉크(Conductive Ink,160)를 포함하여 구성된다.1 is a view showing a continuous process roll-to-roll printing apparatus for an electronic device using a cavity material according to an embodiment of the present invention, the apparatus is an ink filling method, nip roll (110), web (Web) (120), Gravure Roll (130) acting as an imprinting roller, Doctor Blade (140), ink filling tank (150) and ink filling to scrape the ink on the roll surface evenly during gravure printing It is configured to include a conductive ink (Conductive Ink, 160) contained in the water tank (150).
본 실시예에서는 캐비티(Cavity) 재질의 소수성을 알아보기 위해서, 보다 현 실적인 형상에서 살펴보기 위해 범용 상용 툴인 CD-adapco에서 출시한 STAR-CCM+ v2.10을 사용하여 산출하였음을 밝혀둔다.In this embodiment, in order to check the hydrophobicity of the cavity (cavity) material, it was found that the calculation using the STAR-CCM + v2.10 released by the general-purpose commercial tool CD-adapco to look at the more realistic shape.
한편, 본 발명에서는 캐비티 재질의 소수성이 얼마나 잉크전달과정에 영향을 미치는 지 파악하고, 그 영향이 클 때, 금속의 소수성 코팅을 통해 향샹될 수 있는 잉크전달량에 미치는 영향을 측정하기 위한 것이므로, 통상적인 구성 장치들의 동작은 설명을 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 그라비아 롤(130)은 잉크충전수조(150)에서 잉크를 담아오는 캐비티(통상적으로 셀)를 많이 가지고 있지만, 편의를 위해서, 그라비어 프린팅의 공정을 캐비티의 형상과 롤러의 곡률을 포함하여 2차원으로 단순화한 하나의 캐비티만을 고려하여 설명한다.On the other hand, the present invention is to determine how much the hydrophobicity of the cavity material affects the ink delivery process, and when the influence is large, it is to measure the effect on the amount of ink delivery that can be enhanced through the hydrophobic coating of metal, The operation of the phosphor constituent devices will be omitted, and for convenience of description, the
형상과 공정에 대한 구체적인 값들은 다음 표를 참고한다.See the following table for specific values of shapes and processes.
캐비티 재질의 소수성과 친수성이란 액체가 고체 표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때 고체표면의 젖음성의 정도를 표현할 때 사용되고 낮은 젖음성을 소수성을 띈다고 하고 높은 젖음성을 친수성을 띈다고 한다. 또한 소수성은 낮은 접촉각을 의미하기도 하고 친수성이란 높은 접촉각을 말하기도 한다.The hydrophobicity and hydrophilicity of the cavity material is used to express the degree of wettability of a solid surface when the liquid is thermodynamically balanced on a solid surface. Hydrophobicity also means low contact angle, and hydrophilicity means high contact angle.
참고로 도 5를 참조하면 캐비티(Cavity Material)와 잉크가 이루는 각(θ)을 캐비티의 접촉각이라 한다.For reference, referring to FIG. 5, an angle θ formed between the cavity material and the ink is called a contact angle of the cavity.
닙롤(110)은 가압롤러로 동작하며 배킹 롤(Backing roll)과 닙(Nip)으로 구성되며 그라비아 캐비티에 남아 있는 잉크를 인쇄물에 전사하도록 구성된다.The
웹(120)은 잉크가 인쇄되는 인쇄물을 말하며, 그라비아 롤(130)은 凹판 인쇄의 일종으로 움푹 패인 화선부(셀)가 케비티로 형성되어 있어, 잉크충전수조(150)로부터의 잉크를 닙롤(110)이 전사하도록 구성한다.The
닥터 블레이드(140)는 잉크충전수조(150)에서 퍼낸 그라비아 롤(130) 표면상에 남아있는 여분의 잉크를 긁어 떨어뜨리는 기능을 수행한다.The
따라서, 닥터 블레이드(140)로부터의 내성(耐性)을 확보하기 위해 표면에 10㎛ 정도의 경질 Cr 도금을 실시하는 것이 바람직하다.Therefore, in order to secure the tolerance from the
전도성 잉크(160)는 안료, 혹은 염료를 색료로서 이용하고, 플라스틱 필름면에 접착성이 좋은 수지(결합제)와 함께 유기용제에 분산, 혹은 용제시킨 것이다. 결합제에는 셀룰로오스계, 고무계, 천연수지, 합성수지 등이 있고, 필름에 대한 접착성, 용제이탈성, 그 외 수지와의 사용성 등을 검토하여 선택하고 그 위에 유연선과 접착성을 증진시키는 가소제나, 인쇄피막의 당김 강도 및 블로킹 강도를 올리는 활성제 등이 첨가된다. 용제는 유기용제가 사용되고 있는데 증발소고가 적당한 점, 인체에 악영향이 적은 점이 필요조건이다. 종류로는 지방족탄화수소, 방향족탄화수소, 알콜, 케톤, 에스테르 등이 조합되어 사용된다. 플라스틱 필름에 인쇄된 피막은 특히 유연성과 신축성을 갖도록 하는 것이 필요하다. The
따라서, 잉크 선택의 범위가 넓기 때문에 종이 이외의 재료, 즉 셀로판, 비닐, 폴리에틸렌, 금속, 나무 등에도 인쇄하기 쉽다는 장점이 있다.Therefore, there is an advantage that it is easy to print on materials other than paper, such as cellophane, vinyl, polyethylene, metal, wood, etc., because the range of ink selection is wide.
