JP6421103B2 - 印刷方法および印刷装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、印刷用紙の紙質にかかわらずインクジェット印刷部でインク滲みのない印刷画像を印刷できるハイブリッド孔版印刷装置が記載されている。特許文献1のハイブリッド孔版印刷装置は、孔版印刷部と、この孔版印刷部の搬送下流側に配置されインクジェット印刷部とを有する。孔版印刷部がプレコート液材を印刷用紙に微細な点状に塗布してプレコート層を形成する。インクジェット印刷部により、印刷用紙上に着弾したインクはプレコート層によってその広がりが阻止され、印刷用紙の紙質にかかわらずインクジェット印刷部でインク滲みのない印刷画像を印刷できる。
しかしながら、印刷法は、配線基板以外にも、ガラス基板、樹脂基板等に薄膜トランジスタのゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および金属配線、ならびに電気配線パターン等の微細パターンの形成に利用されている。微細パターンが形成された基板は、電子ペーパーおよび液晶ディスプレイ等の薄型表示装置、ならびに携帯通信機器等に用いられる。微細なパターンは、薄膜トランジスタに利用されるものであり、配線基板の配線よりも線幅が狭い。このため、特許文献1のようにインクの広がりを単に阻止するだけでは、薄膜トランジスタに利用されるような微細パターンを形成することができない。
例えば、印刷版は凹版であり、パターン形成領域は凹部で構成される。また、例えば、印刷版は、親液部と撥液部を有する平版であり、パターン形成領域は親液部で構成される。
転写工程の後に、印刷版のプレコート液およびインクの溶媒を乾燥させるリフレッシュ工程を有することが好ましい。
プレコート液は、インクまたはインクの溶媒と少なくとも表面エネルギーが同じであることが好ましい。
例えば、印刷版は凹版であり、パターン形成領域は凹部で構成される。また、例えば、印刷版は、親液部と撥液部を有する平版であり、パターン形成領域は親液部で構成される。
印刷版のプレコート液およびインクの溶媒を除去する除去部、ならびにプレコート液およびインクの溶媒を乾燥させる乾燥部のうち、少なくとも一方を有することが好ましい。
プレコート液は、インクまたはインクの溶媒と少なくとも表面エネルギーが同じであることが好ましい。
なお、以下において数値範囲を示す「〜」とは両側に記載された数値を含む。例えば、εが数値β1〜数値β2とは、εの範囲は数値β1と数値β2を含む範囲であり、数学記号で示せばβ1≦ε≦β2である。
「平行」、「垂直」および「直交」等の角度は、特に記載がなければ、厳密な角度との差異が5°未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との差異は、4°未満であることが好ましく、3°未満であることがより好ましい。また、「同一」とは、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。
図1に示すように印刷装置10は、印刷装置本体12と、記憶部14と、判定処理部16と、制御部18とを有する。
印刷装置本体12は、印刷法により、基板31に予め定められたパターンを形成するものである。印刷装置本体12については後に詳細に説明する。
基準形状の情報とは、例えば、印刷版25のパターン形成領域に対して、インクを付与した際の理想的な状態を示す画像データである。また、印刷版25のパターン形成領域に対して、複数回にわたり、インクを付与する場合には、各回毎の理想的な状態を示す画像データである。例えば、パターン形成領域に対してインクジェット方式でインクを吐出し、ドットを形成してパターン形成領域にインクを付与した場合には、各回毎のインクの吐出により形成されるドットの理想的な配置を示す画像データを上述の基準形状の情報という。
また、転写後の印刷版25の版面25aの理想的な状態を示す画像データも基準形状の情報に含まれる。
また、記憶部14には、後に詳細に説明するが、インクジェットヘッド40から吐出するインクの吐出パターンデータおよび吐出タイミングデータ、ならびにインクの吐出パターンデータを印刷版25の取り付け状態に応じて補正した補正パターンデータも記憶される。
吐出タイミングデータとは、インクジェットヘッド40を用いて印刷版25のパターン領域にインクを付与する際に、印刷版25のパターン領域に、どのタイミングでインクを吐出するのかを示すデータのことである。
判定処理部16は、印刷版25の取り付け位置情報に基づき、印刷版25の傾き角度を許容範囲と比較し、許容範囲にあるかを判定するものである。判定結果に応じた判定情報を制御部18に出力するものである。印刷版25の傾き角度については後に説明する。
判定処理部16は、後述する印刷装置本体12の版面観察部26で得られた、特定のパターンに対してインクが付与された印刷版25の版面25aの情報と、記憶部14で記憶された特定のパターンに対してインクが付与された印刷版25の版面25aの基準となる基準形状の情報とを比較し、基準形状に対して予め定められた範囲にあるかを判定するものである。判定結果に応じた判定情報を制御部18に出力するものである。
例えば、判定処理部16による補正パターンデータの作成は、印刷版25の取り付け情報に基づき、印刷版25の傾き角度αを許容範囲と比較し、許容範囲外と判定されたときになされる。
また、判定処理部16は、上述の版面観察部26で得られた、印刷版25の取り付け位置情報に基づいて、インクジェットヘッド40を回動させる回動量を算出し、記憶部14に記憶させる。制御部18にて、回動量に基づき、インクジェットヘッド40を回動させてインクを吐出させる。
