KR102175753B1

KR102175753B1 - 레이저 열전사용 도너필름

Info

Publication number: KR102175753B1
Application number: KR1020130007985A
Authority: KR
Inventors: 구본재; 이광회; 엄상열; 김성진; 김연수
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2020-11-06
Also published as: KR20140095256A

Abstract

본 발명에서는 기재필름, 광열변환층 및 중간층을 포함하는 레이저 열전사용 도너필름으로서, 열팽창성 필름층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 열전사용 도너필름을 제공한다. 본 발명에 따르는 도너필름을 사용하여 리시버 상에 전사층을 전사시켜 유기막 패턴을 형성하는 경우, 낮은 레이저 에너지 영역에서도 불량패턴이 없는 균일한 패턴을 형성할 수 있다.

Description

레이저 열전사용 도너필름{DONER FILM FOR LASER INDUCED THERMAL IMAZING}

본 발명은 레이저 열전사용 도너필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선팽창/부피팽창 기능을 부여하는 열팽창성 요소를 구비하여, 도너필름을 사용하여 리시버 기판상에 전사층을 전사시켜 유기막 패턴을 형성함에 있어, 낮은 레이저 에너지 영역에서도 불량패턴이 없는 균일한 패턴을 형성할 수 있는 레이저 열전사용 도너필름에 관한 것이다.

유기 전계 발광소자는 발광층을 이루는 물질에 따라서 고분자 유기 전계 발광소자와 저분자 유기 전계 발광소자로 나뉘어진다. 이러한 유기 전계 발광소자에 있어 풀칼라화를 구현하기 위해서는 상기 발광층을 패터닝해야 하는데, 상기 발광층을 패터닝 하기 위한 방법으로 저분자 유기 전계 발광소자의 경우 섀도우 마스크(shadow mask)를 사용하는 방법이 있고, 고분자 유기 전계 발광소자의 경우 잉크-젯 프린팅(ink-jet printing) 또는 레이저에 의한 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging; 이하 LITI라 한다)이 있다. 이 중에서 상기 LITI는 상기 유기막층을 미세하게 패터닝할 수 있고, 대면적에 사용할 수 있으며 고해상도에 유리하다는 장점이 있을 뿐만 아니라, 상기 잉크-젯 프린팅이 습식 공정인데 반해 이는 건식 공정이라는 장점이 있다.

이러한 LITI에 의한 유기막층 패턴의 형성 방법은 적어도 광원, 유기 전계 발광소자 기판 및 도너필름을 필요로 한다. 도너필름은 통상적으로 광학 요소, 특히 유기 전계 발광소자를 형성하는 것으로, 광열변환층(light to heat conversion; LTHC)을 포함하여 레이저 광을 이용한 열화상 처리 공정에 사용되는 것으로서 도너기판 또는 도너 시트라고 지칭되기도 하는 것이다. 상기 기판상에 유기막층을 패터닝하는 것은 상기 광원에서 나온 빛이 상기 도너 기판의 광열변환층에 흡수되어 열에너지로 변환되고, 상기 열에너지에 의해 전사층을 이루는 물질이 상기 기판상으로 전사되면서 수행된다.

상기 선행 기술은 전사 공정이 열에너지에 의해 이뤄지는데 열에 의해 형광층이 손상을 입을 수 있고 이는 소자의 수명과 관련이 있기 때문에 통상적으로 광열변환층과 전사층 사이에 열 전달을 제어할 수 있는 버퍼층을 형성하게 된다. 버퍼층으로 인해 형광층이 열에 의한 손상을 막을 수는 있지만, 전사 에너지가 줄어들어 전사가 잘 되지 않는 문제가 생길 수 있고 이를 보완하기 위해 도너필름에 가스 생성층을 형성하기도 하는데, 이런 경우 가스에 포함되어 있는 미량의 수분이 형광층 물질에 영향을 줄 가능성이 있으며, 가스 생성이 불규칙하게 일어나므로 리시버 기재 면으로 전사된 형광층의 표면이나 전사 높이가 균일하지 않다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 도너필름을 사용하여 리시버 기판상에 전사층을 전사시켜 유기막 패턴을 형성함에 있어, 낮은 레이저 에너지 영역에서도 불량패턴이 없는 균일한 패턴을 형성할 수 있는 레이저 열전사용 도너필름을 제공하는 것이다.

