JP2015202673A - クラウン状版胴およびフレキソ印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷ズレの少ない機能性薄膜の印刷パターンが形成できる手段を提供すること。【解決手段】基材に機能性薄膜を形成する為のフレキソ印刷装置に使用される版胴１０５が、前記版胴の端部より中央部の径が太く、且つ端部に近い部位ほどその径の増加の度合いが大きく、逆に版胴の中央部に近い部位ほどその径の増加の度合いが小さくなるクラウン状版胴４０５であって、前記版胴の中央部と端部の径の差であるクラウン量が０．１０ｍｍ〜０．２５ｍｍであることを特徴とするクラウン状版胴。【選択図】図４

Description

本発明は、機能性薄膜の製造装置に係り、特には平板状のフレキソ版を版胴に巻きつけてもパターンが歪まないフレキソ印刷装置に関する。

安価な製造コストと量産性にすぐれた印刷法により微細パターン形成をして新規なデバイスを開発する取り組みがなされている。特にディスプレイ分野では生産効率化と大面積化を両立する技術として印刷法によって機能性薄膜からなる微細パターンを形成する試みがなされている。

現在、開発が進んでいる印刷法としてはインクジェット印刷、ノズル印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、フレキソ印刷などが挙げられる。

各種印刷手法の中で特にフレキソ印刷法は、樹脂凸版であるフレキソ版と、表面に規則正しい凹凸が形成されているアニロックスロールと呼ばれるインキロールによりフレキソ版の表面にインキを供給して、それを基板に転写する事によって微細パターンを形成する印刷法である。フレキソ印刷は段ボールライナー、包装フィルムなどの印刷につかわれており、膜厚０．０１〜０．２μｍ程度の薄くて安定した印刷層の形成に特に適している。

フレキソ印刷は印圧がほとんどない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、ディスプレイ等の電子部品に使用される極めて薄いガラス基板や高い印刷圧力をかけることによって特性が破壊され易いＩＴＯなどの透明電極等が成膜された基板に対する印刷にも適している。

次に、従来の一般的なフレキソ印刷装置について図１を参照して説明する。
図１に示すフレキソ印刷装置は、パターン形成用のフレキソ版１０４が版下クッション１０３を介して装着されるストレート状の版胴１０５と、フレキソ版１０４に接してインキを供給するアニロックスロール１０１と、アニロックスロール１０１へインキ供給する為のインキチャンバ１０８と、アニロックスロール１０１上の余剰インキを掻き落とすドクターロール１０２と、被印刷基板１０７を載置する基板定盤１０６とから構成された印刷装置である。

次に、図１と図２を用いて印刷フローについて説明する。まず基板定盤１０６上に被印刷基板１０７が載置された後、基板定盤１０６を版胴１０５の直下まで移動する。基板定盤１０６の移動が完了したならば、版胴１０５が基板定盤１０６の動作と同期回転し、版胴１０５と等速で動作するアニロックスロール１０１より、フレキソ版１０４にインキが供給される。フレキソ版１０４にインキが供給された後、速やかにフレキソ版１０４上のインキは被印刷基板１０７へ転写され印刷動作が終了する。

上記のように、フレキソ版１０４にインキングされたインキパターンが直接、被印刷基板１０７へ転写されるという特性上、フレキソ印刷法における印刷パターンの位置精度を決定する要因としては、フレキソ版１０４に形成されているインキパターンの位置精度と移動する基板定盤１０６の直進性、版胴１０５の回転速度および基板定盤１０６の移動速度の精度、等がある。

フレキソ印刷法において一般的に用いられるフレキソ版としては、金属や樹脂から成る板状基板の片側の面に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィにより凹凸パターニング
したものが用いられる。特に、板状基材として金属を用いた場合は、プロキシミティ露光装置や投影ステップ露光装置を用いることにより、設計値に対して位置ズレ３μｍ以下の精度で版を作製することができる。

一方、上述のように作製されたフレキソ版は、使用する際にはフレキソ印刷機の版胴１０５へ巻きつける必要がある。この巻きつけの際に、フレキソ版１０４にかかる応力や、巻きつける対象である版胴１０５の歪みによりフレキソ版１０４に形成されたインキパターンは歪み、被印刷基板１０７に転写されるパターンは、版胴１０５への取り付け前の平板状のフレキソ版に形成されたパターンとは異なった歪んだパターンとなる。

フレキソ版の大きさが長辺方向で１ｍ、幅方向で０．５ｍを超えてくるとフレキソ版を巻きつける際に、０．３Ｎ以上の力で引っ張る必要がある。しかし、このことがＬ／Ｓ＝１００μｍ以下の微細パターンにおいては歪みの原因となる。
また、巻きつけることによって平面上においた場合よりもパターンが伸縮し、流れ方向（被印刷基板１０７の移動方向）の印刷位置の誤差要因となる。

