JP5236688B2 - インキ - Google Patents
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しかし近時、前記フォトリソグラフ法に代えてできるだけ工程数を少なく、消費エネルギーを小さく、使用する材料の無駄を少なく、そして短時間で生産性良くパターン形成をするために印刷法、特に凹版オフセット印刷法を利用することが普及しつつある。
しかし凹版オフセット印刷法によって基板の表面に形成されるインキパターンは厚みのばらつきが大きくなる傾向がある。すなわち凹版オフセット印刷法では、前記工程から明らかなようにインキの転写が2度行われ、それぞれの転写の度に、インキが転写先に転写される分と転写元に残る分とに引き裂かれるいわゆるインキの分離を生じるため、最終的に基板の表面に転写されるインキパターンに、前記分離の痕跡として高低差の大きい凹凸が残留して厚みのばらつきが大きくなる傾向があるのである。
前記反転印刷法では、印刷用ブランケットの表面の略全面にインキを供給してベタのインキ層を形成し、前記インキ層を、表面に所定のインキパターンに対応した凹部を有する版の前記表面に接触させて前記凹部以外のインキ層を前記版の表面に転写させることで前記印刷用ブランケットの表面から選択的に除去して、前記印刷用ブランケットの表面に前記凹部に対応したインキパターンを形成したのち、前記インキパターンを基板の表面に転写させることで、前記基板の表面にインキパターンが形成される。
印刷用ブランケットとしては、少なくともその表面がシリコーンゴムによって形成されたシリコーンブランケットが広く用いられる。シリコーンブランケットはインキの離型性に優れるため、その表面から基板の表面へのインキパターンの転写性を向上できる。
そこで、シリコーンブランケットの表面に対して適度の濡れ性と離型性とを兼ね備えた反転印刷法用のインキを得るべく、前記インキの表面張力を低下させることが検討されている。
インキの表面張力を低下させるためには、例えばn−ヘキサン、イソプロピルアルコール、フッ素系溶剤等の表面張力の低い溶剤(以下「低張力溶剤」と記載することがある)を単独で用いるか、あるいは他の溶剤と併用したり、さらにシリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤等の界面活性剤を含有させたりすることが考えられる(特許文献4、5等参照)。
すなわち反転印刷法では、シリコーンブランケットの表面の略全面にインキを供給してベタのインキ層を形成するために、例えば形成するインキ層の幅に対応した幅と厚みに対応した間隔とを有するスリットを備えたスリットダイコータ等を用いるのが一般的である。
ところが、前記のようにインキ中に異物が析出すると、前記異物がスリットを部分的に塞ぐ等してインキの供給を前記スリットの幅方向の一部で妨げる結果、シリコーンブランケットの表面に形成されるインキ層の幅方向の、前記異物によって塞がれた部分に対応する位置に縦スジが生じる。また縦スジによるインキ層の厚みのばらつき等に基づいて、インキパターンの形状に乱れが生じる。
さらに沸点の低い低張力溶剤はインキ中から揮発しやすいため、かかる揮発が原因となって、例えば前記スリットダイコータ等を用いたインキ層の形成時に縦スジやムラを生じたり、前記縦スジやムラが原因となってインキパターンの形状の乱れを生じたりしやすいという問題もある。
これに対し界面活性剤を含有させる場合は、前記低張力溶剤の含有割合を少なくして前記各種の問題が生じるのを抑制できる。
しかし発明者の検討によると、フッ素系界面活性剤を含有させた従来のインキをシリコーンブランケットの表面に均一に塗布するのは難しく、前記シリコーンブランケットの表面に縦スジやムラ、ピンホール等のない厚みが均一なインキ層を形成するとともに、基板の表面に厚みが均一なインキパターンを形成するのは容易でない。
しかもフッ素系界面活性剤として、従来はインキの均一性を高めるべく、前記インキ中に含まれる低張力溶剤等に対して良好に溶解してインキ中に均一に分散されるものを選択して用いるのが一般的である。