また、制御部18は、例えば、判定処理部16で吐出パターンデータの補正パターンデータが作成された場合、その補正パターンデータに基づいてインクをインクジェットヘッド40から吐出させる。
印刷装置本体12は、印刷を清浄な雰囲気でするためにケーシング20の内部20aに各部が設けられている。ケーシング20の内部20aを予め定められた清浄度となるように、フィルタ(図示せず)および空調設備(図示せず)が設けられている。
印刷装置本体12は、画像記録部22と、版胴24と、版面観察部26と、ステージ30と、乾燥部32と、イオナイザー33と、クリーニング部34と、除去部35と、メンテナンス部36とを有する。
版胴24の表面24aの周囲を囲むようにして、画像記録部22、版面観察部26、乾燥部32、イオナイザー33およびクリーニング部34が設けられている。クリーニング部34は版胴24の表面24aに接して設けられている。
なお、印刷された基板31では、インクの特性に応じて、例えば、熱、光等によりインクが焼成される。熱、光を用いたインクの焼成で利用される公知のものが適宜利用可能である。基板31に対するインクの焼成は、ケーシング20の内部20aでなされても、外部でなされてもよい。
画像記録部22は、印刷版25の版面25aの予め定められたパターン形成領域にプレコート液およびインクを付与するものであり、画像記録部22により、版面25aに予め定められたパターンでプレコート液およびインクが付与される。なお、画像記録部22の画像記録方式は特に限定されるものではなく、例えば、インクジェット方式が用いられる。
回転軸24bには、例えば、版胴24を回転させるためのモータ(図示せず)がギア(図示せず)等を介して設けられている。また、ギアを介さないダイレクトドライブモータを設けることもできる。モータは制御部18にて制御される。また、回転軸24bには回転と回転量を検出するローターリーエンコーダ(図示せず)が設けられている。ローターリーエンコーダは制御部18に接続されており、制御部18で版胴24の回転量が検出される。
なお、印刷版25にフイルムを使った場合には圧胴を用いて、フイルムを圧胴に固定して版胴24に密着させて転写する構成としてもよい。
版面観察部26は、インク転写前後の印刷版25の版面25aの情報を取得することができれば、その構成は特に限定されるものではない。印刷版25は矩形状のものが多いため、ラインセンサとライン状の照明を用いることが好ましい。この場合、版面25aの情報として、版面撮像データが得られる。この版面撮像データが、判定処理部16にて上述のように基準形状の情報と比較されて判定される。
版面観察部26は、制御部18に接続されており、版面観察部26での印刷版25の版面25aの情報の取得のタイミングは制御部18で制御され、取得された印刷版25の版面25aの情報は記憶部14に記憶される。
また、印刷版25の版面25aの情報の取得は、走査毎に行うことで、着弾位置ずれ、サテライトおよび吐出滴量変化による膜厚むらを検出することが可能となる。例えば、膜厚と光学特性のとの関係を予め測定しておき、記憶部14に記憶しておくことにより、上述の関係と検出された光学特性とを比較することで膜厚を推定することができる。
絶縁体等の透明インクの場合には、干渉縞で膜厚を判断することが可能である。膜厚と干渉縞との関係を予め測定しておくことで膜厚を推定できる。半導体等結晶性のあるインクの場合には、偏光フィルタを設けて、色で膜厚を推定することもできる。この場合も、予め膜厚と色との関係を測定しておくことで、膜厚を推定することができる。
ステージ30は、まず、ケーシング20の外部から搬送された基板31が載置される開始位置Psに待機する。次に、ステージ30は、版胴24の下方の印刷位置Ppに移動される。次に、印刷後、ステージ30は印刷済みの基板31を載せた状態で終了位置Peに移動され、その後、基板31はケーシング20の外部に取り出される。ステージ30は、終了位置Peから開始位置Psに移動されて、基板31が搬入されるまでの間、待機する。
なお、自然乾燥にて印刷版25の版面25aのインクを乾燥できる場合、乾燥部32を必ずしも設ける必要がない。
また、乾燥部32は、印刷版25のインクが除去された状態で、後述するプレコート液が付与された印刷版25を乾燥させることに用いてもよい。これにより、プレコート液を除去されて、インクの乾燥しやすさが向上する。印刷版25のインクが除去された状態で、インクの溶媒が残存していれば、乾燥部32はプレコート液およびインクの溶媒を乾燥する。しかしながら、インク溶媒が残存していない場合には、乾燥部32はプレコート液を乾燥する。
なお、イオナイザー33には、静電気除電器を用いることができ、例えば、コロナ放電方式、およびイオン生成方式のものを用いることができる。また、イオナイザー33は、乾燥部32のY方向における下流側に設けたが、画像記録部22により記録される前に、印刷版25の版面25aの静電気を除電することができれば、イオナイザー33を設ける位置は特に限定されるものではない。
除去部35は、例えば、印刷版25に対して、回転軸を中心に回転する回転ローラ(図示せず)が配置されている。回転ローラの周面に、印刷版25のプレコート液およびインクの溶媒の除去のためのウェブ(図示せず)が巻きかけられている。ウェブは、印刷版25のプレコート液およびインクの溶媒を取り除くことができれば、特に限定されるものではない。
インクが除去された印刷版25に対して、例えば、除去液を印刷版25に直接、塗布または噴射して、回転ローラを回転させてウェブを印刷版25に接触させてプレコート液および残存していれば、インクの溶媒を取り除く。また、ウェブに除去液を噴射して、回転ローラを回転させてウェブを印刷版25に接触させてプレコート液および残存していれば、インクの溶媒を取り除くようにしてもよい。
