KR101309272B1 - 개선된 인쇄 장치, 인쇄 시스템, 및 인쇄 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 인쇄 장치, 인쇄 시스템, 및 인쇄 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 인쇄 장치는 수평 이동 가능하게 제공되며, 표면에 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈이 형성된 그라비아롤; 고정 상태의 백업롤; 및 상기 그라비아롤과 상기 백업롤 사이에서 상기 백업롤에 접근하거나 또는 멀어지는 방향으로 수평 이동 가능하게 제공되는 블랭킷롤을 포함하고, 상기 인쇄 대상물은 상기 백업롤의 중심을 지나는 수평축을 기준으로 45˚ 이상의 하부 접촉각 및 30˚이상의 상부 접촉각으로 상기 백업롤의 표면에 접촉한 상태로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

개선된 인쇄 장치, 인쇄 시스템, 및 인쇄 방법{Improved Printing Apparatus, Printing System, and Printing Method}

본 발명은 개선된 인쇄 장치, 인쇄 시스템, 및 인쇄 방법에 관한 것이다.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 인쇄 대상물이 백업롤과 접촉하는 하부 접촉각 및 상부 접촉각을 최소 임계값 이상으로 하여 백업롤과 접촉 상태로 공급하여 블랭킷롤이 인쇄 대상물 상에 인쇄 패턴을 전사할 때 발생하는 인쇄 대상물의 미세 떨림을 방지함으로써, 인쇄 대상물의 정밀한 얼라인의 구현이 가능해지고, 인쇄 대상물 상에 인쇄 패턴이 정밀하게 인쇄될 수 있으며, 그에 따라 인쇄 패턴의 인쇄 품질이 현저하게 향상되고 최종 제품의 불량 발생 가능성이 현저하게 감소되는 개선된 인쇄 장치, 인쇄 시스템, 및 인쇄 방법에 관한 것이다.

최근에 RFID 안테나, 폴리머 트랜지스터, 유연성 디스플레이, 솔라 셀과 같은 전자소자 등을 생산하는 인쇄방식으로 인쇄 전자(Printing Electronics) 분야가 각광받고 있다. 이러한 전자소자는 일반적인 인쇄 장치에 의해 제조되며, 그 정밀도를 수 내지 수십 미크론으로 유지하여야만 전자소자의 기능을 수행할 수 있는 제품이 양산될 수 있다.

상술한 전자소자를 제조하기 위해 사용되는 인쇄 장치에서는 정확한 인압 제어가 기능성 잉크의 전사율을 높이고 균일한 전사 품질을 보장하는 중요한 역할을 하게 된다. 또한, 절연성, 반도체성, 전도성 등의 기능성 잉크를 중첩 인쇄하여 트랜지스터 등의 전자 소자를 제조하기 위해서는 각각의 잉크층의 얼라인 맞춤 정밀도도 수 내지 수십 미크론 수준으로 높여야 한다.

종래 기술의 인쇄 장치로는 예를 들어 옵셋 인쇄의 경우 3개의 롤(그라비아롤, 블랭킷롤, 및 백업롤)이 수직 또는 수평 방향으로 배치되어 사용되고 있으며, 그라비아 인쇄의 경우도 2개의 롤(그라비아롤 및 블랭킷롤)이 수직 또는 수평 방향으로 배치되어 사용되고 있다. 이하에서는 롤들이 수직 방향으로 배치된 인쇄 장치를 수직형 인쇄 장치라 지칭하고, 롤들이 수평 방향으로 배치된 인쇄 장치를 수평형 인쇄 장치라 지칭하기로 한다.

도 1a는 종래 기술에 따른 3개의 롤을 구비한 수직형 인쇄 장치의 개략적인 측면도를 도시한 도면이다.

도 1a를 참조하면, 종래 기술의 수직형 인쇄 장치(100)에서는 그라비아롤(110)이 블랭킷롤(120)에 접촉하도록 수직 방향으로 이동하여 인쇄 패턴용 잉크를 블랭킷롤(120)에 전사한 후, 블랭킷롤(120)이 인쇄 대상물(150)에 접촉하도록 수직 방향으로 이동하여 전사된 인쇄 패턴용 잉크를 인쇄 대상물(150)에 인쇄함으로써 인쇄 대상물(150) 상에 인쇄 패턴이 형성된다. 여기서, 인쇄 대상물(150)은 예를 들어, 플렉시블 인쇄 회로 기판(Flexible Printing Circuit)과 같은 플렉시블 기판일 수 있으며, 인쇄 대상물(150)이 백업롤(130)에 지지된 상태에서 블랭킷롤(120)에 의해 인가되는 인압력은 백업롤(130)에 제공되는 로드셀(141)에 의해 측정된다.

이러한 종래 기술의 수직형 인쇄 장치에서는, 그라비아롤(110), 블랭킷롤(120), 및 백업롤(130)이 수직 방향으로 배열되어 있어서 각각의 롤의 자중으로 인해 인쇄 대상물(150) 상에 인가되는 인압력에 영향을 미치게 되어 잉크의 전사율이 달라진다. 그 결과, 인쇄 패턴이 뭉그러지거나, 일정한 두께로 형성되지 못하고, 또한 복수의 인쇄 패턴을 중첩 인쇄하는 경우 정확한 최종 인쇄 패턴을 형성하는 것이 실질적으로 불가능하다. 그 결과, 최종 제품의 인쇄 품질이 저하되거나 불량이 발생하여 생산성이 저하된다.

