DE60004688T2

DE60004688T2 - Thermisches übertragungselement, das einen weichmacher in einer übertragungsschicht enthält , und ein thermisches übertragungsverfahren

Info

Publication number: DE60004688T2
Application number: DE60004688T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Mizuno; S. John STARAL; J. Richard POKORNY
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2020-01-22
Also published as: AU2625100A; EP1216156B1; KR100624518B1; MXPA02002381A; EP1216156A1; CN1373714A; DE60004688D1; WO2001017793A1; CN1165435C; KR20020037047A; US6228543B1; JP2003508282A

Description

Bereich der Erfindung
Diese Erfindung betrifft thermische Übertragungselemente und Verfahren, um Schichten von den thermischen Übertragungselementen zu übertragen, ebenso wie die mit diesen Verfahren erzeugten Gegenstände. Insbesondere betrifft die Erfindung thermische Übertragungselemente, die Weichmacher enthaltende Übertragungsschichten aufweisen, und Verfahren, um Schichten von den thermischen Übertragungselementen zu übertragen, ebenso wie die mit diesen Verfahren erzeugten Gegenstände.
Hintergrund der Erfindung
Die thermische Übertragung von Schichten aus einem thermischen Übertragungselement auf einen Rezeptor ist zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten vorgeschlagen worden. Diese Produkte schließen beispielsweise Farbfilter, Abstandshalter, Schichten einer schwarzen Matrix, Polarisatoren, gedruckte Leiterplatten, Displays (beispielsweise Flüssigkristall- und emittierende Displays), z-Achsenleiter und andere Dinge ein, die durch thermische Übertragung erzeugt werden können, einschließlich beispielsweise den in den U.S. Patenten Nrn. 5,156,938; 5,171,650; 5,244,770; 5,256,506; 5,387,496; 5,501,938; 5,521,035; 5,593,808; 5,605,780; 5,612,165; 5,622,795; 5,685,939; 5,691,114; 5,693,446; und 5,710,097 und PCT Patentanmeldungen Nrn. 98/03346 und 97/15173 beschriebenen.
Bei vielen dieser Produkte sind Auflösung und Randschärfe wichtige Faktoren bei der Herstellung des Produkts. Ein weiterer Faktor ist die Größe des übertragenen Teils des thermischen Übertragungselements bei einer gegebenen Menge an thermischer Energie. Als ein Beispiel hängt, wenn Linien oder andere Formen übertragen werden, die Linienbreite oder der Durchmesser der Form von der Größe des Widerstandselements oder Lichtstrahls ab, die verwendet werden, um auf dem thermischen Übertragungselement ein Muster zu erzeugen. Die Linienbreite oder der Durchmesser hängen auch von der Fähigkeit des thermischen Übertragungselements ab, Energie zu übertragen. An den Rändern des Widerstandselements oder Lichtstrahls kann die Energie, die für das thermische Übertragungselement bereitgestellt wird, verringert sein. Thermische Übertragungselemente mit besserer thermischer Leitung, geringerem thermischen Verlust, empfindlicheren Übertragungsbeschichtungen und/oder besserer Licht-in-Wärmeumwandlung ergeben typischerweise größere Linienbreiten oder Durchmesser. Somit können die Linienbreite oder der Durchmesser die Wirksamkeit des thermischen Übertragungselements in der Funktion der thermischen Übertragung widerspiegeln. Um diese Punkte des thermischen Übertragungsverfahrens anzusprechen, werden neue Verfahren der thermischen Übertragung und neue Konfigurationen der thermischen Übertragungselemente entwickelt.
Das Dokument WO-A-95 13195 offenbart ein Übertragungsdruckmedium, das einen Träger einschließt, auf den eine härtbare, durch Laser übertragbare Druckfarbe aufgetragen wird, wobei die Druckfarbe ein Farbmittel, einen Polymerisationsinitiator und ein härtbares Präpolymer einschließt. Geeignete härtbare Präpolymere werden offenbart, einschließlich Kombinationen von zwei verschiedenen Arten der Präpolymere.
Das Dokument EP-A-0 798 128 betrifft ein ähnliches Übertragungsdruckmedium. Seine thermisch übertragbare Schicht schließt reaktive Komponenten ein, umfassend ein Epoxidharzbindemittel und ein Vernetzungsmittel dafür, die innerhalb der thermischen Übertragungsschicht in getrennten Phasen gehalten werden, bis diese einem thermischen Druckkopf ausgesetzt wird. Die Wichtigkeit eines niedrigen Erweichungspunkts von vorzugsweise unter 150°C und am stärksten bevorzugt 50 bis 80°C für die Übertragungsschicht wird in diesem Dokument betont.
Die Formulierung in der Übertragungsschicht, die in EP-A-0 780 240 offenbart wird, umfasst sowohl ein thermoplastisches Harz als auch einen aktiven Weichmacher. Dieser Weichmacher hat entweder (a) einen niedrigen Siedepunkt und verdampft bei den Übertragungstemperaturen oder hat (b) ungesättigte Gruppen, die bei diesen Temperaturen reagieren, indem sie mit sich selbst polymerisieren oder mit anderen Komponenten in der thermischen Übertragungsschicht reagieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Allgemeinen betrifft die Erfindung thermische Übertragungselemente, die Weichmacher enthaltende Übertragungsschichten aufweisen, und Verfahren, um Schichten von den thermischen Übertragungselementen zu übertragen, ebenso wie die mit diesen Verfahren erzeugten Gegenstände. Eine Ausführungsform ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands. Bei diesem Verfahren, das in Anspruch 1 definiert ist, wird ein Rezeptor mit einem thermischen Übertragungselement in Kontakt gebracht, das eine Übertragungseinheit mit mindestens einer Schicht mit einer Bindemittelzusammensetzung und einem Weichmacher einschließt. Ein Teil der Übertragungseinheit wird thermisch auf den Rezeptor übertragen. Diese thermische Übertragung kann beispielsweise unter Verwendung eines thermischen Druckkopfes oder strahlender (z. B. Licht oder Laser) thermischer Übertragung erreicht werden. Nach der Übertragung werden die Bindemittelzusammensetzung und der Weichmacher (in dem Teil der Übertragungseinheit, der auf den Rezeptor übertragen wird) reaktiv gekuppelt.
Eine weitere Ausführungsform ist ein thermisches Übertragungselement, das ein Substrat und eine Übertragungseinheit gemäß Anspruch 2 einschließt. Die Übertragungseinheit schließt mindestens eine Schicht ein, die eine Bindemittelzusammensetzung und einen Weichmacher aufweist, die nach der Übertragung eines Teils der Übertragungseinheit auf einen Rezeptor miteinander reagieren können.
Noch eine weitere Ausführungsform ist ein Gegenstand, der ein Substrat und eine thermisch übertragene Schicht einschließt. Die thermisch übertragene Schicht schließt eine Bindemittelzusammensetzung und einen Weichmacher ein, die nach der Übertragung der thermisch übertragenen Schicht von einem thermischen Übertragungselement miteinander reagiert haben.
In diesen Ausführungsformen wird der Weichmacher typischerweise so gewählt, dass die Übertragung auf einen Rezeptor erleichtert wird. Beispielsweise können ein oder mehrere Weichmacher mit einer Glasübergangstemperatur von nicht mehr als 25°C gewählt werden. Gemäß der Erfindung werden der oder die Weichmacher so gewählt, dass sich für die Weichmacher enthaltende Schicht eine Glasübergangstemperatur ergibt, die mindestens 40°C geringer ist als die gleiche Schicht ohne den Weichmacher.
