(57)【要約】  受理基板上にレーザアブレーション転写プロセスで電気導体のパターンを形成する方法が、電導材料である金属ナノ粒子を形成するステップを含んで提供される。ドナー基板（４５）を形成する。リリース材料（７５）の層をドナー基板の第一面の側に堆積する。金属ナノ粒子をリリース材料の上に堆積する。金属ナノ粒子層を受理基板と緊密に接触して配置する。ドナー基板と受理基板の間に形成されたサンドイッチにパターンを書き込み、ナノ粒子層（９０）から得られる金属ナノ粒子を受理基板にアニールし、転写して、受理基板の上に電気導体のパターンを形成する。
2008541481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気導体のパターンを受理基板の上に形成する方法が、
電導材料である金属ナノ粒子を形成するステップと、
ドナー基板を形成するステップと、
前記ドナー基板の第一面側に光吸収材料の層を堆積するステップと、
前記光吸収材料上に前記金属ナノ粒子を堆積するステップと、
前記金属ナノ粒子層を前記受理基板と緊密に接触して配置するステップと、
前記ドナー基板と前記受理基板の間に形成されたサンドイッチに、レーザで、パターンを書き込み、前記ナノ粒子層から得られる金属ナノ粒子を前記受理基板にアニールし、転写して前記受理基板の上に電気導体の前記パターンを形成するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法が、前記金属ナノ粒子を光吸収性部分基と混合する付加的ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法が、光吸収材料の前記層を堆積するのに先だって前記ドナー基板上に反射防止層を形成する付加的ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法が、前記ドナー基板の第二面側の上に反射防止層を形成する付加的ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法が、前記受理基板の上に接着層を形成する付加的ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記レーザが前記ドナー基板の第二面側に書き込むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記レーザが前記受理基板に書き込むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記基板が可撓性であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記ナノ粒子が、金、銀、パラジウム、およびプラチナから成る群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記ナノ粒子が、有機シェルを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記ナノ粒子が、１００ｎｍ未満の側部寸法を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記ナノ粒子が、５０ｎｍ未満の側部寸法を有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法において、前記光吸収材料が、赤外線吸収材料であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、前記レーザ光が、赤外線レーザで発生されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、前記レーザ光が、複数のレーザで構成される印刷ヘッドで発生されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、前記レーザ光が、マルチチャネルレーザ印刷ヘッドで発生されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、前記レーザ光が、ポリゴンレーザスキャナで発生されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、前記レーザ光が、前記ドナー基板から前記受理基板に転写する際に前記ナノ粒子をアニールすることを特徴とする方法。
【請求項１９】
電気導体のパターンを受理基板の上に形成する方法が、
電導材料である金属ナノ粒子を形成するステップと、
ドナー基板を形成するステップと、
前記ドナー基板の第一面側にリリース材料の層を堆積するステップと、
前記リリース材料上に光吸収材料を堆積するステップと、
前記光吸収材料上に前記金属ナノ粒子を堆積するステップと、
前記金属ナノ粒子層を前記受理基板と緊密に接触して配置するステップと、
