-
Die
Erfindung betrifft den Thermotransfer einer Black matrix, hier Schwarzmatrix
genannt, auf einen Rezeptor sowie damit in Beziehung stehende Thermotransfer-Donatorbahnen
und daraus hergestellte Produkte. Insbesondere betrifft die Erfindung
den Thermotransfer einer Schwarzmatrix auf einen Rezeptor unter Verwendung
einer Thermotransfer-Donatorbahn mit einer Donatorschicht, die Kohleschwarz
enthält.
-
Schwarzmatrixbeschichtungen
kommen in zahlreichen Anzeigeanwendungen zum Einsatz, um Umlicht
zu absorbieren und Kontrast zu verbessern. Die Schwarzmatrix ist
um einzelne Pixel oder Lichtstrahler der Anzeige gebildet. In vielen
Flüssigkristallanzeigen
(LCDs) ist die Schwarzmatrix eine 0,1 bis 0,2 μm dicke schwarze Chromoxidbeschichtung
auf einem Anzeigesubstrat. Normalerweise wird schwarzes Chromoxid
auf das Anzeigesubstrat gesputtert, was ein relativ teures Verfahren
ist. Zudem bildet das schwarze Chromoxid normalerweise eine metallische
Oberfläche
mit höherem
Reflexionsvermögen
als erwünscht
(und entsprechend verringertem Kontrast). Ferner ist Chrom unter
Umwelt- und Gesundheitsaspekten bedenklich.
-
Als
Alternative zu schwarzem Chromoxid wurde eine Harz-Schwarzmatrix (ein
Pigment in einer Harzmatrix) vorgeschlagen. Die Harz-Schwarzmatrix
wird auf das Anzeigesubstrat aufgetragen und dann mit Fotolithographie
gemustert. Um eine hohe optische Dichte in einer dünnen Harz-Schwarzmatrixbeschichtung
zu erreichen, müssen
normalerweise relativ hohe Pigmentzusätze verwendet werden. Dies
erschwert die Fotolithographie, da das Musterungslicht (z. B. Ultraviolett-
(UV) Licht) normalerweise nicht gut in Beschichtungen mit hohen
optischen Dichten eindringt. Außerdem
haben Beschichtungen mit hohen Pigmentgehalten weniger Harz. Da
Harz die Komponente einer Beschichtung ist, die geätzt wird,
lassen sich Be schichtungen mit hoher optischer Dichte (d. h. Beschichtungen
mit hohem Pigmentgehalt) möglicherweise
nicht sauber ätzen.
-
Die
WO-A-96/01718 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Matrix
auf einem Substrat, wobei die Matrix bei der Bildung von Farbfilterelementen
von besonderem Nutzen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
aufweist: Bereitstellen eines abbildungsfähigen Artikels, der ein Substrat
aufweist, das auf mindestens einer Oberfläche eine Schwarzschicht hat,
und Richten von Energie mit ausreichender Stärke auf die Schwarzschicht,
um die Schwarzschicht transparent zu machen. Das Richten von Energie
erfolgt so, daß die
Schwarzschicht in einigen Flächen
entfernt, aber in anderen Flächen
nicht entfernt wird, so daß Schwarzschichtgrenzen
Flächen
umgeben, von denen Schwarzschicht entfernt wurde.
-
Die
US-A-5689318 beschreibt eine Vorrichtung zur Farb-Flüssigkristallanzeige
mit einem Farbfilter, das eine Struktur hat, die aufweist: eine
Schwarzmatrix, die auf einem transparenten Substrat gebildet ist,
eine farbige Schicht, die in mindestens drei Primärfarben
gefärbt
und durch Farbstoff-Thermotransfertechnologie gebildet ist, einen
Schutzbereich zum Schutz vor Farbstoffdiffusion, der die Lücken zwischen
den farbigen Mustern fixiert, einen transparenten Schutzüberzug,
der auf der farbigen Schicht gebildet ist, und eine transparente
leitende Elektrode, die auf dem transparenten Schutzüberzug gebildet
ist. Der Schutzbereich gegen Farbstoffdiffusion ist aus einem nicht
farbigen Teil einer Farbstoffaufnahmeschicht, Schutzüberzügen oder
aus einer Schwarzmatrix mit einer hohen Wärmebeständigkeit gebildet.
-
Die
EP-A-0529362 betrifft ein Verfahren zur Herstellung thermotransferierter
Farbfilteranordnungen mit eingebauter Schwarzmatrix mit elektronischen
Lichtblitzen. Offenbart ist ein Thermodrucksystem, bei dem verschiedene
Mustermasken zusammen mit einem elektronischen Lichtblitz und anderer
zugehöriger
Hardware verwendet werden, um Farbstoffe auf einen Empfänger so
zu thermotransferieren, daß eine
Farbfilteranordnung mit einer eingebauten Schwarzmatrix zur Verwendung
in einer Vorrichtung zur Farb-Flüssigkristallanzeige
erzeugt wird. Die Schwarzmatrix erhält man durch überlappende
benachbarte Flächen
unterschiedlicher Farben.
-
Die
EP-A-0400737 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung opaker Gitterlinien
für ein
Farbfilteranordnungselement mit dem Schritt des durch ein Negativgittermuster
erfolgenden Belichtens eines fotohärtbaren Elements mit einem
Träger,
der eine Beschichtung darauf hat, die aufweist: ein wasserlösliches
Polymer, ein wasserlösliches
Dichromatsalz und bis zu 1 g/m2 eines schwarzen
Pigments, eines oder mehrerer schwarzer Farbstoffe, die für eine opake
Farbe sorgen, oder eines Vorläufers
davon. Ferner weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: Waschen
des Elements mit dem Lösungsmittel,
um die unbelichteten Flächen
des Elements zu entfernen, wodurch ein Gitterlinienmuster aus gehärteter Polymersubstanz
auf dem Element verbleibt, und Trocknen des Elements, um offene
Zellen auf dem Träger
zu erzeugen, die durch opake Linien aus der gehärteten Polymersubstanz mit über 0,3 μm Höhe oberhalb
des Trägers
geteilt sind.
-
Die
EP-A-0365222 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung
aus sich wiederholenden Mosaikmustern aus Färbemitteln, die auf einem Träger getragen
werden, unter Verwendung mehrerer Donatormaterialien, die jeweils
ein strahlungsabsorbierendes Material bzw. einen sublimierbaren
Farbstoff mit einer unterschiedlichen Farbe aufweisen, und eines
Empfängerelements,
das einen Träger
mit einer farbstoffaufnehmenden Schicht darauf aufweist. Jedes Donatormaterial
wird nacheinander in Flächenkontakt
mit dem Empfänger
gebracht und durch eine starke Lichtquelle in einem Muster belichtet,
um das gewünschte
Farbstoffmuster auf die Empfängerschicht
zu transferieren.
-
Die
EP-A-0790138 betrifft ein laserinduziertes Thermotransfer-Abbildungsverfahren
unter Verwendung eines laseradressierbaren Thermotransfer- oder
Ablationsabbildungsfilms, um ein lasergeneriertes Bild mit reduzierten
sichtbaren Interferenzmustern zu erzeugen. Die Abbildungsfilme verfügen über eine
mikrostrukturierte Oberfläche
mit einem allmählichen
Brechzahlübergang
von Luft zum Substrat und einem Reflexionsvermögen von kleiner oder gleich
4%.
-
Allgemein
betrifft die Erfindung die Bildung einer Schwarzmatrix auf einem
Rezeptorsubstrat durch Thermotransfer z. B. zur Verwendung in einer
Anzeigeanwendung. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren
zur Herstellung einer Farbfilter-Schwarzmatrix oder einer TFT- (Dünnfilmtransistor)
Schwarzmatrix sowie die zum Gebrauch in den Verfahren geeigneten
Thermotransferelemente und die durch die Verfahren gebildeten Artikel.
Die Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche festgelegt.
-
Eine
Ausführungsform
ist eine optische Anzeige, die ein Substrat, auf dem Substrat angeordnete
Pixelelemente und eine zwischen den Pixelelementen angeordnete Schwarzmatrix
aufweist. Jedes der Pixelelemente weist mindestens ein elektrisch
leitendes Element auf, um das Pixelelement zu betreiben. Die Schwarzmatrix
hat eine ausreichende optische Dichte, um für optischen Kontrast zwischen
den benachbarten Pixelelementen zu sorgen, einen Widerstand bzw.
einen spezifischen Widerstand, der Nebensprechen zwischen den elektrisch
leitenden Elementen benachbarter Pixelelemente im wesentlichen verhindert,
und eine Dicke, um im wesentlichen Planheit mit mindestens einem
Abschnitt benachbarter elektrisch leitender Elemente zu wahren.
-
Eine
weitere Ausführungsform
ist ein Thermotransferelement zum Transferieren einer Schwarzmatrix auf
einen Rezeptor, um benachbarte aktive Bauelemente zu trennen. Das
Thermotransferelement weist ein Substrat, eine Licht-Wärme-Umwandlungsschicht
und eine Transferschicht auf. Die Transferschicht weist Kohleschwarz
auf und ist normalerweise so konfiguriert und angeordnet, daß sie bei
Transfer auf einen Rezeptor eine Schwarzmatrix mit einem mittleren
spezifischen Widerstand von mindestens 1 × 1010 Ohm-cm
bildet.
