[논문]Reverse Offset에서 잉크 전이 유동에 관한 시뮬레이션 연구

이언석; 윤종태

Reverse Offset에서 잉크 전이 유동에 관한 시뮬레이션 연구
A Study on the Computer Simulation of Ink Flow in the Reverse Offset Printing 원문보기

한국인쇄학회지 = Journal of the Korean printing society, v.30 no.2, 2012년, pp.23 - 33

이언석 (부경대학교 공과대학 인쇄정보공학과) , 윤종태 (부경대학교 공과대학 인쇄정보공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

With the development of many display technologies currently applied to them in the field of printed electronics, there have been many researches that high resolution printing for thin and uniform pattern. In this paper, printing ink flow properties in the reverse offset mechanism were simulated. The aim of this research is to expect the ink flow behavior between cliches to make fine pattern by a printing technique which is a reverse offset. The simulation results show that almost the same as the experiments and the flow behavior according to the ink film thickness and printing pressure changes could be expected.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 이와 같은 reverse offset 인쇄법의 공정 중 패턴이 새겨진 볼록한 cliche에서 블랭킷 롤과 접촉하였다가 떨어질 때의 잉크 유동 특성을 이론적인 해석과 실험으로 확인 하고자 한 것이다. 본 연구에서는 미소 부분에서 일어나는 잉크의 유동 특성을 실험적으로 볼 수가 없기 때문에 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 인쇄 공정의 조건과 잉크의 특성에 따른 모습을 알아보고자 한 것이다.
본 연구는 reverse offset printing에서 잉크층의 잉크가 cliche의 비화선부로 전이되어 화선부의 미세 패턴 및 고해상도의 패턴을 형성할 때, 잉크의 유동 특성을 시뮬레이션한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 논문은 이와 같은 reverse offset 인쇄법의 공정 중 패턴이 새겨진 볼록한 cliche에서 블랭킷 롤과 접촉하였다가 떨어질 때의 잉크 유동 특성을 이론적인 해석과 실험으로 확인 하고자 한 것이다. 본 연구에서는 미소 부분에서 일어나는 잉크의 유동 특성을 실험적으로 볼 수가 없기 때문에 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 인쇄 공정의 조건과 잉크의 특성에 따른 모습을 알아보고자 한 것이다. 이는 실제 공정이 이루어지기 전 몇 가지 의 변수를 예상해 볼 수 있으며 실제와의 오차 범위를 줄여 나갈 수 있는 중요한 요인이 될 것이다.

가설 설정

Figure 3은 균일하게 도포된 잉크층에서 비화선부의 볼록한 부분이 잉크와 분리가 될때의 모양을 나타낸다. 그림에서 보는 바와 같이 그 사이가 매우 미세하여 결국 부분적으로 나누어 보면 도포된 잉크와 비화선부가 수직 방향으로 변화가 일어날 것이라는 것과 잉크가 피인쇄체에 완전히 부착한다는 가정을 할 수 있다. 이와 같은 가정 하에 컴퓨터 시뮬레이션을 하였다.

제안 방법

Reverse offset의 두 번째 과정인 코팅층에서 비화선부를 제거하는 패턴 형성 과정을 시뮬레이션을 통해 분리되는 순간의 유동 모습을 관찰하였다. 그 결과에서 볼 수 있듯이 균일하게 코팅된 층이 비화선부의 cliche와 닿았다가 떨어지면서 바깥쪽부터 서서히 안으로 파이고 수직 방향으로 유동한다는 가정 하에 양쪽이 서로 대칭인 형태로 유동하는 모습을 볼 수 있었다.
실험은 Ag paste를 상단의 블랭킷 롤에 균일하게 도포한 뒤에 아래의 압통 실린더 (impression cylinder) 사이에 압력을 가하여 분리하는 과정을 거치면서 닙(nip) 사이에서의 잉크 유동 모습을 고배율의 디지털 현미경을 사용하여 시간 별로, 코팅층의 두께, 압력 변화를 주어 촬영하였다. 실험 조건은 Table 1과 같았다.

이론/모형

위와 같이 비화선부의 패턴을 제거할 때 롤과 판사이의 유동 특성을 코팅된 두께와 붙었다가 떨어지는 시간에 따라 예상하고 연구하기 위해 본 논문에서는 유체 해석 시뮬레이션을 위한 소프트웨어 프로그램인 poly flow를 사용하였다.⁶⁾

