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インクジェット 書籍

1420

★回路形成、有機EL、カラーフィルタ、マイクロレンズ、セラミックコンデンサ・・・
   ますます広がる応用展開!各種応用の現状と問題点とは?!

最新インクジェット技術

〜高性能化と産業用途展開〜

【不均一の対策、高速・高精度・高精細化、各種応用の現状と問題点】

The latest/ Inkjet technology

■発刊 2007年9月28日   ■体裁:B5判 上製本 408頁     ■定価 90,000(税抜)



■本書のポイント

◆吐き出し、膜形成の最適化

◎小滴化 ◎ドット径の均一化 ◎液滴速度の均一化 ◎飛翔方向の安定化
◎着弾精度の向上 ◎膜形状の制御 ◎高精度位置決め ◎目詰まり

◆用途、目的別インクの設計

◎顔料、高分子、有機材料、半導体、金属、セラミック
◎目的に合わせた最適なインクの条件とは?
◎高粘度、低濃度非凝集分散系、UV硬化型、 難溶解材料の場合の注意点は?

◆各種応用展開の現状と問題点

◎線幅の限界 ◎密着性の改善 ◎セラミック材料使用の問題点
◎撥水、親水を用いた位置選択的パターニング

■執筆者(敬称略)

北原 強
小藤 治彦
池川 正人
深井 潤
藤松 孝裕
廣岡 信行
鳥居 卓爾
大上 芳文
中西 為雄
菅沼 克昭
田中雅美
大西 勝
吉村 昌弘
大坪 泰文
矢崎利昭
日口 洋一
小関 健一
石橋 秀夫
小岩井 孝二 
森田 正道
高原 淳

セイコーエプソン(株)         
インクジェット・ジェーピー
(株)日立製作所
九州大学
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鳥居卓爾技術士事務所
立命館大学 
山形大学
大阪大学
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東京工業大学 
千葉大学
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大日本印刷(株) 
千葉大学
日本ペイント(株) 
KOA(株) 
ダイキン工業(株)
九州大学

安武 重和
坂井 雄一
岡田 裕之
中 茂樹
佐藤 竜一
松井 健太
柳 順也
柴田 幹
女川 博義
宮林毅
井上 豊和
角本 英俊
馬場 昭好
松本 佳宣
村上 存
鄭 雄一
井川和代
安斎正博
佐々木伸雄
高戸毅
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九州大学
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富山大学               
富山大学
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富山大学
旧・富山大学 (現 コマツ)
富山大学
富山大学
ブラザー工業(株)
ブラザー工業(株)
旧・JSTプラザ東海
九州工業大学
慶應義塾大学
東京大学
東京大学
東京大学
東京大学
東京大学
東京大学
ニップンテクノクラスタ(株)


■ 目 次

第1章 インクジェットの原理、方式の種類と特徴

■インクジェット方式の種類と特徴

1.インクジェット方式の種類と特徴
 1-1.コンティニュアンスタイプ
 1-2.ドロップオンデマンドタイプ
  1-2-1.圧電方式
  1-2-2.サーマル方式
  1-2-3.静電方式

2.Epsonヘッドの構造
 2-1.MLPタイプの構造
 2-2.MLChipsタイプの構造
 2-3.SEAJetの構造

3.メニスカス制御技術
 3-1.微小インク滴の形成技術
 3-2.インク滴変調技術

第2章 インクジェット技術の吐出・膜形成の最適化 

■第1節 不均一の現れ方、その原因と対策

1.不均一とは
 1-1.民生用インクジェットと産業用インクジェットにおける不均一
 1-2.不均一の現れ方
   1-2-1.画像不均一の例
       (1) バンディング
       (2) 粒状性悪化
       (3) 先鋭性不良
       (4) 色再現性不良
       (5) 諧調性不良
   1-2-2.ドット不均一の例
       (1)記録ドット面積の不均一
       (2)記録ドット形状の不均一
       (3)記録ドット濃度の不均一
       (4)着弾精度の不均一

