(57)【要約】【課題】インキ総量を少量に抑えならが低コストで安定した膜厚での連続印刷を行うことができる印刷装置および印刷方法の提供が望まれていた。【解決手段】インキチャンバーと、インキチャンバーに設けたインキ回収口からインキチャンバーに設けたインキ供給口への循環経路を有し、循環経路内に循環ポンプと、粘度測定手段と、インキの温度測定手段と、インキの温度調節手段と、切り替えバルブと異物処理フィルタを有し、循環経路中に希釈液を補充するための切り替えバルブを有し、切り替えバルブの分岐先には送液ポンプを介して補充液提供手段を有するインキ供給装置と、インキ供給装置より供給されたインキを用いて印刷する印刷装置本体よりなることを特徴とした印刷装置および印刷方法を提供する。【選択図】図１
2014097630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インキチャンバーと、前記インキチャンバーに設けたインキ回収口から前記インキチャンバーに設けたインキ供給口への循環経路を有し、前記循環経路内に循環ポンプと、粘度測定手段と、インキの温度測定手段と、インキの温度調節手段と、切り替えバルブと異物処理フィルタを有し、循環経路中に希釈液を補充するための切り替えバルブを有し、前記切り替えバルブの分岐先には送液ポンプを介して補充液提供手段を有するインキ供給装置と、前記インキ供給装置より供給されたインキを用いて印刷する印刷装置本体よりなることを特徴とした印刷装置。
【請求項２】
前記粘度測定手段にて常時粘度の値を監視し、予め設定した基準粘度を超えたことを感知した場合、前記切り替えバルブの開閉動作と前記補充ポンプの送液動作を連動させ微少量を設定時間のインターバル、若しくは連続して循環経路に送液し、測定粘度値が基準粘度より下回る場合、切り替えバルブと補充ポンプが停止することを特徴とする請求項１記載の印刷装置。
【請求項３】
前記インキの温度測定手段にて常時インキの温度を監視し、予め設定した基準温度との差を超えたことを感知した場合、前記温度調整手段にてインキの温度を調節し、予め設定した基準温度との差を下回る場合、前記温度調整手段にてインキの温度の調節を行わないことを特徴とする請求項１または２記載の印刷装置。
【請求項４】
前記インキ供給装置から印刷機本体へのインキ供給がアニロックスロールにより行われ、前記アニロックスロール長手方向の両端２箇所に対応する位置に前記インキ回収口を設け、前記アニロックスロール長手方向の中央位置に前記インキ供給口を設け、前記インキチャンバー内に、前記インキ供給口と前記インキ回収口を繋ぐ深溝を設けて繋がっていることを特徴とする請求項１ないし３何れか記載の印刷装置。
【請求項５】
前記循環ポンプの流量速度は、１分当たり必要インキ量以上の流量速度であることを特徴とする請求項１ないし４何れか記載の印刷装置。
【請求項６】
前記循環経路は、前記インキチャンバーに設けたインキ回収口から前記インキチャンバーに設けたインキ供給口まで、密閉で構成されていることを特徴とする請求項１ないし５何れか記載の印刷装置。
【請求項７】
インキチャンバーに設けたインキ回収口からインキ供給口への循環経路にインキを循環させ、循環経路内でインキの粘度測定と、インキの温度測定と、異物のフィルタリングを行い、必要に応じてインキの温度調節を前記循環経路内で行い、必要に応じて循環経路内に希釈液を補充するインキ供給装置によりインキ供給されたインキを用いて印刷することを特徴とした印刷方法。
【請求項８】
前記粘度測定にて常時粘度の値を監視し、予め設定した基準粘度を超えたことを感知した場合、微少量を設定時間のインターバル、若しくは連続して循環経路内に希釈液を送液し、測定粘度値が基準粘度より下回る場合、希釈液の送液を停止することにより、前記必要に応じて循環経路内に希釈液を補充することを特徴とする請求項７記載の印刷方法。
【請求項９】
前記インキの温度測定にて常時インキの温度を監視し、予め設定した基準温度との差を超えたことを感知した場合インキの温度を調節し、予め設定した基準温度との差を下回る場合、温度調整手段にてインキの温度の調節を行わないことにより、前記必要に応じてインキの温度調節を前記循環経路内で行うことを特徴とする請求項７または８記載の印刷方法。
【請求項１０】
前記インキ供給装置から印刷機本体へのインキ供給がアニロックスロールにより行われ、前記アニロックスロール長手方向の両端２箇所に対応する位置に前記インキ回収口を設け、前記アニロックスロール長手方向の中央位置に前記インキ供給口を設け、前記インキチャンバー内に、前記インキ供給口と前記インキ回収口を繋ぐ深溝を設けて繋がっていることを特徴とする請求項７ないし９何れか記載の印刷方法。
【請求項１１】
前記循環ポンプの流量速度は、１分当たり必要インキ量以上の流量速度であることを特徴とする請求項７ないし１０何れか記載の印刷方法。
【請求項１２】