前記ドナー基板と前記受理基板の間に形成されたサンドイッチに、レーザで、パターンを書き込み、前記ナノ粒子層から得られる金属ナノ粒子を前記受理基板にアニールし、転写して前記受理基板の上に電気導体の前記パターンを形成するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法が、前記金属ナノ粒子を光吸収性部分基と混合する付加的ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法が、光吸収材料の前記層を堆積するのに先だって前記ドナー基板上に反射防止層を形成する付加的ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法が、前記ドナー基板の第二面側の上に反射防止層を形成する付加的ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法が、前記受理基板の上に接着層を形成する付加的ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法において、前記レーザが前記ドナー基板の第二面側に書き込むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の方法において、前記レーザが前記受理基板に書き込むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１９に記載の方法において、前記基板が可撓性であることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１９に記載の方法において、前記ナノ粒子が、金、銀、パラジウム、およびプラチナから成る群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１９に記載の方法において、前記ナノ粒子が、有機シェルを有することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１９に記載の方法において、前記ナノ粒子が、１００ｎｍ未満の側部寸法を有することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１に記載の方法において、前記ナノ粒子が、５０ｎｍ未満の側部寸法を有することを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項１９に記載の方法において、前記光吸収材料が、赤外線吸収材料であることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項１９に記載の方法において、前記レーザ光が、赤外線レーザで発生されることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項１９に記載の方法において、前記レーザ光が、複数のレーザで構成される印刷ヘッドで発生されることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項１９に記載の方法において、前記レーザ光が、マルチチャンネルレーザ印刷ヘッドで発生されることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項１９に記載の方法において、前記レーザ光が、ポリゴンレーザスキャナで発生されることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項１９に記載の方法において、前記レーザ光が、前記ドナー基板から前記受理基板に転写される際に前記ナノ粒子をアニールすることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項１９に記載の方法において、リリース材料の前記層が、レーザで加熱されるとガスを発生する能力のあるガス発生ポリマと赤外線吸収性材料とを含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、前記ガス発生ポリマがシアノアクリレートであることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項１９に記載の方法において、リリース材料の前記層が、１５０℃未満のガラス転移温度を有することを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項１９に記載の方法において、リリース材料の前記層が、１００℃未満のガラス転移温度を有することを特徴とする方法。
【請求項４１】
電気導体のパターンを受理基板に形成する装置が、
金属ナノ粒子と光吸収性部分基とを一緒にする攪拌機と、
前記混合物をドナー基板にコーティングする塗工機と、
前記パターンを前記コーティングされたドナー基板から転写するレーザと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項４２】
