JP2014080033A - マイクロ構造層の熱転写 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ構造特徴群を画定する表面を備えた部品を有する物品を提供する。
【解決手段】マイクロ構造特徴群を画定する表面を備えた部品を有する物品を熱転写エレメントを用いて形成することができる。好適な熱転写エレメントの一例を挙げると、マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を有するマイクロ構造層である。熱転写エレメントは、マイクロ構造層の少なくとも一部を、その部分のマイクロ構造特徴群を実質的に保持しつつ、受容体に転写するように構成および配置されている。
【選択図】なし

Description

本発明は、層の熱転写方法および転写エレメント、それにより形成されたデバイスに関する。特に、本発明は、熱転写エレメント、マイクロ構造層の熱転写方法および転写エレメント、それにより形成されたデバイスに関する。

工業および民生用途、特にエレクトロニクスに用いられる多くの物品およびデバイスはサイズが減じる傾向にある。さらに、様々な物品およびデバイスの表面には修正がなされている。これらの物品およびデバイスは、マイクロ構造（および、場合によってはナノ構造）の表面、層または部品を必要とすることが多い。例えば、フラットパネルディスプレイのような物品に用いられる電界放出デバイスは、米国特許第５，７２６，５２４号に開示されているようなナノ構造エレメント（ファイバー、ウィスカまたはロッド）を用いて形成することができる。ナノ構造エレメントはまた、例えば、触媒系、化学センサおよびバイオ吸収基質にも用いることができる。マイクロ構造表面および層は、例えば、エレクトロルミネッセンスデバイス、ディスプレイデバイス用の電界放出カソード、毛管チャネルを有する流体制御フィルム、バイオ分析およびバイオ分子処理デバイスおよびパターン化された電子部品および回路に有用である。

少なくとも場合によっては、これらのマイクロ構造およびナノ構造エレメント、層、表面および部品を所望の基材上に形成するのは、不便であったり、経済的に実行不可能であったり、困難である。例えば、電界放出デバイスのナノ構造エレメントは所望のパターンで基材上に形成するのが難しい。基材上に小さな特徴群をパターニングする公知の技術としては、例えば、マイクロ構造またはナノ構造エレメントの予め形成しておいた層の一部を除去するアブレーションまたは接着リフトオフ技術がある。しかしながら、これらの方法は複数の工程を必要とし、廃棄材料が過剰に生成されてしまう。

概して、本発明は、マイクロ構造特徴群を画定する表面を備えた層を有する物品の形成、熱転写エレメントおよびこの物品の製造方法に関する。一実施形態は、マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を有するマイクロ構造層を含む熱転写エレメントである。熱転写エレメントは、マイクロ構造層の少なくとも一部を、その部分のマイクロ構造特徴群を実質的に保持しつつ、受容体に転写するように構成および配置されている。熱転写エレメントは、例えば、光−熱変換層、中間層、剥離層および接着層のような１層以上の追加の層を含むことができる。

他の実施形態は物品の製造方法である。物品の受容体基材を、マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を含むマイクロ構造層を有する熱転写エレメントと接触させる。マイクロ構造層の少なくとも一部を、その部分のマイクロ構造特徴群を実質的に保持しつつ、受容体基材に選択的に転写させる。転写は、加熱素子を選択的に適用する、または熱転写エレメントの任意の光−熱変換層に選択的に光を照射することにより実施することができる。

さらに他の実施形態は、基材と、マイクロ構造特徴群を画定する表面を有するマイクロ構造部品とを有する物品である。マイクロ構造部品が、熱転写エレメントからマイクロ構造層の少なくとも一部の熱転写により基材上に形成される。

更なる実施形態は、熱転写エレメントの製造方法である。マイクロ構造層は、基材上に、場合により光−熱変換層を覆って、形成され、マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を備えている。マイクロ構造特徴群は、マイクロ構造特徴群を含む基材上に層を形成する、または層を形成した後に層の表面を修正することにより、マイクロ構造層上に付けることができる。マイクロ構造層は、熱転写エレメントの転写ユニットの少なくとも一部を形成する。

本発明の上記概要は、開示された各実施形態または本発明のそれぞれの実施を説明することを意図するものではない。以下の図面および詳細な説明により、これらの実施形態をより詳細に実証する。

本発明は添付の図面に関連して本発明の様々な実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮することによって、より完全に理解されよう。

本発明は様々な修正および変形形態に訂正可能であるが、その特定例については、図面により例示されておりこれについて詳細に説明する。しかしながら、本発明を記載された特定の実施形態に限定するものではない。逆に、本発明の技術思想および範囲内に含まれる全ての修正、等価物および変形を含むものとする。

本発明による、マイクロ構造層を含む熱転写エレメントの一実施形態の断面図（本図面および以下の図面においては、図面を明瞭にするためにクロスハッチングの一部が省かれている）。 本発明によるマイクロ構造層を含む熱転写エレメントの第２の実施形態の断面図。 本発明によるマイクロ構造層を含む熱転写エレメントの第３の実施形態の断面図。 本発明によるマイクロ構造層を含む熱転写エレメントの第４の実施形態の断面図。 本発明によるマイクロ構造層を含む熱転写エレメントの第５の実施形態の断面図。 本発明によるマイクロ構造層を含む熱転写エレメントの第６の実施形態の断面図。 本発明による熱転写エレメントの一形成方法の断面図。 本発明による熱転写エレメントの一形成方法の断面図。 本発明によるマイクロ構造層を含む熱転写エレメントの第７の実施形態の断面図。 本発明による熱転写エレメントの他の形成方法の断面図。 本発明による熱転写エレメントの他の形成方法の断面図。 本発明による熱転写エレメントの他の形成方法の断面図。 本発明によるマイクロ構造エレメントを含む熱転写エレメントの一部を受容体に転写する方法の断面図。 本発明によるマイクロ構造エレメントを含む熱転写エレメントの一部を受容体に転写する方法の断面図。 本発明によるマイクロ構造エレメントを含む熱転写エレメントの一部を受容体に転写する方法の断面図。 本発明によるマイクロ構造エレメントを含む熱転写エレメントの一部を受容体に転写する第二の方法の断面図。 本発明によるマイクロ構造エレメントを含む熱転写エレメントの一部を受容体に転写する第二の方法の断面図。 本発明によるマイクロ構造エレメントを含む熱転写エレメントの一部を受容体に転写する第二の方法の断面図。 本発明による熱転写エレメントの第８の実施形態の断面図。 本発明による熱転写エレメントの第９の実施形態の断面図。

本発明は、マイクロ構造特徴群を画定する表面を備えた層を有する物品の形成、熱転写エレメントおよびこの物品の製造方法に適用可能であると考えられる。特に、本発明は、マイクロ構造特徴群を画定する表面を備えたマイクロ構造層の熱転写により形成される物品、熱転写エレメントおよびこの物品の製造方法に関する。本発明はそれらに限定されるものではないが、本発明の様々な態様は、後述する実施例により理解されるであろう。

「マイクロ構造特徴群」という用語は、少なくとも１つの寸法（すなわち、高さ、長さ、幅または直径）が１ミリメートル未満の表面の特徴群のことを言う。マイクロ構造特徴群は、マイクロ構造層に故意に付けられるものであり、例えば、マイクロ構造層の材料の引っ掻き傷、窪みおよび欠陥のような不注意により形成されるものは含まない。マイクロ構造層へのマイクロ構造特徴群の形成方法としては、ａ）既存の層の表面を修正してマイクロ構造特徴群を形成する、そしてｂ）既にマイクロ構造特徴群を有する表面に層を付着させることが挙げられるが、これらに限られるものではない。本発明によれば、少なくとも１つの寸法が１００マイクロメートルまたは１０マイクロメートル以下のマイクロ構造特徴群を形成することができる。

「マイクロ構造層」という用語は、マイクロ構造特徴群を画定する表面を有する層のことを言う。

「マイクロ構造エレメント」という用語は、表面の個々のマイクロ構造特徴群のことを言い、表面の隣接部分から外へ延びる特徴群を含む。

「ナノ構造特徴群」という用語は、少なくとも１つの寸法（すなわち、高さ、長さ、幅または直径）が１マイクロメートル未満の表面の特徴群のことを言う。ナノ構造特徴群は、「マイクロ構造特徴群」の用語の定義に含まれる。

