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Diese
Erfindung betrifft Übertragungselemente
zur thermischen Übertragung
von Schichten. Insbesondere betrifft die Erfindung thermische Übertragungselemente
zur thermischen Übertragung
von mikrostrukturierten Schichten.
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Es
herrscht ein allgemeiner Trend zur Verringerung der Größe vieler
Gegenstände
und Vorrichtungen, die in industriellen und Verbraucheranwendungen,
insbesondere in der Elektronik, eingesetzt werden. Außerdem nutzt
eine Vielzahl von Gegenständen
und Vorrichtungen modifizierte Oberflächen aus. Diese Gegenstände und
Vorrichtungen erfordern oft mikrostrukturierte (und in einigen Fällen nanostrukturierte)
Oberflächen,
Schichten oder Komponenten. Beispielsweise können Feldemissionsvorrichtungen,
die für
Gegenstände,
wie Flachbildschirme, verwendet werden, unter Verwendung nanostrukturierter
Elemente (z. B. Fasern, Whisker oder Stäbe) erzeugt werden, wie in
U.S. Pat. Nr. 5,726,524 offenbart. Nanostrukturierte Elemente können auch
beispielsweise in Katalysatorsystemen, chemischen Sensoren und Bioabsorptionssubstraten
verwendet werden. Mikrostrukturierte Oberflächen und Schichten können beispielsweise
in Elektrolumineszenzvorrichtungen, Feldemissionskathoden für Displayvorrichtungen,
Fluidsteuerungsfilmen mit kapillaren Kanälen, bioanalytischen und biomolekularen
Verarbeitungsvorrichtungen und gedruckten elektronischen Komponenten
und Schaltkreisen verwendbar sein.
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WO
94/14619 bezieht sich auf ein Wiederverwendbares Verbund-Spendermedium
umfassend einen nanostrukturierten Oberflächenbereich und ein vergussmassenenthaltendes
Bilderzeugungsmaterial, so dass sich der nanostrukturierte Oberflächenbereich
auf mindestens einer Hauptfläche
des Mediums befindet und der nanostrukturierte Oberflächenbereich
Strahlung absorbiert und die Strahlung in Wärme umwandelt, um das Bilderzeugungsmaterial
thermisch auf einen in der Nähe
des oder neben dem Medium positionierten Rezeptor zu übertragen,
und der nanostrukturierte Oberflächenbereich
hat ferner ausreichende Kapillarität, um abgegebenes Bilderzeugungsmaterial
zwischen Abbildungsereignissen in den nanostrukturierten Oberflächenbereich
aufzufüllen.
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In
mindestens einigen Fällen
ist es unpraktisch, unökonomisch
oder schwierig, diese mikrostrukturierten und nanostrukturierten
Elemente, Schichten, Oberflächen
und Komponenten auf einem gewünschten
Substrat zu erzeugen. Beispielsweise kann es schwierig sein, die
nanostrukturierten Elemente einer Feldemissionsvorrichtung auf einem
Substrat in einem gewünschten
Muster zu erzeugen. Bekannte Verfahren zur Mustererzeugung von kleinen
Merkmalen auf Substraten schließen
beispielsweise Ablations- oder Klebstoffablöseverfahren ein, um einen Teil
einer zuvor erzeugten Schicht von mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Elementen
zu entfernen. Jedoch erfordern diese Verfahren mehrfache Schritte
und können
unangemessene Abfallmaterialien ergeben.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung thermische Übertragungselemente
wie in den Ansprüchen
1 bis 21 definiert. Das thermische Übertragungselement enthält eine
mikrostrukturierte Schicht mit einer Oberfläche, die der mikrostrukturierten
Schicht auferlegte mikrostrukturierte Merkmale definiert. Das thermische Übertragungselement
ist so konfiguriert und angeordnet, mindestens einen Teil der mikrostrukturierten
Schicht auf einen Empfänger
zu übertragen,
während
die mikrostrukturierten Merkmale dieses Teils im Wesentlichen erhalten
bleiben. Das thermische Übertragungselement
kann eine oder mehrere zusätzliche Schichten
enthalten, wie beispielsweise eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht, eine
Zwischenschicht, eine Trennschicht und eine Haftschicht.
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Die
vorstehende Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung soll nicht
jede einzelne offenbarte Ausführungsform
oder jede Implementierung der vorliegenden Erfindung beschreiben.
Die Figuren und die ausführliche
Beschreibung veranschaulichen im Folgenden ausführlicher diese Ausführungsformen.
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Die
Erfindung lässt
sich vollständiger
unter Berücksichtigung
der folgenden ausführlichen
Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstehen,
in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines thermischen Übertragungselements, das eine
mikrostrukturierte Schicht enthält,
ist (Referenz) (in dieser und den folgenden Figuren wurden wegen
der Klarheit der Illustration einige Schraffierungen weggelassen);
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2 eine
Querschnittsansicht eines thermischen Übertragungselements, das eine
mikrostrukturierte Schicht enthält,
ist (Referenz);
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3 eine
Querschnittsansicht eines thermischen Übertragungselements, das eine
mikrostrukturierte Schicht enthält,
ist (Referenz);
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4 eine
Querschnittsansicht eines thermischen Übertragungselements, das eine
mikrostrukturierte Schicht enthält,
ist (Referenz);
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5 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
eines thermischen Übertragungselements, das
eine mikrostrukturierte Schicht enthält, gemäß der Erfindung ist;
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6 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines
thermischen Übertragungselements, das
eine mikrostrukturierte Schicht enthält, gemäß der Erfindung ist;
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die 7A und 7B in
einer Querschnittsansicht ein Verfahren zur Erzeugung eines thermischen Übertragungselements
veranschaulichen (Referenz);
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8 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
eines thermischen Übertragungselements, das
eine mikrostrukturierte Schicht enthält, gemäß der Erfindung ist;
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die 9A bis 9C in
einer Querschnittsansicht ein weiteres Verfahren zur Erzeugung des
thermischen Übertragungselements
gemäß der Erfindung
veranschaulichen;
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die 10A bis 10C in
einer Querschnittsansicht ein Verfahren zur Übertragung eines Teils eines thermischen Übertragungselements,
das ein mikrostrukturiertes Element enthält, auf einen Empfänger gemäß der Erfindung
veranschaulichen;
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die 11A bis 11C in
einer Querschnittsansicht ein zweites Verfahren zur Übertragung
eines Teils eines thermischen Übertragungselements,
das ein mikrostrukturiertes Element enthält, auf einen Empfänger gemäß der Erfindung
veranschaulichen;
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12 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
eines thermischen Übertragungselements gemäß der Erfindung
ist; und
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13 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
eines thermischen Übertragungselements gemäß der Erfindung
ist.
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Während die
Erfindung für
verschiedene Modifikationen und alternative Formen zugänglich ist,
werden Einzelheiten davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt
und werden ausführlich
beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt
ist, die Erfindung auf die speziellen, beschriebenen Ausführungsformen zu
begrenzen.
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Von
der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass sie auf die Erzeugung
von Gegenständen anwendbar
ist, die eine Schicht aufweisen, die eine Oberfläche, die mikrostrukturierte
Merkmale definiert, enthält,
ebenso wie auf thermische Übertragungselemente
und Verfahren zur Herstellung der Gegenstände. Insbesondere zielt die
vorliegende Erfindung auf thermische Übertragungselemente wie in
den Ansprüchen
1 bis 21 definiert. Auch wenn die vorliegende Erfindung nicht so
begrenzt ist, wird ein Verständnis
der verschiedenen Gesichtspunkte der Erfindung durch eine Erläuterung
der nachstehend bereitgestellten Beispiele gewonnen.
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Der
Begriff „mikrostrukturierte
Merkmale" bezieht
sich auf Merkmale einer Oberfläche,
die mindestens eine Abmessung (z. B. Höhe, Länge, Breite oder Durchmesser)
mit weniger als einem Millimeter aufweisen. Die mikrostrukturierten
Merkmale sind absichtlich auf eine mikrostrukturierte Schicht auferlegt
und enthalten keine unbeabsichtigten Erzeugungen, wie beispielsweise
Kratzer, Beulen und Unvollkommenheiten, in den Materialien der mikrostrukturierten
Schicht. Die Auferlegung der mikrostrukturierten Merkmale auf die
mikrostrukturierte Schicht schließt das Erzeugen der mikrostrukturierten
Merkmale durch a) Modifizieren einer Oberfläche einer vorhandenen Schicht
zur Erzeugung der mikrostrukturierten Merkmale und b) Abscheiden
einer Schicht auf eine Oberfläche,
die bereits mikrostrukturierte Merkmale aufweist, ein, ist aber
nicht darauf begrenzt. Mikrostrukturierte Merkmale können gemäß der Erfindung
erzeugt werden, die mindestens eine Abmessung mit nicht mehr als
100 μm oder
10 μm aufweisen.
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Der
Begriff „mikrostrukturierte
Schicht" bezieht
sich auf eine Schicht mit einer Oberfläche, die mikrostrukturierte
Merkmale definiert.
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Der
Begriff „mikrostrukturiertes
Element" bezieht
sich auf ein einzelnes, mikrostrukturiertes Merkmal einer Oberfläche und
enthält
Merkmale, die sich von benachbarten Teilen der Oberfläche weg
erstrecken.
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Der
Begriff „nanostrukturierte
Merkmale" bezieht
sich auf Merkmale einer Oberfläche,
die mindestens eine Abmessung (z. B. Höhe, Länge, Breite oder Durchmesser)
mit weniger als einem Mikrometer aufweisen. Nanostrukturierte Merkmale
sind in der Definition des Begriffs „mikrostrukturierte Merkmale" eingeschlossen.
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Der
Begriff „nanostrukturierte
Schicht" bezieht
sich auf eine Schicht mit einer Oberfläche, die nanostrukturierte
Merkmale definiert. Nanostrukturierte Schichten sind in der Definition
des Begriffs „mikrostrukturierte
Schicht" eingeschlossen.
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Der
Begriff „nanostrukturiertes
Element" bezieht
sich auf ein einzelnes, nanostrukturiertes Merkmal einer Oberfläche und
schließt
Merkmale ein, die sich von benachbarten Teilen der Oberfläche weg
erstrecken.
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Das
thermische Übertragungselement
enthält
typischerweise mindestens ein Donorsubstrat und eine Übertragungseinheit,
die mindestens eine mikrostrukturierte Schicht enthält. Im Betrieb
wird ein Teil der Übertragungseinheit,
der einen Teil der mikrostrukturierten Schicht enthält, vom
thermischen Übertragungselement und
Donorsubstrat auf einen Empfänger übertragen. 1 veranschaulicht
ein thermisches Übertragungselement 100 mit
einem Donorsubstrat 102 und einer mikrostrukturierten Schicht 104,
die eine Oberfläche 106 aufweist,
die mikrostrukturierte Merkmale 108 definiert. Weitere
Schichten, die im thermischen Übertragungselement
enthalten sein können,
schließen
beispielsweise eine Licht/Wärmeumwandlungs-(light-to-heat
conversion: LTHC)schicht, eine Zwischenschicht, eine Trennschicht
und eine Haftschicht ein. Jede dieser Schichten wird nachstehend
ausführlich
erläutert.
Jede dieser Schichten kann mit einer Vielzahl von Verfahren abgeschieden
werden. Die Wahl eines geeigneten Verfahrens hängt mindestens zum Teil von
der Natur der Materialien ab, die für die Schichten verwendet werden.