Die vorstehende Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung soll nicht jede einzelne offenbarte Ausführungsform oder jede Implementierung der vorliegenden Erfindung beschreiben. Die Figuren und die ausführliche Beschreibung veranschaulichen im Folgenden ausführlicher diese Ausführungsformen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung lässt sich vollständiger unter Berücksichtigung der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstehen, in denen:
1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines thermischen Übertragungselements, das eine Übertragungseinheit enthält, gemäß der Endung ist;
2 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines thermischen Übertragungselements, das eine Übertragungseinheit enthält, gemäß der Erfindung ist;
3 eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines thermischen Übertragungselements, das eine Übertragungseinheit enthält, gemäß der Erfindung ist; und
4 eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform eines thermischen Übertragungselements, das eine Übertragungseinheit enthält, gemäß der Erfindung ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Von der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass sie auf thermische Übertragungselemente zur Übertragung von Schichten auf einen Rezeptor, ebenso wie auf Verfahren zur Übertragung der Schichten und auf unter Verwendung der thermischen Übertragungselemente erzeugte Gegenstände anwendbar ist. Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung auf thermische Übertragungselemente mit einer Weichmacher enthaltenden Übertragungsschicht ab, ebenso wie auf Verfahren zur Übertragung der Übertragungsschichten und auf Gegenstände, die unter Verwendung der thermischen Übertragungselemente hergestellt wurden. Während die vorliegende Erfindung nicht so begrenzt ist, wird ein Verständnis der verschiedenen Gesichtspunkte der Erfindung durch eine Erläuterung der nachstehend bereitgestellten Beispiele gewonnen.
Die Verwendung des Begriffs „(Meth)acryl" in einem chemischen Namen bezieht sich sowohl auf Verbindungen mit acrylfunktionellen Gruppen als auch auf Verbindungen mit methacrylfunktionellen Gruppen.
Das thermische Übertragungselement enthält typischerweise mindestens ein Donorsubstrat und eine Übertragungseinheit, die mindestens eine Weichmacher enthaltende Schicht einschließt. Im Betrieb wird ein Teil der Übertragungseinheit vom thermischen Übertragungselement und Donorsubstrat auf einen Rezeptor übertragen. 1 veranschaulicht ein thermisches Übertragungselement 100 mit einem Donorsubstrat 102 und einer Übertragungseinheit 104, die eine Weichmacher enthaltende Schicht einschließt. Weitere Schichten, die in das thermische Übertragungselement eingearbeitet werden können, schließen beispielsweise eine Licht-in-Wärmeumwandlungs- (light-to-heat conversion: LTHC) Schicht, eine Zwischenschicht und eine Trennschicht ein. Jede dieser Schichten wird nachstehend ausführlich erläutert. Jede dieser Schichten kann auf dem Donorsubstrat und/oder zuvor erzeugten Schichten des thermischen Übertragungselements unter Verwendung einer Vielzahl von Verfahren erzeugt werden, die mindestens zum Teil von der Natur der Materialien abhängen, die für die Schichten verwendet werden. Geeignete Verfahren zur Erzeugung der Schichten schließen beispielsweise chemische und physikalische Dampfabscheidung, Sputtern, Schleuderbeschichten, Walzenbeschichten und andere Filmbeschichtungsverfahren ein.
Übertragungseinheit
Die Übertragungseinheit schließt alle die Schichten ein, die vom thermischen Übertragungselement übertragen werden können. Die Übertragungseinheit kann eine einzige Schicht oder mehrere Schichten aufweisen. Mindestens eine dieser Schichten ist eine Weichmacher enthaltende Schicht. Mindestens eine Weichmacher enthaltende Schicht ist typischerweise innerhalb des thermischen Übertragungselements so angeordnet, dass sie eine äußere Oberfläche der Übertragungseinheit bildet, so dass die Weichmacher enthaltende Schicht während der Übertragung mit dem Rezeptor in Kontakt gebracht wird. Die übrigen Schichten der Übertragungseinheit sind typischerweise zwischen der äußeren, Weichmacher enthaltenden Schicht und dem Substrat angeordnet. Zusätzliche Schichten der Übertragungseinheit können unter Verwendung einer Vielzahl von Materialien und Konfigurationen erzeugt werden, einschließlich derer, die beispielsweise in den U.S. Patenten Nrn. 5,156,938; 5,171,650; 5,244,770; 5,256,506; 5,387,496; 5,501,938; 5,521,035; 5,593,808; 5,605,780; 5,612,165; 5,622,795; 5,685,939; 5,691,114; 5,693,446; und 5,710,097 beschrieben werden.
Die Weichmacher enthaltende Schicht der Übertragungseinheit schließt mindestens eine Bindemittelzusammensetzung und einen Weichmacher ein. Die Zugabe von Weichmacher kann die Erweichungstemperatur und/oder Viskosität der Bindemittelzusammensetzung verringern, um die Übertragung der Übertragungseinheit auf den Rezeptor zu erleichtern. In einer anderen Ausführungsform oder zusätzlich kann die Zugabe von Weichmacher die Wechselwirkung zwischen der Bindemittelzusammensetzung und der Rezeptoroberfläche verstärken, so dass die Bindemittelzusammensetzung besser an der Rezeptoroberfläche haftet.
Die Bindemittelzusammensetzung und der Weichmacher werden so gewählt, dass nach der Übertragung die Bindemittelzusammensetzung und der Weichmacher des übertragenen Teils der Übertragungseinheit miteinander umgesetzt werden können, um den Weichmacher in der übertragenen Schicht zu binden. Der Weichmacher wird innerhalb der übertragenen Schicht gebunden, um die Diffusion des Weichmachers in angrenzende Schichten, Vorrichtungen, Elemente oder Komponenten eines Gegenstandes, der die übertragene Schicht einschließt, zu verhindern oder zu verringern. Bei mindestens einigen Anwendungen kann die Diffusion des Weichmachers aus der übertragenen Schicht die Funktion anderer Schichten, Vorrichtungen, Elemente oder Komponenten des Gegenstandes beeinträchtigen, beschädigen oder unbrauchbar machen. Der Weichmacher wird beispielsweise mittels Copolymerisation oder Vernetzung des Weichmachers und mindestens einer Komponente der Bindemittelzusammensetzung an die Bindemittelzusammensetzung gebunden.
Beispielsweise kann ein thermisches Übertragungselement mit einer Weichmacher enthaltenden Schicht bei der Erzeugung eines elektronischen Displays (z. B. eines LCD-Displays) verwendet werden. Das thermische Übertragungselement kann verwendet werden, um mindestens einen Teil einer Komponente des Displays zu erzeugen, wie beispielsweise ein Farbfilter, eine schwarze Matrix und/oder Abstandshalter. Bei dieser Anwendung kann das Vorhandensein von merklichen Mengen an ungebundenem Weichmacher in einer thermisch übertragenen Schicht die Funktion anderer Teile des Displays beispielsweise durch Diffusion des Weichmachers beeinträchtigen oder beschädigen. In diesem Fall kann das Binden eines beträchtlichen Teils des Weichmachers mit der Bindemittelzusammensetzung der übertragenen, Weichmacher enthaltenden Schicht diese Beeinträchtigung oder Beschädigung vermindern oder verhindern.
Ein einziger Weichmacher oder eine Kombination von Weichmachern kann verwendet werden. Der Weichmacher kann eine monomere, oligomere oder polymere Verbindung sein. Geeignete Weichmacher schließen Verbindungen ein, die den Erweichungspunkt der Bindemittelzusammensetzung verringern und reaktive funktionelle Gruppen aufweisen, um an die Bindemittelzusammensetzung zu binden. Reaktive funktionelle Gruppen schließen beispielsweise epoxid-, carbonsäure-, hydroxyl-, ethylenisch ungesättigte (z. B. olefinische), vinyl-, acryl-, methacryl-, amino-, ester-, mercapto-, labile halogen-, imino-, carbonyl-, sulfonsäure- und sulfonesterfunktionelle Gruppen und jede funktionelle Gruppe ein, die an einer Diels-Alder-Reaktion teilnehmen kann. Beispiele für geeignete Weichmacher schließen Epoxide, Phosphate (wie beispielsweise (Meth)acryloyloxyalkylphosphate), Polyoxyethylenarylether, Ester, Glykole und Glykolderivate, Glycerin und Glycerinderivate, Terpene und Terpenderivate und halogenierte Kohlenwasserstoffverbindungen mit reaktiven funktionellen Gruppen ein.
Geeignete Weichmacher für die Weichmacher enthaltende Schicht können mit einer Vielzahl von Verfahren gewählt werden. Beispielsweise kann/können der/die Weichmacher gewählt werden, um die Glasübergangstemperatur der Zusammensetzung, die die Weichmacher enthaltende Schicht bildet, im Vergleich zur gleichen Zusammensetzung ohne den/die Weichmacher wesentlich zu erniedrigen. Beispielsweise kann die Auswahl von passendem/n Weichmacher(n) die Glasübergangstemperatur der Weichmacher enthaltenden Schicht um 40°C oder 50°C oder mehr erniedrigen.