「ナノ構造層」という用語は、ナノ構造特徴群を画定する表面を有する層のことを言う。ナノ構造層は、「マイクロ構造層」の用語の定義に含まれる。

「ナノ構造エレメント」という用語は、表面の個々のナノ構造特徴群のことを言い、表面の隣接部分から外へ延びる特徴群を含む。

熱転写エレメントは、一般に、少なくとも１枚の供与体基材と、少なくとも１枚のマイクロ構造層を含む転写ユニットとを含む。操作において、マイクロ構造層の一部を含む転写ユニットの一部が、熱転写エレメントおよび供与体基材から受容体へと転写される。図１に、供与体基材１０２と、マイクロ構造特徴群１０８を画定する表面１０６を有するマイクロ構造層１０４とを備えた熱転写エレメント１００を示す。熱転写エレメントに含めることのできるその他の層としては、例えば、光−熱変換（ＬＴＨＣ）層、中間層、剥離層および接着層が挙げられる。これらの層のそれぞれについては後述してある。これらの層は様々な技術を用いて付着させることができる。適正な技術の選択は、少なくとも一部、層に用いる材料の性質に応じて異なる。層を形成するのに好適な技術としては、例えば、化学および物理蒸着、スパッタリング、スピンコーティング、ロールコーティングおよびその他のフィルムコーティング方法が挙げられる。

供与体基材および任意の下塗り層
供与体基材は、熱転写エレメントの層の支持体となる。熱転写エレメントの供与体基材はポリマーフィルムとすることができる。好適なタイプのポリマーフィルムはポリエステルフィルム、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートフィルムである。しかしながら、特定の波長に高い光透過率を有していたり、特定の用途に十分な機械および熱安定性を有するような十分な光学特性を備えた（加熱および転写に光を用いる場合は）その他のフィルムも用いることができる。供与体基材は、少なくとも場合によっては、均一なコーティングが形成できるよう平坦である。供与体基材はまた、熱転写エレメントの層（例えば、光−熱変換（ＬＴＨＣ）層）の熱に関係なく安定を維持する材料から選ばれる。供与体基材にとって好適な厚さは、例えば、０．０２５〜０．１５ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．１ｍｍであり、所望であればこれより厚いまたは薄い供与体基材を用いてもよい。

供与体基材およびその他熱転写エレメント層、特にＬＴＨＣ層を形成するのに用いる材料は、それらの層と供与体基材間の接着を改善するものを選ぶことができる。任意の下塗り層を用いて、後の層のコーティング中に均一性を増大し、かつ、熱転写エレメントのその他の層と供与体基材間の中間層結合力も増大させることができる。下塗り層を有する好適な基材は、帝人（製品番号ＨＰＥ１００、日本、大阪）より入手可能である。

転写ユニットおよびマイクロ構造層
熱転写エレメントは、一部が受容体に転写される１層以上の層を有する転写ユニットを含む。転写ユニットは少なくとも１層のマイクロ構造層を含む。さらに、転写ユニットは転写されるその他の層を含むことができる。

マイクロ構造層
マイクロ構造層は、マイクロ構造特徴群を画定する少なくとも１つの表面を有している。ある実施形態において、このマイクロ構造層は、ナノ構造特徴群を画定する表面を含むことから、「ナノ構造層」と呼ばれる。熱転写ユニットの一部の熱転写は、所望のパターンに従った、熱転写ユニットの一部の受容体への転写を伴う。これには、マイクロ構造層の一部の受容体への転写が含まれる。これは、マイクロ構造層の転写部分のマイクロ構造特徴群を実質的に保持しながらなされるのが好ましい。

熱転写エレメントを用いて、例えば、パターン化電気回路および部品、微小電極、エレクトロルミネッセンスデバイス、電界放出カソード、半導体デバイス、光学デバイスおよび微小電気機械デバイスをはじめとする様々な物品およびデバイスを形成することができる。熱転写エレメントのある特定の用途は、マイクロ構造、または好ましくはナノ構造エレメント（例えば、ウィスカ、ファイバー、コーン、ピラミッドまたはロッド）の形成であり、これは例えば、電界放出ディスプレイ、化学および生物センサ、触媒基質およびバイオ吸収基質に用いることができる。

マイクロ構造層のマイクロ構造特徴群は、例えば、レーザーパターニング、フォトリソグラフィ、機械加工、エンボス加工、印刷および射出およびその他鋳造技術をはじめとする様々な技術を用いて形成することができる。パターンは単一の材料に作成することができる。またはマイクロ構造層は２種類以上の異なる材料（例えば、異なる材料のストリップ片）を用いてパターン化することができる。図７Ａおよび７Ｂに、マイクロ構造層を形成するある技術を示す。この技術では、図７Ａに示すように、供与体基材２０２、光−熱変換層２０４、および未構造化層２０６を含む熱転写エレメント２００が与えられる。ただし、その他の層の組み合わせも用いることができる。未構造化層２０６は、パターン化、成形加工、エンボス加工その他修正を行って、未構造化層にマイクロ構造特徴群を与えることのできる材料で形成されている。例えば、未構造化層２０６は熱可塑性または熱硬化性材料とすることができる。

マイクロ構造ツール２０８を用いて、未構造化層２０６のマイクロ構造特徴群を与える。マイクロ構造ツール２０８を用いて、未構造化層にマイクロ構造特徴群２１０をエンボス加工、成形、押印、スタンプ、インデントその他により形成して、図７Ｂに示すようなマイクロ構造層２０７を生成する。未構造層２０６は場合により加熱その他処理をしてマイクロ構造特徴群の形成を促す。ある実施形態において、マイクロ構造層は硬化性材料で形成されて、マイクロ構造特徴群形成後硬化すると特徴群が保持される。

マイクロ構造層を作成する別の方法において、図５に示すように、第２のマイクロ構造層１６８を第１のマイクロ構造層１６６の上に形成する。これによって、第１のマイクロ構造層のマイクロ構造特徴群が第２のマイクロ構造層に適用される。図示したように、熱転写エレメント１６０もまた、供与体基材１６２と光−熱変換層１６４を有しているが、他の層の組み合わせを用いることもできる。第２のマイクロ構造層１６８は、ポリマーおよび金属をはじめとする様々な材料を用いて、そして化学蒸着、物理蒸着、スパッタリング、コーティング、電気めっきおよび無電解めっきのような様々な方法により形成することができる。マイクロ構造層を形成する別の方法としては、モノマー蒸着をして、蒸着したモノマーのその場での重合によりポリマーを生成するものが挙げられ、例えば、米国特許出願第０９／２５９，４８７号および第０９／２５９，１００号、および米国特許第５，３９５，６４４号、第５，０９７，８００号、第４，９５４，３７１号および第４，８４２，８９３号に記載されている。第２のマイクロ構造層１６８は、図５に示すようにコンフォーマル（形状追随層）層とすることができる。または第２のマイクロ構造層１６８は、第１のマイクロ構造層１６６のマイクロ構造特徴群を充填して、マイクロ構造特徴群に対して平滑または粗い表面とさせてもよい。

場合によっては、第２のマイクロ構造層１６８は転写ユニットの主層である。第１のマイクロ構造層１６６は、第２のマイクロ構造層１６８のモールド、枠組み、モデルまたはテンプレートとして作用できる。一例を挙げると、第２のマイクロ構造層１６８の一部を、剥離層として作用する第１のマイクロ構造層１６６の関連部分に転写することができる。第１のマイクロ構造層１６６のこの関連部分は、ある実施形態においては、第２のマイクロ構造層１６８の部分に転写することができない。第１のマイクロ構造層１６６の関連部分が転写されても、その部分は、所望であれば、例えば、第１のマイクロ構造層１６６の転写部分が昇華、蒸発、液化、分解または解重合するまで加熱することによって除去可能である。

図９Ａ〜９Ｃに、図８に示すような熱転写エレメント３００を形成する他の技術を示す。図８の熱転写エレメント３００は、供与体基材３０２、光−熱変換層３０４、剥離層３０６、マイクロ構造特徴群３１０を備えたマイクロ構造層３０８および接着層３１４を含む。その他の熱転写エレメントを層の他の組み合わせ（例えば、接着層や光−熱変換層のない熱転写エレメント）を用いて形成することができるものと考えられる。

まず、図９Ａに示すように、供与体基材３０２、光−熱変換層３０４および剥離層３０６を有するフィルム３２０を用意する。マイクロ構造特徴群３１０を備えた表面を持つマイクロ構造層３０８と、任意の剥離ライナ３１２を有するマイクロ構造フィルム３３２を別に用意する。

剥離ライナ３０６は、熱可塑性または熱硬化性ポリマーのような材料を用いて形成され、図９Ｂに示すようにマイクロ構造層３０８のマイクロ構造特徴群３１０がそこに押印、押込、埋没、挿入またはその他により埋め込まれる。マイクロ構造層３０８のマイクロ構造特徴群３１０は、例えば、マイクロ構造層を剥離層に手または機械的による押込をはじめとする様々な技術により剥離層３０６に埋め込まれる。マイクロ構造特徴群３１０を剥離層３０６に埋め込んだ後、剥離ライナ３１２を剥す。場合により、図９Ｃに示すように、接着層３１４をマイクロ構造層３０８上に形成する。これについては後述する。

