JP5723592B2 - 可撓性デバイスを作製するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、可撓性デバイス及び可撓性デバイスを作製するための方法に関する。

本明細書において、可撓性基板を設け、可撓性基板上にシリコン層を施し、写真平板法を用いて基板上のシリコン層にテクスチャー加工されたパターンを作成し、この際テクスチャー加工されたパターンは溝構造を含み、かつ、テクスチャー加工された表面を、その上にフルオロシラン被膜を施すことにより化学的に修飾して、超疎油性表面を有する可撓性デバイスを得ることを含む、超疎油性表面を有する可撓性デバイスを作製するための方法が開示される。具体的な実施形態では、可撓性の超疎油性デバイスは、インクジェット式プリントヘッドに関し前面の表面として使用することができる。

流体インクジェット方式には、一般に、複数のインクジェットを有する１以上のプリントヘッドが含まれ、インクジェットからは、流体の液滴が記録媒体に向かって噴出される。プリントヘッドのインクジェットは、プリントヘッド内のインク供給室またはインク供給多岐管（ｍａｎｉｆｏｌｄ）からインクを受け取り、インク供給室またはインク供給多岐管は、インクを供給源、例えば溶融インクリザーバまたはインクカートリッジから次々に受け取る。各々のインクジェットには、一端がインク供給多岐管と流体連通している流路が含まれる。インク流路の他端は、インクの液滴を噴出するためのオリフィスまたはノズルを有する。インクジェットのノズルは、アパーチャ、またはインクジェットのノズルに対応する開口部を有するノズル板の形状で形成されてもよい。動作中は、液滴吐出信号がインクジェット内の作動装置を作動させて、流体の液滴をインクジェットのノズルから記録媒体上に吐出させる。記録媒体および／またはプリントヘッド組立品が相互に移動し合う時に、液滴を噴出するインクジェットの作動装置を選択的に作動させることにより、付着した液滴が正確にパターニングされて記録媒体上の特定の文字列および図形画像を形成することができる。全幅アレイプリントヘッドの例は、特許文献１に記載されている。そのようなプリントヘッドで噴出させることのできる紫外線硬化性ゲルインクの例は、参照によりその全文が本明細書に援用される特許文献２に記載されている。そのようなプリントヘッドで噴出させることのできる固体インクの例は、ゼロックス・コーポレーション（Ｘｅｒｏｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社より入手可能なＸｅｒｏｘ ＣｏｌｏｒＱｕｂｅ（商標）シアン固体インクである。特許文献３には、電解研磨したインク接触またはオリフィス表面をプリントヘッドの出口側に組み込む、インクを噴出する構成部品を含むインクジェット式プリントヘッドが記載されている。

流体インクジェット方式の直面する困難の一つは、プリントヘッド前面へのインクの濡れ、垂れ落ちまたはフラッディング（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）である。プリントヘッド前面のそのような汚染は、インクジェットのノズルおよび流路の閉塞を引き起こすかまたは原因となり得、それは単独でまたは濡れて汚染された前面と相まって、記録媒体上の不噴射または欠落した液滴、普通より小さいかまたはサイズの違った液滴、サテライト滴、またはよれた液滴を引き起こす原因となり得る。従って印刷品質の低下をもたらす。現在のプリントヘッド前面の被膜は、一般にスパッタリングされたポリテトラフルオロエチレン被膜である。プリントヘッドが傾いている場合は、約７５℃の温度のＵＶゲルインク（７５℃はＵＶゲルインクに典型的な噴射温度である）および約１０５℃の温度の固体インク（１０５℃は固体インクに典型的な噴射温度である）は、プリントヘッド前面の表面で容易に滑落しない。むしろ、これらのインクはプリントヘッド前面に沿って流れ、噴射を妨げ得るインク膜または残渣をプリントヘッドに残す。この理由から、ＵＶインクプリントヘッドおよび固体インクプリントヘッドの前面は、ＵＶインクおよび固体インクにより汚染されやすい。場合によっては、汚染したプリントヘッドを保守ユニットで回復させるかまたは洗浄することができる。しかし、そのような方法は、システムの複雑性、ハードウェアのコスト、および時には信頼性の問題をもたらす。