除去液には、例えば、アセトン等の揮発性溶媒が用いられる。
ウェブには、例えば、KBセーレン社製、サヴィーナ(登録商標)、東レ社製、トレシー(登録商標)、および帝人社製、ナノフロント(登録商標)、ミクロスター(登録商標)等のワイピングクロスを用いることができる。
なお、乾燥部32と除去部35は、少なくとも一方を設ける構成であってもよい。
図2は、本発明の実施形態の印刷装置の画像記録部を示す模式図である。
画像記録部22に、インクジェット方式を用いたものを例にして説明する。
図2に示すように、画像記録部22は、インクジェットヘッド40と、アライメントカメラ42と、レーザ変位計44と、回動部49と、プレコート部90とを有し、これらはキャリッジ46に設けられている。このキャリッジ46はリニアモータ48により、版胴24の回転軸24bと平行な方向、すなわち、X方向に移動可能であり、インクジェットヘッド40はキャリッジ46によりX方向へ移動可能である。キャリッジ46の位置はリニアモータ48に設けられたリニアスケール(図示せず)の読み取り値から算出することができる。
アライメントカメラ42は、アライメントマークA〜Dを検出することができれば、その構成は特に限定されるものではない。
アライメントマークA、Bの位置情報により、Y方向におけるインクの吐出開始位置、X方向の印刷版の拡縮および印刷版の傾き角度θの情報を得ることができる。アライメントマークA、Cの位置情報により、X方向におけるインクの吐出開始位置およびY方向の印刷版の拡縮の情報を得ることができる。アライメントマークA〜Dの位置情報により、例えば、印刷版の台形歪みの情報、すなわち、台形変形の情報を得ることができる。インクの吐出開始位置のことをインキング開始位置という。
印刷版25は、アライメントマークAとアライメントマークCを通る線La(図6(a)参照)が上述のY方向に平行であることが理想的である。しかし、印刷版25を版胴24に取り付ける際に、印刷版25が版胴24に対して、わずかであるが傾いてしまう。アライメントマークA〜Dの位置情報により、版胴24上での印刷版25の取り付け情報、例えば、版胴24のY方向に対する印刷版25の傾き等の情報を得ることができる。
また、パターンデータについてのX方向の拡大縮小、Y方向の拡大縮小、傾き、および台形補正は、公知補正方法を用いることができる。
なお、アライメントマークは、少なくとも3つあればよく、X方向の印刷版の拡縮、印刷版の傾き角度θおよびY方向の印刷版の拡縮の情報を得ることができる。アライメントマークが4つあれば、印刷版25の台形歪みの情報も得ることができるため、4つあることが好ましい。さらには、アライメントマークA〜Dの内側にも複数のアライメントマークを設けることにより、非線形の補正を行うことができる。この場合、アライメントマークを用いた補正も公知補正方法を用いることができる。
補正の具体例としては、版胴24の回転軸24bから印刷版25の版面25aまでの距離変動を精密に測定して、その結果に基づいて、転写時の版胴24および基板31の移動相対速度を変化させることが挙げられる。
上述の補正の具体例以外に、例えば、版胴24または環境の温度を測定して、予め作成した版胴24の回転軸24bと印刷版25の版面25aまでの距離と温度との関係のテーブルに基づいて、転写時の版胴24および基板31の移動相対速度を変化させることが挙げられる。
上述の補正の具体例により、版膨潤または版胴径の変化があっても精度よく印刷が可能となる。なお、転写するときに、版側と基板側の送り速度に差を設けると転写パターンの送り方向の寸法が変化することが知られている。
また、レーザ変位計44は、印刷版25の版面25a迄の距離を測定することで、版胴径+版厚の変化を測定することができる。これをY方向の拡大縮小に利用することができる。例えば、版胴24の直径または印刷版25の膜厚が、温度変化により変化するとアライメントマークAとアライメントマークCの間の長さが変化する。この長さの変化をパターンデータの補正に利用することができる。
図3に示すように、印刷版25は、版面25aが予め定められたパターン形成領域27aと、パターン形成領域27以外の非パターン形成領域27bとに区画されている。パターン形成領域27aにインクが付与されて印刷パターンが形成される。
インクジェットヘッド40は、インクを吐出してパターン形成領域27aに付与するものである。
インクジェットヘッド40のインクを吐出させる方式は、特に限定されるものではなく、圧電素子のたわみ変形、ずり変形、縦振動等を利用して液体を吐出させる圧電方式、ヒーターによって液室内の液体を加熱して、膜沸騰現象を利用して液体を吐出させるサーマル方式、静電気力を利用する静電方式等、各種方式を用いることができる。
千鳥配置を適用することで、ノズル41を高密度に配置させることができる。なお、ノズル41を配置する列数は、特に限定されるものではなく、一列でも二列でも、それ以上でもよい。また、ノズル41は、マトリクス状に配置してもよい。
インクジェットヘッド40の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、図4(b)に示す構成でもよい。図4(b)に示すインクジェットヘッド40は、X方向に、複数のヘッドモジュール40aが接続されている。この場合、複数のヘッドモジュール40a一列につなぎ合わせた構成に限定されるものではなく、複数のヘッドモジュール40aを千鳥状につなぎ合わせた構成でもよい。
図4(b)に示すインクジェットヘッド40では、吐出制御部43によりヘッドモジュール40a毎に吐出波形を調整することが可能である。また、ヘッドモジュール40a毎に吐出制御部43を設ければ、吐出制御部43毎に吐出波形を調整することが可能である。
