JP2014125635A - グラビアオフセット印刷用組成物およびグラビアオフセット印刷方法 - Google Patents

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裕銘 王
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Abstract

【課題】導電ワイヤ等の微細ワイヤの高い生産のための、グラビアオフセット印刷用導電性ペースト組成物およびグラビアオフセット印刷方法の提供。
【解決手段】7〜92重量部の機能性材料、1〜76重量部の高分子材料、4〜13重量部の溶剤、及び1〜2.5重量部の添加剤を含み、表面張力が20〜40mN/mの間であるグラビアオフセット印刷用組成物。該機能性材料は、導電性金属粉末、絶縁性物質粉末、エッチングペーストを含み、該高分子材料は表面エネルギーが15〜50mN/mである。前記高分子材料はPVC,PMMA,PA,塩,PC又は、それらの組み合わせであり、前記溶剤は250℃以上の沸点を有するグラビアオフセット印刷用組成物。
【選択図】図5

Description

本発明は、コーティング組成物に関し、特に、グラビアオフセット印刷用組成物に関するものである。
プリンテッドエレクトロニクス製品は、大きな市場潜在力を持っており、常に小型化を目指している。薄型軽量小型の設計の要求を満たすために、製品に用いられる各構成要素の体積は厳しく制限されている。導電ワイヤを例にとると、プリンテッドエレクトロニクス製品の最も一般的な構成要素では、その電導線の幅は、百ミクロン規模から数ミクロン規模に縮小されている。スクリーン印刷は、一般的に従来の導電ワイヤの製造に用いられている。しかしながら、大量生産が可能な線幅は、スクリーンの本質的制限により、70μmにしかならない。明白に、このような工程能力は、近年人気のあるタッチパネルのプロセスには不十分である。微細ワイヤの生産を達成するためにほとんどのメーカーはフォトリソグラフィ技術に頼っている。このプロセスは、10ミクロン以下の線幅のワイヤを製造することができるが、製造コストは、プリントプロセスの製造コストより大幅に高い。また、このプロセスは、大量のエネルギーと材料を消費するため、環境に優しくない。
例えば、US2010/0143591は、均一でなめらかで狭い導電線を印刷するのに適する銀ナノ粒子インク組成物を開示している。しかしながら、インク組成物は、炭化水素溶剤およびアルコール共溶媒を含む。US2008/0093423は、低粘度前駆体組成物および導電性電子機構(conductive electronic feature)の蒸着方法を開示している。開示された前駆体組成物は、direct−writeツール(tool)を用いた蒸着を可能にする低粘度および低温変換(low conversion temperature)を有利に有し、低温基板上の蒸着と変換を可能にする。しかしながら、特に好ましい前駆体組成物は、高導電性銀機構(feature)を形成する銀金属を含む。
微細ワイヤの費用効率の高い生産を提供するために、グラビアオフセット印刷は、近年業界で広く研究され、試験生産されている。しかしながら、現在知られているグラビアオフセット印刷の組成物の転写率は、まだ低いままである。例えば、US2011/0193028は、優れた物理的特性を有し、改善された構造を有するファインパターンを形成する導電性ペースト組成物を開示している。開示された導電性ペースト組成物は、例えばアルカリ水溶液などの廃液を減少することによって、生産性および環境問題を改善する。しかしながら、導電性ペースト組成物は、主鎖または側鎖に存在するウレタン基を含むバインダー樹脂を含む。
よって、グラビアオフセット印刷用組成物およびグラビアオフセット印刷方法を向上させることが望ましい。
グラビアオフセット印刷用組成物およびグラビアオフセット印刷方法を提供する。
本発明の1つの目的は、グラビアオフセット印刷用組成物を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、グラビアオフセット印刷方法を提供することである。
上述および他の目的を達成するために、本発明は、7〜92重量部の機能性材料、1〜76重量部の高分子材料、4〜13重量部の溶剤、および1〜2.5重量部の添加剤を含み、組成物の表面張力が20〜40mN/mの間であるグラビアオフセット印刷用組成物を提供する。
また、本発明は、グラビアパターンを含むテンプレートを提供するステップと、7〜92重量部の機能性材料、1〜76重量部の高分子材料、4〜13重量部の溶剤、および1〜2.5重量部の添加剤を含み、その表面張力が20〜40mN/mの間である組成物をテンプレートのグラビアパターンに充填するステップと、テンプレートから組成物をブランケット上に転写するステップと、およびブランケットから組成物を基板に転写するステップとを含み、ブランケットから組成物を基板に転写する転写率は、80%以上であるグラビアオフセット印刷方法を提供する。
詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態に説明される。
本発明は、添付の図面と併せて後に続く詳細な説明と実施例を解釈することによって、より完全に理解されることができる。
本発明の実施形態に係るグラビアオフセット印刷方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に係るグラビアオフセット印刷方法の各段階の概略図を表している。 本発明の実施形態に係るエッチング組成物のグラビアオフセット印刷のテストの結果を表している。 本発明の実施形態に係る絶縁組成物のグラビアオフセット印刷のテストの結果を表している。 本発明の実施形態に係るグラビアオフセット印刷用組成物の表面張力の範囲を表している。
以下の発明を実施するための形態では、説明のために、多数の具体的な詳細が本実施形態の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、一つ以上の実施形態がこれらの具体的な詳細なしに、行い得ることは明らかであろう。他の例では、周知の構造および装置が図を簡易化するために概略的に示される。
本発明は、異なる機能性材料が添加されることにより、導電性能、絶縁性能、高屈折率、または基板をエッチングする能力等を有する組成物を提供することができ、且つ、50μm以下の線幅を印刷するのに用いられ、微細ワイヤの要求に適うことができるグラビアオフセット印刷用組成物に関する。
1つの実施形態に基づいて、本発明は、例えば75〜92重量部(導電組成物の場合)、15〜40重量部(ITOエッチングペーストの場合)、10〜30重量部(絶縁コロイド(insulating colloid)の場合)などの7〜92重量部の機能性材料、例えば3〜10重量部(導電組成物の場合)、30〜45重量部(ITOエッチングペーストの場合)、50〜70重量部(絶縁コロイドの場合)などの1〜76重量部の高分子材料、例えば4〜5重量部(導電組成物の場合)、5〜13重量部(ITOエッチングペーストの場合)、6〜13重量部(絶縁コロイドの場合)などの4〜13重量部の溶剤、例えば1〜1.5重量部(導電組成物の場合)、1〜2.5重量部(ITOエッチングペーストの場合)、1〜2.5重量部(絶縁コロイドの場合)などの1〜2.5重量部の添加剤、を含むグラビアオフセット印刷の組成物を提供する。グラビアオフセット印刷の組成物の表面張力は、約20〜40mN/mの間、例えば25〜35mN/mであることが好ましい。注意するのは、グラビアオフセット印刷の組成物に添加される機能性材料は、異なる機能要求に応じて変更することができる。例えば、機能性材料は、銀ナノ粒子(AgNPs)などの導電性の金属粉末、二酸化チタン(TiO)または二酸化ケイ素(SiO)などの絶縁性物質粉末、およびシュウ酸、リン酸などのエッチング材料、またはその類似の材料を含むことができる。約20〜40mN/mの間の表面張力を有するグラビアオフセット印刷用組成物を提供するのに、高分子材料の表面エネルギーは、約15〜50mN/mの間、例えば15〜20mN/mであることが好ましい。高分子材料は、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリアクリル酸塩、ポリカーボネート(PC)、またはそれらの組み合わせを含むことができる。上述した高分子材料以外でも、高分子材料が約15〜50mN/mの間の表面エネルギーを有するならば、本発明に係るグラビアオフセット印刷用組成物の表面張力を望ましい範囲に調整することに用いることができる。グラビアオフセット印刷のプロセス中の急速な溶剤蒸発による転写不良を防止するために、溶剤の沸点は、250℃以上が好ましい。溶剤は、ジプロピレングリコール(DPG)、トリエチレングリコール(TEG)、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル(TPGME)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(TEGDME)、またはそれらの組み合わせを含むことができる。上述の溶剤以外でも、その沸点が250℃以上であれば、望ましい効果を得るために用いることができる。グラビアオフセット印刷用組成物の最終表面張力を調整するのに用いられる添加剤は、分散剤、表面張力調整剤、消泡剤、またはそれらの組み合わせを含むことができる。添加剤の具体例は、BYK−specialやBYK−323などのアルカリベースの化合物、BYK−specialやBYK−323などのポリエーテル変性ポリジメチルベースの化合物(polyether modified polydimethyl−based compounds)、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
