(57)【要約】  マイクロ接触印刷装置は、変形可能なスタンプローラ表面（２４０，３４０）のためにより均一且つより良好に制御される表面圧力をもたらすよう変形するガス充填容積（２２０，３２０）を備えるローラ（１００，２００，３００）を含む。１つのアプローチでは、気密容積（２２０）が、円筒形支持体（２１０）内の変形可能な気密材料（２２５）内に設けられる。ピンのような機械的支持体（２３０，２３４，２４１，１４６，２５１）が、スタンプローラ表面（２４０）を変形可能な気密材料（２２５）に結合する。或いは、ガス充填容積（３２０）を気密円筒形支持体（３１０）とスタンプローラ表面（３１０）との間に設け得る。折畳みブレードのような機械的支持体（３３０，３３２）が、スタンプローラ表面（３４０）を円筒形支持体（３１０）に結合すると同時に、円筒形支持体に対するスタンプ表面の横方向動作を阻止する。気密容積内の圧力の活性制御（１３０）も設け得る。
2008517798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形支持体と、
該円筒形支持体内にガス充填容積を定める変形可能な気密材料と、
マイクロ接触スタンプを支持する変形可能なスタンプローラ表面と、
印刷中に変形力を前記スタンプローラ表面から前記変形可能な気密材料に移転するために、前記スタンプローラ表面と前記変形可能な気密材料との間に設けられる複数の機械的支持体とを含む、
マイクロ接触印刷装置。
【請求項２】
前記円筒形支持体は、変形可能でない、請求項１に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項３】
前記複数の機械的支持体は、前記円筒形支持体と前記変形可能な気密材料との間で円周上に離間する、請求項１に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項４】
前記複数の機械的支持体は、径方向に移動可能なピンを含む、請求項１に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項５】
前記円筒形支持体は、前記複数の機械的支持体が通過する開口を含む、請求項１に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項６】
前記ガス充填容積内の圧力を活性に制御する手段をさらに含む、請求項１に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項７】
印刷中に前記スタンプローラ表面からの前記変形力が前記変形可能な気密材料に移転されるとき、前記ガス充填容積内のガスは圧縮する、請求項１に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項８】
前記ガス充填容積内の前記ガスの前記圧縮は、印刷中にマイクロ接触スタンプの接触地域に亘る圧力を平均化する、請求項１に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項９】
気密な円筒形支持体と、
マイクロ接触スタンプを支持するスタンプローラ表面と、
前記円筒形支持体と前記スタンプローラ表面との間に設けられるガス充填容積と、
前記円筒形支持体に対する前記スタンプローラ表面の横方向動作を阻止するために、前記円筒形支持体と前記スタンプローラ表面との間に設けられる複数の機械的支持体とを含む、
マイクロ接触印刷装置。
【請求項１０】
前記円筒形支持体は、変形可能でない、請求項９に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項１１】
前記複数の機械的支持体は、前記円筒形支持体と前記スタンプローラ表面との間で円周状に離間する、請求項９に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項１２】
前記複数の機械的支持体は、折畳みブレードを含む、請求項９に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項１３】
前記複数の機械的支持体は、穿孔を含む、請求項９に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項１４】
前記ガス充填容積内の圧力を活性に制御する手段をさらに含む、請求項９に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項１５】
