TWI574845B - 將膏狀物圖案自凹版轉印至基材的轉印方法與轉印介質 - Google Patents
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Description
本發明關於凹版轉印,更特別關於凹版轉印的轉印介質及方法。
印刷電子產品極具市場潛力,然而這些產品的共通點在於體積不斷的微型化。為滿足產品更輕、更小、或更薄的設計需求,產品內各部件所占的體積都受到嚴格的限制。以印刷電子產品中最常用的導線為例,導線線寬由過去的百微米級縮小到數個微米級。傳統導線製作多數使用網版印刷(screen printing)方式進行,然而受限於網版的先天限制,使得可量產的線寬僅可達70微米,這樣的製程能力明顯不足以應付時下當紅的觸控面板製程之用。為尋求精細的線路製作能力,業者多數採用黃光微影製程,雖然此法可製造線寬小於10微米之線路,但製造成本明顯高於印刷製程,此外,黃光微影製程耗費大量能源及材料,並非環保製程。
為同時滿足細線路製作能力及製造成本考量,凹版轉印(gravure offset printing)技術為近年來被大量研究並已在業界試產,但目前習知的凹版轉印仍有改善空間。舉例來說,轉印
介質的發泡層會影響凹版轉印的品質,但目前技藝仍未揭示發泡層的厚度與硬度之間的關聯。
綜上所述,目前極需具有特定厚度-硬度比的發泡層以用於轉印介質。
為解決上述問題,本發明之一目的在於提供一種轉印介質及方法,係用以將膏狀物圖案自凹版轉印至基材。
為達上述目的,本發明一實施例的轉印介質包括:發泡層;PET層,位於發泡層上;以及膏狀物轉印層,位於PET層上,其中發泡層之Shore A硬度介於20至80之間,厚度介於0.5mm至1.5mm之間。發泡層之Shore A硬度隨著厚度增加而增加。
為達上述目的,本發明一實施例提供將膏狀物圖案自凹版轉印至基材的轉印方法,包括:提供具有凹版圖案的凹版;將膏狀物填入凹版圖案中;將凹版圖案中的膏狀物轉印至轉印介質的表面;以及將轉印介質上的膏狀物轉印至基材,其中轉印介質包括:發泡層;PET層,位於發泡層上;以及膏狀物轉印層,位於PET層上,其中發泡層之Shore A硬度介於20至80之間,厚度介於0.5mm至1.5mm之間。發泡層之Shore A硬度隨著厚度增加而增加。
在至少一實施例中,發泡層的組成實質上為聚氨酯、聚乙烯、丁腈橡膠、或矽膠、或其組合。
在至少一實施例中,PET層之楊式係數介於3GPa至5GPa之間。
在至少一實施例中,PET層之厚度介於100μm至
300μm之間。
在至少一實施例中,膏狀物轉印層的組成為矽橡膠、氟橡膠、或氟矽橡膠、或其組合。
在至少一實施例中,其中膏狀物轉印層為多層結構。
在至少一實施例中,其中該膏狀物轉印層之Shore A硬度介於40至60之間。
在至少一實施例中,膏狀物轉印層之厚度介於0.5mm至1.0mm之間。
在至少一實施例中,膏狀物轉印層之表面與水的接觸角介於100°至130°之間。
在至少一實施例中,膏狀物轉印層之表面粗糙度介於0.050μm至0.200μm之間。
在至少一實施例中,轉印介質更包括至少一黏著劑位於發泡層與PET層之間,或位於PET層與膏狀物轉印層之間,或位於發泡層與PET層之間及位於PET層與膏狀物轉印層之間。
在至少一實施例中,發泡層之Shore A硬度為35,厚度為1mm。
100‧‧‧製程
102‧‧‧凹版
104‧‧‧凹版圖案
106‧‧‧膏狀物
108‧‧‧轉印介質
109‧‧‧基材
110、120、130、140‧‧‧步驟
301‧‧‧發泡層
303‧‧‧PET層
305‧‧‧膏狀物轉印層
第1圖係本發明一實施例中,凹版轉印製程的流程圖。
第2A至2E圖係本發明一實施例中,凹版轉印製程中不同階段的示意圖。
第3圖係本發明一實施例中,轉印介質的示意圖。
第4及5圖顯示本發明模擬實驗中,轉印介質之下壓量對應下
壓壓力的曲線。
以下配合圖式,列舉數個具體實施例與實驗例,以利更瞭解本發明之概念。其中,所述「介於數值A與數值B之間」為「大於或等於數值A且小於或等於數值B」。