-
Noch
eine weitere Ausführungsform
ist ein Thermotransferelement zum Transferieren einer Schwarzmatrix
auf einen Rezeptor, um benachbarte aktive Bauelemente zu trennen.
Das Thermotransferelement weist ein Substrat, eine Licht-Wärme-Umwandlungsschicht
und eine Transferschicht auf. Die Transferschicht weist Kohleschwarz
auf und ist normalerweise so konfiguriert und angeordnet, daß sie bei
Transfer auf einen Rezeptor eine Schwarzmatrix mit einer optischen
Dichte von mindestens 3,0 bildet.
-
Eine
weitere Ausführungsform
ist ein Verfahren zur Bildung einer Anzeigevorrichtung mit Pixelelementen,
die jeweils ein elektrisch leitendes Element aufweisen, um das Pixelelement
zu betreiben. Eine Licht-Wärme-Umwandlungsschicht
wird über
einem Donatorsubstrat gebildet. Eine Schwarzmatrix-Transferschicht wird über der
Licht-Wärme-Umwandlungsschicht
gebildet. Die Schwarzmatrix-Transferschicht wird mit einem Substrat
der Anzeigevorrichtung in Kontakt gebracht. Die Licht-Wärme-Umwandlungsschicht
wird in einem Muster selektiv mit Licht bestrahlt, das mindestens
eine Wellenlänge
hat, die die Licht-Wärme-Umwandlungsschicht in
Wärmeenergie
umwandeln kann. Danach wird ein Abschnitt der Schwarzmatrix-Transferschicht
gemäß dem Muster
auf das Substrat der Anzeigevorrichtung thermotransferiert, um eine
Schwarzmatrix zu bilden, die mehrere Pixelelemente definiert. Die
Schwarzmatrix hat eine ausreichende optische Dichte, um für optischen
Kontrast zwischen benachbarten Pixelelementen zu sorgen, einen spezifischen
Widerstand, der Nebensprechen zwischen den elektrisch leitenden
Elementen benachbarter Pixelelemente im wesentlichen verhindert,
und eine Dicke, um im wesentlichen Planheit mit mindestens einem
Abschnitt benachbarter elektrisch leitender Elemente zu wahren.
Ein elektrisch leitendes Element wird für jedes Pixelelement auf dem
Substrat der Anzeigevorrichtung gebildet. Die Schwarzmatrix trennt
benachbarte elektrisch leitende Elemente.
-
Diese
Zusammenfassung der Erfindung soll nicht jede einzelne offenbarte
Ausführungsform
oder jede Realisierung der Erfindung beschreiben. In den nachfolgenden
Zeichnungen und der näheren
Beschreibung sind diese Ausführungsformen
näher exemplarisch
dargestellt.
-
Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden näheren Beschreibung verschiedener
Ausführungsformen
der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger verständlich.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht
einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schwarzmatrix, die
auf einem Rezeptorsubstrat gebildet ist;
-
2 einen schematischen Querschnitt
einer Ausführungsform
einer Flüssigkristallanzeige-
(LCD) Einheit, die mögliche
Positionen für
eine erfindungsgemäße Schwarzmatrix
zeigt;
-
3 einen schematischen Querschnitt
einer Ausführungsform
eines Thermotransferelements zum Erzeugen einer erfindungsgemäßen Schwarzmatrix
auf einem Rezeptorsubstrat;
-
4 einen schematischen Querschnitt
einer zweiten Ausführungsform
eines Thermotransferelements zum Erzeugen einer erfindungsgemäßen Schwarzmatrix
auf einem Rezeptorsubstrat;
-
5 einen schematischen Querschnitt
einer dritten Ausführungsform
eines Thermotransferelements zum Erzeugen einer erfindungsgemäßen Schwarzmatrix
auf einem Rezeptorsubstrat;
-
6 einen schematischen Querschnitt
einer vierten Ausführungsform
eines Thermotransferelements zum Erzeugen einer erfindungsgemäßen Schwarzmatrix
auf einem Rezeptorsubstrat;
-
7A einen schematischen Querschnitt
einer fünften
Ausführungsform
eines Thermotransferelements zum Erzeugen einer erfindungsgemäßen Schwarzmatrix
auf einem Rezeptorsubstrat; und
-
7B einen schematischen Querschnitt
einer sechsten Ausführungsform
eines Thermotransferelements zum Erzeugen einer erfindungsgemäßen Schwarzmatrix
auf einem Rezeptorsubstrat.
-
Während die
Erfindung verschiedenen Abwandlungen und alternativen Formen zugänglich ist,
sind spezifische Einzelheiten in den Zeichnungen exemplarisch dargestellt
und werden näher
beschrieben. Allerdings sollte klar sein, daß die Erfindung nicht auf die
speziellen beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt sein
soll. Statt dessen soll sie alle Abwandlungen, Äquivalente und Alternativen
erfassen, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen.
-
Man
geht davon aus, daß die
Erfindung auf die Bildung einer Schwarzmatrix auf einem Rezeptorsubstrat
anwendbar ist, das z. B. zum Einsatz in einer Anzeigeanwendung dient.
Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zur Bildung einer
Schwarzmatrix durch Thermotransfer unter Verwendung eines Thermotransferelements,
zu dem ein Substrat, eine Licht-Wärme-Umwandlungsschicht und
eine Schwarzmatrix-Transferschicht, die Kohleschwarz aufweist, gehören können; und
sie betrifft die für
die Verfahren nützlichen
Thermotransferelemente sowie die dadurch gebildeten Artikel. Obwohl
die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, werden verschiedene
Aspekte der Erfindung durch eine Diskussion der nachfolgend beschriebenen
Beispiele deutlich.
-
1 zeigt schematisch eine
Schwarzmatrix 100, die auf einem Rezeptorsubstrat 102 so
gebildet ist, daß sie
für Fenster 104 sorgt,
durch die Licht, z. B. von einer Hintergrundbeleuchtungsquelle (nicht
gezeigt), durchdringen kann. Die Fenster 104 entsprechen
einzelnen Pixeln und/oder Komponenten (z. B. Flüssigkristallen, Farbfiltern
usw.). Die Schwarzmatrix 100 erhöht den Kontrast und absorbiert
Umlicht.
-
2 zeigt schematisch einen
Querschnitt eines Beispiels für
ein TFT- (Dünnfilmtransistor)
Anzeigepixel 200. Verständlich
ist, daß andere
Arten von Anzeigen verwendet werden können und das Anzeigepixel 200 andere
und/oder alternative Komponenten aufweisen kann. Das Anzeigepixel
verfügt über ein
erstes Substrat 202, eine TFT-Schwarzmatrix 204,
eine Anzeigeelektrode 206, einen Dünnfilmtransistor 208,
einen Leiter 210, einen Flüssigkristall 212,
eine gemeinsame Elektrode 214, ein Farbfilter 216,
eine Farbfilter-Schwarzmatrix 218 und ein zweites Substrat 220.
Das Anzeigepixel 200 wird durch eine Lichtquelle 222 von
hinten beleuchtet. Zudem kann das Anzeigepixel andere Komponenten
aufweisen, z. B. einen Kondensator und/oder einen Polarisationsfilm.
Zusätzlich
kann das Anzeigepixel andere alternative Komponenten aufweisen,
z. B. eine Elektrolumineszenzlampe mit organischen Dielektrika (OEL-Lampe)
statt des Flüssigkristalls,
Farbfilters und/oder der Lichtquelle. In einigen Ausführungsformen
werden sowohl die TFT-Schwarzmatrix 204 als auch die Farbfilter- Schwarzmatrix 218 verwendet.
In anderen Ausführungsformen
wird nur die TFT-Schwarzmatrix 204 oder nur die Farbfilter-Schwarzmatrix 218 verwendet.
Beispiele für
geeignete Anzeigepixel und Verfahren zur Bildung von Anzeigepixeln
sind in der WO 00/70399 beschrieben, die zeitgleich eingereicht
wurde.
-
Eine
Schwarzmatrixschicht, z. B. die TFT-Schwarzmatrix 204 und/oder
die Farbfilter-Schwarzmatrix 218, kann durch den Transfer
einer Schwarzmatrix-Transferschicht von einem Thermotransferelement
gebildet werden. Das Thermotransferelement kann durch Einwirken
gerichteter Wärme
auf einen ausgewählten
Abschnitt des Thermotransferelements erwärmt werden. Wärme läßt sich
erzeugen mit einem Heizelement (z. B. einem Widerstandsheizelement),
durch Umwandlung von Strahlung (z. B. eines Lichtstrahls) in Wärme und/oder
durch Anlegen eines elektrischen Stroms an einer Schicht des Thermotransferelements,
um Wärme zu
erzeugen. In vielen Fällen
ist der Thermotransfer unter Verwendung von Licht, z. B. von einer
Lampe oder einem Laser, aufgrund der Genauigkeit und Präzision vorteilhaft,
die sich oft erreichen lassen. Die Größe und Form des transferierten
Musters (z. B. Linie, Kreis, Quadrat oder andere Form) läßt sich
z. B. durch Auswahl der Größe des Lichtstrahls,
des Belichtungsmusters des Lichtstrahls, der Dauer des gerichteten
Strahlkontakts mit dem Thermotransferelement und/oder der Materialien
des Thermotransferelements steuern.
