KR20100003153A - 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체에 관한 것으로, 웹과 잉크의 접촉각 변화에 따른 다양한 해석 값을 CD-adapco에서 출시한 STAR-CCM+ v2.10을 통해 산출하여, 일방향으로 이송되는 웹에 잉크충전수조내의 전도성 잉크가 최대의 전달량이 되도록 접촉각을 형성되도록 하는 것이다.

따라서, 잉크전달량을 향상시키기 위해 수행한 수치 계산을 통한 웹의 접촉각에 대한 특성을 규명할 수 있을 뿐만 아니라 여러 값의 산출을 통해 최적의 웹 접촉각을 제시함으로써 시간과 비용의 절약을 가져올 수 있을 뿐만아니라 보다 적합한 인쇄 시스템을 구현할 수 있다.

잉크전달량, 접촉각, 웹, 롤투롤, 전도성잉크

Description

전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체{Continuous Roll-to-Roll Printing apparatus And The Method For Printed electronics and Media That Can Record Computer Program Sources For Method Therof}

본 발명은 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전자잉크 전달량을 향상시키기 위해 콤퓨터 계산을 통한 웹 재료의 소수성이 미치는 특성을 파악할 수 있도록 웹과 인쇄 롤의 접촉각 변화에 따른 다양한 해석 값을 CD-adapco에서 출시한 STAR-CCM+ v2.10을 통해 산출하여, 인쇄 과정에서 가장 최적화 된 접촉각을 제시하기 위한 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체에 관한 것이다.

일반적으로 Radio Frequency IDentification(RFID)라 함은 사람이나 물건을 일반적으로 125kHz, 13.56MHz 또는 800~900MHz 정도의 주파수를 이용하여 특정지어 주는 것을 말한다. Tag 내에 마이크로칩이 내장되어 자기 tape 등보다 더 많은 정보를 내장하고 있다. RFID tag는 지난 20년 동안 입장료 수거, 정문 통과, 매표, 차량 제어 등에 응용되어 왔다. 최근 고도화된 사회 속에서 다양한 기능을 하는 소자의 필요성이 대두되었고, RFID tag의 필요성은 더 한층 강조되고 있다. RFID tag는 개인이 소지하면서 정보를 가지고 있는 RFID tag, 그리고 그 정보를 분석하는 RFID tagreader, 이들 둘 사이에 정보와 전원을 주고받게 하는 RFID tag antenna, 정보를 받아들이는 RFID tag station 등으로 구성되어 있다. RFID tag의 특징은 우리 생활을 윤택하게 하는 다양한 기능이 포함되어 있다.

RFID tag는 우선 정보를 보유하고 있는 tag에서 정보를 안테나를 통하여 reader에게 전달하고, 전달된 정보는 컴퓨터를 통하여 분석하게 된다. 이 때 tag와 안테나 사이에 RF가 사용되어 무선으로 정보를 전달하게 된다. 또한 reader와 연결된 안테나를 통하여 tag에 RF를 이용하여 전원이 공급되므로 tag 내부에는 전원 소자를 갖추고 있을 필요가 없다

이러한 RFID를 이용한 인쇄 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 RFID 기술이 주목받고 있는 이유는 여기에 있다.

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.

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 사용 유무가 결정된다고 할 수 있다.

전자소자 인쇄를 위한 주요 기술들은 메탈잉크(잉크 점도, 솔벤트 함유량, 금속소재 종류: 니켈, 은, 구리 등), 소재(substrate: 표면처리: 코로나 코팅 등, 표면 장력, 표면 조도, 빛 투과도 등 ), 공정 변수(장력, 속도, nip force 등), 셀 형상(cell shape: 피라미드, 사다리꼴 등, cell depth 크기), 건조(dry: 열풍 건조의 풍량, 풍속 등), 경화조건(curing: 경화 종류-IR(적외선), UV(자외선), electron beam(전자빔) 등) 등이 중요하다.

