KR20020052144A - 카본블랙을 함유하는 블랙 매트릭스의 열전사 방법 - Google Patents

카본블랙을 함유하는 블랙 매트릭스의 열전사 방법 Download PDF

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KR20020052144A
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리차드 제이. 포코니
라구나쓰 파디야쓰
가쯔끼 노다
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캐롤린 에이. 베이츠
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

블랙 매트릭스는 예를 들면 디스플레이 용도에 사용되기 위한 리셉터 기판상에 열전사에 의해 형성될 수 있다. 이 블랙 매트릭스는 콘트라스트를 제공하고/하거나 인접한 전기전도성 부품들을 분리시키는, 예를 들면 칼라필터 블랙 매트릭스 또는 TFT(박막 트랜지스터) 블랙 매트릭스로서 사용될 수 있다.

Description

카본블랙을 함유하는 블랙 매트릭스의 열전사 방법{THERMAL TRANSFER OF A BLACK MATRIX CONTAINING CARBON BLACK}
블랙 매트릭스 코팅은 많은 디스플레이 용도에서 주위의 광을 흡수하고 콘트라스트를 개선시키는데 사용된다. 블랙 매트릭스는 디스플레이의 개별적인 픽셀(pixel) 또는 발광소자(light-emitter) 주변에 형성된다. 많은 액정 디스플레이(LCD)에서, 블랙 매트릭스는 디스플레이 기판상에 있는 블랙 크롬 옥사이드의 0.1 내지 0.2㎛ 코팅이다. 블랙 크롬 옥사이드는 디스플레이 기판상에 전형적으로 스퍼터링되는데, 이 공정은 비교적 비용이 많이 든다. 또한, 블랙 크롬 옥사이드는 전형적으로, 원하는 것보다 더 큰 반사율을 갖는(따라서 이에 상응하게 콘트라스트가 감소된) 금속성 표면을 형성한다. 더욱이, 크롬과 관련해 환경적 및 보건상의 문제도 우려된다.
수지 블랙 매트릭스(수지 매트릭스내에 안료가 포함된 것)가 블랙 크롬 옥사이드의 대안으로서 제시되어 왔다. 수지 블랙 매트릭스는 디스플레이 기판상에 코팅되며 포토리소그래피에 의해 패턴화된다. 얇은 수지 블랙 매트릭스 코팅에 있어서 높은 광학밀도를 달성하기 위해서는, 전형적으로 비교적 다량의 안료를 사용할 필요가 있다. 이는 포토리소그래피를 어렵게 만드는데, 왜냐하면 패턴화 광(예를 들면 자외선광)은 전형적으로는 광학밀도가 높은 코팅내로는 잘 침투되지 않기 때문이다. 이외에도, 다량의 안료를 갖는 코팅은 수지를 덜 함유한다. 수지는 에칭되는 코팅의 성분이기 때문에, 높은 광학밀도를 갖는 코팅(즉 높은 안료 함량을 갖는 코팅)은 깔끔하게 에칭되지 않을 수도 있다.
발명의 개요
일반적으로, 본 발명은 예를 들면 디스플레이 용도에 사용하기 위한 리셉터 기판상에 블랙 매트릭스를 열전사에 의해 형성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 칼라필터 블랙 매트릭스 및/또는 TFT(박막 트랜지스터) 블랙 매트릭스를 제조하는 방법 뿐만 아니라 이 방법에 사용하기에 적합한 열전사 요소, 및 이 방법으로 제조한 제품에 관한 것이다.
한 실시양태는 기판, 기판상에 배치된 픽셀 요소 및 픽셀 요소들 사이에 배치된 블랙 매트릭스를 포함하는 광학 디스플레이이다. 각각의 픽셀 요소들은 픽셀 요소들을 작동시키기 위한 1개 이상의 전기전도성 요소(electrically-conducting element)들을 포함한다. 블랙 매트릭스는 인접한 픽셀 요소들 사이에 광학 콘트라스트를 제공할 정도의 충분한 광학밀도, 인접한 픽셀 요소들의 전기전도성 요소들 사이의 누화(cross-talk)를 실질적으로 방지하는 저항률(resistivity), 및 인접한전기전도성 요소의 적어도 일부분과 실질적으로 평탄성(planarity)을 유지하도록 하는 두께를 갖는다.
또다른 실시양태는 인접한 활성 소자들을 분리시키도록 블랙 매트릭스를 리셉터에 전사하기 위한 열전사 요소이다. 열전사 요소는 기판, 광-열 전환층(light-to-heat conversion layer) 및 전사층(transfer layer)을 포함한다. 전사층은 카본블랙을 포함하며, 전형적으로는, 리셉터에 전사될 때, 1×1010Ω·㎝ 이상의 평균 저항률을 갖는 블랙 매트릭스를 제공하도록 구성되고 배열된다.
또다른 실시양태는 인접한 활성 소자들을 분리시키도록 블랙 매트릭스를 리셉터에 전사하기 위한 열전사 요소이다. 열전사 요소는 기판, 광-열 전환층 및 전사층을 포함한다. 전사층은 카본블랙을 포함하며, 전형적으로는, 리셉터에 전사될 때, 2.4 이상의 광학밀도를 갖는 블랙 매트릭스를 제공하도록 구성되고 배열된다.