印刷中に前記スタンプローラ表面が変形するときに、前記ガス充填容積内のガスは圧縮する、請求項９に記載のマイクロ接触印刷装置。
【請求項１６】
前記ガス充填容積内の前記ガスの前記圧縮は、印刷中に前記マイクロ接触スタンプの接触地域に亘る圧力を平均化する、請求項９に記載のマイクロ接触印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、マイクロ接触印刷に関し、具体的には、圧力制御を用いてマイクロ接触印刷を遂行するための技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ接触印刷は、約２００ｎｍに至るまでの極めて精細なラインパターンを印刷するための技術である。本質的に、それはゴムスタンプ上のパターンが基板上に複写される「Ｈｏｃｈｄｒｕｃｋ」技術である。今までのところ、主として単層のレジストが印刷去る。しかしながら、他の材料／機能の直接印刷は調査中である。その技術の不利点は、所要画像が印刷されるのみならず、中間地域が基板と接触するよう加圧されることをも保証するために、印刷が極めて低い圧力（例えば、約０．１バール）の印加で行われることである。例えば、Ａ．Ｂｉｅｔｓｃｈ及びＢ．Ｍｉｃｈｅｌの「Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ  ａｎｄ  ｐａｔｔｅｒｎ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｓｔａｍｐｓ  ｕｓｅｄ  ｆｏｒ  ｓｏｆｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，８８（７），４３１０−４３１８（２０００）、及び、Ｃ．Ｙ．Ｈｕｉ  ｅｔ  ａｌ．の「Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ  ｏｎ  ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｉｍｐｏｓｅｄ  ｂｙ  ｓｔａｍｐ  ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ」、Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １８（４），１３９４−１４０７（２００２）を参照。最近、ウェーブプリンティングと呼ばれる新バージョンの技術が導入された。２００３年１２月４日に公開された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｆｏｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ  Ａ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｆｒｏｍ  Ａ  Ｓｔａｍｐ  Ｔｏ  Ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」と題するＰＣＴ国際公開ＷＯ０３／０９９４６３号（整理番号ＩＤ６０６０４６／９１８８）を参照。この技術は、そのような極めて低い圧力の制御された印加を可能にする。しかしながら、不利点は、この技術が、現在の並びに将来のロール間型処理において要求されるような連続フローライン型生産に向かないことである。
【０００３】
本発明は、上記及び他の問題に対処する。具体的には、本発明は、（例えば、フレキソ印刷に適用されるような）より普通のローラ型印刷をマイクロ接触印刷の特別な要件に変更することによって、そのような連続処理を可能にすることを目標とする。従来的なフレキソ印刷では、ゴムスタンプで覆われたローラが基板に接触させられ、基板はローラの下で線形運動で輸送される。ローラの回転は、滑りを防止するために、基板の線形運動と同期される。スタンプ上の印刷圧力は、ローラを基板に圧縮することによって達成される。しかしながら、このようにして、強く不均一な印刷圧力分布が得られ、そこでは、最大圧力はローラの下の中央（最大圧縮）接触地域に存在するのに対し、圧力は接触地域の開始部分及び最終部分で低い値に低下する。これはこの圧力を正確に低い値に制御し維持するのを困難にする。実際には、所謂「キス印刷」条件が探索され、その場合には、スタンプが表面に接触するだけであるよう極めて軽い圧力が使用される。