DE10260802B4

DE10260802B4 - Siebdruckvorrichtung und Siebdruckverfahren

Info

Publication number: DE10260802B4
Application number: DE10260802A
Authority: DE
Inventors: Jörg BLÄSSING; Matthias Dr. Stößel; Jan Birnstock; Karsten Dr. Heuser; Georg Dr. Wittmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: DE10260802A1

Abstract

Siebdruckvorrichtung (1) zum Bedrucken eines Substrats (12) mit einer Drucklösung (7), die zumindest ein flüchtiges Lösungsmittel enthält, umfassend
einen mittels einer Haube (35) gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossenen Volumenbereich (17), der ein Mittel zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer mit dem flüchtigen Lösungsmittel nahezu gesättigten Gasatmosphäre enthält, wobei sich die für die Übertragung der Drucklösung (7) auf das Substrat (12) verantwortlichen Teile (5, 10, 15) der Siebdruckvorrichtung (1) in dem Volumenbereich (17) befinden,
– eine Schleuse (40), die mit der Haube (35) dicht verbunden ist, und
– einen beweglichen Substrathalter (15) zum Ein- und Ausschleusen der Substrate (12) durch die Schleuse (40).

Description

Das Sieb- oder Schablonendruckverfahren ist ein weitverbreitetes Druckverfahren, das für eine Vielzahl von Aufdrucken, beispielsweise von Bildern oder Texten auf Papier, Glasplatten, Kunststoffträgern oder beispielsweise Geweben eingesetzt wird. Möglich ist auch der Druck von Cockpitanzeigen mittels Sieb- oder Schablonendruckverfahren. Weiterhin wird das Siebdruckverfahren zur Herstellung von funktionellen Strukturen verwendet, beispielsweise zum Druck von Leiterbahnen auf Platinen.
Das Sieb- oder Schablonendruckverfahren stellt ein Durchdruckverfahren dar, bei dem eine Druckform, ein Sieb oder eine Schablone verwendet wird, in die ein zu druckendes Muster einstrukturiert ist. So können beispielsweise in der Druckform für die Drucklösung durchlässige und nicht-durchlässige Bereiche vorhanden sein. Die Drucklösung wird auf die Druckform aufgebracht und der Farbübertrag erfolgt dann in der Regel durch eine Rakel, die sich über die Druckform bewegt, dabei die Drucklösung über das Sieb schiebt und diese durch die durchlässigen Bereiche der Druckform hindurchpreßt. Dabei wird die Drucklösung auf das darunterliegende Substrat übertragen. Zwischen der Druckform und dem Substrat gibt es häufig eine kleine Distanz von zum Beispiel ungefähr 1 mm, den sogenannten Absprung, der beim Siebdruck häufig für einen schmierfreien Druck benötigt wird. Als Druckform wird häufig ein Drucksieb aus z.B. Polyester- oder Edelstahldrahtgewebe verwendet, dessen Maschenweite in Abhängigkeit von der Anwendung von etwa 700 μm bis unter 20 μm betragen kann.
Bei vielen klassischen Siebdruckanwendungen werden üblicherweise Drucklösungen verwendet, die eine Viskosität von einigen 1000 mPas aufweisen und zudem thixotrop sind, um ein Verschmieren der Drucklösung während des Siebdruckvorgangs zu verhindern. Im Falle von dünnflüssigen Drucklösungen werden diese häufig durch Zusetzen von Additiven, beispielsweise Thixotropiermitteln oder Entschäumern modifiziert (A. Rombold "Siebdruck und Serigraphie", Ravensburger Buchverlag 1995; O. Lückert "Pigment und Füllstofftabellen", Lazen 1980).
Wenn die Drucklösungen flüchtige oder leichtflüchtige Lösungsmittel enthalten, zum Beispiel Xylol oder Toluol, kann beim Sieb- oder Schablonendruckverfahren das Problem auftreten, daß sich die Maschen des Siebs beziehungsweise die Öffnungen der Schablone durch das Verdunsten des Lösungsmittels mit den Feststoffanteilen der Drucklösung zusetzen. Als Folge davon verringert sich der Farbübertrag durch das Sieb auf das zu bedruckende Substrat, so daß feine Strukturen mit zunehmender Länge des Druckprozesses schlechter aufgelöst werden und sich die Oberflächengüte der gedruckten Schicht ändert. Aus diesem Grunde werden die Siebe und Schablonen häufig nach jedem Druckvorgang gereinigt. Dies bedeutet einen erheblichen Zeit- und Kostenaufwand.