2.不均一の原因
 2-1.不均一の原因概要
   2-1-1.ノズル方向ばらつき
       (1)(狭義の)チャネルばらつき
       (2)ヘッドばらつき
   2-1-2.走査方向ばらつき
 2-2.不均一の原因の原理的解析
   2-2-1.集中定数モデル
   2-2-2.圧力波モデル
   2-2-3.CFD(Computational Fluid Dynamics)モデル
 2-3.集中定数モデルを解く
   2-3-1.ヘッド
   2-3-2.集中定数回路モデル
   2-3-3.パラメータの計算
   2-3-4.解析式(押打ち)
 2-4.集中定数モデル式を使う
   2-4-1.基準ヘッド
       (1)パラメータ
       (2)特性
       (3)正規化
   2-4-2.ヘッドのパラメータ変化と特性変化
       (1)ノズル長さ短
       (2)ノズル面積小
       (3)供給路長さ短
       (4)供給路断面積減少
       (5)圧力室幅の縮小
       (6)圧力室長さ減少
       (7)PZT厚さ減少
       (8)振動板厚さ減少
       (9)インク粘度減少
       (10)インク粘度倍増
       (11)インク密度減少
       (12)インク音速減少
       (13)気泡の存在(30μm)
       (14)気泡の存在(50μm)
       (15)圧電定数低下
       (16)駆動電圧低下
   2-4-3.ヘッドのパラメータ変化と特性変化のまとめ
       (1)吐出速度の変化
       (2)吐出量の変化
       (3)ヘッドパラメータ変化のまとめ
 2-5.集中定数モデルの展開と注意点
   2-5-1.集中定数モデルの展開
       (1)駆動波形
       (2)周波数応答
       (3)クロストーク
   2-5-2.集中定数モデルの展開具体例(引打ち)
       (1)グラフと式
       (2)押打ちと引打ちの比較
   2-5-3.集中定数モデルの注意点
       (1)大サイズヘッドの誤差増大
       (2)モデル簡略化による実際との乖離
       (3)吐出速度と飛翔速度のちがい
 2-6.速度と吐出量
   2-6-1.速度と吐出量の関係
       (1)速度
       (2)吐出量
       (3)固有振動周期と吐出量
       (4)メニスカス位置と吐出量
       (5)速度と吐出量まとめ
   2-6-2.速度と着弾精度
 2-7.飛翔図
 2-8.経時的なばらつき
   2-8-1.ノズル面汚れ
   2-8-2.気泡
   2-8-3.メニスカスインクの蒸発,凝集
       (1)界面凝集
       (2)色材濃度変化
   2-8-4.昇温
   2-8-5.残留振動
   2-8-6.クロストーク
 2-9.ヘッド,インク以外の要因
   2-9-1.環境
   2-9-2.装置
   2-9-3.静電界の影響
       (1)静電ベルトと着弾ずれ
       (2)電源の改良
       (3)吐出タイミングの変更
 2-10.記録ドット面積の不均一
   2-10-1.吐出量不均一
   2-10-2.拡がりの不均一
       (1)インク滴速度
       (2)濡れ
       (3)浸透
 2-11.記録ドット形状の不均一
   2-11-1.平面的な不均一
       (1)飛行ドロップ形状の不均一
       (2)メディア上の拡がり不均一
   2-11-2.立体的な不均一
       (1)乾燥
       (2)モトリング
 2-12.記録ドット濃度の不均一 
   2-12-1.液滴の色材濃度変化
       (1)インク溶媒蒸発
       (2)顔料凝集,沈降
   2-12-2.浸透の不均一
   2-12-3.ブリーディング
       (1)インクの流動(流体的な移動)
       (2)インクの浸透

3.不均一の対策
 3-1.ノズル毎のばらつきに対する対策
   3-1-1.アクチュエータ,流路のばらつき低減
       (1)ロバストな設計
       (2)製造ばらつきの低減
   3-1-2.ノズルのばらつき低減
       (1)ノズル孔形状
       (2)ノズル面処理
   3-1-3.ノズル面処理の例
 3-2.経時的なばらつきに対する対策
   3-2-1.気泡
       (1)脱気インク
       (2)なめらかな流路
       (3)気泡トラップ
   3-2-2.残留振動
   3-2-3.メニスカスインクの蒸発,界面凝集
       (1)メニスカス揺動
       (2)予備吐出/空打ち
       (3)加圧/吸引パージ
       (4)キャッピング
   3-2-4.ノズル面汚れ
 3-3.その他の対策
   3-3-1.マルチパス
   3-3-2.ヘッド端重ね
   3-3-3.チャネル個別駆動(フィードバック)
   3-3-4.ヘッド間補正
   3-3-5.ヘッドシェイディング補正