在一實施例中,凹版轉印流程如第1圖所示。製程100始於步驟110,其提供具有凹版圖案104的凹版102。如第2A圖所示,凹版圖案104可具有約3微米至約100微米的線寬。凹版102的組成可為不鏽鋼、玻璃、陶瓷、或銅、或其組合。接著進行步驟120,將膏狀物106填入凹版102的凹版圖案104中。藉由刮刀可將超出凹版102表面的多餘膏狀物106移除,使凹版102的上表面齊平,如第2B圖所示。在一實施例中,膏狀物106的組成可為金屬奈米顆粒(如銀、銅、鋁、或鎳)、聚合物(如環氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、或聚氨酯)、與有機溶劑。
如第2C與2D圖所示,製程100進行至步驟130,將凹版102之凹版圖案104中的膏狀物106轉印至轉印介質(blanket)108上。轉印介質108可為但不限滾筒狀,例如在本實施例中,轉印介質108為三層結構如第3圖所示,分別為發泡層(foam)301、位於發泡層301上的PET層303,以及位於PET層303上的膏狀物轉印層305。上述三層結構捲成卷後,即第2C圖所示之轉印介質108,且膏狀物轉印層305位於最外層以轉印膏狀物106。在此實施例中,發泡層301的Shore A硬度介於20至80之間,厚度介於0.5mm至1.5mm之間。發泡層301之厚度隨著Shore A硬度增加而增加。上述發泡層301之厚度範圍、Shore A硬度、與厚度及Shore A硬度
兩者之間的關係可讓轉印介質108在轉印時,對於0.15MPa至0.25MPa之壓力具有0.3mm至0.5mm的下壓量。若轉印介質108之發泡層301超出上述規格,則無法在0.15MPa至0.25MPa之壓力範圍中具有合適的下壓量。一般而言,下壓壓力越高,則轉印介質108的下壓量越大。若下壓壓力小於0.15MPa,則轉印介質108的下壓量不足,無法完全深入凹版圖案104中的凹槽。若下壓壓力大於0.25MPa,則凹版圖案104易變形,造成轉印至轉印介質108上的膏狀物106之圖案扭曲。又,在一較佳實施例中,發泡層301的Shore A硬度大於20且小於80,且厚度大於或等於0.5mm,且小於1.5mm。在一更佳實施例中,發泡層301的Shore A硬度約為35,厚度約為1mm。
在一實施例中,發泡層301可為聚氨酯、聚乙烯、丁腈橡膠、或矽膠、或其組合,且密度介於20.0pcf至80.0pcf之間。若發泡層301的密度過高或過低,則發泡層301的Shore A硬度將過高或過低。
在一實施例中,PET層303的楊氏係數介於3GPa至5GPa之間。在一實施例中,PET層之厚度介於100μm至300μm之間。過厚的PET層會導致轉印介質過硬。過薄的PET層會使轉印介質的支撐力過低。
在一實施例中,膏狀物轉印層305之組成可為矽橡膠、氟橡膠、或氟矽橡膠、或其組合。在一實施例中,膏狀物轉印層305可為由上述組成所形成之多層結構。上述橡膠之硬化方式可為加成硬化、過氧化物硬化、縮合硬化、紫外線硬化、或類似方法。上述膏狀物轉印層305之Shore A硬度可介於40至60之間。
較佳地,膏狀物轉印層305之Shore A硬度大於40且小於60。若膏狀物轉印層305之Shore A硬度過高,則轉印介質嵌入凹版之凹版圖案的程度不足。若膏狀物轉印層305之Shore A硬度過低,則轉印介質在轉印膏狀物圖案的過程中無法維持其形狀且耐久性降低。在一實施例中,膏狀物轉印層305之厚度介於0.5mm至1.0mm之間。若膏狀物轉印層305過厚,在轉印時會殘留過多應力於轉印介質中,造成轉印圖案扭曲變形。若膏狀物轉印層305過薄,則PET層303將主導整個轉印介質的硬度,造成整個轉印介質過硬而無法適當轉印。上述膏狀物轉印層305之表面與水的接觸角介於100°至130°之間。若接觸角過小,則膏狀物轉印層305過於親水而保留過多膏狀物於轉印介質上,而無法達到100%的膏狀物轉印。若接觸角過大,則膏狀物轉印層305過於疏水而難以使膏狀物由凹版的凹版圖案轉印至轉印介質。膏狀物轉印層305之表面粗糙度可介於0.050μm至0.200μm之間。若膏狀物轉印層305的表面粗糙度過大,在轉印時會保留過多膏狀物於轉印介質上而無法達到100%的膏狀物轉印,或者難以維持轉印圖案的形狀。
