WO2012141144A1 - 印刷装置 - Google Patents

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WO2012141144A1
WO2012141144A1 PCT/JP2012/059714 JP2012059714W WO2012141144A1 WO 2012141144 A1 WO2012141144 A1 WO 2012141144A1 JP 2012059714 W JP2012059714 W JP 2012059714W WO 2012141144 A1 WO2012141144 A1 WO 2012141144A1
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printing plate
flexible substrate
optical system
printing
focus
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PCT/JP2012/059714
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French (fr)
Inventor
智紀 松室
Original Assignee
住友化学株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F33/00—Indicating, counting, warning, control or safety devices
    • B41F33/04—Tripping devices or stop-motions
    • B41F33/14—Automatic control of tripping devices by feelers, photoelectric devices, pneumatic devices, or other detectors

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a printing apparatus that prints ink in a predetermined pattern on a flexible substrate.
  • Electrical devices such as circuit boards, display devices, and lighting devices include transistors and organic EL (Electro Luminescence) elements.
  • a thin film constituting a part of these transistors and organic EL elements can be formed by various methods, and a printing method has been studied as one of them.
  • the printing plate and the printing material are aligned, then the printing plate is pressed against the printing material to transfer the ink to the printing material, and further solidified to form a thin film.
  • the printing material and the printing plate are arranged to face each other, and a camera is arranged above them, and the printing material and the printing are printed based on image information from the camera. Position alignment with the plate is performed (for example, see Patent Document 1).
  • JP 2010-221548 A (FIG. 5)
  • Transistors and organic EL elements need to be formed finely and with high positional accuracy, and thin films constituting a part thereof must also be formed finely and with high positional accuracy. For this purpose, it is necessary to align the printing plate and the substrate with high accuracy.
  • the objective lens has a shallower depth of focus as the magnification increases. Therefore, when a high-magnification objective lens is used, it is necessary to bring the printing material and the printing plate close to each other.
  • the flexible substrate may adhere to the printing plate due to electrostatic force or the like when the flexible substrate and the printing plate are brought close to each other. Therefore, there is a problem that the positions of the flexible substrate and the printing plate cannot be detected as intended, and as a result, high-precision alignment cannot be performed.
  • adhesion of the flexible substrate to the printing plate can be prevented by fixing the flexible substrate.
  • a method of fixing the flexible substrate by vacuum suction or the like can be considered.
  • the flexible substrate may be deformed along the vacuum suction port, so even if the position is detected with high accuracy, the thin film should be formed on the flexible substrate in the intended pattern. The problem that cannot be done.
  • an object of one embodiment of the present invention is to detect the relative position between the printing plate and the flexible substrate with high accuracy without fixing the flexible substrate, and to perform alignment with high accuracy based on this. To provide a printing apparatus.
  • One embodiment of the present invention is a printing apparatus including an alignment mechanism that adjusts a relative position between a printing plate that transfers ink to a flexible substrate and the flexible substrate, and the alignment mechanism is simultaneously at two or more different positions.
  • the optical system has an optical system capable of focusing, and the optical system is aligned with the first mark provided on the flexible substrate in a state where the printing plate and the flexible substrate are arranged to face each other with a predetermined interval. And a second focus that is aligned with a second mark provided on the printing plate, and simultaneously focusing the first and second focus on both the first and second marks.
  • the position information of the first and second marks is acquired, and the alignment mechanism is based on the position information of the first and second marks acquired by the optical system.
  • Te relates to a printing apparatus to align the printing plate and the flexible substrate.
  • an embodiment of the present invention relates to a printing apparatus in which an optical system focuses simultaneously on both a first mark and a second mark by a bifocal optical apparatus.
  • the present invention also relates to a printing apparatus in which an optical system simultaneously focuses on both a first mark and a second mark by a double focus optical barrel.
  • the optical system performs printing in which the absolute value of the difference between the first focal length f1 to the first focal point and the second focal length f2 to the second focal point is 300 ⁇ m or more. Relates to the device.
  • the optical system has a variable first focal length f1 to the first focal point, and the difference between the maximum value and the minimum value of the first focal length f1 is 20 ⁇ m or more. It relates to a printing device.
  • an embodiment of the present invention relates to a printing apparatus in which the resolution of the optical system is 2 ⁇ m or less.
  • FIG. ⁇ a> is a view showing the first mark
  • ⁇ b> is a view showing the second mark
  • ⁇ c> is a view showing a state in which the first mark and the second mark are overlaid. It is.
  • the printing apparatus is a printing apparatus that transfers ink to a flexible substrate, and can be applied to so-called roll-to-roll printing or sheet-fed printing.
  • a printing apparatus applied to sheet-fed printing will be described below with reference to FIGS.
  • the printing apparatus 1 of this embodiment shown in FIGS. 1 and 2 includes a printing plate 3 that transfers ink to a flexible substrate 2, an alignment mechanism that includes a substrate holding unit 10, a mount unit 21, a printing plate folder 31, and an optical system 32. Is provided.
  • the printing apparatus 1 includes a substrate holding unit 10 that holds the flexible substrate 2.
  • the substrate holding unit 10 includes a substrate stage 5 on which the flexible substrate 2 is placed, and an alignment stage 6 that supports the substrate stage 5 so as to be displaceable with respect to a predetermined plane.
  • a spherical sliding portion 7 is provided below the substrate stage 5.
  • the substrate stage 5 is disposed on the alignment stage 6 with the spherical sliding portion 7 in contact with the alignment stage 6.
  • the inclination of the substrate stage 5 is adjusted with respect to a predetermined plane when the spherical sliding portion 7 slides on the alignment stage 6. As will be described later, the inclination of the substrate stage 5 is adjusted so that the flexible substrate 2 placed on the substrate stage 5 is parallel to the printing plate 3.