본 발명의 레이저 열전사용 도너필름은 기재필름, 광열변환층 및 중간층을 포함하는 레이저 열전사용 도너필름으로서, 각 층들 중 하나 이상 또는 각 층들 사이 중 하나 이상에 열팽창성 요소가 도입된 것을 특징으로 한다.

상기 열팽창성 요소는 열팽창성 수지의 필름으로 형성되는 열팽창성층일 수 있다.

상기 열팽창성층은 100x10^-6m/m·°K 이상의 선팽창계수(Linear Temperature Expansion Coefficient)를 갖는 열팽창성 수지의 필름으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 열팽창성층과, 광열변환층 또는 중간층과의 선팽창계수 차가 10x10^-6m/m·°K 이상인 것이 바람직하다.

상기 열팽창성 수지는 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 아크릴 수지(Acrylic resin), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(Ethylene ethyl acrylate, EEA), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene vinyl acetate, EVA), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아미드(Polyamide, PA) 및 폴리스티렌(Polystyrene, PS)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 공중합체이다.

상기 열팽창성층의 위치는 기재필름과 광열변환층 사이; 광열변환층과 중간층 사이; 또는 기재필름과 광열변환층 사이와 광열변환층과 중간층 사이일 수 있다.

상기 열팽창성 수지의 필름 두께는 1-5㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 도너필름은 종래의 도너필름에 비하여, 선팽창/부피팽창 기능을 부여하는 열팽창성 요소를 추가로 구비한다, 이에 따라, 전사층의 리시버 기판에 대한 접착력을 개선할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 도너필름을 사용하여 리시버 기판상에 상기 전사층을 전사시켜 유기막 패턴을 형성함에 있어 낮은 레이저 에너지 영역에서도 불량패턴이 없는 균일한 패턴을 형성할 수 있다.

도1은 전형적인 레이저 열전사용 도너필름의 모식적 단면도이다.
도2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 도너필름(130)의 모식적 단면도다,
도3은 본 발명이 제2 실시형태에 따른 도너필름(140)의 모식적 단면도다.
도4는 본 발명이 제3 실시형태에 따른 도너필름(150)의 모식적 단면도다.
도5는 본 발명에 따르는 도너필름에 대하여 평가되는 팽창높이를 설명하는 모식도이다.

이하 첨부되는 도면들을 참조하여 본 발명의 레이저 열전사용 도너필름을 상세하게 설명한다.

도1은 전형적인 레이저 열전사용 도너필름(10)의 모식적 단면도이다. 도1에서 보는 바와 같이 레이저 열전사용 도너필름(10)은 전형적으로 기재필름(12), 광열변환층(14) 및 중간층(16)을 포함하는 구성을 갖는다.

상기 도너필름(10)의 구성 중, 기재필름(12)은 기계적 지지체 역할을 수행한다. 통상적으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 필름과 같은 투과율이 높은 범용 고분자 필름이 사용된다. 기재필름(12)으로 사용되는 소재는 자외선, 가시광선 뿐만이 아니라 근적외선 영역까지 넓은 파장범위에서 높은 투과도가 요구되고, 이와 같은 광학적 특성 외에도 기계적/열적 성질도 우수하여야 한다, 특히 광열변환층(14)에 사용되는 유기바인더 수지에 따라서 기재필름(12)과 광열변환층(14)의 계면에서의 접착력을 조절할 목적으로 상기 기재필름(12)에는 프라이머층(미도시)이 미리 형성될 수도 있다.

상기의 기본적인 물성을 충족하며 광열변환층(14))과의 우수한 부착성을 갖는 기재용 필름(12)으로서, 제품화된 예는 도레이첨단소재주식회사(경상북도 구미 소재) 제품번호 XU-시리즈 및 XG-시리즈와 같은 광학용/그래픽용 필름이 있다.

광열변환층(14)은 적외선 레이저, 가시광 레이저 및 자외선 레이저와 같은 입사 방사선 중에서 선택되는 하나의 레이저로부터 발생되는 광을 흡수하여 이를 열로 전환하는 기능을 하는 층이다. 전형적으로, 광열변환층(14)은 입사방사선을 흡수하여 열로 전환하는 광흡수제가 단독으로 또는 바인더와 함께 코팅되어 형성되는 것이다. 본 발명의 광열변환층(14)에 사용될 수 있는 광흡수제로서는 예를 들어 카본블랙, 메탈, 적외선 염료, 안료 등 당업걔 공지의 물질이 사용될 수 있다. 이들 중, 카본 블랙은 저렴하며, 안정하고, 쉽게 처리되며, 808㎚ 및 1064㎚의 근적외선(Near Infrared Ray, NIR)이미지 형성 레이저 파장에서 흡수한다.