しかしながら、この条件は維持するのが困難である。何故ならば、それは基板及び印刷ローラのために極めて正確な表面平坦性を必要とするからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、変形可能なスタンプローラ表面のために、より均一且つより良好に制御された表面圧力をもたらすよう変形するガス充填容積を備えるローラを提供することによって、上述の制約に対する解決をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの特徴において、マイクロ接触印刷装置は、円筒形支持体と、円筒形支持体内にガス充填容積を定める変形可能な気密材料と、マイクロ接触スタンプを支持する変形可能なスタンプローラ表面と、印刷中に変形力をスタンプローラ表面から変形可能な気密材料に移転するために、スタンプローラ表面と変形可能な気密材料との間に設けられる複数の機械的支持体とを含む。
【０００６】
本発明の他の特徴において、マイクロ接触印刷装置は、気密な円筒形支持体と、マイクロ接触スタンプを支持するスタンプローラ表面と、円筒形支持体とスタンプローラ表面との間に設けられるガス充填容積と、円筒形支持体に対するスタンプローラ表面の横方向動作を阻止するために、円筒形支持体とスタンプローラ表面との間に設けられる複数の機械的支持体とを含む。
【０００７】
全ての図面において、対応する部分は同一の参照番号によって参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の１つの特徴において、より均一且つより良好に制御された印刷圧力をもたらすために、ガス充填ローラが使用される。具体的には、図１は、表面又は基板１２０上に印刷するために、マイクロ接触印刷スタンプ１１０で覆われたガス充填印刷ローラ１００を示している。スタンプ１１０は、ローラ１００の周りに延在し得るが、簡潔性のために、一部のみが例証されている。スタンプは、多数の個々のセグメント１１２を含む。接触地域のサイズは原寸に比例していないが、明瞭性のために、実際的な状況におけるよりも一層大きく示されている。自転車タイヤに類似するガス充填ローラ１００は、印刷されるべき表面１２０と接触させられる。その結果、接触地域に亘ってほぼ均一な相対的印刷圧力ΔＰが得られる。この特定の利益は、本質的には、大きな空気室−印刷分野における新しい概念の導入の結果である。具体的には、ガス充填容積の形状は、スタンプが印刷されるべき表面１２０と接触するときに、スタンプ１１０の接触地域に亘る圧力を均一化するよう変形する。
【０００９】
印刷圧力の値は、（環境圧力に対する）ローラ内のネット圧力によって与えられ、それは所要の低い印刷圧力を得るために調節され得る。加えて、この圧力を活性的に制御し得るし、所要印刷圧力値に調整し続け得る。このアプローチの主要な利益は、印刷圧力値が、接触表面１２０のサイズから並びに表面に対するローラの対応する垂直位置から、このように独立して設定されることである。
【００１０】
具体的には、実験的作業は、スタンプ内のパターンの形状及びオン／オフ比に依存して、約０．１バールにまで至る表面上のスタンプのネット圧力のために、スタンプの崩壊が起こり得ることを示している。これは平坦表面上の平坦スタンプに関してである。従って、ローラバージョンにおける所要圧力は、周囲よりも高い約０．１バールのオーダまでである。活性制御に関して、もしローラが封止された容積を含むならば、もしローラが印刷されるべき表面上に押し付けられるならば、圧力は増大する。その結果、表面上のスタンプの（局所的）圧力値も増大する。しかしながら、容積内の圧力が一定値に維持され得るよう、容積は圧力センサ及びポンプ１３０に接続され得る。具体的には、圧力増大を回避するために印刷中に容積が圧縮されるとき、圧力センサ及びポンプ１３０は容積１００の外にガスを流す。ガスは空気又は他の適切なガスであり得る。その上、もし、例えば、別体の外部圧力制御ユニットへの管接続によって流体圧力が一定に保たれるならば、ガスの代わりに流体充填容積を使用し得ることも留意すべきである。
【００１１】
印刷が完了し、ローラ１００が基板１２０ともはや接触しないとき、ガスは所望圧力を維持するために容積内に注入される。異なる印刷圧力のために圧力を調節し得る。その上、周囲圧力が上昇するときにガスを加えることによって、周囲圧力変化も補正し得る。当業者に既知の様々な技術を使用して、圧力センサ及びポンプ１３０の実施を達成し得る。