  • the alignment stage 6 further includes a fixing means (not shown) for fixing the substrate stage 5, and the substrate stage 5 is fixed by the fixing means.
  • An example of the fixing means is a vacuum suction device that fixes the spherical sliding portion 7 by vacuum suction.
  • the printing apparatus 1 includes a moving unit (not shown) that holds the substrate holding unit 10 so that the substrate holding unit 10 is movable.
  • the substrate holding unit 10 is moved toward the printing plate 3 or separated from the printing plate 3 by the moving unit. To move.
  • the printing apparatus 1 further includes a printing plate folder 31 that holds the peripheral edge of the printing plate 3.
  • the printing plate 3 is placed on the substrate stage 5 while being held in the printing plate folder 31. Since the flexible substrate 2 is placed on the substrate stage 5, the printing plate 3 is disposed to face the flexible substrate 2. When the printing plate 3 and the flexible substrate 2 are aligned, the printing plate 3 is arranged with a predetermined distance from the flexible substrate 2. As described above, in the present embodiment, the relative distance between the printing plate 3 and the substrate holding unit 10 is adjusted by moving the substrate holding unit 10. In other embodiments, printing is performed by moving the printing plate folder 31. The relative distance between the plate 3 and the substrate holder 10 may be adjusted.
  • the type of the printing plate 3 is not particularly limited. However, when the printing plate 3 is disposed between the optical system 32 and the flexible substrate 2 as shown in FIG. It is necessary that the portion where the second mark 34 is provided is constituted by a member that exhibits light transmittance.
  • a rubber plate, a plastic resin plate, a quartz plate, a glass plate, or the like is used for the printing plate 3.
  • the material of the rubber plate include silicone rubber represented by polydimethylsiloxane (PDMS).
  • the ink application to the printing plate 3 may be performed before the printing plate 3 is set in the printing plate folder 31, or may be performed after the printing plate 3 is set in the printing plate folder 31.
  • the printing apparatus 1 preferably further includes ink supply means having an ink filling function, and it is preferable to apply ink to the printing plate 3 set in the printing plate folder 31 by the ink supply means.
  • the alignment mechanism having the substrate holding unit 10, the mount unit 21, the printing plate folder 31, and the optical system 32 includes the printing plate 3 and the flexible substrate 2 that is arranged to face the printing plate with a predetermined interval. Adjust the relative position.
  • the alignment mechanism includes an optical system 32 that can simultaneously focus on two or more different positions.
  • An example of such an optical system 32 is a bifocal optical device capable of simultaneously focusing on two positions. More specifically, as the optical system 32 capable of simultaneously focusing on two positions, a double focus optical barrel, a two-path different focus optical barrel, an all-focus optical device, and a confocal laser device are included. Examples of the optical device used include a bifocal optical barrel or a two-path path defocus optical barrel from the viewpoint of the device cost and the device area.
  • FIG. 3 schematically shows a configuration of an optical system 32 including the double focus optical barrel 8 and the light receiving device 16.
  • the bifocal optical barrel 8 includes prism-type first and second beam splitters 11a and 11b, first and second relay lenses 12a and 12b, an objective lens 13, a lens 14, and first and second Second mirrors 15a and 15b are provided.
  • the light incident on the objective lens 13 from the focal side branches into the first path 17a and the second path 17b when passing through the first beam splitter 11a.
  • the light branched to the first 17a is incident on the second beam splitter 11b through the first mirror 15a and the first relay lens 12a.
  • the light branched into the second path 17b is incident on the second beam splitter 11b through the second relay lens 12b and the second mirror 15b.
  • the light that has entered the second beam splitter 11b through the first path 17a and the second path 17b is merged by the second beam splitter 11b, passes through the lens 14, and enters the light receiving device 16.
  • the double focus optical barrel 8 has a first focus F1 and a second focus F2 by adopting different relay lenses for the first relay lens 12a and the second relay lens 12b.
  • the first 17a and the second path 17b are provided with shutters, respectively, and by closing either the first 17a or the second path 17b, the focal point of the bifocal optical barrel 8 is set. Can be selected as either the first focus F1 or the second focus F2.
  • the light receiving device 16 is realized by, for example, a camera equipped with a solid-state image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device Image Sensor) image sensor.
  • a CCD Charge Coupled Device Image Sensor
  • the light receiving device 16 particularly magnifies images located at the first focus F1 and the second focus F2.
  • Image information corresponding to the image is acquired.
  • Image information acquired by the light receiving device 16 is output to a predetermined screen as necessary. In this way, by using the bifocal optical barrel 8, particularly images located at the first focus F1 and the second focus F2 are acquired as clear image information.
  • This image information includes position information of first and second marks described later.
  • the optical system 32 is mounted on the mount unit 21 in this embodiment.
  • the printing apparatus 1 includes a moving unit that movably holds the mount unit 21, and moves the mount unit 21 and the optical system 32 mounted on the mount unit 21 to a predetermined position by the moving unit (not shown). .
  • the optical system 32 has a first focus F 1 on the first mark provided on the flexible substrate 2 and the second focus provided on the printing plate 3.
  • the flexible substrate 2, the printing plate 3, and the optical system 32 are arranged at predetermined intervals in the order of the flexible substrate 2, the printing plate 3, and the optical system 32.
  • the flexible substrate 2, the printing plate 3, and the optical system 32 may be arranged in the order of the printing plate 3, the flexible substrate 2, and the optical system 32.
  • the two optical systems 32 are provided, and the flexible substrate 2 and the printing plate 3 are aligned at two spaced positions. Note that the flexible substrate 2 and the printing plate 3 may be aligned at two or more spaced positions by moving one optical system 32.
  • the flexible substrate 2 is provided with a first mark 33 in advance.
  • the printing plate 3 is provided with a second mark 34 in advance.
  • the first and second marks 33 and 34 have shapes and arrangements that can be used as marks when specifying the positions of the flexible substrate 2 and the printing plate 3, the shapes and arrangements are not particularly limited.