図３はその例として、従来構造のクラウン状ではないストレート状版胴３０５にフレキソ版を巻きつけた場合を示す。ここで、クラウン状とは、版胴の両端部から中央部に向かって径が太くなる形状を指す。通常の版胴はストレート状（シリンダー状）である。

また、被印刷基板１０７の大型化に伴い、フレキソ版１０４のサイズが大きくなりテンションを強くかける必要がある。フレキソ版１０４にテンションを強く掛けるとさらに歪みが増長されることとなる。

また、被印刷基板１０７を装着する基板定盤１０６は、リニアサーボモータ等で駆動され直線移動をする。その直線移動の直進性は±３μｍ／ｍ以下である。

このように、フレキソ印刷法において発生する印刷パターンの位置ズレには、流れ方向へのズレと、被印刷基板１０７の平面内において流れ方向と直交する方向へのズレの２種類がある。
ここで、流れ方向の印刷位置ズレについては、版胴１０５の回転速度と基板定盤１０６の移動速度を調整して、転写される印刷パターンの長さを相対的に変化させることによって、比較的容易に修正することが可能である。

一方、被印刷基板１０７の平面内において流れ方向と直交する方向の印刷位置ズレは、フレキソ版１０４を版胴１０５に巻きつける際に発生する歪みと、被印刷基板１０７を移動する基板定盤１０６の直進性の精度が重なった歪みとして観測されるため、フレキソ版１０４に発生する歪みの改善、印刷動作に伴う歪みの改善を個別に実施しても十分な効果が得られず、これまで位置精度の問題を解決することができなかった。

このような課題に対して、例えば特許文献１においては、あらかじめ計測したフレキソ版と印刷装置の歪みに対して、フレキソ版もしくは被印刷基板に応力を掛けることによって歪みを補正することが提案されている。しかしながら、フレキソ版と被印刷基板に対して部分的にテンションを掛けると複雑な歪みが発生し、結果として印刷物にはもともとの歪みよりもさらに複雑な歪みが発生することとなる為、実際に補正技術として用いることは難しい。

特許第５４３４４３４号公報

かかる問題を解決するため、本発明の課題は、印刷ズレの少ない機能性薄膜の印刷パターンが形成できる手段を提供することとした。

上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、基材に機能性薄膜を形成する為のフレキソ印刷装置に使用される版胴が、前記版胴の端部より中央部の径が太く、且つ端部に近い部位ほどその径の増加の度合いが大きく、逆に版胴の中央部に近い部位ほどその径の増加の度合いが小さくなるクラウン状版胴であって、前記版胴の中央部と端部の径の差であるクラウン量が０．１０ｍｍ〜０．２５ｍｍであることを特徴とするクラウン状版胴である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のクラウン状版胴を使用したことを特徴とするフレキソ印刷装置である。

本発明のフレキソ印刷装置を適用することによって、フレキソ版を使用した際の印刷位置ズレを発生させる事なく、機能性薄膜の印刷パターンを容易に形成することができる。

従来のフレキソ印刷装置の構成の一例を示す概略断面図。 従来のフレキソ印刷装置の構成の一例を示す概略上面図。 従来構造のクラウン形状なしの版胴にフレキソ版を巻きつけた際の状況を示す例であり、版胴にフレキソ版を押当てた際にフレキソ版に発生する歪みを説明した概略説明図。 本発明のクラウン形状の版胴にフレキソ版をフレキソ印刷機に巻きつけた際の状況を一例示す概略図であり、（上面図）は概略上面図、（断面図）はその断面の一例を示す概略断面図、をそれぞれ示している。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこの図面に限るものではない。

本発明のフレキソ印刷装置は、基板上に機能性薄膜のパターンを形成するためのものであり、通常のストレート状の版胴に板状のフレキソ版を巻き付けて使用することによってフレキソ版に生じる歪を抑制可能なクラウン形状の版胴を備えていることを特徴としている。
本発明のフレキソ印刷装置に用いることが出来るアニロックスロール１０１としては、ＳＵＳ材などで作製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。

また、アニロックルロール１０１上に形成されるセル形状としては、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、ＡＲＴ^ＴＭ（米国・ＰＲＡＸＡＩＲ社の登録商標）パターンなどいずれのパターンも用いることが出来る。

これらのパターンは印刷物上のモアレを防止する為に適宜角度を設けても良い。これらのパターンが形成された後、アニロックスロール１０１表面は、ドクターロール１０２側に傷をつけるのを防止する為に研磨されることが望ましい。具体的にはアニロックスロール１０１のパターン土手部において４μｍ以上の突起がなくなるよう研磨されることが望ましい。