Ein weiteres Verfahren zur Auswahl von geeignetem/n Weichmacher(n) schließt die Verwendung von Weichmacher(n) ein, die eine Glasübergangstemperatur unter Zimmertemperatur (z. B. unter etwa 20°C oder 25°C) aufweisen. In einigen Fällen werden der/die Weichmacher gewählt, die bei Zimmertemperatur Flüssigkeiten sind.
Die Glasübergangstemperaturen (T_g) der entsprechenden Materialien und Zusammensetzungen können im Allgemeinen mittels beispielsweise Differentialscanningkalorimetrie (DSC) bestimmt werden. Die Glasübergangstemperatur ist typischerweise definiert als die jeweiligen T_m „Mittelpunktstemperaturen" (d. h. T_g ≡ T_m), wie in ASTM E1356 definiert und mittels der allgemeinen Vorgehensweisen und Praktiken bestimmt, die in ASTM E1356 (Standard Test Method for Assignment of the Glass Transition Temperatures by Differential Scanning Calorimetry or Differential Thermal Analysis) bereitgestellt werden. Da einige der Materialien und Zusammensetzungen mit sich selbst und/oder miteinander reaktiv sind, werden typischerweise lediglich die „erste Wärme" MDSC-Daten bei der Bestimmung der T_m dieser Materialien eingesetzt (d. h. Schritt 10.2 im Abschnitt „Vorgehensweise" von ASTM E1356 sollte weggelassen werden).
Wenn die T_m „Mittelpunktstemperaturen" dieser Materialien unter Verwendung herkömmlicher DSC-Verfahren nicht leicht erhältlich sind, können modulierte Differentialscanningkalorimetrie- (MDSC) Verfahren an Stelle herkömmlicher DSC-Verfahren eingesetzt werden, um T_m zu messen. In diesen Fällen kann T_m mittels MDSC-Verfahren gemäß den allgemeinen Vorgehensweisen und Praktiken bestimmt werden, die beispielsweise in TA Instruments' technischen Veröffentlichungen Modulated DSC^TM Compendium Basic Theory & Experimental Considerations Modulated DSC^TM Theory (TA-211B), Choosing Conditions in Modulated DSC^® (TN-45B), Enhanced DSC Glass Transition Measurements (TN-7) und Characterization of the Effect of Water as a Plasticizer on Lactose by MDSC® (TS-45) bereitgestellt werden.
Außer dem Weichmacher schließt die Weichmacher enthaltende Schicht eine Bindemittelzusammensetzung ein. Die Bindemittelzusammensetzung schließt typischerweise ein oder mehrere Bindemittelharze ein. Die Bindemittelzusammensetzung schließt gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe ein, wie beispielsweise Dispergiermittel, oberflächenaktive Mittel, Stabilisatoren, Vernetzungsmittel, Photokatalysatoren, Photoinitiatoren und/oder Beschichtungshilfsmittel.
Das Bindemittelharz der Bindemittelzusammensetzung verleiht der Schicht Struktur. Die Bindemittelzusammensetzung kann ein oder mehrere Bindemittelharze einschließen. Typischerweise ist mindestens eines dieser Bindemittelharze (und in einigen Ausführungsformen alle Bindemittelharze) polymerisierbar oder vernetzbar. Eine Vielzahl von Bindemittelharzen kann verwendet werden, einschließlich beispielsweise monomeren, oligomeren und polymeren Bindemittelharzen. Geeignete Bindemittelharze zur Verwendung in der Weichmacher enthaltenden Schicht schließen Film erzeugende Polymere ein, wie beispielsweise Phenolharze (z. B. Novolak- und Resolharze), Polyvinylbutyralharze, Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylidenchloride, Polyacrylate, Celluloseether und -ester, Nitrocellulosen, (Meth)acrylatpolymere und -Copolymere, Epoxidharze, ethylenisch ungesättigte Harze, Polyester, Polysulfone, Polyimide, Polyamide, Polysulfide und Polycarbonate. ' Dispergiermittel können verwendet werden, insbesondere wenn einige Komponenten der Schicht nicht kompatibel sind. Geeignete Dispergiermittel schließen beispielsweise Vinylchlorid/Vinylacetat-Copolymere, Poly(vinylacetat)/Crotonsäure-Copolymere, Polyurethane, Styrol-Maleinsäureanhydridhalbester-Harze, (Meth)acrylatpolymere und -Copolymere, Poly(vinylacetale), mit Säureanhydriden und Aminen modifizierte Poly(vinylacetale), Hydroxyalkylcelluloseharze, Styrol-Acrylharze, Nitrocellulose und sulfonierte Polyester ein.
In einigen Ausführungsformen wird die Weichmacher enthaltende Schicht in erster Linie als Haftschicht verwendet, um die Haftung zwischen dem Rezeptor und anderen Schichten in der Übertragungseinheit zu erleichtern. In anderen Ausführungsformen schließt die Weichmacher enthaltende Schicht auch funktionelle Materialien ein, die der übertragenen Schicht über die Haftung des übertragenen Teils der Übertragungseinheit am Rezeptor hinaus eine Funktion erleichtern oder bereitstellen. Solche Materialien schließen beispielsweise Farbstoffe (z. B. sichtbare Farbstoffe, Ultraviolettfarbstoffe, IR-Farbstoffe, Fluoreszenzfarbstoffe und Strahlung polarisierende Farbstoffe); Pigmente; optisch aktive Materialien; magnetische Teilchen; elektrisch leitfähige, halbleitende, supraleitende oder isolierende Teilchen; Flüssigkristallmaterialien; Phosphore; fluoreszierende Teilchen; Enzyme; Elektronen oder Löcher erzeugende Mittel; Licht absorbierende Teilchen; reflektierende, beugende, Phasen verzögernde, zerstreuende, dispergierende oder streuende Teilchen; und Abstandshalterteilchen ein.
Die Weichmacher enthaltende Schicht kann eine Vielzahl von verschiedenen Kombinationen von Materialien einschließen. Als ein Beispiel schließt eine geeignete, Weichmacher enthaltende Schicht 15 bis 99,5 Gew.% Bindemittelharz, 0 bis 95 Gew.% funktionelles Material, 0,5 bis 70 Gew.% Weichmacher und 0 bis 50 Gew.% Dispergiermittel und andere Zusatzstoffe ein. Der Gehalt an Weichmacher beträgt typischerweise etwa 1 bis 40 Gew.%. Ein Beispiel für eine geeignete, Weichmacher enthaltende Schicht zur Erzeugung beispielsweise einer Farbfilterschicht schließt 20 bis 45 Gew.% funktionelles Material (z. B. Pigment oder Farbstoff) ein. Der Rest der Schichtzusammensetzung wird unter Verwendung von 15 bis 79 Gew.% Bindemittelharz, 1 bis 40 Gew.% Weichmacher und 0 bis 20 Gew.% Dispergiermittel und anderen Zusatzstoffen erzeugt. Sobald sie übertragen sind, reagieren der Weichmacher und mindestens eine Komponente (typischerweise mindestens ein Bindemittelharz und/oder Dispergiermittel) miteinander. Dieses miteinander Reagieren kann beispielsweise thermisch oder photochemisch gestartet werden. Ein Katalysator (z. B. ein thermischer oder photochemischer Katalysator) oder Initiator (z. B. ein thermischer oder Photoinitiator, der in der Reaktion verbraucht wird) kann in der Bindemittelzusammensetzung enthalten sein, um diese Reaktion zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen ist das miteinander Reagieren in erster Linie eine Polymerisationsreaktion der Komponenten der Bindemittelzusammensetzung, an der auch der Weichmacher teilnimmt.