この技術は様々な方法により修正可能である。例えば、マイクロ構造特徴群を剥離層以外の層に埋め込むことができる。この層は、熱転写エレメントにおいて別の機能を有することもできるし、マイクロ構造特徴群を埋め込むための層として単独でも有用である。さらに、熱転写ユニットを修正して、後述する追加の層のいずれかを入れたり、かつ／または光−熱変換層、剥離層および／または接着層を排除することができる。

ナノ構造エレメントの例
図９Ａ〜９Ｃに示す技術に用いられる好適なナノ構造特徴群は、米国特許第４，８１２，３５２号、第５，０３９，５６１号、第５，３３６，５５８号、第５，７０９，９４３号、第５，３３８，４３０号、第５，２３８，７２９号および第５，７２６，５２４号に記載されているようなマイクロ構造またはナノ構造エレメントである。これらのナノ構造エレメントは、連続または不連続薄層として有機材料を基材に蒸着し、蒸着した有機層中に物理変化を生じさせてナノ構造エレメントを形成するのに十分な時間および温度で蒸着した有機層を真空中でアニールすることにより形成される。

好適な有機材料としては、熱可塑性ポリマー、例えば、アルキド、メラミン、尿素ホルムアルデヒド、ジアリルフタレート、エポキシド、フェノール、ポリエステルおよびシリコーンポリマー；熱硬化性ポリマー、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、アセタール、アクリル、セルロース、エチレン−酢酸ビニル、炭化フッ素、ナイロン、パリレン、フェノキシド、ポリアロマー、ポリプロピレン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリフェニレンオキシド、ポリスチレン、ポリスルホンおよびビニルポリマー；および有機金属化合物、例えば、ビス（η⁵−シクロペンタジエニル）鉄（ＩＩ）、鉄ペンタカルボニル、ルテニウムペンタカルボニル、オスミウムペンタカルボニル、クロムヘキサカルボニル、モリブデンヘキサカルボニル、タングステンヘキサカルボニルおよびトリス（トリフェニルホスフィン）塩化ロジウムが挙げられる。その他の有用な有機材料は、山歯構成で結晶するようなものであり、多核芳香族炭化水素および複素環式芳香族化合物が挙げられる。好適な好ましい有機材料としては、ナフタレン、フェナントレン、ペリレン、アンスラセン、コロネン、ピレン、フタロシアニン、ポルフィリン、カルバゾール、プリンおよびプテリンが挙げられる。ある好ましい有機材料は、Ｎ，Ｎ’−ジ（３，５−キシリル）ペリレン−３，４，９，１０ビス（ジカルボキサミド）（アメリカヘキスト社（ニュージャージー州、サマーセット）より「Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１４９」という商品名で市販）であり、「ペリレンレッド」として知られている。

ナノ構造は均一な長さおよび形状を有し、主軸に添って均一な断面寸法を有しているのが好ましい。一例を挙げると、ナノ構造エレメントは約５０マイクロメートル以下の長さで形成することができる。場合によっては、各ナノ構造エレメントの長さは約０．１〜５マイクロメートルであり、０．１〜３マイクロメートルの範囲とすることができる。平均断面寸法が約１マイクロメートル以下のナノ構造エレメントを形成することができる。場合によっては、断面寸法は０．０１〜０．５マイクロメートルであり、０．０３〜０．３マイクロメートルの範囲とすることができる。

ナノ構造エレメントは、この方法により、面積数密度１平方センチメートル当たり約１０⁷〜約１０¹¹マイクロ構造を有するように形成することができる。ある実施形態において、ナノ構造の面積数密度は、１平方センチメートル当たり約１０⁸〜約１０¹⁰マイクロ構造である。各個々のナノ構造エレメントは、アモルファスでなく、単結晶または多結晶とすることができる。マイクロ構造層は、マイクロ構造の結晶性および均一な配向により高異方性特性を有する。

ナノ構造エレメントは、様々な配向および直線および湾曲形状（例えば、捻ったり、曲げたり、あるいは直線とすることのできるウィスカ、ロッド、円錐、ピラミッド、球、円柱等）とすることができ、どの層も配向と形状が組み合わさったものとすることができる。ナノ構造エレメントの配向は、基材温度、付着速度、有機層付着中の入射角に影響される。有機材料付着中の基材の温度が十分に高い（有機材料の沸点（°Ｋ）の三分の一の値である、業界において関連している臨界基材温度より高い）場合には、付着した有機材料は、付着あるいは後にアニールされたときに、不規則配向のマイクロ構造を形成する。付着中の基材の温度が比較的低い（臨界基材温度より低い）場合には、アニールされたとき、付着した有機材料は均一に配向されたナノ構造を形成する傾向にある。例えば、ペリレンレッドを含む均一に配向されたナノ構造が望ましい場合には、ペリレンレッドの付着中基材の温度は約０〜約３０℃であるのが好ましい。ＤＣマグネトロンスパッタリングやカソードアーク真空プロセスのような特定の後のコンフォーマルコーティング（相似被覆）プロセスにより、曲線マイクロ構造を作成する。

アニール工程において、コートされた有機層が物理的に変化するのに十分な時間および温度で真空で有機層がコートされた基材を加熱する。有機層が成長して、別個の配向単結晶または多結晶マイクロ構造の密な配列を含むナノ構造エレメントが形成される。ナノ構造エレメントの均一な配向は、付着中の基材温度が十分に低ければ、アニールプロセスの結果一般的に得られるものである。コートされた基材をアニール工程の前に空気に晒すことは、後のマイクロ構造の形成に有害であるとは考えられない。

例えば、コートされた有機材料がペリレンレッドまたは銅フタロシアニンである場合には、アニールは約１６０〜約２７０℃の温度で、真空（約１×１０^-3トル未満）で行うのが好ましい。元の有機層をマイクロ構造層に変換するのに必要なアニール時間は、アニール温度に依存している。一般に、アニール時間は約１０分〜約６時間で十分である。アニール時間は約２０分〜約４時間が好ましい。さらに、ペリレンレッドについては、昇華して失われることなく元の有機層の全てをマイクロ構造層に変換するのに最適なアニール温度は、付着した層の厚さにより異なると考えられる。通常、厚さが０．０５〜０．１５μｍの元の有機層については温度は２４５〜２７０℃である。

マイクロ構造層を作成するその他の方法は業界では知られている。例えば、有機マイクロ構造層を作成する方法は、材料科学およびエンジニアリング、Ａ１５８（１９９２年）、１〜６頁、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，５，（４），７月／８月、１９８７年、１９１４−１６頁、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，６，（３），５月／８月、１９８８年、１９０７−１１頁、薄固体フィルム、１８６、１９９０年、３２７−４７頁、Ｊ．Ｍａｔ．Ｓｃｉ．，２５，１９９０年、５２５７−６８頁、急冷金属、Ｐｒｏｃ．ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｆｔｈ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｒａｐｉｄｌｙ Ｑｕｅｎｃｈｅｄ Ｍｅｔａｌｓ，ドイツ、ビュルツブルグ（１９８４年９月３−７日）、Ｓ．Ｓｔｅｅｂら、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ編、Ｂ．Ｖ．，ニューヨーク（１９８５年）、１１１７−２４頁、Ｐｈｏｔｏ．Ｓｃｉ．ａｎｄ Ｅｎｇ．，２４，（４），７月／８月、１９８０年２１１−１６頁および米国特許第４，５６８，５９８号および第４，３４０，２７６号に開示されている。ウィスカの無機系マイクロ構造層を作成する方法は、例えば、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ａ，１，（３）、７月／９月、１９８３年、１３９８−１４０２頁および米国特許第３，９６９，５４５、米国特許第４，２５２，８６５号、第４，３９６，６４３号、第４，１４８，２９４号、第４，２５２，８４３号、第４，１５５，７８１号、第４，２０９，００８号および第５，１３８，２２０号に開示されている。

ナノ構造エレメントを作成するのに有用な無機材料としては、例えば、炭素、ダイヤモンド状炭素、セラミクス（例えば、アルミナ、シリカ、酸化鉄および酸化銅のような金属または非金属酸化物；窒化ケイ素および窒化タンタルのような金属または非金属窒化物；および炭化ケイ素のような金属または非金属炭化物；ホウ化チタンのような金属または非金属ホウ化物）；硫化カドミウムおよび硫化亜鉛のような金属または非金属硫化物；ケイ化マグネシウム、ケイ化カルシウムおよびケイ化鉄のような金属ケイ化物；金属（例えば、金、銀、白金、オスミウム、イリジウム、パラジウム、ルテニウム、ロジウムおよびこれらの組み合わせ；スカンジウム、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウムおよびこれらの組み合わせのような遷移金属；ビスマス、鉛、インジウム、アンチモン、錫、亜鉛およびアルミニウムのような低融点金属；タングステン、レニウム、タンタル、モリブデンおよびこれらの組み合わせのような高融点金属）；および半導体材料（例えば、ダイヤモンド、ゲルマニウム、セレン、ケイ素、テルル、ヒ素化ガリウム、アンチモン化ガリウム、リン化ガリウム、アンチモン化アルミニウム、アンチモン化インジウム、インジウム錫酸化物、アンチモン化亜鉛、リン化インジウム、ヒ化アルミニウムガリウム、テルル化亜鉛およびこれらの組み合わせ）が挙げられる。