グラビアオフセット印刷用組成物の製造のプロセス中、組成物は、例えば約15〜30分間、400〜1200rpmの速度で攪拌機によって十分に撹拌され、次いで、3本ローラーミルに例えば約1〜5回かけ、組成物の成分を均一に分散させる。注意するのは、添加剤は機能性材料および高分子材料の混合の前、または後に溶剤に添加されることができる。例えば、1つの実施形態では、機能性材料および高分子材料がまず溶剤内に均一に撹拌され、次いで添加剤が添加されて、混合物の表面張力を約20〜40mN/mの間に調整する。もう1つの実施形態では、機能性材料、高分子材料、および添加剤が共に均一に撹拌され、溶剤に分布され、表面張力が約20〜40mN/mのコーティング組成物を形成する。
もう1つの実施態様として、本発明は、グラビアオフセット印刷方法を提供する。図1は、本実施形態に係るグラビアオフセット印刷方法のフローチャート100を表している。フローチャート100は、図2Aに表されたようなグラビアパターン104を含むテンプレート102を提供することによってステップ110で始まる。テンプレート102のグラビアパターン104は、例えば50μm以下の線幅を有してもよい。テンプレート102は、ステンレス、ガラス、セラミック、銅、またはそれらの組み合わせを含むことができる。ステップ120では、テンプレート102のグラビアパターン104へとグラビアオフセット印刷用組成物106を充填する。余分なグラビアオフセット印刷用組成物106は、図2Bに表されるように、テンプレート102の上面を平坦化するようにスクレーパーによって除去されることができる。
図2Cに示すように、グラビアオフセット印刷方法のフローチャート100は、テンプレート120からグラビアオフセット印刷用組成物106をブランケット108上に転写することによってステップ130に進む。ブランケット108は、例えばドラム缶形状であることができる。ブランケット108は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリカーボネート(PC)、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
図2Dに示すように、グラビアオフセット印刷方法のフローチャート100は、ブランケット108からグラビアオフセット印刷用組成物106を基板109に転写することによってステップ140に進む。注意するのは、本発明の基板109は、図に表されるように平坦な基板に限定されるものではない。基板109は、硬質基板または軟質基板であることができる。基板109は、ガラス、ポリエチレンテレフタラート(PET)またはそれらの組み合わせを含むことができる。
転写率は、微量天秤によってブランケット上の組成物の重量と基板に転写された組成物の重量によって測定することができる。いくつかの実施形態では、ブランケット108から基板109に転写されたグラビアオフセット印刷用組成物106の転写率は80%以上であり、90%以上であることが好ましい。ブランケット108から基板109に転写されたパターンは50μm以下の線幅であることが好ましく、20μm以下の線幅であることがより好ましい。
本発明によれば、グラビアオフセット印刷によって基板の表面上に転送され、加熱プロセスによって成型または活性化されて、50μm以下の線幅且つ80%以上の転写率の微細ワイヤパターンを基板の表面に形成し、転写プロセス中のワイヤの歪み(distortion)および断線が減少され得る高転写率のグラビアオフセット印刷用組成物が提供される。高転写率の組成物は、例えばタッチパネル、金属ネットワーク構造フィルム、無線周波数認識システムのアンテナ、プリント回路板、または薄膜トランジスタ(TFT)などの微細ワイヤを有する製品に用いられることができる。
グラビアオフセット印刷用組成物およびその特性は、以下の実施例と比較例に説明される。
[実施例1: 高転写率の導電組成物]
まず0.2gのナノ銀分散剤を、0.5gのテトラエチレングリコールジメチルエーテル(TEGDME)内に添加し、10分間、250rpmの速度で攪拌機によって撹拌することにより分散剤を溶剤(WD−602; Gimpli製)内に均一に分散した。次いで、10gの銀ナノ分子(AgNPs)を添加し、攪拌機によって分散させた。低表面エネルギーの0.3gのアクリル樹脂(フェノール系高分子; Chembridge製)を上述の混合物に添加し、3本ローラーミルに3回かけて、均一に分散させた。最後に、0.05gの消泡剤(BYK−special)および0.1gの表面張力調整剤(BKY−323)を添加して、高転写率の導電組成物を準備した。