현재까지의 전자소자 롤투롤(R2R) 인쇄를 위한 기술은 각 분야의 개별적 연 구로서 이뤄졌으며, 통합적인 생산품으로서의 성격을 갖는 인쇄형 전자소자 생산을 위한 연구는 이뤄지지 않고 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.

따라서, 웹의 접촉각 변화에 따른 잉크전달 정도를 수치해석 기법을 사용하여 해석함으로써 가장 효율적인 접촉각으로 인쇄할 수 있는 결과를 도출하는 방법이 필요한 것이다.

또한, 동일 품질의 대량 생산이 가능하도록 함으로써, 경제적 손실을 줄일 수 있는 인쇄장치를 도출하는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 다양한 해석을 통한 접촉각에 대한 결과를 통해 사전의 시행착오 또는 비용과 시간에 대한 손해를 최소화할 수 있는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 웹에 잉크가 최대의 접촉각으로 전사될 수 있는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 최대의 잉크전달량을 공급할 수 있는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체를 제공하는 것이다.

본 발명은 일방향으로 이송하면서 최대의 잉크 전달량으로 대량생산이 가능한 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 그라비아 롤과 웹의 접촉부분에서 상대 속도가 발생하지 않도록 하여 동일 품질의 대량 생산이 가능한 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 웹과 잉크의 접촉각이 90도 이상으로 접촉되어 잉크의 손 실을 줄일 수 있는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 연속공정 롤투롤 인쇄 장치는 잉크가 충전된 셀을 구비한 그라비아 롤 및 일방향으로 이송되는 웹을 포함하여 구성하되 상기 웹이 최대의 접촉각으로 상기 잉크에 접촉되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 닙(Nip)을 포함하여 구성되는 닙롤을 더 포함하도록 구성하고 닙롤은 그라비아 롤의 셀에 남아 있는 잉크가 상기 웹에 전사되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 웹은 그라비아 롤과 닙롤에 의하여 일방향으로 이송되어야 하고, 그라비아 롤과 웹의 이송속도는 접촉부분에서 상대속도가 발생하지 않도록 설정하는 하여야 한다.

이때, 웹과 잉크의 접촉각은 90°이상으로 하는 것이 바람직하다.

또, 이를 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 연속공정 롤투롤 인쇄 방법은 일방향으로 웹을 이송하는 단계, 그라비아 롤의 외주연 일면이 전도성 잉크가 담겨진 잉크충전수조를 회전하는 단계, 웹과 잉크의 접촉각을 변화시키는 단계 및 접촉각의 변화에 따라 잉크 전달량을 측정하는 단계를 포함하여 구성하고 잉크 전달량이 최대인 접촉각으로 웹을 잉크에 접촉하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 그라비아 롤과 웹은 접촉부분에서 상대속도가 발생하지 않도록 설정하고, 웹과 잉크의 접촉각은 90°이상으로 되게 하는 것이 바람직하다.

그리고, 일방향으로 웹을 이송하는 단계, 그라비아 롤의 외주연 일면이 전도성 잉크가 담겨진 잉크충전수조를 회전하는 단계, 상기 웹과 잉크의 접촉각을 변화시키는 단계, 상기 접촉각의 변화에 따라 잉크 전달량을 측정하는 단계 및 상기 단계에서 측정된 잉크 전달량이 최대인 접촉각으로 상기 웹이 잉크에 접촉하도록 구성하는 단계를 포함하여 이루어지는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 방법에 대한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기록매체를 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치 및 그 방법 그리고 그 방법을 기록한 매체에 의하면 다양한 해석을 통한 접촉각에 대한 잉크전달 정도를 수치해석 기법을 사용하여 해석함으로써 웹의 접촉각에 대한 특성을 규명할 수 있을 뿐만 아니라 사전의 시행착오 또는 비용과 시간에 대한 손해를 최소화할 수 있다.