상술한 수직형 인쇄 장치의 문제점을 해결하기 위한 수평형 인쇄 장치가 제안되었다.

도 1b는 종래기술에 따른 수평형 인쇄 장치의 옵셋 인쇄시의 측면도를 도시한 도면이다.

도 1b를 참조하면, 종래 기술에 따른 수평형 인쇄 장치(100)의 경우 그라비아롤(110), 블랭킷롤(120), 및 백업롤(130)이 수평방향으로 나란하게 배치된 되어 있다. 따라서, 그라비아롤(110)이 블랭킷롤(120)로 이동 및 접촉하여 잉크를 블랭킷롤(120) 상에 전사하고, 블랭킷롤(120)은 블랭킷롤(120)과 백업롤(130) 사이에서 수직으로 제공되는 인쇄 대상물(150)에 잉크를 전사하여 인쇄 패턴이 인쇄 대상물(150) 상에 인쇄된다. 이 경우, 백업롤(130)은 인쇄 대상물(150)을 적당한 압력으로 가압함으로써 양호한 인쇄가 이루어지도록 해준다.

상술한 종래 기술에 따른 수평형 인쇄 장치(100)에서는 3개의 롤이 수평으로 배열되어 롤의 자중에 의한 인압력의 영향이 실질적으로 제거되어 종래 수직형 인쇄 장치의 문제점을 해결할 수 있다는 장점을 갖는다.

그러나, 종래 기술에 따른 수평형 인쇄 장치(100)에서는 블랭킷롤(120)의 외부 표면이 고무 재질로 이루어져 있어서 백업롤(120)이 블랭킷롤에 접촉하여 인압력을 가하면 블랭킷롤(120)의 외부 표면이 변형된다. 그에 따라, 잉크 전사율이 달라져 인쇄 패턴은 뭉그러지거나, 일정한 두께로 형성되지 못하고, 복수의 인쇄 패턴을 중첩 인쇄하는 경우 정확한 최종 인쇄 패턴을 형성하는 것이 어려우며, 최종 제품의 인쇄 품질이 저하되거나 불량이 발생하여, 생산성이 저하되는 등의 문제가 있었다.

따라서, 상술한 수평형 인쇄 장치(100)의 문제점을 해결하기 위해 또 다른 종래 기술에서는 인쇄 대상물을 고정된 백업롤의 표면에 면접촉된 상태로 공급하면서 블랭킷롤을 백업롤에 접근하거나 또는 멀어지도록 제어하는 개선된 수평형 인쇄 장치가 본 출원인에 의해 제안되었다. 좀 더 구체적으로, 개선된 수평형 인쇄 장치는 본 출원인에 의해 2009년 10월 13일자에 "롤 및 인쇄 대상물의 배치 구조 및 이를 구비한 인쇄 장치 및 인쇄 시스템, 및 인쇄 방법"이라는 발명의 명칭으로 대한민국 특허출원 제 10-2009-0097353호로 출원되어 2011년 4월 20일자에 공개된 대한민국 공개 특허 제10-2011-0040181호에 상세히 기술되어 있다.

도 2a는 종래 기술에 따른 인쇄 장치 및 인쇄 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 종래 기술에 따른 롤 및 인쇄 대상물의 배치 구조를 상세히 도시한 도면이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래 기술에 따른 인쇄 장치(200) 및 인쇄 시스템(20)에서는 그라비아롤(210), 블랭킷롤(220), 및 백업롤(230)이 수평으로 배치되어 있다. 블랭킷롤(220)은 백업롤(230)에 접근하거나 또는 멀어지는 방향으로 수평 이동 가능하게 제공된다. 이 경우, 블랭킷롤(220)은 그라비아롤(210)로부터 잉크를 전사받아 백업롤(230)의 표면과 일정 접촉면(A)을 갖도록 접촉한 상태로 공급되는 인쇄 대상물(250)에 인쇄 패턴을 전사한다.

상기 종래 기술에 따른 인쇄 장치(200) 및 인쇄 시스템(20)에서는 인쇄 대상물(250)이 백업롤(230)과 갖는 접촉면(A)에 대응되는 제 1 접촉각(θ1)이 블랭킷롤(220)이 인쇄 대상물(250)과 접촉하는 제 2 접촉각(θ2) 보다 큰 값을 갖는다. 즉, 인쇄 대상물(250)은 제 1 접촉각(θ1)과 제 2 접촉각(θ2)의 차이의 1/2에 해당되는 여유각(θ3) 또는 그에 대응되는 여유 접촉면(B)을 갖는 상태로 백업롤(230)과 접촉한다. 이 경우, 제 1 접촉각(θ1)은 대략 0<θ1≤15˚의 범위를 갖는다.

도 2c는 도 2a에 도시된 종래 기술에 따른 인쇄 장치 및 인쇄 시스템을 사용하여 얻어진 X축 및 Y축 방향의 얼라인 상태의 데이터 그래프이고, 도 2d는 도 2c의 데이터 그래프를 분석하여 얻어진 X축 및 Y축 방향의 얼라인 데이터의 평균값, 최대값, 최소값 및 편차를 보여주는 도표이다.