  • the first mark 33 and the second mark 34 are provided in an area where a mark is provided, and one mark is provided in an area excluding the other mark.
  • One mark may be provided in the entire region excluding the other mark, or may be provided in the region excluding the other mark and the peripheral portion of the mark. Specifically, as shown in FIG.
  • FIG. 4 ⁇ c> shows a state in which the first mark 33 and the second mark 34 are overlapped.
  • a blank area is generated by the width of the peripheral edge.
  • the alignment can be performed on the basis of a state in which the blank area uniformly covers the entire circumference of the second mark 34.
  • the width of the peripheral edge corresponding to the blank area is set to 1 ⁇ m to 5 ⁇ m, for example.
  • the inclination of the substrate stage 5 on which the flexible substrate 2 is placed is adjusted. That is, the inclination of the substrate stage 5 is adjusted so that the flexible substrate 2 is arranged in parallel to the printing plate 3.
  • the dummy flexible substrate 2 is placed on the substrate stage 5 arranged at the origin position. This dummy flexible substrate 2 is not a flexible substrate on which ink is actually printed, but is provided to adjust the tilt of the substrate stage 5.
  • the vacuum suction is released to make the substrate stage 5 displaceable. In this state, the substrate holding unit 10 is moved toward the printing plate 3 to bring the printing plate 3 and the flexible substrate 2 into contact with each other with a predetermined printing pressure.
  • the substrate stage 5 is displaced following the inclination of the printing plate 3 and is adjusted to be parallel to the printing plate 3. In this state, the substrate stage 5 is fixed by vacuum suction. Thereafter, the substrate holding unit 10 is moved to the origin position.
  • any substrate may be used as the dummy flexible substrate 2, but it is preferable to use a cleaned substrate in order to prevent contamination of the printing plate 3.
  • the optimum value of the printing pressure varies depending on the size and weight of the substrate stage 5, but is set to a pressure at which the substrate stage 5 tilts at least following the inclination of the printing plate 3. Pressure is applied.
  • the tilt of the substrate stage 5 is adjusted using the printing plate 3 used for actual printing.
  • a dummy printing plate 3 for tilt adjustment is used for the printing plate. May be.
  • a dummy printing plate 3 that is thicker than the printing plate 3 that is actually used can be used.
  • the flexible substrate 2 and the printing plate 3 are aligned.
  • ink is first supplied to the printing plate 3.
  • ink is supplied to the printing plate 3 by the ink supply means described above.
  • the flexible substrate 2 to be actually printed is placed on the substrate stage 5.
  • the material of the flexible substrate 2 is appropriately selected depending on the device to which the flexible substrate 2 is applied. For example, a metal foil substrate or a resin substrate is used.
  • the resin substrate material examples include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), polyphenylene sulfide (PPS), Totally aromatic polyamide (also known as aramid), polyphenylene ether (PPE), polyarylate (PAR), polybutylene terephthalate (PBT), polyoxymethylene (POM, also known as polyacetal), polyetheretherketone (PEEK), and liquid crystal Examples thereof include a polymer (LCP).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PC polycarbonate
  • PI polyimide
  • PES polyethersulfone
  • PEI polyetherimide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • Totally aromatic polyamide also known as aramid
  • PPE polyphenylene ether
  • PAR polyarylate
  • PBT polybutylene
  • the substrate holding unit 10 is moved toward the printing plate 3, and the flexible substrate 2 is brought close to the printing plate 3.
  • the interval between the flexible substrate 2 and the printing plate 3 is set to the absolute value of the difference between the first focal length f1 to the first focal point F1 and the second focal length f2 to the second focal point F2.
  • interval of the flexible substrate 2 and the printing plate 3 means the distance of the surfaces where the flexible substrate 2 and the printing plate 3 oppose.
  • the flexible substrate 2 may adhere to the printing plate 3, so that it is preferably 300 ⁇ m or more, and more preferably 500 ⁇ m or more. Therefore, it is preferable to use an optical system in which the absolute value of the difference between the first focal length f1 and the second focal length f2 is 300 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the distance between the flexible substrate 2 and the printing plate 3 is not particularly set, but is 1 mm, for example, depending on the specifications of the optical system used.
  • the optical system 32 is arranged at a predetermined position. That is, the optical system 32 is arranged at a position where the first focus F1 is aligned with the first mark 33 and the second mark 34 is aligned with the second focus F2.
  • the position information of the first and second marks 33 and 34 is acquired by simultaneously focusing on both the first and second marks 33 and 34.
  • the position information of the first and second marks 33 and 34 is acquired from the image information detected by the light receiving device 16. Based on this position information, the printing plate 3 and the flexible substrate 2 are aligned. For example, as shown in FIG. 4 ⁇ c>, the flexible substrate 2 and the printing plate 3 are formed so that the blank area between the first mark 33 and the second mark 34 covers the second mark 34 evenly.
  • the blank area is set to 1 ⁇ m to 5 ⁇ m, for example, and this is appropriately set depending on the definition of the print pattern and the resolution of the optical system. In order to perform alignment with high accuracy, it is preferable to use an optical system 32 having a resolution of 2 ⁇ m or less.
  • the flexible substrate 2 is not necessarily placed on the substrate stage 5 so as to adhere to the surface of the substrate stage 5 on the substrate stage 5, so that the surface may be uneven.
  • a flexible substrate is placed on a table with a low surface flatness, such as a resin table, irregularities may occur on the surface of the flexible substrate.
  • the surface of the flexible substrate 2 itself is uneven. Therefore, even if the optical system 32 is arranged at a position where the first focus F1 matches the first mark 33 in accordance with the setting of the printing apparatus, the first focus F1 may not match the first mark 33. Can occur. In order to obtain clear image information even in such a case, it is preferable to use an optical system 32 having a deep focal depth.