【００１２】
タイヤの実施例とは対照的に、ローラ１００内の空圧は、高い値に設定される必要はない。何故ならば、空圧はローラ１００の重量を支持する必要がないからである。この重量は、例えば、ローラの回転軸に沿う軸によって支持され得る。例えば、図２及び３に関連して以下にさらに議論されるように、硬い円筒形支持体は、回転軸に沿って軸によって支持され得る。この軸はローラ全体の重量を支持する。何故ならば、さもなければ、この重量は、スタンプと表面との間の大きな全接触地域を容易にもたらし得るからである。対照的に、所与の空圧にある自転車タイヤは、軽量車のためよりも重量車のために、道路とのより大きな接触地域を有する。
【００１３】
本発明は以下を含む幾つかの利益を達成する。（１）印刷圧力は、ローラと基板との間の接触地域に亘って均一である。（２）ローラの垂直位置は、上記のキス印刷状況におけるようには、余り重大ではない。（３）もしスタンプ表面の伸長が防止されるならば、印刷画像の歪みを最小に維持し得る。
【００１４】
しかしながら、実際には、追加的手段なしには上記シナリオを実現し得ない。例えば、機械的接触が、スタンプ表面とローラ軸との間に必要とされる。これを達成するために、様々なアプローチを使用し得る。１つの可能なアプローチが、図２に概略的に例証されており、図２は、マイクロ接触スタンプ表面２４０と、硬い変形可能でない円筒形支持体２１０と、中央ガス充填容積又は容器２２０とを備えるローラ２００の概略図を提供している。接触地域は原寸に比例して示されていない。円筒形支持体２１０は、精密に円筒形である必要はないが、例えば、多数の平坦表面から成り得る。嚢として作用するゴムのような変形可能な気密材料２２５によって容積２２０を形成し得る。容積は中心軸を収容する成形されたドーナッツであり得る。
【００１５】
接続ピンのような機械的支持体２３０は、容積２２０を接触スタンプ表面２４０及びマイクロ接触スタンプ１１０と接続する。機械的支持体２３０は、円筒形支持体２１０と変形可能な気密材料２２５との間で円周状に離間される。機械的支持体２３０は径方向に、円筒形表面２４０に対して垂直に移動自由であるが、横方向には移動自由ではないので、横方向滑りが防止される。印刷中に接触スタンプ表面２４０で起こる変形力が気密材料２２５及び容積２２０に移転されるよう、機械的接触がコネクタピン２３０とスタンプ１１０の内表面との間に設けられる。例えば、それらを単に互いに接着したり、スタンプの背面にあるコーン形状孔へのコーン形状孔を設けることを含めて、様々な結合の可能性がある。
【００１６】
各ピンの一端は、接触スタンプ表面２４０に固定され得るのに対し、他端は、変形力を接触スタンプ表面２４０から気密材料２２５及び気密変形可能容積２２０に移転するために、変形可能材料２２５と接触する平坦表面を有し得る。変形可能材料２２５上に力を加えるために、例示的な機械的支持体２３４が、その径方向内向き端部で、概ね平坦な表面２３２に接続されている。径方向外向き端部は、接触スタンプ表面２４０に接続され或いは接触する。同様に、概ね平坦な表面を径方向外向き端部にも設け得る。
【００１７】
さらに、機械的支持体２３０を円筒形支持体２１０内の開口内に収容し得る。様々なアプローチを使用し得る。例えば、円筒形支持体２１０は、支持体２４１がそこを通じて設けられる通孔のような例示的な開口２４２によって表示されるように、機械的支持体２３０の長さに比べて比較的薄くあり得る。或いは、径方向動作のみが許容されるよう支持体２６の動作をより良好に案内するために、管のような例示的な案内構造２４５を設け得る。或いは、円筒形支持体２１０は、例示的な円筒形支持壁２５０によって表示されるように、機械的支持体２３０の長さに比べて比較的薄くあり得る。この場合には、支持壁２５０内の通孔のような開口が、径方向動作のみが許容されるよう機械的支持体２５１の動作を案内するために十分に厚い。様々な他のアプローチが当業者に明らかであろう。その上、複数の機械的支持体をローラ２００の長さに沿ってその回転軸と平行に設け得る。
【００１８】