アニロックスロール１０１を回転する機構としては、回転速度ムラが印刷物に大きな影響を与える為、高精度に回転を制御可能なサーボモータでダイレクトドライブを行うことが望ましい。また、その機構としては、必要トルクを得るために減速機構を使用する場合にはバックラッシュレスの機構を用いることが望ましい。

使用することが出来るアニロックスロール１０１としては、ＳＵＳ材などで作製された芯ロールに、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製してもよいし、これらのゴム層上に、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。これらゴム層などの材質は、インキに使用する溶剤に対する耐性から選定される。
これらゴム層などのアニロックスロール１０１の表面は、算術表面粗さＲａが０．１μｍ以下、最大高さＲｙが１μｍ以下であることが望ましい。これらの条件を満たすことによって低発塵かつ、平滑な液掻き面を得ることが出来る。

アニロックスロール１０１の周面中央領域の低表面自由エネルギー部の形成には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡに代表されるフッ素樹脂の粉体吹き付け塗装、スプレーコーティング、プラズマ重合といったフッ素樹脂膜の形成、またはパーフルオロアルキル鎖を有する表面修飾剤の蒸着といったフッ素化単分子膜の形成をする公知の手法を用いて作製することができる。

使用することが出来るドクターロール１０２の硬度としては新ＪＩＳ Ｋ ６２５３ Ａ５０の硬度で３０°〜７０°の範囲でいずれも使用することが出来る。

アニロックスロール１０１を回転する機構としては、回転速度ムラが印刷物に大きな影響を与える為、高精度に回転を制御可能なサーボモータを使用し、ダイレクトドライブを行うことが望ましく、アニロックスロールの回転と同期回転可能な形で制御することが出来るシステムを持つことが望ましい。

基板定盤１０６中央部にはクラウン状版胴３０５が、ガイドレール１１２Ａおよび１１２Ｂと直交する形で、軸受けを介して回転可能な状態で支持されている。

図４は、本発明の実施形態の一例を説明する説明図であって、版胴をクラウン状版胴４０５にすることで、版胴の径が中央部に向かって太くなるため、そのクラウン状版胴４０５を版胴軸に直交する平面で見た場合、その版胴から外側に向かって押す力４０７がフレキソ版４０４に働いて、０．３Ｎ以下の引張り力４０６で巻きつけても歪みなくフレキソ版４０４を巻きつけることが可能となることを説明している。

クラウン量（版胴の端部より中央部を太くする量）は、例えば、版胴の長さを６０００ｍｍとした場合、版胴の径として片側０．１５〜０．２５ｍｍの範囲でラジアル状につけるのが好ましい。０．１ｍｍ以下では巻きつけ精度が悪く、０．３ｍｍ以上では端部の浮きが発生して印刷ニップ圧が不均一となる。ここで、ラジアル状とは、版胴の端部に近い部位ほど中央部に向かって径の増加の度合いが大きく、逆に版胴の中央部に近い部位ほど中央部に向かって径の増加の度合いが小さくなる版胴の形状を指し（図４の上面図参照）
、ラジアルクラウンまたはバーレルクラウンと呼ばれるものである。版胴の端部から中央部に向かって版胴の径の増加の度合いが小さくなる度合いは、巻きつけるフレキソ版のサイズ、剛性、によって適合するものをて適宜選択すれば良い。

次に、この従来のフレキソ印刷装置に、本発明のクラウン状版胴にフレキソ版を装着した場合の動作について説明する。動作としては、従来のフレキソ印刷装置と変わりない。
まず、基板定盤１０６上に被印刷基板１０７を載置した後、印刷開始指示によって印刷動作が開始される。
この間、アニロックスロール１０１上にはインキが供給され、アニロックスロール１０１のドクタリングが継続的に実施され、平滑にドクタリングされた表面が常に保持されている。次に基板定盤１０６がクラウン状版胴４０５（図１において、版胴１０５の代わりにクラウン状版胴４０５を装着した。）の直下に移動した後、アニロックスロール１０１からフレキソ版１０４へインキが転移し、その後クラウン状版胴４０５の回転と同期した基板定盤１０６上に置かれた被印刷基板１０７へフレキソ版１０４からインキが転写され、印刷が完了する。
以上の動作を実施することによって良質な印刷物を得ることが出来る。