超疎油性特性を単独でまたは超疎水性特性と組み合わせて有するデバイスを作製するための材料および方法に対する必要性が残っている。さらに、現在利用可能なインクジェット式プリントヘッド前面の被膜はそれらの意図される目的に適しているが、ＵＶまたは固体インクのプリントヘッド前面への濡れ、垂れ落ちまたはフラッディング、または汚染を低減する、改良されたプリントヘッド前面デザインに対する必要性が残っている。さらに、疎インク性つまり疎油性であり、プリントヘッド前面の拭取などの保守手順に耐えるほど頑丈な、改良されたプリントヘッド前面デザインに対する必要性が残っている。さらに、超疎油性であり、実施形態では超疎油性と超疎水性の両方である改良されたプリントヘッド前面デザインに対する必要性が残っている。さらに、洗浄が容易であるかまたは自浄式であり、それによりハードウェアの複雑さ、例えば保守ユニットの必要性などを排除し、運転コストを削減し、システムの信頼性を改善する、改良されたプリントヘッドに対する必要性が残っている。

米国特許公開公報第２００９−００４６１２５号明細書 米国特許公開公報第２００７−０１２３６０６号明細書 米国特許第５，８６７，１８９号明細書

本発明の目的は、超疎油性特性を有する可撓性デバイスを提供することである。

本開示は、超疎油性表面を有する可撓性デバイスを得るために、可撓性基板を設けるステップと、可撓性基板上にシリコン層を施すステップと、写真平板法を用いて基板上のシリコン層にテクスチャー加工されたパターンを作成するステップと、この際テクスチャー加工されたパターンは溝構造を含むステップと、テクスチャー加工された表面を、その上に絶縁保護的な疎油性被膜を施すことにより化学的に修飾するステップと、を含む超疎油性表面を有する可撓性デバイスを作製するための方法である。

又、本開示は、プラスチック膜を含む可撓性基板、前記可撓性基板上に施されたシリコン層であり該シリコン層が溝構造をもつテクスチャー加工されたパターンを有するシリコン層、および、前記テクスチャー加工された表面上に施された絶縁保護的な疎油性被膜を含む、超疎油性表面を有する可撓性デバイスである。

さらに、本開示は、プラスチック膜を含む可撓性基板を含む前面、前記可撓性基板上に配置されたシリコン層であって該シリコン層が溝構造を含むテクスチャー加工されたパターンを含むシリコン層、および、前記テクスチャー加工された表面上に施されたフルオロシラン被膜を含む、インクジェット式プリントヘッドである。

本実施形態に係る超疎油性表面を有する可撓性デバイスの作製方法を説明するための図である。 他の実施形態に係る超疎油性表面を有する可撓性デバイスの作製方法を説明するための図である。 本実施形態に係るフルオロシランで被覆された溝を含む構造を示す顕微鏡写真である。 突出した凹角構造を形成する上面を含む波状の側壁構造を示す顕微鏡写真である。 フルオロシランで被覆されたテクスチャー加工表面の平行方向および垂直方向からの水およびヘキサデカン（ＨＤ）の固着した液滴を示す一連の写真である。

高度に疎油性の表面、または超疎油性表面を有する可撓性デバイスを得るか、または、超疎油性と超疎水性の両方である表面を有する可撓性デバイスを得るために、可撓性基板を設けて、可撓性基板にシリコン層を施し、写真平板法を用いて基板上にテクスチャー加工されたパターンを作成し、この際テクスチャー加工されたパターンは溝構造を含み、かつ、テクスチャー加工された表面を、その上に絶縁保護的な疎油性被膜を施すことにより化学的に修飾することを含む、高度に疎油性の表面、または超疎油性表面を有する可撓性デバイスを作製するための方法が記載される。