  • the depth of focus of the optical system 32 is preferably as deep as possible, but is preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 4 ⁇ m or more, and further preferably 10 ⁇ m or more. Note that when the depth of focus is increased, the resolution is lowered or the cost of the apparatus is increased because a special apparatus is required. Therefore, the depth of focus of the optical system 32 is set in consideration of these points.
  • the distance of the first focal point F1 is variable and adjustable. Even if the surface of the flexible substrate 2 is uneven, after the positions of the printing plate 3, the flexible substrate 2, and the optical system 32 are determined, the first mark F 1 is focused on the first mark 33.
  • the first mark 33 can be focused by adjusting the distance.
  • the adjustable range of the first focal point F1, that is, the difference between the maximum value and the minimum value of the first focal length is preferably 20 ⁇ m or more.
  • the optical system has an absolute value of a difference between the first focal length f1 and the second focal length f2 of 500 ⁇ m or more and 1 mm or less, a focal depth of 4 ⁇ m or more, and the first focal length f1 is variable.
  • the difference between the maximum value and the minimum value is preferably 20 ⁇ m or more, and the magnification of the objective lens is preferably 10 times or more.
  • FV-aligner As means for moving at least one of the flexible substrate 2 and the printing plate 3 based on the position information of the first and second marks 33 and 34 detected by the optical system, for example, FV-aligner ( First made).
  • the next printing is performed.
  • the substrate holding unit 10 is moved toward the printing plate 3, the printing plate 3 and the flexible substrate 2 are brought into contact with each other with a predetermined printing pressure, and the ink is transferred. Thereafter, the printing plate 3 and the substrate holder 10 are separated. As a result, ink is printed in a predetermined pattern on the flexible substrate 2 to form a predetermined thin film.
  • a thin film constituting at least a part of an organic EL element, a photoelectric conversion element, a transistor, or the like can be patterned.
  • a thin film constituting at least a part of an organic EL element, a photoelectric conversion element, a transistor, or the like can be patterned.
  • the printing apparatus of the present embodiment can be applied to any kind of printing apparatus that prints on a flexible substrate using a printing plate, such as a lithographic printing apparatus, a nanoimprint apparatus, and a microcontact. It can be applied to a printing device or the like.
  • the bifocal optical barrel 8 illustrated in FIG. 3 has been described as an example of the optical system 32.
  • the optical system 32 is not limited to the bifocal optical barrel 8, and there are two or more positions.