電気導体のパターンを受理基板の上に形成する方法が、
電導材料である金属ナノ粒子を形成するステップと、
ドナー基板を形成するステップと、
前記金属ナノ粒子を光吸収性部分基と混合するステップと、
前記金属ナノ粒子と前記光吸収性部分基とを前記ドナー基板の第一面の側に堆積するステップと、
前記金属ナノ粒子層と前記光吸収性部分基とを前記受理基板と緊密に接触して配置するステップと、
前記ドナー基板と前記受理基板の間に形成されたサンドイッチに、レーザで、パターンを書き込み、前記ナノ粒子層から得られる金属ナノ粒子を前記受理基板にアニールし、転写し、前記受理基板の上に電気導体の前記パターンを形成するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法が、ナノ粒子と前記光吸収材料の前記層を堆積するのに先だって前記ドナー基板上にリリース層を形成する付加的ステップを備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、受理基板に導体のパターンを形成する方法に関し、特に、ドナー基板から受理基板に金属ナノ粒子をアニールし、転写することによって受理基板に導体を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
側部の少なくとも片側の寸法が１〜１，０００μｍである導体で大面積の電気回路をプリントすることが必要となることが多い。このタイプの回路印刷を行うプロセスの一つは、真空蒸着を使用することである。しかし、この方法は、操作が高コストであり、しかもバッチ式処理に適しているだけである。
【０００３】
電気回路を作製する方法の他の一つは、金属ナノ粒子を使用してパターンをインクジェットで印刷し、導体を形成する方法である。このプロセスは、S.Molesa et al.,;”High-quality inkjet-printed multilevel interconnects and inductive components on plastic for ultra-low-cost RFID applications.“University of California, Berkeleyの参考文献に議論されている。この技法に関連する問題を幾つか挙げると、基板に左右されること、１００μｍ未満の側部厚さを達成するのが困難なこと、粒子をバルク加熱でアニールする必要があり、基板に変形が生じ得ることである。インクジェット堆積に関する問題の他の一つは、適切な量の材料を堆積するのにパス数を多重にして行う必要がしばしばあり、スループットが低下することである。
【０００４】
バルク加熱に係わる問題を解決する試みは、以下の二件の参考文献、すなわち、N.R.Bieri etal.;”Microstructuring by printing and laser curing of nanoparticle solutions”Applied Physics Letters, Volume 82,Number20,May19,2003,pages  3529-3531;およびJ.Chung et al.;”Conductor  microstructures by laser curing of printed gold nanoparticle ink” Applied Physics Letters, Volume 84, Number 5, February 2, 2004, pages 801-803に示されているが、ナノ粒子をアニールするのに高出力レーザを使用することを含む方法である。金のナノ粒子は、例として使用されているが、可視スペクトルでは吸収速度が低く、従って加熱効率が低下する。この低加熱効率は、商業的適用では問題である。書き込み速度が低くなるからである。
【０００５】
同時係属出願の米国特許出願第１０／８８１，３０１号では、ヤン（Yang）らは、光吸収色素溶液と混合した金属ナノ粒子を基板にコーティングし、次いで金属ナノ粒子を選択的にレーザ光でアニールして導体材料とする方法を開示した。
【０００６】
米国特許第６，７７０，５４９号では、パターン化された薄膜金属層をドナー基板から受理基板に接触・接着・転写によって転写する方法が開示された。この方法では、事前にパターン化された金属層が、真空蒸着やシャドウマスクまたはフォトリソグラフィー工程で行われるスパッタリングのような高価なプロセスでドナー基板上に形成された。
【０００７】
