用于在衬底上形成材料图案的方法和设备的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]为了在衬底上提供例如导电材料的材料的图案或图像以便形成例如导体迹线，该材料可以以如下方式被处理，即，使得其能够被直接打印到衬底上且在打印之后关于衬底呈现出足够的粘附性质以致图案被固定/定影到衬底。
【附图说明】
[0002]图1是LEP (液体电子照相)打印引擎的示意图；
图2是描述用于在衬底上形成材料图案的方法的示例的流程图；
图3示出了当应用如图2所示的方法时将具有所需图案的材料转印到衬底的各种示例；
图4是用于在衬底上形成所需材料图案的设备的示例的示意性代表图；
图5是用于在衬底上形成特定材料图案的LEP (液体电子照相)设备的示例的示意性代表图；
图6是用于在衬底上形成所需材料图案的设备的另一示例；
图7是图1的LEP打印引擎的示例的示意性代表图，其已经被修改用于打印任意类型的材料；
图8示出由图7所示打印引擎做出的多层结构的示例；
图9示出由针对图7描述的打印引擎做出的多层功能性装置的示例；以及图10示出通过使用“胶合”概念被打印在纸上的碳纳米管的样品。
【具体实施方式】
[0003]对于各种衬底，可能需要向其表面施加具有预定图案的材料。例如在电子领域，会需要在衬底上提供电路的导体图案。在打印领域，例如宣传册领域，会需要向宣传册的一部分或其纸张施加材料以获得所需美学效果。也会需要其他产品具有带图案材料来获得美学效果，例如贺卡等可以具有金属材料以便当有光入射时提供闪闪发光的效果。
[0004]为了在衬底上提供图案，可以使用模拟和数字方法，例如喷墨打印、LEP (液体电子照相)打印和干法EP (电子照相)打印。这些技术允许通过“打印”所述材料而在衬底上精确地形成所需图案。材料需要可以被相应技术“打印”并且关于待施加该材料的衬底具有足够的粘附性质，以致在打印过程之后所述材料保持固定在衬底上。
[0005]遗憾的是，并非希望以特定图案被提供到衬底上的所有材料均具有这样的性质。材料可能是不可打印的且/或待施加该材料的衬底可能不会展现足够的粘附性质。因此，即使在材料可以被打印的情况下，材料在被打印之后仍可能不足以粘附到衬底。一些能够被打印的材料可以被改性(例如通过包括聚合体以在打印期间产生粘性膜来实现)成具有足够的粘附性质，这对于所有材料并非均是可能的或希望的，因为原始材料(基于其来形成图案)需要被改性。除了改性所述材料所需的额外劳动之外，这还会影响材料在施加到衬底之后的外观和/或性质，所述外观和/或性质可能会不同于原始外观/性质，例如在传导性方面或者在要实现的美学效果方面。
[0006]换言之，打印过程受限于它们能够打印的材料范围。作为示例，当喷墨打印具有大或重颗粒的材料(例如碎片)时，这些颗粒试图沉在墨水中。当LEP (液体电子照相)和DEP(干法电子照相)打印高电导性材料时，LEP或干法EP压机中的这些传导颗粒将缩短电极之间的间隙并且将放电，从而阻止其材料转印的能力。此外，通过打印过程打印新材料会需要针对新墨水的研发进行高额投资。此外，被打印材料通常与载体材料混合，这会影响其功能性或者需要后打印过程以将其去除。
[0007]在下文中，将描述一种在衬底上形成材料图案的方法，其中由于该材料不能被打印和/或关于衬底不具有或具有减小的粘附性质这一事实，该材料通常不能够被直接施加到衬底。这样的材料的示例是碳纳米管，已经基于所述材料进行了测试，碳纳米管在LEP过程中能够被充电成粘附到照片印版和胶布。但是，它们将不会粘附到衬底(如纸张)上。对于这样的材料，随后描述的方法将允许这样的材料的图案转印到衬底上，而不管其是否能够被打印且/或不具有或具有减小的粘附性质的事实。材料具有粘性层，例如透明LEP墨水，并且具有施加到其的粘性墨水的图案被转印到衬底以致所述材料借助于粘性材料被固定到衬底。同样，不希望被调制或改性的材料也能够被施加到衬底，例如不可能与聚合体材料或其他材料结合来向材料中引入粘附性质的材料。
[0008]当考虑到LEP打印的领域时，LEP过程允许以良好品质将各种材料可靠地转印到衬底。但是，存在会在LEP设备的相应鼓轮和/或在被打印衬底上产生背景图像的材料。另一些材料可能不足以电介地被电场电转印到LEP设备的照片印版，从而导致被打印图像的不良品质。另一些材料会由于其向衬底的低粘附性质而不能可靠地转印到衬底。