プレコート液は、プレコート液を付与する前のパターン形成領域27aのインクに対する接触角に比して、パターン形成領域27aにプレコート液を付与した後の接触角を小さくするものである。
プレコート液は、インクまたはインクの溶媒と少なくとも表面エネルギーが同じである。ここで、プレコート液がインクまたはインクの溶媒と表面エネルギーが同じとは、表面エネルギーの値が同じ値に対して±10%の範囲までを同じとする。
なお、表面エネルギーは、表面張力計を用いて測定した値である。
プレコート液は、例えば、インクが溶媒を含有するものであれば、プレコート液はインクの溶媒である。この場合、プレコート液はインクの溶媒であるため、表面エネルギーは同じである。
プレコート部90は、プレコート液を、インクジェットヘッド40と同じくパターン形成領域27aに付与するものであるため、インクジェットヘッド40と同じ構造のものを用いることができる。このため、図4(a)、(b)に示す構成のインクジェットヘッド40を用いることができる。
図5は、本発明の実施形態の印刷装置のインク供給機構を示す模式図である。
図5に示すように、画像記録部22において、インクジェットヘッド40は、2つのサブタンク50、58が、それぞれ配管50c、58cを介して接続されている。配管50cには脱気ユニット51が設けられている。脱気ユニット51はインクジェットヘッド40に供給されるインクを脱気するものであり、公知のものを適宜利用することができる。
水位センサ50aは、インクの水位を計測することができれば、その構成は特に限定されるものではなく、公知のものを適宜利用することができる。
温度調整ユニット50bは、インクの温度を調整するものである。これにより、インクの温度を調整することができる。インクの温度としては、例えば、15℃〜30℃程度であることが好ましい。温度調整ユニット50bは、インクの温度を調整することができれば、その構成は特に限定されるものではなく、公知のものを適宜用いることができる。
水位センサ58aは、水位センサ50aと同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。温度調整ユニット58bも温度調整ユニット50bと同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
圧力センサ64bにより、サブタンク50とサブタンク58の圧力を測定することができる。圧力センサ64bによるサブタンク50とサブタンク58の各圧力の測定結果を用いることで、インクジェットヘッド40のメニスカス負圧および循環量を制御することができる。
インクタンク52には温度調整ユニット52aが設けられている。温度調整ユニット52aは温度調整ユニット50bと同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
また、インクタンク52には、例えば、窒素ガスを充填したボンベ62cが配管62dを介して接続されている。これにより、インクタンク52内に窒素ガスが充填される。
洗浄液ボトル54には温度調整ユニット54aが設けられている。温度調整ユニット54aは温度調整ユニット50bと同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
また、洗浄液ボトル54には、例えば、窒素ガスを充填したボンベ62cが配管62dを介して接続されている。これにより、洗浄液ボトル54内に窒素ガスが充填される。
なお、温度調整ユニット52aでインクの温度を調整することができるが、インクの温度は、サブタンク50のインクの温度>インクタンク52のインクの温度であることが好ましい。
インク52bとしては、インクジェット用のナノメタルインクを利用することができる。具体的には、ULVAC製Agナノメタルインク(Ag1teH(型番)、L−Ag1TeH(型番))、およびAuナノメタルインク(シクロドデセン溶媒)インクジェットタイプを利用することができる。なお、これ以外にも各種のインクが適宜利用可能である。
図6(a)は、本発明の実施形態の印刷装置に用いられる印刷版の一例を示す模式図であり、(b)は、本発明の実施形態の印刷装置に用いられる印刷版の一例を示す模式的断面図であり、(c)は、本発明の実施形態の印刷装置に用いられる印刷版である平版を示す模式的断面図であり、(d)は、本発明の実施形態の印刷装置に用いられる印刷版である凸版を示す模式的断面図である。
図6(a)に示すように、例えば、印刷版25は、アライメントマークA〜Dが、それぞれ四隅に設けられており、吐出確認エリアT、印刷エリアG11、G12、スピットエリアG、印刷エリアG21、G22、スピットエリアG、印刷エリアG31、G32が形成されている。
スピットエリアGは、インクジェットヘッド40により、通常の吐出動作で、インクを吐出し、吐出確認に利用される領域である。
印刷エリアG11〜G31、G12〜G32の前に、吐出確認のための領域、吐出確認エリアTおよびスピットエリアGを設けることで、印刷エリアG11〜G31、G12〜G32へのインクの吐出を確実にすることができる。
印刷エリアG11〜G31、G12〜G32に、上述の図3に示すパターン形成領域27aと非パターン形成領域27bが設けられる。
撥液性が予想される領域と親液性が予想される領域とに液滴を着滴させて、その液滴の挙動で評価を行う。着滴時の液滴量に対して液滴量が減少した領域が撥液性を有する撥インク部、液滴量が増加した領域が親液性を有する親インク部である。
なお、版作成の工程で撥液性と親液性が付与される。この場合、撥液性と親液性の評価は、撥液性の撥インク部、親液性の親インク部の境界に液滴を着滴させて、その液滴の挙動で評価を行う。着滴時の液滴量に対して液滴量が減少した領域が撥液性、液滴量が増加した領域が親液性である。