  • an optical device using a two-pass multifocal optical barrel, an omnifocal optical device, a confocal laser device, or the like can be used.
  • the relative position between the printing plate and the flexible substrate can be detected with high accuracy without fixing the flexible substrate, and alignment can be performed with high accuracy based on this.
  • a possible printing apparatus can be realized.

Abstract

　印刷版とフレキシブル基板との相対位置を調整するアライメント機構とを備える印刷装置であって、アライメント機構は、互いに異なる２つ以上の位置に同時に焦点を合わせることが可能な光学系を有し、光学系は、基板に設けられる第１のマークに合わせられる第１の焦点と、印刷版に設けられる第２のマークに合わせられる第２の焦点とを有し、第１および第２のマークの両方に同時に第１および第２の焦点を合わせることによって当該第１および第２のマークの位置情報を取得し、アライメント機構は、光学系によって検出される第１および第２のマークの位置情報に基づいて、印刷版と基板との位置合わせをおこなう、印刷装置。これにより、フレキシブル基板を固定することなく、印刷版とフレキシブル基板との相対位置を高い精度で検出し、これに基づいて高い精度で位置合わせをおこなうことが可能となる。

Description

印刷装置
　本発明の一実施形態は、フレキシブル基板上に所定のパターンでインキを印刷する印刷装置に関する。
　回路基板、表示装置、および照明装置などの電気装置はトランジスタや有機ＥＬ（Electro　Luminescence）素子などを備える。これらトランジスタや有機ＥＬ素子の一部を構成する薄膜は種々の方法によって形成することが可能であり、その１つとして印刷法が検討されている。
　印刷法では、まず印刷版と被印刷物との位置合わせをおこない、つぎに印刷版を被印刷物に押圧することによって被印刷物にインキを転写し、さらにこれを固化することによって薄膜を形成している。この印刷版と被印刷物との位置合わせに関して従来の印刷装置では、被印刷物および印刷版を対向して配置するとともに、これらの上方にカメラを配置し、カメラによる画像情報に基づいて被印刷物と印刷版との位置合わせをおこなっている（たとえば特許文献１参照）。
特開２０１０－２２１５４８号公報（図５）
　トランジスタや有機ＥＬ素子は微細にかつ高い位置精度で形成する必要があり、その一部を構成する薄膜も同様に微細にかつ高い位置精度で形成する必要がある。そのためには印刷版と被印刷物との位置合わせを高い精度でおこなう必要がある。上記従来の技術において被印刷物および印刷版の位置を高い精度で検出するためには、倍率の高い対物レンズを用いて画像情報を取得すればよいが、対物レンズは倍率が高くなるほど焦点深度が浅くなるため、高い倍率の対物レンズを使用する場合には、被印刷物と印刷版とを近接させる必要がある。具体的には被印刷物と印刷版とを数μｍ～数十μｍの距離に近づける必要がある。しかしながら被印刷物にフレキシブル基板を用いた場合、フレキシブル基板と印刷版とを近接させると、静電気力などによってフレキシブル基板が印刷版に付着することがある。そのために、意図したとおりにはフレキシブル基板と印刷版の位置を検出することができず、結果として高精度な位置合せができないという問題がある。
　なお印刷版へのフレキシブル基板の付着は、フレキシブル基板を固定することによって防ぐことができる。この場合、真空吸着などによってフレキシブル基板を固定する方法が考えられる。しかしながらフレキシブル基板を固定した場合、フレキシブル基板が真空吸着口に沿って変形することがあるため、たとえ高精度に位置を検出したとしても、フレキシブル基板上に薄膜を意図したとおりのパターンで形成することができないという問題が生じる。
　したがって本発明の一実施形態の目的は、フレキシブル基板を固定することなく、印刷版とフレキシブル基板との相対位置を高い精度で検出し、これに基づいて高い精度で位置合わせをおこなうことが可能な印刷装置を提供することにある。
　本発明の一実施形態は、フレキシブル基板にインキを転写する印刷版とフレキシブル基板との相対位置を調整するアライメント機構を備える印刷装置であって、アライメント機構は、互いに異なる２つ以上の位置に同時に焦点を合わせることが可能な光学系を有し、光学系は、印刷版とフレキシブル基板とが所定の間隔をあけて対向して配置された状態において、フレキシブル基板に設けられる第１のマークに合わせられる第１の焦点と、印刷版に設けられる第２のマークに合わせられる第２の焦点とを有し、第１および第２のマークの両方に同時に第１および第２の焦点を合わせることによって当該第１および第２のマークの位置情報を取得し、アライメント機構は、光学系によって取得される第１および第２のマークの位置情報に基づいて、印刷版とフレキシブル基板との位置合わせをおこなう印刷装置に関する。
　また本発明の一実施形態は、光学系は２焦点光学装置によって第１および第２のマークの両方に同時に焦点を合わせる印刷装置に関する。
　また本発明は、光学系は２重焦点光学鏡筒によって第１および第２のマークの両方に同時に焦点を合わせる印刷装置に関する。
　また本発明の一実施形態は、光学系は、第１の焦点までの第１の焦点距離ｆ１と第２の焦点までの第２の焦点距離ｆ２との差の絶対値が３００μｍ以上である印刷装置に関する。
　また本発明の一実施形態は、光学系は、第１の焦点までの第１の焦点距離ｆ１が可変であって、第１の焦点距離ｆ１の最大値と最小値との差が２０μｍ以上である印刷装置に関する。
　また本発明の一実施形態は、前記光学系の分解能が２μｍ以下である印刷装置に関する。
　フレキシブル基板を固定することなく、印刷版とフレキシブル基板との相対位置を高い精度で検出し、これに基づいて高い精度で位置合わせをおこなうことが可能な印刷装置を実現することができる。
印刷装置を模式的に示す平面図である。 印刷装置を模式的に示す正面図である。 光学系３２の構成を概略的に示す図である。 〈ａ〉は第１のマークを示す図であり、〈ｂ〉は第２のマークを示す図であり、〈ｃ〉は第１のマークと第２のマークとを重ね合わせた状態を表す図である。