膏狀物轉印層305的表面粗糙度較小時有利於轉印,但會增加製程成本。值得注意的是,發泡層301的Shore A硬度會影響膏狀物轉印層305的厚度。舉例來說,當發泡層301的Shore A硬度降低時,其對應之膏狀物轉印層305在一樣Shore A硬度的情況下具有較薄厚度。此外,黏著劑(未圖示)可位於發泡層301與PET層303之間、位於PET層303與膏狀物轉印層305之間、或位於發泡層301與PET層303之間及位於PET層303與膏狀物轉印層305之間。黏著劑可進一步增加轉印介質108中層狀物之間的黏著
力,以避免在凹版轉印製程中分離。上述黏著劑之組成可為矽膠、環氧樹脂、或矽烷、或其組合。
如第2E圖所示,製程100進行至步驟140,將轉印介質108上的膏狀物106轉印至基材109。值得注意的是,雖然圖式中的基材109為平面狀,但本發明不限於此。舉例來說,基材109可為曲面。基材109可為硬質基材或可撓式基材,比如玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、或其組合。
可以理解的是,凹版轉印製程的良率取決於兩個關鍵:(1)將膏狀物106自凹版102轉印至轉印介質108上的良率,以及(2)將膏狀物106自轉印介質108轉印至基材109上的良率。換言之,膏狀物106對基材109的附著力應大於對轉印介質108的附著力,而對轉印介質108的附著力又大於對凹版102的附著力。上述凹版102與轉印介質108之間的溫度與壓力,以及轉印介質108與基材109之間的溫度與壓力,可調整膏狀物106與基材109、轉印介質108、以及凹版102之間的附著力。此外,發泡層305之厚度、Shore A硬度、發泡層305的厚度及Shore A硬度之間的相對關係亦為產品良率關鍵。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂,下文特舉數實驗例配合所附圖示,作詳細說明如下:
實驗例
模擬實驗1
PET層設定為厚度250μm且楊氏係數為3GPa。發泡層設定厚度為1mm且Shore A硬度分別為20、35、與80。矽膠層(作為膏狀
物轉印層)設定為厚度為0.75mm與1.00mm且Shore A硬度為50。PET層之兩側可分別經由黏著劑黏結至發泡層與矽膠層以完成轉印介質,如第1表所示。
將0至0.6MPa之壓力施加至上述轉印介質,其下壓量模擬結果如第4圖所示,當發泡層的厚度為1mm且具有較低的Shore A硬度(比如20)時,適當的壓力如0.15MPa至0.25MPa無法使發泡層具有適當的下壓量。此外,矽膠層可薄化至搭配高Shore A硬度之發泡層,如模擬實驗1-3與1-4之間的比較。
模擬實驗2
PET層設定為厚度為250μm且楊氏係數為3GPa。發泡層設定為厚度為0.5mm且Shore A硬度分別為20、35、與80。厚度為1mm且Shore A硬度為80之轉印介質底層(作為發泡層)係購自Fujikura。矽膠層(膏狀物轉印層)設定為厚度為0.75mm與1.00mm且Shore A硬度為50。PET層之兩側可分別經由黏著劑黏結至發泡層與矽膠層以完成轉印介質,如第2表所示。
將0至0.6MPa之壓力施加至上述轉印介質,其下壓量模擬結果如第5圖所示,當發泡層的厚度為0.5mm且具有較高的Shore A硬度(比如80)時,適當的壓力如0.15MPa至0.25MPa無法使發泡層具有適當的下壓量。如第4與5圖所示,具有較高Shore A硬度之發泡層應具有較大厚度,而具有較低Shore A硬度之發泡層應具有較小厚度。