転写率に対する組成物の表面張力の影響をテストするために、グラビアオフセット印刷のテストを、0.1gの表面張力調整剤(BKY−323)が導電組成物内に添加された後に実施した。実験結果によれば、0.1gの表面張力調整剤(BKY−323)が導電組成物に添加された時、測定された表面張力は約32.7mN/mであると示された。導電組成物はブランケットによってテンプレートから除去され、基板表面に完全に転写することができた。ブランケット上の導電組成物および基板に転写された導電組成物を微量天秤によって測定したところ、97%以上の転写率が得られた。
[比較例1:導電組成物]
転写率に対するグラビアオフセット印刷用組成物の表面張力の影響を比較するために、表面張力調整剤を3gに増加させた以外は実施例1に述べた同じ手順を繰り返した。グラビアオフセット印刷のテストの実験の結果、3gの表面張力調整剤(BYK−323)が導電組成物に添加された場合は、測定された表面張力は約7mN/mとなり、ブランケットの表面張力と近似するため、ほとんどの導電組成物がブランケットに付着され、完全に転写されることができなかった。転写率は、転写フィルムの厚さの減少に伴い、約63%に低下した。
[実施例2: 高転写率の酸化インジウムスズ(ITO)エッチングペースト]
低表面エネルギーの3gのアクリル材料(フェノール系高分子; Chembridge製)を0.5gのテトラエチレングリコールジメチルエーテル(TEGDME)内に添加し、10分間、250rpmの速度で攪拌機によって撹拌し、アクリル材料を溶剤(WD−602; Gimpli製)内に均一に分散させた。次いで、全部で1gのシュウ酸、リン酸及び酸化鉄を1:2:1で添加し、3本ローラーミルに3回かけて、均一に分散させた。最後に、0.05gの消泡剤(BYK−special)および0.8gの表面張力調整剤(BKY−323)を添加して、高転写率のエッチング組成物を準備した。測定された表面張力は、約35mN/mである。グラビアオフセット印刷のテストの実験の結果は、エッチング組成物が基板の表面に完全に転写されることを示した。ブランケット上のエッチング組成物および基板に転写されたエッチング組成物を微量天秤によって測定したところ、98%以上の転写率が得られた。加熱プロセス後、エッチング組成物は、酸化インジウムスズ(ITO)ガラスから酸化インジウムスズ(ITO)を除去する。図3Aは、グラビアオフセット印刷に基づいたエッチング組成物の転写結果を表している。図3Aでは、基板パターンの線幅は、約40μmである。
[比較例2: 酸化インジウムスズ(ITO)エッチングペースト]
転写率に対するグラビアオフセット印刷の組成物の表面張力の影響を比較するために、酸化インジウムスズ(ITO)のエッチング組成物内に表面張力調整剤を添加しない以外は実施例2に述べられた同じ手順を繰り返した。測定された表面張力は約54mN/mである。このエッチング組成物は、転写プロセスにおいてブランケットの表面に液滴を形成してしまうため、酸化インジウムスズ(ITO)ガラスの表面に転写された時、図3Bに表されたような歪み断線状の現象を形成した。転写率は約57%だけであった。
[実施例3: 高転写率の絶縁コロイド]
低表面エネルギーの0.3gのアクリル材料(フェノール系高分子; Chembridge製)を0.5gのテトラエチレングリコールジメチルエーテル(TEGDME)内に添加し、10分間、250rpmの速度で攪拌機によって撹拌し、アクリル材料を溶剤(WD−602; Gimpli製)内に均一に分散させた。次いで、0.3gの二酸化チタン(TiO)を添加し、3本ローラーミルに3回かけて均一に分散させた。最後に、0.05gの消泡剤(BYK−special)および0.1gの表面張力調整剤(BKY−323)を添加し、高転写率の絶縁組成物を準備した。測定された表面張力は、約28.8mN/mであった。グラビアオフセット印刷のテストの実験の結果、絶縁組成物は基板の表面に完全に転写されたことが示された。ブランケット上の絶縁組成物および基板に転写された絶縁組成物を微量天秤によって測定したところ、96%以上の転写率が得られた。図4Aは、グラビアオフセット印刷に基づいた異なる表面張力を有する絶縁組成物の転写結果を表している。図4Aでは、基板パターンの線幅は、約20μmである。
[比較例3:絶縁コロイド]
転写率に対するグラビアオフセット印刷の組成物の表面張力の影響を比較するために、高分子材料をポリビニルピロリドン(PVP)に代替する以外は実施例3に述べられた同じ手順を繰り返した。測定された表面張力は42.4mN/mである。グラビアオフセット印刷のテストの結果を見ると、一部の導電組成物がブランケットの表面に付着したままとなり、図4Bに表されたような漸次的歪みの現象が形成された。転写率は約71%にとどまった。