Der Weichmacher und die Bindemittelzusammensetzung können auf viele Arten miteinander reagieren. Beispielsweise fungiert in einigen Ausführungsformen mindestens ein Teil des Weichmachers als Kettenverlängerer, der die Kettenlänge der polymeren Zusammensetzung erhöht, die durch die Reaktion der Komponenten der Bindemittelzusammensetzung erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen vernetzt sich mindestens ein Teil des Weichmachers mit Komponenten der Bindemittelzusammensetzung. In einigen Ausführungsformen wird mindestens ein Teil des Weichmachers mit Komponenten der Bindemittelzusammensetzung vernetzt. Die Bindemittelzusammensetzung schließt gegebenenfalls ein Vernetzungsmittel ein, um die Vernetzung zwischen Komponenten der Bindemittelzusammensetzung und/oder zwischen Komponenten der Bindemittelzusammensetzung und dem Weichmacher zu erleichtern. Geeignete Vernetzungsmittel schließen Verbindungen ein, die mit sich selbst, anderen Komponenten der Bindemittelzusammensetzung und/oder dem Weichmacher reagieren können, um ein dreidimensionales Netzwerk zu erzeugen.
In einigen Fällen verdampft mindestens ein Teil des Weichmachers während der thermischen Übertragung oder während des nachfolgenden Bindens des Weichmachers an die Komponenten der Bindemittelzusammensetzung. Unabhängig davon, ob ein Teil des Weichmachers verdampft oder nicht, sind mindestens 50 mol% und typischerweise mindestens 65 mol% des verbleibenden Weichmachers nach dem miteinander Reagieren an die Bindemittelzusammensetzung gebunden. Vorzugsweise sind mindestens 75 mol% oder 90 mol% des verbleibenden Weichmachers nach dem miteinander Reagieren an die Bindemittelzusammensetzung gebunden.
Donorsubstrat und optionale Primerschicht
Das Donorsubstrat stellt ein Trägermaterial für die Schichten des thermischen Übertragungselements bereit. Das Donorsubstrat für das thermische Übertragungselement kann ein Polymerfilm sein. Ein geeigneter Typ von Polymerfilm ist ein Polyesterfilm, beispielsweise Polyethylenterephthalat- oder Polyethylennaphthalatfilme. Jedoch können andere Filme mit ausreichenden optischen Eigenschaften (wenn Licht für die Erwärmung und Übertragung verwendet wird), einschließlich hoher Lichtdurchlässigkeit bei einer speziellen Wellenlänge, ebenso wie mit ausreichender mechanischer und thermischer Stabilität für die spezielle Anwendung verwendet werden. Das Donorsubstrat ist in mindestens einigen Fällen eben, so dass einheitliche Beschichtungen erzeugt werden können. Das Donorsubstrat wird auch typischerweise aus Materialien gewählt, die trotz der Erwärmung beliebiger Schichten im thermischen Übertragungselement (z. B. eine Licht-in-Wärmeumwandlungs- (LTHC) schickt) stabil bleiben. Die geeignete Dicke für das Donorsubstrat liegt im Bereich von beispielsweise 0,025 bis 0,15 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,1 mm, auch wenn dickere oder dünnere Donorsubstrate verwendet werden können.
Typischerweise werden die Materialien, die zur Erzeugung des Donorsubstrats und der anderen Schichten des thermischen Übertragungselements, insbesondere der LTHC-Schicht verwendet werden, gewählt, um die Haftung zwischen den Schichten und dem Donorsubstrat zu verbessern. Eine optionale Primerschicht kann verwendet werden, um die Einheitlichkeit während des Beschichtens von nachfolgenden Schichten zu erhöhen und auch um die Zwischenschichtenbindungsstärke zwischen den anderen Schichten des thermischen Übertragungselements und dem Donorsubstrat zu erhöhen. Ein Beispiel für ein geeignetes Substrat mit Primerschicht ist von Teijin Ltd. (Produkt Nr. HPE100, Osaka, Japan) erhältlich.
Licht-in-Wärmeumwandlungs-(LTHC)schicht
Bei strahlungsinduzierter thermischer Übertragung wird typischerweise eine Licht-in-Wärmeumwandlungs-(LTHC)schicht in das thermische Übertragungselement eingearbeitet, um die Energie von Licht, das aus einer Licht emittierenden Quelle abgestrahlt wird, in das thermische Übertragungselement zu kuppeln. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform eines thermischen Übertragungselements 110, das ein Donorsubstrat 112, eine Licht-in- Wärmeumwandlungsschicht 114 und eine Übertragungseinheit 116 einschließt. Weitere Strukturen von thermischen Übertragungselementen, die eine LTHC-Schicht enthalten, können erzeugt werden.
Die LTHC-Schicht schließt typischerweise ein Strahlungsabsorptionsmittel ein, das einfallende Strahlung (z. B. Laserlicht) absorbiert und mindestens einen Teil der einfallenden Strahlung in Wärme umwandelt, um die Übertragung der Übertragungseinheit vom thermischen Übertragungselement auf den Rezeptor zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen gibt es keine separate LTHC-Schicht und stattdessen ist das Strahlungsabsorptionsmittel in einer anderen Schicht des thermischen Übertragungselements angeordnet, wie dem Donorsubstrat, der Zwischenschicht, der Trennschicht oder der Übertragungseinheit. In anderen Ausführungsformen schließt das thermische Übertragungselement eine LTHC-Schicht ein und schließt auch zusätzliches) Strahlungsabsorptionsmittel ein, die in einer oder mehreren der anderen Schichten des thermischen Übertragungselements, wie beispielsweise dem Donorsubstrat, der Trennschicht, der Zwischenschicht oder der Übertragungseinheit, angeordnet sind. In noch anderen Ausführungsformen schließt das thermische Übertragungselement nicht eine LTHC-Schicht oder ein Strahlungsabsorptionsmittel ein und die Übertragungseinheit wird unter Verwendung eines Heizelements übertragen, das das thermische Übertragungselement kontaktiert.
Typischerweise absorbiert das Strahlungsabsorptionsmittel in der LTHC-Schicht (oder anderen Schichten) Licht in infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Das Strahlungsabsorptionsmittel besitzt typischerweise ein hohes Absorptionsvermögen für die gewählte, Bild erzeugende Strahlung und stellt eine optische Dichte bei der Wellenlänge der Bild erzeugenden Strahlung im Bereich von 0,2 bis 3 und vorzugsweise 0,5 bis 2 bereit. Geeignete, Strahlung absorbierende Materialien können beispielsweise Farbstoffe (z. B. sichtbare Farbstoffe, Ultraviolettfarbstoffe, Infrarotfarbstoffe, Fluoreszenzfarbstoffe und Strahlung polarisierende Farbstoffe), Pigmente, Metalle, Metallverbindungen, Metallfilme und andere, geeignete, absorbierende Materialien einschließen. Beispiele für geeignete Strahlungsabsorptionsmittels können Ruß, Metalloxide und Metallsulfide einschließen. Ein Beispiel für eine geeignete LTHC-Schicht schließt ein Pigment, wie Ruß, und ein Bindemittel, wie ein organisches Polymer, ein. Eine weitere geeignete LTHC-Schicht schließt Metall oder Metall/Metalloxid ein, das als dünne Schicht erzeugt wurde, beispielsweise schwarzes Aluminium (d. h. ein teilweise oxidiertes Aluminium mit schwarzem visuellem Erscheinungsbild). Metallische und Metallverbindungsfilme können mit Verfahren erzeugt werden, wie beispielsweise Sputtern und Dampfabscheidung. Teilchenförmige Beschichtungen können unter Verwendung eines Bindemittels und jedes geeigneten Trocken- oder Nassbeschichtungsverfahrens erzeugt werden.