ある実施形態において、ナノ構造エレメント（例えば、ウィスカまたはファイバー）は、１層以上のコンフォーマルコーティング材料でコートされる。コンフォーマルコーティング材料は、適用されると、望ましい電子特性、例えば、導電性や電子加工機能、および熱特性、光学特性、例えば、アブレーションの光吸収、物理特性（例えば、マイクロ構造層を含むマイクロ構造を強化する）、化学特性（例えば、保護層を与える）および低蒸気圧特性のようなその他の特性を与える機能層として作用する。コンフォーマルコーティング材料は、無機材料、有機材料またはポリマー材料とすることができる。有用な無機および有機コンフォーマルコーティング材料としては、例えば、マイクロ構造の説明で上述したようなものが挙げられる。有用な有機材料としては、また例えば、導電性ポリマー（例えば、ポリアセチレン）、ポリ−ｐ−キシレンから誘導されるポリマー、および自己組立層を形成することのできる材料が挙げられる。一例を挙げると、好適なコンフォーマルコーティングの厚さは、約０．２〜約５０ｎｍである。

コンフォーマルコーティングは、例えば、米国特許第４，８１２，３５２号および第５，０３９，５６１号に開示されたような従来の技術を用いてマイクロ構造層に付着させる。マイクロ構造層が機械的な力により妨害されないような方法であればいずれの方法を用いてコンフォーマルコーティングを付着させてもよい。好適な方法としては、例えば、気相蒸着（例えば、真空蒸着、スパッタコーティング、化学蒸着およびモノマー蒸着）溶液コーティングまたは分散コーティング（例えば、ディップコーティング、スプレーコーティング、スピンコーティング、流動コーティング（表面に液体を注ぎ、液体をマイクロ構造層に流れさせて、溶剤を除去する））、浸漬コーティング（マイクロ構造層が溶液から分子を、または分散液からコロイドまたはその他粒子を吸着するのに十分な時間溶液に浸す）、電気めっきおよび無電解めっきが挙げられる。好ましくは、コンフォーマルコーティングは、例えば、イオンスパッタ付着、カソードアーク付着、蒸気凝縮、真空昇華、物理的蒸気移動、化学的蒸気移動および金属有機化学蒸着のような気相付着法により付着する。

多層マイクロ構造
図１２にさらに他の熱転写エレメント６１０を示す。熱転写エレメントは、供与体基材６１２、光−熱変換層６１４およびマイクロ構造層６１６を含む。マイクロ構造層６１６は、第１のセットのマイクロ構造特徴群６１８と第２のセットのマイクロ構造特徴群６２０とを画定する表面を有している。追加の層および層構成、および追加のセットのマイクロ構造特徴群を用いることができる。

第２のセットのマイクロ構造特徴群６２０は、第１のセットのマイクロ構造特徴群６１８の上に形成することができる。あるいは、第１および第２のセットのマイクロ構造特徴群は、重ならずに、または部分的に重なるように形成することができる。第１および第２のセットのマイクロ構造特徴群（および任意の追加のセットのマイクロ構造特徴群）を用いて、転写すると、特徴群の組み合わせである構造を形成することができる。例えば、図９Ａ〜９Ｃに示したマイクロ構造特徴群は、第２のセットのマイクロ構造特徴群を用いてさらにパターン化することができる。

多層マイクロ構造転写ユニット
図１３に、熱転写エレメント７１０のさらに他の実施形態を示す。この熱転写エレメントは、供与体基材７１２、光−熱変換層７１４および少なくとも２枚のマイクロ構造層７１６、７１８を含む転写ユニットを含む。本明細書に記載した追加の層またはその他の層構成も用いることができる。

２層（以上）のマイクロ構造層７１６、７１８のマイクロ構造特徴群は、図１３に示すように同一にすることができる。あるいは、各層のマイクロ構造特徴群を変えることができる。さらに他の変形例として、マイクロ構造層は仲介層７２０により分離することができる。ある実施形態において、２層以上のマイクロ構造層および任意の仲介層、および熱転写ユニットのその他の層を用いて、多層デバイス（例えば、有機エレクトロルミネッセントデバイスまたはトランジスタのような多層電子または光学デバイス）の一部または全体を形成することができる。

光−熱変換（ＬＴＨＣ）層
放射線誘導熱転写については、光−熱変換（ＬＴＨＣ）層を、熱転写エレメントに組み込んで、光放出源から放出された光エネルギーが熱転写エレメントに結合される。図２に、供与体基材１１２、光−熱変換層１１４およびマイクロ構造層１１６を含む熱転写エレメント１１０の一実施形態を示す。ＬＴＨＣ層を含有するその他の熱転写エレメント構造を形成することができる。

ＬＴＨＣ層は、通常、入射放射線（例えば、レーザー光線）を吸収する放射線吸収体を含み、入射放射線の少なくとも一部を熱に変換して、マイクロ構造層の熱転写エレメントから受容体への転写を可能にする。ある実施形態において、別個のＬＴＨＣ層はなく、代わりに放射線吸収体が、供与体基材、剥離層またはマイクロ構造層のような熱転写エレメントの別の層に配置されている。他の実施形態において、熱転写エレメントは、ＬＴＨＣ層を含み、また、例えば、供与体基材、剥離層またはマイクロ構造層のような熱転写エレメントの１層以上の他の層に配置された追加の放射線吸収体も含む。さらに他の実施形態において、熱転写エレメントはＬＴＨＣ層または放射線吸収体は含まず、マイクロ構造層は熱転写エレメントと接触する加熱素子を用いて転写される。

通常、ＬＴＨＣ層（またはその他の層）の放射線吸収体は、電磁スペクトルの赤外、可視および／または紫外線領域の光を吸収する。放射線吸収体は、一般に、選択された画像形成放射線について高吸収性であり、画像形成放射線の波長で０．２〜３、好ましくは０．５〜２の光学密度を与える。好適な放射線吸収材料としては、例えば、染料（例えば、可視光染料、紫外線染料、赤外線染料、蛍光染料および放射線偏向染料）、顔料、金属、金属化合物、金属フィルムおよびその他の好適な吸収材料が挙げられる。好適な放射線吸収体としては、カーボンブラック、金属酸化物および金属硫化物が挙げられる。好適なＬＴＨＣ層の一例としては、カーボンブラックのような顔料および有機ポリマーのようなバインダーが挙げられる。その他の好適なＬＴＨＣ層は、例えば、黒色アルミニウム（黒色の外観の部分酸化アルミニウム）の薄層として形成された金属または金属／金属酸化物が挙げられる。金属および金属化合物フィルムは、例えば、スパッタリングや蒸着のような技術により形成される。微粒子コーティングを、好適な乾燥または湿潤コーティング技術を用いて形成してもよい。

ＬＴＨＣ層において放射線吸収体として用いるのに好適な染料は、微粒子形態、バインダー材料に溶解した状態、またはバインダー材料に少なくとも部分的に分散させて存在させる。微粒子放射線吸収体を用いるときは、粒子サイズは少なくとも約１０μｍ以下とすることができ、場合によっては約１μｍ以下としてもよい。好適な染料としては、スペクトルのＩＲ領域に吸収を示す染料が挙げられる。かかる染料は、松岡、Ｍ．「赤外吸収材料」、Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ、ニューヨーク、１９９０年；松岡、Ｍ．ダイオードレーザー用染料の吸収スペクトル、Ｂｕｎｓｈｉｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ社、東京、１９９０年、米国特許第４，７２２，５８３号、第４，８３３，１２４号、４，９１２，０８３号、第４，９４２，１４１号、第４，９４８，７７６号、第４，９４８，７７８号、第４，９５０，６３９号、第４，９４０，６４０号、第４，９５２，５５２号、第５，０２３，２２９号、第５，０２４，９９０号、第５，１５６，９３８号、第５，２８６，６０４号、第５，３４０，６９９号、第５，３５１，６１７号、第５，３６０，６９４号および第５，４０１，６０７号、および欧州特許第３２１，９２３号および第５６８，９９３号、およびＢｅｉｌｏ，Ｋ．Ａ．ら、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，１９９３年、４５２−４５４（１９９３年）に例示されている。Ｇｌｅｎｄａｌｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（フロリダ州、レイクランド）よりＣＹＡＳＯＲＢ ＩＲ−９９、ＩＲ−１２６およびＩＲ−１６５という商品名でより市販されているＩＲ吸収体もまた用いることができる。溶解度や、特定のバインダーおよび／またはコーティング溶剤との相容性、および吸収波長範囲のような因子に基づいて特定の染料を選んでよい。