またフッ素系界面活性剤は、その名の通りシリコーンブランケットや基板の表面との界面、あるいはインキ層やインキパターンの表面(インキの液面、すなわち空気との界面)において、前記界面でのインキの活性を高めることでインキの表面張力を低下させるために機能するものであり、それを界面に偏在させずにインキ中に均一に分散させのでは、前記フッ素系界面活性剤を含有させてインキの表面張力を低下させることによる効果(前述したセルフレベリング効果等)が不十分になってしまう。
これに対し本発明のインキにおいては、先に説明したようにフッ素系界面活性剤として、インキ中に含まれる、25℃での表面張力が21mN/m以下の低張力溶剤100gに対する23℃での溶解度が10g以下であって、実質的に前記低張力溶剤に対して不溶性のフッ素系界面活性剤を選択して用いているため、前記フッ素系界面活性剤はインキ中に均一に分散されずに偏在する。
しかもフッ素系界面活性剤を含有させる分、低張力溶剤の含有割合を少なく、具体的には溶剤の総量の50質量%以下に抑えて縦スジやムラ等の問題、あるいは安全性の問題が生じるのを抑制することもできる。
また前記フッ素系界面活性剤は、前述した濡れ性の低さに基づき、シリコーンブランケットの表面に形成されたインキ層中、および前記インキ層から形成されたインキパターン中で、前記シリコーンブランケットの表面から離れたインキ層やインキパターンの表面近傍に偏在する。またインキパターンが基板の表面に転写された後は、前記基板の表面から離れたインキパターンの表面近傍に偏在する。
フッ素系界面活性剤としては、重量平均分子量Mwが6000以上、80000以下であるものが好ましい。
また本発明のインキの、25℃での表面張力は22mN/m以下で、かつ25℃での粘度は5mPa・s以下に調整するのが好ましい。
なお前記溶解度は、前記範囲内でも0.5g以上であるのが好ましい。溶解度が前記範囲未満であるフッ素系界面活性剤はインキ中で過剰に凝集してピンホールの核となってインキ層にピンホールを生じやすくなったり、縦スジやムラの原因となったりしやすい。
なおフッ素系界面活性剤の溶解度を、本発明では、温度23℃の環境下、低張力溶剤100gをかく拌しながらフッ素系界面活性剤を徐々に滴下して、前記フッ素系界面活性剤が低張力溶剤に溶解せず白濁を生じるまでに滴下できたフッ素系界面活性剤の質量(g)でもって表すこととする。
すなわちフッ素系界面活性剤の含有割合が前記範囲未満では、前記フッ素系界面活性剤を含有させることによる、インキの表面張力を低下させる効果が得られず、セルフレベリング効果等によって、基板の表面に厚みが均一なインキパターンを形成することができない。
また、前記過剰のフッ素系界面活性剤がインキパターン中に残留して、例えばLCDのカラーフィルタの場合は前記カラーフィルタ上に積層されるITO膜や配向膜の接着性が低下して剥離を生じやすくなる結果、前記LCDの生産の歩留まりを低下させるといった問題を生じるおそれもある。
前記含有割合は、フッ素系界面活性剤を1種単独で用いる場合は、前記1種類のフッ素系界面活性剤の、インキの総量中に占める含有割合であり、2種以上のフッ素系界面活性剤を併用する場合は、その合計量の、インキの総量中に占める含有割合である。
重量平均分子量Mwが前記範囲未満である低分子量のフッ素系界面活性剤は低張力溶剤に対する溶解性が高いため、前記低張力溶剤100gに対する23℃での溶解度が10g以下の範囲を超えてしまい、インキ中に均一に分散されて先に説明した様々な問題を生じるおそれがある。
またフッ素系界面活性剤としてはノニオン系界面活性剤が好ましい。
フッ素系界面活性剤としてアニオン系もしくはカチオン系のものを用いた場合には、例えばLCDのカラーフィルタの場合、前記界面活性剤が液晶中に混入すると前記液晶の配向に影響を及ぼして表示の不良等を生じるおそれがあるが、ノニオン系界面活性剤であればかかる問題を生じるおそれはない。
前記少なくとも1種の低張力溶剤を用いることにより、インキの表面張力を低下させて濡れ性を向上することができる。したがって、シリコーンブランケットの表面の略全面にインキを塗布してインキ層を形成する際にはじき等を生じにくくして、前記はじき等が原因となってインキ層にムラやピンホール等が生じるのを防止できる。
なお低張力溶剤の含有割合は、前記範囲内でも5質量%以上であるのが好ましい。
前記含有割合は、低張力溶剤を1種単独で用いる場合は、前記1種類の低張力溶剤の、溶剤の総量中に占める含有割合であり、2種以上の低張力溶剤を併用する場合は、その合計量の、溶剤の総量中に占める含有割合である。