Farbstoffe, die zur Verwendung als Strahlungsabsorptionsmittel in einer LTHC-Schicht geeignet sind, können in teilchenförmiger Form, gelöst in einem Bindemittelmaterial oder mindestens teilweise in einem Bindemittelmaterial dispergiert vorliegen. Wenn dispergierte, teilchenförmige Strahlungsabsorptionsmittel verwendet werden, kann die Teilchengröße mindestens in einigen Fällen etwa 10 μm oder weniger betragen und kann etwa 1 μm oder weniger betragen. Geeignete Farbstoffe schließen diejenigen Farbstoffe ein, die im IR-Bereich des Spektrums absorbieren. Beispiele für solche Farbstoffe finden sich in Matsuoka, M., „infrared Absorbing Materials", Plenum Press, New York, 1990; Matsuoka, M., Absorption Spectra of Dyes for Diode Lasers, Bunshin Publishing Co., Tokyo, 1990, den U.S. Patenten Nrn. 4,722,583; 4,833,124; 4,912,083; 4,942,141; 4,948,776; 4,948,778; 4,950,639; 4,940,640; 4,952,552; 5,023,229; 5,024,990; 5,156,938; 5,286,604; 5,340,699; 5,351,617; 5,360,694; und 5,401,607; den europäischen Patenten Nrn. 321,923 und 568,993; und Beilo, K. A. et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993, 452–454 (1993). IR-Absorptionsmittel, die von Glendale Protective Technologies, Inc., Lakeland, Fla., unter der Bezeichnung CYASORB IR-99, IR-126 und IR-165 vermarktet werden, können auch verwendet werden. Ein spezieller Farbstoff kann auf der Basis von Faktoren gewählt werden, wie Löslichkeit in und Verträglichkeit mit einem speziellen Bindemittel und/oder Beschichtungslösungsmittel ebenso wie dem Wellenlängenbereich der Absorption.
Pigmentmaterialien können in der LTHC-Schicht auch als Strahlungsabsorptionsmittel verwendet werden. Beispiele für geeignete Pigmente schließen Ruß und Graphit ebenso wie Phthalocyanine, Nickeldithiolene und andere Pigmente ein, die in den U.S. Pat. Nrn. 5,166,024 und 5,351,617 beschrieben werden. Außerdem können schwarze Azopigmente auf der Basis von Kupfer- oder Chromkomplexen von beispielsweise Pyrazolongelb, Dianisidinrot und Nickelazogelb verwendbar sein. Anorganische Pigmente können auch verwendet werden, einschließlich beispielsweise Oxiden und Sulfiden von Metallen, wie Aluminium, Bismut, Zinn, Indium, Zink, Titan, Chrom, Molybdän, Wolfram, Cobalt, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silber, Gold, Zirkonium, Eisen, Blei und Tellur. Metallboride, -carbide, -nitride, -carbonitride, Oxide mit Bronzestruktur und Oxide, die strukturell mit der Bronzefamilie (z. B. WO_2,9) verwandt sind, können auch verwendet werden.
Metallstrahlungsabsorptionsmittel können verwendet werden, entweder in Form von Teilchen, wie beispielsweise in U.S. Pat. Nr. 4,252,671 beschrieben, oder als Filme, wie in U.S. Pat. Nr. 5,256,506 offenbart. Geeignete Metalle schließen beispielsweise Aluminium, Bismut, Zinn, Indium, Tellur und Zink ein.
Wie angegeben, kann ein teilchenförmiges Strahlungsabsorptionsmittel in einem Bindemittel angeordnet sein. Der Gewichtsprozentsatz an Strahlungsabsorptionsmittel in der Beschichtung, wobei das Lösungsmittel bei der Berechnung der Gewichtsprozente ausgeschlossen wird, beträgt im Allgemeinen 1 Gew.% bis 30 Gew.%, typischerweise 3 Gew.% bis 20 Gew.% und oft 5 Gew.% bis 15 Gew.%, je nach dem/den speziellen Strahlungsabsorptionsmittel(n) und Bindemittel(n), die in der LTHC verwendet werden.
Geeignete Bindemittel zur Verwendung in der LTHC-Schicht schließen Film erzeugende Polymere ein, wie beispielsweise Phenolharze (z. B. Novolak- und Resolharze), Polyvinylbutyralharze, Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylidenchloride, Polyacrylate, Celluloseether und -ester, Nitrocellulosen, (Meth)acrylatpolymere und -copolymere und Polycarbonate. Geeignete Bindemittel können Monomere, Oligomere und/oder Polymere einschließen, die polymerisiert oder vernetzt wurden oder polymerisiert oder vernetzt werden können. In einigen Ausführungsformen wird das Bindemittel in erster Linie unter Verwendung einer Beschichtung von vernetzbaren Monomeren und/oder Oligomeren mit optionalem Polymer erzeugt. Wenn ein Polymer im Bindemittel verwendet wird, schließt das Bindemittel im Allgemeinen 1 bis 50 Gew.% Polymer ein und schließt typischerweise 10 bis 45 Gew.% Polymer ein (wobei das Lösungsmittel ausgeschlossen wird, wenn die Gew.% berechnet werden).
Nach dem Auftragen auf das Donorsubstrat können die Monomere, Oligomere und Polymere zur LTHC vernetzt werden. In einigen Fällen kann, wenn die Vernetzung der LTHC-Schicht zu gering ist, die LTHC-Schicht durch die Wärme beschädigt werden und/oder zur Übertragung eines Teils der LTHC-Schicht auf den Rezeptor mit der Übertragungseinheit führen.
Das Einschließen eines thermoplastischen Harzes (z. B. Polymer) kann in mindestens einigen Fällen die Leistung (z. B. Übertragungseigenschaften und/oder Beschichtbarkeit) der LTHC-Schicht verbessern. In einer Ausführungsform schließt das Bindemittel 25 bis 50 Gew.% (wobei das Lösungsmittel ausgeschlossen wird, wenn die Gewichtsprozente berechnet werden) thermoplastisches Harz und vorzugsweise 30 bis 45 Gew.% thermoplastisches Harz ein, auch wenn geringere Mengen an thermoplastischem Harz verwendet werden können (z. B. 1 bis 15 Gew.%). Das thermoplastische Harz wird typischerweise so gewählt, dass es mit den anderen Materialien des Bindemittels verträglich ist (d. h. eine einphasige Kombination ergibt). Zur Angabe der Verträglichkeit kann ein Löslichkeitsparameter verwendet werden, Polymer Handbook, J. Brandrup, Hrsg., S. VII 519–557 (1989). In mindestens einigen Ausführungsformen wird ein thermoplastisches Harz, das einen Löslichkeitsparameter im Bereich von 9 bis 13 (cal/cm³)^1/2 vorzugsweise 9,5 bis 12 (cal/cm³)^1/2 aufweist, für das Bindemittel gewählt. Beispiele für geeignete thermoplastische Harze schließen (Meth)acrylatpolymere und -copolymere, Styrol-Acrylpolymere und -harze, Polyvinylacetalpolymere und -copolymere und Polyvinylbutyral ein.
Herkömmliche Beschichtungshilfsmittel, wie oberflächenaktive Mittel und Dispergiermittel, können zugegeben werden, um das Beschichtungsverfahren zu erleichtern. Die LTHC-Schicht kann unter Verwendung einer Vielzahl von im Fachgebiet bekannten Beschichtungsverfahren auf das Donorsubstrat aufgetragen werden. Ein Beispiel für ein geeignetes thermisches Übertragungselement schließt eine polymere oder organische LTHC-Schicht ein, die zu einer Dicke von 0,05 μm bis 20 μm, typischerweise 0,5 μm bis 10 μm und oft 1 μm bis 7 μm aufgetragen wurde. Ein weiteres Beispiel für ein geeignetes thermisches Übertragungselement schließt eine anorganische LTHC-Schicht ein, die zu einer Dicke im Bereich von 0,001 bis 10 μm und typischerweise im Bereich von 0,002 bis 1 μm aufgetragen wurde.
Zwischenschicht Eine optionale Zwischenschicht kann im thermischen Übertragungselement verwendet werden, um Beschädigung und Verunreinigung des übertragenen Teils der Übertragungseinheit zu minimieren und/oder Verformung im übertragenen Teil der Übertragungseinheit zu verringern. Die Zwischenschicht kann auch die Haftung der Übertragungsschicht am Rest des thermischen Übertragungselements beeinflussen. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform eines thermischen Übertragungselements 120, das ein Donorsubstrat 122, eine Licht-in-Wärmeumwandlungsschicht 124, eine Zwischenschicht 126 und eine Übertragungseinheit 128 einschließt. Weitere thermische Übertragungselemente, die eine Zwischenschicht enthalten, können erzeugt werden. Die Zwischenschicht kann bei der Bild erzeugenden Wellenlänge durchlässig, reflektierend und/oder absorbierend sein. Typischerweise weist die Zwischenschicht eine hohe thermische Beständigkeit auf. Vorzugsweise verformt oder zersetzt sich die Zwischenschicht nicht chemisch unter den Bilderzeugungsbedingungen, insbesondere in einem Maße, das den übertragenen Teil der Übertragungseinheit funktionsunfähig macht. Die Zwischenschicht bleibt typischerweise während des Übertragungsverfahrens in Kontakt mit der LTHC-Schicht und wird im Wesentlichen nicht mit der Übertragungseinheit übertragen.