중간층(16)은 외부에서 입사되는 광(레이저)가 광흡수제에 의하여 열로 변환되는 과정에서 발생하는 높은 열에 의하여 발생하는 오염물질이 전사층으로 이동하는 것을 막고, 그에 따라, 상기 중간층(16) 상에 형성되는 전사층(미도시)에서 리시버로 전사되는 이미지의 손상, 오염 및 변형을 최소화할 목적으로 구비되는 층이다. 중간층을 구성하는 전형적인 물질은 고분자 필름이다. 고분자 필름의 재질은 열가소성 또는 열경화성일 수 있다.중간층 물질로서 적합한 유기 물질은 열경화성(가교성) 및 열가소성 물질을 모두 포함한다. 모두의 경우에, 중간층용으로서 선택된 물질은 필름을 형성하고 있어야만 하며, 전사공정 동안에 실질적으로 손상되지 않은 채 그대로 유지되어야 한다.

본 발명의 레이저 전사용 도너필름은 상술한 각 층들 사이 중 하나 이상에 열팽창성 요소가 도입된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시형태들에서는 열팽창성 요소가 광열변환층 및 중간층을 구성하는 고분자 소재보다 선팽창계수가 큰 열팽창성 수지의 필름으로 형성되는 열팽창성 필름일 수 있다.

도2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 도너필름(130)의 모식적 단면도다. 제1 실시형태에서는 상기 열팽창성 수지 필름(138)이 기재필름(132)과 광열변환층(134) 사이에 배치되어 있다.

도3은 본 발명이 제2 실시형태에 따른 도너필름(140)의 모식적 단면도다. 제2 실시형태에서는 상기 열팽창성 수지 필름(148)이 광열변환층(144)과 중간층 (146) 사이에 배치되어 있다.

도4는 본 발명이 제3 실시형태에 따른 도너필름(150)의 모식적 사시도이다, 제3 실시형태에서는 두개의 열팽창성 수지 필름(158)이 각각 기재필름(152)과 광열변환층(145) 사이; 및 광열변환층(154)과 중간층(156) 사이에 배치되어 있는 형태이다.

상술한 다양한 실시형태들에서 예시된 열팽창성 수지 필름(138, 148, 158)들은 바람직하게는 100x10^-6m/m·°K 이상의 선팽창계수(Linear Temperature Expansion Coefficient)를 갖는 열팽창성 수지의 필름으로 형성된다. 상기 열팽창성 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 아크릴 수지(Acrylic resin), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(Ethylene ethyl acrylate, EEA), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene vinyl acetate, EVA), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아미드(Polyamide, PA), 등이 있다. 이들은 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.

열팽창성 필름층의 재질이되는 열팽창성 수지를 선택함에 있어서는 인접하는 층또는 층들과의 열팽창계수 차를 고려하여 적절하게 선택될 수 있으며, 바람직하게는 인접 층과의 선팽창계수 차이가 10x10^-6m/m·°K 이상이 되도록 선택된다.

예시적으로, 아래에 도너필름에서 각 층의 재료로서 사용될 수 있는 고분자 소재의 선팽창 계수를 아래에 예시하였다. 예시된 선팽창 계수는 본 발명의 열팽창성 수지 필름 및 이와 조합되는 광열변환층 또는 중간층의 재료를 선택함에 있어 참고될 수 있다.

수지	선팽창계수 (10-6 m/m K)
Polypropylene (PP), unfilled	100 - 200
Ethylene ethyl acrylate (EEA)	205
Polyethylene (PE)	200
Ethylene vinyl acetate (EVA)	180
Fluoroethylene propylene (FEP)	135
Cellulose acetate (CA)	130
Polyvinylidene fluoride (PVDF)	127.8
Polyester	123.5
Polyamide (PA)	110
Acetal	106.5
Cellulose nitrate (CN)	100
Acrylic, sheet, cast	81
Phenolic resin without fillers	80
ABS	73.8
Polycarbonate (PC)	70.2
Polystyrene (PS)	70
Polyethylene terephthalate (PET)	59.4
Polyurethane (PUR), rigid	57.6
Polysulfone (PSO)	55.8
Epoxy, castings resins & compounds, unfilled	55
Polyvinyl chloride (PVC)	50.4

상기 열팽창성 수지로서 가장 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 블록 또는 랜덤 공중합체를 사용한다.