ドナー基板から受理基板にレーザ誘起熱で材料を転写する方法は、多くの既往技術文献、例えば、米国特許第４，９４８，７７８号、第５，１７１，６５０号、第５，２４４，７７０号、第５，２５６，５０６号、第５，６９１，０９８号、第５，８００，９６０号、第５，９８１，１３６号、第６，０９７，４１６号、第６，０９９，９９４号、第６，１９０，８２６号、第６，５８２，８７７号、および第６，８６６，９７９号、更には米国特許公開第２００４／００２９０３９号、第２００４／００２８９４２号、および第２００３／０１８６３８号に開示されている。しかし、上記文献のいずれも、本発明に開示のもののように材料をレーザ誘起熱で転写し、転写された材料を同時にアニールすることを可能とする方法またはプロセスを示してはいなかった。
【０００８】
【特許文献１】米国特許５，２５６，５０６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、材料をレーザ誘起熱で転写し、転写された材料を同時にアニールすることを可能とする方法またはプロセスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
要約すると、本発明の態様の一つに基づけば、受理基板上に電気導体のパターンを形成する方法は、導体材料のナノ粒子を形成するステップを含む方法である。先ず、ドナー基板が形成される。光吸収材料の層が前記ドナー基板の第一面上に堆積される。金属ナノ粒子が前記光吸収材料上に堆積される。前記金属ナノ粒子層が前記受理基板と接触して配置される。パターンが、前記ドナー基板と前記受理基板とで形成されたサンドイッチ上に書き込まれる。すると、金属ナノ粒子がナノ粒子層から受理基板にアニールされ、転写され、受理基板上に電気導体のパターンが形成される。
【００１１】
本発明の実施の形態の一つに基づけば、ドナー体エレメントは、ドナー基板と赤外線（ＩＲ）吸収層とナノ粒子層とから成り、ナノ粒子層の一部が、レーザで照射され、加熱され、ドナー基板から分離され、受理基板に転写され、一方、ナノ粒子層の一部は、レーザで照射されずに、ドナー基板に付着したままで残存する。
【００１２】
本発明とその目的と利点は、以下に記載する好ましい実施の形態の詳細な説明で一層明白になろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
金属ナノ粒子の最も特徴的な機能は、サイズ依存の表面の融点低下である。（Ph. Buffat et al.;”Size effect on the melting temperature of gold particles” Physical Review A, Volume 13,Number 6,June 1976,pages 2287-2297;A.N.Goldstein et al.;”Melting in Semiconductor Nanocrystals” Science, Volume 256,June 5,2002,pages 1425-1427;K.K.Nanda et al.;”Liquid-drop model for the size-dependent melting of low-dimensional systems” Physical Review, A 66(2002),pages 013208-1 thru 013208-8を参照のこと）。この性質によって、金属ナノ粒子を溶融または焼結して、良好な導電率を有する多結晶フィルムに形成することが可能である。（D.Huang et al.; ”Plastic-Compatible Low Resistance Printable Gold Nanoparticle Conductors for Flexible Electronic” Journal of Electrochemical Society, Volume 150, Issue 7, July 2003, Abstractを参照のこと）。
【００１４】
本発明は、レーザを使用してナノ粒子層をアニールし、転写することによって、受理基板上に電気導体のパターンを形成する方法に関する。一般に、リリース材料の層が、ドナー基板の第一面に堆積される。金属ナノ粒子が、このリリース材料の上に堆積される。金属ナノ粒子層が、前記受理基板に接触して配置される。パターンが、ドナー基板と受理基板とで形成されたサンドイッチ上に書き込まれる。すると、ナノ粒子層から発生した金属ナノ粒子が、受理基板にアニールされ、転写され、受理基板上に電気導体のパターンが形成される。
【００１５】
好ましい実施の形態では、溶液処理可能な金属ナノクラスタを溶媒中において、光吸収性色素で処方した。得られた材料を薄膜として、ＩＲ吸収層の頂部にコーティングした。得られた金属ナノ粒子層を受理基板に接触して配置し、レーザを使用して、ドナー基板と受理基板とで形成されたサンドイッチ上に書き込み、ナノ粒子層から発生した金属ナノ粒子を受理基板にアニールし、転写させることによって所望のパターンを備えた受理基板が得られる。
【００１６】
本発明は、本発明に基づく装置の部分、または、より直接的に共に使用する部分を形成するエレメントに特に関する。理解されなければならないことは、具体的に示されないエレメント、または説明されないエレメントも、当業者に周知の多岐にわたる形を取り得ることである。