印刷版の凹凸の境界と撥液性の撥インク部と親液性の親インク部の境界が一致している場合には、その凹凸から境界を見分けることができる。印刷版の凹凸が小さく境界を見分けることが困難な場合には、境界付近に液滴を複数着滴させることで境界での液滴量の変化を評価することができる。また、印刷版の凹凸の境界を示すアライメントマークを予め設けることで境界を知ることもできる。
なお、印刷版25には凹部25bが形成された凹版を用いるが、凹部25bは、公知の方法で、予め定められたパターン形成領域27a状に形成される。
印刷版25は、図6(d)に示す凸版29bでもよい。この場合、凸部がパターン形成領域27aであり、インクに対して親液性の親液部である。凸部以外が非パターン形成領域27bであり、インクに対して撥液性であり、撥液部である。
メンテナンス部36は、例えば、インクジェットヘッド40に対して、回転軸を中心に回転する回転ローラ(図示せず)が配置されている。回転ローラの周面に、インクジェットヘッド40の洗浄のためのウェブ(図示せず)が巻きかけられている。ウェブは、インクジェットヘッド40を洗浄することができれば、特に限定されるものではない。
例えば、洗浄部により洗浄液を、インクジェットヘッド40に直接、塗布または噴射して、回転ローラを回転させてウェブをインクジェットヘッドに接触させてインク52bを取り除く。また、ウェブに洗浄部により洗浄液を噴射して、回転ローラを回転させてウェブをインクジェットヘッド40に接触させてインク52bを取り除いてもよい。
ウェブには、例えば、KBセーレン社製、サヴィーナ(登録商標)、東レ社製、トレシー(登録商標)、および帝人社製、ナノフロント(登録商標)、ミクロスター(登録商標)等のワイピングクロスを用いることができる。
なお、ゴムブレードまたはインクジェットヘッド40に洗浄液を付与して、インクをふき取るようにしてもよい。インクをふき取る時には、サブタンク50、58内の圧力を印刷時の圧力と別に設定することもできる。インク、インクジェットヘッド40またはワイプの条件によって最適な圧力を設定することが好ましい。
なお、ウェブに洗浄液を事前に含ませて、インクをふき取ること、およびインクジェットヘッド40に洗浄液を付与して、インクをふき取ることのうち、少なくとも一方をしてもよい。インクをふき取る時にはサブタンク50、58内の圧力を印刷時の圧力と別に設定することもできる。インク、インクジェットヘッド40またはワイプの条件によって最適な圧力を設定することが好ましい。
ここで、パージとは、インクジェットヘッド40をインク受け(図示せず)上に配置し、この状態でサブタンク50の圧力を正圧にして、ノズル41からインクを押し出すことである。インク受けは、キャップ、ワイプ部と共有することもできる。
吐出観察部およびノズル観察部は、いずれも制御部18に接続されており、これらの動作は制御部18で制御され、得られた撮像データは制御部18により、記憶部14に記憶される。制御部18でインクジェットヘッド40でのインクの吐出状態が、例えば、インクジェットヘッド40の吐出特性の設計値と比較されて、その比較結果が、記憶部14に記憶される。
図7は、本発明の実施形態の印刷装置で形成される薄膜トランジスタの一例を示す模式図である。
図7に示す薄膜トランジスタ80(以下、TFT80という)は、ゲート電極82と、ゲート絶縁層(図示せず)と、ソース電極86aと、ドレイン電極86bと、半導体層(図示せず)と、保護層(図示せず)とを有する。
TFT80においては、ゲート電極82を覆うように、ゲート絶縁層(図示せず)が形成されている。このゲート絶縁層上にチャネル領域84として予め設定された隙間をあけて、ソース電極86aとドレイン電極86bとが形成されている。チャネル領域84上に活性層として機能する半導体層(図示せず)が形成されている。半導体層、ソース電極86aおよびドレイン電極86bを覆う保護層(図示せず)が形成されている。なお、チャネル領域84のチャネル長は数μm〜数十μmオーダである。薄膜トランジスタのドレイン電流は、チャネル長の影響を受け、チャネル長のばらつきは、薄膜トンランジスタの特性のばらつきに結びつく。
なお、印刷装置10は、上述の図7に示すTFT80以外に、電界発光トランジスタ、有機エレクトロルミネッセンス素子、太陽電池等の電子デバイスの作製に適用することができる。
図8(a)〜(f)は、本発明の実施形態の印刷方法を工程順に示す模式的断面図である。また、図9(a)〜(e)は、従来の印刷方法を工程順に示す模式的断面図である。
なお、図8(a)〜(f)および図9(a)〜(e)に示す印刷版25は、凹版であり、上述のように凹部25bが親液部であり、版面25aが撥液部である。パターン形成領域27aが親液部、すなわち、凹部25bである。
次に、図8(e)に示すように、インク52bを乾燥する。乾燥後、インク52bは凹部25b内で乾燥される。この状態で、図8(f)に示すように基板31に転写した場合、配線パターン124は、凹部25bの幅Wと同程度の幅W1となり、高精細の印刷パターンを得ることができる。
なお、インクに対する親液性が高くなり過ぎると、基板31への転写の際に、乾燥したインクが基板31に転写しにくくなり、転写性が悪化するドローバックがある。しかしながら、プレコート液を付与することで、プレコート液が印刷版25内に浸潤し、その後プレコート液が乾燥することで、プレコート液により親液性が高くなっても転写性の悪化を抑制することができる。なお、印刷版25をPDMS(ポリジメチルシロキサン)で構成した場合、プレコート液が印刷版25内に浸潤しやすい。
また、ドクタリングが不要であり、ドクタリングに伴う印刷版25の版面25aの地汚れを防止し、かつ印刷版25の耐久性も改善することができる。