Geeignete Verfahren zur Erzeugung der Schichten schließen beispielsweise
chemische und physikalische Dampfabscheidung, Sputtern, Schleuderbeschichten,
Walzenbeschichten und andere Filmbeschichtungsverfahren ein.
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Donorsubstrat
und optionale Grundierschicht
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Das
Donorsubstrat stellt ein Trägermaterial
für die
Schichten des thermischen Übertragungselements bereit.
Das Donorsubstrat für
das thermische Übertragungselement
kann ein Polymerfilm sein. Ein geeigneter Typ von Polymerfilm ist
ein Polyesterfilm, beispielsweise Polyethylenterephthalat- oder
Polyethylennaphthalatfilme. Jedoch können andere Filme mit ausreichenden
optischen Eigenschaften (wenn Licht für die Erwärmung und Übertragung verwendet wird),
einschließlich
hoher Durchlässigkeit
für Licht
bei einer speziellen Wellenlänge,
ebenso wie mit ausreichender mechanischer und thermischer Stabilität für die spezielle
Anwendung verwendet werden. Das Donorsubstrat ist in mindestens
einigen Fällen
eben, so dass einheitliche Beschichtungen erzeugt werden können. Das
Donorsubstrat wird auch typischerweise aus Materialien gewählt, die
trotz der Erwärmung
beliebiger Schichten im thermischen Übertragungselement (z. B. eine
Licht/Wärmeumwandlungs-(LTHC)schicht)
stabil bleiben. Eine geeignete Dicke für das Donorsubstrat liegt im
Bereich von beispielsweise 0,025 bis 0,15 mm, vorzugsweise 0,05
bis 0,1 mm, auch wenn dickere oder dünnere Donorsubstrate verwendet
werden können,
falls gewünscht.
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Die
Materialien, die zur Erzeugung des Donorsubstrats und der anderen
Schichten des thermischen Übertragungselements,
insbesondere der LTHC-Schicht verwendet werden, können gewählt werden,
um die Haftung zwischen den Schichten und dem Donorsubstrat zu verbessern.
Eine optionale Grundierschicht kann verwendet werden, um die Einheitlichkeit
während
des Beschichtens von nachfolgenden Schichten zu erhöhen und
auch um die Bindungsstärke
der Zwischenschichten zwischen den anderen Schichten des thermischen Übertragungselements
und dem Donorsubstrat zu erhöhen.
Ein Beispiel für
ein geeignetes Substrat mit Grundierschicht ist von Teijin Ltd.
(Produkt Nr. HPE100, Osaka, Japan) erhältlich.
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Übertragungseinheit und mikrostrukturierte
Schicht(en)
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Das
thermische Übertragungselement
enthält
eine Übertragungseinheit,
die eine oder mehrere Schichten aufweist, wovon Teile auf einen
Empfänger übertragen
werden sollen. Die Übertragungseinheit
enthält
mindestens eine mikrostrukturierte Schicht. Außerdem kann die Übertragungseinheit
andere Schichten enthalten, die übertragen
werden sollen.
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Mikrostrukturierte
Schichten
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Die
mikrostrukturierte Schicht weist mindestens eine Oberfläche auf,
die mikrostrukturierte Merkmale definiert. In einigen Ausführungsformen
enthält
diese mikrostrukturierte Schicht eine Oberfläche, die nanostrukturierte
Merkmale definiert, und kann deshalb als eine „nanostrukturierte Schicht" bezeichnet werden.
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Die
thermische Übertragung
eines Teils der thermischen Übertragungseinheit
erfordert das Übertragen
eines Teils der thermischen Übertragungseinheit
auf einen Empfänger
gemäß einem
gewünschten
Muster. Dies schließt
das Übertragen
eines Teils der mikrostrukturierten Schicht auf den Empfänger ein,
während
vorzugsweise im Wesentlichen die mikrostrukturierten Merkmale des übertragenen
Teils der mikrostrukturierten Schicht erhalten bleiben.
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Die
thermischen Übertragungselemente
können
verwendet werden, um eine Vielzahl von Gegenständen und Vorrichtungen zu erzeugen,
einschließlich
beispielsweise gedruckter elektrischer Schaltkreise und Komponenten,
Mikroelektroden, Elektrolumineszenzvorrichtungen, Feldemissionskathoden,
Halbleitervorrichtungen, optischer Vorrichtungen und mikroelektrischer
mechanischer Vorrichtungen. Eine besondere Anwendung des thermischen Übertragungselements
ist die Erzeugung von mikrostrukturierten oder vorzugsweise nanostrukturierten
Elementen (z. B. Whisker, Fasern, Kegel, Pyramiden oder Stäbe), die
beispielsweise in Feldemissionsdisplays, chemischen und biologischen
Sensoren, Katalysatorsubstraten und Bioabsorptionssubstraten verwendet
werden können.
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Die
mikrostrukturierten Merkmale der mikrostrukturierten Schicht können unter
Verwendung einer Vielzahl von Verfahren erzeugt werden, einschließlich beispielsweise
Lasermustererzeugung, Photolithographie, maschinelle Bearbeitung,
Prägen,
Bedrucken und Spritzguss- oder andere Formverfahren. Die Muster
können in
einem einzigen Material hergestellt werden oder die mikrostrukturierte
Schicht kann unter Verwendung von zwei oder mehreren verschiedenen
Materialien (z. B. Streifen von verschiedenen Materialien) mit einem
Muster versehen werden. Die 7A und 7B veranschaulichen
ein spezielles Verfahren zur Erzeugung einer mikrostrukturierten
Schicht. Bei diesem Verfahren wird ein thermisches Übertragungselement 200 bereitgestellt,
das ein Donorsubstrat 202, Licht/Wärmeumwandlungsschicht 204 und
eine unstrukturierte Schicht 206 enthält, wie in 7A veranschaulicht,
auch wenn andere Kombinationen von Schichten verwendet werden könnten. Die
unstrukturierte Schicht 206 wird aus einem Material erzeugt,
das mit einem Muster versehen, geformt, geprägt oder andersartig modifiziert
werden kann, um der unstrukturierten Schicht mikrostrukturierte Merkmale
aufzuerlegen. Beispielsweise kann die unstrukturierte Schicht 206 ein
thermoplastisches oder duroplastisches Material sein.
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Ein
mikrostrukturiertes Werkzeug 208 wird verwendet, um der
unstrukturierten Schicht 206 die mikrostrukturierten Merkmale
aufzuerlegen. Das mikrostrukturierte Werkzeug 208 kann
verwendet werden, um der unstrukturierten Schicht die mikrostrukturierten
Merkmale 210 aufzuprägen,
zu formen, einzudrucken, aufzustempeln, einzudrücken oder andersartig aufzuerlegen,
wodurch eine mikrostrukturierte Schicht 207 erzeugt wird,
wie in 7B veranschaulicht. Die unstrukturierte
Schicht 206 wird gegebenenfalls erwärmt oder andersartig behandelt,
um die Erzeugung der mikrostrukturierten Merkmale zu erleichtern.
In einigen Ausführungsformen
wird die mikrostrukturierte Schicht aus einem härtbaren Material erzeugt, das
nach der Erzeugung der mikrostrukturierten Merkmale gehärtet wird,
um die Merkmale zu halten.
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In
einem anderen Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten
Schicht wird eine zweite mikrostrukturierte Schicht 168 über der
ersten mikrostrukturierten Schicht 166 erzeugt, wie in 5 veranschaulicht, wodurch
der zweiten mikrostrukturierten Schicht die mikrostrukturierten Merkmale
der ersten mikrostrukturierten Schicht auferlegt werden. Das thermische Übertragungselement 160 enthält, wie
veranschaulicht, auch ein Donorsubstrat 162 und eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 164 ein,
jedoch können
andere Kombinationen von Schichten verwendet werden. Die zweite
mikrostrukturierte Schicht 168 kann unter Verwendung einer
Vielzahl von Materialien, einschließlich Polymere und Metalle,
und mit einer Vielzahl von Verfahren, einschließlich chemische Dampfabscheidung,
physikalische Dampfabscheidung, Sputtern, Beschichten, Elektroplattieren und
Plattieren ohne Elektrizität,
hergestellt werden. Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zur Erzeugung
einer mikrostrukturierten Schicht ist die Monomerdampfabscheidung
zur Erzeugung von Polymeren durch in situ-Polymerisation der als
Dampf abgeschiedenen Monomeren, wie in beispielsweise den U.S. Patentanmeldungen Nrn.
09/259,487 und 09/259,100 und den U.S. Patenten Nrn. 5,395,644;
5,097,800; 4,954,371; und 4,842,893 beschrieben. Die zweite mikrostrukturierte
Schicht 168 kann eine sich anschmiegende Schicht sein,
wie in 5 veranschaulicht, oder die zweite mikrostrukturierte
Schicht 168 kann die mikrostrukturierten Merkmale der ersten
mikrostrukturierten Schicht 166 auffüllen und eine glatte oder raue
Oberfläche
gegenüber
den mikrostrukturierten Merkmalen aufweisen.
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In
einigen Fällen
ist die zweite mikrostrukturierte Schicht 168 die Hauptschicht
der Übertragungseinheit.
Die erste mikrostrukturierte Schicht 166 kann als Form,
Gerüst,
Modell oder Templat für
die Merkmale der zweiten mikrostrukturierten Schicht 168 fungieren.
Als ein Beispiel kann ein Teil der zweiten mikrostrukturierten Schicht 168 mit
dem dazu gehörigen
Teil der ersten mikrostrukturierten Schicht 166, die als
eine Trennschicht fungiert, übertragen
werden. Dieser dazugehörige
Teil der ersten mikrostrukturierten Schicht 166 kann mit
dem Teil der zweiten mikrostrukturierten Schicht 168 übertragen
oder in einigen Ausführungsformen
nicht übertragen
werden. Selbst wenn der dazugehörige
Teil der ersten mikrostrukturierten Schicht 166 übertragen
wird, könnte
dieser Teil, falls gewünscht,
durch beispielsweise Erhitzen entfernt werden, um den übertragenen
Teil der ersten mikrostrukturierten Schicht 166 zu sublimieren,
zu verdampfen, zu verflüssigen,
zu zersetzen oder zu depolymerisieren.
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Die 9A bis 9C veranschaulichen
ein anderes Verfahren zur Erzeugung eines thermischen Übertragungselements 300,
wie in 8 veranschaulicht. Das thermische Übertragungselement 300 aus 8 enthält ein Donorsubstrat 302,
eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 304,
eine Trennschicht 306, mikrostrukturierte Schicht 308 mit
einer Oberfläche
mit mikrostrukturierten Merkmalen 310 und eine Haftschicht 314.
Es versteht sich, dass andere thermische Übertragungselemente unter Verwendung
anderer Kombinationen von Schichten erzeugt werden könnten (beispielsweise
ein thermisches Übertragungselement
ohne Haftschicht oder Licht/Wärmeumwandlungsschicht).
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Anfangs
wird ein Film 320 mit dem Donorsubstrat 302, der
Licht/Wärmeumwandlungsschicht 304 und der
Trennschicht 306 bereitgestellt, wie in 9A veranschaulicht.