[0009]借助于随后讨论的方法，上述材料也能够以所需图案被施加到衬底。
[0010]在示例中，可以通过使用LEP墨水通过基于LEP的压机来打印各种材料，其中该LEP墨水当被加热时变为粘性聚合体层(“胶”)。所需材料以散布形式被施加，并且黏贴到成图案的“胶”层。这种能力使得基于LEP的压机能够打印许多类型的材料，包括例如装饰片的装饰性材料、陶瓷材料、药物和如导体和半导体的功能性材料。
[0011]图1是LEP 体电子照相)打印引擎的示意图，例如HP靛蓝打印引擎。参考图1的打印引擎描述LEP过程。光电导体10 (PIP-照片印版)被充电辊12充电。激光写入头14 (WH-写入头)将所需图像图案放电到PIP 10上(形成潜像)，随后将来自二进制墨水形成(BID)单元16a-16g之一的被充电LEP墨水电转印到PIP 10的被放电区域上。之后，墨水被转印到胶布(ITM -中间)鼓轮18，在所述胶布鼓轮18处所述墨水通过使用内部和外部加热器20 二者经历干燥和软化-融化。干燥熔融墨水作为与“热熔胶”类似的胶粘膜从ITM鼓轮18浮现，并且最终墨水被压制到被接收在ITM鼓轮和压印(MP)鼓轮22之间的介质上并粘附于该介质。
[0012]墨水中的树脂允许在几乎任意衬底上打印。墨水的这种性质(可打印在几乎任意衬底上)允许使得大多数材料粘附到树脂。LEP墨水用作胶的这一特征可以被开发用于打印“不可打印的”材料。打印“不可打印的”材料的能力可以增加任意打印系统的吸引力，并且应用能够从有吸引力的图像增强特征(例如闪闪发光的材料)到功能性打印(例如印刷型电子产品)。功能性材料作为各种结构的低成本铺层的可能性允许针对低成本应用产生便宜的装置，例如RFID (射频识别)、LED (发光二极管)或太阳能电池。
[0013]图2是描述用于在衬底上形成材料图像或图案的方法的示例的流程图。在第一步骤SlOO中，所需材料层被提供在中间载架上。之后，确定材料层是否以图案被提供，如在步骤S102中所示。在材料层以对应于要被转印到衬底的图案的图案被提供时，在步骤S104中，粘性或粘着材料层被提供在成图案材料层上。粘性材料层可以不成图案，即，可以被施加到中间载体的大致整个表面上，或者其可以以基本对应于材料层的图案的图案被确定图案以致要以所需图案被施加到衬底的材料基本被粘性材料层覆盖。在材料层不成图案的情况下，在步骤S106中，粘性材料层在未成图案的材料层上具有图案，其中粘性材料层的图案对应于要被施加到衬底的材料的图案。在步骤S108中，使用将材料固定或“胶粘”到衬底表面的粘性材料将材料转印到衬底。
[0014]在示例中，该过程可以包括数字打印过程(例如喷墨打印、LEP打印或者干法EP打印)，而不需要提供任何箔或者热箔过程来固定在衬底和箔之间的图案或图像。
[0015]在示例中，LEP设备的胶布鼓轮和压印鼓轮以交替方式被使用，并且LEP墨水是粘性(胶)材料，其可能不仅经由照片印版鼓轮被施加并还通过任意其他的数字方法(例如被喷墨打印到胶布上)或者数字打印方案(其能够打印各种图像)被施加。
[0016]材料可以是不能够被可靠地打印和/或转印到衬底上和/或在被施加到衬底之后不能可靠地粘附到衬底上的任意材料。这样的材料的示例是传导材料，如碳纳米管、金属材料或者大体上难以使用上述技术中的一种被施加到衬底的材料。
[0017]材料层可以通过上述技术中的一种被提供到中间载体上以便在要提供成图案材料层的情况下获得所需图案。替代性地，例如当材料不能被上述技术中的一种施加或者难以被上述技术中的一种施加时，未成图案的材料层被施加到中间载体并且通过施加具有所需图案的粘性材料来产生所需图案。
[0018]这种方法是有利的，因为其允许以所需图案大致施加任意材料到衬底而不需要针对特定打印技术来改性或优化该材料。基本不限制大小、传导性等等，而是材料能够直接被使用，从而避免在将其施加到衬底后由于其条件而任何地改变材料的特定性质。不再需要产生包括材料或装载的胶粘粘性膜，例如通过提供具有高颜料含量的金属颗粒以便使得可以通过使用喷墨技术打印的颗粒，而是，金属颗粒能够被直接使用而不需要调整金属颗粒使其能够以所需图案被