도 2c 및 도 2d를 참조하면, 종래 기술에 따른 인쇄 장치(200) 및 인쇄 시스템(20)을 사용하여 인쇄 동작을 수행하였다. 이 경우, 인쇄 대상물(250)의 제 1 접촉각(θ1)은 15˚로 설정되고, 제 2 접촉각(θ2)은 20˚로 설정되었다. 따라서, 백업롤(230)의 하부 및 하부에서 백업롤(230)의 표면과 접촉하는 인쇄 대상물(250)의 하부 접촉점(Cd) 및 상부 접촉점(Cu)과 백업롤(230)의 중심을 지나는 수평축(H) 간의 각도로 정의되는 하부 접촉각(θd) 및 상부 접촉각(θu)은 각각 10˚이다. 또한, 인쇄 동작은 10분 동안 이루어졌다.

다시 도 2c 및 도 2d를 참조하면, 종래 기술에서는 X축 얼라인 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이 평균값은 -1.72895 ㎛이고, 최대값은 93.6 ㎛이며, 최소값은 -93.8 ㎛로, 편차(최대값 - 최소값)는 198.4 ㎛를 나타내었다. 또한, Y축 얼라인 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이 평균값은 -0.331579 ㎛이고, 최대값은 28.3 ㎛이며, 최소값은 -43.0 ㎛로, 편차(최대값 - 최소값)는 71.3 ㎛를 나타내었다.

통상적으로 얼라인의 재현성은 X축 및 Y축 방향의 얼라인 안정성은 ± 30 ㎛의 편차량 범위 이내이면 안정한 것으로 해당 범위 밖이면 불안정한 것으로 판단한다.

상기 X축 및 Y축 얼라인 데이터를 분석하면, Y축은 1개 데이터(-43.0 ㎛)를 제외하고는 대략 ± 30 ㎛ 이내의 편차량 범위를 갖는 얼라인 상태를 나타내었고, X축은 대략 ± 100 ㎛ 이내의 편차량 범위를 갖는 얼라인 상태를 나타내었다. 얼라인 재현성의 기준(± 30 ㎛ 범위 내)에 따르면, 종래 기술에서는 X축 및 Y축의 얼라인 상태는 각각 47% 및 97%를 나타내었다. 따라서, Y축은 안정적인 얼라인 동작을 보여주는 반면, X축은 매우 불안정한 얼라인 동작을 보여주고 있음을 알 수 있다. 즉, 종래 기술에서는 X축 방향의 얼라인의 재현성에 50% 미만의 매우 낮은 값을 가지며, 이는 최종 제품에서 동일한 인쇄 패턴이 얻어지는 수율(yield)이 50% 미만임을 의미한다.

따라서, 상술한 종래 기술의 인쇄 장치(200) 및 인쇄 시스템(20)에서 나타난 X축 얼라인의 불안정성을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.

대한민국 공개특허 제10-2011-0040181호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인쇄 대상물이 백업롤과 접촉하는 하부 접촉각 및 상부 접촉각을 최소 임계값 이상으로 하여 백업롤과 접촉 상태로 공급하여 블랭킷롤이 인쇄 대상물 상에 인쇄 패턴을 전사할 때 발생하는 인쇄 대상물의 미세 떨림을 방지함으로써, 인쇄 대상물의 정밀한 얼라인의 구현이 가능해지고, 인쇄 대상물 상에 인쇄 패턴이 정밀하게 인쇄될 수 있으며, 그에 따라 인쇄 패턴의 인쇄 품질이 현저하게 향상되고 최종 제품의 불량 발생 가능성이 현저하게 감소되는 개선된 인쇄 장치, 인쇄 시스템, 및 인쇄 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제 1 특징에 따른 인쇄 장치는 수평 이동 가능하게 제공되며, 표면에 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈이 형성된 그라비아롤; 고정 상태의 백업롤; 및 상기 그라비아롤과 상기 백업롤 사이에서 상기 백업롤에 접근하거나 또는 멀어지는 방향으로 수평 이동 가능하게 제공되는 블랭킷롤을 포함하고, 상기 인쇄 대상물은 상기 백업롤의 중심을 지나는 수평축을 기준으로 45˚ 이상의 하부 접촉각 및 30˚이상의 상부 접촉각으로 상기 백업롤의 표면에 접촉한 상태로 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 특징에 따른 인쇄 시스템은 수평 이동 가능하게 제공되며, 표면에 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈이 형성된 그라비아롤; 고정 상태의 백업롤; 상기 그라비아롤과 상기 백업롤 사이에서 상기 백업롤에 접근하거나 또는 멀어지는 방향으로 수평 이동 가능하게 제공되는 블랭킷롤; 상기 그라비아롤, 상기 블랭킷롤, 및 상기 백업롤에 각각 장착되며, 상기 그라비아롤, 상기 블랭킷롤, 및 상기 백업롤을 각각 회전시키는 제 1 내지 제 3 회전 구동 부재; 인쇄 대상물을 상기 백업롤에 공급하는 공급롤; 상기 인쇄 대상물을 회수하는 회수롤; 상기 그라비아롤의 인압력을 제어하는 제 1 인압력 제어 장치; 및 상기 블랭킷롤의 인압력을 제어하는 제 2 인압력 제어 장치를 포함하고, 상기 인쇄 대상물은 상기 백업롤의 중심을 지나는 수평축을 기준으로 45˚ 이상의 하부 접촉각 및 30˚이상의 상부 접촉각으로 상기 백업롤의 표면에 접촉한 상태로 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 특징에 따른 인쇄 방법은 a) 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈을 구비한 그라비아롤, 블랭킷롤, 및 백업롤을 순차적으로 배열하는 단계; b) 상기 그라비아롤을 상기 블랭킷롤에 접촉하도록 이동하여 상기 인쇄 패턴을 상기 블랭킷롤에 전사하는 단계; 및 c) 상기 블랭킷롤을 고정 상태의 상기 백업롤의 표면과 45˚ 이상의 하부 접촉각 및 30˚ 이상의 상부 접촉각으로 접촉한 상태로 공급되는 인쇄 대상물에 접촉하도록 이동하여 상기 인쇄 패턴을 상기 인쇄 대상물에 인쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 개선된 인쇄 장치, 인쇄 시스템, 및 인쇄 방법을 사용하면 다음과 같은 효과가 달성된다.