ここで、図10(a)〜(c)は、本発明の実施形態の印刷装置で形成される配線パターンの形成工程を工程順に示す模式的断面図である。図11(a)は、転写前の印刷版の第1の例を示す模式的断面図であり、(b)は、印刷版に転写後のパターンを示す模式的断面図である。図12(a)は、転写前の印刷版の第2の例を示す模式的断面図であり、(b)は、印刷版に転写後のパターンを示す模式的断面図である。図13(a)は、転写前の印刷版の第3の例を示す模式的断面図であり、(b)は、印刷版に転写後のパターンの一例を示す模式的断面図であり、(c)は、印刷版に転写後のパターンの他の例を示す模式的断面図である。
なお、印刷版25でのインクの形状、および配線パターン120の形状は、例えば、コンフォーカル顕微鏡(OPTELICS H1200、レーザーテック社製)、および微細形状測定機サーフコーダ(ET4000−L、小坂研究所製)を用いて測定することができる。
版胴24から基板31に転写されて配線パターン120が形成されるため、配線パターン120は、印刷版25での形状を反転した形状になるとも考えられるが実際はそのようにはならなかった。基板31への転写のメカニズムは明確にはなっていないが、印刷版25にPDMS(ポリジメチルシロキサン)を用いた場合、転写時の印圧によってPDMS(ポリジメチルシロキサン)が変形して、基板とインクと印刷版(PDMS(ポリジメチルシロキサン))が密着しているためと考えられる。
このことは、転写前の印刷版上のインク形状をコントロールすることで配線パターンの断面形状を自由にコントロールすることができることを示唆している。
インクの揮発状態を変えることでコーヒーステインをコントロールすることが知られており、配線パターンの仕様に応じた形状をインク設計で可能なことを示している。また、PDMS(ポリジメチルシロキサン)は溶剤を吸収することが知られており、この吸収量を制御することでも同様の効果を得ることができる。
また、例えば、図12(a)に示すように、印刷版25でインク52bが、その表面114が凸な場合、図12(b)に示すように基板31の表面31aに、表面128が凸な配線パターン126が形成される。
また、例えば、図13(a)に示すように、印刷版25でインク52bが、その表面116が凹な場合、図13(b)に示すように基板31の表面31aに、表面132が凹な配線パターン130が形成される。
なお、表面116が凹なインク52bでは、上述の図13(a)、(b)に示しているが、図13(c)に示す基板31の表面31a側に凹部136がある配線パターン134は形成されない。
図14は、本発明の実施形態の印刷方法を説明するための示す模式図である。
上述のように、版胴24を複数回回転させて、各回転毎に、インクをパターン形成領域内に付与する。図14において、距離は版胴24の回転量を示したものであり、距離が0は、印刷版25の初期位置を示す。
また、図14において、符号100は、インクを吐出するタイミングを示し、符号101は、プレコート液を付与するタイミングを示し、符号102はインクを乾燥する区間を示し、符号104は基板31に転写する区間を示す。また、符号106は、複数回印刷する場合、印刷版25の印刷の開始位置を示す。
アライメントカメラ42でアライメントマークA〜Dの位置情報を取得し、印刷版25の取り付け位置情報を取得し、印刷版25の傾きを求める。印刷版25の傾きが許容範囲内である場合、傾き補正をすることなく、予め定められた吐出波形でインクジェットヘッド40からのインクを印刷版25に吐出し、インキングを行う。
一方、印刷版25の傾きが許容範囲から外れる場合、傾き補正をしてパターンを印刷する。このように印刷版25の傾き補正をすることで、印刷版25の取り付け精度が低い場合であっても印刷精度を向上させることができる。
逆に、印刷版25の凹部で、先のインクの打滴の際に大きなドットとなってしまった場合、インクの打滴量を少なくし、形成されるドットを小さくする。これ以外にも、予め定められたインクの打滴数よりも少なくして、打滴密度を下げる。
また、インクジェットヘッド40が冗長ノズルを有する場合には、冗長ノズルを用いることもできる。
また、例えば、X方向、Y方向ともに1200dpiの場合、1ノズルの隣接画素間距離(最小値)も21.2μmで吐出周波数の要求は低いものの、ノズル数がX方向で600dpiと比べて2倍必要となる。X方向の隣接画素間距離(最小値)は21.2μmとなりX方向着弾干渉の影響が懸念される。
一方、X方向600dpi、Y方向2400dpiの場合、ノズル数は上述のX方向1200dpiと比較して1/2となり、X方向の隣接画素間距離(最小値)は42.3μmとなりX方向着弾干渉の影響は減るものの、Y方向の隣接画素間距離(最小値)が10.6μmとなり、X方向、Y方向ともに1200dpiの場合と比較して2倍の高周波吐出が必要となる。
図15は、本発明の実施形態の印刷方法を示すフローチャートである。
最初に、インクをインクタンクに供給する(ステップS10)。ステップS10では、まず、インクタンクからサブタンクへインクを送液する。そして、サブタンクからインクジェットヘッド40にインクを供給する。
なお、インクの供給に際しては、洗浄液からインクに置換する。洗浄液を窒素ガスでインクジェットヘッド40から出した後、インクを供給することも可能であるが、窒素ガスを巻き込みやすい。このため、インクの供給は洗浄液から置換することが好ましい。
洗浄液からインクに置換に際しては、例えば、サブタンク50の洗浄液を下限まで減らす。次に、サブタンク50にインクを入れ、インクジェットヘッド40内の洗浄液をインクで押し流す。次に、サブタンク50のインクを下限まで減らす。インクジェットヘッド40内の洗浄液をインクで押し流し、サブタンク50のインクを下限まで減らすことを繰り返し行い、洗浄液をインクに置換する。