상술한 구성의 그라비아 인쇄란 凹판 인쇄의 일종으로 움푹 패인 화선부(셀)가 있는 그라비아 롤(130)을 판으로 사용하고 잉크충전수조(150)에서 퍼낸 그라비아 롤(130) 표면상에 있는 볼록한 부분의 잉크를 닥터 블레이드(140)로 긁어 떨어뜨려 캐비티에 남은 잉크를 닙 롤(110)의 힘으로 인쇄물에 전사하는 방식이다.Gravure printing of the above-described configuration is a convex portion on the surface of the
도 1을 참고하면 웹(120)과 그라비아 롤(130)사이의 기준속도는 6m/mim이다. Referring to FIG. 1, the reference speed between the
통상 그라비아 인쇄에서는 10mpm 이상의 고속으로도 점도가 낮은 잉크를 균일하게 안정적으로 도포할 수 있지만, 상술한 프린팅 속도는 상대적으로 매우 낮은속도이나, 이것은 건국대학교에서 제작한 건조 시스템에 의한 건조 시간을 고려해서 결정된 속도이다. 롤러의 회전속도는 4rad/s 로 그라비아 롤(130)과 웹(120)의 이송속도는 그라비아 롤(130)사이의 접촉부분에서 상대속도가 발생하지 않도록 설정하는 것이 바람직하다.In gravure printing, although low-viscosity ink can be uniformly and stably applied even at a high speed of 10mpm or more, the above-described printing speed is relatively very low, but this is considered in consideration of drying time by a drying system manufactured by Konkuk University. Determined speed. The rotational speed of the roller is 4 rad / s, the feed rate of the
그 동작을 살펴보면 임프린팅 롤러로 동작하는 그라비아 롤(130)과 닙롤(110)에 의하여 일방향으로 웹(120)이 이송되도록 하면서, 그라비아 롤(130)을 전도성 잉크(160)가 담겨진 잉크충전수조(150)에 일정속도로 회전이동시키면서 캐비티의 소수성이 잉크전달에 미치는 영향을 조사하는 것이다.Looking at the operation, while the
또한 진행방향으로 변화가 없다고 가정하여, 2차원 유동으로 해석하였고, 웹의 텐션이 매우 강하다고 가정하여, 유동-구조 연성을 고려하지 않았다. In addition, it is analyzed as a two-dimensional flow, assuming no change in the direction of travel, and assuming that the tension of the web is very strong, flow-structure ductility is not considered.