1. 블랭킷롤에 의해 인쇄 대상물 상에 인쇄 패턴이 전사될 때 인쇄 대상물의 미세 떨림이 방지된다.

2. 인쇄 대상물의 정밀한 얼라인의 구현이 가능해져 인쇄 대상물 상에 인쇄 패턴이 정밀하게 인쇄될 수 있다.

3. 인쇄 패턴의 인쇄 품질이 현저하게 향상되고 최종 제품의 불량 발생 가능성이 현저하게 감소된다.

4. 특히, 고정세 인쇄 패턴을 형성하는데 적용이 가능하다.

본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.

도 1a는 종래 기술에 따른 3개의 롤을 구비한 수직형 인쇄 장치의 개략적인 측면도를 도시한 도면이다.
도 1b는 종래기술에 따른 수평형 인쇄 장치의 옵셋 인쇄시의 측면도를 도시한 도면이다.
도 2a는 종래 기술에 따른 인쇄 장치 및 인쇄 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 종래 기술에 따른 롤 및 인쇄 대상물의 배치 구조를 상세히 도시한 도면이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 종래 기술에 따른 인쇄 장치 및 인쇄 시스템을 사용하여 얻어진 X축 및 Y축 방향의 얼라인 상태의 데이터 그래프이다.
도 2d는 도 2c의 데이터 그래프를 분석하여 얻어진 X축 및 Y축 방향의 얼라인 데이터의 평균값, 최대값, 최소값 및 편차를 보여주는 도표이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치 및 인쇄 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 및 인쇄 대상물의 배치 구조에서 인쇄 대상물과 백업롤 간의 제 1 접촉 상태를 도시한 도면이다.
도 3c는 도 3a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 및 인쇄 대상물의 배치 구조에서 인쇄 대상물과 백업롤 간의 제 2 접촉 상태를 도시한 도면이다.
도 3d는 도 3a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치 및 인쇄 시스템을 사용하여 얻어진 X축 및 Y축 방향의 얼라인 상태의 데이터 그래프이다.
도 3e는 도 3d의 데이터 그래프를 분석하여 얻어진 X축 및 Y축 방향의 얼라인 데이터의 평균값, 최대값, 최소값 및 편차를 보여주는 도표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.

이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

본 발명은 상술한 도 2a 내지 도 2d에 도시된 종래 기술의 문제점인 X축 방향의 얼라인의 불안정성이 인쇄 대상물을 백업롤의 표면과 일정 접촉면을 갖도록 접촉한 상태로 공급되는 경우에도 블랭킷롤이 백업롤 상에 공급되는 인쇄 대상물 상에 접촉하여 잉크를 전사할 때 잉크의 점성(viscosity)에 의해 인쇄 대상물에 미세한 떨림 현상이 발생한다는 사실에 기인하는 것임을 확인하였다.

따라서, 본 발명자들은 다양한 실험을 통해 인쇄 대상물의 미세 떨림 현상을 방지할 수 있는 방안을 찾아내었다. 본 발명자들의 실험 결과, 인쇄 대상물의 미세 떨림 현상을 방지하기 위한 가장 중요한 점은 인쇄 대상물이 백업롤의 표면 상에 가능한 한 많이 접촉된 상태로 공급되어야 한다는 점이다. 이러한 확인 결과를 바탕으로, 본 발명자들은 인쇄 대상물이 X축 및 Y출 방향의 안정한 얼라인의 재현성의 기준인 ± 30 ㎛의 편차량 범위를 90% 이상의 수율로 만족시키기 위해 인쇄 대상물이 백업롤의 표면 상에 접촉되어야 접촉각의 최소 임계값을 찾아내었다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치 및 인쇄 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 및 인쇄 대상물의 배치 구조에서 인쇄 대상물과 백업롤 간의 제 1 접촉 상태를 도시한 도면이며, 도 3c는 도 3a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 및 인쇄 대상물의 배치 구조에서 인쇄 대상물과 백업롤 간의 제 2 접촉 상태를 도시한 도면이다.