前記循環経路中のインキを外気に接触させないことを特徴とする請求項７ないし１１何れか記載の印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性薄膜などを高品質に形成するための印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細薄膜パターン形成において、量産性に優れ、製造コストを低く抑えることが可能である公知の印刷方式を利用する試みが検討されている。特にディスプレイ分野では、画面の大型化、コストの低減化に対応するため、印刷方式によって有機半導体や、導電材料を代表とする機能性薄膜をパターン形成する検討が進められている。
【０００３】
さらに、各種印刷法のなかでも、ガラスを被転写基板とする有機半導体や導電材料などでは、グラビア印刷法等のように金属製の印刷版等の硬い版を用いる方法は不向きであり、弾性を有するゴムブランケットを用いるオフセット印刷法や同じく弾性を有するゴム版や樹脂版を用いる凸版印刷法が適正である。実際にこれらの印刷法による試みとして、オフセット印刷による方法（特許文献１）、凸版印刷による方法（特許文献２）などが提唱されている。
【０００４】
これらの各種印刷手法の中で特に樹脂からなる凸版を用いる樹脂凸版印刷法は、前記凸版と、アニロックスロールと呼ばれる表面に細かい凹部（セル）が彫刻されたインキ供給ロールと、溶剤乾燥型のインキからなる印刷方式であり、従来から包装紙などの印刷物に広く使用されている。この樹脂凸版印刷法は、膜厚３０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の薄膜の形成に特に適している。
【０００５】
また、樹脂凸版印刷法はキスタッチと称されるごく低印圧での印刷が可能であることから、ガラス基板や高い圧力をかけることによって特性が破壊され易い透明電極等が成膜された基板に対する印刷にも適しており、ディスプレイ等の電子部品のパターン形成に特に適した印刷方法である。
【０００６】
以下従来の印刷装置の一例につき、図６を参照しながら一般的な凸版印刷装置２００について説明する。
【０００７】
この凸版印刷装置２００は、凸版２０４の版面にインキを供給するためのセルを有するアニロックスロール２０１と、アニロックスロールにインキを供給するインキチャンバー２０８と版下クッション２０３を介してパターン形成用の凸版２０４が装着される回転式の版胴２０５と、被印刷基板２０７が載置される基板定盤２０６と、インキを掻き落とすドクタリングを行うドクターブレード２０２を有して構成されている。ドクターブレード２０２は、図７のインキチャンバー内の乾燥を防ぐためクローズチャンバー２０９にてアニロックスロールを囲う形状で構成されるものもある。
【０００８】
次に、図６の凸版印刷装置２００を用いた際の印刷の流れについて説明する。
【０００９】
まず基板定盤２０６上に被印刷基板２０７が載置された後、版胴２０５の直下まで移動する。基板定盤２０６が移動したならば、版胴２０５が基板定盤２０６の動作と同期回転し、版胴２０５と等速で動作するアニロックスロール２０１より、凸版２０４へインキが供給される。凸版２０４へインキが供給された後速やかに凸版上のインキは被印刷基板２０７へ転写され印刷動作が終了する。
【００１０】
次に高機能有機材料を印刷する際のインキと印刷物の膜厚について説明する。
【００１１】
高機能材料として使用されるインキとして高分子有機材料などが挙げられ、前述したように有機溶剤、特に芳香族系の有機溶剤に対する溶解性が良好であり、従って芳香族系有機溶剤を用いたインキとして使用するのが一般的である。芳香族系溶剤の中でもトルエンやキシレン、アニソール、テトラリンと言った比較的芳香環への付加基の単純な溶剤の方が有機発光材料の溶解性が高いことから、インキの固形分濃度を設定する自由度が高く、使用中や保管中の析出やゲル化の恐れも少ないため、高機能有機材料インキの溶剤としてより好ましい。
【００１２】
そして、芳香族系有機溶剤を用いた有機発光材料インキ、中でもトルエンやキシレン、アニソール、テトラリンを溶剤として用いた有機発光材料インキは粘度の低い液状性のインキとなるため、前記インキ供給手段としてはアニロックスロール方式の方が適する。
【００１３】
アニロックスロールの表面に形成される微細なセルの一定面積当たりの数（セル密度）は、一般的に線数（長さ２．５４ｃｍ（１インチ）当たりに存在するセルの数）で表されるが、線数が大きいほど細かいセルが高密度に存在するから、版へのインキ転移の均一性は高くなり好ましいが、セル１個あたりの容積は小さくなり、一定面積当たりのセル容積も小さくなるため、高線数にしすぎるとインキ転移の絶対量が足りなくなってしまう。したがってアニロックスロールの適度な線数を選定し、それに合わせたインキの固形分比を設定することで、目標とする膜厚で均一な膜厚の有機膜層を形成することができる。
【００１４】
高機能有機材料インキを高精度にパターニングする際、具体的なアニロックスロールの線数や有機発光材料インキの固形分は、高機能有機材料の種類や目標膜厚によって異なるが、例えば一般的なの高分子有機発光材料をトルエンまたはキシレン溶剤に溶かしたインキを用いてインキ固形分は１％〜４％の範囲内で調整する目安となる。