■第2節 インクジェット成膜における液滴の挙動

1.インクジェット成膜アプリケーション
 1-1.基板上の液滴の広がり
   1-1-1.液滴の基板へ衝突
   1-1-2液滴の慣性広がり
   1-1-3液滴の濡れ広がりと最終形状
   1-1-4各応用に対するプロセス設計
       (1)有機ELディスプレイのパターン成膜
       (2)連続成膜
       (3)直接印刷配線
 1-2.矩形溝内の液滴の広がり
 1-3.液滴の乾燥と膜形状
   1-3-1乾燥膜厚の均一性とコーヒーステイン現象
   1-3-2蒸発速度分布
   1-3-3コーヒーステイン現象モデル
   1-3-4コーヒーステイン現象防止方法

■第3節 インクジェット成膜における液滴挙動解析

1.数値シミュレーション
 1-1.液滴流動シミュレーションの歩み
 1-2.計算例

2.最大広がり径
 2-1.衝突条件の影響
 2-2.最大広がり径の予測式


■第4節 インクジェット方式による高粘度液滴の吐出評価試験と衝突挙動

1.高粘度液滴の吐出評価試験
 1-1.背景
 1-2.円筒型圧電素子を用いた液滴吐出装置
 1-3.液滴の吐出評価試験
   1-3-1.吐出条件の確率
   1-3-2.吐出液滴に及ぼすパルス幅の影響
   1-3-3.吐出液滴に及ぼすヒーター温度の影響
   1-3-4.吐出液滴に及ぼす入力電圧の影響
 1-4.工業的な具体例
   1-4-1.蛍光体インクの開発
   1-4-2.粉砕した蛍光体を用いた発光強度
   1-4-3.蛍光体を含んだ液滴の吐出試験結果

2.剛体面に衝突する単一液滴の変形挙動
 2-1.背景
 2-2.衝突後の変形挙動に及ぼす初期落下水滴径の影響
 2-3.液滴の変形挙動に及ぼす液滴物性値の影響
 2-4.粉体を含んだ単一液滴の衝突挙動
   2-4-1.観察例
   2-4-2.無次元数を用いた最大直径比の整理
       (1)粉体の影響を考慮しない場合
       (2)重回帰分析による整理
       (3)粉体の影響を考慮した場合
       (4)粉体を考慮した場合の実験式の作成


■第5節 インクジェット微小液滴挙動及び気流のPIV計測

1.実験装置

2.実験結果
 2-1.ミスト飛翔状態の可視化
 2-2.インク吐出時の気流速度計測
 2-3.吐出直後のインク滴の挙動計測


■第6節 圧電素子によるインク液滴噴射の一次元計算

1.計算モデル

2.運動方程式
 2-1.オリフィス内インクの運動方程式
 2-2.入口絞り部インクの運動方程式
 2-3.圧電素子の運動方程式 
  2-3-1.固定端部小要素の運動方程式
  2-3-2.中央部小要素の運動方程式
  2-3-3.振動板部小要素の運動方程式
 2-4.連続の式
 2-5.運動方程式のまとめ

3.固有振動数
 3-1.計算方法
 3-2.振動モード

4.運動方程式の解法

5.計算結果
 5-1.計算結果
 5-2.液滴噴射量並びに液滴速度の便宜的計算
 5-3.液滴噴射処理をした計算結果

6.インク噴射の原理

7.各種パラメータの影響
 7-1.駆動パルス幅
 7-2.インク粘度
 7-3.インク表面張力
 7-4.インク室体積

8.駆動波形の影響


■第7節 インクジェット液滴の数値シミュレーション法の基礎

1.数値シミュレーション法
 1-1.基礎方程式
 1-2.方程式の離散化と計算格子

2.シミュレーション例
 2-1.境界条件,物性値
 2-2.振幅の影響

3.帯電電荷の影響


■第8節 液滴生成過程の数値解析

1.液体ジェットから液滴が生成されるまでの過程とメカニズム

2.軸対称計算モデルとその計算法

3.軸対称計算プログラムに関する説明

第3章 インクジェットインクの設計

■第1節 インクジェット配線技術

1.Printed Electronics

2.インクジェット印刷技術

3.インクジェット法による描画

4.配線層と基板の密着

5.インクジェット印刷技術による微細配線のこれから


■第2節 インクジェットを用いた直接描画

1.直接描画
 1-1.コンピューターによる設計
 1-2.金属のナノサイズ粒子

2.回路等用途の可能性

3.実際の工業用へのIJの展開と課題

4.各用途とインクの課題
 4-1.プリント配線基板用途
   4-1-1.密着性
   4-1-2.複合化
 4-2.LCDの電極
   4-2-1.密着性
   4-2-2.密度
   4-2-3.表面形状
   4-2-4.適用可能性
 4-3.PDPの電極
   4-3-1.断面抵抗
   4-3-2.密着性
 4-4.RFID
 4-5.LFP