도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치(300) 및 인쇄 시스템(30)은 인쇄 대상물이 백업롤의 표면 상에 후술하는 최소 임계값 이상의 접촉각으로 공급되어야 한다는 점을 제외하고는 도 2a에 도시된 종래 기술에 따른 수평형 인쇄 장치(200) 및 인쇄 시스템(20)과 실질적으로 동일하다는 것을 알 수 있다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치(300)는 수평 이동 가능하게 제공되며, 표면에 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈(미도시)이 형성된 그라비아롤(310); 고정 상태의 백업롤(330); 및 상기 그라비아롤(310)과 상기 백업롤(330) 사이에서 상기 백업롤(330)에 접근하거나 또는 멀어지는 방향으로 수평 이동 가능하게 제공되는 블랭킷롤(320)을 포함하고, 상기 인쇄 대상물(350)은 상기 백업롤(330)의 중심을 지나는 수평축(H)을 기준으로 45˚ 이상의 하부 접촉각(θd) 및 30˚이상의 상부 접촉각(θu)으로 상기 백업롤(330)의 표면에 접촉한 상태로 공급되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 블랭킷롤(320)이 인쇄 대상물(350)과 접촉할 때 상기 블랭킷롤(320)의 표면과 인쇄 대상물(350) 간의 접촉각(θ)은 0<θ1≤15˚의 범위를 갖는다.

또한, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 시스템(30)은 수평 이동 가능하게 제공되며, 표면에 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈(미도시)이 형성된 그라비아롤(310); 고정 상태의 백업롤(330); 상기 그라비아롤(310)과 상기 백업롤(330) 사이에서 상기 백업롤(330)에 접근하거나 또는 멀어지는 방향으로 수평 이동 가능하게 제공되는 블랭킷롤(320); 상기 그라비아롤(310), 상기 블랭킷롤(320), 및 상기 백업롤(330)에 각각 장착되며, 상기 그라비아롤(310), 상기 블랭킷롤(320), 및 상기 백업롤(330)을 각각 회전시키는 제 1 내지 제 3 회전 구동 부재(316,326,336); 인쇄 대상물(350)을 상기 백업롤(330)에 공급하는 공급롤(390a); 상기 인쇄 대상물(350)을 회수하는 회수롤(390b); 상기 그라비아롤(310)의 인압력을 제어하는 제 1 인압력 제어 장치(340); 및 상기 블랭킷롤(320)의 인압력을 제어하는 제 2 인압력 제어 장치(360)를 포함하고, 상기 인쇄 대상물(350)은 상기 백업롤(330)의 중심을 지나는 수평축(H)을 기준으로 45˚ 이상의 하부 접촉각(θd) 및 30˚ 이상의 상부 접촉각(θu)으로 상기 백업롤(330)의 표면에 접촉한 상태로 공급되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 블랭킷롤(320)이 인쇄 대상물(350)과 접촉할 때 상기 블랭킷롤(320)의 표면과 인쇄 대상물(350) 간의 접촉각(θ)은 0<θ1≤15˚의 범위를 갖는다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치 및 인쇄 시스템의 각 구성요소 및 이들의 동작을 상세히 기술한다.

다시 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치(300) 및 인쇄 시스템(30)에서는 인쇄 대상물(350)이 백업롤(330)의 표면과 접촉 상태로 공급될 때, 백업롤(330)의 하부에서 백업롤(330)의 표면과 접촉하는 인쇄 대상물(350)의 하부 접촉점(Cd)과 백업롤(330)의 중심을 지나는 수평축(H) 간의 각도로 정의되는 하부 접촉각(θd)은 백업롤(330)의 중심을 지나는 수평축(H)을 기준으로 45˚ 이상이어야 한다. 또한, 인쇄 대상물(350)이 백업롤(330)의 상부에서 백업롤(330)의 표면과 접촉하는 인쇄 대상물(350)의 상부 접촉점(Cu)과 백업롤(330)의 중심을 지나는 수평축(H) 간의 각도로 정의되는 상부 접촉각(θu)은 백업롤(330)의 중심을 지나는 수평축(H)을 기준으로 30˚ 이상이어야 한다.

한편, 도 3c를 참조하면, 백업롤(330)의 하부에서 백업롤(330)의 표면과 제 1 하부 접촉점(Cd1)에서 접촉할 때의 인쇄 대상물(350)의 제 1 하부 접촉각(θd1)은 90˚이고, 제 2 하부 접촉점(Cd2)에서 접촉할 때의 제 2 하부 접촉각(θd2)은 90˚보다 클 수 있다는 것을 보여준다. 또한, 인쇄 대상물(350)이 백업롤(330)의 상부에서 백업롤(330)의 표면과 제 1 상부 접촉점(Cu1)에서 접촉할 때의 인쇄 대상물(350)의 제 1 상부 접촉각(θu)은 90˚이고, 제 2 상부 접촉점(Cu2)에서 접촉할 때의 제 2 상부 접촉각(θu2)은 90˚보다 클 수 있다는 것을 보여준다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 인쇄 대상물(350)이 백업롤(330)의 표면 상에 접촉되어야 하부 접촉각(θd)의 최소 임계값은 45˚이고, 상부 접촉각(θu)의 최소 임계값은 30˚이다. 이 경우, 도 3c에 도시된 바와 같이, 하부 접촉각(θd) 및 상부 접촉각(θu)의 상한값은 각각 90˚이상이지만, 인쇄 대상물(350)이 복수의 보조롤(380)을 이용하여 백업롤(330)에 공급되므로 복수의 보조롤(380)의 위치를 고려하면 하부 접촉각(θd) 및 상부 접촉각(θu)의 상한값은 각각 120˚이하인 것이 바람직하다.