【００１５】
上記印刷でのインキ固形分比の管理方法について説明する。
【００１６】
インキ固形分比は、粘度を用いて管理する方法が一般的である。粘度とは、ある物体に力を加えた時にその物体がどれほど速く変形するかを表す目安となる量であり、高分子の固形分比が希薄な場合には、各高分子鎖は溶液中で孤立しているが、高分子の固形分比が高くなると、近くの高分子鎖同士が絡まり合って回転しにくくなり、粘度が高くなることが知られている。このように、高分子の固形分比と粘度値は密接な関わりを持っている。
【００１７】
固形分比と粘度の関係は、主に図８のような３次曲線を示すことから、粘度値を用いて固形分比を算出し膜厚の管理を行うことができる。また粘度値を用いることで、溶剤の蒸発による固形分比の変化や印刷後のインキの状態など、印刷時または印刷後のインキの固形分比の変化を常時、粘度を通して換算できる利点がある。
【００１８】
しかし、粘度値は温度の変化によって変化するため温度の測定と管理が必要となる例えば、有機ＥＬ材料Ａを溶剤Ｂに溶かした有機発光材料を温度上昇させると粘度が降下する。このように温度が変化することでインキ溶剤の分子間力が変化し、インキ粘度へ大きく影響を与えるそのため粘度値で膜厚を制御する場合、温度を一定にするための管理も必要である。
【００１９】
上記凸版印刷法では、高機能材有機材料に主に使用されるトルエンやキシレンといった比較的揮発性の高い有機溶剤を用いたインキを用いるため、連続印刷運転中に溶剤が揮発し易く、前記インキ供給手段を構成するインキ溜め部分（以下インキチャンバーという）のインキの固形分が次第に高くなり、形成される有機膜層の膜厚も次第に厚くなってしまうといった問題点がある。
【００２０】
さらに高機能材に用いられた、インキは有機高分子材料の分散液であり高価であるため、インキは最低限のインキ量で印刷することが望ましい。そのため、印刷中の高機能材料インキの全体量が少ないため、蒸発による溶剤の減少に対する固形分比の変化が大きく、膜厚に大きな影響を与える。
【００２１】
例えば、有機ＥＬ材料Ａを溶剤Ｂに溶解させて印刷させた時、固形分比０．０２重量％の変化で、１ｍＰａ・ｓの粘度上昇があり印刷物の膜厚では、約１〜３ｎｍの膜厚上昇が観られる。
【００２２】
上記有機ＥＬ有機膜成形において印刷面内で膜厚差が１０ｎｍ以上ある場合、発光不良の原因になる。固形分比に換算すると０．０８重量％上昇すると１０ｎｍ以上の膜厚差が生じ印刷不良が発生する。そのため機能性有機高分子材料において、インキ溶液中の固形分比は非常にシビアな管理が求められる。
【００２３】
上記問題を解決するためにインキチャンバーからの蒸発分を粘度値から算出して補充し混合する方法が提唱される（特許文献３）。
【００２４】
しかしこの方法では、最低でも粘度測定手段、温度測定手段、攪拌用のインキタンク、があり、それをポンプで循環させなければならず、インキの総量は、数リットル単位で使用しなければならない。中でも、インキタンクのような容積が大きいバッファーを用いて攪拌機構をつけなければならないため、インキの使用量が増加する問題がある。
【００２５】
高機能材料は高価であり使用量は最小限に抑えたいため、インキタンクなどの液量増加は望ましくない。
【００２６】
また上記で説明した高機能材料の印刷は、インキ使用量が少量で蒸発による溶剤の減少に対する固形分比の変化が大きい上、固形分比の変動により、印刷物の膜厚、形状、ムラなどへの影響が大きいため、補充量の分解能と精度は高いものが求められ非常に重要である。
【００２７】
よって高価な高機能有機材料にとっては、蒸発による溶剤の減少に対する固形分比の変化が大きく、固形比分調整のための補充混合手段が必要であるが、上記方法で補充する手段を用いると液量増加し材料利用効率が非常に悪くなるためコストが大きくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開２００１−９３６６８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５５８５８号公報
【特許文献３】特開２００９−８１１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
上記問題点を鑑みて、本発明では、揮発性溶剤を用いた高機能材料の印刷などの印刷において長時間印刷中などの要因によりインキの固形分管理を粘度の上昇から判断し、揮発による固形分の上昇を溶剤の微少量連続補充にて精度良く一定に抑え、かつインキの使用総液量を少量、低コストで安定した膜厚で連続印刷が可能であるインキ粘度調整可能な印刷装置および印刷方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