図5は、本発明のいくつかの実施形態に基づいたグラビアオフセット印刷用組成物の表面張力の範囲を表している。現在、グラビアオフセット印刷に用いられているほとんどのブランケットは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)または軟質ゴムであり、低表面エネルギーの特性を有する。よって、グラビアオフセット印刷用組成物を設計する上で、組成物の表面エネルギーが約20mN/m以下の場合、組成物は、そのブランケットの性質と近似する性質のため、ブランケットの表面に付着してしまう。逆に、組成物の表面張力が約40mN/m以上の場合、組成物は、ブランケットの表面上に液滴を形成し、転写されたパターンの歪み現象を生じてしまう。
各実施例および比較例の組成物の成分および特性が表1に表されている。
以上、実施例を示して本発明を説明しているが、当業者は、本発明の思想と技術的範囲から逸脱しない種々の修正及び変更を行い得る。実施形態および実施例は、例示的なものであるに過ぎず、本発明の範囲は、以下の請求項及びその均等のものによって規定されて保護される。
100 フローチャート
102 テンプレート
104 グラビアパターン
106 グラビアオフセット印刷用組成物
108 ブランケット
109 基板

Claims (13)

  1. 7〜92重量部の機能性材料、
    1〜76重量部の高分子材料、
    4〜13重量部の溶剤、および
    1〜2.5重量部の添加剤を含み、
    表面張力が20〜40mN/mの間であるグラビアオフセット印刷用組成物。
  2. 前記機能性材料は、導電性金属粉末、絶縁性物質粉末、エッチングペーストを含む請求項1に記載のグラビアオフセット印刷用組成物。
  3. 前記高分子材料の表面エネルギーが15〜50mN/mの間である請求項1に記載のグラビアオフセット印刷用組成物。
  4. 前記高分子材料は、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリアクリル酸塩、ポリカーボネート(PC)、またはそれらの組み合わせを含む請求項1に記載のグラビアオフセット印刷用組成物。
  5. 前記溶剤は、250℃以上の沸点を有する請求項1に記載のグラビアオフセット印刷用組成物。
  6. 前記溶剤は、ジプロピレングリコール(DPG)、トリエチレングリコール(TEG)、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル(TPGME)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(TEGDME)、またはそれらの組み合わせを含む請求項1に記載のグラビアオフセット印刷用組成物。
  7. 前記添加剤は、分散剤、表面張力調整剤、消泡剤、またはそれらの組み合わせを含む請求項1に記載のグラビアオフセット印刷用組成物。
  8. 前記添加剤は、アルカリベースの化合物、ポリエーテル変性ポリジメチルベースの化合物、またはそれらの組み合わせを含む請求項7に記載のグラビアオフセット印刷用組成物。
  9. グラビアパターンを含むテンプレートを提供するステップと、
    請求項1に記載のグラビアオフセット印刷用組成物を前記テンプレートの前記グラビアパターンに充填するステップと、
    前記テンプレートから前記組成物をブランケット上に転写するステップと、
    前記ブランケットから前記グラビアオフセット印刷用組成物を基板に転写するステップとを含み、
    前記ブランケットから前記グラビアオフセット印刷用組成物を前記基板に転写する転写率は、80%以上であるグラビアオフセット印刷方法。
  10. 前記テンプレートは、ステンレス、ガラス、セラミック、銅、またはそれらの組み合わせを含む請求項9に記載のグラビアオフセット印刷方法。
  11. 前記ブランケットは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリカーボネート(PC)、またはそれらの組み合わせを含む請求項9に記載のグラビアオフセット印刷方法。
  12. 前記基板は、ガラス、ポリエチレンテレフタラート(PET)またはそれらの組み合わせを含む請求項9に記載のグラビアオフセット印刷方法。
  13. 前記ブランケットから前記基板に転写されたパターンは、50μm以下の線幅を有する請求項9に記載のグラビアオフセット印刷方法。
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