Ein mikrostrukturierter Film 322, der die mikrostrukturierte
Schicht 308 mit einer Oberfläche mit mikrostrukturierten
Merkmalen 310 und ein optionales Trennmedium 312 enthält, wird
separat bereitgestellt.
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Die
Trennschicht 306 wird typischerweise unter Verwendung eines
Materials, wie ein thermoplastisches oder duroplastisches Polymer,
erzeugt, in das die mikrostrukturierten Merkmale 310 der mikrostrukturierten
Schicht 308 gepresst, gedrückt, implantiert, eingefügt oder
andersartig eingebettet werden können,
wie in 9B veranschaulicht. Die mikrostrukturierten
Merkmale 310 der mikrostrukturierten Schicht 308 werden mit
einer Vielzahl von Verfahren in die Trennschicht 306 eingebettet,
einschließlich
beispielsweise manuelles oder mechanisches Pressen der mikrostrukturierten
Schicht in die Trennschicht. Nach dem Einbetten der mikrostrukturierten
Merkmale 310 in die Trennschicht 306 wird das
Trennmedium 312 entfernt. Gegebenenfalls kann eine Haftschicht 314 über der
mikrostrukturierten Schicht 308 erzeugt werden, wie in 9C veranschaulicht
und nachstehend beschrieben.
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Dieses
Verfahren kann auf viele Arten modifiziert werden. Beispielsweise
können
die mikrostrukturierten Merkmale in einer anderen Schicht als der
Trennschicht eingebettet werden. Diese Schicht könnte eine andere Funktion im
thermischen Übertragungselement
haben oder die Schicht könnte
einzig als Schicht zum Einbetten der mikrostrukturierten Merkmale
nützlich
sein. Außerdem
könnte
die thermische Übertragungseinheit
so modifiziert werden, dass sie eine beliebige der nachstehend beschriebenen,
zusätzlichen
Schichten enthält
und/oder die Licht/Wärmeumwandlungsschicht,
Trennschicht und/oder Haftschicht nicht enthält.
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Beispiele
für nanostrukturierte
Elemente
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Geeignete
mikrostrukturierte Merkmale, die im in den 9A bis 9C veranschaulichten
Verfahren verwendet werden könnten,
sind mikrostrukturierte oder nanostrukturierte Elemente, wie die
in den U.S. Patenten Nrn. 4,812,352; 5,039,561; 5,336,558; 5,709,943;
5,338,430; 5,238,729; und 5,726,524 beschriebenen. Diese nanostrukturierten
Elemente werden durch Abscheiden von Dampf eines organischen Materials
als eine dünne
kontinuierliche oder diskontinuierliche Schicht auf einem Substrat
und dann Glühen
der abgeschiedenen organischen Schicht in einem Vakuum für eine Zeitdauer
und eine Temperatur erzeugt, die ausreicht, um eine physikalische Änderung
in der abgeschiedenen organischen Schicht zu induzieren, wodurch
die nanostrukturierten Elemente erzeugt werden.
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Geeignete
organische Materialien schließen
beispielsweise thermoplastische Polymere, wie Alkyd-, Melamin-,
Harnstoff-Formaldehyd-, Diallylphthalat-, Epoxid-, Phenol-, Polyester-
und Siliconpolymere; duroplastische Polymere, wie Acrylnitril-Butadien-Styrol-, Acetal-,
Acryl-, Cellulose-, Ethylen-Vinylacetat-,
Fluorkohlenstoff-, Nylonparylene-, Phenoxid-, Polyallomer-, Polypropylen-,
Polyamidimid-, Polyimid-, Polycarbonat-, Polyester-, Polyphenylenoxid-,
Polystyrol-, Polysulfon- und Vinylpolymere; und metallorganische
Verbindungen, wie Bis(η5-cyclopentadienyl)eisen(II), Pentacarbonyleisen,
Pentacarbonylruthenium, Pentacarbonylosmium, Hexacarbonylchrom,
Hexacarbonylmolybdän,
Hexacarbonylwolfram und Tris(triphenylphosphin)rhodiumchlorid, ein.
Weitere verwendbare organische Materialien sind diejenigen, die
in einer Fischgrätenkonfiguration
kristallisieren und schließen
polynukleare aromatische Kohlenwasserstoffe und heterocyclische
aromatische Verbindungen ein. Geeignete, bevorzugte, organische
Materialien schließen
Naphthaline, Phenanthrene, Perylene, Anthracene, Coronene, Pyrene,
Phthalocyanine, Porphyrine, Carbazole, Purine und Pterine ein. Ein
bevorzugtes organisches Material ist N,N'-Di(3,5-xylyl)perylen-3,4,9,10-bis(dicarboxamid)
(im Handel unter der Handelsbezeichnung „C. I. Pigment Red 149" von American Hoechst
Corp., Somerset, N. J., erhältlich) und
als „Perylenrot" bekannt.
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Vorzugsweise
sind die nanostrukturierten Elemente von einheitlicher Länge und
Gestalt und weisen einheitliche Querschnittsabmessungen entlang
ihrer Hauptachsen auf. Als ein Beispiel können nanostrukturierte Elemente
mit einer Länge
von etwa 50 μm
oder weniger erzeugt werden. In einigen Fällen liegt die Länge jedes
nanostrukturierten Elements im Bereich von etwa 0,1 bis 5 μm und kann
im Bereich von 0,1 bis 3 μm liegen.
Nanostrukturierte Elemente mit einer mittleren Querschnittsabmessung
von etwa 1 μm
oder weniger können
erzeugt werden. In einigen Fällen
liegt die Querschnittsabmessung im Bereich von 0,01 bis 0,5 μm und kann
im Bereich von 0,03 bis 0,3 μm
liegen.
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Nanostrukturierte
Elemente, die eine Anzahl-pro-Fläche-Dichte im Bereich
von etwa 107 bis etwa 1011 Mikrostrukturen
pro Quadratzentimeter aufweisen, können mit diesem Verfahren erzeugt
werden. In einigen Ausführungsformen
können
die nanostrukturierten Elemente eine Flächendichte im Bereich von etwa
108 bis etwa 1010 Mikrostrukturen
pro Quadratzentimeter aufweisen. Jedes einzelne nanostrukturierte
Element kann monokristallin oder polykristallin anstatt amorph sein.
Die mikrostrukturierte Schicht kann auf Grund der kristallinen Natur
und einheitlichen Orientierung der Mikrostrukturen hochgradig anisotrope
Eigenschaften aufweisen.
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Nanostrukturierte
Elemente können
eine Vielzahl von Orientierungen und gerade und gekrümmte Gestalten
(z. B. Whisker, Stäbe,
Kegel, Pyramiden, Kugeln, Zylinder und dergleichen, die verdreht,
gekrümmt oder
gerade sein können)
aufweisen und jede einzelne Schicht kann eine Kombination von Orientierungen
und Gestalten einschließen.
Die Orientierung der nanostrukturierten Elemente kann durch die
Substrattemperatur, die Abscheidungsgeschwindigkeit und den Auftreffwinkel
während
der Abscheidung der organischen Schicht beeinflusst werden. Wenn
die Temperatur des Substrats während
der Abscheidung des organischen Materials ausreichend hoch ist (d.
h. über
einer kritischen Substrattemperatur, die im Fachgebiet mit einem
Wert von einem Drittel des Siedepunkts (K) des organischen Materials
verknüpft
wird), erzeugt das abgeschiedene organische Material zufällig orientierte
nanostrukturierte Elemente entweder bei der Abscheidung oder beim
nachfolgenden Glühen.
Wenn die Temperatur des Substrats während der Abscheidung verhältnismäßig niedrig
ist (d. h. unter der kritischen Substrattemperatur), erzeugt das
abgeschiedene organische Material in der Regel einheitlich orientierte,
nanostrukturierte Elemente beim Glühen. Wenn einheitlich orientierte,
nanostrukturierte Elemente, die Perylenrot enthalten, gewünscht sind,
beträgt
beispielsweise die Temperatur des Substrats während der Abscheidung des Perylenrots
vorzugsweise etwa 0°C
bis etwa 30°C.
Bestimmte, nachfolgende, anschmiegungsfähige Beschichtungsverfahren,
wie DC-Magnetronsputtern
und Kathodenlichtbogen-Vakuum-Verfahren,
ergeben krummlinige Mikrostrukturen.
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Beim
Glühschritt
wird das Substrat mit der darauf aufgetragenen organischen Schicht
in einem Vakuum für
eine Zeitdauer und bei einer Temperatur erhitzt, die ausreichen,
dass die aufgetragene organische Schicht eine physikalische Änderung
durchmacht, wobei die organische Schicht zu einer mikrostrukturierten Schicht
mit einer dichten Anordnung von diskreten, orientierten monokristallinen
oder polykristallinen nanostrukturierten Elementen heranwächst. Die
einheitliche Orientierung der nanostrukturierten Elemente ist eine
typische Konsequenz des Glühverfahrens,
wenn die Substrattemperatur während
der Abscheidung genügend niedrig
ist. Es wird nicht beobachtet, dass es sich schädlich auf die nachfolgende
Erzeugung der Mikrostruktur auswirkt, wenn das beschichtete Substrat
vor dem Glühschritt
der Atmosphäre
ausgesetzt wird.
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Wenn
beispielsweise das aufgetragene organische Material Perylenrot oder
Kupferphthalocyanin ist, erfolgt das Glühen vorzugsweise im Vakuum
(d. h. weniger als etwa 1 × 10–3 Torr)
bei einer Temperatur im Bereich von etwa 160°C bis etwa 270°C. Die Glühdauer,
die zur Umwandlung der ursprünglichen
organischen Schicht in die mikrostrukturierte Schicht notwendig
ist, hängt
von der Glühtemperatur
ab. Typischerweise reicht eine Glühdauer im Bereich von etwa
10 Minuten bis etwa 6 Stunden aus. Vorzugsweise liegt die Glühdauer im Bereich
von etwa 20 Minuten bis etwa 4 Stunden. Ferner wird bei Perylenrot
beobachtet, dass die optimale Glühtemperatur,
um die gesamte ursprüngliche
organische Schicht in eine mikrostrukturierte Schicht umzuwandeln,
aber nicht abzusublimieren, mit der Dicke der abgeschiedenen Schicht
variiert. Typischerweise liegt bei Dicken der ursprünglichen
organischen Schicht von 0,05 bis 0,15 μm die Temperatur im Bereich
von 245°C bis
270°C.
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Weitere
Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Schichten sind im
Fachgebiet bekannt. Beispielsweise werden Verfahren zur Herstellung
organischer mikrostrukturierter Schichten in Materials Science and
Engineering, A158 (1992), S. 1–6;
J. Vac. Sci. Technol. A, 5, (4), Juli/August, 1987, S. 1914–16; J.
Vac. Sci. Technol. A 6, (3), Mai/August, 1988, S. 1907–11; Thin
Solid Films., 186, 1990, S. 327–47;
J. Mat. Sci., 25, 1990, S. 5257–68;
Rapidly Quenched Metals, Proc. of the Fifth Int. Conf. on Rapidly
Quenched Metals, Würzburg,
Deutschland (3. bis 7. Sept. 1984), S. Steeb et al., Hrsg., Elsevier
Science Publishers B. V., New York, (1985), S. 1117–24; Photo.