　本発明の一実施形態の印刷装置はフレキシブル基板にインキを転写する印刷装置であり、いわゆるロールツーロール方式の印刷や枚葉式の印刷などに適用することが可能である。しかし、以下では図１、２を参照して、枚葉式の印刷に適用される印刷装置について説明する。
　図１、２に示す本実施形態の印刷装置１は、フレキシブル基板２にインキを転写する印刷版３と、基板保持部１０、マウント部２１、印刷版フォルダ３１及び光学系３２を有するアライメント機構とを備える。
　印刷装置１は、フレキシブル基板２を保持する基板保持部１０を備える。基板保持部１０は、フレキシブル基板２が載置される基板ステージ５と、この基板ステージ５を所定の平面に対して変位可能に支持するアライメントステージ６とを含んで構成される。
　基板ステージ５の下部には球面摺動部７が設けられる。基板ステージ５は、球面摺動部７をアライメントステージ６に当接させて、アライメントステージ６上に配置される。基板ステージ５は、球面摺動部７がアライメントステージ６上を摺動することにより、所定の平面に対してその傾きが調整される。後述するように、基板ステージ５は、当該基板ステージ５に載置されるフレキシブル基板２が印刷版３と平行になるようにその傾きが調整される。なおアライメントステージ６は、基板ステージ５を固定する固定手段（不図示）をさらに備え、当該固定手段によって基板ステージ５が固定される。固定手段としては、たとえば真空吸着により球面摺動部７を固定する真空吸着装置をあげることができる。
　印刷装置１は、基板保持部１０を移動可能に保持する移動手段（不図示）を備え、当該移動手段によって、たとえば印刷版３に近づく向き、または印刷版３から離間する向きに基板保持部１０を移動する。
　印刷装置１は、印刷版３の周縁部を保持する印刷版フォルダ３１をさらに備える。印刷版３は、印刷版フォルダ３１に保持された状態で、基板ステージ５上に配置される。基板ステージ５上にはフレキシブル基板２が載置されるため、印刷版３は、フレキシブル基板２に対向して配置される。なお印刷版３とフレキシブル基板２との位置合わせをおこなう際には、印刷版３はフレキシブル基板２とは所定の間隔をあけて配置される。上述したように本実施形態では基板保持部１０を移動することにより、印刷版３と基板保持部１０との相対距離を調整するが、他の実施形態では印刷版フォルダ３１を移動することにより印刷版３と基板保持部１０との相対距離を調整してもよい。
　印刷版３の種類はとくに限定されるわけではないが、図１に示すように印刷版３が光学系３２とフレキシブル基板２との間に配置される形態では、印刷版３は、少なくとも後述する第２のマーク３４が設けられる部位が光透過性を示す部材によって構成される必要がある。印刷版３には、たとえばゴム版やプラスチック樹脂版、石英版、およびガラス版などが用いられる。ゴム版の材料としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）に代表されるシリコーンゴムなどがあげられる。
　印刷版３へのインキの塗布は、印刷版３を印刷版フォルダ３１にセットする前におこなってもよく、また印刷版３を印刷版フォルダ３１にセットした後におこなってもよい。なお印刷装置１は、インク充填機能を備えるインク供給手段をさらに有することが好ましく、このインク供給手段によって、印刷版フォルダ３１にセットされた印刷版３にインキを塗布することが好ましい。
　基板保持部１０、マウント部２１、印刷版フォルダ３１及び光学系３２を有するアライメント機構は、印刷版３と、この印刷版に対して所定の間隔をあけて対向して配置される前記フレキシブル基板２との相対位置を調整する。アライメント機構は、互いに異なる２つ以上の位置に同時に焦点を合わせることが可能な光学系３２を備える。このような光学系３２としては２つの位置に同時に焦点を合わせることが可能な２焦点光学装置があげられる。より具体的には、２つの位置に同時に焦点を合わせることが可能な光学系３２としては、２重焦点光学鏡筒、２光路異焦点光学鏡筒、全焦点光学装置、および共焦点レーザー装置を用いた光学装置などがあげられ、装置コストおよび装置面積の観点からは、２重焦点光学鏡筒、または２光路異焦点光学鏡筒を用いることができる。
　以下では一例として、２重焦点光学鏡筒を備える光学系３２について説明する。図３に２重焦点光学鏡筒８と受光装置１６とを含む光学系３２の構成を概略的に示す。２重焦点光学鏡筒８は、プリズム型の第１および第２のビームスプリッター１１ａ，１１ｂと、第１および第２のリレーレンズ１２ａ，１２ｂと、対物レンズ１３と、レンズ１４と、第１および第２のミラー１５ａ，１５ｂとを備える。
　焦点側から対物レンズ１３に入射する光は、第１のビームスプリッター１１ａを通過するときに第１の経路１７ａと第２の経路１７ｂに分岐する。第１の１７ａに分岐した光は、第１のミラー１５ａ、第１のリレーレンズ１２ａを通って第２のビームスプリッター１１ｂに入射する。第２の経路１７ｂに分岐した光は、第２のリレーレンズ１２ｂ、第２のミラー１５ｂを通って第２のビームスプリッター１１ｂに入射する。第１の経路１７ａおよび第２の経路１７ｂを通って第２のビームスプリッター１１ｂに入射した光は、第２のビームスプリッター１１ｂで合流して、レンズ１４を通り、受光装置１６に入射する。
　２重焦点光学鏡筒８は、第１のリレーレンズ１２ａと第２のリレーレンズ１２ｂとに互いに異なるリレーレンズを採用することにより、第１の焦点Ｆ１と第２の焦点Ｆ２とを有する。なお第１の１７ａおよび第２の経路１７ｂにはそれぞれシャッターが設けられており、第１の１７ａおよび第２の経路１７ｂのうちのいずれかを閉じることによって、２重焦点光学鏡筒８の焦点を、第１の焦点Ｆ１および第２の焦点Ｆ２のいずれかに選択することができる。
　受光装置１６はたとえばＣＣＤ（Charge　Coupled　Device　Image　Sensor）イメージセンサなどの固体撮像素子を備えるカメラなどによって実現される。第１の焦点Ｆ１と第２の焦点Ｆ２とを有する２重焦点光学鏡筒８を使用する場合ため、受光装置１６はとくに第１の焦点Ｆ１および第２の焦点Ｆ２に位置する画像を拡大した画像に対応する画像情報を取得する。受光装置１６によって取得される画像情報は必要に応じて所定の画面に出力される。このように２重焦点光学鏡筒８を用いることにより、とくに第１の焦点Ｆ１および第２の焦点Ｆ２に位置する画像が、鮮明な画像情報として取得される。この画像情報は後述する第１および第２のマークの位置情報を含む。