Geeignete Zwischenschichten schließen beispielsweise Polymerfilme, Metallschichten (z. B. dampfabgeschiedene Metallschichten), anorganische Schichten (z. B. sol-gel-abgeschiedene Schichten und dampfabgeschiedene Schichten von anorganischen Oxiden (z. B.
Siliziumdioxid, Titanoxid und andere Metalloxide)) und organisch anorganische Verbundschichten ein. Organische Materialien, die als Zwischenschichtmaterialien geeignet sind, schließen sowohl duroplastische als auch thermoplastische Materialien ein. Geeignete duroplastische Materialien schließen Harze ein, die durch Wärme, Strahlung oder chemische Behandlung vernetzt werden können, einschließlich vernetzten oder vernetzbaren Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyestern, Epoxiden und Polyurethanen, sind aber nicht begrenzt darauf. Die duroplastischen Materialien können auf die LTHC-Schicht als beispielsweise thermoplastische Vorstufen aufgetragen und nachfolgend zu einer vernetzten Zwischenschicht vernetzt werden.
Geeignete thermoplastische Materialien schließen beispielsweise Polyacrylate, Polymethacrylate, Polystyrole, Polyurethane, Polysulfone, Polyester und Polyimide ein. Diese thermoplastischen organischen Materialien können mit herkömmlichen Beschichtungsverfahren aufgetragen werden (beispielsweise Lösungsmittelbeschichten, Sprühbeschichten oder Extrusionsbeschichten). Typischerweise beträgt die Glasübergangstemperatur (T_g) der thermoplastischen Materialien, die zur Verwendung in der Zwischenschicht geeignet sind, 25°C oder mehr, vorzugsweise 50°C oder mehr, stärker bevorzugt 100°C oder mehr und am stärksten bevorzugt 150°C oder mehr. Die Zwischenschicht kann bei der Bild erzeugenden Wellenlänge durchlässig, absorbierend, reflektierend oder eine Kombination davon sein.
Anorganische Materialien, die als Zwischenschichtmaterialien geeignet sind, schließen beispielsweise Metalle, Metalloxide, Metallsulfide und anorganische Kohlenstoffbeschichtungen ein, einschließlich der Materialien, die bei der Bild erzeugenden Wellenlänge hochgradig durchlässig oder reflektiv sind. Diese Materialien können auf die Licht-in-Wärmeumwandlungsschicht mit herkömmlichen Verfahren aufgetragen werden (z. B. Vakuumsputtern, Vakuumverdampfen oder Plasmajetabscheidung).
Die Zwischenschicht kann eine Anzahl von Vorteilen bereitstellen. Die Zwischenschicht kann eine Sperrschicht gegen die Übertragung von Material aus der Licht-in-Wärmeumwandlungsschicht sein. Sie kann auch die Temperatur modulieren, die in der Übertragungseinheit erreicht wird, so dass thermisch instabile Materialien übertragen werden können. Das Vorliegen einer Zwischenschicht kann auch zu verbessertem plastischem Gedächtnis im übertragenen Material führen.
Die Zwischenschicht kann Zusatzstoffe enthalten, einschließlich beispielsweise Photoinitiatoren, oberflächenaktiven Mitteln, Pigmenten, Weichmachern, Strahlungsabsorptionsmitteln und Beschichtungshilfsmitteln. Die Dicke der Zwischenschicht hängt von Faktoren ab, wie beispielsweise dem Material der Zwischenschicht, dem Material der LTHC-Schicht, dem Material der Übertragungsschicht, der Wellenlänge der Bild erzeugenden Strahlung und der Dauer der Belichtung des thermischen Übertragungselements mit Bild erzeugender Strahlung. Bei Polymerzwischenschichten liegt die Dicke der Zwischenschicht beispielsweise im Bereich von 0,05 μm bis 10 μm, im Allgemeinen von etwa 0,1 μm bis 4 μm, typischerweise 0,5 bis 3 μm und oft 0,8 bis 2 μm. Bei anorganischen Zwischenschichten (z. B. Metall- oder Metallverbindungszwischenschichten) liegt die Dicke der Zwischenschicht beispielsweise im Bereich von 0,005 μm bis 10 μm, typischerweise von etwa 0,01 μm bis 3 μm und oft von etwa 0,02 bis 1 μm.
Trennschicht
Die optionale Trennschicht erleichtert typischerweise die Trennung der Übertragungseinheit (z. B. der Weichmacher enthaltenden Schicht) vom Rest des thermischen Übertragungselements (z. B. dem Donorsubstrat, der Zwischenschicht und/oder der LTHC-Schicht) beim Erwärmen des thermischen Übertragungselements beispielsweise mit einer Licht emittierenden Quelle oder einem Heizelement. In mindestens einigen Fällen stellt die Trennschicht eine gewisse Haftung der Übertragungsschicht am Rest des thermischen Übertragungselements vor dem Erwärmen bereit. 4 veranschaulicht ein thermisches Übertragungselements 140, das ein Donorsubstrat 142, eine Licht-in-Wärmeumwandlungsschicht 144, eine Trennschicht 146 und eine Übertragungseinheit 148 einschließt. Andere Kombinationen von Schichten können auch verwendet werden.
Geeignete Trennschichten schließen beispielsweise thermoplastische und duroplastische Polymere ein. Beispiele für geeignete Polymere schließen Acrylpolymere, Polyaniline, Polythiophene, Poly(phenylenvinylene), Polyacetylene, Phenolharze (z. B. Novolak- und Resolharze , Polyvinylbutyralharze, Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylidenchloride, Polyacrylate, Celluloseether und -ester, Nitrocellulosen, Epoxidharze und Polycarbonate ein. Weitere geeignete Materialien für die Trennschicht schließen sublimierbare Materialien (wie Phthalocyanine) ein, einschließlich beispielsweise der in U.S. Patent Nr. 5,747,217 beschriebenen Materialien.
Die Trennschicht kann Teil der Übertragungseinheit oder eine separate Schicht sein, die nicht übertragen wird. Die gesamte oder ein Teil der Trennschicht kann mit der Übertragungseinheit übertragen werden. In einer anderen Ausführungsform verbleibt das meiste oder im Wesentlichen die gesamte Trennschicht beim Donorsubstrat, wenn die Übertragungseinheit übertragen wird. In einigen Fällen, beispielsweise bei einer Trennschicht, die sublimierbares Material enthält, kann sich ein Teil der Trennschicht während des Übertragungsverfahrens verflüchtigen. In einigen Ausführungsformen wird ein Teil der Trennschicht mit der Übertragungseinheit übertragen und die Trennschicht besteht aus einem Material, das beispielsweise durch Erhitzen entfernt werden kann, um den übertragenen Teil der Trennschicht zu sublimieren, zu verdampfen oder zu verflüssigen.
Thermische Übertragung
Das thermische Übertragungselement kann durch Anwendung gerichteter Wärme auf einen ausgewählten Teil des thermischen Übertragungselements erwärmt werden. Die Wärme kann mittels eines Heizelements (z. B. ein Widerstandsheizelement), durch Umwandeln von Strahlung (z. B. ein Lichtstrahl) in Wärme und/oder Anlegen von elektrischem Strom an eine Schicht des thermischen Übertragungselements, um Wärme zu erzeugen, erzeugt werden. In vielen Fällen ist die thermische Übertragung mittels Licht von beispielsweise einer Lampe oder einem Laser wegen der Genauigkeit und Präzision, die oft erzielt werden kann, von Vorteil. Die Größe und Gestalt des übertragenen Musters (z. B. eine Linie, Kreis, Quadrat oder andere Form) kann beispielsweise durch Auswahl der Größe des Lichtstrahls, des Belichtungsmusters des Lichtstrahls, der Dauer des Kontakts des gerichteten Strahls mit dem thermischen Übertragungselement und den Materialien des thermischen Übertragungselements gesteuert werden.