5.現状の工業用IJインクの状況


■第3節 産業用途から見た各種インク溶剤とインクジェットインクの比較

1.Consumer用から産業用へ向かうインクジェット技術
 1-1.Consumerプリンタ の興隆
 1-2.高速PODの実用化 
 1-3.プリント機能を使った産業用途への応用の拡大 
 1-4.インクジェットの機能を活かした新用途
 1-5.インクジェットで作る(Digital Fabrication, Digital Product)

2.インクジェット技術の特徴

3.インクジェット用インクの種類と特徴
 3-1.使用する主成分の溶剤による分類
   3-1-1.水性インク
   3-1-2.油性インク
   3-1-3.溶剤(ソルベント)インク
   3-1-4.UVインク
 3-2.使用する着色材や溶質による分類
   3-2-1.染料インク
   3-2-2.顔料インク
   3-2-3.機能性インク
 3-3.用途や機能による分類

4.広がる産業用途へのインクジェット技術の適用
 4-1.産業用途へのインクジェット技術の普及のために何が必要か
 4-2.産業用途拡大のために必要となるインク
   4-2-1.様々なメディア対応できる様々なインク
 4-3.産業用途に必要なIJヘッド
   4-3-1.広範囲の特性のインクを吐出できるヘッド
   4-3-2.幅広いサイズのインクを吐出できるヘッド
 4-4.産業用途のために必要な総合技術
 4-5.インクジェットインクと印刷インク
 4-6.インクジェット技術の現状
   4-6-1.プリント可能な細線のレベル
 4-7.なぜ産業用途にUVインクが適するのか?
 4-8.今後の課題


■第4節 ソフト溶液プロセスによるセラミックスのインクジェットパターン技術

1.無機物の成膜およびパターン化はなぜ難しいのか?

2.無機粒子を用いたインクジェット技術の現状
 2-1.金属ナノ粒子を用いる低温焼結法
 2-2.SiO2コロイドを用いるコーティング法
 2-3.BaTiO3、Pb (ZrTi) O3 (PZT) などの微細粒子を用いる焼結法

3.インクジェットを用いたセラミックス膜の直接作製法(ソフト溶液プロセス)の開発
 3-1.インクジェット反応法によるセラミックスや半導体の直接パターニング
 3-2.インクジェット析出法によるセラミックス膜の直接パターニング
 3-3.ソフト溶液プロセスによるダイレクトパターニング法


■第5節 インクジェットインクのレオロジー

1.分散系の粘度挙動
 1-1.低濃度非凝集分散系の粘度挙動
 1-2.凝集分散系の粘度挙動

2.高分子溶液と分散系の粘弾性挙動
 2-1.動的粘弾性の基礎
 2-2.高分子希薄溶液の粘弾性
 2-3.凝集分散系の粘弾性
 2-4.インクの動的粘弾性

3.界面活性剤溶液の表面張力
 3-1.動的表面張力の基礎
 3-2.インクの動的表面張力


■第6節 インクジェットインク調製における工業分散技術の適用

1.IJインクの特徴

2.超微粒子顔料分散液の設計と最適化
 2-1.超微粒子顔料分散液のミルベース設計
 2-2.分散装置の最適化

3.超微粒子顔料分散液に対する今後の課題


■第7節 インクジェット用UV硬化インクの設計

1.ラジカル重合型ジェットインクの設計
 1-1.ラジカル重合型ジェットインクの組成
   1-1-1.光重合開始剤
   1-1-2.モノマー
 1-2.酸素によるラジカル重合阻害
 1-3.水溶液型ジェットインク
 1-4.溶媒フリー型ジェットインク

2.カチオン重合型ジェットインクの設計
 2-1.カチオン重合反応の特徴
   2-1-1.光 カチオン重合開始剤
   2-1-2.カチオン重合性モノマー
 2-2.カチオン重合型ジェットインクの設計例