綜上所述,轉印介層之發泡層(如聚氨酯)需具有適當的厚度以對應其固有的Shore A硬度。具有較高Shore A硬度之發泡層具有較大厚度,而具有較低Shore A硬度之發泡澃有較小厚度。如此一來,轉印介質在合適壓力可具有適當下壓量。若Shore A硬度較低之發泡層具有較大硬度,比如Shore A硬度為20的PU膜具有1mm的厚度,其於0.15MPa至0.25MPa之間的壓力下之下壓量將大於0.5mm。同樣地,若Shore A硬度較高之發泡層具有較小厚度,比如Shore A硬度為80的PU膜具有0.5mm之厚度,其於0.15MPa至0.25MPa之間的壓力下之下壓量將小於0.3mm。綜上所述,為了達到本發明目的,不只發泡層的Shore A硬度範圍與厚度範圍重要,越高Shore A硬度之發泡層具有越大厚度的對應關係也同樣重要。
實驗例1
厚度為250μm且楊氏係數為3GPa之PET層係購自新科光電。厚度為1mm且Shore A硬度為35的聚氨酯發泡層購自Adheso Grphics公司。厚度為0.75mm且Shore A硬度為50之矽膠層(作為膏
狀物轉印層)係購自信越矽利光股份有限公司。PET層之兩側可分別經由黏著劑黏結至聚氨酯發泡層與矽膠層,以完成轉印介質。
將銀粒、聚合物、與有機溶劑組成之膏狀物填入不鏽鋼或鎳組成之凹版的凹版圖案中。上述凹版圖案的深度為15μm,且寬度為15μm。將滾輪上的轉印介質壓至凹版(壓力小於0.01MPa),使膏狀物自凹版圖案轉印至轉印介質上,其中轉印介質的下壓量為0.05mm。上述轉印介質的下壓量不足,無法完全進入凹版圖案的凹槽中,造成膏狀物中容易產生氣泡。由於膏狀物中的氣泡,上述轉印至基材上的膏狀物圖案不佳。
在另一製程中,將滾輪上的轉印介質壓至凹版(壓力為0.15MPa),使膏狀物自凹版圖案轉印至轉印介質上,其中轉印介質的下壓量為0.45mm。轉印至基材上的膏狀物圖案良好而無明顯問題。
比較例1
厚度為250μm且楊氏係數為3GPa之PET層係購自新科光電。厚度為1.6mm且Shore A硬度為80的底層(作為發泡層)購自Fujikura公司。厚度為0.75mm且Shore A硬度為50之矽膠層(作為膏狀物轉印層)係購自信越矽利光股份有限公司。PET層之兩側可分別經由黏著劑如矽膠黏結至底層與矽膠層,以完成轉印介質。
將銀粒、聚合物、與有機溶劑組成之膏狀物填入不鏽鋼或鎳組成之凹版的凹版圖案中。上述凹版圖案的深度為15μm,且寬度為15μm。將滾輪上的轉印介質壓至凹版(壓力大於0.25MPa),使膏狀物自凹版圖案轉印至轉印介質上,其中轉印介質的下壓量為0.3mm。凹版圖案在高於0.25MPa之壓力下易變形,
造成轉印至轉印介質上的膏狀物圖案扭曲。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,所屬領域具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作任意之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (15)
- 一種轉印介質,係用以將膏狀物圖案自凹版轉印至基材,包括:一發泡層;一聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層,位於該發泡層上;以及一膏狀物轉印層,位於該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層上,其中該發泡層之Shore A硬度介於35至80之間時厚度為1mm,或者該發泡層之Shore A硬度介於20至35之間時厚度為0.5mm,其中該膏狀物轉印層的組成為矽橡膠、氟橡膠、氟矽橡膠、或其組合,該膏狀物轉印層之Shore