웹과 잉크가 최대의 접촉각으로 전사되게 함으로써 최대의 잉크전달이 효과적으로 이루어지게 할 수 있는 효과가 있다.

또 다른 효과는 최대의 잉크 전달량으로 대량생산이 가능하기 때문에 경제적으로 시간적으로 효과적인 인쇄를 할 수 있다.

또한, 그라비아 롤과 웹의 접촉부분에서 상대 속도가 발생하지 않도록 함으 로써, 동일 품질의 대량 생산이 가능한 효과도 있다.

그리고, 웹과 잉크의 접촉각이 90도 이상으로 되게 함으로써, 잉크의 손실을 줄일 수 있어 경제적이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 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.

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.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치를 도시한 도면으로, 본 장치는 Feed Bath Type 잉크 충전 방식으로, 닙 롤(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(Feed Bath,150) 그리고 잉크충전수조(150)에 담겨진 전도성 잉크(Conductive Ink,160)를 포함하여 구성된다.

이러한 그라비아 인쇄방식은 135~175선/in의 세밀함으로 움푹 패인 것(cell)을 화선부(인쇄된 부분)에 형성한 판 실린더의 그라비아 롤을 사용하여 인쇄된다. 판 실린더의 그라비아 롤은 잉크충저수조 안의 잉크와 접해 있고 닥터 블레이드가 잉크를 저으면서 떨구어 셀에 의해서 유지되는 잉크는 압동(壓胴)과 판실린더의 사이를 통하는 플라스틱 필름에 전이된다. 그라비아 인쇄의 아주 우수한 점은 미려한 색조와 계조를 가진 도안의 인쇄가 가능하다는 것이며, 이 때문에 일반인쇄물, 포장재료 건축재료 등에 넓게 사용되고 있다.

또한, 그라비아 인쇄에는 셀의 깊이를 나타내도록 한 컨벤셔널 그라비아와 셀 면적의 대소에 의해 계조를 표현하는 망(網) 그라비아가 있으며 특히 RGB 3색을 구분해서 칠할 수 있는 기술로, 정밀도 면에서는 약간 떨어지나 생산성이 압도적으로 높고 또 Roll to Roll 프로세스에 대응하기가 쉬워 유연한 제품을 생산하기에는 가장 적당하고 미리 고르게 정량된 균일한 두께의 잉크를 패턴상에 그대로 부착시키므로 복잡한 형상이라도 잉크를 균일하게 충전시키기가 쉬워 균일한 막두께를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

닙롤(110)은 가압롤러로 동작하며 배킹 롤(Backing roll)과 닙(Nip)으로 구성되며 그라비아 셀에 남아 있는 잉크를 인쇄물에 전사하도록 구성된다.

웹(120)은 잉크가 인쇄되는 인쇄물을 말하며, 그라비아 롤(130)은 凹판 인쇄의 일종으로 움푹 패인 화선부(셀)가 형성되어 있어, 잉크충전수조(150)로부터의 잉크를 닙롤(110)이 전사하도록 구성한다.

닥터 블레이드(140)는 잉크충전수조(150)에서 퍼낸 그라비아 롤(130) 표면상에 남아있는 여분의 잉크를 긁어 떨어뜨리는 기능을 수행한다.

따라서, 닥터 블레이드(140)로부터의 내성(耐性)을 확보하기 위해 표면에 10㎛ 정도의 경질 Cr 도금을 실시하는 것이 바람직하다.

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.

따라서, 잉크 선택의 범위가 넓기 때문에 종이 이외의 재료, 즉 셀로판, 비닐, 폴리에틸렌, 금속, 나무 등에도 인쇄하기 쉽다는 장점이 있다.