본 발명에서 열팽창성 수지 필름층을 적층하는 방법으로는 공지의 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 열팽창성 수지를 적절한 용매에 용해, 희석한 열팽창성층용 조액을 준비한 다음, 이를 광열변환층 또는 중간층 상에 코팅한 다음 건조, 경화(필요시)하여 두께 1~5㎛의 필름으로 제막하는 방법으로 상기 열팽창성 수지층이 형성될 수 있다. 이때, 상기 열팽창성층용 조액에는 산화방지제, 안정제, 타 층과의 접착 또는 이형성 조절을 위한 첨가제 등이 임의적으로 추가될 수 있다.

열팽창성 수지 필름층을 형성하는 다른 방법으로는 원하는 조성과 두께로 미리 필름을 성형한 다음 이를 기재층 상에 또는 광열변환층 상에 적층하고 열합착 등의 수단으로 접착하는 방법이 있다.

본 발명에서, 상술한 열팽창성 수지 필름의 두께는 1~5㎛인 것이 바람직하고, 더욱바람직하게는 1~3㎛이다. 필름의 두께가 1㎛이하면 열에 의해 팽창이 되기 전에 녹게 되어 상부 또는 하부층과 물리적으로 반응이 일어날 수 있으며, 5㎛를 초과하면 열에 의해 팽창이 일어나더라도 팽창의 효과가 상부로 전달되지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 레이저 열전사용 도너필름에서, 추가적인 수단으로 채택되는 열팽창성 요소는 광흡수제에 의하여 열로 전환된 에너지에 의하여, 종래에 열팽창성 요소가 도입되지 않은 도너필름에 비하여 팽창 정도가 크다. 따라서, 도너필름의 중간층 상에 적층되는 형광체를 리시버 기판에 전달함에 있어 추가적인 동력을 제공한다.

또한, 본 발명에 따르는 열팽창성 요소를 도입한 도너필름은 열팽창에 의한 동력을 제공하므로 종래 발포성 물질을 사용하는 경우에 비하여 전사층 상의 전사물질에 대한 오염. 변색 등을 막을 수 있다는 장점이 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

기재필름: 도레이첨단소재(주)의 XG Series PET 필름을 기재필름으로 사용하였다 (두께 100㎛; 550㎚파장의 광투과율(%-transmittance) 90%).

광열변환층의 조액: 기재필름: 도레이첨단소재(주)의 XG Series PET 필름을 기재필름으로 사용하였다 (두께 100㎛; 550㎚파장의 광투과율(%-transmittance) 90%).

광열변환층의 조액: 열가소성 UV 경화수지(SARTOMER사/CN120C80)와 아크릴계 수지(SARTOMER사/PRO10764)가 중량비 80:20으로 혼합된 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 카본블랙 25중량부, 광개시제(BASF사/IRGACURE OXE02) 8중량부 및 분산제(BYK-CHEMIE/ BYK-333) 0.001중량부의 비율로 MEK:PGMEA (50:50) 용매에 용해/희석하여, 광열변환층 조액을 준비하였다. 광열변환층 조액의 고형분 함량은 25중량%이었다.

중간층 조액: 광열변환층을 보호하기 위해 TMPTA(trimethylolpropane triacylate)를 포함하는 아크릴계 수지, 광개시제, 바인더를 포함하는 고형분 함량 25중량%의 보호층 조액을 준비하였다.

열팽창성 필름용 조액: 용매 TCB에 열팽창성 폴리프로필렌을 130℃~140℃ 사이에서 가열한 다음 용매에 용해시켜 고형분 함량이 25중량%인 열팽창성 수지 코팅액을 준비하였다.

도너필름의 제조: 기재 필름상에 메이어바 코팅 방법으로 코팅하고 150℃에서 열건조하여 두께 2㎛의 열팽창성 수지 필름을 형성하였다.

상기 열팽창성 수지 필름 상에 광열변환층 조액을 메이어 바를 이용해 도포한 다음, 수은 램프를 이용해 UV 경화법으로 경화시켜, 평균두께 2.5㎛의 광열변환층 도막을 형성하였다.

이후, 동일한 방법으로 중간층 조액을 도포하고 UV 경화하여 상기 광열변환층과 동일한 두께의 중간층을 형성하여 도너필름을 제조하였다.