着色材料もまたＬＴＨＣ層中に放射線吸収体として用いてよい。好適な顔料としては、カーボンブラックおよびグラファイト、およびフタロシアニン、ニッケルジチオレンおよび米国特許第５，１６６，０２４号および第５，３５１，６１７号に記載されたその他顔料が例示される。さらに、銅またはクロム錯体ベースの黒色アゾ顔料、例えば、ピラゾロンイエロー、ジアニシリデンレッドおよびニッケルアゾイエローもまた有用である。無機顔料もまた用いることができ、例えば、アルミニウム、ビスマス、錫、インジウム、亜鉛、チタン、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、ジルコニウム、鉄、鉛およびテルルのような金属の酸化物および硫化物が挙げられる。金属ホウ化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、青銅構造酸化物および青銅系列関連構造の酸化物（例えば、ＷＯ_2.9）もまた用いてよい。

金属放射線吸収体は、例えば、米国特許第４，２５２，６７１号に記載されているように粒子か、または米国特許第５，２５６，５０６号に開示されているようにフィルムの形態のいずれかで用いられる。好適な材料としては、例えば、アルミニウム、ビスマス、錫、インジウム、テルルおよび亜鉛が挙げられる。

前述したように、微粒子放射線吸収体はまたバインダーに入れてもよい。コーティング中の放射線吸収体の重量パーセント（重量パーセントの計算で溶剤は排除した）は、ＬＴＨＣに用いられる特定の放射線吸収体およびバインダーに応じて、通常、１ｗｔ．％〜３０ｗｔ．％、好ましくは３ｗｔ．％〜２０ｗｔ．％、最も好ましくは５ｗｔ．％〜１５ｗｔ．％である。

ＬＴＨＣ層に用いるのに好適なバインダーとしては、フィルム形成ポリマー、例えば、フェノール樹脂（ノボラックおよびレゾール樹脂）、ポリビニルブチラール樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリレート、セルロースエーテルおよびエステル、ニトロセルロースおよびポリカーボネートが挙げられる。好適なバインダーとしては、重合または架橋された、または重合または架橋可能なモノマー、オリゴマーまたはポリマーが挙げられる。ある実施形態において、バインダーは、任意のポリマーと共に架橋モノマーおよび／またはオリゴマーのコーティングを用いて主に形成される。ポリマーをバインダー中に用いるときは、バインダーは１〜５０ｗｔ．％、好ましくは１０〜４５ｗｔ．％のポリマーを含む（ｗｔ．％を計算するとき溶剤は排除してある）。

供与体基材上にコーティングする際、モノマー、オリゴマーおよびポリマーは架橋させてＬＴＨＣを形成する。場合によっては、ＬＴＨＣ層の架橋が少なすぎると、ＬＴＨＣ層は、熱により劣化したり、かつ／またはＬＴＨＣ層の一部がマイクロ構造層を備えた受容体へ転写される恐れがある。

熱可塑性樹脂（例えば、ポリマー）を入れると、少なくともある場合においては、ＬＴＨＣ層の性能（例えば、転写特性および／またはコート性）が改善される。熱可塑性樹脂は、ＬＴＨＣ層の供与体基材への接着を改善するものと考えられている。一実施形態において、バインダーは、２５〜５０ｗｔ．％（重量パーセントを計算するとき溶剤は排除してある）の熱可塑性樹脂、好ましくは３０〜４５ｗｔ．％の熱可塑性樹脂を含む。ただし、これより少ない量（例えば、１〜１５ｗｔ．％）の熱可塑性樹脂を用いても構わない。熱可塑性樹脂は、通常、バインダーのその他の材料と相容性があるもの（例えば、一相の組み合わせを形成するもの）を選ぶ。ポリマーハンドブック、Ｊ．Ｂｒａｎｄｒｕｐ編、ＶＩＩ５１９〜５５７頁（１９８９年）によれば、溶解度パラメータを用いて、相容性を示すことができる。少なくともある実施形態において、９〜１３（ｃａｌ／ｃｍ³）^1/2、好ましくは９．５〜１２（ｃａｌ／ｃｍ³）^1/2の溶解度パラメータを有する熱可塑性樹脂をバインダーに選ぶ。好適な熱可塑性樹脂としては、ポリアクリル、スチレン−アクリルポリマーおよび樹脂、およびポリビニルブチラールが例示される。

界面活性剤や分散剤のような従来のコーティング助剤を加えて、コーティングプロセスを促進させてもよい。ＬＴＨＣ層は、業界に知られた様々なコーティング技術を用いて供与体基材にコートしてもよい。ポリマーまたは有機ＬＴＨＣ層は、少なくともある場合においては、０．０５μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍ、最も好ましくは１μｍ〜７μｍの厚さでコートされる。無機ＬＴＨＣ層は、少なくともある場合においては、０．００１μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．００２μｍ〜１μｍの厚さでコートされる。

中間層
転写層の転写部分の損傷および汚染を最小にし、また転写層の転写部分における歪みを最小にするために任意の中間層を熱転写エレメントに用いてよい。中間層はまた、転写層の熱転写エレメントの残りへの接着にも影響する。図３に、供与体基材１２２、光−熱変換層１２４、中間層１２６およびマイクロ構造層１２８を含む熱転写エレメント１２０の一実施形態を示す。中間層を含有するその他の熱転写エレメントを形成することができる。ある実施形態において、マイクロ構造層が中間層上に形成できるよう、中間層は、例えば、マイクロ構造化ツールを用いてマイクロ構造化することができる。この実施形態の中間層は、後に形成されるマイクロ構造層にマイクロ構造化特徴群を与える。

通常、中間層は高い抵抗を有している。中間層は、画像形成条件下で、特に、転写画像が機能しないようになるまで、歪んだり、化学的に分解されないのが好ましい。中間層は、転写プロセス中、通常、ＬＴＨＣ層と接触したままであり、転写ユニット（マイクロ構造層および任意の剥離層）に実質的に転写されない。

好適な中間層としては、例えば、ポリマーフィルム、金属層（例えば、蒸着金属層）、無機層（例えば、ゾル−ゲル付着層および無機酸化物（例えば、シリカ、チタニアおよびその他金属酸化物）の蒸着層）および有機／無機複合体層が挙げられる。中間層材料として好適な有機材料としては、熱硬化性と熱可塑性の両方の材料が挙げられる。好適な熱硬化性材料としては、熱、放射線または化学処理により架橋される樹脂が挙げられ、これらに限られるものではないが、架橋または非架橋ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエステル、エポキシおよびポリウレタンがある。熱硬化性材料は、例えば、熱可塑性前駆体としてＬＴＨＣ層上にコートし、架橋して架橋中間層を形成してもよい。

好適な熱可塑性材料としては、例えば、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリエステルおよびポリイミドが挙げられる。これらの熱可塑性有機材料は、従来のコーティング技術（例えば、溶剤コーティング、スプレーコーティングまたは押出しコーティング）により適用することができる。一般に、中間層に用いるのに好適な熱可塑性材料のガラス転移温度（Ｔ_g）は２５℃以上、好ましくは５０℃以上、より好ましくは１００℃以上、最も好ましくは１５０℃以上である。中間層は、画像形成放射線波長で、透過性、吸収性、反射性またはその他組み合わせのいずれかとすることができる。

中間層材料として好適な無機材料としては、例えば、画像形成光波長で極めて透過性または反射性の材料を含めた、金属、金属酸化物、金属硫化物および無機炭素コーティングが挙げられる。これらの材料は、従来の技術（例えば、真空スパッタリング、真空蒸着またはプラズマジェット蒸着）により光−熱変換層に適用してもよい。

中間層は多くの利点を与えるものである。中間層は、光−熱変換層からの材料の転写を防ぐバリアとなる。また転写ユニットの温度を調整して、熱に不安定な材料を転写できるようにする。中間層があるとまた、転写された材料の塑性復原が改善される。

中間層は、例えば、光開始剤、界面活性剤、顔料、可塑剤およびコーティング助剤をはじめとする添加剤も含んでいてよい。中間層の厚さは、例えば、中間層の材料、ＬＴＨＣ層の材料、転写層の材料、画像形成放射線の波長、および熱転写エレメントを画像形成放射線に照射する持続時間のような因子に応じて異なる。ポリマー中間層については、中間層の厚さは、０．０５μｍ〜１０μｍ、好ましくは約０．１μｍ〜４μｍ、より好ましくは０．５〜３μｍ、最も好ましくは０．８〜２μｍである。無機中間層（例えば、金属または金属化合物中間層）については、中間層の厚さは、０．００５μｍ〜１０μｍ、好ましくは約０．０１μｍ〜３μｍ、より好ましくは約０．０２〜１μｍである。