【００１７】
本発明のプロセスを使ってレーザ光アニール処理の導体のイメージを得るには、ダイオード型レーザの採用が好ましい。サイズが小さく、低コストで、安定性、信頼性、堅牢性があり、変調が容易という顕著な利点があるからである。実際は、どのようなレーザにしろ、コーティングされたエレメントの加熱に使用可能となる以前に、該エレメントには、赤外線吸収材料、例えば、金属、カーボンブラックのような顔料、または米国特許第４，９７３，５７２号に記載のシアニン赤外線吸収性色素、または米国特許第４，９４８，７７７号、第４，９５０，６４０号、４，９４８，７７６号、第４，９４２，１４１号、第４，９５２，５５２号、第５，０３６，０４０号、および第４，９１２，０８３号に記載の他の材料を含有させておく必要がある。なお、これらの特許を本明細書に参考文献として引用する。次ぎに、レーザ照射はＩＲ吸収装置に吸収され、内部変換として知られる分子運動プロセスによって熱に変換される。従って、有用な吸収層の構造は、吸収装置の色相、転写性、強度のみに依存するだけでなく、照射を吸収して熱に変換する吸収装置の能力にも依存する。赤外線吸収性材料または色素は、金属ナノ粒子コーティング剤自体に、または関連する別個の層に、すなわち、吸収層の上または下に含ませることも可能である。
【００１８】
本発明に採用されるエレメントのアクティブ層は、溶媒相溶性のプリント技法で支持体上にコーティングしたり，プリントしたりすることが可能であり、そのような技法としては、例えば、インクジェット法、グラビア法、ホッパコーティング法、または技術に既知の他の方法がある。金属ナノクラスタとしては、銀、金、または同金属の合金、安定なナノクラスタに形成し得るような他の貴金属混合物を挙げ得る。ナノクラスタのサイズは、一般に、１〜１０ｎｍの範囲である。
【００１９】
さて、図１を参照すると、本発明に基づいて基板１８を画像に合わせてレーザ照射に露光するレーザ方式プリント装置１０が示される。プリント装置１０のレーザ１４は、ダイオード型レーザがよいが、レーザビーム２６を発生する他のどのような高出力レーザでもよい。複数個のレーザまたはレーザビームも、本発明では同時に使用し得る。ビーム形状は、楕円形でよく、低コストの多重モードレーザを使用しながら、細いラインを書き込むのが可能である。これについては、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，２５２，６２１号に教示されているので、同特許の開示内容を本明細書に参考文献として引用する。レーザビーム２６と基板１８との間の相対動作を得るためにレーザビームを走査するには、可動ミラーを装備するガルバノメータ２２がｆθレンズ２４を通してビームを走査し、Ｘ方向にラインを形成する。当業者ならば理解することであるが、レーザビームの走査は、他の種類の可動ミラー、例えば、多くのミラー面を備える回転ポリゴンによっても、または他の装置、例えば、回転回折格子によっても行い得る。
【００２０】
画像をナノ粒子被覆物上に書き込むのに使用できるレーザ方式サーマルプリンタは多様に存在する。スキャナの偏向器は、米国特許第６，０３１，５６１号で使用されるものと同じような回転ポリゴン偏向器４０で差し支えない。単一のレーザ源（図示せず）のみが普通使用され、ポリゴンは毎分何千回と回転し、プリント速度は従来のガルバノ式スキャナに比較して極めて高速である。ポリゴンスキャナは、普通、図５のｆθレンズ２４を採用する。ｆθレンズ２４は、走査されたレーザビームを受理表面に合焦する。また、レーザ源は、適切なデジタル電子データパスで供給される画像データで変調される（または連続レーザビームが別個の変調器、例えば、音響―光変調器で変調される）。レーザスポットは高速スキャン方向にポリゴン偏向器で走査され、一方、受理基板は、図５のリニア移動装置で低速スキャン方向に走査される。レーザビームは、ナノ粒子被覆物を十分に高温に加熱し、ナノ粒子のアニールを起こせるのに十分な高出力を備える必要がある。走査されたスポット寸法は、印刷されたラインの解像度を大略決定する。
【００２１】
レーザ方式パターニング法を行うのに有用であると考えられるプリンタの他の一つは、図６と米国特許第６，１６９，５６５号に示されているようなマルチチャネルの印刷ヘッド６０を使用するが、これは、程良くコンパクトなマルチチャネル印刷ヘッドに組み立てられたものである。前記印刷ヘッドは、高速方向に一定速度（折り返し時間を除いて）で行ったり来たりして走査され、受理シートは、印刷ヘッドの各走査の後に２５６個の印刷スポットのアレイ幅だけ前進される。別法として、前記印刷ヘッドは、図７に示され、米国特許第４，９００，１３０号に議論されているように、回転ドラム７０に装備の受理シートにプリントすることも可能である。米国特許第４，９００，１３０号に記載の印刷ヘッドは、光ファイバ７２の端部に取り付けられたレーザ１４と共に製造される。画像は、レシーバの印刷スポットのアレイに形成される。これも、本タスクに好適な印刷ヘッドの他の一つである。