-
Der
Thermotransfer einer Transferschicht zur Bildung einer Schwarzmatrix
ist z. B. nützlich,
um die Beschränkungen
der Naßbearbeitungsschritte
solcher Verfahren wie fotolithographisches Mustern zu überwinden
und sie zu reduzieren oder zu beseitigen. Außerdem bietet der Thermotransfer
unter Verwendung von Licht oft bessere Genauigkeit und Qualitätskontrolle.
Ferner sorgt der Thermotransfer mit Licht zumindest in einigen Fällen für bessere
Paßgenauigkeit
bei der Bildung anderer Schichten, z. B. Farbfilterschichten, Dünnfilmtransistorschichten
oder Elektrodenschichten, durch anschließende oder vorhergehende Thermotransferschritte
oder andere Verfahren zur Bildung dieser Schichten.
-
In 3 ist ein Beispiel für ein geeignetes
Thermotransferelement 300 gezeigt. Das Thermotransferelement 300 weist
ein Donatorsubstrat 302, eine optionale Grundierungsschicht 304,
eine Licht-Wärme-Umwandlungs-
(LWU) Schicht 306, eine optionale Zwischenschicht 308 und
eine Transferschicht 310 auf. Gerichtetes Licht von einer
lichtabstrahlenden Quelle, z. B. einem Laser oder einer Lampe, kann
dazu dienen, das Thermotransferelement 300 in einem Muster
zu beleuchten. Die LWU-Schicht 306 weist ein Strahlungsabsorptionsmittel
bzw. einen Strahlungsabsorber auf, der Lichtenergie in Wärmeenergie
umwandelt. Die Umwandlung der Lichtenergie in Wärmeenergie führt zum
Transfer eines Abschnitts der Transferschicht 310 auf ein
Rezeptorsubstrat (nicht gezeigt).
-
Ein
weiteres Beispiel für
ein Thermotransferelement 400 verfügt über ein Donatorsubstrat 402,
eine LWU-Schicht 406, eine Zwischenschicht 408 und
eine Transferschicht 410 gemäß 4. Ein weiteres geeignetes Thermotransferelement 500 weist
ein Donatorsubstrat 502, eine LWU-Schicht 506 und
eine Transferschicht 510 gemäß 5 auf. Noch ein weiteres Beispiel für ein Thermotransferelement 600 verfügt über ein Donatorsubstrat 602 und
eine Transferschicht 610 gemäß 6 mit einem optionalen Strahlungsabsorber,
der im Donatorsubstrat 602 und/oder in der Transferschicht 610 angeordnet
ist, um Lichtenergie in Wärmeenergie umzuwandeln.
Alternativ kann das Thermotransferelement 600 ohne einen
Strahlungsabsorber aufgebaut sein. Zum Thermotransfer der Transferschicht 610 kontaktiert
ein Heizelement, z. B. ein Widerstandsheizelement, das Thermotransferelement,
um das Thermotransferelement selektiv zu erwärmen und die Transferschicht
in einem Muster zu transferieren. Ein Thermotransferelement 600 ohne
Strahlungsabsorber kann optional eine Trennschicht, eine Zwischenschicht
und/oder andere Schichten (z. B. eine Beschichtung, um Festkleben
des Widerstandsheizelements zu verhindern) aufweisen.
-
Noch
ein weiteres Beispiel für
ein Thermotransferelement 700 verfügt über ein Donatorsubstrat 702, eine
optionale Grundierungsschicht 704, eine Farbänderungsschicht 712,
eine LWU-Schicht 706, eine optionale Zwischenschicht 708 und
eine Thermotransferschicht 710 gemäß 7A. Als Alternative verfügt ein Thermotransferelement 700' über eine
Farbänderungsschicht 712', ein Donatorsubstrat 702', eine optionale Grundierungsschicht 704', eine LWU-Schicht 706', eine optionale
Zwischenschicht 708' und
eine Thermotransferschicht 710' gemäß 7B. Die Farbänderungsschicht 712 ist
so konfiguriert, daß ein
beleuchteter Abschnitt der Farbänderungsschicht 712 die
Farbe ändert,
um Wärmeschäden an einer
transferierten Schicht zu reduzieren oder zu verhindern, wenn die
Position ein zweites Mal beleuchtet wird. Zum Beispiel können Reihen
und Spalten einer Schwarzmatrix einzeln ausgebildet werden. Schnittpunkte
zwischen den Reihen und Spalten werden zweimal belichtet. Nach einmaligem
Belichten oder bei Erwärmung,
während
die LWU-Schicht Licht erstmalig absorbiert, wechselt die Farbänderungsschicht
zu einer Farbe, die Licht reflektiert oder absorbiert, um das Erwärmen der
LWU-Schicht bei der zweiten Beleuchtung zu verhindern oder zu verringern.
Damit können
Schäden
(z. B. zunehmende Oberseiten- oder Kantenrauheit) am transferierten
Abschnitt der Transferschicht reduziert oder verhindert werden.
Verständlich
ist, daß eine
Farbänderungsschicht
mit jedem der anderen hier beschriebenen Thermotransferelemente
verwendet werden kann.
-
Für den Thermotransfer
unter Verwendung von Strahlung (z. B. Licht) können vielfältige strahlungsemittierende
Quellen zum Einsatz kommen. Für
analoge Techniken (z. B. Belichtung durch eine Maske) sind Hochleistungslichtquellen
(z. B. Xenonblitzlampen und Laser) nützlich. Für digitale Abbildungstechniken
sind Laser im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Bereich
von besonderem Nutzen. Zu geeigneten Lasern zählen z. B. mit hoher Leistung
(≥100 mW)
arbeitende Monomoden-Laserdioden, fasergekoppelte Laserdioden und
diodengepumpte Festkörperlaser
(z. B. Nd:YAG und Nd:YLF). Laserbelichtungszeiten können z.
B. im Bereich von 0,1 bis 5 Mikrosekunden liegen, und Laserfluenzen
können
z. B. im Bereich von 0,01 bis 1 J/cm2 liegen.
-
Ist
eine hohe Punktplazierungsgenauigkeit (z. B. für Vollfarben-Anzeigeanwendungen
mit hohem Informationsgehalt) über
große
Substratflächen
erforderlich, ist ein Laser als Strahlungsquelle besonders nützlich.
Laserquellen sind auch mit sowohl großen starren Substraten, z.
B. 1 m × 1
m × 1,1
mm Glas, als auch kontinuierlichen oder Bahnfilmsubstraten, z. B.
100 μm dicken
Polyimidbahnen, kompatibel.
-
Widerstandsthermodruckköpfe oder
-anordnungen lassen sich z. B. mit vereinfachten Donatorfilmaufbauten
verwenden, denen eine LWU-Schicht und ein Strahlungsabsorber fehlt.
Besonders nützlich
kann dies mit kleineren Substratgrößen (z. B. unter etwa 30 cm
in jeder Richtung) oder für
größere Muster
sein, z. B. solche, die für
alphanumerische Segmentanzeigen erforderlich sind.
-
Donatorsubstrat und optionale
Grundierungsschicht
-
Das
Donatorsubstrat kann ein Polymerfilm sein. Eine geeignete Art von
Polymerfilm ist ein Polyesterfilm, z. B. Polyethylenterephthalat-
oder Polyethylennaphthalatfilme. Indes können andere Filme mit ausreichenden
optischen Eigenschaften (falls Licht zum Erwärmen und Transfer verwendet
wird), u. a. hoher Lichtdurchlässigkeit
bei einer speziellen Wellenlänge,
sowie ausreichender mechanischer und thermischer Stabilität für die spezielle
Anwendung verwendet werden. Das Donatorsubstrat ist zumindest in
einigen Fällen
flach, so daß gleichmäßige Beschichtungen
gebildet werden können.
Außerdem
ist das Donatorsubstrat normalerweise aus Materialien ausgewählt, die
trotz Erwärmung
der LWU-Schicht stabil bleiben. Die typische Dicke des Donatorsubstrats
liegt im Bereich von 0,025 bis 0,15 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,1
mm, obwohl dickere oder dünnere
Donatorsubstrate verwendet werden können.
-
Normalerweise
sind die zur Bildung des Donatorsubstrats und der LWU-Schicht verwendeten
Materialien so ausgewählt,
daß die
Haftung zwischen der LWU-Schicht und dem Donatorsubstrat verbessert
ist. Eine optionale Grundierungsschicht kann dazu dienen, die Gleichmäßigkeit
beim Auftragen anschließender
Schichten zu erhöhen
und auch die Zwischenschicht-Haftfestigkeit zwischen der LWU-Schicht
und dem Donatorsubstrat zu steigern. Ein Beispiel für ein geeignetes
Substrat mit Grundierungsschicht ist von Teijin Ltd. zu beziehen
(Produkt-Nr. HPE100, Osaka, Japan).