상술한 구성의 그라비아 인쇄란 凹판 인쇄의 일종으로 움푹 패인 화선부(셀)가 있는 그라비아 롤(130)을 판으로 사용하고 잉크충전수조(150)에서 퍼낸 그라비 아 롤(130) 표면상에 있는 볼록한 부분의 잉크를 닥터 블레이드(140)로 긁어 떨어뜨려 오목한 부분(셀) 안에 남은 잉크를 닙 롤(110)의 힘으로 인쇄물에 전사하는 방식이다.

본 실시예에서는 웹과 인쇄 롤의 접촉각 변화에 따른 다양한 해석 값을 살펴보기 위해 범용 상용 툴인 CD-adapco에서 출시한 STAR-CCM+ v2.10을 사용하여 산출하였음을 밝혀둔다.

여기서 접촉각이란 액체가 고체 표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때 이루는 각을 말하는 것으로 고체표면의 젖음성을 나타내는 척도로 사용된다. 따라서, 낮은 접촉각은 낮은 젖음성을 나타내고 소수성을 띈다고 하며, 높은 접촉각은 높은 젖음성을 나타내고, 친수성을 띈다고 한다.

도 6을 참조하면 웹(Web Material)과 잉크가 이루는 각(θ)을 웹의 접촉각이라 한다.

STAR-CCM+는 최신 수치 해석적 알고리즘과 엔지니어에게 정확성과 사용하기 편하고, 믿을 만하며, 유연성을 줄 수 있는 최신기술의 소프트웨어 코딩이 조합된 것으로서, 호환성과 제품 설계 과정에서 속도와 효율성 면에서 새로운 레벨의 통합된 기술을 보여준다. 객체 기반의 사용자 인터페이스와 일반화된 격자 인터페이스의 제공으로 사용자에게 높은 편리성을 준다. 코드는 C++서버와 자바 기반의 클라이언트에서 실행되며 병렬 계산을 하면서 동시에 통합분석과 리포팅을 수행한다.

또한, Preconditioned coupled solver와 segregated solver가 갖춰진 STAR CCM+는 항공우주분야와 터보기계분야의 일반화된 유체영역을 포함하고 특히, 유체 영역에서 비점성, 층류, 난류 등을 포함한다. CCM 접근법은 코드에게 이상적인 Multiphysics에 플랫폼을 만들어주기 때문이다.

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.

한편, 본 발명에서는 웹의 접촉각이 잉크전달량에 미치는 영향을 측정하여 최적의 접촉각을 형성하기 위한 것이므로, 설명의 편의를 위하여 그라비아 롤(130)은 잉크충전수조(150)에서 잉크를 담아오는 cavity를 많이 가지고 있지만, 그라비어 프린팅의 공정을 cavity의 형상과 롤러의 곡률을 포함하여 2차원으로 단순화한 하나의 cavity만을 고려하여 설명한다.

도 1을 참고하면 웹(120)과 그라비아 롤(130)사이의 기준속도는 6mpm이다.

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 고려해 서 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. 그 이유는 이하에 설명하기로 한다.

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 그라비아 롤(130)과 전도성 잉크(160)사이의 접촉각을 변화시키면서 최대로 잉크가 전달되는 웹의 접촉각을 설정하도록 하는 것이다.

웹(120)의 접촉각이란 웹(120)과 잉크가 접촉할 때의 각을 말하나 웹(120)과 그라비아 롤(130)의 접촉각이라고 판단하여도 무방하다.

도 2는 웹의 접촉각이 잉크 전달량에 미치는 영향을 도시한 도면으로, 프린팅 속도가 0.02초 일때의 잉크 전달량을 도시한 것이다. 도 2의 좌측 도면은 웹(120)과 그라비아 롤(130)의 잉크의 접촉각 즉, θ=45°일 때의 잉크전달량을 도시한 도면이며, 도 2의 중간 도면은 웹(120)과 그라비아 롤(130)의 잉크의 접촉각이 θ=90°일 때의 잉크전달량을 도시한 도면, 그리고 우측 도면은 θ=135°일 때의 잉크전달량을 도시한 도면이다.