剥離層
任意の剥離層は、熱転写エレメントを、例えば、光放出源または加熱素子により加熱する際、転写ユニット（例えば、マイクロ構造層）の、残りの転写エレメント（例えば、中間層および／またはＬＴＨＣ層）からの剥離を促すものである。少なくともある場合においては、熱に晒す前は、剥離層は、転写層を熱転写エレメントの残りに接着させている。図４に、供与体基材１４２、光−熱変換層１４４、剥離層１４６およびマイクロ構造層１４８を含む熱転写エレメント１４０を示す。その他の層の組み合わせを用いてもよい。他の実施形態において、熱転写エレメント中のその他の層のうちの一層を剥離層として機能させてもよい。例えば、図５に示す熱転写エレメント１６０の第１のマイクロ構造層１６６を剥離層として機能させることができる。

好適な剥離層としては、例えば、熱可塑性および熱硬化性ポリマーが挙げられる。好適なポリマーとしては、アクリルポリマー、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリアセチレン、フェノール樹脂（ノボラックおよびレゾール樹脂）、ポリビニルブチラール樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリレート、セルロースエーテルおよびエステル、ニトロセルロース、エポキシ樹脂およびポリカーボネートが挙げられる。その他の好適な材料としては、例えば、米国特許第５，７４７，２１７号に記載された材料をはじめとする昇華性材料（フタロシアニン等）が挙げられる。

剥離層は、転写ユニット（マイクロ構造層を含む）の一部または転写しない別個の層とすることができる。剥離層の全てまたは一部を転写ユニットにより転写することができる。あるいは、転写ユニットが転写されると、剥離層の大半または実質的に全てが受容体基材に残る。昇華材料を含む剥離層については、剥離層の一部が転写プロセス中に失われることがある。ある実施形態において、剥離層の一部は転写ユニットでは転写せず、剥離層は、例えば、加熱すると、剥離層の転写部分を昇華、蒸発、液化、分解または解重合することにより除去可能な材料から形成される。

接着層
任意の接着層は、熱転写エレメントを、例えば、光放出源または加熱素子により加熱すると転写される転写ユニット（例えば、マイクロ構造層）の部分を受容体に接着するのを促す。図６に供与体基材１８２、光−熱変換層１８４、剥離層１８６、マイクロ構造層１８８および接着層１９０を含む熱転写エレメント１８０を示す。その他の層の組み合わせを用いてもよい。

好適な接着層としては、例えば、熱可塑性および熱硬化性樹脂が挙げられる。好適なポリマーとしては、アクリルポリマー、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリアセチレン、フェノール樹脂（ノボラックおよびレゾール樹脂）、ポリビニルブチラール樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリレート、セルロースエーテルおよびエステル、ニトロセルロース、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリカーボネートおよびその他架橋性樹脂が例示される。その他の好適な材料としては、例えば、米国特許第５，７４７，２１７号に記載された材料をはじめとする昇華性材料（フタロシアニン等）が挙げられる。

接着層は、一般に、転写ユニット（マイクロ構造層を含む）の一部である。昇華材料を含む接着層については、接着層層の一部が転写プロセス中に失われることがある。ある実施形態において、接着層は、例えば、加熱すると、接着層の転写部分を昇華、蒸発、液化、分解または解重合することにより除去可能な材料から形成される。

熱転写
熱転写エレメントは、熱転写エレメントの選択部分を直接加熱することにより加熱できる。加熱素子（例えば、抵抗加熱素子）を用いて、放射線（例えば、光のビーム）を熱に変換し、かつ／または電流を熱転写エレメントの層に与えて熱を生成することができる。多くの場合、精度が得られることが多いことから、例えば、ランプやレーザーからの光を用いた熱転写が有利である。転写パターン（線、円、四角またはその他形状）のサイズおよび形状は、例えば、光ビームのサイズ、光ビームの露光パターン、熱転写エレメントと接触する有向性ビームの持続時間、および熱転写エレメントの材料により制御することができる。

放射線（光）を用いた熱転写については、様々な放射線放出源を本発明において用いることができる。アナログ技術（マスクを介した露光）については、高出力光源（キセノンフラッシュランプおよびレーザー）が有用である。デジタル画像形成技術については、赤外、可視および紫外線レーザーが特に有用である。好適なレーザーとしては、例えば、高出力（＞１００ｍＷ）単一モードレーザーダイオード、ファイバー結合レーザーダイオード、およびダイオードポンプ固体レーザー（Ｎｄ：ＹＡＧおよびＮｄ：ＹＬＦ）が挙げられる。レーザー露光休止時間は、例えば、約０．１〜５マイクロ秒、レーザーフルエンスは、例えば、約０．０１〜約１Ｊ／ｃｍ²とすることができる。

広い基材面積について高精度のスポット配置が必要なとき（例えば、情報の多いフルカラーディスプレイ用途について）は、放射線源としてレーザーが特に有用である。レーザー源は、１ｍ×１ｍ×１．１ｍｍのガラスといった大きな剛性基材と、厚さ１００μｍのポリイミドシートのような連続またはシート状フィルム基材の両方に用いられる。

例えば、ＬＴＨＣ層や放射線吸収体のない単純な受容体フィルム構造には、抵抗サーマルプリントヘッドまたはアレイを用いてもよい。小さな基材サイズ（いずれの寸法についても約３０ｃｍ未満）または約英数字セグメントのディスプレイに必要とされるような大きなパターンにこれは特に有用である。

画像形成中、熱転写エレメントは受容体と密に接触する。少なくともある場合においては、圧力または真空を用いて、受容体との密な接触において熱転写エレメントを保持する。放射線源を用いて、ＬＴＨＣ層（および／または放射線吸収体を含むその他の層）を像様に加熱して（マスクを通してデジタル的またはアナログ的に晒す）、熱転写エレメントからあるパターンにより受容体への転写層の像様の転写を行う。

あるいは、抵抗加熱素子のような加熱素子を用いて、転写ユニットを転写してもよい。熱転写エレメントは、加熱素子と選択的に接触させて、あるパターンによる転写層の一部の熱転写を行う。他の実施形態において、熱転写エレメントは、層に加わった電流を熱に変えることのできる層を含んでいてもよい。

図１０Ａ〜１０Ｃに、マイクロ構造層４０８の一部の受容体４１４への一転写方法を示す。この方法は、図８と同様の熱転写エレメントを用いるものであるが、図１〜６に示すようなその他の熱転写エレメントに適用することができるものと考えられる。この特定の熱転写エレメント４００は、図１０Ａに示すように受容体基材４０２、光−熱変換層４０４、剥離層４０６、マイクロ構造特徴群４１０を画定する表面を有するマイクロ構造層４０８および接着層４１２を含む。熱転写エレメント４００を受容体４１４と接触させ、熱転写エレメントに所望のパターンに従って光４１６を用いて照射する。図１０Ｂに示すように、これによって、マイクロ構造層４０８および接着層４１２の一部４１８および任意で剥離層４０６の一部が受容体に転写される。熱転写要素の残りは除去される。任意で、剥離層４０６および／または接着層４１２の転写部分を、例えば、加熱して、これらの層を昇華、蒸発、液化、分解、解重合またはその他により、図１０Ｃに示すように除去してもよい。これによって、マイクロ構造層の転写部分４２０が残る。

図１１Ａ〜１１Ｃに、マイクロ構造層５０８の一部の受容体５１４への他の転写方法を示す。この方法は、図８と同様の熱転写エレメントを用いるものであるが、図１〜６に示すようなその他の熱転写エレメントに適用することができるものと考えられる。この特定の熱転写エレメント５００は、図１１Ａに示すように受容体基材５０２、光−熱変換層５０４、剥離層５０６、およびマイクロ構造特徴群５１０を画定する表面を有するマイクロ構造層５０８を含む。熱転写エレメント５００を受容体５１４と接触させる。受容体５１４は接着層５１２を有している。この接着層５１２はあるパターンに形成してもよいし、または受容体５１４の全体または大部分を覆うようにしてもよい。接着層５１２は、標準的なコーティング方法を用いて受容体５１４上にコートできる。または接着層５１２は、例えば、他の熱転写エレメントを用いて受容体５１４上に形成することができる。

熱転写エレメントに所望のパターンに従って光５１６を用いて照射する。図１１Ｂに示すように、これによって、マイクロ構造層５０８の一部５１８および任意で剥離層５０６の一部が受容体に転写される。熱転写要素の残りは除去される。任意で、剥離層５０６および／または接着層５１２の転写部分を、例えば、加熱して、これらの層を昇華、蒸発、液化、分解、解重合またはその他により、図１０Ｃに示すように除去してもよい。これによって、マイクロ構造層の転写部分５２０が残る。

通常、転写ユニットは、任意の中間層やＬＴＨＣ層のような熱転写エレメントのその他の層を転写せずに受容体に転写する。任意の中間層の存在によって、ＬＴＨＣ層の受容体への転写が排除されたり減少したり、かつ／または転写層の転写部分において歪みを減じることができる。画像形成条件下で、中間層のＬＴＨＣ層に対する接着力は、中間層の転写層に対する接着力より大きいのが好ましい。場合によっては、反射性中間層を用いて、中間層を透過する画像形成放射線のレベルを減衰させて、透過した放射線と転写層および／または受容体との相互作用の結果としての転写層の転写部分の損傷を減じることができる。受容体の画像形成放射線の吸収性が高いときに生じる熱的損傷を減じるのにこれは特に有利である。