-
Licht-Wärme-Umwandlungs-
(LWU) Schicht
-
Zum
strahlungsinduzierten Thermotransfer ist normalerweise eine Licht-Wärme-Umwandlungs- (LWU)
Schicht im Thermotransferelement eingebaut, um die Energie von Licht,
das von einer lichtemittierenden Quelle abgestrahlt wird, in das
Thermotransferelement einzukoppeln. Die LWU-Schicht weist vorzugsweise
einen Strahlungsabsorber auf, der einfallende Strahlung (z. B. Laserlicht)
absorbiert und mindestens einen Teil der einfallenden Strahlung
in Wärme
umwandelt, um den Transfer der Transferschicht vom Thermotransferelement
auf den Rezeptor zu ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen
ist keine gesonderte LWU-Schicht vorhanden, und statt dessen ist
der Strahlungsabsorber in einer weiteren Schicht des Thermotransferelements angeordnet,
z. B. im Donatorsubstrat oder in der Transferschicht. In anderen
Ausführungsformen
weist das Thermotransferelement eine LWU-Schicht auf und verfügt auch über einen
oder mehrere Strahlungsabsorber, die in einer oder mehreren der
anderen Schichten des Thermotransferelements angeordnet sind, z.
B. im Donatorsubstrat oder in der Transferschicht. In noch anderen
Ausführungsformen
weist das Thermotransferelement keine LWU-Schicht oder keinen Strahlungsabsorber
auf, und die Transferschicht wird unter Verwendung eines Heizelements
transferiert, das das Thermotransferelement kontaktiert.
-
Normalerweise
absorbiert der Strahlungsabsorber in der LWU-Schicht (oder in anderen
Schichten) Licht im infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten
Bereich des elektromagnetischen Spektrums und wandelt die absorbierte
Strahlung in Wärme
um. Üblicherweise
ist der Strahlungsabsorber für
die ausgewählte
Abbildungsstrahlung stark absorbierend und verleiht der LWU-Schicht
eine optische Dichte bei der Wellenlänge der Abbildungsstrahlung
im Bereich von 0,2 bis 3 oder von 0,5 bis 2,5 für Weißlicht. (Für Licht mit einer Wellenlänge von
1064 nm liegt die optische Dichte normalerweise im Bereich von 0,1
bis 2 oder von 0,3 bis 1,8.) Die optische Dichte ist der Logarithmus
des Verhältnisses
a) der Stärke
von Licht, das auf die Schicht fällt,
und b) der Stärke
von Licht, das durch die Schicht durchgelassen wird. Da in zumindest
einigen Fällen
Schwarzmatrix-Transferschichten eine re lativ hohe optische Dichte
haben, liegt die optische Dichte der LWU-Schicht im Bereich von
1,6 bis 2,2 für
Weißlicht
(von 1,1 bis 1,5 für
Licht mit einer Wellenlänge
von 1064 nm). Dickere Beschichtungen haben allgemein höhere optische
Dichten, können
aber, zumindest in einigen Fällen,
einen weniger effizienten Wärmetransfer
haben. LWU-Schichten mit höherer
optischer Dichte können
für verbesserte
Oberseitenrauheit der transferierten Schicht sorgen, können aber
auch zu erhöhter
Kantenrauheit der transferierten Schicht führen.
-
Zu
geeigneten strahlungsabsorbierenden Materialien können beispielsweise
Farbstoffe (z. B. sichtbare Farbstoffe, ultraviolette Farbstoffe,
infrarote Farbstoffe, Fluoreszenzfarbstoffe und strahlungspolarisierende Farbstoffe),
Pigmente, Metalle, Metallverbindungen, Metallfilme und andere geeignete
absorbierende Materialien gehören.
Zu Beispielen für
geeignete Strahlungsabsorber zählen
Kohleschwarz, Metalloxide und Metallsulfide. Ein Beispiel für eine geeignete
LWU-Schicht kann
ein Pigment, z. B. Kohleschwarz, und ein Bindemittel, z. B. ein
organisches Polymer, aufweisen. Die Menge von Kohleschwarz kann
z. B. im Bereich von 5 bis 15 Gew.-% oder 7 bis 11 Gew.-% liegen.
Hohe Kohleschwarzzusätze
können
die Empfindlichkeit und Kantenrauheit der transferierten Schicht
verbessern, können
aber auch die Oberseitenrauheit erhöhen. Niedrige Kohlezusätze können Schäden an Punkten
(z. B. Kreuzungspunkten einer Schwarzmatrix) verhindern oder reduzieren,
die doppelt beleuchtet werden.
-
Eine
weitere geeignete LWU-Schicht weist Metall oder Metall/Metalloxid
auf, das als Dünnfilm
ausgebildet ist, z. B. schwarzes Aluminium (d. h. teilweise oxidiertes
Aluminium mit einem schwarzen Aussehen). Metallische und Metallverbindungsfilme
können
durch solche Techniken wie z. B. Sputtern oder Verdampfungsabscheidung
gebildet werden. Spezielle Beschichtungen können mit Hilfe eines Bindemittels
und beliebiger Trocken- oder Naßbeschichtungstechniken
gebildet werden.
-
Geeignete
Farbstoffe zur Verwendung als Strahlungsabsorber in einer LWU-Schicht
können
in Teilchenform, in einem Bindemittelmaterial aufgelöst oder
in einem Bindemittelmaterial mindestens teilweise dispergiert vorliegen.
Bei Verwen dung dispergierter teilchenartiger Strahlungsabsorber
kann die Teilchengröße zumindest
in einigen Fällen
höchstens
10 μm betragen
und kann höchstens
1 μm betragen.
Zu geeigneten Farbstoffen gehören
jene Farbstoffe, die im IR-Bereich des Spektrums absorbieren. Beispiele
für solche
Farbstoffe lassen sich finden in Matsuoka, M., "Infrared Absorbing Materials", Plenum Press, New
York, 1990; Matsuoka, M., Absorption Spectra of Dves for Diode Lasers,
Bunshin Publishing Co., Tokio, 1990; US-A-4722583; 4833124; 4912083;
4942141; 4948776; 4948778; 4950639; 4940640; 4952552; 5023229; 5024990;
5156938; 5286604; 5340699; 5351617; 5360694 und 5401607; EP-A-321923 und 568993;
sowie Beilo, K. A. et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993, 452–454 (1993).
Zum Einsatz können
auch IR-Absorber kommen, die von Glendale Protective Technologies,
Inc., Lakeland, Fla. unter der Bezeichnung CYASORB IR-99, IR-126 und
IR-165 vertrieben werden. Ein spezifischer Farbstoff kann auf der
Grundlage solcher Faktoren wie Löslichkeit
in einem spezifischen Bindemittel und/oder einer spezifischen Beschichtungslösung und
Verträglichkeit damit
sowie des Absorptionswellenlängenbereichs
ausgewählt
sein.
-
Als
Strahlungsabsorber in der LWU-Schicht können auch Pigmentmaterialien
verwendet werden. Zu Beispielen für geeignete Pigmente gehören Kohleschwarz
und Graphit sowie Phthalocyanine, Nickeldithiolene und andere Pigmente,
die in den US-A-5166024
und 5351617 beschrieben sind. Zudem können schwarze Azopigmente auf
der Basis von Kupfer- oder Chromkomplexen, z. B. aus Pyrazolongelb,
Dianisidinrot und Nickelazogelb, nützlich sein. Auch anorganische
Pigmente können
verwendet werden, u. a. beispielsweise Oxide und Sulfide von Metallen,
z. B. Aluminium, Bismut, Zinn, Indium, Zink, Titan, Chrom, Molybdän, Wolfram, Cobalt,
Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silber, Gold, Zircon,
Eisen, Blei und Tellur. Metallboride, -carbide, -nitride, -carbonitride,
bronzestrukturierte Oxide und strukturell mit der Bronzefamilie
verwandte Oxide (z. B. WO2,9) können auch
zum Einsatz kommen.
-
Metallstrahlungsabsorber
können
in Form von Teilchen z. B. gemäß der Beschreibung
der US-A-4252671 oder als Film gemäß der Offenbarung der US-A-5256506
verwendet werden. Zu geeigneten Metallen zählen z. B. Aluminium, Bismut,
Zinn, Indium, Tellur und Zink.
-
Wie
erwähnt,
kann ein teilchenartiger Strahlungsabsorber in einem Bindemittel
dispergiert sein. Der Gewichtsprozentsatz des Strahlungsabsorbers
in der Beschichtung mit Ausnahme des Lösungsmittels bei der Gewichtsprozentberechnung
beträgt
allgemein 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 3 Gew.-% bis 20 Gew.-%
und am stärksten
bevorzugt 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, was zumindest teilweise von dem
oder den in der LWU-Schicht verwendeten speziellen Strahlungsabsorbern
und Bindemitteln abhängt.