請求項１記載の発明は、インキチャンバーと、前記インキチャンバーに設けたインキ回収口から前記インキチャンバーに設けたインキ供給口への循環経路を有し、前記循環経路内に循環ポンプと、粘度測定手段と、インキの温度測定手段と、インキの温度調節手段と、切り替えバルブと異物処理フィルタを有し、循環経路中に希釈液を補充するための切り替えバルブを有し、前記切り替えバルブの分岐先には送液ポンプを介して補充液提供手段を有するインキ供給装置と、前記インキ供給装置より供給されたインキを用いて印刷する印刷装置本体よりなることを特徴とした印刷装置を提供するものである。
【００３１】
請求項２記載の発明は、前記粘度測定手段にて常時粘度の値を監視し、予め設定した基準粘度を超えたことを感知した場合、前記切り替えバルブの開閉動作と前記補充ポンプの送液動作を連動させ微少量を設定時間のインターバル、若しくは連続して循環経路に送液し、測定粘度値が基準粘度より下回る場合、切り替えバルブと補充ポンプが停止することを特徴とする請求項１記載の印刷装置を提供するものである。
【００３２】
請求項３記載の発明は、前記インキの温度測定手段にて常時インキの温度を監視し、予め設定した基準温度との差を超えたことを感知した場合、前記温度調整手段にてインキの温度を調節し、予め設定した基準温度との差を下回る場合、前記温度調整手段にてインキの温度の調節を行わないことを特徴とする請求項１または２記載の印刷装置を提供するものである。
【００３３】
請求項４記載の発明は、前記インキ供給装置から印刷機本体へのインキ供給がアニロックスロールにより行われ、前記アニロックスロール長手方向の両端２箇所に対応する位置に前記インキ回収口を設け、前記アニロックスロール長手方向の中央位置に前記インキ供給口を設け、前記インキチャンバー内に、前記インキ供給口と前記インキ回収口を繋ぐ深溝を設けで繋がっていることを特徴とする請求項１ないし３何れか記載の印刷装置を提供するものである。
【００３４】
請求項５記載の発明は、前記循環ポンプの流量速度は、１分当たり必要インキ量以上の流量速度であることを特徴とする請求項１ないし４何れか記載の印刷装置を提供するものである。
【００３５】
請求項６記載の発明は、前記循環経路は、前記インキチャンバーに設けたインキ回収口から前記インキチャンバーに設けたインキ供給口まで、密閉で構成されていることを特徴とする請求項１ないし５何れか記載の印刷装置を提供するものである。
【００３６】
請求項７記載の発明は、インキチャンバーに設けたインキ回収口からインキ供給口への循環経路にインキを循環させ、循環経路内でインキの粘度測定と、インキの温度測定と、異物のフィルタリングを行い、必要に応じてインキの温度調節を前記循環経路内で行い、必要に応じて循環経路内に希釈液を補充するインキ供給装置によりインキ供給されたインキを用いて印刷することを特徴とした印刷方法を提供するものである。
【００３７】
請求項８記載の発明は、前記粘度測定にて常時粘度の値を監視し、予め設定した基準粘度を超えたことを感知した場合、微少量を設定時間のインターバル、若しくは連続して循環経路内に希釈液を送液し、測定粘度値が基準粘度より下回る場合、希釈液の送液を停止することにより、前記必要に応じて循環経路内に希釈液を補充することを特徴とする請求項７記載の印刷方法を提供するものである。
【００３８】
請求項９記載の発明は、前記インキの温度測定にて常時インキの温度を監視し、予め設定した基準温度との差を超えたことを感知した場合インキの温度を調節し、予め設定した
基準温度との差を下回る場合、温度調整手段にてインキの温度の調節を行わないことにより、前記必要に応じてインキの温度調節を前記循環経路内で行うことを特徴とする請求項７または８記載の印刷方法を提供するものである。
【００３９】
請求項１０記載の発明は、前記インキ供給装置から印刷機本体へのインキ供給がアニロックスロールにより行われ、前記アニロックスロール長手方向の両端２箇所に対応する位置に前記インキ回収口を設け、前記アニロックスロール長手方向の中央位置に前記インキ供給口を設け、前記インキチャンバー内に、前記インキ供給口と前記インキ回収口を繋ぐ深溝を設けて繋がっていることを特徴とする請求項７ないし９何れか記載の印刷方法を提供するものである。
【００４０】
請求項１１記載の発明は、前記循環ポンプの流量速度は、１分当たり必要インキ量以上の流量速度であることを特徴とする請求項７ないし１０何れか記載の印刷方法。
【００４１】
請求項１２記載の発明は、前記循環経路中のインキを外気に接触させないことを特徴とする請求項７ないし１１何れか記載の印刷方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明によればインキ総量を少量に抑えながら低コストで安定した膜厚での連続印刷を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を説明する印刷装置の一構成例を表す断面図と循環経路からなる模式図である。
【図２】本発明を説明する印刷装置の一構成例であるインキチャンバーの断面図に循環経路の一部を表す模式図である。
【図３】本発明を説明する印刷装置の一構成例であるインキチャンバーの内部斜視図に循環経路の一部を表す模式図である。