レーザー露光中、画像形成された材料からの複数の反射による妨害パターンの形成を最小にするのが望ましい。これは様々な方法により実施することができる。最も一般的な方法は、米国特許第５，０８９，３７２号に記載されているように、入射放射線のスケールで熱転写エレメントの表面を効果的に削るものである。これには、入射放射線の空間干渉性を分断して、自己干渉を最小にする効果がある。他の方法は、熱転写エレメント内に反射防止コーティングを用いるものである。反射防止コーティングを用いることは知られており、米国特許第５，１７１，６５０号に記載されているように、フッ化マグネシウムのような四分の一波長の厚さのコーティングからなっていてもよい。

長さおよび幅の寸法が１メートル以上の熱転写エレメントを含む大きな熱転写エレメントを用いることができる。操作中、レーザーを大きな熱転写エレメントを横切るようにラスタ化、その他動かすことができ、レーザーを選択的に操作して、所望のパターンに従って熱転写エレメントの部分に照射する。あるいは、レーザーを静置させて、熱転写エレメントをレーザーの下で動かしてもよい。

場合によっては、２つ以上の異なる熱転エレメントを用いてデバイスまたは構造を形成するのが必要、望ましい、かつ／または簡便なこともある。これらの熱転写エレメントはそれぞれ受容体に１層以上の層を転写する転写ユニットを含む。２つ以上の熱転写ユニットを続けて用いて、デバイスの１層以上の層を付着させる。

特に断りのない限り、化学薬品はアルドリッチケミカル社（ウィスコンシン州、ミルウォーキー）より入手した。

実施例１
基材／ＬＴＨＣ／中間層エレメントの作成
表１に示す以下のＬＴＨＣコーティング溶液を、ヤスイセイキラボコーター、型番ＣＡＧ−１５０（ヤスイセイキ社、インジアナ州、ブルーミントン）により、直線１ｃｍ当たり３８１個の螺旋セル（直線１インチ当たり１５０個の螺旋セル）のマイクログラビアロールを用いて、０．１ｍｍのＰＥＴ基材にコートすることによりカーボンブラック光−変換層を作成した。

コーティングを４０℃でインラインで乾燥させ、６．１ｍ／分で、Ｈ電球を備えたフュージョンシステムズ型番Ｉ６００（４００Ｗ／ｉｎ）ＵＶ硬化システムを用いてＵＶ硬化した。乾燥したコーティングの厚さは約３ミクロンであった。

光−熱変換層のカーボンブラックコーティングに、表２に示す中間層コーティング溶液を、ヤスイセイキラボコーター、型番ＣＡＧ−１５０（ヤスイセイキ社、インジアナ州、ブルーミントン）を用いて輪転グラビアコートした。このコーティングをインラインで乾燥させ（４０℃）、６．１ｃｍ／分で、Ｈ電球を備えたフュージョンシステムズ型番Ｉ６００（６００Ｗ／ｉｎ）ＵＶ硬化システムを用いてＵＶ硬化した。得られた中間層コーティングの厚さは約１．７ミクロンであった。

実施例２
ナノ構造フィルムの作成
ナノ構造フィルムを米国特許第５，０３９，５６１号および第５，７２６，５２４号に記載されている通りに作成した。アメリカンヘキスト社（ニュージャージー州、ソマーセット）より「Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１４９」という商品名で市販されている、約１５００オングストロームの有機赤色顔料（Ｎ，Ｎ’−ジ（３，５−キシリル）ペリレン−３，４，９，１０ビス（ジカルボキサミド）を、金属化ポリイミド（Ｕｐｉｌｅｘ−５、ＵＢＥインダストリーズ社（日本、東京））の１平方フィート（約０．０９ｃｍ²）のシートに真空コートした。このシートを１０^-3トルの真空中でアニールし、フィルムを、不連続に配向された結晶ナノ構造特徴群の配列に変換した。これらの特徴群の数密度は１平方マイクロメートル当たり約３０〜４０であった。特徴群の高さは平均約１．５μｍ、平均断面寸法は約０．０５μｍ以下であった。これらのナノ構造特徴群を、蒸着により４４００オングストロームの白金でコンフォーマルオーバーコートした。

実施例３
熱転写エレメントの作成
実施例１の基材／ＬＴＨＣ／中間層エレメントを、アクリルポリマー（Ｅｌｖａｃｉｔｅ２７７６、ＩＣＩアクリル（ミズーリ州、セントルイス））の熱可塑性剥離層でコートした。ポリマー１０ｗｔ．％水溶液と、６番のマイヤーバーを用いて、約１マイクロメートルの厚さにアクリルポリマーを適用した。このポリマーを乾燥させた。

実施例２のナノ構造フィルムのナノ構造特徴群を熱可塑性剥離層に埋め込んだ。ナノ構造特徴群を埋め込むために、ナノ構造フィルムを熱可塑性剥離層と接触させて、カーバープレスの加熱（７５℃）プラテンの間に入れ、２５ｃｍ²当たり１５〜２０メートルトンの圧力を約１分間印加した。このアセンブリを圧力下で冷やした。

カーバープレスから除去した後、ナノ構造フィルムの金属化ポリイミドバッキングを剥して、熱可塑性層に埋め込まれたナノ構造特徴群を残した。ナノ構造層を約０．５μｍのＥｌｖａｃｉｔｅ２７７６で、５ｗｔ．％のポリマー水溶液および６番のマイヤーバーを用いてコートし、接着層を形成した。このポリマーを乾燥させた。

実施例４
ナノ構造層の熱転写
実施例３の熱転写エレメントを用いて、ナノ構造層の一部をガラス受容体に転写した。レーザー転写システムには、ＣＷ Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、音響−光学的変調器、コリメータおよびビーム拡大光学部品、光学アイソレータ、直線検流計およびｆ−シータスキャンレンズが含まれていた。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、ＴＥＭ００モードで操作され、総出力８．５ワットであった。高精度直線検流計（ケンブリッジテクノロジー社（マサチューセッツ州、ケンブリッジ））でスキャニングを行った。レーザーは、測定サイズ１４０μｍ×１５０μｍのガウススポットに１／ｅ²の強度レベルで集束させた。ｆ−シータスキャンレンズを用いることにより、スポットをスキャン幅について一定に保った。レーザースポットを５．２８メートル／秒の速度で画像表面を横切るようにスキャンさせた。その結果、接着層、ナノ構造層および剥離層を含む１１０μｍの線の均一な転写となった。

受容体および転写された線を窒素雰囲気中４００℃で、半時間は温度を傾斜させ、最低半時間は温度を維持して焼き、転写接着および剥離層を除去した。得られたナノ構造層の走査電子顕微鏡検査によれば、ナノ構造特徴群が、配向、空間分布および物理特性を保持したまま転写されたことが分かった。

実施例５
マイクロ構造層の熱転写
Ｅｌｖａｃｉｔｅ（商標）２７７６（アクリル樹脂、ＩＣＩアクリル（デラウェア州、ウィルミントン）より入手可能）を、実施例１により作成した基材／ＬＴＨＣ／中間層エレメントに厚さ７．５μｍでコーティングして転写層を形成することにより第１の熱転写エレメントを作成した。溶液を８０℃で約３分間乾燥させた。乾燥した溶液をマイクロ構造エンボス加工ツールでエンボス加工した。マイクロ構造エンボス加工ツールは、異なるピッチの四角パターンの水平および垂直溝を用いる金属固体片からダイヤモンド機械加工された。ツールの全体のパターンは、異なる均一な垂直および水平ピッチを有する各平方グリッドセクションを持つグリッドのパターンであった。パターンを切断するのに用いたダイヤモンドの夾角は３０度、先端幅は５．５ミクロンであった。パターンは全て公称深さ５．６ミクロンで切断された。水平および垂直方向のパターンのピッチは１１．８〜２７ミクロンであった。エンボス加工後、１００オングストロームのアルミニウムを転写層のエンボス加工表面に蒸着した。

Ｅｌｖａｃｉｔｅ（商標）２７７６（アクリル樹脂、ＩＣＩアクリル（デラウェア州、ウィルミントン）より入手可能）９８ｗｔ．％およびＨｅｌｏｘｙ（商標）（シェルケミカル社、テキサス州、ヒューストン）２ｗｔ．％の溶液を、実施例１により作成した基材／ＬＴＨＣ／中間層エレメントに厚さ２．５μｍでコートして転写層を形成することにより第２の熱転写エレメントを作成した。溶液を８０℃で約３分間乾燥させた。