성능/효과

1. 코팅된 잉크층 두께를 실험과 시뮬레이션의 조건 값을 동일하게 했을 때, 실제 공정에서의 변수를 고려하면 실제의 잉크 유동 특성과 시뮬레이션 결과가 거의 일치 함을 확인할 수 있었다.
2. 시뮬레이션 결과들을 이용하여 이론적인 요소를 확인할 수 있기 때문에 실험 결과의 오차 범위를 줄이고 실험 및 인쇄 공정에 접근하기가 편리함을 알 수 있었다.
3. Reverse offset printing의 잉크층에서 cliche로 100%의 전이는 일어나지 않으며 고속이기 때문에 실험이나 이론적으로 규명할 수 없는 부분을 시뮬레이션에 의해 예측할 수 있었다.
각각의 결과에서 보여주듯이 시간이 지남에 따라 필라멘트의 폭이 점점 얇아지면서 cliche의 비화선부로 완전히 전이되기 전 1.0초 가장 폭이 줄어든 상태를 확인할 수 있었다. 그리고 시간이 흐를수록 필라멘트의 폭이 줄어들어 완전히 떨어지기까지의 반비례 그래프를 예상해 볼 수 있었다.
Reverse offset의 두 번째 과정인 코팅층에서 비화선부를 제거하는 패턴 형성 과정을 시뮬레이션을 통해 분리되는 순간의 유동 모습을 관찰하였다. 그 결과에서 볼 수 있듯이 균일하게 코팅된 층이 비화선부의 cliche와 닿았다가 떨어지면서 바깥쪽부터 서서히 안으로 파이고 수직 방향으로 유동한다는 가정 하에 양쪽이 서로 대칭인 형태로 유동하는 모습을 볼 수 있었다. 잉크가 cliche로 완전히 분리되는 방법으로 블랭킷 롤의 곡선 반경과 cliche 표면 상태를 유지하지 않고 고속에서 잉크의 접착력 때문에 롤의 접선에 대한 수직으로 힘이 작용하는 모델이다.
또한 현미경을 이용하여 촬영한 실제 실험에서도 압력이 100N일 때는 0.15mm, 300N 일 때는 0.18mm, 500N 일 때는 0.20mm, 800N일 때는 0.24mm, 1,000N일 때는 0.29mm 로 점차 필라멘트의 폭이 증가하는 모습을 보였고 시뮬레이션 결과 값과 비교하였을 때도 비례적으로 상이한 결과를 나타내었다.
Figure 6은 cliche와 잉크층이 분리가 되기 전 사이를 시간대 별로 나타낸 결과이다. 잉크 층이 두꺼울수록 필라멘트의 폭이 넓으며 잉크의 점탄성적 성질로 인해 시간이 지나면서 필라멘트의 폭은 점차 줄어들어 반비례 관계를 형성하는 것을 볼 수 있었다.

후속연구

4. Reverse offset printing 공정 중 잉크층에서 비화선부를 분리하는 과정에서의 잉크 유동 특성을 두께 및 시간에 따른 변화를 확인할 수 있었으며, 이를 응용한 여러 인쇄 조건 변화를 주어 다양한 잉크 유동 현상을 예측해 볼 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다양한 디스플레이 분야의 예는?	Liquid crystal display(LCD), organic light emitting diode(OLED), plasma display panel(PDP) 등과 같은 다양한 디스플레이 분야는 눈부신 기술 개발을 이루어왔다. 이러한 전자 산업 분야에서 혁신적인 기술 개발을 통한 경쟁력 있는 공정인 인쇄 기술은 인쇄 전자라는 개념으로 자리 잡았다.
	인쇄 전자의 응용 분야에는 무엇이 있는가?	인쇄 전자의 다양한 응용 분야로 플렉시블 디스플레이, RFID, 태양 전지 등이 있으며, 이들에 적용되는 유기 전자 소재에 필요로 하는 고해상도의 정밀 패턴 형성(patterning) 기술은 매우 중요한 부분이다.1∼2) 정밀 패턴 형성 기술은 여러 인쇄 기술로 발전 해왔으나 고해상도, 얇은 두께로 인쇄하는 부분에 있어 reverse offset 인쇄법이 등장하였고, 이 인쇄법은 비교적 높은 수 um의 해상도를 나타낼 수 있고, 수십에서 수백 nm 정도의 두께 형성이 가능하다.
	고해상도의 정밀 패턴 형성을 위해 채용된 인쇄법에는 무엇이 있는가?	인쇄 전자의 다양한 응용 분야로 플렉시블 디스플레이, RFID, 태양 전지 등이 있으며, 이들에 적용되는 유기 전자 소재에 필요로 하는 고해상도의 정밀 패턴 형성(patterning) 기술은 매우 중요한 부분이다.1∼2) 정밀 패턴 형성 기술은 여러 인쇄 기술로 발전 해왔으나 고해상도, 얇은 두께로 인쇄하는 부분에 있어 reverse offset 인쇄법이 등장하였고, 이 인쇄법은 비교적 높은 수 um의 해상도를 나타낼 수 있고, 수십에서 수백 nm 정도의 두께 형성이 가능하다.

참고문헌 (7)

M. Kim, I. K. You, H. Han, S. W. Jung, T. Y. Kim, B. K. Ju, and J. B. Koo, "Organic thin-film transistor with short channel length fabricated by reverse offset printing", Electrochem Solid-State Lett, Vol. 14, No. 8, pp. 333-336(2011).

상세보기
E. W. Grald, J. A. Kulkarni and A. Dutta, "Application of Multiphsics Simulations to Solve Practical Coating Flow Problems", 11th International Coating Science and Technology Symposium, pp. 181-184(2002).
J. E. Park, "Patterning of Gate Electrodes of OTFT-backplane with Reverse off-set Printing Combined by Screen Printing", pp. 18-19(2010).
J. E. Park, C. K. Song, "A Printing Process Combining Screen Printing with Reverse Off-set for a Fine Patterning of Electrodes on Large Area Substrate", Journal of Electrical and Electronic Material Engineers, pp. 374-380(2011).
J. Y. Hwang, M. C. Park, H. J. Gwon, S. J. Min, B. Y. Choi, J. S. Yoo, K. J. Kim, "Polymer Micro Nano Strcuture Fabriction using Reverse Offset Printing", Journal of The polymer society of Korea, Vol. 32, No. 1(2007).
S. S. Lee and J. T. Youn, "Computer Simulation of Ink Flow in the Various Type of Gravure Cell", Journal of the Korean graphic arts communication society, Vol. 23, No. 2, pp. 103-115(2005).
S. J. Park, S. M. Lim, J. T. Youn, "A Study on the Computer Simulation in the Changing Velocity and Pressure in Gravure Printing", Journal of the Korean graphic arts communication society, Vol. 25, No. 1, pp. 53-64(2007).

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