Sci. and Eng., 24, (4), Juli/August, 1980, S. 211–16; und
den U.S. Pat. Nrn. 4,568,598 und 4,340,276 offenbart. Verfahren
zur Herstellung mikrostrukturierter Schichten von Whiskern auf anorganischer
Basis werden beispielsweise in J. Vac. Sci. Tech. A, 1, (3), Juli/September,
1983, S. 1398–1402 und
U.S. Pat. Nr. 3,969,545; den U.S. Pat. Nrn. 4,252,865, 4,396,643,
4,148,294, 4,252,843, 4,155,781, 4,209,008, und 5,138,220 offenbart.
-
Verwendbare
anorganische Materialien zur Herstellung nanostrukturierter Elemente
schließen
beispielsweise Kohlenstoff, diamantartigen Kohlenstoff, Keramiken
(z. B. Metall- oder Nichtmetalloxide, wie Aluminiumoxid, Siliciumdioxid,
Eisenoxid und Kupferoxid; Metall- oder Nichtmetallnitride, wie Siliciumnitrid
und Titannitrid; und Metall- oder Nichtmetallcarbide, wie Siliciumcarbid;
Metall- oder Nichtmetallboride, wie Titanborid); Metall- oder Nichtmetallsulfide,
wie Cadmiumsulfid und Zinksulfid; Metallsilicide, wie Magnesiumsilicid, Calciumsilicid
und Eisensilicid; Metalle (z. B. Edelmetalle, wie Gold, Silber,
Platin, Osmium, Iridium, Palladium, Ruthenium, Rhodium und Kombinationen
davon, Übergangsmetalle,
wie Scandium, Vanadium, Chrom, Mangan, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zirconium
und Kombinationen davon; niedrig schmelzende Metalle, wie Bismut, Blei,
Indium, Antimon, Zinn, Zink und Aluminium; feuerfeste Metalle, wie
Wolfram, Rhenium, Tantal, Molybdän und
Kombinationen davon); und Halbleitermaterialien (z. B. Diamant,
Germanium, Selen, Arsen, Silicium, Tellur, Galliumarsenid, Galliumantimonid,
Galliumphosphid, Aluminiumantimonid, Indiumantimonid, Indiumzinnoxid,
Zinkantimonid, Indiumphosphid, Aluminiumgalliumarsenid, Zinktellurid
und Kombinationen davon) ein.
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In
einigen Ausführungsformen
werden die nanostrukturierten Elemente (z. B. Whisker oder Fasern) mit
einer oder mehreren Schichten von sich anschmiegendem Beschichtungsmaterial
beschichtet. Das sich anschmiegende Beschichtungsmaterial kann,
wenn es angewendet wird, als eine funktionelle Schicht dienen, die
erwünschte
elektronische Eigenschaften, wie Leitfähigkeit und elektronische Austrittsarbeit,
ebenso wie andere Eigenschaften, wie thermische Eigenschaften, optische
Eigenschaften, beispielsweise Lichtabsorption zur Ablation, mechanische
Eigenschaften (z. B. Festigen der Mikrostrukturen, aus denen die
mikrostrukturierte Schicht besteht), chemische Eigenschaften (z.
B. Bereitstellen einer Schutzschicht) und Eigenschaften des niedrigen
Dampfdrucks verleiht. Das sich anschmiegende Beschichtungsmaterial
kann ein anorganische Material, organisches Material oder polymeres
Material sein. Verwendbare anorganische und organische, sich anschmiegende
Beschichtungsmaterialien schließen
beispielsweise diejenigen ein, die vorstehend bei der Beschreibung
der Mikrostrukturen beschrieben wurden. Verwendbare organische Materialien
schließen
beispielsweise auch leitfähige
Polymere (z. B. Polyacetylen), von Poly-p-xylylen abgeleitete Polymere
und Materialien ein, die selbstorganisierende Schichten bilden können. Als
ein Beispiel kann die Dicke einer geeigneten, sich anschmiegenden
Beschichtung im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 50 nm liegen.
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Die
sich anschmiegende Beschichtung kann auf die mikrostrukturierte
Schicht unter Verwendung herkömmlicher
Verfahren abgeschieden werden, einschließlich beispielsweise den in
den U.S. Pat. Nrn. 4,812,352 und 5,039,561 offenbarten. Typischerweise
kann jedes Verfahren, das die Störung
der mikrostrukturierten Schicht durch mechanische Kräfte vermeidet,
zur Abscheidung der sich anschmiegenden Beschichtung verwendet werden.
Geeignete Verfahren schließen
beispielsweise Gasphasenabscheidung (z. B. Vakuumverdampfen, Sputtern,
chemische Dampfabscheidung und Monomerdampfabscheidung), Lösungsbeschichtung
oder Dispersionsbeschichtung (z. B. Tauchbeschichten, Sprühbeschichten,
Schleuderbeschichten, Gießbeschichten
(d. h. Ausgießen
einer Flüssigkeit über einer
Oberfläche
und Ermöglichen,
dass die Flüssigkeit über die
mikrostrukturierte Schicht fließt,
gefolgt von Entfernen des Lösungsmittels)),
Eintauchbeschichten (d. h. Eintauchen der mikrostrukturierten Schicht
in eine Lösung
für eine
Zeitdauer, die ausreicht, dass die Schicht Moleküle aus der Lösung oder
Kolloide oder andere Teilchen aus einer Dispersion adsorbieren kann), Elektroplattieren
und Plattieren ohne Elektrizität
ein. vorzugsweise wird die sich anschmiegende Beschichtung durch
Gasphasenabscheidungsverfahren abgeschieden, wie beispielsweise
Ionensputtern, Abscheidung aus dem Kathodenlichtbogen, Dampfkondensation,
Vakuumsublimation, physikalischer Dampftransport, chemischer Dampftransport
und metallorganische chemische Dampfabscheidung.
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Mehrfache
Mikrostrukturen
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12 veranschaulicht
noch eine weitere Ausführungsform
eines thermischen Übertragungselements 610.
Das thermische Übertragungselement
enthält
ein Donorsubstrat 612, eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 614 und
eine mikrostrukturierte Schicht 616. Die mikrostrukturierte
Schicht 616 weist eine Oberfläche auf, die einen ersten Satz
von mikrostrukturierten Merkmalen 618 und einen zweiten
Satz von mikrostrukturierten Merkmalen 620 definiert. Zusätzliche
Schichten und Schichtkonfigurationen können ebenso wie zusätzliche
Sätze von
mikrostrukturierten Merkmalen verwendet werden.
-
Der
zweite Satz von mikrostrukturierten Merkmalen 620 kann
auf oder über
dem ersten Satz von mikrostrukturierten Merkmalen 618 erzeugt
werden. Als Alternative können
die ersten und zweiten Sätze
von mikrostrukturierten Merkmalen so erzeugt werden, dass sie nicht
oder nur teilweise überlappen.
Die ersten und zweiten Sätze
von mikrostrukturierten Merkmalen (und alle zusätzlichen Sätze von mikrostrukturierten
Merkmalen) können
zur Erzeugung von Strukturen verwendet werden, die, wenn sie übertragen
sind, eine Kombination der Merkmale sind. Beispielsweise könnten die
mikrostrukturierten Merkmale, die in den 9A bis 9C veranschaulicht
sind, unter Verwendung eines zweiten Satzes von mikrostrukturierten
Merkmalen weiter mit einem Muster versehen werden.
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Übertragungseinheiten mit mehreren
mikrostrukturierten Schichten
-
13 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
eines thermischen Übertragungselements 710. Dieses
thermische Übertragungselement
enthält
ein Donorsubstrat 712, eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 714 und
eine Übertragungseinheit,
die mindestens zwei mikrostrukturierte Schichten 716 und 718 enthält. Zusätzliche
Schichten oder andere Schichtkonfigurationen können, wie hier beschrieben,
verwendet werden.
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Die
mikrostrukturierten Merkmale der zwei (oder mehr) mikrostrukturierten
Schichten 716 und 718 können gleich sein, wie in 13 gezeigt.
Als Alternative können
die mikrostrukturierten Merkmale jeder Schicht verschieden sein.
Als noch eine weitere Alternative können die mikrostrukturierten
Schichten durch eine dazwischen liegende Schicht 720 getrennt
sein. In einigen Ausführungsformen
können
die zwei oder mehr mikrostrukturierten Schichten und alle dazwischen
liegenden Schichten ebenso wie andere Schichten der thermischen Übertragungseinheit
verwendet werden, einen Teil oder alles einer mehrschichtigen Vorrichtung
zu erzeugen (z. B. eine mehrschichtige elektronische oder optische
Vorrichtung, wie eine organische Elektrolumineszenzvorrichtung oder
ein Transistor).
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Licht/Wärmeumwandlungs-(LTHC)schicht
-
Bei
strahlungsinduzierter thermischer Übertragung wird typischerweise
eine Licht/Wärmeumwandlungs-(LTHC)schicht
in das thermische Übertragungselement
eingearbeitet, um die Energie von Licht, das aus einer Licht emittierenden
Quelle abgestrahlt wird, in das thermische Übertragungselement zu kuppeln. 2 veranschaulicht
eine Ausführungsform
eines thermischen Übertragungselements 110,
das ein Donorsubstrat 112, eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 114 und
eine mikrostrukturierte Schicht 116 enthält. Weitere
Strukturen von thermischen Übertragungselementen,
die eine LTHC-Schicht enthalten, können erzeugt werden.
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Die
LTHC-Schicht enthält
typischerweise ein Strahlungsabsorptionsmittel, das einfallende
Strahlung (z. B. Laserlicht) absorbiert und mindestens einen Teil
der einfallenden Strahlung in Wärme
umwandelt, um die Übertragung
der mikrostrukturierten Schicht vom thermischen Übertragungselement auf den
Empfänger
zu ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen
gibt es keine separate LTHC-Schicht und stattdessen ist das Strahlungsabsorptionsmittel
in einer anderen Schicht des thermischen Übertragungselements angeordnet,
wie dem Donorsubstrat, der Trennschicht oder der mikrostrukturierten
Schicht. In anderen Ausführungsformen
enthält das
thermische Übertragungselement
eine LTHC-Schicht und enthält
auch zusätzliches)
Strahlungsabsorptionsmittel, die in einer oder mehreren der anderen
Schichten des thermischen Übertragungselements,
wie beispielsweise dem Donorsubstrat, der Trennschicht oder der
mikrostrukturierten Schicht, angeordnet sind. In noch anderen Ausführungsformen
enthält
das thermische Übertragungselement
nicht eine LTHC-Schicht oder ein Strahlungsabsorptionsmittel und
die mikrostrukturierte Schicht wird unter Verwendung eines Heizelements übertragen,
das das thermische Übertragungselement
kontaktiert.