第２の熱転写エレメントを用いて、接着層をソーダ石灰ガラス基材上に転写した。レーザー転写システムには、ＣＷ Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、音響−光学的変調器、コリメータおよびビーム拡大光学部品、光学アイソレータ、直線検流計およびｆ−シータスキャンレンズが含まれていた。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、ＴＥＭ００モードで操作され、総出力１６ワットであった。高精度直線検流計（ケンブリッジテクノロジー社（マサチューセッツ州、ケンブリッジ））でスキャニングを行った。レーザーは、測定サイズ１４０μｍ×１５０μｍのガウススポットに１／ｅ²の強度レベルで集束させた。ｆ−シータスキャンレンズを用いることにより、スポットをスキャン幅について一定に保った。レーザースポットを６．９５メートル／秒の速度で画像表面を横切るようにスキャンさせた。その結果、Ｅｌｖａｃｉｔｅ層を含む８６μｍの線がガラス基材に均一に転写された。

第１の熱転写エレメントを用いて、マイクロ構造層を、位置合せし合致させて、第２の熱転写エレメントを用いて形成された接着層に転写した。レーザー転写システムには、ＣＷ Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、音響−光学的変調器、コリメータおよびビーム拡大光学部品、光学アイソレータ、直線検流計およびｆ−シータスキャンレンズが含まれていた。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、ＴＥＭ００モードで操作され、総出力１６ワットであった。高精度直線検流計（ケンブリッジテクノロジー社（マサチューセッツ州、ケンブリッジ））でスキャニングを行った。レーザーは、測定サイズ１４０μｍ×１５０μｍのガウススポットに１／ｅ²の強度レベルで集束させた。ｆ−シータスキャンレンズを用いることにより、スポットをスキャン幅について一定に保った。レーザースポットを６．１５メートル／秒の速度で画像表面を横切るようにスキャンさせた。その結果、マイクロ構造層を含む５６μｍの線が、第１の熱転写エレメントからＥｌｖａｃｉｔｅ（商標）層上のガラス基材に均一に転写された。ガラス基材上の得られた構造を、窒素中１５０℃で１．５時間焼いた。焼く前後、転写マイクロ構造層はマイクロ構造特徴群を保持していた。

本発明は、上述した特定の実施例に限定されないものとし、添付の請求項に規定された発明の全ての態様を含むものとする。様々な修正、等価プロセス、および本発明を適用することのできる様々な構造体は、本発明の意図する当業者には本明細書を考慮すれば明白であろう。

Claims (30)

1. 基材と、
   マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を有するマイクロ構造層とを有する熱転写エレメントであって、
   前記熱転写エレメントが、前記マイクロ構造層の少なくとも一部を、その部分の前記マイクロ構造特徴群を実質的に保持しつつ、受容体に転写するように構成および配置されていることを特徴とする熱転写エレメント。
2. 前記マイクロ構造層が、前記マイクロ構造層に付けられたナノ構造特徴群を画定する表面を有し、前記熱転写エレメントが、前記マイクロ構造層の少なくとも一部を、その部分の前記ナノ構造特徴群を実質的に保持しつつ、受容体に転写するように構成および配置されていることを特徴とする請求項１記載の熱転写エレメント。
3. 前記マイクロ構造特徴群を画定する前記表面が、複数の第１のマイクロ構造特徴群と、前記第１のマイクロ構造特徴群上に配置された複数の第２のマイクロ構造特徴群とを画定する表面を含むことをさらに特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載の熱転写エレメント。
4. 前記マイクロ構造層が、電源につないだときに電子エミッタとして使用可能である複数のマイクロ構造特徴群を画定することをさらに特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱転写エレメント。
5. 前記マイクロ構造層の部分の前記基材からの剥離を促すために剥離層が設けられていることをさらに特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱転写エレメント。
6. 前記マイクロ構造層を含む多層転写ユニットが提供され、前記熱転写エレメントが、前記多層転写ユニットの少なくとも一部を受容体に転写するように構成および配置されていることをさらに特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱転写エレメント。
7. 前記多層転写ユニットがさらに剥離層を含むことをさらに特徴とする請求項６記載の熱転写エレメント。
8. 前記剥離層が、マイクロ構造特徴群を画定する表面を有することをさらに特徴とする請求項７記載の熱転写エレメント。
9. 前記マイクロ構造層が前記剥離層に隣接配置されていて、前記剥離層の前記マイクロ構造特徴群に対応するマイクロ構造特徴群を画定する表面を有することをさらに特徴とする請求項８記載の熱転写エレメント。
10. 転写中に前記マイクロ構造層の部分の前記受容体への接着を促すために接着層が設けられていることをさらに特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の熱転写エレメント。
11. 光−熱変換層が前記基材と前記マイクロ構造層との間に配置されていることをさらに特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の熱転写エレメント。
12. 中間層が前記光−熱変換層と前記マイクロ構造層との間に配置されていることをさらに特徴とする請求項１１に記載の熱転写エレメント。
13. 前記中間層が、前記中間層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を有することをさらに特徴とする請求項１２記載の熱転写エレメント。
14. 前記熱転写エレメントが、複数のマイクロ構造層を有し、各マイクロ構造層が前記マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を有することをさらに特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の熱転写エレメント。
15. 受容体基材を、マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を有するマイクロ構造層を有する熱転写エレメントと接触させる工程と、
    前記マイクロ構造層の少なくとも一部を、その部分の前記マイクロ構造特徴群を実質的に保持しつつ、前記受容体基材に選択的に転写する工程と
    を含む物品の製造方法。
16. 前記熱転写エレメントがさらに光−熱変換層を有し、前記マイクロ構造層の少なくとも一部を前記受容体基材に選択的に転写する工程が、前記熱転写エレメントの前記光−熱変換層に選択的に光を照射して、前記受容体への転写のために前記マイクロ構造層の少なくとも一部を、その部分の前記マイクロ構造特徴群を実質的に保持しつつ、剥離する工程を含み、前記熱転写エレメントが前記光−熱変換層から前記マイクロ構造層の部分の剥離を促す剥離層をさらに含むことをさらに特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 前記受容体基材に転写された前記マイクロ構造層の部分から前記剥離層を除去することをさらに特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 受容体を接触させる工程が、マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を有するマイクロ構造層と、前記マイクロ構造層の部分の前記受容体基材への接着を促すための接着層とを有する熱転写エレメントと、受容体を接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記受容体に転写された前記マイクロ構造層の部分から前記接着層を除去することをさらに特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 受容体を接触させる工程が、マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を有するマイクロ構造層を有する熱転写エレメントと、前記受容体基材を接触させる工程を含み、接着層が前記受容体基材上に配置されて、前記マイクロ構造層の部分の選択的転写を促すことをさらに特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 基材と、
    マイクロ構造層に付けられたマイクロ構造特徴群を画定する表面を有するマイクロ構造部品とを有する物品であって、
    前記マイクロ構造部品が、前記マイクロ構造層を含む熱転写エレメントから前記マイクロ構造層の少なくとも一部を熱転写することにより前記基材上に形成されている物品。
22. 前記マイクロ構造部品の表面により画定される前記マイクロ構造特徴群が複数の電子エミッタを形成していることをさらに特徴とする請求項２１記載の物品。
23. 前記マイクロ構造部品の表面により画定される前記マイクロ構造特徴群が電子部品を形成している請求項２１乃至２２のいずれか一項に記載の物品。
24. 基材を提供する工程と、
    マイクロ構造層に付けられた複数のマイクロ構造特徴群を画定する表面を有するマイクロ構造層を形成する工程とを含む熱転写エレメントの製造方法であって、
    前記マイクロ構造層および前記基材が互いに対して配置され、前記マイクロ構造層の少なくとも一部が、その部分の前記マイクロ構造特徴群を実質的に保持しつつ、受容体に選択的に転写されることを特徴とする熱転写エレメントの製造方法。
25. 前記基材と前記マイクロ構造層との間に光−熱変換層を形成することをさらに特徴とする請求項２４記載の方法。
26. 前記光−熱変換層と前記マイクロ構造層との間に剥離層を形成することをさらに特徴とする請求項２５記載の方法。
27. 前記剥離層にマイクロ構造特徴群を形成することをさらに特徴とする請求項２６記載の方法。
28. 前記マイクロ構造層を形成する工程が、前記マイクロ構造特徴群を有する前記剥離層上に層を配置して、前記剥離層に隣接した前記マイクロ構造層を生成する工程を含むことをさらに特徴とする請求項２７記載の方法。
29. 前記マイクロ構造層を形成する工程が、マイクロ構造特徴群を前記剥離層に埋め込む工程を含むことをさらに特徴とする請求項２６記載の方法。
30. 前記マイクロ構造層に接着層を設けて、前記マイクロ構造層の部分の前記受容体への接着を促すことをさらに特徴とする請求項２４乃至２９のいずれか一項に記載の方法。

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