Siebdruckvorrichtungen sind beispielsweise in den Druckschriften US 4,637,308 und JP 2001334631 A beschrieben.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Siebdruckvorrichtung und ein Siebdruckverfahren bereitzustellen, das ein Verstopfen der Druckform vermindert und so ein schnelleres und kostengünstigeres Drucken ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Siebdruckvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Siebdruckverfahren nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Siebdruckvorrichtung und des Siebdruckverfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Eine erfindungsgemäße Siebdruckvorrichtung zum Bedrucken eines Substrates mit einer Drucklösung, die zumindest ein flüchtiges Lösungsmittel enthält, umfaßt dabei

– einen mittels einer Haube gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossenen Volumenbereich, der ein Mittel zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer mit dem flüchtigen Lösungsmittel nahezu gesättigten Gasatmosphäre enthält bzw. der ein Verdunsten des Lösungsmittels verhindert, wobei sich die, für den Übertrag der Drucklösung auf das Substrat verantwortlichen Teile der Druckvorrichtung in diesem Volumenbereich befinden,
– eine Schleuse, die mit der Haube dicht verbunden ist, und
– einen beweglichen Substrathalter zum Ein- und Ausschleusen der Substrate durch die Schleuse.

Unter für den Übertrag der Drucklösung auf das Substrat verantwortlichen Teilen werden diejenigen Komponenten der Siebdruckvorrichtung verstanden, die am Druckvorgang oder z.B. an der Fixierung des zu bedruckenden Substrats beteiligt sind, also beispielsweise Rakeln, Sieb, Siebrahmen zur Fixierung des Siebes und Druckrahmen zur Fixierung des zu bedruckenden Substrats.

Da die für den Übertrag der Drucklösung auf das Substrat verantwortlichen Teile in dem gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossenen Volumenbereich untergebracht sind, wird besonders effektiv ein Verdunsten des leichtflüchtigen Lösungsmittels verhindert. Deshalb ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Siebdruckmaschine schneller und kostengünstiger als mit herkömmlichen Siedruckmaschienen zu drucken, da zwischen den einzelnen Druckvorgängen das Sieb nicht mehr so oft von angetrockneten Drucklösungsresten gereinigt werden muß.

Der von der Umgebung dicht abgeschlossene Volumenbereich enthält dabei ein Mittel zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer mit dem flüchtigen Lösungsmittel nahezu gesättigten Gasatmosphäre. Aufgrund des hohen Partialdrucks des Lösungsmittels in der gesättigten Gasatmosphäre kann besonders einfach ein Verdunsten des Lösungsmittels vermindert bzw. verhindert werden. Unter nahezu gesättigt im Sinne der Erfindung wird auch eine Gasatmosphäre verstanden, die minimal mit 80 % des entsprechenden Lösungsmittels gesättigt ist. Als Gasatmosphäre lassen sich dabei die verschiedensten Gase und Gasmischungen einsetzen, wobei häufig Luft-Lösungsmittel-Gemische verwendet werden.

Zur Erreichung eines hohen Partialdrucks des leicht flüchtigen Lösungsmittels kann dem dicht abgeschlossenen Volumenbereich eine mit dem leicht-flüchtigen Lösungsmittel gesättigte Gasatmosphäre zugeführt und wieder abgeführt werden. Dazu können separate Zu- und Ableitungen zu dem dicht abgeschlossenen Volumenbereich, der beispielsweise von einer Haube abgeschlossen werden kann, vorgesehen sein. Der Vorteil dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Siebdruckvorrichtung besteht darin, daß beispielsweise an Stelle eines Lösungsmittel-Luft-Gemisches auch ein Gemisch des Lösungsmittels mit Inertgasen, beispielsweise Stickstoff oder Edelgasen verwendet werden kann, wodurch die Explosionsgefahr minimiert wird.

Weiterhin umfassen die für den Übertrag verantwortlichen Teile der Siebdruckvorrichtung ein Sieb und wenigstens eine Druckrakel, wobei diese Teile auf einem Drucktisch zur Fixierung des zu bedruckenden Substrats angeordnet sind.

Weiterhin ist in einer Ausführung der erfindungsgemäßen Siebdruckvorrichtung eine Haube zum Abschließen des Volumenbereichs über den für den Übertrag verantwortlichen Teilen der Siebdruckvorrichtung auf dem Drucktisch vorhanden. Mittels einer Haube läßt sich der oben genannte Volumenbereich besonders einfach und zuverlässig gegenüber der Umgebung abschließen. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Siebdruckvorrichtung befinden sich nur die Druckrakel und das Sieb sowie alle anderen unmittelbar am Übertrag der Drucklösung beteiligten Komponenten der Siebdruckvorrichtung und das zu bedruckende Substrat unterhalb der Haube. Alle anderen Komponenten der Siebdruckvorrichtung, befinden sich außerhalb der Haube und sind nicht der mit dem flüchtigen Lösungsmittel nahezu gesättigten Gasatmosphäre ausgesetzt. Diese Variante der erfindungsgemäßen Siebdruckvorrichtung hat den Vorteil, daß nur ein relativ kleiner Volumenbereich gegenüber der Umgebung abgeschlossen werden muß.