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Typischerweise
absorbiert das Strahlungsabsorptionsmittel in der LTHC-Schicht (oder
anderen Schichten) Licht im Infrarot-, sichtbaren und/oder ultravioletten
Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Das Strahlungsabsorptionsmittel
besitzt typischerweise ein hohes Absorptionsvermögen für die gewählte, Bild erzeugende Strahlung
und stellt eine optische Dichte bei der Wellenlänge der Bild erzeugenden Strahlung
im Bereich von 0,2 bis 3 und vorzugsweise 0,5 bis 2 bereit. Geeignete,
Strahlung absorbierende Materialien können beispielsweise Farbstoffe
(z. B. sichtbare Farbstoffe, Ultraviolettfarbstoffe, Infrarotfarbstoffe,
Fluoreszenzfarbstoffe und Strahlung polarisierende Farbstoffe),
Pigmente, Metalle, Metallverbindungen, Metallfilme und andere, geeignete,
absorbierende Materialien enthalten. Beispiele für geeignete Strahlungsabsorptionsmittel können Ruß, Metalloxide
und Metallsulfide enthalten. Ein Beispiel für eine geeignete LTHC-Schicht
kann ein Pigment, wie Ruß,
und ein Bindemittel, wie ein organisches Polymer, enthalten. Eine
weitere geeignete LTHC-Schicht kann Metall oder Metall/Metalloxid
enthalten, das als Dünnschicht
erzeugt wurde, beispielsweise schwarzes Aluminium (d. h. ein teilweise
oxidiertes Aluminium mit schwarzem visuellem Erscheinungsbild). Metallische
und Metallverbindungsfilme können
mit Verfahren erzeugt werden, wie beispielsweise Sputtern und Dampfabscheidung.
Teilchenförmige
Beschichtungen können
unter Verwendung eines Bindemittels und jedes geeigneten Trocken-
oder Nassbeschichtungsverfahrens erzeugt werden.
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Farbstoffe,
die zur Verwendung als Strahlungsabsorptionsmittel in einer LTHC-Schicht
geeignet sind, können
in teilchenförmiger
Form, gelöst
in einem Bindemittelmaterial oder mindestens teilweise in einem
Bindemittelmaterial dispergiert vorliegen. Wenn dispergierte, teilchenförmige Strahlungsabsorptionsmittel
verwendet werden, kann die Teilchengröße mindestens in einigen Fällen etwa
10 μm oder
weniger betragen und kann etwa 1 μm
oder weniger betragen. Geeignete Farbstoffe schließen diejenigen
Farbstoffe ein, die im IR-Bereich des Spektrums absorbieren. Beispiele
für solche
Farbstoffe finden sich in Matsuoka, M., „Infrared Absorbing Materials", Plenum Press, New
York, 1990; Matsuoka, M., Absorption Spectra of Dyes for Diode Lasers,
Bunshin Publishing Co., Tokyo, 1990, den U.S. Patenten Nrn. 4,722,583;
4,833,124; 4,912,083; 4,942,141; 4,948,776; 4,948,778; 4,950,639;
4,940,640; 4,952,552; 5,023,229; 5,024,990; 5,156,938; 5,286,604;
5,340,699; 5,351,617; 5,360,694; und 5,401,607; den europäischen Patenten
Nrn. 321,923 und 568,993; und Beilo, K. A. et al., J. Chem. Soc.,
Chem. Commun., 1993, 452–454
(1993). IR-Absorptionsmittel, die
von Glendale Protective Technologies, Inc., Lakeland, Fla., unter
der Bezeichnung CYASORB IR-99, IR-126 und IR-165 vermarktet werden,
können
auch verwendet werden. Ein spezieller Farbstoff kann auf der Basis
von Faktoren gewählt
werden, wie Löslichkeit
in und Verträglichkeit
mit einem speziellen Bindemittel und/oder Beschichtungslösungsmittel
ebenso wie dem Wellenlängenbereich
der Absorption.
-
Pigmentmaterialien
können
in der LTHC-Schicht auch als Strahlungsabsorptionsmittel verwendet
werden. Beispiele für
geeignete Pigmente schließen
Ruß und
Graphit ebenso wie Phthalocyanine, Nickeldithiolene und andere Pigmente
ein, die in den U.S. Pat. Nrn. 5,166,024 und 5,351,617 beschrieben
werden. Außerdem
können
schwarze Azopigmente auf der Basis von Kupfer- oder Chromkomplexen
von beispielsweise Pyrazolongelb, Dianisidinrot und Nickelazogelb
verwendbar sein. Anorganische Pigmente können auch verwendet werden,
einschließlich
beispielsweise Oxiden und Sulfiden von Metallen, wie Aluminium,
Bismut, Zinn, Indium, Zink, Titan, Chrom, Molybdän, Wolfram, Cobalt, Iridium,
Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silber, Gold, Zirconium, Eisen,
Blei und Tellur. Metallboride, -carbide, -nitride, -carbonitride,
Oxide mit Bronzestruktur und Oxide, die strukturell mit der Bronzefamilie
(z. B. WO2,9) verwandt sind, können auch
verwendet werden.
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Metallstrahlungsabsorptionsmittel
können
verwendet werden, entweder in Form von Partikeln, wie beispielsweise
in U.S. Pat. Nr. 4,252,671 beschrieben, oder als Filme, wie in U.S.
Pat. Nr. 5,256,506 offenbart. Geeignete Metalle schließen beispielsweise
Aluminium, Bismut, Zinn, Indium, Tellur und Zink ein.
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Wie
angegeben, kann ein teilchenförmiges
Strahlungsabsorptionsmittel in einem Bindemittel angeordnet sein.
Der Gewichtsprozentsatz an Strahlungsabsorptionsmittel in der Beschichtung,
wobei das Lösungsmittel
bei der Berechnung der Gewichtsprozente ausgeschlossen wird, beträgt im Allgemeinen
1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 3 Gew.-% bis 20 Gew.-% und
am stärksten
bevorzugt 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, je nach dem/den speziellen Strahlungsabsorptionsmittel(n)
und Bindemittel(n), die in der LTHC verwendet werden.
-
Geeignete
Bindemittel zur Verwendung in der LTHC-Schicht schließen Film erzeugende Polymere
ein, wie beispielsweise Phenolharze (z. B. Novolak- und Resolharze),
Polyvinylbutyralharze, Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylidenchloride,
Polyacrylate, Celluloseether und -ester, Nitrocellulosen und Polycarbonate.
Geeignete Bindemittel können
Monomere, Oligomere oder Polymere enthalten, die polymerisiert oder
vernetzt wurden oder polymerisiert oder vernetzt werden können. In
einigen Ausführungsformen
wird das Bindemittel in erster Linie unter Verwendung einer Beschichtung
von vernetzbaren Monomeren und/oder Oligomeren mit optionalem Polymer
erzeugt. Wenn ein Polymer im Bindemittel verwendet wird, enthält das Bindemittel 1
bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 45 Gew.-% Polymer (wobei das
Lösungsmittel
ausgeschlossen wird, wenn die Gew.-% berechnet werden).
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Nach
dem Auftragen auf das Donorsubstrat werden die Monomere, Oligomere
und Polymere zur LTHC vernetzt. In einigen Fällen kann, wenn die Vernetzung
der LTHC-Schicht
zu gering ist, die LTHC-Schicht durch die Wärme beschädigt werden und/oder die Übertragung
eines Teils der LTHC-Schicht auf den Empfänger mit der mikrostrukturierten
Schicht ermöglichen.
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Das
Einbeziehen eines thermoplastischen Harzes (z. B. Polymer) kann
in mindestens einigen Fällen die
Leistung (z. B. Übertragungseigenschaften
und/oder Beschichtbarkeit) der LTHC-Schicht verbessern. Es wird
angenommen, dass ein thermoplastisches Harz die Haftung der LTHC-Schicht
am Donorsubstrat verbessern kann. In einer Ausführungsform enthält das Bindemittel
25 bis 50 Gew.-% (wobei das Lösungsmittel
ausgeschlossen wird, wenn die Gewichtsprozente berechnet werden)
thermoplastisches Harz und vorzugsweise 30 bis 45 Gew.-% thermoplastisches
Harz, auch wenn geringere Mengen an thermoplastischem Harz verwendet
werden können
(z. B. 1 bis 15 Gew.-%). Das thermoplastische Harz wird typischerweise
so gewählt,
dass es mit den anderen Materialien des Bindemittels verträglich ist
(d. h. eine einphasige Kombination ergibt). Zur Angabe der Verträglichkeit
kann ein Löslichkeitsparameter
verwendet werden, Polymer Handbook, J. Brandrup, Hrsg., S. VII 519–557 (1989).
In mindestens einigen Ausführungsformen
wird ein thermoplastisches Harz, das einen Löslichkeitsparameter im Bereich
von 9 bis 13 (cal/cm3)1/2,
vorzugsweise 9,5 bis 12 (cal/cm3)1/2 aufweist, für das Bindemittel gewählt. Beispiele
für geeignete
thermoplastische Harze schließen
Polyacryle, Styrol-Acryl-Polymere und -Harze und Polyvinylbutyral
ein.
-
Herkömmliche
Beschichtungshilfsmittel, wie grenzflächenaktive Mittel und Dispergiermittel,
können zugegeben
werden, um das Beschichtungsverfahren zu erleichtern. Die LTHC-Schicht
kann unter Verwendung einer Vielzahl von im Fachgebiet bekannten Beschichtungsverfahren
auf das Donorsubstrat aufgetragen werden. Eine polymere oder organische
LTHC-Schicht wird
in mindestens einigen Fällen
zu einer Dicke von 0,05 μm
bis 20 μm,
vorzugsweise 0,5 μm
bis 10 μm
und am stärksten
bevorzugt 1 μm
bis 7 μm
aufgetragen. Eine anorganische LTHC-Schicht wird in mindestens einigen
Fällen
zu einer Dicke im Bereich von 0,001 bis 10 μm und vorzugsweise 0,002 bis
1 μm aufgetragen.
-
Zwischenschicht
-
Eine
optionale Zwischenschicht kann im thermischen Übertragungselement verwendet
werden, um Beschädigung
und Verunreinigung des übertragenen
Teils der Übertragungsschicht
zu minimieren, und kann auch die Verformung im übertragenen Teil der Übertragungsschicht
verringern. Die Zwischenschicht kann auch die Haftung der Übertragungsschicht
am Rest des thermischen Übertragungselements
beeinflussen. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform
eines thermischen Übertragungselements 120,
das ein Donorsubstrat 122, eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 124,
eine Zwischenschicht 126 und eine mikrostrukturierte Schicht 128 enthält. Weitere
thermische Übertragungselemente,
die eine Zwischenschicht enthalten, können erzeugt werden. In einigen
Ausführungsformen
kann die Zwischenschicht mikrostrukturiert sein, wobei beispielsweise
ein mikrostrukturierendes Werkzeug verwendet wird, so dass eine
mikrostrukturierte Schicht über
der Zwischenschicht erzeugt werden kann. Die Zwischenschicht erlegt
in dieser Ausführungsform
der nachfolgend erzeugten mikrostrukturierten Schicht mikrostrukturierte
Merkmale auf.
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Typischerweise
weist die Zwischenschicht eine hohe thermische Beständigkeit
auf. Vorzugsweise verformt oder zersetzt sich die Zwischenschicht
nicht chemisch unter den Bilderzeugungsbedingungen, insbesondere
in einem Maße,
das das übertragene
Bild funktionsunfähig
macht. Die Zwischenschicht bleibt typischerweise während des Übertragungsverfahrens
in Kontakt mit der LTHC-Schicht und wird im Wesentlichen nicht mit
der Übertragungseinheit
(z. B. der mikrostrukturierten Schicht und gegebenenfalls der Trennschicht) übertragen.
-
Geeignete
Zwischenschichten schließen
beispielsweise Polymerfilme, Metallschichten (z. B. dampfabgeschiedene
Metallschichten), anorganische Schichten (z. B. Sol-Gel-abgeschiedene
Schichten und dampfabgeschiedene Schichten von anorganischen Oxiden
(z. B. Siliziumdioxid, Titanoxid und andere Metalloxide)) und organisch/anorganische
Verbundschichten ein. Organische Materialien, die als Zwischenschichtmaterialien
geeignet sind, schließen
sowohl duroplastische als auch thermoplastische Materialien ein.