本明細書において使用される高度に疎油性とは、炭化水素系の液体、例えば、インクの液滴が、表面との高い接触角、例えば約１３０°〜約１７５°、または約１３５°〜約１７０°の接触角を形成する場合とされ得る。本明細書において使用される、超疎油性とは、炭化水素系の液体、例えば、インクの液滴が、表面との高い接触角、例えば約１５０°より大きい、または約１５０°超〜約１７５°、または約１５０°超〜約１６０°の接触角を形成する場合に説明され得る。

また、本明細書において使用される超疎油性とは、炭化水素系の液体、例えば、ヘキサデカンの液滴が、約１°〜約３０°未満、もしくは約１°〜約２５°未満の表面との滑落角、または約２５°未満の滑落角、または約１５°未満の滑落角、または約１０°未満の滑落角を形成する場合とされ得る。

本明細書において使用される高度に疎水性とは、水滴が、表面と高い接触角、例えば約１３０°〜約１８０°の接触角を形成する場合とされ得る。本明細書において使用される超疎水性とは、水滴が、表面と高い接触角、例えば約１５０°超、または約１５０°超〜約１８０°の接触角を形成する場合とされ得る。

本明細書において使用される超疎水性とは、水滴が表面と滑落角、例えば約１°〜約３０°未満、もしくは約１°〜約２５°の滑落角、または約１５°未満の滑落角、または約１０°未満の滑落角を形成する場合とされ得る。

本明細書の超疎油性表面を有する可撓性デバイスは、任意の適した方法により作製することができる。図１を参照すると、本実施形態において、超疎油性表面を有する可撓性デバイスは、シリコンの薄層を蒸着させることにより、例えば、アモルファスシリコン１０を可撓性基板１２の広い面積にスパッタリングすることにより作製することができる。前記シリコンの薄層は、任意の適した厚さであってもよい。本実施形態では、シリコン層は、約５００〜約５，０００ナノメートル、または約３，０００ナノメートルの厚さで可撓性基板上に蒸着させてもよい。さらなる実施形態では、シリコン層は、約１〜約５マイクロメートルの厚さで施されたアモルファスシリコンを含む。

本実施形態では、任意の適した材料を可撓性基板１２のために選択してもよい。本実施形態では、可撓性基板１２はプラスチック膜であってもよい。具体的な実施形態では、可撓性基板１２は、限定されるものではないが、ポリイミド膜、ポリエチレンナフタレート膜、ポリエチレンテレフタラート膜、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミドなど、またはそれらの組合せからなる群から選択され得る。

可撓性基板１２は任意の適した厚さであってもよい。本実施形態において、基板は、厚さが、約５マイクロメートル〜約１００マイクロメートル、または約１０マイクロメートル〜約５０マイクロメートルのプラスチック膜である。

シリコン層１０は、任意の適した方法によって可撓性基板１２に蒸着させてもよい。本実施形態では、シリコン薄膜は、数ある中でも、スパッタリングまたは化学気相堆積法、超短波プラズマ励起化学気相堆積法、マイクロ波プラズマ励起化学気相堆積法、プラズマ励起化学気相堆積法、線処理過程での超音波ノズルの使用を用いて蒸着させる。

溝構造１６、好ましくはマイクロメートルのサイズの溝を含むテクスチャー加工されたパターンを、可撓性基板１２上に施すことができる。本実施形態では、溝構造１６は、テクスチャー加工されるか、または波状の模様のある垂直の側壁、および溝構造１６の上面に規定される突出した凹角構造（ｏｖｅｒｈａｎｇ ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）か、またはその組合せを含む。本明細書において使用されるテクスチャー加工または波状に起伏する側壁は、サブミクロンの範囲で明示される側壁の粗度を意味し得る。本実施形態では、波状の側壁は２５０ナノメートルの波状構造を有し得、各々の波は本明細書下文に記載されるエッチングサイクルに対応する。