　光学系３２は、本実施形態ではマウント部２１に搭載される。印刷装置１は、マウント部２１を移動可能に保持する移動手段を備え、当該移動手段（不図示）によって、マウント部２１およびこのマウント部２１に搭載される光学系３２を所定の位置に移動する。フレキシブル基板２と印刷版３との位置合わせをおこなう際には、光学系３２は、フレキシブル基板２に設けられる第１のマークに第１の焦点Ｆ１が合い、かつ印刷版３に設けられる第２のマークに第２の焦点Ｆ２が合うような距離で、フレキシブル基板２および印刷版３上に配置される。図１に示す本実施形態では、フレキシブル基板２、印刷版３および光学系３２が、フレキシブル基板２、印刷版３および光学系３２の順で所定の間隔をあけて配置される。しかし、他の実施形態では、フレキシブル基板２、印刷版３および光学系３２が、印刷版３、フレキシブル基板２および光学系３２の順で配置されていてもよい。
　図１、２に示す印刷装置１では２つの光学系３２が設けられ、２つの離間した位置で、フレキシブル基板２と印刷版３との位置合わせをおこなう。なお１つの光学系３２を移動させることによって、２つ以上の離間した位置で、フレキシブル基板２と印刷版３との位置合わせをおこなってもよい。
　図４〈ｂ〉に示すように、フレキシブル基板２にはあらかじめ第１のマーク３３が施されている。図４〈ａ〉に示すように、また印刷版３にはあらかじめ第２のマーク３４が施されている。これら第１および第２のマーク３３，３４は、フレキシブル基板２および印刷版３の位置を特定するときのマークとして使用されうる形状および配置である限りにおいて、特にその形状および配置に制限はない。たとえば第１のマーク３３と第２のマーク３４とは、マークの設けられる領域において、一方のマークは、他方のマークを除く領域に設けられる。なお一方のマークは、他方のマークを除く領域全てに設けられてもよいが、他方のマークおよびこのマークの周縁部を除く領域に設けられてもよい。具体的には、図４に示すように、第２のマーク３４として十字形状のものが設けられた場合（図４＜ａ＞参照）、第１のマーク３３には、十字の形状およびその周縁部を除く領域にマークが施された形状のものが設けられる（図４＜ｂ＞参照）。図４＜ｃ＞は、第１のマーク３３と第２のマークと３４を重ね合わせた状態を表す。図４＜ｃ＞に示すように、第１のマーク３３と第２のマーク３４とを重ね合わせた状態では、前述の周縁部の幅だけ空白領域が生じる。たとえば位置合わせは、この空白領域が、第２のマーク３４の全周を均等に覆う状態を基準にしておこなうことができる。空白領域に相当する前述の周縁部の幅は、たとえば１μｍ～５μｍに設定される。
　つぎに印刷をおこなう際の印刷装置１の動作について説明する。
　まずフレキシブル基板２が載置される基板ステージ５の傾きを調整する。すなわち印刷版３に対してフレキシブル基板２が平行に配置されるように基板ステージ５の傾きを調整する。まず原点位置に配置された基板ステージ５上に、ダミーのフレキシブル基板２を載置する。このダミーのフレキシブル基板２は、実際にインキが印刷されるフレキシブル基板ではなく、基板ステージ５の傾きを調整するために設けられるものである。基板ステージ５の傾きを調整するさいには真空吸着を解除し、基板ステージ５を変位可能な状態にする。この状態で、基板保持部１０を印刷版３に向けて移動し、印刷版３とフレキシブル基板２とを所定の印圧で当接させる。このように印刷版３とフレキシブル基板２とを当接させると、基板ステージ５は、印刷版３の傾きに追従して変位し、印刷版３と平行な状態に調整される。この状態で、真空吸着により基板ステージ５を固定する。その後、基板保持部１０を原点位置まで移動する。
　なおダミーのフレキシブル基板２にはどのような基板を用いてもよいが、印刷版３の汚染を防ぐためには洗浄された基板を用いることが好ましい。また印圧は、基板ステージ５の大きさや重さによりその最適な値は変わるが、少なくとも印刷版３の傾きに追従して基板ステージ５が傾く程度の圧力に設定され、例えば５Ｎ～５０Ｎの印圧が加えられる。
　なお本実施形態では実際の印刷に使用する印刷版３を使用して基板ステージ５の傾きを調整するが、他の実施形態として、印刷版にも、傾き調整用のダミーの印刷版３を用いてもよい。たとえば印刷版３が、傾きを調整する際の印圧に耐えられない場合に、ダミーの印刷版３として、実際に使用する印刷版３よりも厚いものを使用することができる。
　つぎにフレキシブル基板２と印刷版３との位置合わせをおこなう。この位置合わせの前に、まず印刷版３にインキを供給する。たとえば上述したインク供給手段によって、印刷版３にインキを供給する。また、ダミーのフレキシブル基板２に代えて、実際に印刷を施すフレキシブル基板２を基板ステージ５上に載置する。フレキシブル基板２は当該フレキシブル基板２が適用される装置などによってその材質などが適宜選択されるが、たとえば金属ホイル基板や樹脂基板などが用いられる。樹脂基板の材料としてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、全芳香族ポリアミド（別名：アラミド）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ、別名：ポリアセタール）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、および液晶ポリマー（ＬＣＰ）などがあげられる。
　つぎに基板保持部１０を印刷版３に向けて移動し、印刷版３にフレキシブル基板２を近接させる。フレキシブル基板２と印刷版３との間隔は、第１の焦点Ｆ１への第１の焦点距離ｆ１と第２の焦点Ｆ２への第２の焦点距離ｆ２との差の絶対値に設定される。なおフレキシブル基板２と印刷版３との間隔とは、フレキシブル基板２と印刷版３との対向する面同士の距離を意味する。
　フレキシブル基板２と印刷版３との間隔は、狭すぎると印刷版３にフレキシブル基板２が付着するおそれがあるため、３００μｍ以上が好ましく、さらには５００μｍ以上が好ましい。したがって、第１の焦点距離ｆ１と第２の焦点距離ｆ２との差の絶対値が３００μｍ以上である光学系を用いることが好ましい。なおフレキシブル基板２と印刷版３との間隔の上限はとくに設定されるわけではないが、用いる光学系の仕様に依存し、たとえば１ｍｍである。
　つぎに光学系３２を所定の位置に配置する。すなわち第１の焦点Ｆ１が第１のマーク３３に合い、かつ第２のマーク３４に第２の焦点Ｆ２が合う位置に光学系３２を配置する。つぎに前記第１および第２のマーク３３，３４の両方に同時に焦点を合わせることによって当該第１および第２のマーク３３，３４の位置情報を取得する。本実施形態では受光装置１６によって検出される画像情報から、第１および第２のマーク３３，３４の位置情報を取得する。この位置情報に基づいて、印刷版３とフレキシブル基板２との位置合わせをおこなう。たとえば図４＜ｃ＞に示すように、第１のマーク３３と第２のマーク３４との間の空白領域が、第２のマーク３４を均等に覆うように、フレキシブル基板２および印刷版３の少なくともいずれか一方を移動する。前述したように空白領域はたとえば１μｍ～５μｍに設定されるが、これはたとえば印刷パターンの精細度や光学系の分解能によって適宜設定される。高精度に位置合わせをおこなうためには、分解能が２μｍ以下の光学系３２を用いることが好ましい。