다시, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치(300) 및 인쇄 시스템(30)에서는, 표면에 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈(미도시)이 형성된 그라비아롤(210)이 수평방향으로 이동 가능하게 제공된다. 또한, 백업롤(330)은 고정 상태로 제공되며, 블랭킷롤(320)은 그라비아롤(310)과 백업롤(330) 사이에 제공된다. 그라비아롤(310)은 블랭킷롤(320)에 접근 및 접촉하여 블랭킷롤(320)에 인쇄 패턴에 대응되는 잉크를 블랭킷롤(320)로 전사한다. 그 후, 블랭킷롤(320)은 백업롤(330)로 접근하여 백업롤(330)의 표면과 접촉 상태로 공급되는 인쇄 대상물(350)에 전사받은 잉크를 인쇄한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 시스템(30)은 제 1 내지 제 3 회전 구동 부재(316,326,336)를 포함한다. 제 1 내지 제 3 회전 구동 부재(316,326,336)는 각각 그라비아롤(310), 블랭킷롤(320), 및 백업롤(330)에 장착되어 그라비아롤(310), 블랭킷롤(320), 및 백업롤(330)을 회전시킨다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 시스템(30)은 인쇄 대상물(350)을 공급하는 공급롤(390a) 및 인쇄 대상물(350)을 회수하는 회수롤(390b)을 포함한다. 공급롤(390a)과 회수롤(390b) 사이에는 대상 인쇄물(350)의 장력을 유지하고 방향을 전환하기 위한 복수의 보조롤(380)이 제공될 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 시스템(30)은 그라비아롤(310)의 인압력을 제어하는 제 1 인압력 제어 장치(340), 및 블랭킷롤(320)의 인압력을 제어하는 제 2 인압력 제어 장치(360)를 포함한다. 제 1 인압력 제어 장치(340)는 그라비아롤(310) 및 그라비아롤(310)을 지지하는 제 1 지지부재(314)가 장착되는 제 1 베이스 플레이트(346); 상기 제 1 지지부재(314) 및 상기 제 1 베이스 플레이트(346) 사이에서 상기 그라비아롤(310)의 축(3110a)에 대해 직교하는 방향으로 제공되는 제 1 레일 부재(344); 상기 제 1 베이스 플레이트(346)에 지지된 상태로 상기 제 1 지지부재(314)를 상기 제 1 레일부재(344)를 따라 이송하는 제 1 인압력 제어 부재(348); 및 상기 제 1 인압력 제어부재(348)와 상기 그라비아롤(310)의 사이에 제공되며, 상기 그라비아롤(310)의 인압력을 측정하기 위한 제 1 로드셀(341)로 구성된다.

또한, 블랭킷롤(320)의 제 2 인압력 제어 장치(360)는 블랭킷롤(320) 및 블랭킷롤(320)을 지지하는 제 2 지지부재(324)가 장착되는 상기 제 1 베이스 플레이트(346); 상기 제 2 지지부재(324)와 상기 제 1 베이스 플레이트(346) 사이에서 상기 블랭킷롤(320)의 축(320a)에 대해 직교하는 방향으로 제공되는 상기 제 1 레일부재(344); 상기 제 1 베이스 플레이트(346)에 지지된 상태로 상기 제 2 지지부재(324)를 상기 제 1 레일부재(344)를 따라 이송하는 제 2 인압력 제어 부재(368); 및 상기 제 2 인압 제어부재(368)와 상기 블랭킷롤(320)의 사이에 제공되며, 상기 블랭킷롤(320)의 인압력을 측정하기 위한 제 2 로드셀(361)로 구성된다.

상기에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 인압력 제어 장치(340) 및 제 2 인압력 제어 장치(360)에서는, 그라비아롤(310)을 지지하는 제 1 지지부재(314) 및 블랭킷롤(320)을 지지하는 제 2 지지부재(324)가 하나의 제 1 베이스 플레이트(346) 상에서 지지된다. 또한, 제 1 지지부재(314) 및 제 2 지지부재(324)가 하나의 제 1 레일 부재(344) 상에서 이송된다.

한편, 그라비아롤(310) 및 블랭킷롤(320)의 얼라인은 제 1 베이스 플레이트(346)를 그라비아롤(310)의 축(310a) 방향 또는 블랭킷롤(320)의 축(320a) 방향(이하 "X축 방향"이라 합니다)을 따라 이동시키는 제 2 이송부재(370)에 의해 이루어진다. 제 2 이송부재(370)는 제 1 베이스 플레이트(346)의 하부에 제공되는 제 2 레일 부재(374); 상기 제 2 레일 부재(374)가 장착되는 제 2 베이스 플레이트(376); 및 상기 제 1 베이스 플레이트(346)에 장착되며 상기 제 1 베이스 플레이트(346)를 상기 제 2 레일 부재(374) 상에서 상기 X축 방향을 따라 이동하도록 제어하는 제 2 구동부재(미도시)로 구성된다.

상술한 제 1 인압력 제어 부재(348), 제 2 인압력 제어 부재(368), 및 제 2 구동부재(미도시)는 각각 통상적인 모터로 구현될 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치(300) 및 인쇄 시스템(30)에서는, 그라비아롤(310) 및 블랭킷롤(320)이 각각 수평방향으로 이동 가능하게 제공되는 수평형 인쇄 장치 및 수평형 인쇄 시스템을 예시적으로 기술하고 있지만, 당업자라면 본 발명의 인쇄 장치(300), 및 인쇄 시스템(30)이 그라비아롤(310) 및 블랭킷롤(320)이 각각 수직방향으로 이동 가능하게 제공되는 수직형 인쇄 장치 및 수직형 인쇄 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.