溝構造１６を含むテクスチャー加工されたパターンを、写真平板技術を用いて、シリコン被覆された基板上に作成することができる。例えば、可撓性基板１２の上のシリコン層１０は、公知の写真平板法に従って作製および洗浄してもよい。次に、フォトレジスト１４を構成する材料のシリコン層１０の上へのスピンコーティングまたはスロットダイコーティングなどにより、フォトレジスト１４を形成することができる。任意の適したフォトレジストを選択してもよい。本実施形態では、フォトレジスト１４は、ローム・アンド・ハース（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ）社より入手可能なＭｅｇａ（商標）Ｐｏｓｉｔ（商標）ＳＰＲ（商標）７００フォトレジストであってもよい。

次に、フォトレジスト１４は、当技術分野で公知の方法に従って、一般に紫外光への曝露により、および現像剤を含有する水酸化ナトリウムなどの有機現像剤もしくは水酸化テトラメチルアンモニウムなどの金属イオンを含まない現像剤への曝露により曝露し、現像することができる。

溝構造１６を含むテクスチャー加工されたパターンは、当技術分野で公知の任意の適した方法によってエッチングすることができる。一般に、エッチングは、液体またはプラズマ化学物質を用いて、マスク１４（フォトレジスト）で保護されていないシリコンの層を除去することを含み得る。実施形態では、深反応性イオンエッチング技術を用いて、波状の側壁を含む溝の付いた構造を生成することができる。

エッチング処理の後、フォトレジスト１４を任意の適した方法によって除去してもよい。例えば、フォトレジスト１４は、液体レジスト除去剤またはプラズマ含有酸素を用いて除去することができる。本実施形態では、フォトレジスト１４は、カリフォルニア州サンタクララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）所在のサ―プラス・プロセス・イクイップメント・コーポレーション（Ｓｕｒｐｌｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社より入手可能なＧａＳｏｎｉｃｓ Ａｕｒａ １０００アッシングシステムなどのＯ_２プラズマ処理を用いて剥離することができる。剥離した後、例えば熱ピランハ洗浄処理（ｈｏｔ ｐｉｒａｎｈａ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）などによって基板を洗浄してもよい。

表面のテクスチャーを可撓性基板１２上に作成した後、その表面テクスチャーを化学的に修飾してもよい。本明細書において使用される、テクスチャー加工基板を化学的に修飾することには、例えばテクスチャー加工表面の疎油性の性質をもたらすかまたは促進するための、基板の任意の適した化学処理が含まれ得る。本実施形態では、テクスチャー加工された基板表面を化学的に修飾することは、過フッ素化アルキル鎖からなる自己集合した層をテクスチャー加工されたシリコン表面に施すことを含む。分子気相成膜法、化学気相堆積法、または溶液被膜法などの多様な技術を用いて、テクスチャー加工されたシリコン表面に過フッ素化アルキル鎖からなる自己集合した層を蒸着させてもよい。本実施形態では、テクスチャー加工基板を化学的に修飾することは、分子気相成膜法、化学気相堆積法、または溶液自己集合技法によってフルオロシラン被膜をテクスチャー加工表面の上に絶縁保護的に自己集合することによる化学修飾を含む。具体的な実施形態では、テクスチャー加工基板を化学的に修飾することは、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、またはそれらの組合せなどを、分子気相成膜法または溶液被覆法を用いて集合化した層を施すことを含む。