▶프린팅 과정은 기본적으로 잉크와 공기의 두 가지 상에 대한 시간에 따른 변화를 해석하여야 하므로, 전도성 잉크에 대한 물성치를 바탕으로 유동의 특성을 알아야할 뿐만 아니라 자유표면이 변하므로, 상경계면을 추적하는 방법도 계산하여야 한다. 상경계면 추적법으로는 대표적으로 사용되는 VOF(volume of fluid)모델을 사용하였다. VOF모델은 두 가지 다른 상의 순간적인 운동을 나타내 줄 수 있을 뿐만 아니라, 두 상 사이의 위상학적 변화를 나타내 줄 수 있다. 이 모델은 자유표면의 지역에서 급격한 변화 때문에 정확한 곡률을 계산하는데 한계가 있지만, 상경계면을 유지하면서 질량보존이 잘 된다는 점에서 이점을 가지고 있기 때문에 올바른 선택이라고 보여진다. ▶ The printing process basically needs to analyze the change of time between the two phases of ink and air, so it is necessary not only to know the flow characteristics based on the properties of the conductive ink, but also to change the free surface. It should also be calculated. As a boundary boundary tracking method, a typical volume of fluid (VOF) model was used. The VOF model can represent the instantaneous motion of two different phases, as well as the topological changes between the two phases. This model is limited to calculating the exact curvature due to the rapid change in the free surface area, but seems to be the right choice because it has the advantage of good mass conservation while maintaining the upper boundary.
이러한 구성을 이용하여 캐비티의 재질이 잉크전달량에 미치는 영향을 도면으로 도시한 것이 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.2 to 4 illustrate the effect of the material of the cavity on the ink delivery amount using this configuration.
즉, 그라비아 롤(130)의 캐비티 벽면(132)과 전도성 잉크(160)사이의 친수성의 정도가 잉크전달량에 얼마나 많은 영향을 미치는지 확인하기 위해, cavity벽면과 잉크사이의 접촉각을 변화시키면서, 그 효과를 살펴보았다. 도 2와 도 3은 Gravure Roll(130)의 cavity벽면(132) 재료가 소수성일 때, Web(120)으로 전달되는 잉크의 양이 증가함을 보여준다. 즉 도 2를 참조하면 프린팅 속도가 0.02초 일때의 잉크전달량을 표시한 것으로, 도 2의 좌측 도면은 cavity벽면(132) 재료가 소수성일 때의 Web(120)과 Gravure Roll(130)의 접촉각 즉, θ=45°일 때의 잉크전달량을 도시한 도면이며, 도 2의 중간 도면은 역시 cavity벽면(132) 재료가 소수성일 때의 θ=90°일 때의 잉크전달량을 도시한 도면, 그리고 우측 도면도 cavity벽면(132) 재료가 소수성일 때의 θ=135°일 때의 잉크전달량을 도시한 도면이다. 도면을 참고하면 Gravure Roll(130)의 cavity벽면(132) 소수성이면서 접촉각이 크질 수록 잉크전달량이 크지는 것을 알 수 있다.That is, in order to check how much the degree of hydrophilicity between the cavity wall surface 132 of the
그리고, 도 3은 프린팅 속도가 0.04초 일때의 잉크 전달량에 미치는 영향을 도시한 도면이다. 이것은 cavity벽면(132) 재료가 소수성인 경우에도 상대 속도에 따른 영향을 조사하기 위하여 프린팅 속도를 배로 증가한 상태에서의 잉크 전달량을 조사한 것이다. 도 3의 좌측 도면은 cavity벽면(132) 재료가 소수성인 경우 접촉각 즉, θ=45°일 때의 잉크전달량을 도시한 도면이며, 도 3의 중간 도면은 θ=90°일 때의 잉크전달량을 도시한 도면, 그리고 우측 도면은 θ=135°일 때의 잉크전달량을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing the effect on the ink delivery amount when the printing speed is 0.04 seconds. This is to investigate the amount of ink delivered with the printing speed doubled to investigate the effect of relative speed even when the material of the cavity wall surface 132 is hydrophobic. FIG. 3 shows the ink transfer amount when the cavity wall surface 132 is hydrophobic, that is, the contact angle, that is, when θ = 45 °, and the middle view of FIG. 3 shows the ink transfer amount when θ = 90 °. The figure shown in the figure and the right figure show the ink delivery amount when (theta) = 135 degrees.