特にLCD用のカラーフィルタ等の耐久性を向上することを考慮すると、バインダ樹脂としては熱硬化性、紫外線硬化性、光硬化性等を有するバインダ樹脂が好ましい。
低張力溶剤と併用される他の溶剤としては、前記バインダ樹脂を良好に溶解させて析出を防止しうる種々の溶剤が挙げられる。
前記含有割合は、他の溶剤を1種単独で用いる場合は、前記1種類の他の溶剤の、溶剤の総量中に占める含有割合であり、2種以上の他の溶剤を併用する場合は、その合計量の、溶剤の総量中に占める含有割合である。
インキは、さらに顔料分散剤、レベリング剤、チキソトロピック粘性付与剤、消泡剤等の各種添加剤を任意の割合で含有してもよい。
インキの、25℃での表面張力は22mN/m以下、特に20mN/m以下であるのが好ましく、15mN/m以上、特に16mN/m以上であるのが好ましい。
表面張力が前記範囲を超える場合には、シリコーンブランケットの表面に対するインキの濡れ性が不足して、シリコーンブランケットの表面の略全面にインキを塗布してインキ層を形成する際にはじき等を生じるおそれがあり、また前記はじき等が原因となってインキ層にムラやピンホール等を生じるおそれがある。
またインキの、25℃での粘度は、シリコーンブランケットを用いた反転印刷法によって良好なインキパターンを形成することを考慮すると0.5mPa・s以上、特に1mPa・s以上であるのが好ましく、5mPa・s以下、特に3mPa・s以下であるのが好ましい。
シリコーンブランケットとしては、少なくともその表面がシリコーンゴムからなるブランケットが挙げられる。
このうち全体が単層のシリコーンゴムからなるシリコーンブランケットは、例えば平盤上に液状のシリコーンゴムをコーティングし、架橋反応させたのち前記平盤から剥離する等して形成できる。
版としては、鉄−ニッケル合金(42アロイ等)、ステンレス鋼等の金属や、ソーダガラス、無アルカリガラス等のガラスからなり、片面に、先に説明したようにフォトリソグラフ法等によって、印刷するインキパターンの形状に対応した凹部を形成したものを用いることができる。
シリコーンブランケットの表面の略全面にインキを塗布してインキ層を形成するには、従来同様にスリットダイコータ等を用いればよい。
本発明のインキを用いてLCD用のカラーフィルタを製造するためには、まずインキとして赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色されたものを用意する。
そして前記ブラックマトリクスで区画された基板の表面に、前記3色のインキを順次、反転印刷法によって印刷したのち乾燥させて溶剤を除去し、さらに必要に応じて焼き付けることでカラーフィルタが製造される。
〈実施例1〉
バインダ樹脂としてのポリエステルメラミン樹脂〔重量平均分子量Mw=10000〕100質量部、着色剤20質量部、低張力溶剤としてのn−ヘキサン100質量部、他の溶剤としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)300質量部、フッ素系界面活性剤としてのサーフロン(登録商標)S−611〔AGCセイミケミカル(株)製、重量平均分子量Mw=44000〕2.64質量部、および顔料分散剤5質量部を、プラネタリミキサを用いて混合し、次いでビーズミルを用いて混練してインキを調製した。
なお着色剤としては、それぞれ一次粒子径が1〜100nmである赤色顔料〔アントラキノン系顔料〕、緑色顔料〔臭素化フタロシアニン〕、または青色顔料〔銅フタロシアニン〕を用いて赤、緑および青の各色のインキを調製した。
〈実施例2〜4、比較例1、2〉
サーフロンS−611の配合量を調整して、インキの総量中の含有割合を0.005質量%(比較例1)、0.015質量%(実施例2)、5質量%(実施例3)、9.5質量%(実施例4)、および12質量%(比較例2)としたこと以外は実施例1と同様にしてインキを調製した。
サーフロンS−611に代えて、フッ素系界面活性剤であるサーフロンS−651〔AGCセイミケミカル(株)製、重量平均分子量Mw=5400〕2.64質量部を用いたこと以外は実施例1と同様にしてインキを調製した。
前記サーフロンS−651の、低張力溶剤としてのn−ヘキサン100gに対する23℃での溶解度は15g、インキの総量中の含有割合は0.5質量%であった。