具体的な実施形態では、パルスエッチングまたは時分割エッチングを含むボッシュ（Ｂｏｓｃｈ）深反応性イオンエッチング処理を用いて、テクスチャー加工された溝表面構造を作成する。ボッシュ処理は、垂直なエッチングを作成するために、１サイクルの中に３つの別個の段階、すなわち１）保護用の不動態層の蒸着、２）エッチング１、所望の場合不動態層を除去するためのエッチングサイクル、および３）エッチング２、シリコンを等方的にエッチングするためのエッチングサイクルをもつ、複数回のエッチングサイクルを使用することが含まれ得る。各段階は数秒間続く。不動態層は、テフロン（登録商標）に似たＣ_４Ｆ_８により作成され、基板全体をさらなる化学薬品の攻撃から保護し、さらなるエッチングを防ぐ。しかし、エッチング１の局面の間、基板に衝撃を与える方向性イオンは、所望の不動態層を攻撃する。方向性イオンは不動態層と衝突し、スパッタリングし、エッチング２の間に基板上の所望の領域を化学エッチング剤に曝露する。エッチング２はシリコンを短時間（例えば、約５〜約１０秒）で等方的にエッチングする働きをする。エッチング２の段階が短いほど、波の周期が小さくなり（５秒で約２５０ナノメートルとなる）、エッチング２が長いほど、波の周期が大きくなる（１０秒で約８８０ナノメートルとなる）。このエッチングサイクルを、所望の溝の深さが得られるまで繰り返してもよい。したがって、本実施形態では、写真平板法は、垂直なエッチングを作成するために複数回のエッチングサイクルを用いることを含み、その複数回のエッチングサイクルの各々が、ａ）保護用の不動態層を蒸着させること、ｂ）所望であればエッチングして前記不動態層を除去すること、およびｃ）シリコンを等方的にエッチングすること、ならびに、ｄ）望ましい溝構造の形状が得られるまで段階ａ）からｃ）を反復することを含む。この処理において、テクスチャー加工されたかまたは波状の側壁を有する溝構造を生成し得る。またこの際、１つの波は１回のエッチングサイクルに対応する。実施形態では、溝構造には、波状の側壁、突出した凹角構造、またはそれらの組合せが含まれる。

周期的な「波」構造のサイズは、任意の適したサイズであってもよい。本明細書の具体的な実施形態では、溝構造の波状の側壁のそれぞれの「波」のサイズは、約１００ナノメートル〜約１，０００ナノメートル、または約２５０ナノメートルである。

図２を参照すると、他の実施形態では、該溝構造の最上層に突出した凹角構造を有する溝構造を含む可撓性基板にテクスチャー加工された表面を生成することを含む。この方法は、２つのフッ素エッチング処理（ＣＨ_３Ｆ／Ｏ_２およびＳＦ_６／Ｏ_２）の組合せを用いる処理を包含し得る。図２を参照すると、この方法は、その上に洗浄したシリコン層２０１を施した可撓性基板２００を設えること、ＳｉＯ_２薄膜２０２をスパッタリングまたはプラズマ励起化学気相堆積法などによって洗浄したシリコン層２０１の上に蒸着させること、可撓性基板２００上の、酸化シリコン２０２（ＳｉＯ_２薄膜）で被覆したシリコン層２０１にフォトレジスト２０４を構成する材料を塗布すること、フォトレジスト２０４を構成する材料を、例えば５回曝露および現像することを含む。ここにおいて１回の写真平板法はＳＰＲ（商標）７００−１．２フォトレジストを用い、溝パターン２０６をＳｉＯ_２層に規定するためのフッ素系反応性イオンエッチング（ＣＨ_３Ｆ／Ｏ_２）を用い、第２のフッ素系（ＳＦ_６／Ｏ_２）反応性イオンエッチング処理を用いる。この方法は続いて、熱剥離、およびピランハ洗浄することを含み、最上層に突出した凹角構造２１０を有するテクスチャー加工された溝２０８を生成する。次に、パターニングされた配列を絶縁保護的な疎油性被膜２１２で被覆して、その上面に突出した凹角構造を有するテクスチャー加工された溝の付いたパターンを含む超疎油性可撓性デバイスを得る。

具体的な実施形態では、本明細書の超疎油性表面を有する可撓性デバイスは、ロールツーロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）ウェブ二次加工技術を用いて作製される。この実施形態は、一般に、可撓性プラスチックのロール上に超疎油性表面を有する可撓性デバイスを作成することを含む。例えば、可撓性基板を含むロールは、アモルファスシリコンの層を化学気相堆積法またはスパッタリングなどにより可撓性基板上に蒸着させ、続いてフォトレジストでのスロットダイ被覆する第１のステーションを通過し、続いてマスキングおよび曝露／現像ステーションを含む第２のステーションを通過し、続いてエッチングステーションを通過し、続いて洗浄ステーションを通過する。次に、テクスチャー加工された可撓性基板をコーティングステーションに通過させ、そこでテクスチャー加工された可撓性基板を絶縁保護的な疎油性被膜で修飾することができる。