Geeignete duroplastische Materialien schließen Harze ein, die durch Wärme, Strahlung
oder chemische Behandlung vernetzt werden können, einschließlich vernetzten
oder vernetzbaren Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyestern,
Epoxiden und Polyurethanen, sind aber nicht begrenzt darauf. Die
duroplastischen Materialien können auf
die LTHC-Schicht als beispielsweise thermoplastische Vorstufen aufgetragen
und nachfolgend zu einer vernetzten Zwischenschicht vernetzt werden.
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Geeignete
thermoplastische Materialien schließen beispielsweise Polyacrylate,
Polymethacrylate, Polystyrole, Polyurethane, Polysulfone, Polyester
und Polyimide ein. Diese thermoplastischen organischen Materialien
können
mit herkömmlichen
Beschichtungsverfahren aufgetragen werden (beispielsweise Lösungsmittelbeschichten,
Sprühbeschichten
oder Extrusionsbeschichten). Typischerweise beträgt die Glasübergangstemperatur (Tg) der thermoplastischen Materialien, die
zur Verwendung in der Zwischenschicht geeignet sind, 25°C oder mehr, vorzugsweise
50°C oder
mehr, stärker
bevorzugt 100°C
oder mehr und am stärksten
bevorzugt 150°C
oder mehr. Die Zwischenschicht kann bei der Bild erzeugenden Wellenlänge entweder
durchlässig, absorbierend,
reflektierend oder eine Kombination davon sein.
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Anorganische
Materialien, die als Zwischenschichtmaterialien geeignet sind, schließen beispielsweise Metalle,
Metalloxide, Metallsulfide und anorganische Kohlenstoffbeschichtungen
ein, einschließlich
der Materialien, die bei der Bild erzeugenden Wellenlänge hochgradig
durchlässig
oder reflektiv sind. Diese Materialien können auf die Licht/Wärmeumwandlungsschicht
mit herkömmlichen
Verfahren aufgetragen werden (z. B. Vakuumsputtern, Vakuumverdampfen
oder Plasmajetabscheidung).
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Die
Zwischenschicht kann eine Anzahl von Vorteilen bereitstellen. Die
Zwischenschicht kann eine Sperrschicht gegen die Übertragung
von Material aus der Licht/Wärmeumwandlungsschicht
sein. Sie kann auch die Temperatur modulieren, die in der Übertragungseinheit
erreicht wird, so dass thermisch instabile Materialien übertragen
werden können.
Das Vorliegen einer Zwischenschicht kann auch zu verbessertem plastischem
Gedächtnis
im übertragenen
Material führen.
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Die
Zwischenschicht kann Zusatzstoffe enthalten, einschließlich beispielsweise
Photoinitiatoren, grenzflächenaktiven
Mitteln, Pigmenten, Weichmachern und Beschichtungshilfsmitteln.
Die Dicke der Zwischenschicht kann von Faktoren abhängen, wie
beispielsweise dem Material der Zwischenschicht, dem Material der
LTHC-Schicht, dem Material der Übertragungsschicht,
der Wellenlänge
der Bild erzeugenden Strahlung und der Dauer der Belichtung des
thermischen Übertragungselements
mit Bild erzeugender Strahlung. Bei Polymerzwischenschichten liegt
die Dicke der Zwischenschicht typischerweise im Bereich von 0,05 μm bis 10 μm, vorzugsweise
von etwa 0,1 μm
bis 4 μm,
stärker
bevorzugt 0,5 bis 3 μm
und am stärksten
bevorzugt 0,8 bis 2 μm.
Bei anorganischen Zwischenschichten (z. B. Metall- oder Metallverbindungszwischenschichten) liegt
die Dicke der Zwischenschicht typischerweise im Bereich von 0,005 μm bis 10 μm, vorzugsweise
von etwa 0,01 μm
bis 3 μm
und stärker
bevorzugt von etwa 0,02 bis 1 μm.
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Trennschicht
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Die
optionale Trennschicht erleichtert typischerweise die Trennung der Übertragungseinheit
(z. B. der mikrostrukturierten Schicht) vom Rest des thermischen Übertragungselements
(z. B. der Zwischenschicht und/oder der LTHC-Schicht) beim Erwärmen des
thermischen Übertragungselements
beispielsweise mit einer Licht emittierenden Quelle oder einem Heizelement.
In mindestens einigen Fällen
stellt die Trennschicht eine gewisse Haftung der Übertragungsschicht
am Rest des thermischen Übertragungselements
vor dem Erwärmen
bereit. 4 veranschaulicht ein thermisches Übertragungselements 140,
das ein Donorsubstrat 142, eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 144,
eine Trennschicht 146 und eine mikrostrukturierte Schicht 148 enthält. Andere
Kombinationen von Schichten können
auch verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann eine der
anderen Schichten im thermischen Übertragungselement als Trennschicht
fungieren. Beispielsweise kann die erste mikrostrukturierte Schicht 166 des
in 5 veranschaulichten thermischen Übertragungselements 160 als
Trennschicht fungieren.
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Geeignete
Trennschichten schließen
beispielsweise thermoplastische und duroplastische Polymere ein.
Beispiele für
geeignete Polymere schließen
Acrylpolymere, Polyaniline, Polythiophene, Poly(phenylenvinylene),
Polyacetylene, Phenolharze (z. B. Novolak- und Resolharze), Polyvinylbutyralharze,
Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylidenchloride, Polyacrylate,
Celluloseether und -ester, Nitrocellulosen, Epoxidharze und Polycarbonate
ein. Weitere geeignete Materialien für die Trennschicht schließen sublimierbare
Materialien (wie Phthalocyanine) ein, einschließlich beispielsweise der in
U.S. Patent Nr. 5,747,217 beschriebenen Materialien.
-
Die
Trennschicht kann Teil der Übertragungseinheit
(einschließlich
der mikrostrukturierten Schicht) oder eine separate Schicht sein,
die nicht übertragen
wird. Die gesamte oder ein Teil der Trennschicht kann mit der Übertragungseinheit übertragen
werden. Als Alternative verbleibt das meiste oder im Wesentlichen
die gesamte Trennschicht beim Donorsubstrat, wenn die Übertragungseinheit übertragen
wird. In einigen Fällen, beispielsweise
bei einer Trennschicht, die sublimierbares Material enthält, verflüchtigt sich
ein Teil der Trennschicht während
des Übertragungsverfahrens.
In einigen Ausführungsformen
wird ein Teil der Trennschicht mit der Übertragungseinheit übertragen
und die Trennschicht besteht aus einem Material, das beispielsweise durch
Erhitzen entfernt werden kann, um den übertragenen Teil der Trennschicht
zu sublimieren, zu verdampfen, zu verflüssigen, zu zersetzen oder zu
depolymerisieren.
-
Haftschicht
-
Die
optionale Haftschicht erleichtert typischerweise die Haftung des
Teils der Übertragungseinheit
(z. B. die mikrostrukturierte Schicht) am Empfänger, der beim Erhitzen des
thermischen Übertragungselements beispielsweise
mit einer Licht emittierenden Quelle oder einem Heizelement übertragen
werden soll. 6 veranschaulicht ein thermisches Übertragungselement 180,
das ein Donorsubstrat 182, eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 184,
eine Trennschicht 186, eine mikrostrukturierte Schicht 188 und
eine Haftschicht 190 enthält. Andere Kombinationen von
Schichten können
auch verwendet werden.
-
Geeignete
Haftschichten schließen
beispielsweise thermoplastische und duroplastische Polymere ein. Beispiele
für geeignete
Polymere schließen
Acrylpolymere, Polyaniline, Polythiophene, Poly(phenylenvinylene),
Polyacetylene, Phenolharze (z. B. Novolak- und Resolharze), Polyvinylbutyralharze,
Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylidenchloride, Polyacrylate,
Celluloseether und -ester, Nitrocellulosen, Epoxidharze, Polyvinylalkohol,
Polyvinylpyrrolidine, Poly(methylmethacrylat), Polycarbonate und
andere vernetzbare Harze ein. Weitere geeignete Materialien für die Trennschicht
schließen
sublimierbare Materialien (wie Phthalocyanine) ein, einschließlich beispielsweise
der in U.S. Patent Nr. 5,747,217 beschriebenen Materialien.
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Die
Haftschicht ist typischerweise Teil der Übertragungseinheit (einschließlich der
mikrostrukturierten Schicht). In einigen Fällen, beispielsweise bei einer
Haftschicht, die sublimierbares Material enthält, kann sich ein Teil der
Haftschicht während
des Übertragungsverfahrens
verflüchtigen.
In einigen Ausführungsformen
besteht die Haftschicht aus einem Material erzeugt, das beispielsweise
durch Erhitzen entfernt werden kann, um den übertragenen Teil der Haftschicht
zu sublimieren, zu verdampfen, zu verflüssigen, zu zersetzen oder zu depolymerisieren.
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Thermische Übertragung
-
Das
thermische Übertragungselement
kann durch Anwendung gerichteter Wärme auf einen ausgewählten Teil
des thermischen Übertragungselements
erwärmt
werden. Die Wärme
kann mittels eines Heizelements (z. B. ein Widerstandsheizelement),
durch Umwandeln von Strahlung (z. B. ein Lichtstrahl) in Wärme und/oder
Anlegen von elektrischem Strom an eine Schicht des thermischen Übertragungselements,
um Wärme
zu erzeugen, erzeugt werden. In vielen Fällen ist die thermische Übertragung
mittels Licht von beispielsweise einer Lampe oder einem Laser wegen
der Genauigkeit und Präzision,
die oft erzielt werden kann, von Vorteil. Die Größe und Gestalt des übertragenen
Musters (z. B. eine Linie, Kreis, Quadrat oder andere Form) kann
beispielsweise durch Auswahl der Größe des Lichtstrahls, des Belichtungsmusters
des Lichtstrahls, der Dauer des Kontakts des gerichteten Strahls
mit dem thermischen Übertragungselement
und den Materialien des thermischen Übertragungselements gesteuert
werden.
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Für die thermische Übertragung
mittels Strahlung (z. B. Licht) können in der vorliegenden Erfindung eine
Vielzahl von Strahlung emittierenden Quellen verwendet werden. Bei
analogen Verfahren (z. B. Belichtung durch eine Maske) sind Lichtquellen
mit hoher Leistung (z. B. Xenonblitzlampen und Laser) verwendbar. Bei
digitalen Bilderzeugungsverfahren sind Infrarot-, sichtbare und
ultraviolette Laser besonders nützlich.
Geeignete Laser schließen
beispielsweise Einzelmoden-Laserdioden mit hoher Leistung (≥ 100 mW),
Faser gekuppelte Laserdioden und Dioden gepumpte Festkörperlaser
(z. B. Nd:YAG und Nd:YLF) ein. Laserbelichtungsverweilzeiten können im
Bereich von beispielsweise etwa 0,1 bis 5 μs liegen und Laserfluenzen können im
Bereich von beispielsweise etwa 0,01 bis etwa 1 J/cm2 liegen.