도면을 참고하면 접촉각이 크질 수록 잉크전달량이 크지는 것을 알 수 있다.

따라서, 잉크전달량에 미치는 주요 요소인 웹의 접촉각 뿐만 아니라 웹과 그라비아 롤의 상대 속도 그리고 웹의 접촉각의 변화에 따른 압력의 변화를 살펴봄으로써 가장 최적의 전달량 인수를 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 3은 프린팅 속도가 0.04초 일때의 웹의 접촉각이 잉크 전달량에 미치는 영향을 도시한 도면이다. 이것은 웹(120)과 그라비아 롤(130)의 접촉각뿐만 아니라 상대 속도에 따른 영향을 조사하기 위하여 프린팅 속도를 배로 증가한 상태에서의 잉크 전달량을 조사한 것이다.

도 3의 좌측 도면은 프린팅 속도가 배로 증가한 상태에서의 웹(120)과 그라비아 롤(130)의 접촉각이 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.

도 3의 잉크 전달량을 확인하면 웹(120)과 그라비아 롤(130)의 상대속도가 빨라지면 잉크 전달량이 상대적으로 줄어드는 것을 확인할 수 있으나, 상대 속도에 의한 감소량보다는 웹(120)과 잉크의 접촉각(θ)에 의하여 잉크전달량이 더 크게 변한다는 것을 알 수 있기 때문에 잉크전달량은 웹(120)과 잉크의 접촉각(θ)에 의해 더 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.

즉, 웹(120)과 잉크 사이의 접촉각(θ)이 클수록 잉크전달이 효과적으로 이루어지기 때문에 웹(120)과 그라비아 롤(130)의 접촉 부분에서는 상대속도가 발생하지 않도록 하여야 많은 잉크를 전달할 수 있는 것이다.

다음은 웹의 접촉각 변화에 따른 압력의 변화를 도면을 참조하여 살펴본다.

도 4는 t=0.04인 경우 웹의 접촉각을 변화시켰을 때의 압력 변화를 도시한 도면으로, 압력은 접촉각(θ)이 90°일 때를 기준으로 접촉각(θ)이 작아지거나 크지면 압력은 낮아지는 것을 알 수 있으며, 또한, 접촉각(θ)이 90°보다 작을 때가 클대보다 상대적으로 더 낮아지는 것을 확인할 수 있다.

이러한 압력의 변화를 표1에 도시한다.

[표 1]을 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.

	θ=45°	θ=90°	θ=135°
압력차 △p(Pa)	251.276	362.027	302.077

[표 1]과 도 4를 참조하면 웹의 접촉각에 따라 압력 변화를 확인할 수 있으나, 압력 변화에 의한 잉크 전달량 감소량보다는 웹(120)과 잉크의 접촉각(θ)에 의하여 잉크전달량이 더 크게 변한다는 것을 알 수 있기 때문에 잉크전달량은 웹(120)과 잉크의 접촉각(θ)에 의해 더 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.

결국, 잉크전달량에 영향을 끼치는 가장 큰 요인은 접촉각인 것을 알 수 있다.

다음은, 본 발명의 일 실시예에 의한 최대 잉크 전달량을 측정하기 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 방법에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 먼저 한 방향으로 그라비아 롤(130)과 닙롤(110)에 의하여 일방향으로 웹(120)이 이송되도록 한다(S210).

그라비아 롤(130)의 일면이 전도성 잉크(160)가 담겨진 잉크충전수조(150)를 일정속도로 회전이동시키면서(S220), 그라비아 롤(130)과 전도성 잉크(160)사이의 접촉각을 변화시키면서(S230) 잉크 전달량을 측정한다(S240).

단계 S230과 단계 S240을 반복하여 최대로 잉크가 전달되는 웹의 접촉각을 설정하도록 한다(S250).