-
Zu
geeigneten Bindemitteln zum Gebrauch in der LWU-Schicht zählen filmbildende Polymere,
beispielsweise Phenolharze (z. B. Novolak- und Resolharze), Polyvinylbutyralharze,
Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylchloride, Polyacrylate,
Celluloseether und -ester, Nitrocellulosen und Polycarbonate. Geeignete
Bindemittel können
Monomere, Oligomere oder Polymere aufweisen, die polymerisiert oder
vernetzt wurden oder dazu fähig
sind. In einigen Ausführungsformen
ist das Bindemittel primär
unter Verwendung einer Beschichtung aus vernetzbaren Monomeren und/oder
Oligomeren mit optionalem Polymer gebildet. Bei Gebrauch eines Polymers
im Bindemittel weist das Bindemittel 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise
10 bis 45 Gew.-% Polymer auf (mit Ausnahme des Lösungsmittels bei der Gewichtsprozentberechnung).
-
Nach
Auftragen auf das Donatorsubstrat werden die Monomere, Oligomere
und Polymere vernetzt, um die LWU-Schicht zu bilden. Ist in einigen
Fällen
die Vernetzung der LWU-Schicht zu gering, kann die LWU-Schicht durch
die Wärme
geschädigt
werden und/oder den Transfer eines Abschnitts der LWU-Schicht auf
den Rezeptor mit der Transferschicht ermöglichen.
-
Der
Einbau eines thermoplastischen Harzes (z. B. Polymer) kann zumindest
in einigen Fällen
die Leistung (z. B. Transfereigenschaften und/oder Beschichtungsvermögen) der
LWU-Schicht verbessern. Man geht davon aus, daß ein thermoplastisches Harz
die Haftung der LWU-Schicht am Donatorsubstrat verbessern kann.
In einer Ausführungsform
weist das Bindemittel 25 bis 50 Gew.-% (mit Ausnahme des Lösungsmittels bei
der Gewichtsprozentberechnung) thermoplastisches Harz und vorzugsweise
30 bis 45 Gew.-% thermoplastisches Harz auf, wenngleich geringere
Mengen von thermoplastischem Harz verwendet werden können (z.
B. 1 bis 15 Gew.-%). Normalerweise ist das thermoplastische Harz
so gewählt,
daß es
mit den anderen Materialien des Bindemittels kompatibel ist (d.
h. eine Einphasenkombination bildet). Als Hinweis auf die Kompatibilität kann ein
Löslichkeitsparameter
gemäß Polymer
Handbook, J. Brandrup, Hrsg., Seiten VII 519–557 (1989) dienen. In mindestens
einigen Ausführungsformen
ist ein thermoplastisches Harz für
das Bindemittel ausgewählt,
das einen Löslichkeitsparameter
im Bereich von 9 bis 13 (cal/cm3)1/2, vorzugsweise 9,5 bis 12 (cal/cm3)1/2 hat. Zu Beispielen
für geeignete
thermoplastische Harze gehören
Polyacrylharze, Styrol-Acryl-Polymere und -Harze und Polyvinylbutyral.
-
Herkömmliche
Beschichtungshilfsmittel, z. B. oberflächenaktive Stoffe und Dispergiermittel,
können zugegeben
sein, um das Beschichtungsverfahren zu erleichtern. Die LWU-Schicht kann mit
vielfältigen
technisch bekannten Beschichtungsverfahren auf das Donatorsubstrat
aufgetragen werden. Zumindest in einigen Fällen wird eine polymerische
oder organische LWU-Schicht in einer Dicke von 0,05 μm bis 20 μm, vorzugsweise
0,5 μm bis
10 μm und
stärker
bevorzugt 1 μm
bis 7 μm
aufgetragen. Eine anorganische LWU-Schicht wird zumindest in einigen
Fällen
in einer Dicke im Bereich von 0,001 bis 10 μm und vorzugsweise 0,002 bis
1 μm aufgetragen.
-
Zwischenschicht
-
Eine
optionale Zwischenschicht kann dazu dienen, Beschädigung und
Verunreinigung des transferierten Abschnitts der Transferschicht
zu minimieren und kann zudem Verzerrung im transferierten Abschnitt
der Transferschicht reduzieren. Außerdem kann die Zwischenschicht
die Haftung der Transferschicht am Rest des Thermotransferelements
beeinflussen. Gewöhnlich
hat die Zwischenschicht hohe Wärmebeständigkeit.
Vorzugsweise kommt es unter den Abbildungsbedingungen nicht zum
Verzerren oder chemischen Abbau der Zwischenschicht, besonders in
einem Maß,
das das transferierte Bild nicht mehr wirken läßt. Normalerweise bleibt die
Zwischenschicht während des
Transferverfahrens mit der LWU-Schicht in Kontakt und wird im wesentlichen
nicht mit der Transferschicht transferiert.
-
Zu
geeigneten Zwischenschichten gehören
beispielsweise Polymerfilme, Metallschichten (z. B. aufgedampfte
Metallschichten), anorganische Schichten (z. B. abgeschiedene Sol-Gel-Schichten und
aufgedampfte Schichten aus anorganischen Oxiden (z. B. Siliciumoxid,
Titanoxid und andere Metalloxide)) sowie organische/anorganische
Verbundschichten. Zu organischen Materialien, die als Zwischenschichtmaterialien
geeignet sind, zählen
sowohl duroplastische als auch thermoplastische Materialien. Zu
geeigneten duroplastischen Materialien gehören Harze, die durch Wärme, Strahlung
oder chemische Behandlung vernetzt werden können, u. a., aber nicht nur,
vernetzte oder vernetzbare Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyester,
Epoxidharze und Polyurethane. Die duroplastischen Materialien können auf
die LWU-Schicht z. B. als thermoplastische Vorläufer aufgetragen und anschließend vernetzt
werden, um eine vernetzte Zwischenschicht zu bilden.
-
Zu
geeigneten thermoplastischen Materialien gehören z. B. Polyacrylate, Polymethacrylate,
Polystyrole, Polyurethane, Polysulfone, Polyester und Polyimide.
Diese thermoplastischen organischen Materialien lassen sich mit
herkömmlichen
Beschichtungstechniken auftragen (z. B. Lösungsmittelbeschichtung, Spritzbeschichtung
oder Extrusionsbeschichtung). Normalerweise beträgt die Glasübergangstemperatur (Tg) thermoplastischer Materialien, die zum
Gebrauch in der Zwischenschicht geeignet sind, mindestens 25°C, vorzugsweise
mindestens 50°C,
stärker
bevorzugt mindestens 100°C
und am stärksten
bevorzugt mindestens 150°C. In
einigen Ausführungsformen
weist die Zwischenschicht ein thermoplastisches Material auf, das
eine Tg hat, die größer als jede Temperatur ist,
die in der Transferschicht bei der Abbildung erreicht wird. Die
Zwischenschicht kann bei der Abbildungsstrahlungswellenlänge durchlässig, absorbierend,
reflektierend oder eine Kombination daraus sein.
-
Zu
anorganischen Materialien, die als Zwischenschichtmaterialien geeignet
sind, gehören
z. B. Metalle, Metalloxide, Metallsulfide und anorganische Kohlenstoffbeschichtungen,
u. a. jene Materialien, die bei der Abbildungslichtwellenlänge stark
durchlässig
oder reflektierend sind. Diese Materialien können auf die Licht-Wärme-Umwandlungsschicht
mit herkömmlichen
Techniken aufgetragen sein (z. B. Vakuumsputtern, Vakuumaufdampfen
oder Plasmastrahlabscheidung).
-
Die
Zwischenschicht kann eine Reihe von Nutzeffekten haben. Die Zwischenschicht
kann eine Sperre gegen den Materialtransfer aus der Licht-Wärme-Umwandlungsschicht
sein. Zudem kann sie die in der Transferschicht erreichte Temperatur
modulieren, so daß thermisch
instabile Materialien transferiert werden können. Zum Beispiel kann die
Zwischenschicht als Wärmediffusor
wirken, um die Temperatur an der Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht
und der Transferschicht relativ zur Temperatur zu steuern, die in
der LWU-Schicht erreicht wird. Dies kann die Qualität (d. h.
Oberflächenrauheit,
Kantenrauheit) der transferierten Schicht verbessern. Außerdem kann
das Vorhandensein einer Zwischenschicht zu verbessertem plastischem
Gedächtnis im
transferierten Material führen.
-
Die
Zwischenschicht kann Zusatzstoffe aufweisen, u. a. beispielsweise
Photoinitiatoren, oberflächenaktive
Stoffe, Pigmente, Weichmacher und Beschichtungshilfsmittel. Die
Dicke der Zwischenschicht kann von solchen Faktoren wie z. B. dem
Material der Zwischenschicht, dem Material der LWU-Schicht, dem
Material der Transferschicht, der Wellenlänge der Abbildungsstrahlung
und der Einwirkungsdauer von Abbildungsstrahlung auf das Thermotransferelement
abhängen.