接触スタンプ表面２４０が基板１２０との接触の故に印刷プロセス中に変形されるとき、接触領域の近傍のピン２３０の径方向内向き動作によって、対応する変形が変形可能材料２２５内に生成される。この変形は図２中に材料２２５の平坦な底領域によって表示されている。具体的には、スタンプローラ表面２４０からの変形力が印刷中に変形可能気密材料２２５に移転されるときに、気密容積２２０内のガスは圧縮する。この圧縮は印刷中にマイクロ接触スタンプ１１０の接触領域に亘る圧力を平均化する。円筒形支持体２１０は撓まない。何故ならば、それは変形力及び画像歪みを招くからである。図３における状況と対照的に、図２において、ガスは中央ガス充填容積２２０内にのみ存在すると考えられる。しかしながら、図２の実施態様の代替として、ローラ２００内の全容積をガスで充填もし得る。ガスの通過を許容するために、円筒形支持体２１０内の追加的な孔を設け得る。
【００１９】
他の可能なアプローチが図３に例証されている。図３は、硬い気密の円筒形支持体３１０と、円筒形支持体とマイクロ接触スタンプ１１０との間のガス収容シェル又は容積３２０とを備えるローラ構造の概略図をもたらしている。再び、接触地域は原寸と比例していない。ブレードのような折畳み機械的支持体３３０を備える接続「ブレード」構造が、シリンダ３１０に対するマイクロ接触スタンプ１１０及びスタンプ表面３４０の横方向動作を阻止する。機械的支持体３３０は、円筒形支持体３１０とスタンプローラ表面３４０との間で円周状に離間されている。ガスが自由に流れるのを許容するために支持体３３０を穿孔し得る。穿孔３３４を備える例示的な支持体３３２が設けられ得る。ガスが硬いシリンダとスタンプローラ表面３４０との間の全地域にどうにかして自由に流れる限り、穿孔は必要とされない。支持体３３０内に少数の孔を設けること、或いは、例えば、支持体を食い違い位置に配置することによって、支持体が完全な軸方向に完全に沿って延在しないよう支持体を構成することは、空気のこの自由な流れを可能にする十分な開放通路を残し得る。他方、支持体３３０の多孔性は、支持体３３０がもはやブレード方向に沿って十分に剛的でないように大きくてはならない。それは横方向における滑りを招く。
【００２０】
機械的支持体３３０は、硬い変形可能でない円筒形支持体３１０に対するスタンプ表面３４０及びスタンプ１１０の横方向滑りを防止する。しかしながら、それらは基板１２０との接触によってスタンプ表面３４０の実際には小さな圧痕を可能にする。ブレード３３０を折畳み金属の薄いシートから形成し得る。シートは、例えば、変形又は圧縮後にスタンプ上の空圧がそれらをそれらの元位置に向かって戻し得るよう、折畳み時に最小の可撓性を示す。実際には、スタンプローラ表面３４０が印刷中に変形するとき、ガス充填容積３２０内のガスは圧縮する。この圧縮は印刷中にマイクロ接触スタンプ１１０の接触地域に亘る圧力を平均化する。
【００２１】
スタンプ表面の横方向シフトを最小限化しながら、スタンプ表面３４０の垂直動作を依然として殆ど自由に許容するという目標を満足するために、様々な他の機械的支持構造を使用し得ることが当業者に明らかであろう。
【００２２】
この発明の用途は、とりわけディスプレイ（アクティブ板及びパッシブ板）及び（ポリマ）電子光学におけるような、大地域精細ラインパターン地域の上で印刷することを含む。
【００２３】
従って、本発明は、歪みを回避するために印刷表面の最小横方向変位と共に接触地域に均一な低印刷圧力をもたらすマイクロ接触スタンププリンタを提供することが分かる。本発明は、印刷画像における横方向滑りも回避する。その上、スタンプと円筒形支持体との間の可撓な結合は、スタンプが印刷されるべき表面に局所的に辿ることを許容する垂直動作を可能にする。
【００２４】
本発明の好適実施態様と考えられるものが示され且つ記載されたが、本発明の精神から逸脱することなしに、形態又は詳細の様々な変更及び変形を容易に行い得ることが勿論理解されよう。従って、本発明は記載され且つ例証された通りの形態に限定されることは意図されておらず、添付の請求の範囲内に入り得る全ての変更をカバーするものと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に従った、マイクロ接触印刷スタンプを備えるガス充填印刷ローラを示す概略図である。
【図２】本発明に従った、硬い円筒形支持体と中央ガス充填容積とを備えるローラ構造を示す概略図である。
【図３】本発明に従った、硬い円筒形支持体と、円筒形支持体とローラ表面との間のガス充填シェルとを備えるローラ構造を示す概略図である。
【図１】
2008517798.tif 000003
【図２】
2008517798.tif 000004
【図３】
2008517798.tif 000005
【国際調査報告】
2008517798.tif 000006
2008517798.tif 000007