단계 S250에서 잉크 전달량이 최대인 접촉각이 측정되면 측정된 최대의 접촉각으로 웹(120)을 잉크에 접촉하도록 구성하는 것이다.

상술한 실험데이터는 전자소자 생산에 사용되는 롤투롤 프린팅 방식에 있어서 이러한 중요성을 인식하고, 잉크전달 특성에 관한 유동해석을 수행하여 그라비어 프린팅 분야에 있어서 유동해석의 기반확립을 통해 롤투롤 프린팅의 한계를 극복하고, 대량생산의 기반을 마련하는데 그 중요성이 있다고 하겠다. 이를 성공적으로 수행하기 위해서 유동과 관련된 대표적인 물성치들을 선정하고 이에 따른 독립적인 연구결과를 도출해냄으로써, 잉크전달에 중요한 역할을 하는 물성치들을 파악해 최적화된 잉크에 대한 기준을 제시할 수 있는 큰 의미가 있는 연구라 할 수 있다. 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 예상된다.

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.

도 1은 본 발명에 의한 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치를 도시한 도면,

도 2는 프린팅 속도가 0.02초 일때의 Web의 접촉각이 잉크 전달량에 미치는 영향을 도시한 도면,

도 3은 프린팅 속도가 0.04초 일때의 Web의 접촉각이 잉크 전달량에 미치는 영향을 도시한 도면,

도 4는 프린팅 속도가 0.04초 인 경우 Web의 접촉각을 변화시켰을 때의 압력 변화를 도시한 도면,

그리고,

도 4는 본 발명에 의한 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

110 : Nip roll 120 : Web

130 : Gravure Roll 140 : Doctor Blade

150 : Feed Bath 160 : 전도성 잉크

Claims (9)

1. 잉크가 충전된 셀을 구비한 그라비아 롤; 및

   일방향으로 이송되는 웹;

   을 포함하여 구성하되 상기 웹과 잉크가 최대의 접촉각으로 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   닙(Nip)을 포함하여 구성되는 닙롤;

   을 더 포함하도록 구성하고 상기 닙롤은 그라비아 롤의 셀에 남아 있는 잉크가 상기 웹에 전사되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 웹은

   상기 그라비아 롤과 닙롤에 의하여 일방향으로 이송되는 것을 특징으로 하는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 그라비아 롤과 웹의 이송속도는

   접촉부분에서 상대속도가 발생하지 않도록 설정하는 것을 특징으로 하는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 웹과 잉크의 접촉각은

   90°이상으로 하는 것을 특징으로 하는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 장치.
6. 일방향으로 웹을 이송하는 단계;

   그라비아 롤의 외주연 일면이 전도성 잉크가 담겨진 잉크충전수조를 회전하는 단계;

   상기 웹과 잉크의 접촉각을 변화시키는 단계; 및

   상기 접촉각의 변화에 따라 잉크 전달량을 측정하는 단계;

   를 포함하여 구성하고 상기 잉크 전달량이 최대인 접촉각으로 상기 웹을 잉크에 접촉하도록 하는 것을 특징으로 하는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 그라비아 롤과 웹은

   접촉부분에서 상대속도가 발생하지 않도록 설정하는 것을 특징으로 하는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 웹과 잉크의 접촉각은

   90°이상으로 되게 하는 것을 특징으로 하는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 방법.
9. (a)일방향으로 웹을 이송하는 단계;

   (b)그라비아 롤의 외주연 일면이 전도성 잉크가 담겨진 잉크충전수조를 회전하는 단계;

   (c)상기 웹과 잉크의 접촉각을 변화시키는 단계;

   (d)상기 접촉각의 변화에 따라 잉크 전달량을 측정하는 단계; 및

   (e)상기 (d)단계에서 측정된 잉크 전달량이 최대인 접촉각으로 상기 웹이 잉크에 접촉하도록 구성하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 방법에 대한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기록매체.

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