粗い表面上の液滴間での複合材料の液固界面を説明するために、２つの状態、カシー・バクスター（Ｃａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ）状態およびウェンゼル（Ｗｅｎｚｅｌ）状態が一般的に用いられている。カシー・バクスター状態の液滴の静的接触角（θ_ＣＢ）およびウェンゼル状態の液滴の静的接触角（θ_Ｗ）は、それぞれ方程式（１）および（２）により得られる。

ｃｏｓθ_ＣＢ＝Ｒ_ｆｆｃｏｓθ_γ＋ｆ−１ （１）

ｃｏｓθ_Ｗ＝ｒｃｏｓθ_γ （２）

式中、ｆは投影された（ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ）濡れた領域の面積分率であり、Ｒ_ｆは濡れた領域の粗さの比であり、Ｒ_ｆｆは固体面積分率であり、ｒは粗さの比であり、かつ、θ_γは液滴の平面との接触角である。

カシー・バクスター状態において、液滴は主として非常に大きな接触角（θ_ＣＢ）で空気に「座る」。方程式によれば、液体と表面が高度の疎性（ｐｈｏｂｉｃｉｔｙ）を有する場合（例えば、θγ≧９０°の場合）は、液滴はカシー・バクスター状態である。

本実施形態では、テクスチャー加工表面を有するデバイスは、超疎水性であり、約１５０°超の非常に高い水接触角および約１０°以下の低い滑落角を有する。

炭化水素系の液体、例えば、ヘキサデカンなどのインクに関して、実施形態では、溝構造の上面に形成された、突出した凹角構造を有する溝構造を含むテクスチャー加工表面は、該表面を、テクスチャー加工疎油性表面の液固界面でカシー・バクスター状態を形成するヘキサデカン液滴をもたらすために十分に「疎性（ｐｈｏｂｉｃ）」にする（つまり、θ_γ＝７３°）。しかし、表面被覆の疎油性が低下するにつれて、テクスチャー加工表面は実質的にカシー・バクスター状態からウェンゼル状態へと移行する。本実施形態では、表面テクスチャーと化学修飾の組合せ、例えば、ＦＯＴＳ被膜をテクスチャー加工表面に施すと、テクスチャー加工表面は超疎油性となる。平坦な表面における疎油性被覆とは、その被膜の水接触角が約１００°より大きく、ヘキサデカン接触角が約５０°より大きいことを意味する。本実施形態では、疎油性とは、θ_γ＝７３°を意味する。

本明細書において使用される超疎水性とは、水滴または液滴が、表面との高い接触角、例えば約１３０°〜約１８０°の接触角または約１５０°より大きい接触角を形成するとして説明することができる。

図３は、幅３マイクロメートルおよびピッチ６マイクロメートルの、フルオロシランで被覆された溝を含む、本開示に従う構造の顕微鏡写真である。図４は、図３の構造の代わりの図であり、突出した凹角構造を形成する上面を含む波状の側壁構造が示される。

溝構造は、任意の適した間隔または密度または固体領域被覆率を有してもよい。実施形態では、溝構造の固体領域被覆率は、約０．５％〜約４０％、または約１％〜約２０％である。

溝構造は、任意の適した幅およびピッチを有してもよい。具体的な実施形態では、溝（ｇｒｏｖｅ）構造の幅は、約０．５〜約１０マイクロメートル、または約１〜約５マイクロメートル、または約３マイクロメートルである。さらに、本実施形態では、溝構造の溝ピッチは、約２〜約１５マイクロメートル、または約３〜約１２マイクロメートル、または約６マイクロメートルである。

溝構造は、任意の適した形状であってもよい。本実施形態では、全体的な溝構造は、特定のパターンを形成するよう設計された形状を有してもよい。例えば、実施形態では、溝構造は、選択されたフローパターンでの液体の流れを指示する選択された形状を有してもよい。