Für die thermische Übertragung mittels Strahlung (z. B. Licht) können in der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Strahlung emittierenden Quellen verwendet werden. Bei analogen Verfahren (z. B. Belichtung durch eine Maske) sind Lichtquellen mit hoher Leistung (z. B. Xenonblitzlampen und Laser) verwendbar. Bei digitalen Bilderzeugungsverfahren sind Infrarot-, sichtbare und ultraviolette Laser besonders nützlich. Geeignete Laser schließen beispielsweise Einzelmoden-Laserdioden mit hoher Leistung (≥ 100 mW), Faser gekuppelte Laserdioden und Dioden gepumpte Festkörperlaser (z. B. Nd:YAG und Nd:YLF) ein. Laserbelichtungsverweilzeiten können im Bereich von beispielsweise etwa 0,1 bis 5 μs liegen und Laserfluenzen können im Bereich von beispielsweise etwa 0,01 bis etwa 1 J/cm² liegen.
Wenn hohe Genauigkeit bei der Platzierung des Bildpunktes (z. B. bei Vollfarbdisplayanwendungen mit hoher Informationsdichte) über großen Substratflächen erforderlich ist, ist ein Laser als die Strahlungsquelle besonders nützlich. Laserquellen sind sowohl mit großen, steifen Substraten, wie 1 m × 1 m × 1,1 mm Glas, als auch mit kontinuierlichen oder Einzelbogenfilmsubstraten, wie 100 μm Polyimidfolien, verträglich.
Thermische Widerstandsdruckköpfe oder -anordnungen können beispielsweise bei vereinfachten Donorfilmkonstruktionen ohne eine LTHC-Schicht und Strahlungsabsorptionsmittel verwendet werden. Dies kann besonders bei kleineren Substratgrößen (z. B. weniger als ungefähr 30 cm in jeder Dimension) oder bei größeren Mustern nützlich sein, wie den für alphanumerische, segmentierte Displays erforderlichen.
Während der Bilderzeugung wird das thermische Übertragungselement typischerweise in engen Kontakt mit einem Rezeptor gebracht. In mindestens einigen Fällen wird Druck oder Vakuum verwendet, um das thermische Übertragungselement in engem Kontakt mit dem Rezeptor zu halten. Eine Strahlungsquelle wird dann verwendet, um die LTHC-Schicht (und/oder andere Schicht(en), die Strahlungsabsorptionsmittel enthalten) in einer bildweisen Art (z. B. digital oder mittels analoger Belichtung durch eine Maske) zu erwärmen, um die bildweise Übertragung der Übertragungsschicht vom thermischen Übertragungselement auf den Rezeptor gemäß einem Muster durchzuführen.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Heizelement, wie ein Widerstandsheizelement, verwendet werden, um die Übertragungseinheit zu übertragen. Das thermische Übertragungselement wird selektiv mit dem Heizelement in Kontakt gebracht, wodurch die thermische Übertragung eines Teils der Übertragungsschicht gemäß einem Muster bewirkt wird. In einer anderen Ausführungsform schließt das thermische Übertragungselement eine Schicht ein, die einen an die Schicht angelegten elektrischen Strom in Wärme umwandeln kann.
Typischerweise wird die Übertragungseinheit auf den Rezeptor übertragen, ohne weitere Schichten des thermischen Übertragungselements zu übertragen, wie die optionale Zwischenschicht oder die LTHC-Schicht. Das Vorliegen der optionalen Zwischenschicht kann die Übertragung der LTHC-Schicht auf den Rezeptor beseitigen oder verringern und/oder die Verformung im übertragenen Teil der Übertragungseinheit verringern. Vorzugsweise ist unter den Bedingungen bei der Bilderzeugung die Haftung der Zwischenschicht an der LTHC-Schicht größer als die Haftung der Zwischenschicht an der Übertragungsschicht. In einigen Fällen wird eine reflektive Zwischenschicht verwendet, um das Maß der Bild erzeugenden Strahlung abzuschwächen, die durch die Zwischenschicht durchgelassen wird, und einen Schaden für den übertragenen Teil der Übertragungsschicht zu verringern, der aus der Wechselwirkung der durchgelassenen Strahlung mit der Übertragungsschicht und/oder dem Rezeptor resultieren kann. Dies ist besonders bei der Verringerung von thermischen Schäden günstig, die auftreten können, wenn der Rezeptor für die Bild erzeugende Strahlung ein hohes Absorptionsvermögen besitzt.
Während der Laserbelichtung kann es wünschenswert sein, die Bildung von Interferenzmustern auf Grund von Mehrfachreflexionen am Material, das mit dem Bild versehen wird, zu minimieren. Dies kann mit verschiedenen Verfahren erreicht werden. Das gebräuchlichste Verfahren ist es, die Oberfläche des thermischen Übertragungselements in der Größenordnung der einfallenden Strahlung effektiv anzurauen, wie in U.S. Pat. Nr. 5,089,372 beschrieben. Dies bewirkt, dass die räumliche Kohärenz der einfallenden Strahlung gebrochen wird, was also die Selbstinterferenz minimiert. Ein alternatives Verfahren ist es, eine Antireflexionsbeschichtung im thermischen Übertragungselement einzusetzen. Die Verwendung von Antireflexionsbeschichtungen ist bekannt und kann aus Beschichtungen, wie Magnesiumfluorid, mit Dicken von einem Viertel der Wellenlänge bestehen, wie in U.S. Pat. Nr. 5,171,650 beschrieben.
Große thermische Übertragungselemente können verwendet werden, einschließlich thermischen Übertragungselementen, die Abmessungen in Länge und Breite von einem Meter oder mehr aufweisen. Im Betrieb kann ein Laser gerastert oder andersartig über das große thermische Übertragungselement bewegt werden, wobei der Laser selektiv betrieben wird, um Teile des thermischen Übertragungselements gemäß einem gewünschten Muster zu beleuchten. In einer anderen Ausführungsform kann der Laser stationär sein und das thermische Übertragungselement unter dem Laser bewegt werden.
Iri einigen Fällen kann es notwendig, wünschenswert und/oder günstig sein, zwei oder mehrere verschiedene thermische Übertragungselemente nacheinander anzuwenden, um eine Vorrichtung, einen Gegenstand oder eine Struktur zu erzeugen. Jedes dieser thermischen Übertragungselemente schließt eine Übertragungseinheit ein, um eine oder mehrere Schichten auf den Rezeptor zu übertragen. Die zwei oder mehr thermischen Übertragungseinheiten werden dann nacheinander angewendet, um eine oder mehrere Schichten der Vorrichtung, des Gegenstands oder der Struktur abzuscheiden.
BEISPIELE
Beispiel 1
Herstellung eines thermischen Übertragungselements
Eine Licht-in-Wärmeumwandlungsschicht wurde hergestellt, indem eine LTHC-Beschichtungslösung mit den festen Komponenten aus Tabelle 1 in einer 60%/40%-Lösung von Propylenglykolmethyletheracetat/Methylethylketon mit 30% Feststoffen hergestellt wurde. Die LTHC-Beschichtungslösung wurde auf ein 0,1 mm PET-Substrat aufgetragen. Tabelle 1 LTHC-Beschichtungsfeststoffe
Die Beschichtung wurde getrocknet und UV-gehärtet. Die getrocknete Beschichtung hatte eine Dicke von ungefähr 4 bis 6 μm.