Für Polymerzwischenschichten
liegt die Dicke der Zwischenschicht normalerweise im Bereich von
0,05 μm
bis 10 μm,
vorzugsweise 0,1 μm
bis 4 μm,
stärker
bevorzugt 0,5 bis 3 μm
und am stärksten
bevorzugt 0,8 bis 2 μm.
Für anorganische
Zwischenschichten (z. B. Metall- oder Metallverbindungszwischenschichten)
liegt die Dicke der Zwischenschicht normalerweise im Bereich von 0,005 μm bis 10 μm, vorzugsweise
0,01 μm
bis 3 μm
und stärker
bevorzugt 0,02 bis 1 μm.
-
Farbänderungsschicht
-
Optional
kann das Thermotransferelement eine Farbänderungsschicht aufweisen,
um Beschädigung an
einem transferier ten Abschnitt der Transferschicht zu reduzieren
oder zu verhindern, wenn derselbe Abschnitt des Thermotransferelements
zweimal oder öfter
beleuchtet oder erwärmt
wird. Zum Beispiel kann dies geschehen, wenn sowohl Reihenlinien
als auch Spaltenlinien einer Schwarzmatrix ohne Wechsel des Thermotransferelements
separat transferiert werden. Die Positionen, an denen sich die Reihen
und Spalten schneiden (d. h. die Kreuzungspunkte) werden mindestens
zweimal beleuchtet oder erwärmt.
Die Farbänderungsschicht weist
ein Material auf, das bei Belichtung mit der Beleuchtungswellenlänge oder
bei Wärmeeinwirkung
die Farbe ändert.
Vorzugsweise ändert
dieses Material die Farbe nicht wesentlich vor der Ersteinwirkung
von Licht und/oder Wärme.
-
In
mindestens einigen Ausführungsformen
ist die Farbänderungsschicht
für zumindest
die Wellenlänge
von Licht im wesentlichen transparent, das zum Erwärmen der
LWU-Schicht dient. Bei Einwirken des Beleuchtungslichts oder der
durch die LWU-Schicht erzeugten Wärme ändert die Farbänderungsschicht
die Farbe, um mindestens einen Teil und vorzugsweise das gesamte
Licht zu reflektieren und/oder zu absorbieren, das zur Beleuchtung
der LWU-Schicht dient. Dadurch erwärmt sich bei der zweiten Beleuchtung
die LWU-Schicht nicht oder wird nur in einem geringeren Grad erwärmt, was
Schäden
am bereits transferierten Abschnitt der Transferschicht reduziert
oder verhindert.
-
Die
Farbänderungsschicht
kann z. B. zwischen dem Donatorsubstrat und der Licht-Wärme-Umwandlungsschicht
oder auf einer Seite des Donatorsubstrats entgegengesetzt zu der
Seite angeordnet sein, auf der die Licht-Wärme-Umwandlungsschicht angeordnet
ist. Zu geeigneten Beschichtungen zählen z. B. Leukofarbstoffe,
die auf das Donatorsubstrat aufgetragen sein können. Der Leukofarbstoff kann
beim Auftragen farblos sein, aber bei Wärmeeinwirkung schwarz werden.
Ein geeignetes Beispiel ist eine Kombination aus Pergascript Black
I-R und HRJ 11842 Zinc-Modified Resin (beide von Schenectady International,
Schenectady, NY zu beziehen).
-
Schwarzmatrix-Thermotransferschicht
-
Gewöhnlich ist
die Schwarzmatrix-Thermotransferschicht mit Hilfe von Materialien
hergestellt, die beim Transferieren eine dünne Beschichtung mit hoher
optischer Dichte auf einem Rezeptorsubstrat bilden können. In
mindestens einigen Fällen,
besonders wenn die Schwarzmatrixbeschichtung elektrisch leitende Elemente
auf dem Rezeptorsubstrat trennt, ist die Schwarzmatrix-Transferschicht
unter Verwendung eines Materials gebildet, das beim Transferieren
einen relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand hat, um Nebensprechen
zwischen benachbarten elektrisch leitenden Elementen zu verhindern.
-
Normalerweise
weist die Schwarzmatrix-Thermotransferschicht ein Pigment oder einen
Farbstoff in einem Bindemittel auf. Ein geeignetes Pigment ist Kohleschwarz.
Obwohl Kohleschwarz ein Leiter ist, wurde überraschend festgestellt, daß dünne Schwarzmatrixbeschichtungen
mit hoher optischer Dichte und einer Dicke zwischen 0,5 und 1,5 μm gebildet
werden können,
die einen spezifischen Widerstand von 1 × 1010 Ohm-cm oder
1 × 1013 Ohm-cm oder darüber haben. Für einige
Anwendungen, z. B. eine TFT-Schwarzmatrix, muß der spezifische Widerstand
der Schwarzmatrix 1 × 1010 Ohm-cm oder sogar 1 × 1013 Ohm-cm
betragen, um benachbarte elektrisch leitende Bauelemente zu trennen,
z. B. Dünnfilmtransistoren
oder Leitungen, die die Transistoren mit einer Steuerung verbinden.
-
Die
Dicke der Schwarzmatrix-Transferschicht kann so gewählt sein,
daß eine
relativ ebene Oberfläche mit
anderen Komponenten der Vorrichtung (z. B. einer Anzeigevorrichtung)
gebildet ist. Zum Beispiel kann eine TFT-Schwarzmatrix eine solche
Dicke haben, daß die
Schwarzmatrix relativ eben mit mindestens einem Abschnitt des Dünnfilmtransistors
(TFT) ist. Eine Farbfilter-Schwarzmatrix kann eine Dicke haben,
die so gewählt ist,
daß die
Schwarzmatrix relativ eben mit dem Farbfilter ist. Beispiele geeigneter
Bereiche der Dicke sind 0,5 bis 1,5 μm oder 0,7 bis 1,1 μm. Indes
können
dickere und dünnere
Schwarzmatrizen gebildet sein, wenngleich dünnere Schwarzmatrizen normalerweise
eine geringere optische Dichte bei gleichem Kohleschwarzzusatz haben.
-
Eine
geeignete Schwarzmatrix-Transferschicht weist (außer Lösungsmittel)
40 bis 55 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 50 Gew.-% Kohleschwarz, 2
bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 8 Gew.-% Dispergiermittel und
35 bis 58 Gew.-% Bindemittel auf. Das Bindemittel kann z. B. ein
beliebiges von vielfältigen
Polymerzusammensetzungen sein, u. a. ein oder mehrere filmbildende
Polymere, beispielsweise Phenolharze (z. B. Novolak- und Resolharze),
Polyvinylbutyralharze, Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylidenchloride,
Polyacrylate, Celluloseether und -ester, Nitrocellulosen, Epoxidharze
und Polycarbonate. Geeignete Bindemittel können Monomere, Oligomere oder
Polymere aufweisen, die polymerisiert oder vernetzt wurden oder
dazu fähig
sind.
-
Das
Dispergiermittel hilft dem Kohleschwarz, sich im gesamten Bindemittel
zu dispergieren. Gute Dispersion sorgt für gleichmäßige Eigenschaften und kann
die Bildung von Bereichen mit geringerem als erwartetem spezifischem
Widerstand verringern oder verhindern. Außerdem führt gute Dispersion allgemein
zu höherer
optischer Dichte für
einen bestimmten Kohleschwarzzusatz. Zu Beispielen für geeignete
Dispergiermittel zählen
Disperbyk 182, Disperbyk 163, Disperbyk 160, Disperbyk 164 (Byk-Chemie,
Wallingford, CT) u. ä.
Die Schwarzmatrix-Transferschicht
kann z. B. 2 bis 10 Gew.-% oder 3 bis 8 Gew.-% Dispergiermittel
aufweisen. Das spezielle Dispergiermittel kann durch die Art von
Kohleschwarz bestimmt sein, das zum Einsatz kommt. Das Kohleschwarz
und das Dispergiermittel können
unter Verwendung einer geeigneten Lösungsmittel- und Dispergierausrüstung gemischt
sein, z. B. einer Kugelmühle
oder Eiger-Mühle.
Andere herkömmliche
Beschichtungshilfsmittel, z. B. oberflächenaktive Stoffe, können zur
Erleichterung des Beschichtungsverfahrens zugegeben sein.
-
Verwendet
werden können
vielfältige
unterschiedliche Arten von Kohleschwarz. Kohleschwarz läßt sich
in vielfältigen
Größen erhalten,
die z. B. von 8 nm bis 200 nm oder mehr reichen. Außerdem aggregieren Kohleschwarzteilchen.
Während
Kohleschwarzteilchen jeder Größe verwendet
werden können,
hat bevorzugtes Kohleschwarz eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von etwa 20 bis 35 nm und stärker
bevorzugt 22 bis 30 nm. Weiterhin hat das bevorzugte Kohleschwarz
normalerweise mehr als 2 Gew.-% flüchtige Stoffe und vorzugsweise
zwischen 2 und 6 Gew.-% in der Messung nach DIN 53552. Ferner hat
das bevorzugte Kohleschwarz eine Dibutylphthalat- (DBP) Absorption
von 45 bis 70 ml DPB je 100 Gramm Kohleschwarz in der Messung nach
DIN 53601, obwohl auch Werte von sogar 120 ml oder höher akzeptabel
sein können.