A硬度介於40至60之間,且該膏狀物轉印層之厚度介於0.5mm至1.0mm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之轉印介質,其中該發泡層的組成為聚氨酯、聚乙烯、丁腈橡膠、或矽膠、或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之轉印介質,其中該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層之楊式係數介於3GPa至5GPa之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之轉印介質,其中該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層之厚度介於100μm至300μm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之轉印介質,其中該膏狀物轉印層為多層結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之轉印介質,其中該膏狀 物轉印層之表面與水的接觸角介於100°至130°之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之轉印介質,其中該膏狀物轉印層之表面粗糙度介於0.050μm至0.200μm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之轉印介質,更包括一黏著劑位於該發泡層與該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層之間或/及位於該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層與該膏狀物轉印層之間。
- 一種將膏狀物圖案自凹版轉印至基材的轉印方法,包括:提供具有一凹版圖案的一凹版;將一膏狀物填入該凹版圖案中;將該凹版圖案中的該膏狀物轉印至一轉印介質的表面;以及將該轉印介質上的該膏狀物轉印至一基材,其中該轉印介質包括:一發泡層;一聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層,位於該發泡層上;以及一膏狀物轉印層,位於該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層上,其中該發泡層之Shore A硬度介於35至80之間時厚度為1mm,或者該發泡層之Shore A硬度介於20至35之間時厚度為0.5mm, 其中該膏狀物轉印層的組成為矽橡膠、氟橡膠、氟矽橡膠、或其組合,該膏狀物轉印層之Shore A硬度介於40至60之間,且該膏狀物轉印層之厚度介於0.5mm至1.0mm之間。
- 如申請專利範圍9項所述之將膏狀物圖案自凹版轉印至基材的轉印方法,其中該發泡層的組成為聚氨酯、聚乙烯、丁腈橡膠、矽膠、或其組合。
- 如申請專利範圍第9項所述之將膏狀物圖案自凹版轉印至基材的轉印方法,其中該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層之楊式係數介於3GPa至5GPa之間。
- 如申請專利範圍第9所述之將膏狀物圖案自凹版轉印至基材的轉印方法,其中該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層之厚度介於100μm至300μm之間。
- 如申請專利範圍第9項所述之將膏狀物圖案自凹版轉印至基材的轉印方法,其中該膏狀物轉印層之表面與水的接觸角介於100°至130°之間。
- 如申請專利範圍第9項所述之將膏狀物圖案自凹版轉印至基材的轉印方法,其中該膏狀物轉印層之表面粗糙度介於0.050μm至0.200μm之間。
- 如申請專利範圍第9項所述之將膏狀物圖案自凹版轉印至基材的轉印方法,更包括提供一黏著劑位於該發泡層與該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層之間、或/及位於該聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層與該膏狀物轉印層之間。
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