도 3d는 도 3a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치 및 인쇄 시스템을 사용하여 얻어진 X축 및 Y축 방향의 얼라인 상태의 데이터 그래프이고, 도 3e는 도 3d의 데이터 그래프를 분석하여 얻어진 X축 및 Y축 방향의 얼라인 데이터의 평균값, 최대값, 최소값 및 편차를 보여주는 도표이다.

도 3 d 및 도 3e를 참조하면, 도 3a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 장치(300) 및 인쇄 시스템(30)을 사용하여 인쇄 동작을 수행하였다. 이 경우, 인쇄 대상물(350)의 접촉각(θ)은 15˚로 설정되고, 하부 접촉각(θd)은 45˚로 그리고 상부 접촉각(θu)은 30˚로 설정되었으며, 인쇄 동작은 10분 동안 이루어졌다. 그 결과, X축 얼라인 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이 평균값은 13.2 ㎛이고, 최대값은 53.7 ㎛이며, 최소값은 -29.4 ㎛로, 편차(최대값 - 최소값)는 83.1 ㎛를 나타내었다. 또한, Y축 얼라인 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이 평균값은 0.2 ㎛이고, 최대값은 29.2 ㎛이며, 최소값은 -33.0 ㎛로, 편차(최대값 - 최소값)는 62.2 ㎛를 나타내었다.

상기 X축 및 Y축 얼라인 데이터를 분석하면, Y축은 1개 데이터(-33.0 ㎛)를 제외하고는 모두 ± 30 ㎛ 이내의 편차량 범위를 갖는 얼라인 상태를 나타내었고, X축은 대략 ± 85 ㎛ 이내의 편차량 범위를 갖는 얼라인 상태를 나타내었다. 얼라인 재현성의 기준(± 30 ㎛ 범위 내)에 따르면, 종래 기술에서는 X축 및 Y축의 얼라인 상태는 각각 92% 및 99%를 나타내었다.

따라서, X축 및 Y축 모두 안정적인 얼라인 동작을 보여주고 있음을 알 수 있으며, 최종 제품에서 동일한 인쇄 패턴이 얻어지는 수율(yield)이 90% 이상임을 알 수 있다. 이러한 실험 결과로부터, 본 발명에서는 인쇄 대상물(350)의 백업롤(330)에 대한 하부 접촉각(θd)이 45˚이고 상부 접촉각(θu)이 30˚일 때, 종래 기술에 비해 최종 제품에서 동일한 인쇄 패턴이 얻어지는 수율(yield)이 40% 이상 증가하였음을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.

도 4를 도 3a 내지 도 3e와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 방법(400)은 a) 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈을 구비한 그라비아롤(310), 블랭킷롤(320), 및 백업롤(330)을 순차적으로 제공하는 단계(410); b) 상기 그라비아롤(310)을 상기 블랭킷롤(320)에 접촉하도록 이동하여 상기 인쇄 패턴을 상기 블랭킷롤(320)에 전사하는 단계(420); 및 c) 상기 블랭킷롤(320)을 고정 상태의 상기 백업롤(330)의 표면과 45˚ 이상의 하부 접촉각(θd) 및 30˚ 이상의 상부 접촉각(θu)으로 접촉한 상태로 공급되는 인쇄 대상물(350)에 접촉하도록 이동하여 상기 인쇄 패턴을 상기 인쇄 대상물(350)에 인쇄하는 단계(430)를 포함한다.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 방법(400)의 상기 인쇄하는 단계(430)에서, 상기 인쇄 대상물(350)에 인가되는 인압력은 상기 블랭킷롤(320)의 이동에 의해 조정된다.

또한, 상기 인쇄 대상물(350)의 상기 하부 접촉각(θd) 및 상기 상부 접촉각(θu)의 상한값은 각각 120˚이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 블랭킷롤에 의해 인쇄 대상물 상에 인쇄 패턴이 전사될 때 인쇄 대상물의 미세 떨림이 방지되어, 인쇄 대상물의 정밀한 얼라인의 구현이 가능해져 인쇄 대상물 상에 인쇄 패턴이 정밀하게 인쇄될 수 있으며, 인쇄 패턴의 인쇄 품질이 현저하게 향상되고 최종 제품의 불량 발생 가능성이 현저하게 감소된다.

다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

20,30: 인쇄 시스템 100,200,300: 인쇄 장치
110,210,310: 그라비아롤 120,220,320: 블랭킷롤
130,230,330: 백업롤 140,340,360: 인압력 제어 장치
141,341,361: 로드셀 150,250,350: 인쇄 대상물
314,324: 지지부재 316,326,336: 회전 구동 부재
320a: 축 344,374: 레일 부재
346,376: 베이스 플레이트 348,368: 인압력 제어 부재
380: 보조롤 390a: 공급롤 390b: 회수롤

Claims (10)