【図４】本発明に係る実施例に使用したインキの性質を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例での粘度変化と転移量を表したグラフである。
【図６】本発明に係る従来の印刷装置の一構成例を表す模式断面図である。
【図７】図６の例とは異なる本発明に係る従来の印刷装置の一構成例を表す模式断面図である。
【図８】インキの一般的な性質の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に、印刷装置が凸版印刷装置である場合の、本発明の実施の形態に係る凸版印刷装置の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の寸法や寸法の比率などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。なお、本実施の形態においては、図１に示す様に、従来の凸版印刷装置と同一部分には、同一の符号を付して説明する。なお本発明は、これに限るものではない。
【００４５】
本実施の形態に係る凸版印刷装置および印刷物の製造方法である印刷方法では、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用カラーフィルタにおけるパターン、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子の発光層や電荷輸送層、有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板における電極パターン、電磁波シールドにおけるシールドパターン等の高精細パターンの形成に適した凸版印刷に用いることができる。
【００４６】
＜凸版印刷装置＞
図１は本発明の一実施形態を示す凸版印刷装置１００の断面模式図であり、特にアニロックスロール１０１からなるインキ供給の機構を中心に説明する。
【００４７】
図１に示す凸版印刷装置１００は、パターン形成用の樹脂製の凸版１０４が装着されるシリンダー式の版胴１０５、凸版１０４に接してインキを供給するアニロックスロール１０１、アニロックスロール１０１へインキを供給する為のインキチャンバー１０８、前記インキチャンバー１０８内に溜まったインキを前記インキ粘度調整装置３００内へ回収し供給するための循環経路と循環ポンプ３０４を設け、前記循環経路内に前記インキを循環させる循環ポンプ３０４と、インキチャンバー内の前記インキの粘度を示す粘度特性値を測定する粘度測定手段３０２と、前記インキの温度を測定するインキの温度測定手段３０３と、温度を一定に保つための温度調節手段３０１と、循環経路中に希釈液を補充するための前記補充液３０７と前記インキの切り替えバルブ３０５と、前記インキを希釈し粘度を調整するための補充液を送液するための送液ポンプ３０６と、異物を除去するための異物処理フィルター３０８を具備するインキ粘度調整装置３００を備えることを特徴とした凸版印刷装置である。
【００４８】
本発明の凸版印刷装置１００に用いることが出来るアニロックスロール１０１としては、ステンレス鋼（以下ＳＵＳと称する）材などで作成された芯ロール上に、酸化クロムをプラズマ溶射して形成した酸化クロム皮膜を、レーザー彫刻によってパターニングしたセラミックスロール、又は、芯ロール上に銅メッキを施した後樹脂を塗布し、レーザーパターニングした後に腐食処理をし、得られたパターン上にクロムメッキを施したクロムロールのいずれも用いることが出来る。前記のアニロックルロール上に形成されるパターンとしては、ヘリカルパターン、ＦＭパターン、ハニカムパターン、ダイヤパターン、ドットパターンなどいずれのパターンも用いることが出来る。
【００４９】
次に、使用することが出来るドクターロール１０２としてはＳＵＳ材などで作成された芯ロールに、ニトリルゴム、シリコーンゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴムなどを巻きつけて作成してもよいし、これらのゴムローラ上に、ＰＦＡ熱収縮チューブを巻きつけたものなどを用いることが出来る。これらゴム材は、インキとして使用する溶剤に対する耐性から選定される。
【００５０】
これらの機能性有機材料を溶解させる溶媒としては、特にトルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、テトラリン等の単独またはこれらの混合溶媒が挙げられる。中でもトルエン、キシレン、アニソール、テトラリンといった芳香族有機溶媒が機能性有機材料の溶解性の面から好適である。
【００５１】
この溶剤揮発を防止する対策としてクローズドチャンバーと呼ばれる密閉構造のインキ壷にインキを供給して、その中にアニロックスロールの下部周面を浸漬しつつ回転させ、かつクローズドチャンバーから露出したアニロックスロールの上部周面において、余分なインキをドクターにて掻き取ってフレキソ版上にインキを塗布する方式が用いられている。
【００５２】
よって、金属異物を低減しつつインキ固形分の上昇を抑制する手段としては、例えば、特許文献１に示すように、ゴムロールをドクターとして使用するドクターロール１０２手法のようなオープン型チャンバーを使用し、に示すように溶剤の蒸発分を補充し混合する方法が提唱される。