【００２２】
図１に示される実施の形態では、基板１８は、移動台３２によって、Ｘラインに直交するＹ方向に送られ、全領域の走査が可能となる。ビーム強度は、スキャンのどの点でも、コンピュータ２８から得られる指示を使用してレーザ出力制御ライン３０で制御される。別法として、レーザビーム強度は、レーザ光学分野の当業者に周知のように、別個の変調器、例えば、音響光学型変調器（図示せず）によって制御し得る。別の一つの実施の形態では、基板は固定して置いて、レーザ装置を移動させることもできるし、またはそのビームを光学的に再度振らせることもできる。重要な機能は、全領域のスキャンを可能とするためにレーザビームとディスプレイ基板との間に相対動作が存在するということである。
【００２３】
さて、図２は、本発明に使用されるドナー基板の実施の形態の一つを示す。ドナー基板４５は、ドナー支持板５０と吸収層８０とを備える。ドナー基板４５は、また、任意選択で反射防止層６５および／またはリリース層７５を備え得る。
【００２４】
どのような材料も、ドナー支持板５０として使用し得る。但し、レーザの高熱に耐えることが出来ればというのが条件である。そのような材料の例としては、ポリ（エチレンナフタレート）やポリ（エチレンテレフタレート）のようなポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースアセテートのようなセルロースエステル、ポリ（フッ化ビニリデン）やポリ（テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン）のようなフッ素系ポリマ、ポリオキシメチレンのようなポリエーテル、ポリアセタール、ポリスチレンやポリエチレンやポリプロピレンまたはメチルペンテンポリマのようなポリオレフィン、およびポリイミド−アミドやポリエーテル−イミドのようなポリイミドが挙げられる。金属基板と無機材料、例えば、ガラス、シリコンゲルマニウム、酸化アルミや酸化シリコンのような金属酸化物が、本発明に有用である。ドナー支持板５０は、また、これらの材料を二層以上備えることもできる。ドナー支持板５０は、一般に、約５〜５，０００μｍの厚さを有する。
【００２５】
次に、ドナー支持板５０を吸収層８０でコーティングする。吸収層８０は、熱を発生するスペクトルの既定の部分のレーザ光を吸収する能力のあるもので、金属、例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｂｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｉｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｐｄ，Ｖ，Ｚｒ、またはＷ、またはこれらの混合物でよい。この群から選択される好ましい金属は、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｂｅ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｐｔ、またはＷ、またはこれらの混合物である。吸収層８０は、有機材料または色素ともし得る。色素としては、米国特許第４，５４２，８３０号、第４，６９８，６５１号、第４，６９５，２８７号、第４，７０１，４３９号、第４，７５７，０４６号、第４，７４３，５８２号、第４，７６９，３６０号、第４，７５３，９２２号、および第６，７０３，１１１号に開示のどのような色素も含む。上記の色素は単一材料としても、または他の色素と組み合わせても使用し得る。
【００２６】
反射防止層６５は、ドナー基板４５の設けられる任意選択の層で、屈折率の実数部が３．０より大きい材料を含む。この材料に含まれるのは、例えば、シリコン、ゲルマニウム、およびこれらの混合物である。反射防止層６５と吸収層８０の特に有用な組み合わせは、例えば、シリコンとクロム、およびゲルマニウムとニッケルである。反射防止層の使用、および反射防止層と吸収層とを効果的にマッチングさせるプロセスについては、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，７９０，５９４号に記載されているので、同特許の開示内容を本明細書に参考文献として引用する。
【００２７】
本発明の実施の形態の一つでは、リリース層７５が吸収層の上または下にコーティングされ、金属ナノ粒子のリリースが容易に行われるようにしている。好ましい実施の形態では、リリース層は、レーザで加熱されるとガスを発生する能力のあるガス発生ポリマと、赤外線吸収性材料とから成り、当該リリース層は、米国特許第６，１６５，６７１号に開示のように約０．３〜１．０のＥｔ値を有する極性溶媒を使用してコーティングされたものである。好ましい実施の形態の他の一つでは、ガス発生ポリマは、シアノアクリレートである。好ましい実施の形態の他の一つでは、リリース層は、１５０℃未満、より好ましくは１００℃未満のガラス転移温度を有するポリマから成る。