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Wenn
hohe Genauigkeit bei der Platzierung des Bildpunktes (z. B. bei
Vollfarbdisplayanwendungen mit hoher Informationsdichte) über großen Substratflächen erforderlich
ist, ist ein Laser als die Strahlungsquelle besonders nützlich.
Laserquellen sind sowohl mit großen, steifen Substraten, wie
1 m × 1
m × 1,1
mm Glas, als auch mit kontinuierlichen oder Einzelbogenfilmsubstraten,
wie 100 μm
dicken Polyimidfolien, verträglich.
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Thermische
Widerstandsdruckköpfe
oder -anordnungen können
beispielsweise bei vereinfachten Donorfilmkonstruktionen ohne eine
LTHC-Schicht und Strahlungsabsorptionsmittel verwendet werden. Dies
kann besonders bei kleineren Substratgrößen (z. B. weniger als ungefähr 30 cm
in jeder Dimension) oder bei größeren Mustern
nützlich
sein, wie den für
alphanumerische, segmentierte Displays erforderlichen.
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Während der
Bilderzeugung wird das thermische Übertragungselement typischerweise
in engen Kontakt mit einem Empfänger
gebracht. In mindestens einigen Fällen wird Druck oder Vakuum
verwendet, um das thermische Übertragungselement
in engem Kontakt mit dem Empfänger
zu halten. Eine Strahlungsquelle wird dann verwendet, um die LTHC-Schicht
(und/oder andere Schicht(en), die Strahlungsabsorptionsmittel enthalten)
in einer bildweisen Art (z. B. digital oder mittels analoger Belichtung
durch eine Maske) zu erwärmen,
um die bildweise Übertragung
der Übertragungsschicht
vom thermischen Übertragungselement
auf den Empfänger
gemäß einem
Muster durchzuführen.
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Als
Alternative kann ein Heizelement, wie ein Widerstandsheizelement,
verwendet werden, um die Übertragungseinheit
zu übertragen.
Das thermische Übertragungselement
wird selektiv mit dem Heizelement in Kontakt gebracht, wodurch die
thermische Übertragung
eines Teils der Übertragungsschicht
gemäß einem Muster
bewirkt wird. In einer anderen Ausführungsform kann das thermische Übertragungselement
eine Schicht enthalten, die einen an die Schicht angelegten elektrischen
Strom in Wärme
umwandeln kann.
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Die 10A bis 10C veranschaulichen
ein Verfahren zur Übertragung
eines Teils einer mikrostrukturierten Schicht 408 auf einen
Empfänger 414.
Dieses Verfahren wird unter Verwendung eines thermischen Übertragungselements, ähnlich dem
aus 8, veranschaulicht, aber es versteht sich, dass
das Verfahren auf andere thermische Übertragungselemente, einschließlich der
in den 1 bis 6 veranschaulichten, angewendet
werden kann. Dieses spezielle thermische Übertragungselement 400 enthält ein Donorsubstrat 402,
eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 404,
eine Trennschicht 406, eine mikrostrukturierte Schicht 408,
die eine Oberfläche
aufweist, die mikrostrukturierte Merkmale 410 definiert,
und eine Haftschicht 412, wie in 10A veranschaulicht.
Das thermische Übertragungselement 400 wird
in Kontakt mit dem Empfänger 414 gebracht
und das thermische Übertragungselement
wird unter Verwendung von Licht 416 gemäß einem gewünschten Muster bestrahlt. Dies
bewirkt die Übertragung
eines Teils 418 der mikrostrukturierten Schicht 408 und
der Haftschicht 412 und gegebenenfalls eines Teils der
Trennschicht 406 auf den Empfänger, wie in 10B veranschaulicht. Der Rest des thermischen Übertragungselements
wird entfernt. Gegebenenfalls können
die übertragenen
Teile der Trennschicht 406 und/oder Haftschicht 412 durch
beispielsweise Erhitzen entfernt werden, um diese Schichten zu sublimieren,
zu verdampfen, zu verflüssigen,
zu zersetzen, zu depolymerisieren oder diese Schichten andersartig
zu entfernen, wie in 10C veranschaulicht. Dies lässt den übertragenen
Teil 420 der mikrostrukturierten Schicht zurück.
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Die 11A bis 11C veranschaulichen
ein weiteres Verfahren zur Übertragung
eines Teils einer mikrostrukturierten Schicht 508 auf einen
Empfänger 514.
Dieses Verfahren wird unter Verwendung eines thermischen Übertragungselements, ähnlich dem
aus 8, veranschaulicht, aber es versteht sich, dass
das Verfahren auf andere thermische Übertragungselemente, einschließlich der
in den 1 bis 6 veranschaulichten, angewendet
werden kann. Dieses spezielle thermische Übertragungselement 500 enthält ein Donorsubstrat 502,
eine Licht/Wärmeumwandlungsschicht 504,
eine Trennschicht 506 und eine mikrostrukturierte Schicht 508,
die eine Oberfläche
aufweist, die mikrostrukturierte Merkmale 510 definiert,
wie in 11A veranschaulicht. Das thermische Übertragungselement 500 wird
mit dem Empfänger 514 in
Kontakt gebracht. Der Empfänger 514 weist
darauf angeordnet eine Haftschicht 512 auf. Diese Haftschicht 512 kann
in einem Muster erzeugt werden oder kann den gesamten oder einen
wesentlichen Teil des Empfängers 514 bedecken.
Die Haftschicht 512 kann unter Verwendung von Standardbeschichtungsverfahren
auf den Empfänger 514 aufgetragen
werden oder die Haftschicht 512 kann auf dem Empfänger 514 unter
Verwendung von beispielsweise einem weiteren thermischen Übertragungselement
erzeugt werden.
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Das
thermische Übertragungselement
wird unter Verwendung von Licht 516 gemäß einem gewünschten Muster bestrahlt, um
die Übertragung
eines Teils 518 der mikrostrukturierten Schicht 508 und
gegebenenfalls eines Teils der Trennschicht 506 auf den
Empfänger
zu bewirken, wie in 11B veranschaulicht. Der Rest
des thermischen Übertragungselements
wird entfernt. Gegebenenfalls können
die übertragenen
Teile der Trennschicht 506 und/oder Haftschicht 512 durch
beispielsweise Erhitzen entfernt werden, um diese Schichten zu sublimieren,
zu verdampfen, zu verflüssigen,
zu zersetzen, zu depolymerisieren oder diese Schichten andersartig
zu entfernen, wie in 10C veranschaulicht. Dies lässt den übertragenen
Teil 520 der mikrostrukturierten Schicht zurück.
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Typischerweise
wird die Übertragungseinheit
auf den Empfänger übertragen,
ohne weitere Schichten des thermischen Übertragungselements zu übertragen,
wie die optionale Zwischenschicht und die LTHC-Schicht. Das Vorliegen
der optionalen Zwischenschicht kann die Übertragung der LTHC-Schicht
auf den Empfänger
beseitigen oder verringern und/oder die Verformung im übertragenen
Teil der Übertragungseinheit verringern.
Vorzugsweise ist unter den Bedingungen bei der Bilderzeugung die
Haftung der Zwischenschicht an der LTHC-Schicht größer als
die Haftung der Zwischenschicht an der Übertragungsschicht. In einigen
Fällen
kann eine reflektive Zwischenschicht verwendet werden, um das Maß der Bild
erzeugenden Strahlung abzuschwächen,
die durch die Zwischenschicht durchgelassen wird, und allen Schaden
für den übertragenen
Teil der Übertragungsschicht
zu verringern, der aus der Wechselwirkung der durchgelassenen Strahlung
mit der Übertragungsschicht
und/oder dem Empfänger
resultieren kann. Dies ist besonders bei der Verringerung von thermischen
Schäden
günstig,
die auftreten können,
wenn der Empfänger
für die
Bild erzeugende Strahlung ein hohes Absorptionsvermögen besitzt.
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Während der
Laserbelichtung kann es wünschenswert
sein, die Bildung von Interferenzmustern auf Grund von Mehrfachreflexionen
am Material, das mit dem Bild versehen wird, zu minimieren. Dies
kann mit verschiedenen Verfahren erreicht werden. Das gebräuchlichste
Verfahren ist es, die Oberfläche
des thermischen Übertragungselements
in der Größenordnung
der einfallenden Strahlung effektiv anzurauen, wie in U.S. Pat.
Nr. 5,089,372 beschrieben. Dies bewirkt, dass die räumliche
Kohärenz
der einfallenden Strahlung gebrochen wird, was also die Selbstinterferenz
minimiert. Ein alternatives Verfahren ist es, eine Antireflexionsbeschichtung
im thermischen Übertragungselement
einzusetzen. Die Verwendung von Antireflexionsbeschichtungen ist
bekannt und kann aus Beschichtungen, wie Magnesiumfluorid, mit Dicken
von einem Viertel der Wellenlänge
bestehen, wie in U.S. Pat. Nr. 5,171,650 beschrieben.
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Große thermische Übertragungselemente
können
verwendet werden, einschließlich
thermischen Übertragungselementen,
die Abmessungen in Länge
und Breite von einem Meter oder mehr aufweisen. Im Betrieb kann
ein Laser gerastert oder andersartig über das große thermische Übertragungselement
bewegt werden, wobei der Laser selektiv betrieben wird, um Teile
des thermischen Übertragungselements
gemäß einem gewünschten
Muster zu beleuchten. Als Alternative kann der Laser stationär sein und
das thermische Übertragungselement
unter dem Laser bewegt werden.
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In
einigen Fällen
kann es notwendig, wünschenswert
und/oder günstig
sein, zwei oder mehr verschiedene thermische Übertragungselemente nacheinander
anzuwenden, um eine Vorrichtung oder eine Struktur zu erzeugen.
Jedes dieser thermischen Übertragungselemente
enthält
eine Übertragungseinheit,
um eine oder mehrere Schichten auf den Empfänger zu übertragen. Die zwei oder mehr
thermischen Übertragungseinheiten
werden dann nacheinander angewendet, um eine oder mehrere Schichten
der Vorrichtung abzuscheiden.
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BEISPIELE
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Sofern
nicht anders angegeben, wurden die Chemikalien von Aldrich Chemical
Company (Milwaukee, WI) erhalten.
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Beispiel 1
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Herstellung eines Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Elements
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Eine
Ruß-Licht/Wärmeumwandlungsschicht
wurde hergestellt, indem die folgende LTHC-Beschichtungslösung gemäß Tabelle 1 auf ein 0,1 mm
PET-Substrat mit
einem Yasui Seiki Lab Coater, Modell CAG-150 (Yasui Seiki Co., Bloomington, IN),
unter Verwendung einer Mikrotiefdruckwalze mit 381 helikalen Zellen
pro linearem cm (150 helikale Zellen pro linearem Zoll) aufgetragen
wurde.
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Tabelle
1 LTHC-Beschichtungslösung
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Die
Beschichtung wurde bei 40°C
kontinuierlich getrocknet und mit 6,1 m/min unter Verwendung eines Fusion
Systems Modell I600 (400 W/in) UV-Härtungssystems,
das mit H-Lampen ausgestattet war, UV-gehärtet.
Die getrocknete Beschichtung hatte eine Dicke von ungefähr 3 μm.