溝構造は、任意の適した全高または所望の全高に規定することができる。実施形態では、テクスチャー加工表面は、約０．３〜約５マイクロメートル、または約０．３〜約４マイクロメートル、または約０．５〜約４マイクロメートルの全高を有する溝パターンを含んでもよい。

フッ素化テクスチャー加工表面の表面特性を、静的および動的の両方の接触角の測定値を決定することにより調査した。図５は、溝構造を含む、本明細書に記載される手順に従って（しかし可撓性基板の代わりにシリコンウエハーを用いて）シリコンウエハー上に作製された、フルオロシランで被覆されたテクスチャー加工表面の平行方向および垂直方向からの水およびヘキサデカン（ＨＤ）の固着した液滴を示す一連の写真である。理論に縛られることを望むものではないが、本発明者らは、水およびヘキサデカンとＦＯＴＳテクスチャー加工表面に関し観察される高い接触角は、表面のテクスチャー加工とフッ素化の組合せの結果であると考える。具体的な実施形態では、本明細書のテクスチャー加工デバイスは、波状の側壁という特徴および溝構造の上面の突出した凹角構造の少なくとも１つを含み、可撓性の超疎油性デバイスをもたらす。理論に縛られることを望むものではないが、本発明者らは、上面の凹角構造は、超疎油性の重要な推進力（ｄｒｉｖｅｒ）であると考える。

本発明者らは、超疎油性表面（例えば、ヘキサデカン液滴が表面と約１５０°超の接触角および約１０°未満の滑落角を形成）は、シリコンウエハー上の簡単な写真平板法および表面修飾技術により二次加工され得ること実証した。作製された超疎油性表面は、非常に「疎インク性」であり、インクジェット式プリントヘッドの前面に非常に望ましい表面特性、例えば、超ディウェッティング（ｄｅ-ｗｅｔｔｉｎｇ）性および高い保持圧力のためのインクとの高い接触角、ならびに自己洗浄および簡単洗浄のための低い滑落角を有する。一般に、インクの接触角が大きくなるほど保持圧力は向上する（高くなる）。保持圧力は、インクタンク（リザーバ）の圧力が上昇した場合に、ノズル開口部からインクが滲み出ることを回避するためのアパーチャプレートの能力を測定する。表１に、水、ヘキサデカン、および固体インクを用いて本開示に従う溝構造上での接触角データおよび滑落角データを要約する。接触角および滑落角は、４〜１０μｌの試験液の液滴によって測定される。本開示の実施形態に従って作製される超疎油性表面は、幅３マイクロメートルおよびピッチ６マイクロメートルの溝の付いた表面を含む。実施例１では、溝構造は、液滴が溝方向に平行に滑落する、波状の側壁のある溝を含む。実施例２では、溝構造は、液滴が溝方向に垂直に滑落する、波状の側壁のある溝を含む。実施形態では、本明細書の可撓性デバイスは、ヘキサデカンと表面との接触角が、溝方向に対して平行であっても溝方向に対して垂直であっても、約１１０°超〜約１７５°の超疎油性表面を含む。さらなる実施形態では、本明細書の超疎油性表面を有する可撓性デバイスは、ヘキサデカンと表面との滑落角が溝方向に対して平行に約３０°未満である表面を含む。

本明細書に記載される超疎油性表面は、インクジェット式プリントヘッドの前面材料として特に好適であり得る。実施形態では、本明細書のインクジェット式プリントヘッドは、プラスチック膜を含む可撓性基板を含む前面、前記可撓性基板上に施されたシリコン層（この際、シリコン層は溝パターンを含むテクスチャー加工パターンを含む）、およびテクスチャー加工表面の上に施されたフルオロシラン被膜を含む。