1. 인쇄 장치에 있어서,
   수평 이동 가능하게 제공되며, 표면에 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈이 형성된 그라비아롤;
   고정 상태의 백업롤; 및
   상기 그라비아롤과 상기 백업롤 사이에서 상기 백업롤에 접근하거나 또는 멀어지는 방향으로 수평 이동 가능하게 제공되는 블랭킷롤
   을 포함하고,
   상기 인쇄 대상물은 상기 백업롤의 중심을 지나는 수평축을 기준으로 45˚ 이상의 하부 접촉각 및 30˚이상의 상부 접촉각으로 상기 백업롤의 표면에 접촉한 상태로 공급되는
   인쇄 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 하부 접촉각 및 상기 상부 접촉각의 상한값은 각각 상기 수평축을 기준으로 120˚인 인쇄 장치.
3. 인쇄 시스템에 있어서,
   수평 이동 가능하게 제공되며, 표면에 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈이 형성된 그라비아롤;
   고정 상태의 백업롤;
   상기 그라비아롤과 상기 백업롤 사이에서 상기 백업롤에 접근하거나 또는 멀어지는 방향으로 수평 이동 가능하게 제공되는 블랭킷롤;
   상기 그라비아롤, 상기 블랭킷롤, 및 상기 백업롤에 각각 장착되며, 상기 그라비아롤, 상기 블랭킷롤, 및 상기 백업롤을 각각 회전시키는 제 1 내지 제 3 회전 구동 부재;
   인쇄 대상물을 상기 백업롤에 공급하는 공급롤;
   상기 인쇄 대상물을 회수하는 회수롤;
   상기 그라비아롤의 인압력을 제어하는 제 1 인압력 제어 장치; 및
   상기 블랭킷롤의 인압력을 제어하는 제 2 인압력 제어 장치
   를 포함하고,
   상기 인쇄 대상물은 상기 백업롤의 중심을 지나는 수평축을 기준으로 45˚ 이상의 하부 접촉각 및 30˚이상의 상부 접촉각으로 상기 백업롤의 표면에 접촉한 상태로 공급되는
   인쇄 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 하부 접촉각 및 상기 상부 접촉각의 상한값은 각각 상기 수평축을 기준으로 120˚인 인쇄 시스템.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 제 1 인압력 제어 장치는
   상기 그라비아롤 및 상기 그라비아롤을 지지하는 제 1 지지부재가 장착되는 제 1 베이스 플레이트;
   상기 제 1 지지부재 및 상기 제 1 베이스 플레이트 사이에서 상기 그라비아롤의 축에 대해 직교하는 방향으로 제공되는 제 1 레일 부재;
   상기 제 1 베이스 플레이트에 지지된 상태로 상기 제 1 지지부재를 상기 제 1 레일부재를 따라 이송하는 제 1 인압력 제어 부재; 및
   상기 제 1 인압력 제어부재와 상기 그라비아롤의 사이에 제공되며, 상기 그라비아롤의 인압력을 측정하기 위한 제 1 로드셀
   로 구성되고,
   상기 제 2 인압력 제어 장치는
   상기 블랭킷롤 및 상기 블랭킷롤을 지지하는 제 2 지지부재가 장착되는 상기 제 1 베이스 플레이트;
   상기 제 2 지지부재와 상기 제 1 베이스 플레이트 사이에서 상기 블랭킷롤의 축에 대해 직교하는 방향으로 제공되는 상기 제 1 레일부재;
   상기 제 1 베이스 플레이트에 지지된 상태로 상기 제 2 지지부재를 상기 제 1 레일부재를 따라 이송하는 제 2 인압력 제어 부재; 및
   상기 제 2 인압 제어부재와 상기 블랭킷롤의 사이에 제공되며, 상기 블랭킷롤의 인압력을 측정하기 위한 제 2 로드셀
   로 구성되는
   인쇄 시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 인쇄 시스템은 상기 그라비아롤 및 상기 블랭킷롤의 얼라인을 행하기 위해 상기 제 1 베이스 플레이트를 상기 그라비아롤의 축 방향 또는 상기 블랭킷롤의 축 방향을 따라 이동시키는 제 2 이동부재를 추가로 포함하는 인쇄 시스템.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제 2 이동부재는
   상기 제 1 베이스 플레이트의 하부에 제공되는 제 2 레일 부재;
   상기 제 2 레일 부재가 장착되는 제 2 베이스 플레이트; 및
   상기 제 1 베이스 플레이트에 장착되며 상기 제 1 베이스 플레이트를 상기 제 2 레일 부재 상에서 상기 그라비아롤의 축 방향 또는 상기 블랭킷롤의 축 방향을 따라 이동하도록 제어하는 제 2 구동부재
   를 포함하는 인쇄 시스템.
8. 인쇄 방법에 있어서,
   a) 인쇄 패턴에 대응되는 인쇄 홈을 구비한 그라비아롤, 블랭킷롤, 및 백업롤을 수평 방향으로 순차적으로 배열하는 단계;
   b) 상기 그라비아롤을 상기 블랭킷롤에 접촉하도록 이동하여 상기 인쇄 패턴을 상기 블랭킷롤에 전사하는 단계; 및
   c) 상기 블랭킷롤을 고정 상태의 상기 백업롤의 표면과 45˚ 이상의 하부 접촉각 및 30˚ 이상의 상부 접촉각으로 접촉한 상태로 공급되는 인쇄 대상물에 접촉하도록 이동하여 상기 인쇄 패턴을 상기 인쇄 대상물에 인쇄하는 단계
   를 포함하는 인쇄 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 c) 단계에서, 상기 하부 접촉각 및 상기 상부 접촉각의 상한값은 각각 상기 백업롤의 중심을 지나는 수평축을 기준으로 120˚인 인쇄 방법.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 상기 인쇄 대상물에 인가되는 인압력은 상기 블랭킷롤의 이동에 의해 조정되는 인쇄 방법.

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