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。

本実施例では高分子型有機発光材料を、アライメントマーク付ガラス上へ印刷した例を示す。

印刷機としては、図１に示す印刷機を用い、版胴１０５の代わりにクラウン状版胴４０５を装着した。

本実施例で用いる、アニロックスロールとして、クロムロールを用いた。ロールに形成されるパターンは１辺６５μｍの正方形のセルが、７２．５μｍピッチで形成されるダイヤパターンであり、これらのパターンはロール水平線より６０°傾いて形成されている。

次に、本実施例で用いるドクターロールについて、中心軸はＳＵＳからなり、表面に硬度ＪＩＳ−Ａ５０°のウレタンゴムを巻き付け、目標直径に対して０．５ｍｍ以内になるように円柱状に加工した。さらに加工したウレタンゴムロール上にＰＦＡ熱収縮チューブを巻きつけた後、ロール周面全体の研磨を実施し、Ｒａを０．０５μｍ、Ｒｚを１μｍとした。
また、ドクターロールの全長はアニロックスロール上のインキを全幅で掻き取れる様にアニロックスロール全長１０ｍｍずつ長くなる様に製作した。
その状態でアニロックスロールに対して、ドクターロールを５０μｍ押し込む形で設置した。また、設置されたアニロックスロールはサーボモータ制御しながら回転させ、ドクターロールはアニロックスロールへの連れまわりで回転をさせてドクタリングを行った。

次に用いる版材について説明する。

厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４製の板の表面に反射抑制層として黒色油性染料を厚さ１．５μｍになるようにダイコート法により塗工した。この積層体の表面にポリアミドを主成分とするネガ型感光性樹脂を総厚が０．１ｍｍとなるように塗工し、版のベースとした。

その後、この版材に対し、ストライプ上のパターンを有するネガパターン（有効領域開口１０６μｍ×１００ｍｍ、非開口スペース３９２μｍ×１００μｍ、総有効線数４００本 サイズＷ２００ｍｍ、Ｌ１００）のクロムマスクを用いて５０μｍのプロキシミティギャップを開けて露光した。露光の後、温水を掛け流しながら現像を行い、凸部高さ９０μｍ、凸部ライン幅１０６μｍ、スペース３９２μｍの凸版を形成した。作製した凸版を印刷機の版胴に０．５ｍｍ厚の印刷用クッションテープを用いて版を貼り付けた。

次にインキについて説明する。

高分子有機発光材料であるポリフェニレンビニレン誘導体を濃度２％になるようにアニソールに溶解させた有機発光インキを用意した。
用意したインキの粘度を測定したところ６０ｍＰａ・ｓであり、表面張力は３４ｍＮ／ｍであった。その後、インキを印刷機のチャンバーへ投入した。

以上の装置、版、発光材料インキを用いて３００ｍｍ角、０．７ｍｍ厚のソーダガラス上に印刷を行った。印刷はタクト６０ｓで行い、ドクタリング速度は５ｍｍ／ｓ（Ｃａ＝０．０１）、印刷速度は１００ｍｍ／ｓとした。

実施例において得られた有機発光層が形成された基板について以下の評価を行った。
（評価項目１）アライメントマークに対する印刷ズレ量（測長器確認）
（評価項目２）印刷パターン全体のムラ評価（目視確認）

実施例においては、印刷後の印刷幅方向の印刷位置ズレ量を測定して評価を行った。押し付けロールの無い状態では幅方向の印刷位置ズレが±３μｍ以上であったものが、押し付けロールを設置した印刷物では目標値±３μｍ以内であり目標値の範囲内であった。また特異的なムラも観測されなかった。

本発明に関わるフレキソ版の歪みを補正する技術は塗工装置に限らず、ロールをロール形状或いは平らな形状の物へ押し付けて回転する機構に対しても適用可能である。

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 フレキソ版
１０５ 版胴
１０６ 基板定盤
１０７ 被印刷基板
１０８ インキチャンバ
１０９ インキ供給機構
１１０ 版胴駆動用サーボモータ
１１２ ガイドレール
１１３ リニアサーボモータ
３０４ フレキソ版
３０５ ストレート状版胴
３０６ レジストパターン
４０４ フレキソ版
４０５ クラウン状版胴
４０６ 引張り力
４０７ 版胴が外側に向かって押す力

Claims (2)

1. 基材に機能性薄膜を形成する為のフレキソ印刷装置に使用される版胴が、前記版胴の端部より中央部の径が太く、且つ端部に近い部位ほどその径の増加の度合いが大きく、逆に版胴の中央部に近い部位ほどその径の増加の度合いが小さくなるクラウン状版胴であって、前記版胴の中央部と端部の径の差であるクラウン量が０．１０ｍｍ〜０．２５ｍｍであることを特徴とするクラウン状版胴。
2. 請求項１に記載のクラウン状版胴を使用したことを特徴とするフレキソ印刷装置。