Zu Beispielen für
Kohleschwarzmaterialien mit diesen Eigenschaften gehören Special
Black 550, 350, 4 und 4A (Degussa Corp., Dublin, OH) und Mogul L
(Cabot Corp., Tuscola, IL).
-
Die
optische Dichte der Schwarzmatrix-Transferschicht ist normalerweise
relativ hoch, so daß die Schwarzmatrix
mindestens einen Teil des Umlichts absorbieren und für ausreichenden
Kontrast sorgen kann, der vom menschlichen Auge wahrnehmbar ist.
Die optische Dichte hängt
von vielfältigen
Faktoren ab, z. B. dem Zusatz von Pigment oder Farbstoff (z. B.
Kohleschwarz), den anderen Komponenten der Schwarzmatrix-Transferschicht und
der Dicke der Schicht. Die optische Dichte der Schwarzmatrix-Transferschicht
ist so ausgewählt,
daß sie
mindestens 3,0 oder mindestens 3,2 für Weißlicht beträgt.
-
Rezeptor
-
Das
Rezeptorsubstrat kann jeder Gegenstand sein, der für eine spezielle
Anwendung geeignet ist, u. a., aber nicht nur, Glas, transparente
Filme, Metalle, Halbleiter, verschiedene Papiere und Kunststoffe.
Normalerweise ist das Rezeptorsubstrat jede Art von Substrat, die
für Anzeigeanwendungen
geeignet ist. Zu Rezeptorsubstraten, die zur Verwendung in Flüssigkristallanzeigen
geeignet sind, zählen
starre oder flexible Substrate, die für sichtbares Licht im wesentlichen
durchlässig
sind. Besonders geeignete sind nicht doppelbrechende Substrate.
Zu Beispielen für
starre Substrate gehören
Glas, Indium-Zinn-Oxid-beschichtetes Glas, Tieftemperatur-Polysilicium
(LTPS) und starrer Kunststoff. Zu geeigneten flexiblen Substraten
gehören
im wesentlichen klare und durchlässige
Polymerfilme. Zu geeigneten Polymersubstraten zählen Polyesterbasis (z. B.
Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat), Polycarbonatharze,
Polyolefinharze, Polyvinylharze (z. B. Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid,
Polyvi nylacetale usw.), Celluloseesterbasen (z. B. Cellulosetriacetat,
Celluloseacetat) und andere herkömmliche
Polymerfilme, die als Träger
in verschiedenen Abbildungstechniken verwendet werden. Bevorzugt
ist transparente Polymerfilmbasis mit 2 bis 100 Milli-Inch (d. h.
0,05 bis 2,54 mm).
-
Für Glassubstrate
beträgt
eine typische Dicke 0,2 bis 2,0 mm. Oft ist erwünscht, Glassubstrate zu verwenden,
die höchstens
1,0 mm dick oder sogar höchstens
0,7 mm dick sind. Dünnere
Substrate ergeben dünnere
und leichtere Anzeigen. Bestimmte Verarbeitungs-, Handhabungs- und
Montagebedingungen können aber
darauf verweisen, dickere Substrate zu verwenden. Zum Beispiel können einige
Montagebedingungen ein Zusammendrücken der Anzeigeanordnung erfordern,
um die Positionen von Abstandshaltern zu fixieren, die zwischen
den Substraten angeordnet sind. Die widersprüchlichen Aspekte dünner Substrate
für leichtere Anzeige
und dicker Substrate zur zuverlässigen
Handhabung und Verarbeitung lassen sich ausgleichen, um einen bevorzugten
Aufbau für
spezielle Anzeigemaße
zu erreichen.
-
Ist
das Substrat ein Polymerfilm, so ist bevorzugt, daß der Film
nicht doppelbrechend ist, um Störungen
des Betriebs der Anzeige im wesentlichen zu verhindern, in die er
zu integrieren ist. Exemplarische nicht doppelbrechende Substrate
sind Polyester, die lösungsmittelgegossen
sind. Typische Beispiele dafür
sind jene die von Polymeren abgeleitet sind, die aus sich wiederholenden,
mischpolymerisierten Einheiten bestehen oder im wesentlichen bestehen,
die von 9,9-bis-(4-Hydroxyphenyl)-fluoren und Isophthalsäure, Terephthalsäure und
deren Mischungen abgeleitet sind, wobei das Polymer einen ausreichend
geringen Oligomergehalt (d. h. chemische Spezies mit Molekulargewichten
von höchstens
8000) hat, um die Bildung eines gleichmäßigen Films zu ermöglichen.
Dieses Polymer wurde als eine Komponente in einem Thermotransfer-Aufnahmeelement
in der US-A-5318938 offenbart. Eine weitere Klasse nicht doppelbrechender
Substrate sind amorphe Polyolefine (z. B. die unter der Handelsbezeichnung
ZeonexTM von Nippon Zeon Co., Ltd. vertriebenen).
-
Betrieb
-
Während der
Abbildung wird das Thermotransferelement normalerweise in innigen
Kontakt mit einem Rezeptor gebracht. In zumindest einigen Fällen dienen
Druck oder Vakuum dazu, das Thermotransferelement in innigem Kontakt
mit dem Rezeptor zu halten. Danach dient eine Strahlungsquelle zum
Erwärmen
der LWU-Schicht (und/oder einer oder mehrerer Schichten, die Strahlungsabsorber
enthalten) auf bildweise Art (z. B. digital oder durch analoge Belichtung über eine
Maske), um den bildweisen Transfer der Transferschicht vom Thermotransferelement
zum Rezeptor gemäß einem
Muster durchzuführen.
-
Normalerweise
wird bei Verwendung einer LWU-Schicht das Licht durch das Donatorsubstrat
gerichtet, um die LWU-Schicht zu erwärmen. In manchen Fällen wird
aber keine LWU-Schicht verwendet, und das Licht wird durch das Rezeptorsubstrat
gerichtet, um die Schwarzmatrix-Transferschicht zu erwärmen, die
Kohleschwarz und/oder einen weiteren Strahlungsabsorber aufweist.
Dies kann zu verbesserter Oberseiten- und/oder Seitenrauheit führen. Außerdem erfordert
das Thermotransferelement weniger Schichten, da keine gesonderte
LWU-Schicht zum Einsatz kommt. Weiterhin kann die Lichtenergiemenge
(d. h. Wärme),
die zum Transfer nötig
ist, kleiner als für
Thermotransferelemente mit einer LWU-Schicht sein.
-
Alternativ
kann ein Heizelement, z. B. ein Widerstandsheizelement, verwendet
werden, um die Mehrkomponententransfereinheit zu transferieren.
Das Thermotransferelement wird mit dem Heizelement selektiv in Kontakt
gebracht, um den Thermotransfer eines Abschnitts der Transferschicht
in einem Muster zu bewirken. In einer weiteren Ausführungsform
kann das Thermotransferelement eine Schicht aufweisen, die einen an
der Schicht angelegten elektrischen Strom in Wärme umwandelt.
-
Normalerweise
wird die Transferschicht auf den Rezeptor transferiert, ohne daß eine der
anderen Schichten des Thermotransferelements transferiert wird,
z. B. die optionale Zwischenschicht und die LWU-Schicht. Das Vorhandensein
der optionalen Zwischenschicht kann den Transfer der LWU-Schicht
auf den Rezeptor ausschließen
oder reduzieren und/oder Verzerrungen im transferierten Abschnitt
der Transferschicht reduzie ren. Vorzugsweise ist unter Abbildungsbedingungen
die Haftung der Zwischenschicht an der LWU-Schicht größer als
die Haftung der Zwischenschicht an der Transferschicht. In einigen
Fällen
kann eine reflektierende Zwischenschicht verwendet werden, um den
Pegel von Abbildungsstrahlung zu dämpfen, die durch die Zwischenschicht
durchgelassen wird, und etwaige Schäden am transferierten Abschnitt
der Transferschicht zu reduzieren, die sich aus der Wechselwirkung
der durchgelassenen Strahlung mit der Transferschicht und/oder dem
Rezeptor ergeben können.
Besonders nützlich
ist dies beim Reduzieren von Wärmeschäden, die
auftreten können,
wenn der Rezeptor für
die Abbildungsstrahlung stark absorbierend ist.