Eine mit der Haube dicht verbundene Schleuse ist auf dem Drucktisch angeordnet, wobei beweglich auf dem Drucktisch ein Substrathalter zum Ein- und Ausschleusen der Substrate durch die Schleuse vorhanden ist. Dann ist es besonders einfach möglich, durch Hin- und Herfahren des Substrathalters durch die Schleuse Substrate während des Druckvorgangs in den abgeschlossenen Volumenbereich hinein- und wieder hinauszuschleusen.

Die mit dem flüchtigen Lösungsmittel gesättigte Gasatmosphäre läßt sich besonders leicht dadurch erzeugen, daß in dem dicht abgeschlossenen Volumenbereich ein Reservoir für das leicht flüchtige Lösungsmittel zur Verdunstung vorhanden ist. Dann kann aufgrund der Verdunstung des flüchtigen Lösungsmittels aus dem Reservoir besonders einfach eine gesättigte Gasatmosphäre erzeugt werden. Weiterhin ist es noch möglich, mittels Zu- und Ableitungen zu dem dicht abgeschlossenen Volumenbereich, beispielsweise mittels an der Haube angebrachten Zu- und Ableitungen eine mit dem leicht flüchtigen Lösungsmittel gesättigte Gasatmosphäre zuzuführen und wieder abzuführen. Dabei können auch Inertgas-Lösungsmittel-Gemische eingesetzt werden, beispielsweise Stickstoff- oder Edelgas-Lösungsmittel-Gemische, so daß eine Explosionsgefahr minimiert werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Siebdruckverfahren zum Aufbringen einer Drucklösung, die zumindest ein flüchtiges Lösungsmittel enthält, auf ein Substrat, wobei der Druckvorgang in einem gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossenen Volumenbereich ausgeführt wird, der eine mit dem Lösungsmittel nahezu gesättigte Gasatmosphäre enthält, mit den folgenden Verfahrensschritten:

A) das Substrat wird über eine Schleuse in einen mittels einer Haube von der Umgebung dicht abgeschlossenen Volumenbereich eingeschleust, der die für den Übertrag der Drucklösung verantwortlichen Teile einer Siebdruckvorrichtung enthält und der eine mit dem Lösungsmittel nahezu gesättigte Gasatmosphäre enthält,
B) danach wird die Drucklösung auf das Substrat aufgebracht, und
C) anschließend wird das Substrat über die Schleuse aus dem abgeschlossenen Volumenbereich ausgeschleust.

Bei dem erfindungsgemäßen Siebdruckverfahrens wird in einem Verfahrensschritt A) das Substrat über eine Schleuse in einen mittels einer Haube von der Umgebung dicht abgeschlossenen Volumenbereich eingeschleust, der die für den Übertrag der Drucklösung verantwortlichen Teile der Siebdruckvorrichtung enthält. Danach wird in einem Verfahrensschritt B) die Drucklösung mittels Siebdruck auf das Substrat aufgebracht. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt C) das Substrat über die Schleuse aus dem abgeschlossenen Volumenbereich ausgeschleust.

Vorteilhafterweise ist die Haube mit der Schleuse auf einem Drucktisch angeordnet, wobei dann besonders einfach in den Verfahrensschritten A) und C) das Substrat mittels eines auf dem Drucktisch beweglich angeordneten Substrathalters ein- und ausgeschleust werden kann.

Weiterhin kann das Siebdruckverfahren zur Herstellung einer organischen, elektrolumineszierenden Diode verwendet werden, wobei dann während des Druckvorgangs, insbesondere im Verfahrensschritt B) funktionelle Schichten auf das Substrat aufgebracht werden die ausgewählt sind aus folgenden Polymeren:

– Lochtransporterpolymere, elektrolumineszierende Polymere und Elektronentransporterpolymere.

Lochtransporter-Polymere und Elektronentransporter-Polymere sind dabei elektrisch leitfähige Polymere die beispielsweise positive Ladungen ("Löcher") oder negative Ladungen (Elektronen) transportieren können. Als Lochtransporter kommen beispielsweise Materialien wie Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) in Frage. Als elektrolumineszierendes Polymer läßt sich beispielsweise Poly[2-Methoxy,5-(2'-Ethylhexoxy)-1,4-Phenylenvinylen] (MEH-PPV) verwenden. weiterhin können beispielsweise noch Polyfluorene als elektrolumineszierende Polymere eingesetzt werden.