サーフロンS−611に代えて、フッ素系界面活性剤であるメガファック(登録商標)F−444〔DIC(株)製、重量平均分子量Mw=4800〕2.64質量部を用いたこと以外は実施例1と同様にしてインキを調製した。
前記メガファックF−444の、低張力溶剤としてのn−ヘキサン100gに対する23℃での溶解度は20g、インキの総量中の含有割合は0.5質量%であった。
実施例、比較例で調製したインキの表面張力を温度25℃の環境下、英弘精機(株)製の動的表面張力計シータt60を用いて、最大泡圧法によって測定した。
〈粘度測定〉
実施例、比較例で調製したインキの粘度を温度25℃の環境下、コーンプレート型粘度計〔ブルックフィールド社製のデジタル粘度計LVDV−I〕を用いて、日本工業規格JIS Z8803−1991「液体の粘度−測定方法」所載の「円すい−平板形回転粘度計による粘度測定方法」によって測定した。測定条件は、円すいの直径φ=48mm(半径R=24mm)、円すいと平円板とがなす角α=3°とした。
実施例、比較例で調製した各色のインキを用いて、シリコーンブランケットを用いた反転印刷法によって、ガラス基板上に赤、緑および青の各色のストライプ状のインキパターン(線幅100μm、ピッチ300μm)を順に印刷してLCD用のカラーフィルタを製造した。
また、シリコーンブランケットの表面の略全面にインキ層を形成するためにはスリットダイコータを用いた。
そして反転印刷法による先に説明したカラーフィルタの製造工程を通して、下記の各項目を評価した。
前記スリットダイコータを用いてシリコーンブランケットの表面の略全面に形成されたインキ層を目視、および光学顕微鏡を用いて観察して縦スジの有無、およびムラの有無を、それぞれ下記の基準で評価した。
*縦スジ
◎:インキ層に縦スジは全く見られなかった。
×:インキ層に多くの縦スジが見られた。
*ムラ
◎:インキ層にムラはなく均一であった。
×:インキ層に目視でもわかる程度のムラが見られた。
(印刷形状)
ガラス基板上に印刷されたインキパターンを目視、および光学顕微鏡を用いて観察して、形状の乱れを下記の基準で評価した。
○:インキパターンに光学顕微鏡でわかる程度のわずかな乱れが見られたが、実用上差し支えのない程度であった。
×:インキ層に目視でもわかる程度の乱れが見られた。
以上の結果を表1、表2に示す。なお表2には、比較のため実施例1の結果を併記している。両表中の記号は下記の通り。
S−611:サーフロンS−611
S−651:サーフロンS−651
F−444:メガファックF−444
Claims (4)
- シリコーンブランケットの表面の略全面に形成したインキ層を、表面に所定のインキパターンに対応した凹部を有する版の前記表面に接触させて前記凹部以外のインキ層を前記版の表面に転写させることで前記シリコーンブランケットの表面から選択的に除去して、前記シリコーンブランケットの表面に前記凹部に対応したインキパターンを形成したのち、前記インキパターンを被印刷体の表面に印刷する反転印刷法に用いるインキであって、バインダ樹脂、着色剤、および溶剤を含み、前記溶剤が、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−へプタン、およびイソプロピルアルコールからなる群より選ばれた少なくとも1種の、25℃での表面張力が21mN/m以下である低張力溶剤を50質量%以下の割合で含有しているとともに、前記低張力溶剤100gに対する23℃での溶解度が10g以下であるフッ素系界面活性剤を、インキの総量中の0.01質量%以上、10質量%以下の割合で含有していることを特徴とするインキ。
- 前記フッ素系界面活性剤は、重量平均分子量Mwが6000以上、80000以下である請求項1に記載のインキ。
- 前記フッ素系界面活性剤はノニオン系界面活性剤である請求項1または2に記載のインキ。
- 前記インキの、25℃での表面張力は22mN/m以下で、かつ25℃での粘度は5mPa・s以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載のインキ。
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