【００２８】
図３は、本発明に基づくドナーエレメント１００の断面を示す。１００ｎｍ未満、好ましくは５０ｎｍ未満の直径を有する金属ナノ粒子を有する金属ナノ粒子層９０が、合成され、吸収層８０にコーティングされているが、これは、１％〜８０％、好ましくは１０％〜４０％の濃度を有する金属ナノ粒子を含む溶液から調製される。０．１％〜２０％、好ましくは１％〜５％の濃度を有する光吸収性色素を、金属ナノ粒子溶液に添加して、金属ナノ粒子の転化特性を促進し得る。
【００２９】
金ナノ粒子の合成は、次の手順で行った。１４ｇのテトラオクチル臭化アンモニウムを４００ｍｌのトルエンに溶解し、３．０ｇのテトラクロロ金酸水素（ＨＡｕＣｌ４）を１００ｍｌの水に溶解した。テトラクロロ金酸水素／水混合物をテトラオクチル臭化アンモニウム／トルエン溶液含有のフラスコに注ぐ。フラスコに栓をして、数秒間よく振盪する。該混合物を分離ロートに注ぎ、放置して水／トルエン層を分離させ、次いで上層（トルエン）の溶液を捕集する。下の赤みを帯びた褐色有機層を取りだし、これを丸底フラスコに戻す。４．５ｇのヘキサンチオールを２５ｍｌのトルエンに溶解した溶液をこのフラスコに添加し、１０分間、溶液が無色になるまでよく攪拌する。３．８ｇの水素化ホウ素ナトリウムを１７５ｍｌの水に溶解する。激しく攪拌しながら、このＮａＢＨ４溶液を、滴下ロートを使って前記有機層に添加する。３．５時間にわたって攪拌した後、分離ロートを使用して有機層から下層を捕集する。回転蒸留装置を用いて溶媒を分離した（温度は５０℃未満に維持）。１００ｍｌのエタノールを製品含有の丸底フラスコに添加し、２分間にわたって超音波攪拌を行う。このスラリー液を、細かいフリットガラス製フィルタを用いて濾過し、得られた沈降物を１００ｍｌのエタノールで洗浄する。製品（金ナノ粒子）は、加熱せずに一時間にわたって真空オーブン中で乾燥したところ、０．８〜１ｇの重さのものが得られた。このナノ粒子は、ＴＥＭで測定したところ２〜４ｎｍのサイズを有し、ＤＳＣ測定で１９０〜２００℃の溶融または焼結温度を示す。
【００３０】
コーティング溶液は、以下のレシピを用いて処方した。
溶液１：１０％金ナノ粒子と１％ＩＲ色素１を４０／６０のエタノール／トルエン混合溶液に溶解したもの。
溶液２：２０％金ナノ粒子と２％ＩＲ色素１を４０／６０のエタノール／トルエン混合溶液に溶解したもの。
【化１】
2008541481.tif 000003
上記溶液は、被覆ブレードまたは被覆ロッドによって手で、またはホッパから供給して機械で４ミル厚さのＰＥＴ基板にコーティングした。皮膜の湿潤塗布量は、５μｍ〜２５μｍの範囲にあると計算された。皮膜の最終乾燥厚さは、０．１５μｍ〜２μｍの範囲にあると測定された。
【００３１】
図４ａと４ｂは、本発明に基づいて受理基板にアニールされ、転写されたナノ粒子層の一部分を有するドナーエレメントの断面図を示す。反射防止層６５とリリース層７５は、ドナー基板５０の第一面側に堆積される。赤外（ＩＲ）吸収層８０がリリース層７５の頂部にコーティングされ、レーザ光を吸収して熱に変換する。金属ナノ粒子層９０は、溶液で調製され、ＩＲ吸収層８０上に均一に堆積される。次いで、ドナーエレメント１００を配置するに当たり、金属ナノ粒子層９０が受理基板１１０と緊密に接触するよう配置される。レーザビーム２６を活性化して、レーザ光がドナーエレメント１００を照射するようにする。レーザ光が吸収され、エネルギー吸収層８０の選択された部分が加熱される。従ってナノ粒子層９０が十分なレベルまで加熱され、ナノ粒子がアニールされ、金属導体フィルム１２０が形成される。次いでドナーエレメント１００と受理基板１１０とを分離するに当たり、ナノ粒子層９０の一部がレーザで照射され、加熱され、ドナーエレメント１００から受理基板１１０にナノ粒子が分離され、転写されるように行われ、電気導体のパターンが受理基板に１１０上に形成される。一方、ナノ粒子層の一部は、レーザで照射されずに、ドナーエレメント１００に付着したままで残置される。
【００３２】
受理基板１１０は、有機固形物でも、無機固形物でも、あるいは有機固形物と無機固形物の組み合わせたものでも、ドナーエレメント１００から金属導電性フィルムを受理する表面を提供するものであればなんでもよく、硬質性のものでも可撓性のものでもよい。典型的な基板材料としては、ガラス、プラスチック、金属、セラミック、半導体、金属酸化物、半導体酸化物、半導体窒化物、またはこれらの組み合わせ物が挙げられる。受理基板１１０は、これらの材料の均一混合物、これらの材料のコンポジット、またはこれらの材料を多層構造としたものでよい。受理基板１１０は、ＯＬＥＤ基板、すなわち、ＯＬＥＤ装置を製造するのに一般に使用される基板、例えば、アクティブマトリックス型低温ポリシリコンＴＦＴ基板でよい。受理基板１１０は、また、光透過型基板または不透明型基板のいずれでもよい。受理基板１１０には、転写段階の操作に先立って他の層で何らかのコーティングを施すこともできる。