この場合、インクジェットヘッド40の位置と版位置とのアライメントを行う。まず、アライメントマークA〜Cをアライメントカメラ42で読み取り、その位置を検出する。
次に、X方向の絶対距離を求める。この場合、例えば、アライメントマークA、Bがアライメントカメラ42の視野のX方向で同じ位置になったときのキャリッジ46位置(リニアスケール読み取り値)から算出する。
次に、Y方向の絶対距離を求める。この場合、アライメントマークA、Cのアライメントマークがアライメントカメラ42の視野のY方向で同じ位置になったときのローターリーエンコーダから出力される版胴24の回転位置情報から算出する。なお、Y方向は距離ではなく角度でのアライメント調整になる。
また、アライメントマークA〜Cの位置情報から、印刷版25の版胴24に対する取り付け位置情報を得る。すなわち、どのように印刷版25が版胴24に取り付けられているかの情報を得る。そして、印刷版25の傾き角度αを求める。例えば、傾き角度αは、X方向の距離とY方向のずれから算出することができる。
補正パターンデータを得る。さらには、インクジェットヘッド40からのインクの吐出のタイミングの調整も制御部18にて行う。
この場合、テストパターンの印刷物の評価、または吐出観察にて行う。
テストパターンの印刷の印刷物の評価は、印刷した基板の目視またはスキャナでの評価で行う。また、印刷版25に吐出のみを行い、転写を行わず、印刷版25上のインクをアライメントカメラ42で観察することで実施することもできる。
印刷版25には上述のように吐出確認エリアTを設けており、そこにインクを打滴する。版胴24に吐出確認エリアTを設けて、そこにインクを打滴してもよい。
吐出確認エリアTのインクは、評価後、クリーニング部34で取り除くか、または基板31に転写して取り除く。
吐出確認と合わせて、印刷版25へ打滴したインクの着弾位置の情報を、アライメントカメラ42を用いて取得する。判定処理部16において、着弾位置のずれを判定し、X方向、Y方向、傾き角度θについて予め定められた範囲から外れている場合には、補正パターンデータの拡大縮小、回転等を再度調整する。
パターンデータまたは補正パターンデータを吐出制御部43に送り、版胴24を回転させて、その時にローターリーエンコーダから出力される版胴24の回転位置情報に基づき、タイミングに合わせて、予め定められた吐出波形で、プレコート部90からプレコート液を印刷版25に吐出し、プレコートを行う。例えば、版胴24を1回回転させて、すなわち、1回走査してパターン形成領域にプレコート液を付与する。
パターンデータまたは補正パターンデータを吐出制御部43に送り、版胴24を回転させて、その時にローターリーエンコーダから出力される版胴24の回転位置情報に基づき、タイミングに合わせて、予め定められた吐出波形で、インクジェットヘッド40からインクを印刷版25に吐出し、インキングを行う。例えば、版胴24を4回回転させて、すなわち、4回走査してパターン形成領域にインクを付与する。この場合、走査1回毎にスピットを行う。スピットは、印刷版25のスピットエリアGまたは版胴24上に設けたスピットのためのスピットエリア(図示せず)で行う。
スピットのタイミングは、印刷エリアにパターン形成した後であっても、印刷版1枚毎あってもよい。また、印刷版100枚毎のようにある印刷枚数毎に、パージ、ワイプおよびスピットをメンテナンス部36で実施し、さらに吐出確認を行うようにしてもよい。なお、印刷版へのインキングを行うステップS18がインク付与工程に相当する。
次に、インキングされた印刷版25を基板31に転写する(ステップS22)。
まず、ステップS22の転写工程では、ステージ30上に基板31を載置しておき、開始位置Psにて待機する。そして、印刷版25のパターンの位置合わせのために基板31のアライメントを行う。
次に、ステージ30を搬送方向Vに移動させて基板31を版胴24の下方の印刷位置Ppに配置する。そして、版胴24を回転させ、印刷版25と基板31の表面31aとを接触させて、印刷版25のインクを基板31に転写する。そして、転写後、ステージ30を搬送方向Vに移動させて、版胴24の下方の印刷位置Ppから印刷版25を終了位置Peに移動させる。その後、パターンが形成された印刷版25をステージ30から移動させ、ケーシング20の外部に取り出す。
ここで、図16(a)は本発明の実施形態の印刷方法のうち、版検査の工程の第1の例を示すフローチャートであり、(b)は本発明の実施形態の印刷方法のうち、版検査の工程の第2の例を示すフローチャートである。
図16(a)に示すように、転写後、転写回数を判定し(ステップS24)、予め定められた転写回数よりも少ない場合には、プレコート液およびインクの溶媒の除去をせずに、印刷工程を終了する。
一方、転写回数が予め定められた転写回数よりも多い場合には、除去部35でプレコート液およびインクの溶媒を除去し、印刷版25をリフレッシュさせる(ステップS26)。そして、印刷工程を終了する。なお、転写毎に除去部35または乾燥部32で印刷版25に付与したプレコート液およびインクの溶媒を除去してもよい。ステップS26がリフレッシュ工程に相当する。なお、インクの溶媒については、残存していれば除去されるが、残存していない場合には除去されない。
記憶部14から読み出した、転写後の印刷版25の版面25aの理想的な状態を示す画像データと、転写後の印刷版25の版面25aの版面撮像データとを比較し、予め定められた範囲にあるか判定する(ステップS32)。ステップS32において、予め定められた範囲にあれば、印刷工程を終了する。