【００５３】
上記の方式では、外気との接触がなく溶剤揮発は防止できるが、ドクターブレード２０
２はアニロックスロール２０１上に塗布されたインキのうち余剰インキを掻き落とすことによってアニロックスロールセル内に均一にインキを押し込むために、アニロックスロールへ押し当てられる。そのため、アニロックスロール、ドクターブレードの両者が磨耗し、その削れ分がインキの中へ混入する問題があった。
【００５４】
アニロックスロール２０１やドクターブレード２０２は一般的に、金属酸化物、若しくは樹脂からなり、有機半導体薄膜や、有機ＥＬ薄膜などを代表とする機能性薄膜の微細パターニングなどを目的としたエレクトロニクス部材向け印刷では、削れた異物が原因で製品不良となる。特に異物が金属の場合、導電することによりショートを起こすなどの不具合が発生する。そのため、機能性有機材料の微細パターニングではドクターロール１０２など磨耗による金属異物が出ない方式が求められ、ドクターブレードを使用するクローズチャンバー２０８型の対策は、このような用途に使用する場合は、何らかの別途対策を施さない限り一般的に不適切である。
【００５５】
＜インキ粘度調整装置＞
本発明の凸版印刷装置に係るインキ粘度調整装置１０２について説明する。
【００５６】
本発明は、インキの蒸発による固形分変化が粘度の数値と関係性を持つ機能性有機材料に特に適応する印刷装置および印刷方法である。
【００５７】
インキ固形分比は、粘度を用いて管理する方法が一般的である。粘度とは、ある物体に力を加えた時にその物体がどれほど速く変形するかを表す目安となる量であり、高分子の固形分比が希薄な場合には、各高分子鎖は溶液中で孤立しているが、高分子の固形分比が高くなると、近くの高分子鎖同士が絡まり合って回転しにくくなり、粘度が高くなることが知られている。このように、高分子の固形分比と粘度値は密接な関わりを持っている。
【００５８】
固形分比と粘度の関係は、主に図９のような曲線を示すことから、粘度値を用いて固形分比を算出し膜厚の管理を行うことができる。また粘度値を用いることで、溶剤の蒸発による固形分比の変化や印刷後のインキの状態など、印刷時または印刷後のインキの固形分比の変化を常時、粘度を通して換算できる利点がある。
【００５９】
インキの粘度を測定するためのインキ粘度測定手段３０２については、粘度計使用液量が少なく、液の状態を変化させない粘度測定手段が好ましく、その一例として、回転式粘度計・振動式粘度計・球落下式粘度計などの粘度測定手段が挙げられる。中でもインキは、ニュートン流体に近く、外部からの影響が少ないもの、若しくは、非ニュートン流体であっても、一定の流量にて循環し測定値が、安定している粘度測定手段３０２であることが望ましい。
【００６０】
また、粘度値は一般的に温度の変化によって変化するため、温度の測定と管理が必要となる。例えば、有機ＥＬ材料Ａをアニソール溶剤に溶かした有機発光材料を温度１℃上昇させると粘度が−０．８ｍＰａ・ｓ降下する。このように温度が変化することでインキ溶剤の分子間力が変化し、インキ粘度へ大きく影響を与えるそのため粘度値で膜厚を制御する場合、温度を一定にするための管理も必要である。
【００６１】
また、温度測定手段であるインキの温度測定装置３０３の循環経路内の設置位置は、インキの粘度測定手段である粘度測定装置３０２の位置と近い方が望ましい。また、温度を一定に保つ温度調節手段である温度調節装置３０１としては、ヒートシンクと冷却ファン用いた放熱による方法や空冷、水冷、もしくはペルチェ素子を用いた温度制御を用いても良い。
【００６２】
上記の粘度測定手段と温度測定手段にて構成されるインキの粘度調整装置である。
【００６３】
全体構成について説明する。
【００６４】
本実施形態の凸版印刷装置は、インキの粘度調整装置３０４を備えており構成としては、インキを溜めるインキチャンバー１０８と前記インキチャンバー１０８内に溜まったインキを前記粘度調整装置３０４内へ回収し供給するための循環経路を設け、前記循環経路内に前記インキを循環させる循環ポンプ３０４と、インキチャンバー内１０８の前記インキの粘度を示す粘度特性値を測定する粘度測定手段である粘度測定装置３０２と、前記インキの温度を測定する温度測定手段であるインキの温度測定手段３０３と、温度を一定に保つための温度調節手段である温度調節装置３０１と、循環経路中に希釈液を補充するための切り替えバルブ３０５と、前記インキを希釈し粘度を調整するための希釈液３０７を送液するための送液ポンプ３０６と、異物を除去するためのフィルターを具備するインキ時粘度調整装置３００を備えており、インキチャンバー１０８以外は全て閉鎖系で構成されている。
【００６５】
上記のインキチャンバー１０８からインキ粘度調整装置内のインキの流れについて説明する。
【００６６】