【実施例】
【００３３】
本発明とその利点は以下の実施例を参照すれば、一層理解が深まることと思われる。
【００３４】
＜実施例１＞
ドナーエレメントを以下のように構成して作製した。
【００３５】
４０ｍｍのシリコンの反射防止層と４０ｍｍのクロムの吸収層とを、その順序で５１μｍのポリイミドドナー基板に真空堆積した。２０％の２〜４ｎｍサイズの金ナノ粒子と１〜２％のＩＲ吸収色素とを４０／６０のエタノール／トルエン混合溶液に溶解し、１ｃｃ／平方フィートの湿潤塗布量で前記クロムにコーティングした。次ぎに、サンプルを室温で１０分間乾燥し、約３００〜５００ｎｍの最終厚さを得た。
【００３６】
（受理基板）
本発明に使用された受理基板は、表面の受理面に０．３μｍのゼラチンをコーティングした４ミル厚さのＰＥＴフィルムであった。
【００３７】
（金属ナノ粒子層のアニールと転写）
金属ナノ粒子層を受理基板のゲル層と緊密に接触させて配置し、真空を使用して両層をしっかりと保持する。アニールと転写が望ましい領域では、被覆されたナノ粒子を波長８３０ｎｍと最大出力６００ｍＷを有するレーザライタを使ってアニールし、既定の画像に従ってドナー支持板の第二面側からスキャンすることによってパターンを書き込む。スキャン速度の設定は、被覆された基板に約１．３Ｊ／ｃｍ２のエネルギーレベルでレーザが露光するように行われた。ドナーエレメントと受理基板を徐々に分離するに当たって、ナノ粒子層のその部分がレーザで照射され、加熱され、ドナー基板から受理基板に転写されるようにする。一方、ナノ粒子の層のある一部は、レーザで照射されないようにし、ドナー基板に付着したままで残置される。
【００３８】
＜実施例２＞
本発明の要件を満足するドナーエレメントと受理基板を、実施例１と同じように構成して作製した。但し、相違は、２０％の５０〜７０ｎｍサイズの銀ナノ粒子（ミネソタ州セントポールのCIMAナノテク(Nanotech)社から入手）を、２％のＩＲ吸収色素を含むエチレングリコール／ブチルエーテルアセテート溶液に溶解したことである。
【００３９】
＜実施例３＞
本発明の要件を満足するドナーエレメントと受理基板を、実施例１と同じように構成して作製した。但し、相違は、２０％の５０〜７０ｎｍサイズの銀ナノ粒子（ミネソタ州セントポールのＣＩＭＡナノテク(Nanotech)社から入手）を、２％のＩＲ吸収色素を含む水／エタノール混合溶媒に溶解したことである。
ゲル被覆ＰＥＴ上にパターニングされたＡｕ導体とＡｇ導体をレーザでアニールし、転写して得られた結果は、以下の表１に示される。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
表１が示すのは、レーザ転写・アニールを行うと、ゲル被覆のＰＥＴに転写された金属層の抵抗率がまさに導体状態までに低下するということである。レーザに照射されなかったナノ粒子層は、焼結が欠けているのでドナー基板に非導体のままで残置する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ナノ粒子層をドナー基板から受理基板にアニールし、転写するのに有用な装置の概略図である。
【図２】本発明に基づくドナー基板の断面図である。
【図３】本発明に基づくドナー体エレメントの断面図である。
【図４ａ】本発明に基づくドナー体エレメントの断面図であって、ナノ粒子の一部が受理基板上にアニールされ、転写されるのを示す図である。
【図４ｂ】本発明に基づくドナー体エレメントの断面図であって、ナノ粒子の一部が受理基板上にアニールされ、転写されるのを示す図である。
【図５】本発明とともに使用する別の印刷ヘッドの概略図である。
【図６】本発明と共に使用する別の一つの印刷ヘッドの概略図である。
【図７】本発明と共に使用するさらに別の一つの印刷ヘッドの概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  レーザ印刷装置、１４  レーザ、１８  基板、２２  ガルバノメータ、２４  ｆθレンズ、２６  レーザビーム、２８  コンピュータ、３０  レーザ出力制御ライン、３２  移動台、４０  ポリゴン、４５  ドナー基板、４６  リニア移動装置、５０  ドナー基板、６０  マルチチャネル印刷ヘッド、６５  反射防止層、７０  回転ドラム、７２  光ファイバ、７５  リリース層、８０  吸収層、９０  ナノ粒子層、１００  ドナーエレメント、１１０  受理基板、１２０  金属導体フィルム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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