도시된 바와 같이 잉크 전달량을 확인하면 Web(120)과 Gravure Roll(130)의 상대속도 보다는 Gravure Roll(130)의 cavity벽면(132) 소수성일 때 Web(120)과 잉크의 접촉각(θ)에 의하여 잉크전달량이 크게 변한다는 것을 알 수 있다. As shown, the ink delivery amount is determined by the contact angle (θ) between the
즉, Gravure Roll(130)의 cavity벽면(132) 소수성일 때 Web(120)과 잉크 사이의 접촉각(θ)이 클수록 잉크전달이 효과적으로 이루어짐을 알 수 있다. 따라서 cavity벽면(132)의 소수성이 잉크를 밀어냄으로써, cavity에 남아있는 잉크의 양을 줄여준다는 것을 알 수 있다.That is, when the cavity wall surface 132 of the
도 4는 t=0.04인 경우 Web의 접촉각을 변화시켰을 때의 압력 변화를 도시한 도면으로, 압력은 접촉각(θ)이 90°일 때를 기준으로 접촉각(θ)이 작아지거나 크지면 압력은 낮아 지는 것을 알 수 있으며, 또한, 접촉각(θ)이 90°보다 작을 때가 클대보다 상대적으로 더 낮아지는 것을 확인할 수 있다.4 is a diagram illustrating a change in pressure when the contact angle of the web is changed when t = 0.04, and the pressure is lower when the contact angle θ becomes smaller or larger based on when the contact angle θ is 90 °. In addition, it can be seen that, when the contact angle θ is smaller than 90 °, it is relatively lower than the large band.
이러한 압력의 변화를 표2에 도시하였다. 표 2를 참고하면 θ=45°일 때의 압력차(△p)는 251.276Pa를, θ=90°일 때의 압력차(△p)는 362.027Pa, θ=135°일 때의 압력차(△p)는 302.077Pa인 것을 알 수 있다.This change in pressure is shown in Table 2. Referring to Table 2, the pressure difference Δp at θ = 45 ° is 251.276 Pa, and the pressure difference Δp at θ = 90 ° is 362.027Pa, and the pressure difference at θ = 135 ° ( It is understood that Δp) is 302.077 Pa.
따라서, cavity를 구성하는 금속의 소수성을 높일 수 있는 방안을 마련하는 일이 중요한데, 영국 퀸스 대학 벨파스트(Queen’s University Belfast)의 과학자들은 많은 분야에 응용할 수 있는 “초소수성” 재료에 대한 연구결과를 발표하였다. 화학 및 화공학과 그라함 산더스(Graham Saunders) 및 스티븐 벨(Steven Bell) 박사와 박사과정 학생인 라인 라무어(Iain Larmour)는 금속을 초소수성이 되도록 처리하는 매우 간단한 방법을 개발하였으며 이 초소수성 특성을 가진 금속은 쉽게 구할 수 있는 초기재료 및 단지 2~3분이 걸리는 공정에서 표준 실험장비에 사용될 수 있다. Therefore, it is important to come up with ways to increase the hydrophobicity of the metals that make up the cavity. Scientists at Queen's University Belfast, UK, have published research on "superhydrophobic" materials that can be used in many applications. It was. Department of Chemistry and Chemical Engineering Dr. Graham Saunders and Steven Bell and Ph.D. students Iain Larmour have developed a very simple method of treating metals to be superhydrophobic. Metals with OH can be used in standard laboratory equipment in readily available initial materials and in processes that only take 2 to 3 minutes.
제조방법이 쉽고 유연성이 있다는 점이 이 기술의 중요한 내용이다. 초소수성을 만드는 것은 어렵고 가격이 비싸거나 단지 한정된 재료에만 적용될 수 있었기 때문에 실용화에 있어 적합하지가 않았으나, 이 방법에 의해 연꽃 잎의 초소수성을 능가하는 소수성을 가진 강한 표면을 만들 수 있다. 더구나 이 방법은 경제적이며 빠르기 때문에 다양한 금속에까지 확대될 수 있다.The ease and flexibility of the manufacturing method is an important aspect of this technology. It is not suitable for practical use because it is difficult, expensive or only limited to materials, but this method can produce a strong surface with hydrophobicity that surpasses the superhydrophobicity of the lotus leaf. Moreover, because this method is economical and fast, it can be extended to various metals.
