Siebdruck und Flexodruck in der LCD Fertigung.
Anlagen für die LCD-Industrie
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Bei der Herstellung von LCDs sind mehrere Druck- und Abscheideschritte nötig, um verschiede Schichten bzw. Dichtungen aufzubringen. Dispenser werden hauptsächlich für Produktionen mit kleinem Durchsatz oder bei häufig wechselndem Design eingesetzt. Druckmaschinen werden verwendet, wenn es auf hohe Genauigkeiten bei großen Kapazitäten ankommt.
Siebdruckverfahren werden zum Aufdrucken von Dichtungen und zum Druck von dicken Schichten eingesetzt. Flexo-Druck ist die Methode der Wahl für den Druck von Polyimidschichten und zum hochgenauen Drucken dünner Schichten.
Der Rahmen einer Siebdruckmaschine ist von fundamentaler Wichtigkeit für den Druckprozess. Auf ihn wird das Sieb aufgespannt. Er muss den Verspannungskräften und den während des Drucks auftretenden Belastungen widerstehen, während des gesamten Druckprozesses eben bleiben und darf sich nicht verziehen. Er sollte leicht genug sein, um eine gewisse Handlichkeit zu gewährleisten.
Sobald das Sieb auf den Rahmen gespannt wird zeigt sich, ob der Rahmen den auftretenden Kräften gewachsen ist und ob er sich verzieht. Ein geeigneter Rahmen muss über die gesamte Lebensdauer eben und rechtwinklig bleiben. Wenn sich der Rahmen verzieht, verzieht sich als Folge auch jede einzelne Siebmasche, was zu einer Verzerrung der gesamten abzubildenden Vorlage, insbesondere in den Ecken führt. Das führt dazu, dass bei einem zu weichen Rahmen nur ein entsprechend kleiner Mittelbereich für den eigentlichen Druckvorgang verzerrungsfrei genutzt werden kann. Bei Farbdrucken kann es zu Farbabweichungen kommen, die auf den ungleichmäßigen Verzug der verschieden Rahmen für die verschiedenen Farben zurück gehen.
Die Größe des Rahmens bestimmt die maximale Auflösung des Drucks. Das Verhältnis zwischen Rahmen- und Bildgröße ist wichtig für die erreichbare Verzerrung, die natürlich möglichst niedrig gehalten werden soll. In Abhängigkeit von den Anforderungen an die Verzerrung bestimmt also die Bildgröße die Innenabmessungen des Rahmens der Druckmaschine. Je stabiler der Rahmen ist und umso weniger sich das Sieb während des Druckvorgangs durchbiegt, umso niedriger sind die erforderlichen Andruckkräfte für den Wischer und umso verzerrungsfreier wird das Druckergebnis sein. Wischerlänge und Streichlänge im Verhältnis zur Siebgröße wirken sich ebenfalls auf Auflösung und Verzerrung des Druckbildes aus.
Die Auswahl des Netzes oder Siebes ist das Resultat mehrerer Kompromisse. Ein grobes Sieb ermöglicht die widerstandsfreie Passierung des Druckmaterials durch das Sieb. Dicke Schichten können so schnell, aber mit geringer Auflösung gedruckt werden. Ein feines Sieb hingegen verursacht Probleme bei der Brillanz von Farben auf dunklem Untergrund und hochviskose Materialien lassen sich damit nur schlecht drucken. Dafür lassen sich aber andererseits sehr hohe Auflösungen mit feinen Sieben erzeugen. Dieser Umstand ist wesentlich für die Herstellung von Schichten in der LCD-Fertigung,. Deshalb finden hier Seidenstoffe als Siebe Anwendung. Die Seidennetze haben eine Maschenweite von 130 Maschen/cm, was eine sehr hohe Auflösung und den Druck von Linen mit einer Breite von nur 50µm ermöglicht. Die gedruckte Schichtdicke bewegt sich normalerweise in der Größenordnung von 10µm, was im LCD-Bereich immer noch als "dicke" Schicht betrachtet wird.
Wischer für den Siebdruck werden aus einem sehr steifem Material mit einer Härte bis zu 80 Härtegraden wie beispielsweise Polyurethan gefertigt. Durch die Härte des Wischers wird die Durchbiegung bzw. den Widerstand gegen die Durchbiegung während des Druckvorgangs definiert. Die Wischerhärte wird gemäß der Shore A Skala, einem Industriestandard bestimmt, die von 0 bis 100 reicht und ursprünglich für die Gummihärtebestimmung eingeführt wurde. Je mehr Härtegrade ein Wischer hat, um so stabiler ist er. Je niedriger der Härtegrad ist, um so stärker biegt sich der Wischer durch. Harte Wischer wie z.B. Wischer mit einer Härte von 80 Härtegraden verformen sich zwar nicht, können aber andererseits Unebenheiten des Substrats nicht ausgleichen. In der LCD-Fertigung sind diese hohen Härtegrade notwendig, damit der Wischer den hohen Drücken bei hohen Druckgeschwindigkeiten mit hochviskosem Druckmaterial und bei hoher Deckung auf Glassubstraten standhalten kann.
Neben der Härte des Wischermaterials spielen auch die Form und die Kantenstruktur des Wischers eine wichtige Rolle. Es sind verschiedene Wischerprofile verfügbar. Die Wahl des Profils ist ausschlaggebend für die Anpassungsfähigkeit des Wischers und die Passierfähigkeit des Wischers, sowie dei notwendigen Kräfte hierfür. Vom Wischerprofil und dem Kantenprofil hängt auch der günstigste Anstellwinkel des Wischers gegenüber dem Sieb ab. Für das Drucken von Dichtungen auf LCD Glasplatten werden meist rechteckige Wischerprofile benutzt. Die Kante muss scharf und frei von Wellen und Beschädigungen sein. Für die Reparatur entsprechender Schäden an harten Wischern sind Wischer-Schärfer verfügbar, die eine dünne Schicht vom Wischer abtragen und so das optimale Profil wiederherstellen können.
Der Winkel zwischen dem Wischer und dem Sieb bestimmt die Menge des passierten Materials sowie die hierfür nötigen Andruckkräfte. Übliche Anstellwinkel für einen gleichmäßigen Schichtdruck sind 15-20° Abweichung von der Senkrechtposition. Dieser Winkel ist ,wie erwähnt aber auch vom Wischerprofil abhängig.
In der LCD-Fertigung wird das Flexo-Druckverfahren für das Drucken von Polyimidschichten auf Glasplatten verwendet. Wir können solche Anlagen in kontinuierliche Produktionsstraßen integrieren oder aber auch Polyimid-Cluster, bestehend aus einer Druckmaschine, einem Beladeroboter und Heizplatten zum Aushärten des aufgedruckten Polyimidschicht aufbauen.
a Drucktisch, b LCD Glasplatte, c Dispenser, d Schaberklinge, e Rasterwalze, f Beschichtung, g Druckwalze