一方、ステップS32において、予め定められた範囲にない場合、除去部35または乾燥部32でプレコート液およびインクの溶媒を除去し、印刷版25をリフレッシュさせる(ステップS34)。そして、印刷工程を終了する。この場合も、インクの溶媒については、残存していれば除去されるが、残存していない場合には除去されない。
分散質濃度は、分散質濃度の凝集性の観点から、1質量%以上、80質量%以下であることが好ましい。
導電性微粒子の表面にコーティングするコーティング材としては、例えば、キシレン、トルエン等の有機溶剤やクエン酸等が挙げられる。
また、溶媒としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ナフテン、アルキルベンゼン類を用いることもできる。
金属の微粒子に代えて、有機金属化合物を含んでいてもよい。ここでいう有機金属化合物は、加熱による分解によって金属が析出するような化合物である。このような有機金属化合物には、クロロトリエチルホスフィン金、クロロトリメチルホスフィン金、クロロトリフェニルフォスフィン金、銀2,4−ペンタンヂオナト錯体、トリメチルホスフィン(ヘキサフルオロアセチルアセトナート)銀錯体、銅ヘキサフルオロペンタンジオナトシクロオクタジエン錯体、等がある。
導電性微粒子の他の例としては、レジスト、線状絶縁材料としてのアクリル樹脂、加熱してシリコンになるシラン化合物(例えば、トリシラン、ペンタシラン、シクロトリシラン、1,1’−ビスシクロブタシラン等)、金属錯体等が挙げられる。これらは液体中に微粒子として分散されていても良く、溶解されて存在してもよい。
多孔質の絶縁膜としては、二酸化珪素にリンを添加したリンシリケートガラス、二酸化珪素にリンおよびボロンを添加したホウ素リンリシケートガラス、ポリイミド、ポリアクリル等の多孔質の絶縁膜が挙げられる。また、多孔質メチルシルセスキオキサン、多孔質ハイドロシルセスキオキサン、多孔質メチルハイドロシルセスキオキサン等のシロキサン結合を有する多孔質の絶縁膜を形成することができる。
上述の材料を用いた場合には、溶媒または分散媒をプレコート液として利用することができる。
この場合でも、インクに含まれる分散媒をプレコート液として利用することができる。
12 印刷装置本体
14 記憶部
16 調整ユニット
18 制御部
20 ケーシング
22 画像記録部
24 版胴
25 印刷版
26 版面観察部
30 ステージ
31 基板
32 乾燥部
34 クリーニング部
36 メンテナンス部
39 転写部
40 インクジェットヘッド
42 アライメントカメラ
43 吐出制御部
44 レーザ変位計
46 キャリッジ
48 リニアモータ
49 回動部
50、58 サブタンク
90 プレコート部
A〜D アライメントマーク
G スピットエリア
M1、M2、M3 位置合せエリア
T 吐出確認エリア
G11、G12、G21、G22、G31、G32 印刷エリア
Claims (12)
- 印刷版の版面に予め定められたパターン形成領域にプレコート液を付与するプレコート工程と、
前記プレコート液が付与された前記パターン形成領域に、インクジェット方式でインクを付与するインク付与工程と、
前記パターン形成領域に付与された前記インクを基板に転写する転写工程とを有し、
前記プレコート液は、前記プレコート液を付与する前の前記パターン形成領域の前記インクに対する接触角に比して前記プレコート液を付与した後の接触角を小さくするものであることを特徴とする印刷方法。 - 前記印刷版は凹版であり、前記パターン形成領域は凹部で構成される請求項1に記載の印刷方法。
- 前記印刷版は、親液部と撥液部を有し、凹部が前記親液部であり、版面が前記撥液部である凹版であり、前記パターン形成領域が前記親液部で構成される請求項1に記載の印刷方法。
- 前記印刷版は、親液部と撥液部を有する平版であり、前記パターン形成領域は前記親液部で構成される請求項1に記載の印刷方法。
- 前記転写工程の後に、前記印刷版の前記プレコート液および前記インクの溶媒を乾燥させるリフレッシュ工程を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の印刷方法。
- 前記プレコート液は、前記インクまたは前記インクの溶媒と少なくとも表面エネルギーが同じである請求項1〜5のいずれか1項に記載の印刷方法。
- 印刷版の版面に予め定められたパターン形成領域にプレコート液を付与するプレコート部と、
前記プレコート液が付与された前記パターン形成領域にインクを付与するインク付与部と、
前記パターン形成領域に付与された前記インクを基板に転写する転写部とを有し、
前記インク付与部は、インクジェット方式であり、
前記プレコート液は、前記プレコート液を付与する前の前記パターン形成領域の前記インクに対する接触角に比して前記プレコート液を付与した後の接触角を小さくするものであることを特徴とする印刷装置。 - 前記印刷版は凹版であり、前記パターン形成領域は凹部で構成される請求項7に記載の印刷装置。
- 前記印刷版は、親液部と撥液部を有し、凹部が前記親液部であり、版面が前記撥液部である凹版であり、前記パターン形成領域が前記親液部で構成される請求項7に記載の印刷装置。
- 前記印刷版は、親液部と撥液部を有する平版であり、前記パターン形成領域は前記親液部で構成される請求項7に記載の印刷装置。
- 前記印刷版の前記プレコート液および前記インクの溶媒を除去する除去部、ならびに前記プレコート液および前記インクの溶媒を乾燥させる乾燥部のうち、少なくとも一方を有する請求項7〜10のいずれか1項に記載の印刷装置。
- 前記プレコート液は、前記インクまたは前記インクの溶媒と少なくとも表面エネルギーが同じである請求項7〜11のいずれか1項に記載の印刷装置。
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