Auf die Licht-in-Wärmeumwandlungsschicht wurde eine Zwischenschicht-Beschichtungslösung gemäß Tabelle 2 aufgetragen (in einer 90 Gew.%/10 Gew.%-Lösung von Isopropylalkohol/Methylethylketon mit 9,3 Gew.% Feststoffen). Diese Beschichtung wurde getrocknet und W-gehärtet. Die Dicke der resultierenden Zwischenschichtbeschichtung betrug ungefähr 1 bis 1,5 μm. Tabelle 2 Zwischenschichtbeschichtungsfeststoffe
Auf die Zwischenschicht wurde eine Übertragungsbeschichtungslösung gemäß Tabelle 3 aufgetragen (in einer 80 Gew.%/20 Gew.%-Lösung von Propylenglykolmethyletheracetat/Cyclohexanon mit 15 Gew.% Feststoffen). Diese Beschichtung wurde getrocknet und UV-gehärtet. Die Dicke der resultierenden Übertragungsbeschichtung betrug ungefähr 1 bis 2 μm. Tabelle 3 Übertragungsbeschichtungsfeststoffe
BEISPIEL 2
Herstellung eines thermischen Übertragungselements
Ein weiteres thermisches Übertragungselement wurde unter Verwendung der gleichen Schichten und Vorgehensweisen wie in Beispiel 1 erzeugt, ausgenommen dass der Weichmacher PM-2 (Di(methacryloyloxyethyl)phosphat, Nihon Kayaku, Japan) an Stelle von S510 verwendet wurde.
VERGLEICHSBEISPIEL
Herstellung eines thermischen Vergleichsübertragungselements Ein thermisches Vergleichsübertragungselement wurde unter Verwendung der gleichen Schichten und Vorgehensweisen wie in Beispiel 1 erzeugt, ausgenommen dass die Menge (1,12 Teile) an Weichmacher S510 durch G-Cryl 6005 und Epon SU-8 in den gleichen relativen Anteilen, die sich in Tabelle 3 finden, ersetzt wurde.
BEISPIEL 3
Thermische Übertragung unter Verwendung der thermischen Übertragungselemente aus den Beispielen 1 und 2 und dem Vergleichsbeispiel
Jedes der thermischen Übertragungselemente aus den Beispielen 1 und 2 und dem Vergleichsbeispiel wurde auf ein Glassubstrat abgebildet. Die Strahlen zweier 10W, Einzelmoden-Nd:Vao3-Laser, die bei einer Wellenlänge von 1053 nm betrieben wurden, wurden vereint und unter Verwendung eines Lineargalvanometers (Cambridge Instruments) gerastert. Die Strahlen wurden durch ein f-theta-Linsensystem auf die Medien zu einer Laserbildpunktgröße in der Bildebene von 30 μm × 420 μm fokussiert (gemessen an den Punkten mit einer Intensität von 1/e²). Die vereinten Strahlen wurden mit einer linearen Abtastgeschwindigkeit von 10,5 m/s in der Richtung der Hauptachse des fokussierten Laserbildpunkts gerastert. Als der Strahl in der linearen Richtung abgetastet wurde, wurde gleichzeitig die Position des Strahls senkrecht zur Abtastrichtung unter Verwendung eines akusto-optischen Ablenkelements moduliert. Die Amplitude der Modulation betrug ungefähr 120 μm und die Frequenz der Modulation betrug 200 kHz.
Die Linienbreite der übertragenen Linien wurde mit den Ergebnissen gemessen, die in Tabelle 4 bereitgestellt sind. Die Randrauheit der übertragenen Linien wurde verglichen, indem die Standardabweichung der Linienbreite bestimmt wurde, wobei Messungen der Linienbreite in Abständen von 0,2 μm entlang der Linie verwendet wurden. Diese Ergebnisse sind auch in Tabelle 4 bereitgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe des reaktiven Weichmachers die übertragene Linienbreite erhöhte und zu weniger Randrauheit führte. Tabelle 4 Linienbreite und Randrauheit

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands, umfassend die Schritte: Inkontaktbringen eines Rezeptors mit einem eine Übertragungseinheit umfassenden thermischen Übertragungselement, wobei die Übertragungseinheit mindestens eine Schicht umfasst, welche eine Bindemittelzusammensetzung und einen Weichmacher aufweist, wobei die Schicht, welche die Bindemittelzusammensetzung und den Weichmacher aufweist, eine Glasübergangstemperatur aufweist, welche mindestens 40°C geringer ist als bei einer gleichen Schicht ohne den Weichmacher; Thermisches Übertragen eines Teiles der Übertragungseinheit von dem thermischen Übertragungselement auf den Rezeptor; und Reaktives Kuppeln der Bindemittelzusammensetzung und des Weichmachers in dem auf den Rezeptor übertragenen Teil der Übertragungseinheit.
Thermisches Übertragungselement umfassend: ein Substrat; und eine Übertragungseinheit, die mindestens eine Schicht einschließt, welche eine Bindemittelzusammensetzung und einen Weichmacher umfasst, wobei das thermische Übertragungselement derart konfiguriert und hergerichtet ist, dass die Bindemittelzusammensetzung und der Weichmacher nach der Übertragung eines Teiles der Übertragungseinheit auf einen Rezeptor miteinander reagieren können, und wobei die Schicht, welche die Bindemittelzusammensetzung und den Weichmacher umfasst, eine Glasübergangstemperatur aufweist, welche mindestens 40°C geringer ist als bei einer gleichen Schicht ohne den Weichmacher.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder thermisches Übertragungselement gemäß Anspruch 2, wobei der Weichmacher eine Glasübergangstemperatur von nicht mehr als 25°C aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des reaktiven Kuppelns der Bindemittelzusammensetzung und des Weichmachers das Reagieren der Bindemittelzusammensetzung mit dem Weichmacher umfasst, um eine polymere Zusammensetzung zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des reaktiven Kuppelns der Bindemittelzusammensetzung und des Weichmachers das Vernetzen des Weichmachers und der Bindemittelzusammensetzung umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder thermisches Übertragungselement gemäß Anspruch 2, wobei die Bindemittelzusammensetzung ein Vernetzungsmittel umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des reaktiven Kuppelns der Bindemittelzusammensetzung und des Weichmachers das photochemische Umsetzen der Bindemittelzusammensetzung und des Weichmachers umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder thermisches Übertragungselement gemäß Anspruch 2, wobei die Bindemittelzusammensetzung ein Bindemittelharz umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder thermisches Übertragungselement gemäß Anspruch 2, wobei die Bindemittelzusammensetzung ein Dispergiermittel umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des thermischen Übertragens eines Teiles der Übertragungseinheit das selektive Bestrahlen des thermischen Übertragungselementes mit Licht umfasst, wobei das thermische Übertragungselement eine Licht-in-Wärme-Umwandlungsschicht umfasst, um Wärme als Reaktion auf Bestrahlung zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin das Bilden einer elektronischen Anzeigevorrichtung umfasst, wobei die übertragene Schicht als mindestens ein Teil einer Komponente der elektronischen Anzeigevorrichtung verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Schritt des Bildens einer elektronischen Anzeigevorrichtung das Bilden einer elektronischen Anzeigevorrichtung unter Verwendung der übertragenen Schicht als mindestens ein Teil einer Komponente umfasst, welche ausgewählt ist aus einem Farbfilter; einer schwarzen Matrix (black matrix) und einem Trennelement.
Thermisches Übertragungselement gemäß Anspruch 2, wobei die Bindemittelzusammensetzung eine Verbindung umfasst, welche ausgewählt ist aus Photokatalysatoren und Photoinitiatoren, um die Bindemittelzusammensetzung und den Weichmacher miteinander photochemisch umzusetzen.
Thermisches Übertragungselement gemäß Anspruch 2, wobei der Weichmacher eine Verbindung umfasst, welche eine reaktive funktionelle Gruppe aufweist, welche ausgewählt ist aus funktionellen Epoxid-, Carbonsäure-, Hydroxyl-, ethylenischungesättigten, Vinyl-, acrylischen, methacrylischen, Amino-, Ester-, Mercapto-, labilen Halogen-, Imino-, Carbonyl-, Sulfonsäure- und Sulfonsäureestergruppen und jedweder funktionellen Gruppe, welche an einer Diels-Alder-Reaktion teilnehmen kann.
Thermisches Übertragungselement oder Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Weichmacher eine Phosphatverbindung umfasst.
Thermisches Übertragungselement oder Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Weichmacher ein (Meth)acryloyloxyalkylphosphat umfasst.
Thermisches Übertragungselement gemäß Anspruch 2, weiterhin umfassend ein Lichtin-Wärme-Umwandlungselement, welches zwischen dem Substrat und der Übertragungseinheit angeordnet ist.
Thermisches Übertragungselement gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend eine Zwischenschicht zwischen der Licht-in-Wärme-Umwandlungsschicht und der Übertragungseinheit.