　なおフレキシブル基板２は、基板ステージ５上において、かならずしも基板ステージ５の表面に沿って貼り付くように基板ステージ上に載置されているわけではないため、その表面に凹凸が生じることがある。また、たとえば樹脂性の台のように表面の平坦性が低い台にフレキシブル基板を載置する場合にも、フレキシブル基板の表面に凹凸が生じることがある。更にはフレキシブル基板２の表面自体にも凹凸がある。そのため、たとえ印刷装置の設定に合わせて第１の焦点Ｆ１が第１のマーク３３に合う位置に光学系３２を配置したとしても、第１のマーク３３に第１の焦点Ｆ１が合わないことも生じうる。このような場合であっても鮮明な画像情報を取得することを可能にするために、光学系３２としては焦点深度の深いものを用いることが好ましい。光学系３２の焦点深度は深いほど好ましいが、２μｍ以上が好ましく、さらには４μｍ以上が好ましく、さらには１０μｍ以上が好ましい。なお焦点深度を深くする場合、分解能が低くなったり、特殊な装置を必要とするために装置費用が高くなったりするため、光学系３２の焦点深度はこれらの点を勘案して設定される。
　さらには、より鮮明な画像情報を取得するために、第１の焦点Ｆ１の距離は可変であって、調整可能であることが好ましい。たとえフレキシブル基板２の表面に凹凸が生じていたとしても、印刷版３、フレキシブル基板２および光学系３２の位置を確定した後に、第１のマーク３３に焦点が合うように第１の焦点Ｆ１の距離を調整することにより、第１のマーク３３に焦点を合わせることができる。第１の焦点Ｆ１の調整可能な範囲、すなわち第１の焦点距離の最大値と最小値との差は２０μｍ以上が好ましい。
　さらには、光学系は、第１の焦点距離ｆ１と第２の焦点距離ｆ２の差の絶対値が５００μｍ以上１ｍｍ以下であり、焦点深度が４μｍ以上であり、第１の焦点距離ｆ１が可変であって、その最大値と最小値との差が２０μｍ以上であり、かつ対物レンズの倍率が１０倍以上であることが好ましい。
　なお光学系により検出される第１および第２のマーク３３，３４の位置情報に基づいて、フレキシブル基板２および印刷版３の少なくともいずれか一方を移動させるための手段としては、たとえばＦＶ－ａｌｉｇｎｅｒ（株式会社ファースト製）などがあげられる。
　位置合わせが終わると、つぎに印刷をおこなう。基板保持部１０を印刷版３に向けて移動し、印刷版３とフレキシブル基板２とを所定の印圧で当接させ、インキを転写する。その後、印刷版３と基板保持部１０とを離間する。これによってフレキシブル基板２上に所定のパターンでインキが印刷され、所定の薄膜が形成される。
　なお上述の動作を複数回繰り返すことにより、たとえば異なる層を積層したり、異なる層を異なる位置にパターン形成したりすることができる。
　このようにインキを印刷することによって、有機ＥＬ素子、光電変換素子およびトランジスタなどの少なくとも一部を構成する薄膜をパターン形成することができる。このような有機ＥＬ素子、光電変換素子およびトランジスタなどをフレキシブル基板上に形成することにより、回路基板、表示装置、照明装置および光電変換装置などを形成することができる。
　本実施形態の印刷装置は、印刷版を用いてフレキシブル基板に印刷を施す印刷装置であればどのような種類の印刷装置にも適用することができ、たとえば平版印刷装置、ナノインプリント装置、およびマイクロコンタクトプリント装置などに適用することができる。
　上述の実施形態では、光学系３２の例として図３に示す２重焦点光学鏡筒８について説明したが、光学系３２としては、２重焦点光学鏡筒８に限らず、２つ以上の位置に同時に焦点を合わせることが可能な装置を用いることができ、たとえば２光路異焦点光学鏡筒、全焦点光学装置、および共焦点レーザー装置を用いた光学装置なども用いることができる。
　本発明の一実施形態の印刷装置によれば、フレキシブル基板を固定することなく、印刷版とフレキシブル基板との相対位置を高い精度で検出し、これに基づいて高い精度で位置合わせをおこなうことが可能な印刷装置を実現することができる。
１　印刷装置
２　フレキシブル基板
３　印刷版
５　基板ステージ
６　アライメントステージ
７　球面摺動部
８　２重焦点光学鏡筒
９　フレキシブル基板
１０　基板保持部
１１ａ，１１ｂ　ビームスプリッター
１２ａ，１２ｂ　リレーレンズ
１３　対物レンズ
１４　レンズ
１５ａ，１５ｂ　ミラー
１６　受光装置
２１　マウント部
３１　印刷版フォルダ
３２　光学系
３３　第１のマーク
３４　第２のマーク
 

Claims (6)

  1. 　フレキシブル基板にインキを転写する印刷版と前記フレキシブル基板との相対位置を調整するアライメント機構を備える印刷装置であって、
    　前記アライメント機構は、互いに異なる２つ以上の位置に同時に焦点を合わせることが可能な光学系を有し、
    　前記光学系は、前記印刷版と前記フレキシブル基板とが所定の間隔をあけて対向して配置された状態において、前記フレキシブル基板に設けられる第１のマークに合わせられる第１の焦点と、前記印刷版に設けられる第２のマークに合わせられる第２の焦点とを有し、前記第１および第２のマークの両方に同時に前記第１および第２の焦点を合わせることによって当該第１および第２のマークの位置情報を取得し、
    　前記アライメント機構は、前記光学系によって取得される前記第１および第２のマークの位置情報に基づいて、前記印刷版と前記フレキシブル基板との位置合わせをおこなう、印刷装置。
  2. 　前記光学系は２焦点光学装置によって前記第１および第２のマークの両方に同時に焦点を合わせる請求項１記載の印刷装置。
  3. 　前記光学系は２重焦点光学鏡筒によって前記第１および第２のマークの両方に同時に焦点を合わせる請求項１または２記載の印刷装置。
  4. 　前記光学系は、前記第１の焦点までの第１の焦点距離ｆ１と前記第２の焦点までの第２の焦点距離ｆ２との差の絶対値が３００μｍ以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載の印刷装置。
  5. 　前記光学系は、前記第１の焦点までの第１の焦点距離ｆ１が可変であって、第１の焦点距離ｆ１の最大値と最小値との差が２０μｍ以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載の印刷装置。
  6. 　前記光学系の分解能が２μｍ以下である請求項１～５のいずれか１項に記載の印刷装置。
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