■第8節 インクジェット印刷による回路形成のための金属ナノ粒子インク

1.安定な金属ナノ粒子インクの創製
 1-1.金属ナノ粒子の歴史
 1-2.金属ナノ粒子インクの調製
 1-3.金属ナノ粒子の特性

2.印刷材料としての金、銀ナノ粒子のインクの応用

3.金属ナノ粒子インクの導電材料としての性能
 3-1.銀ナノ粒子インクの導電性特性
 3-2.金属ナノ粒子インクによる銅配線パターンの形成

第4章 インクジェット技術の更なる進展 

■第1節 インクジェットによる微細配線形成技術

1.LTCC用金属インク

2.グリーンシートへのインクジェット描画

3.インクジェット描画シートの積層・焼成

4.インクジェット印刷配線の特性

5.マイクロビアの必要性

6.厚膜印刷との複合化


■第2節 インクジェット法によるフッ素系パターン化基板を用いた
                               超微細薄膜作製技術
1.パターン基板の作製
 1-1.VUVリソグラフィー
 1-2.EBリソグラフィー

2.高分子薄膜の位置選択的製膜

3.高分子薄膜の線幅の限界

4.金属ナノインクによる超微細金属配線


■第3節 インクジェット法による厚膜パターンの作製と
                              電子部品作製への応用

1.厚膜作製におけるインクジェット技術の特徴

2.樹脂層による表面改質とチタン酸バリウム厚膜作製への応用
 2-1.樹脂層による表面改質
 2-2.インクジェット法によるチタン酸バリウム厚膜の作製

3. その他、電子部品作製への応用事例
 3-1.厚膜抵抗体の作製
 3-2.活性化インクを用いた無電解銅めっき配線
 3-3.(Ba,Sr)TiO3厚膜の作製
 3-4.サーミスタ作製への応用


■第4節 インクジェット技術を用いた有機デバイスの作製

1.IJP法を用いた自己整合有機EL素子
 1-1.自己整合プロセスの概略
 1-2.ボトムエミッション型自己整合有機EL素子
 1-3.トップエミッション型自己整合有機EL素子
 1-4.ボトムエミッション形有機EL素子のマルチカラー化

2.IJP法による自己整合有機ダイオード
 2-1.IJP法による自己整合有機フォトダイオード
 2-2.IJP法による自己整合有機多機能ダイオード

3.IJP法を用いた自己整合ペンタセン有機トランジスタ
 3-1.実験
 3-2.ペンタセンの溶液化
 3-3.トランジスタ特性


■第5節 電界電子放出源作製への応用

1.電界電子放出の原理と電界電子放出型ディスプレイ

2.インクジェット法によるゲート電極付きカーボンブラック電界電子放出源の作製
 2-1.作製プロセス
 2-2.電子放出特性


■第6節 グレイスケールマスクの作製と3次元微細加工

1.グレイスケールマスク
 1-1.HEBSガラスマスク
 1-2.ハーフトーンクロムマスク
 1-3.写真フィルム
 1-4.インクジェット法と縮小露光によるエマルジョングレイスケールマスク

2.露光技術

3.露光プロセスの実例

4.形状の転写
 4-1.プラズマエッチング
 4-2.基板透過露光法

5.可能性と展望


■第7節 ポジティブ・ダイレクトマスク光造形法

1.ゾル‐ゲル変換型光造形法

2.ダイレクトマスク法による面露光光造形

3.光開始剤のインクジェット描画によるポジティブ・ダイレクトマスク光造形
 3-1.光開始剤の浸透と造形の積層厚さ
 3-2.光開始剤の浸透と造形の水平解像度

4.ポジティブ・ダイレクトマスクによる複数層一括露光光造形
 4-1.積層段差の軽減効果
 4-2.造形時間の短縮効果


■第8節 テーラーメイド人工骨の開発

1.石膏を用いた三次元積層造形実体モデルの作成とその評価
 1-1.はじめに
 1-2.三次元積層造形実体モデルの造形
 1-3.光造形モデルとインクジェットモデルの比較と評価

2.リン酸カルシウムを用いたテーラーメイド人工骨の造型とその安全性・有効性の評価


■第9節 バイオテクノロジーにおけるインクジェットの応用と動向

1.バイオテクノロジー分野における用途
 1-1.ピペッターとして
 1-2.アレイヤーとして

2.おもな使用法において見られること
 2-1.ピペッター・分注機としての使用
 2-2.アレイヤーとしての使用
 2-3.診断薬製造用装置としての使用


インクジェット