インキチャンバー１０８内のインキは、循環ポンプ３０４にてインキ粘度調整装置内へ回収し装置内の循環系内にある粘度測定装置３０２と温度測定装置３０１により測定を行い、その値と設定値の差を感知し、インキ粘度が上昇した場合には、循環系内の粘度測定手段部分から信号が発せられ、切り替えバルブと送液ポンプ３０６が連動して動作し少量の希釈液３０７を連続して投入することで、インキ全体の粘度を下げる。すなわち粘度を調整することで、固形分を調整したインキをインキチャンバー内１０８に再供給することで連続印刷中の膜厚一定化を可能にする。
【００６７】
この動作は、インキを循環ポンプ３０４にてインキチャンバー１０８からインキ粘度調整装置３００への回収動作とインキチャンバー１０８への供給動作を繰り返しており、インキ粘度の計測も応答速度に優れた粘度測定手段３０２にて常時監視し微少粘度変化に対応して送液ポンプ３０６により微少量の希釈液を連続してもしくは、微少量の希釈液を設定時間のインターバルで補充する。そのため攪拌時間が最小でインキ循環系内のインキの固形分分布を高精度に制御することが可能となる。
【００６８】
希釈液３０７の補充のための送液ポンプ３０６は、粘度変化に応じて微少量の希釈液を連続して補充することが求められる。またインキチャンバーの開口面積やインキ量などの違いにより蒸発速度が異なるが、補充スピードが蒸発量より速いことが求められる。送液ポンプ３０６の具体的な例では、ダイアフラムポンプ、プランジャーポンプ、シリンジポンプ、が挙げられる。
【００６９】
希釈液を循環経路内インキに混入させるための切り替えバルブ３０５は、エアオペバルブや電磁弁などのバルブを使用し、送液ポンプ３０６の動作と連動し開閉する。切り替えバルブ３０５は、液残りによるコンタミを防ぐために希釈液との接触面積が小さいダイアフラム式のバルブが望ましい。
【００７０】
また希釈液を微少量連続で補充するため、インキ全体への拡散されやすくインキ全体の固形分濃度の均一性が保たれるという利点がある。
【００７１】
循環系内のインキと希釈液３０７との混合攪拌の役割を果たす循環ポンプ３０４については、循環量は多い方良く、少なくとも循環流量が１分当たり必要インキ量であることが
好ましいが、必要インキ量が明確でない場合、その代わりインキチャンバー容積であることが好ましい。しかし、循環液量が大きいポンプを使用するとモーターの発熱や液圧の上昇に伴う温度変化が大きくなり、粘度に大きな影響を来す。そのため熱への影響が少ないエア駆動式ダイアフラムポンプや小型モーター式のダイアフラムポンプが望ましい。
【００７２】
また高機能材料において異物の混入より送液動作時の動作部分の擦れや接触がないダイアフラムポンプが好ましい。
【００７３】
さらに希釈液３０７は微少量を連続で補充されるため拡散されやすく、インキ全体の濃度の均一性が保たれる利点があるが、さらにインキ全体の攪拌を促進するためにインキチャンバー１０８の構造が、インキ粘度調整装置３００からのインキ供給口３１０とインキ粘度調整装置３００へのインキ回収口３０９には深溝で繋がっており、インキ回収３０９の位置はアニロックスロール１０１長手方向の両端２箇所であり、インキ供給口３１０の位置はインキチャンバー１０８の中央位置であることが好ましい。
【００７４】
インキチャンバー内のインキの流れについて図２に示す。
【００７５】
インキチャンバーインキ供給口からインキ回収口へ深溝を掘っていることにより、インキチャンバーの中央インキ供給口からインキが注入され、深溝を伝いインキ回収口へ向かって流れる。これによりインキチャンバー内の固形分濃度均一化を可能とする。
【００７６】
深溝の形状は、供給されたインクが溝とアニロックスロールを伝って毛細管現象により拡がることが求められる。よってインキチャンバーの供給口、回収口と溝は、アニロックスロールに最も接近する位置にあることが望ましい。
【００７７】
インキチャンバーの溝の幅としては、アニロックスロールとチャンバーの最も接近する部分とアニロックスロールの軸心を結ぶ線直線上から左右に１°以上２０°未満の位置から垂線を落とした位置を幅とする。
【００７８】
深溝の深さとしては、供給口から出るインクがアニロックスロールに接触する前に横に流れることが求められ、なおかつ溝に溜まる量が少量であることが求められるため、チャンバー内の容積に対して２％から１０％以下の容積であることが望ましい。
【００７９】
ドクターロールで掻き取られたアニロックス上のインキの流れを図３に示す。
【００８０】
ドクターロールで掻かれたアニロックスロール１０１上のインキはアニロックスロールとドクターロールの接点に溜まり、次第にアニロックスロールの端部方向に向かって流れ出す。最終的にインキチャンバー内の端部にインキが溜まるためインキ回収口３０９はインキチャンバー端部に設置する必要がある。
【００８１】
これらのことから、上記の構造を有したインキチャンバーにより、インキチャンバー内１０８のインキの流動性が増しインクチャンバー１０８内の固形分濃度を均一に保つことが可能である。
【００８２】