[실시예 2]

열팽창성 수지 필름을 층을, 광열변환층과 중간층 사이에 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 도너필름을 제조하였다.

[실시예 3]

열팽창성 필름을 광열변환층 상부와 하부에 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 도너필름을 제조하였다.

[비교예 1]

열팽창성 수지 필름층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도너필름을 제조하였다.

[실험예 1]

상기 구체화된 실시예 및 비교예에 따라 제조된 도너필름에 레이저를 조사하였다. 레이저 조사 후 조사된 부분의 단면을 주사현미경(HITACHI S-4800)을 사용하여, 도5에 예시된 바와 같이 도너필름이 팽창된 높이(h)를 측정하였다. 팽창 높이는 레이저 조사 전의 두께를 기준으로 레이저 조사 후 증가한 두께로 하였다(임의의 5 point 평균치).

	팽창높이(㎛)
실시예 1	3.85
실시예 2	3.75
실시예 3	3.36
비교예 1	1.01

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 우수한 전사 특성을 확보하기 위해서 부피 팽창 기능을 도입한 실시예 1~6의 팽창 높이를 측정한 결과 열 팽창성 입자를 도입하는 것과 열팽창서 수지를 도입하느냐에 따라서 팽창 높이에 차이가 있지만, 비교예 1에 비해서 팽창 높이가 큰 폭으로 증가한 것을 확인할 수 있었다.

[실험예 2]

도너필름의 팽창의 차이가 리시버 기재로 형광체 전사에도 영향을 주는지 확인하기 위해서 도너필름 상부에 형광체 물질을 증착법을 이용해 동일한 두께(50㎚)로 형성했다. 동일한 조건에서 도너필름에 레이저를 조사하여 리시버 기재 면으로 전사된 형광층의 전사 폭과 전사 높이를 3차원 현미경(3D WAKO NT1100)으로 측정하였다. 전사 폭과 전사 높이는 5회 반복 측정한 후 평균값을 기록하였다.

	전사특성
	전사폭(㎛)	전사높이(㎛)
실시예 3	40	49.5
실시예 4	40	49.5
실시예 5	38	48.9
비교예 1	33	45

상기 표 3에서 나타난 바와 같이, 부피 팽창 기능을 도입한 실시예 1~6의 도너필름을 사용해 형광층을 전사시켰을 경우 비교예 1과 비교해서 전사 폭이나 전사 높이가 큰 폭으로 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터, 도너필름의 향상된 팽창 특성이 형광층와 리시버 기재면의 접촉력을 높임으로써 전사폭과 전사 높이 특성이 향상된다는 것을 알 수 있다.

10, 130, 140, 150.. 레이저 열전사용 도너필름
12, 132, 142, 152.. 기재필름
14, 134, 144, 154.. 광열변환층
16, 136, 146, 156.. 중간층
138, 148, 158.. 열팽창성 수지 필름

Claims

기재필름, 광열변환층 및 중간층을 포함하는 레이저 열전사용 도너필름에 있어서, 열팽창성층을 추가로 포함하며,
상기 열팽창성층의 위치는 기재필름과 광열변환층 사이; 광열변환층과 중간층 사이; 또는 기재필름과 광열변환층 사이와 광열변환층과 중간층 사이이며,
상기 열팽창성층은 열팽창성 수지의 필름으로 이루어지고,
상기 열팽창성 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 아크릴 수지(Acrylic resin), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(Ethylene ethyl acrylate, EEA), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene vinyl acetate, EVA), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 및 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리아미드(Polyamide, PA)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 레이저 열전사용 도너필름.
제1항에 있어서, 상기 열팽창성 수지 필름은 100×10^-6m/m·°K 이상의 선팽창계수(Linear Temperature Expansion Coefficient)를 갖는 것을 특징으로 하는 상기 레이저 열전사용 도너필름.
삭제
제2항에 있어서, 상기 열팽창성 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 상기 레이저 열전사용 도너필름.
제2항에 있어서, 상기 열팽창성 수지 필름의 두께는 1~5㎛인 것을 특징으로 하는 상기 레이저 열전사용 도너필름.
제1항에 있어서, 상기 열팽창성층과, 광열변환층 또는 중간층과의 선팽창계수 차가 10×10^-6m/m·°K 이상인 것을 특징으로 하는 상기 레이저 열전사용 도너필름.
삭제