Im folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand von nicht maßstabsgetreuen Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Die 1A und 1B zeigen im Querschnitt eine erfindungsgemäße Siebdruckvorrichtung, bei der nur die unmittelbar am Druckvorgang beteiligten Komponenten der Siebdruckvorrichtung mittels einer Haube von der Umgebung abgeschlossen sind.
2 zeigt schematisch in der Durchsicht ein mittels des erfindungsgemäßen Siebdruckverfahrens hergestelltes organisches, elektrolumineszierendes Display.
1A zeigt eine erfindungsgemäße Siebdruckvorrichtung während des Druckvorgangs. Dabei sind nur die unmittelbar am Druckvorgang beteiligten Komponenten der Siebdruckvorrichtung, also die Rakel 5, die die Drucklösung 7 über das Sieb 10 verteilt, das Sieb 10 sowie das zu bedruckende Substrat 12 mit dem auf dem Drucktisch 20 beweglich angeordneten Substrathalter 15 unter der Haube 35 untergebracht. Mittels an der Haube 35 angebrachter Zu- und Ableitungen 41 kann eine mit dem leicht flüchtigen Lösungsmittel gesättigte Gasatmosphäre in den abgegrenzten Volumenbereich zu- und wieder abgeleitet werden. An der Zu- beziehungsweise Ableitung 41 sind schematisch Pfeile gezeichnet, die die Strömungsrichtung der Lösungsmittel-Gas-Mischung andeuten. Weiterhin ist eine Schleuse 40 dicht mit der Haube 35 auf dem Drucktisch 20 verbunden.
1B zeigt die erfindungsgemäße Siebdruckvorrichtung gemäß 1A nach Beendigung des Druckvorganges. Dabei ist mittels horizontaler Bewegung des Substrathalters 15 das darauf befindliche bedruckte Substrat 12 durch die Schleuse 40 aus dem mit dem Lösungsmittel gesättigten abgeschlossenen Volumenbereich 17 ausgeschleust worden. Nach Wechseln des Substrates 12 und dessen Wiedereinschleusen kann dann der nächste Druckvorgang begonnen werden.
2 zeigt ein mittels des erfindungsgemäßen Siebdruckverfahrens hergestelltes organisches elektrolumineszierendes Display in der Durchsicht durch ein transparentes Substrat 12. Auf dem Substrat 12 sind in Form von parallelen Streifen Anodenstreifen 45 vorhanden, auf die großflächig mittels des erfindungsgemäßen Siebdruckverfahrens eine funktionelle Schicht 7a aufgebracht ist. Weiterhin sind isolierende Stege 50 senkrecht zu den Anodenstreifen 45 vorhanden, die durch Abreißen eines großflächig aufgedampften Kathodenmetallfilms die Kathodenstreifen 55 strukturieren.
Im folgenden soll die Herstellung dieses organischen, elektrolumineszierenden Displays näher erläutert werden. Auf einem transparenten Substrat 12 wird Indiumzinnoxid (ITO) aufgebracht und nach bekannten Methoden, zum Beispiel mittels Bromwasserstoff so strukturiert, daß Elektrodenbahnen 45 mit einer Breite von 200 μm und einem Abstand von 30 μm entstehen. Senkrecht zu diesen ITO-Anodenstreifen werden Photolackstege 50 mit Überhang zur Kathodenstrukturierung mit einem Abstand von 200 μm, einer Breite von 30 μm und einer Höhe von 6 μm angeordnet [F. Steuber "Untersuchung zur Effizienz, Farbabstimmung und Degradation von organischen Elektrolumineszenzanzeigen", Shaker Verlag 1999]. Darauf wird großflächig ein Rechteck einer wäßrigen Lösung eines Lochtranspor ters, zum Beispiel Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) mit dem erfindungsgemäßen Siebdruckverfahren aufgedruckt und anschließend für 5 Minuten bei 300 °C getrocknet (Schicht 7a). Auf dieses Rechteck wird dann unter Verwendung von Toluol als leicht flüchtigem Lösungsmittel auf die gleiche Art mittels des erfindungsgemäßen Siebdruckverfahrens das elektrolumineszierende Emittermaterial MEH-PPV aufgedruckt. Während des gesamten Druckverfahrens werden dabei zumindest die für den Übertrag der Drucklösung verantwortlichen Teile der Druckmaschine sowie das zu bedruckende Substrat mit dem Substrathalter (siehe 1A und 1B) unter einer gesättigten Toluol-Atmosphäre gehalten.
Mittels des erfindungsgemäßen Siebdruckverfahrens können mehrere dieser Displays hintereinander gedruckt werden, ohne daß das Sieb während des Druckvorgangs gereinigt werden muß.
Durch eine Schattenmaske kann abschließend auf die organischen Schichten 7a großflächig die zweite Elektrode aufgedampft werden. An den Überhängen der Photolackstege reißt dabei das Metall ab, wobei senkrecht zu den ITO-Anodenstreifen die Kathodenstreifen 55 gebildet werden. Nach elektrischer Kontaktierung leuchtet dann das organische Material an den Kreuzungspunkten der Anoden und Kathoden grün.
Es sind beispielsweise anstelle der hier beschriebenen Haube auch noch andere Abdeckungsvorrichtungen, beispielsweise Kammern möglich.