具体的な溶剤などの希釈液３０７を補充する制御手段として、溶剤補充量を自動的に制御できる送液ポンプ３０６と循環経路内に溶剤を供給する切り替えバルブ３０５が設置されている。循環系内に設置されている粘度測定装置３０２は、粘度情報を外部に信号出力できる手段を有し、循環系内に溶剤を補充する送液ポンプ３０６は、補充液とそのタイミングを外部からの信号で制御可能な手段を有し、この粘度測定装置３０２と送液ポンプ３０６は、粘度測定装置３０２から入力された粘度情報により送液ポンプ３０６の補充量とタイミングを信号出力するよう組まれたプログラムを有するコンピュータに電気的に接続されている。
【００８３】
また、インキの粘度を計測した結果をもとに、インキ補充のタイミングを自動的に制御できることから、溶剤補充の命令信号をだす粘度の値を設定することで、コントロールしたい粘度の上限以下で循環経路内のインキ粘度をコントロールすることが可能となる。
【００８４】
以上の動作を実施することによって、インキ総量を少量に抑え低コストで、安定した膜厚での連続印刷が可能となる。
【実施例】
【００８５】
以下に、本発明の実施例について述べる。なお、本発明は実施例に限定されるものではなく、本発明を達成できる範囲での改良・変形等は、本発明の趣旨を逸脱するものではない。
【００８６】
＜実施例１＞
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【００８７】
実施例１においては、溶剤Ａとして、有機発光材料を固形分比１．８３％になるように溶解させた有機ＥＬインキを用いて、凸版印刷法で発光層の形成を行った。
【００８８】
インキの固形分比と粘度関係は図４に示す。
【００８９】
また、使用した印刷装置は、前記実施の形態に示した構成及び機能を持つインキ供給手段を有し、ガラス基板のような平板の基材に枚葉で印刷するタイプの印刷装置を用いた。評価方法は、ガラスに転写されたインキの量を転写量と定義し、干渉膜厚計を用い転写されたインキ厚みと幅を計測し、その断面積にて評価した。
【００９０】
アニロックスロール１０１として、面長２００ｍｍのクロムメッキロールを用いた。
【００９１】
前記アニロックスロール１０１に対して、前記ドクターロール１０２を押し込む形で設置した。
【００９２】
インキ粘度調整装置について、インキチャンバーは長手方向に両端にインキ回収口があり中央にインキ供給口があり、インキ供給口とインキ回収口を１０ｍｍ幅の深溝で繋げた構造であるものを使用した。インキチャンバー内の全体のインキ使用容積１００〜５００ｍｌのものを使用した。
【００９３】
循環ポンプとしてインキチャンバーの流量は１００〜５００ｍｌ／分であるダイアフラムポンプを使用した。
【００９４】
＜粘度測定方法＞
粘度測定装置としては、自己発熱がなく、高精度応答性に優れたインライン用ねじれ振動式粘度計を使用し測定に必要な容積を２０ｍｌで行った。
【００９５】
切り替えバルブは、ダイアフラム式のエアオペバルブにて温度調節装置３０１としては、銅板とヒートシンクと冷却ファン用いた治具による放熱での冷却方法を用いた。
【００９６】
印刷中におけるインキチャンバー内インキの粘度のコントロールは、３９．０ｍＰａ・ｓを中心として、３８ｍＰａ・ｓ〜４０ｍＰａ・ｓの範囲でコントロールすることを目標
とし、溶剤補充を行う粘度を３９ｍＰａ・ｓに設定して、インキの自動粘度コントロールを行った。１回の溶剤補充量は０．４ｍｌとし、溶剤滴下後２秒以内にインキチャンバー内の粘度が初期粘度の３８ｍＰａ・ｓ以下に下がらない場合は再度補充するよう設定した。また、粘度の下限警報は３８ｍＰａ・ｓで出すように設定した。
【００９７】
上記のようなインキ粘度コントロール条件に設定したことで、連続３時間の印刷を行いインキチャンバー内のインキ粘度は３８．５ｍＰａ・ｓ〜３９．５ｍＰａ・ｓと目標の範囲でコントロールすることができた。また、印刷後の発光層の転移量は安定領域から２．９５μｍ２〜２．９６μｍ２の範囲に制御できていた。
【００９８】
＜比較例＞
比較例においては、実施例１と同条件で印刷中におけるインキチャンバー内インキの粘度のコントロールを行わず、連続２５回、３時間かけて印刷を行った。印刷中のインキチャンバー内のインキ粘度は実際に３８．５ｍＰａ・ｓ〜５０．１ｍＰａ・ｓと１１．５ｍＰａ・ｓの粘度上昇がみられた。また、印刷後の発光層の転移量は安定領域から２．９５μｍ２〜３．０１μｍ２で大きく上昇した。
【００９９】
比較例と実施例の測定値は図５に示した。
【符号の説明】
【０１００】
１０１：アニロックスロール
１０２：ドクターロール
１０３：版下クッション
１０４：凸版
１０５：版胴
１０６：基板定盤
１０７：被印刷基板
１０８：インキチャンバー
２０８：クローズドチャンバー
３００：粘度調整装置
３０１：温度調節装置
３０２：粘度測定装置
３０３：温度測定装置
３０４：循環ポンプ
３０５：切り替えバルブ
３０６：送液ポンプ
３０７：希釈液
３０８：フィルター
３０９：インキ回収口
３１０：インキ供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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