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Auf
die Rußbeschichtung
der Licht/Wärmeumwandlungsschicht
wurde mittels Rotationstiefdruck eine Zwischenschichtbeschichtungslösung gemäß Tabelle
2 unter Verwendung des Yasui Seiki Lab Coater, Modell CAG-150 (Yasui
Seiki Co., Bloomington, IN), aufgetragen. Diese Beschichtung wurde
kontinuierlich getrocknet (40°C)
und mit 6,1 m/min unter Verwendung eines Fusion Systems Modell I600
(600 W/in), das mit H-Lampen ausgestattet
war, UV-gehärtet.
Die Dicke der resultierenden Zwischenschichtbeschichtung betrug
ungefähr
1,7 μm.
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Tabelle
2 Zwischenschichtbeschichtungslösung
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Beispiel 2
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Herstellung eines nanostrukturierten
Films
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Ein
nanostrukturierter Film wurde wie in den U.S. Patenten Nrn. 5,039,561
und 5,726,524 beschrieben hergestellt. Etwa 1500 Å organisches
rotes Pigment (N,N'-Di(3,5-xylyl)perylen-3,4,9,10-bis(dicarboxamid),
im Handel unter der Handelsbezeichnung „C. I. Pigment Red 149" von American Hoechst
Corp., Somerset, NJ, erhältlich)
wurden auf eine 1 ft2 (etwa 0,09 m2) große
Folie von metallisiertem Polyimid (Upilex-5, UBE Industries, Ltd.,
Tokyo, Japan) vakuumbeschichtet. Die Folie wurde in einem Vakuum
von 10–3 torr
geglüht,
um den Film in eine Anordnung von diskret orientierten, kristallinen,
nanostrukturierten Merkmalen umzuwandeln. Die Zahlendichte dieser
Merkmale betrug etwa 30 bis 40 pro μm2.
Die Höhe
der Merkmale betrug im Mittel etwa 1,5 μm mit einer mittleren Querschnittsabmessung
von etwa 0,05 μm
oder weniger. Diese nanostrukturierten Merkmale wurden dann durch
Dampfabscheidung anschmiegend mit 4400 Å Platin überdeckt.
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Beispiel 3
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Herstellung
eines thermischen Übertragungselements
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Das
Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element aus Beispiel 1 wurde mit einer
thermoplastischen Trennschicht aus einem Acrylpolymer (Elvacite
2776, ICI Acrylics, St. Louis, MO) beschichtet. Das Acrylpolymer
wurde unter Verwendung einer 10 gew.-%igen wässrigen Lösung des Polymers und einer
#6 Mayer-Rakel zu einer Dicke von etwa 1 μm aufgetragen. Das Polymer wurde
dann getrocknet.
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Die
nanostrukturierten Merkmale des nanostrukturierten Films aus Beispiel
2 wurden in die thermoplastische Trennschicht eingebettet. Um die
nanostrukturierten Merkmale einzubetten, wurde der nanostrukturierte
Film in Kontakt mit der thermoplastischen Trennschicht gebracht
und zwischen erhitzte (75°C)
Platten einer Carver-Presse platziert und ein Druck von 15 bis 20
t/25 cm2 wurde etwa eine Minute angelegt.
Die Anordnung wurde unter Druck gekühlt.
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Nach
Entnahme aus der Carver-Presse wurde die metallisierte Polyimidträgerschicht
des nanostrukturierten Films abgezogen, wobei die nanostrukturierten
Merkmale in der thermoplastischen Schicht blieben. Die nanostrukturierte
Schicht wurde dann mit etwa 0,5 μm
Elvacite 2776 unter Verwendung einer 5 gew.-%igen wässrigen
Lösung
des Polymers und einer #6 Mayer-Rakel beschichtet, wodurch eine
Haftschicht erzeugt wurde. Dieses Polymer konnte dann trocknen.
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Beispiel 4
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Thermische Übertragung
einer nanostrukturierten Schicht
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Das
thermische Übertragungselement
aus Beispiel 3 wurde dann verwendet, um einen Teil der nanostrukturierten
Schicht auf einen Glasempfänger
zu übertragen.
Das Laserübertragungssystem
enthielt einen CW Nd:YAG-Laser, akusto-optischen Modulator, kollimierende
und Strahl erweiternde Optiken, einen optischen Isolator, ein lineares
Galvanometer und eine f-theta-Scanlinse. Der Nd:YAG-Laser wurde
im TEM 00-Modus betrieben und lieferte eine Gesamtleistung von 8,5
W. Das Scannen wurde mit einem linearen Hochpräzisionsgalvanometer (Cambridge
Technology Inc., Cambridge, Mass.) erreicht. Der Laser wurde zu
einem Gaußschen
Bildpunkt mit einer gemessenen Größe von 140 μm mal 150 μm auf dem 1/e2-Intensitätsniveau fokussiert.
Der Bildpunkt wurde unter Verwendung einer f-theta-Scanlinse über die
Scanbreite konstant gehalten. Der Laserbildpunkt wurde mit einer
Geschwindigkeit von 5,28 m/s über
die Bildoberfläche
gescannt. Das Ergebnis war eine einheitliche Übertragung von 110 μm Linien,
die die Haftschicht, die nanostrukturierte Schicht und die Trennschicht
enthielten.
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Der
Empfänger
und die übertragenen
Linien wurden bei 400°C
in einer Stickstoffatmosphäre
mit einer halben Stunde Temperaturanstieg und einem Minimum von
einer halben Stunde Temperaturhalten gebrannt, um die übertragenen
Haft- und Trennschichten zu entfernen. Rasterelektronenmikroskopuntersuchungen
der resultierenden übertragenen
nanostrukturierten Schicht zeigten, dass die nanostrukturierten
Merkmale übertragen
worden waren, wobei ihre Orientierung, räumliche Verteilung und physikalischen
Eigenschaften erhalten blieben.
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Beispiel 5
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Thermische Übertragung
einer mikrostrukturierten Schicht
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Ein
erstes thermisches Übertragungselement
wurde hergestellt, indem eine 7,5 μm dicke Lösung von ElvaciteTM 2776
(Acrylharz, erhältlich
von ICI Acrylics, Wilmington, DE) auf ein Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element, das gemäß Beispiel
1 erzeugt wurde, zu einer Übertragungsschicht
aufgetragen wurde. Die Lösung
wurde etwa 3 Minuten bei 80°C
getrocknet. Die getrocknete Lösung
wurde mit einem mikrostrukturierten Prägewerkzeug geprägt. Das
mikrostrukturierte Prägewerkzeug
war mit Diamant aus einem massiven Metallstück maschinell herausgearbeitet
worden, wobei ein quadratisches Muster von horizontalen und vertikalen Rillen
mit variablem Abstand verwendet wurde. Das Gesamtmuster des Werkzeugs
war ein Gitternetz, wobei jeder quadratische Gitternetzabschnitt
einen unterschiedlichen einheitlichen vertikalen und horizontalen
Abstand hatte. Der Diamant, der zum Schneiden des Musters verwendet
wurde, hatte einen eingeschlossenen Winkel von 30° und eine
Spitzenbreite von 5,5 μm.
Alle Muster wurden mit einer nominellen Tiefe von 5,6 μm geschnitten.
Der Abstand des Musters in horizontaler und vertikaler Richtung
lag im Bereich von 11,8 bis 27 μm.
Nach dem Prägen
wurden 100 Å Aluminium
auf die geprägte
Oberfläche
der Übertragungsschicht
dampfbeschichtet.
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Ein
zweites thermisches Übertragungselement
wurde hergestellt, indem eine 2,5 μm dicke Lösung von 98 Gew.-% ElvaciteTM 2776 (Acrylharz, erhältlich von ICI Acrylics, Wilmington,
DE) und 2 Gew.-% HeloxyTM 67 (Shell Chemical
Co., Houston, TX) auf ein Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element,
das gemäß Beispiel
1 erzeugt wurde, zu einer Übertragungsschicht
aufgetragen wurde. Die Lösung
wurde etwa 3 Minuten bei 80°C getrocknet.
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Das
zweite thermische Übertragungselement
wurde dann verwendet, um eine Haftschicht auf ein Natronkalk-Glassubstrat zu übertragen.
Das Übertragungssystem
enthielt einen CW Nd:YAG-Laser, akusto-optischen Modulator, kollimierende
und Strahl erweiternde Optiken, einen optischen Isolator, ein lineares
Galvanometer und eine f-theta-Scanlinse. Der Nd:YAG-Laser wurde im TEM
00-Modus betrieben und lieferte eine Gesamtleistung von 16 W. Das
Scannen wurde mit einem linearen Hochpräzisionsgalvanometer (Cambridge Technology
Inc., Cambridge, MA) erreicht. Der Laser wurde zu einem Gaußschen Bildpunkt
mit einer gemessenen Größe von 140 μm mal 150 μm auf dem
1/e2-Intensitätsniveau
fokussiert. Der Bildpunkt wurde unter Verwendung einer f-theta-Scanlinse über die
Scanbreite konstant gehalten. Der Laserbildpunkt wurde mit einer Geschwindigkeit
von 6,95 m/s über
die Bildoberfläche
gescannt. Das Ergebnis war eine einheitliche Übertragung von 86 μm Linien,
die die Elvaciteschicht enthielten, auf das Glassubstrat.
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Das
erste thermische Übertragungselement
wurde dann verwendet, um die mikrostrukturierte Schicht registerhaltig
und koinzident auf die Haftschicht zu übertragen, die unter Verwendung
des zweiten thermischen Übertragungselements
erzeugt worden war. Das Übertragungssystem
enthielt einen C Nd:YAG-Laser, akusto-optischen Modulator, kollimierende
und Strahl erweiternde Optiken, einen optischen Isolator, ein lineares Galvanometer
und eine f-theta-Scanlinse. Der Nd:YAG-Laser wurde im TEM 00-Modus
betrieben und lieferte eine Gesamtleistung von 16 W. Das Scannen
wurde mit einem linearen Hochpräzisionsgalvanometer (Cambridge
Technology Inc., Cambridge, MA) erreicht. Der Laser wurde zu einem
Gaußschen
Bildpunkt mit einer gemessenen Größe von 140 μm mal 150 μm auf dem 1/e2-Intensitätsniveau
fokussiert. Der Bildpunkt wurde unter Verwendung einer f-theta-Scanlinse über die
Scanbreite konstant gehalten. Der Laserbildpunkt wurde mit einer
Geschwindigkeit von 6,15 m/s über
die Bildoberfläche
gescannt. Das Ergebnis war eine einheitliche Übertragung von 56 μm Linien,
die die mikrostrukturierte Schicht enthielten, auf das Glassubstrat
auf die ElvaciteTM-Schicht aus dem ersten
thermischen Übertragungselement.
Die resultierende Struktur auf dem Glassubstrat wurde in Stickstoff
1,5 Stunden bei 150°C
gebrannt. Vor und nach dem Brennen behielt die übertragene mikrostrukturierte
Schicht die mikrostrukturierten Merkmale bei.
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Die
vorliegende Erfindung sollte nicht als auf die vorstehend beschriebenen,
speziellen Beispiele begrenzt angesehen werden, sondern sollte stattdessen
so verstanden werden, dass sie alle Gesichtspunkte der Erfindung
abdeckt, wie sie offen in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind. Verschiedene
Modifikationen, äquivalente
Verfahren ebenso wie zahlreiche Strukturen, auf die die vorliegende
Erfindung anwendbar sein kann, werden dem Fachmann leicht offenbar,
auf den die vorliegende Erfindung unter Hinblick auf die vorliegende
Beschreibung abzielt.