Claims

Siebdruckvorrichtung (1) zum Bedrucken eines Substrats (12) mit einer Drucklösung (7), die zumindest ein flüchtiges Lösungsmittel enthält, umfassend einen mittels einer Haube (35) gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossenen Volumenbereich (17), der ein Mittel zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer mit dem flüchtigen Lösungsmittel nahezu gesättigten Gasatmosphäre enthält, wobei sich die für die Übertragung der Drucklösung (7) auf das Substrat (12) verantwortlichen Teile (5, 10, 15) der Siebdruckvorrichtung (1) in dem Volumenbereich (17) befinden, – eine Schleuse (40), die mit der Haube (35) dicht verbunden ist, und – einen beweglichen Substrathalter (15) zum Ein- und Ausschleusen der Substrate (12) durch die Schleuse (40).
Siebdruckvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei der die für den Übertrag der Drucklösung verantwortlichen Teile der Siebdruckvorrichtung (1) ein Sieb (10) und wenigstens eine Druckrakel (5) umfassen, – wobei diese Teile auf einem Drucktisch (20) angeordnet sind, auf dem das zu bedruckende Substrats (12) fixiert ist.
Siebdruckvorrichtung nach Anspruch 2, – bei der die Haube (25) über den für den Übertrag verantwortlichen Teilen (5, 10, 15) der Siebdruckvorrichtung auf dem Drucktisch (20) vorhanden ist.
Siebdruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der im dicht abgeschlossenen Volumenbereich (17) ein Reservoir (27) für das leicht flüchtige Lösungsmittel zur Verdunstung vorhanden ist.
Siebdruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der mit dem abgeschlossenen Volumenbereich (17) dicht verbundene Zu- und Ableitungen (41) zur Zu- und Ableitung einer mit dem Lösungsmittel gesättigten Gasatmosphäre vorhanden sind.
Siebdruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der ein Substratwechsler zum Austauschen des Substrats (12) vorhanden ist.
Siebdruckverfahren zum Aufbringen einer Drucklösung (7), die zumindest ein flüchtiges Lösungsmittel enthält, auf ein Substrat (12), mit den folgenden Verfahrensschritten: A) das Substrat (12) wird über eine Schleuse (40) in einen mittels einer Haube (35) von der Umgebung dicht abgeschlossenen Volumenbereich (17) eingeschleust, der die für den Übertrag der Drucklösung verantwortlichen Teile einer Siebdruckvorrichtung enthält und der eine mit dem Lösungsmittel nahezu gesättigte Gasatmosphäre enthält B) danach wird die Drucklösung auf das Substrat (12) aufgebracht, und C) anschließend wird das Substrat über die Schleuse aus dem abgeschlossenen Volumenbereich (17) ausgeschleust.
Siebdruckverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei dem in dem abgeschlossenen Volumenbereich (17) das Lösungsmittels aus einem Reservoir (27) verdunstet wird.
Siebdruckverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, – bei dem in den Verfahrensschritten A) und C) das Substrat mittels eines auf dem Drucktisch beweglich angeordneten Substrathalters ein- und ausgeschleust wird.
Siebdruckverfahren zur Herstellung einer organischen, elektrolumineszierenden Diode nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem während des Druckvorgangs funktionelle Polymere auf das Substrat aufgebracht werden, die ausgewählt sind aus folgenden Polymeren: – Lochtransporter-Polymere, – elektrolumineszierende Polymere, und – Elektronentransporter-Polymere.
Siebdruckverfahren zur Herstellung einer organischen, elektrolumineszierenden Diode nach Anspruch 10, – bei dem die funktionellen Polymere im Verfahrensschritt B) auf das Substrat aufgebracht werden.