本実施形態では、ロールツーロールウェブ製造方法による写真平板法を用いて作製された、本明細書に記載される可撓性シリコン膜上のテクスチャー加工溝パターンからなる超疎油性膜は、インクジェット式プリントヘッド部品用として加工してもよい。次に、例えばレーザー切断技術または機械的手段（孔あけなど）を用いて、ノズルを膜上に作成してもよい。インクジェット式プリントヘッドに使用するために、プリントヘッドサイズの膜を切断し、位置あわせし、ノズル前面のプレートに接着などで取り付ける。このテクスチャー加工されたノズル前面は超疎油性となり、特定の現在のプリントヘッドで問題であり得る濡れおよび垂れ落ちの問題を克服する。所望であれば、テクスチャー加工されたパターンの高さは３マイクロメートルであってもよい。さらに、超疎油性は、ミクロンほどの小さいパターン高さによって維持され得る。パターン高さが小さくなると、底の浅いテクスチャー加工されたパターンの機械的頑健性は増す。これらの超疎油性パターンを手でこすった場合、表面の損傷はほとんど観察されない。

様々な実施形態において、超疎油性特性を単独でまたは超疎水性特性と組み合わせて有するデバイスを作製するための材料および方法が提供される。さらに、実施形態では、プリントヘッド前面へのＵＶまたは固体インクの濡れ、垂れ落ちまたはフラッディング、または汚染を低減するかまたは排除し、疎インク性、つまり疎油性であり、プリントヘッド前面の拭取りなどの保守手順に耐えるほど頑丈な、改良されたプリントヘッド前面デザインが提供される。さらなる実施形態では、超疎油性であり、実施形態では、超疎油性と超疎水性の両方であり、洗浄し易いかまたは自浄式であり、それによりハードウェアの複雑さ、例えば保守ユニットの必要性などを排除し、運転コストを削減し、システムの信頼性を改善する、改良されたプリントヘッド前面デザインである。

さらなる実施形態では、溝構造は、改良された機械的頑健性を、有利な方向性の自浄特性にふさわしい平行方向の極めて低い滑落角とともに提供する。また溝構造の使用は、自浄式、つまり固体インクおよびＵＶインクプリントヘッドの前面のメンテナンスを不要にする。この異方性の濡れおよび方向性洗浄は、ノズルの先端に隣接する領域ならびにノズルから遠く離れた領域に大いに利点があり得る。直交方向の高い接触角は、残留インクのピニング（ｐｉｎｎｉｎｇ）を助長し、平行方向の、指向性の自浄性はインクをノズルから離れた方向に向け直すのに役立ち、最終的に前面からインクを除去する。したがって、残留インクはノズルの近傍で溜まらず、前板に堆積してプリントヘッド前面インクの濡れ／垂れ落ち／フラッディングなどの問題を引き起こすこともない。

Claims (2)

1. 超疎油性表面を有する可撓性デバイスを得るために、
   可撓性基板を設けるステップと、
   前記可撓性基板上にシリコン層を施すステップと、
   写真平板法を用いて基板上のシリコン層にテクスチャー加工されたパターンを作成するステップであって、前記テクスチャー加工されたパターンが溝構造を含み、前記溝構造が突出した凹角構造を含む、ステップと、
   前記テクスチャー加工された表面を、その上に絶縁保護的な疎油性被膜を施すことにより、化学的に修飾するステップと、を含み、
   前記写真平板法が、
   前記シリコン層の上に酸化シリコン層を蒸着するステップと、
   前記酸化シリコン層の上にフォトレジスト材料を塗布するステップと、
   ＣＨ _３ Ｆ／Ｏ _２ を用いるフッ素系反応性イオンエッチング処理およびＳＦ _６ ／Ｏ _２ を用いる第２のフッ素系反応性イオンエッチング処理により、エッチング処理し、その後、熱剥離および洗浄して前記テクスチャー加工されたパターンを作成するステップと、
   を含み、
   前記絶縁保護的な疎油性被膜が、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、またはそれらの組合せを含む、超疎油性表面を有する可撓性デバイスを作製するための方法。
2. 前記絶縁保護的な疎油性被膜が、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシランを含む、請求項１に記載の方法。