-
Während der
Laserbelichtung kann es erwünscht
sein, die Bildung von Interferenzmustern infolge von Mehrfachreflexionen
vom abgebildeten Material zu minimieren. Erreichen läßt sich
dies durch verschiedene Verfahren. Das am weitesten verbreitete
Verfahren besteht darin, die Oberfläche des Thermotransferelements im
Maßstab
der einfallenden Strahlung effektiv aufzurauhen, was in der US-A-5089372
beschrieben ist. Dies hat den Effekt einer Störung der räumlichen Kohärenz der
einfallenden Strahlung, was Eigeninterferenz minimiert. Ein alternatives
Verfahren ist der Gebrauch einer Antireflexionsbeschichtung innerhalb
des Thermotransferelements. Die Verwendung von Antireflexionsbeschichtungen
ist bekannt und kann aus Viertelwellendicken einer Beschichtung,
z. B. Magnesiumfluorid, gemäß der US-A-5171650
bestehen.
-
Zum
Einsatz können
große
Thermotransferelemente kommen, u. a. Thermotransferelemente, die
Längen-
und Breitenmaße
von einem Meter oder mehr haben. Im Betrieb kann ein Laser rasterartig
oder anderweitig über
das große
Thermotransferelement bewegt werden, wobei der Laser selektiv betrieben
wird, um Abschnitte des Thermotransferelements gemäß einem
erwünschten
Muster zu beleuchten. Alternativ kann der Laser feststehend sein
und das Thermotransferelement und/oder Rezeptorsubstrat unter dem
Laser bewegt werden.
-
In
einigen Fällen
kann es notwendig, erwünscht
und/oder zweckmäßig sein,
zwei oder mehr unterschiedliche Thermotransferelemente nacheinander
zu verwenden, um eine Vorrichtung herzustellen, z. B. eine optische
Anzeige. Zum Beispiel kann eine Schwarzmatrix gebildet werden, gefolgt
vom Thermotransfer eines Farbfilters in den Fenstern der Schwarzmatrix.
Als weiteres Beispiel kann eine Schwarzmatrix gebildet werden, gefolgt
vom Thermotransfer einer oder mehrerer Schichten eines Dünnfilmtransistors.
Vielfältige
andere Kombinationen aus zwei oder mehr Thermotransferelementen
können
zur Bildung einer Vorrichtung verwendet werden, wobei jedes Thermotransferelement
einen oder mehrere Abschnitte der Vorrichtung bildet. Verständlich ist,
daß die
Schwarzmatrix thermotransferiert werden kann, bevor und/oder nachdem
andere Komponenten der Vorrichtung auf dem Substrat angeordnet werden.
Außerdem
ist verständlich,
daß einige,
alle oder keine dieser anderen Komponenten durch Thermotransfer
gebildet werden können.
-
Beispiele
-
Sofern
nicht anders angegeben, wurden Chemikalien von Aldrich Chemical
Company (Milwaukee, WI) erhalten. Das Lasertransfersystem verfügte über einen
kontinuierlichen Nd:YAG-Laser,
einen akusto-optischen Modulator, eine Kollimationsund Strahlaufweitungsoptik,
einen optischen Isolator, ein Lineargalvanometer und eine f-Theta-Abtastlinse.
Der Nd:YAG-Laser arbeitete im TEM-00-Modus und erzeugte eine Gesamtleistung
von 7,5 Watt. Das Abtasten wurde mit einem Präzisions-Lineargalvanometer erreicht (Cambridge Technology
Inc., Cambridge, MA). Der Laser wurde auf einen Gauß-Punkt
mit einem gemessenen Durchmesser von 140 μm beim 1/e2-Stärkepegel
fokussiert. Unter Nutzung einer f-Theta-Abtastlinse wurde der Punkt über die
Abtastbreite konstant gehalten. Der Laserpunkt wurde mit einer Geschwindigkeit
von 5,6 Metern pro Sekunde über
die Bildoberfläche
geführt.
Die f-Theta-Abtastlinse hielt die Abtastgeschwindigkeit bis auf
0,1% gleichmäßig und
die Punktgröße konstant
innerhalb von ±3 μm (Mikrometer).
-
Beispiel 1
-
Herstellung eines Elements
aus Substrat/LWU-Schicht/Zwischenschicht
-
Es
erfolgte die Herstellung einer Kohleschwarz-LWU-Schicht durch Bilden einer LWU-Beschichtung gemäß Tabelle
1, aufgelöst
in einem Lösungsmittel,
das 70 Gew.-% Propylengly colmethyletheracetat und 30 Gew.-% Methylethylketon
enthielt. Diese Lösung
wurde auf ein 0,1 mm dickes PET-Substrat mit einer Beschichtungsmaschine
Yasui Seiki Lab Coater, Modell CAG-150 (Yasui Seiki Co., Bloomington, IN)
aufgetragen, wobei eine Mikrogravurwalze mit 318 Spiralzellen je
laufendem Zentimeter (150 Spiralzellen je laufendem Inch) verwendet
wurde.
-
Tabelle
1
LWU-Beschichtung
-
Die
Beschichtung wurde in der Fertigungslinie bei 40°C getrocknet und mit 6,1 m/min
UV-gehärtet,
wobei ein UV-Härtungssystem
Fusion Systems Modell I600 (400 W/Inch) verwendet wurde, das mit
H-Lampen ausgestattet war. Die getrocknete Beschichtung hatte eine
Dicke von 3 μm.
Die resultierende LWU-Schicht
hatte eine optische Dichte von 1,8.
-
Auf
die Kohleschwarzbeschichtung der Licht-Wärme-Umwandlungsschicht wurde
mittels Tiefdruck eine Zwischenschicht-Beschichtungslösung gemäß Tabelle
2 aufgetragen, wobei die Beschichtungsmaschine Yasui Seiki Lab Coater,
Modell CAG-150 (Yasui Seiki Co., Bloomington, IN) verwendet wurde.
Diese Beschichtung wurde in der Fertigungslinie getrocknet (40°C) und mit
6,1 m/min UV-gehärtet,
wobei ein Gerät
Fusion Systems Modell I600 (600 W/Inch) verwendet wurde, das mit
H-Lampen ausgestattet war. Die Dicke der resultierenden Zwischenschichtbeschichtung
betrug 1,7 μm
(Mikrometer).
-
Tabelle
2
Beschichtungslösung
der Zwischenschicht
-
Beispiel 2
-
Bildung des Schwarzmatrix-Transferelements
-
Hergestellt
wurde eine Schwarzmatrix-Thermotransferelementbeschichtung durch
in einem Lösungsmittel
aus 28 Gew.-% Propylenglycolmethyletheracetat und 82 Gew.-% Methylethylketon
erfolgendes Kombinieren von Feststoffen mit 30 Gew.-% GCryl 6005
(Acrylharz von Henkel Corp, Cincinnati, OH), 18,8 Gew.-% Epon SU-8
(Epoxidharz von Shell Chemical Co., Houston, TX), 45 Gew.-% Mogul
L (Kohleschwarz von Cabot Corp., Tuscola, IL) und 6,2 Gew.-% Disperbyk
182 (Byk Chemie, Wallingford, CT). Das Kohleschwarz, DysperbykTM, GCrylTM und Propylenglycolmethyletheracetat
wurden zunächst
90 Minuten in einer Eiger-Mühle
gemischt, wonach der Rest der Materialien zugegeben wurde.
-
Die
Schwarzmatrix-Thermotransferelementbeschichtung wurde in einer Dicke
von 0,94 μm
auf die Zwischenschicht des Elements aus Substrat/LWU-Schicht/Zwischenschicht
von Beispiel 1 mit einer Beschichtungsmaschine Yasui Seiki Lab Coater,
Modell CAG-150 (Yasui Seiki Co., Bloomington, IN) aufgetragen. Die optische
Dichte der Schwarzmatrix-Thermotransferelementbeschichtung betrug
3,2.
-
Beispiele 3 bis 8
-
Bildung von Schwarzmatrixschichten
-
Sechs
Schwarzmatrix-Thermotransferelemente wurden gemäß den Beispielen 1 und 2 hergestellt, aber
mit unterschiedlichen Mengen von Kohleschwarz in der Schwarzmatrix-Transferschicht
und unterschiedlichen Dicken der Schwarzmatrix-Transferschicht gemäß Tabelle
3. Zum Beispiel wurde das Verhältnis
von Dispergiermittel (d. h. DisperbykTM 182)
zu Kohleschwarz konstant gehalten, und die Menge der beiden Harze wurde
mit steigender Kohleschwarzmenge proportional verringert. Jede Schwarzmatrix-Transferschicht
hatte eine optische Dichte von 3,2. In jedem Fall wurde eine Schwarzmatrix
auf einen Glasrezeptor mit einer linearen Abtastgeschwindigkeit
von 5,3 m/s abgebildet. Das Ergebnis war ein gleichmäßiger Transfer
der Schwarzmatrix-Transferschicht als 100 μm (Mikrometer) breite Linien
mit ausgezeichneter Kantengleichmäßigkeit und einer flachen Oberseite.
Unter Verwendung eines Lasers mit einer kleineren Punktgröße wurden
außerdem
Linien hergestellt, die 15 bis 20 μm (Mikrometer) breit waren.
Der spezifische Volumenwiderstand jeder der Schichten ist in Tabelle
3 in der Messung nach ASTM D257 aufgeführt.
-
Tabelle
3
Zusammensetzung und Ergebnisse mit Schwarzmatrix-Transferelementen