연꽃 잎은 왁스 물질로 덮여 있는 마이크로 돌기 위에 나노 섬모를 가진 구조로 되어 있어 초소수성을 가진다. 퀸스 대학 벨파스트 연구진은 이 표면구조를 모방하는데 성공하였다. 공정은 간단하다. 소수성으로 만들 재료를 금속 염 용액에 담그면 연꽃 잎을 닮은, 사람 머리카락보다 더 얇은 직물로 된 금속 층으로 재료가 코팅된다. 이 재료를 화학 표면 조절용액에 담그면 직물로 된 코팅은 부가적인 매우 얇은 소수성 분자 층으로 덮이게 된다. 만들어진 표면은 매우 우수한 소수성을 가지기 때문에 표면에 놓인 물방울은 완전한 구형이 되고 코팅된 물체는 물 속에 수일 동안 담근 후에 꺼내어 닦아내면 완전히 건조된다. The lotus leaf is super hydrophobic because it has a nano-cilia structure on a microprojection covered with wax material. Belfast researchers at Queen's University have succeeded in mimicking the surface structure. The process is simple. Submerging the material to be made hydrophobic in a metal salt solution coats the material with a layer of metal that is thinner than a human hair resembling a lotus leaf. Dipping this material into the chemical surface control solution causes the textile coating to be covered with an additional very thin layer of hydrophobic molecules. The resulting surface has very good hydrophobicity, so the water droplets on the surface become completely spherical and the coated object is completely dried by soaking in water for several days, then removing and wiping.
금속에 초소수성을 만드는 이 방법은 매우 유연성이 있으며 간단하기 때문에 많은 다른 금속재료 혹은 다양한 크기와 형상을 가진 재료에도 적용될 수 있다.This method of making superhydrophobic metals is so flexible and simple that it can be applied to many other metal materials or materials of various sizes and shapes.
이와 같은 금속을 소수성으로 만드는 기술을 이용해, 기존 잉크 전달에 유리한 영향을 미치던 다른 요소들과 함께, cavity 재질의 소수성을 높임으로써, 한층 더 유리한 잉크전달을 할 수 있게 되는 것이다.By using this technique to make the metal hydrophobic, the hydrophobicity of the cavity material can be increased, along with other factors that have had a favorable effect on the existing ink delivery, thereby enabling more favorable ink delivery.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the technical scope of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims.
본 발명은 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 cavity의 소수성이 잉크 전달 과정에 중요한 역할을 할 거이라 고려되어, 친수성과 소수성을 나타낼 수 있는 잉크와 cavity사이의 접촉각에 대한 연구를 진행함으로써, 그 영향을 파악하여, 최적화된 잉크에 대한 기준을 제시할 수 있는 큰 의미가 있는 연구라 할 수 있다. 특히, 웹과 롤러가 진행하면서, 잉크가 전달되는 과정을 실제적으로 묘사하고, 기존 인쇄 물성치 외의 구성되는 장비의 재료의 성질에 대한 연구가 진행됨 으로써, 앞으로 인쇄에 관한 연구와 산업에의 적용에 큰 도움이 될 것으로 예상된다. The present invention relates to a roll-to-roll printing apparatus and a method thereof. In particular, the hydrophobicity of the cavity is considered to play an important role in the ink delivery process, and the study of the contact angle between the ink and the cavity, which can exhibit hydrophilicity and hydrophobicity, is conducted. By doing so, it can be said that the study has a significant meaning that can grasp the influence and present a standard for the optimized ink. In particular, as the web and rollers progress, the process of ink delivery is described in detail, and the study of the material properties of the equipment, other than the existing printing properties, is carried out. It is expected to help.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 캐비티 재료를 이용한 전자소자의 연속공정 롤투롤 인쇄 장치를 도시한 도면,1 is a view showing a continuous process roll-to-roll printing apparatus of an electronic device using a cavity material according to an embodiment of the present invention,
도 2는 프린팅 속도가 0.02초 일때의 Cavity 재질이 잉크 전달량에 미치는 영향을 도시한 도면,2 is a view showing the effect of the cavity material on the ink delivery amount when the printing speed is 0.02 seconds,
도 3은 프린팅 속도가 0.04초 일때의 Cavity 재질이 잉크 전달량에 미치는 영향을 도시한 도면,3 is a view showing the effect of the Cavity material on the ink delivery amount when the printing speed is 0.04 seconds,
그리고,And,
도 4는 t=0.04인 경우 Cavity 재질이 바뀔 때의 압력의 변화를 도시한 도면이다.4 is a view showing a change in pressure when the cavity material is changed when t = 0.04.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
110 : 닙 롤 120 : 웹110: Nip Roll 120: Web
130 : 그라비아 롤 140 : 닥터 블레이드130: Gravure Roll 140: Doctor Blade
150 : 잉크충전수조 160 : 전도성 잉크150: ink filling tank 160: conductive ink
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