또다른 실시양태는 픽셀 요소를 작동시키는 전기전도성 요소를 각각 포함하는 픽셀 요소를 갖는 디스플레이 소자를 형성하는 방법이다. 광-열 전환층을 도너 기판상에 형성한다. 블랙 매트릭스 전사층을 광-열 전환층 위에 형성한다. 블랙 매트릭스 전사층을 디스플레이 소자의 기판과 접촉시킨다. 1개 이상의 파장을 갖는 광으로 광-열 전환층을 패턴에 따라 선택적으로 광조사하여 광을 광-열 전환층에 의해 열에너지로 전환시킬 수 있다. 이어서 블랙 매트릭스 전사층의 일부분을 디스플레이 소자의 기판에 패턴에 따라 열전사시켜, 다수의 픽셀 요소를 한정하는 블랙 매트릭스를 형성한다. 이 블랙 매트릭스는 인접한 픽셀 요소들 사이에 광학콘트라스트를 제공할 정도의 충분한 광학밀도, 인접한 픽셀 요소들의 전기전도성 요소들 사이의 누화를 실질적으로 방지하는 저항률, 및 인접한 전기전도성 요소의 적어도 일부분과 함께 실질적으로 평탄성을 유지하도록 하는 두께를 갖는다. 디스플레이 소자의 기판상에, 각각의 픽셀 요소에 대해, 전기전도성 요소를 형성한다. 이 블랙 매트릭스는 인접한 전기전도성 요소들을 분리시킨다.
전술된 "발명의 개요"는 본 발명의 각 개시된 실시양태 또는 모든 예를 설명하고자 하는 것은 아니다. 다음의 "도면" 및 "상세한 설명"으로써 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하려고 한다.
본 발명은 리셉터(receptor)상으로 블랙 매트릭스의 열전사 방법, 이와 관련된 열전사 도너(donor) 시이트 및 이 방법으로 제조된 제품에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 카본블랙을 포함하는 도너층을 갖는 열전사 도너 시이트를 사용하여 리셉터상으로 블랙 매트릭스를 열전사하는 방법에 관한 것이다.
본 발명을 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 다양한 실시양태의 상세한 설명을 숙지하면 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른, 리셉터 기판상에 형성된 블랙 매트릭스의 한 실시양태의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른, 블랙 매트릭스가 점유할 수 있는 배치를 예시하는 액정 디스플레이(LCD) 장치의 한 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른, 리셉터 기판상에 블랙 매트릭스를 생성할 수 있는 열전사 요소의 첫번째 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른, 리셉터 기판상에 블랙 매트릭스를 생성할 수 있는 열전사 요소의 두번째 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른, 리셉터 기판상에 블랙 매트릭스를 생성할 수 있는열전사 요소의 세번째 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른, 리셉터 기판상에 블랙 매트릭스를 생성할 수 있는 열전사 요소의 네번째 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 7A는 본 발명에 따른, 리셉터 기판상에 블랙 매트릭스를 생성할 수 있는 열전사 요소의 다섯번째 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 7B는 본 발명에 따른, 리셉터 기판상에 블랙 매트릭스를 생성할 수 있는 열전사 요소의 여섯번째 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
본 발명은 다양한 변형 형태 및 대체 형태를 가질 수 있지만, 그 구체적인 예는 도면에 예시되어 있으며, 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 본원에 기술된 특정 실시양태로만 한정되는 것은 아님을 알아야 한다. 반대로, 본 발명은 본 발명의 개념 및 범주에 속하는 모든 변형물, 등가물 및 대체물을 망라한다.
바람직한 실시양태의 상세한 설명
본 발명은 예를 들면 디스플레이 용도에 사용하기 위한 리셉터 기판상에 블랙 매트릭스를 형성하는 방법에 적용가능한 것으로 생각된다. 특히, 본 발명은 기판, 광-열 전환층, 및 카본블랙을 포함하는 블랙 매트릭스 전사층을 포함할 수 있는 열전사 요소를 사용하여, 열전사에 의해 블랙 매트릭스를 형성하는 방법에 관한 것일 뿐만 아니라, 이 방법에 사용할 수 있는 열전사 요소 및 이 방법으로 제조한 제품에 관한 것이다. 본 발명은 여기에만 국한되는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 양태들을, 다음에 제공되는 예들을 보면 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 예를 들면 역광조사원(backlighting source)(도면에는 나타나지 않음)으로부터 나온 광이 통과하는 창(window)(104)을 제공하는, 리셉터 기판(102)상에 형성된 블랙 매트릭스(100)를 개략적으로 보여준다. 창(104)은 개별적인 픽셀 및/또는 부품(예를 들면, 액정, 칼라필터 등)에 해당하는 것이다. 블랙 매트릭스(100)는 콘트라스트를 강화하고 주위의 광을 흡수한다.
도 2는 TFT(박막 트랜지스터) 디스플레이 픽셀(200)의 한 예의 횡단면도를 개략적으로 보여준다. 다른 유형의 디스플레이도 사용될 수 있으며 디스플레이 픽셀(200)은 기타 및/또는 대체적인 부품을 포함할 수도 있음을 알아야 한다. 디스플레이 픽셀은 제 1 기판(202), TFT 블랙 매트릭스(204), 디스플레이 전극(206), 박막 트랜지스터(208), 전도체(210), 액정(212), 공통 전극(214), 칼라필터(216), 칼라필터 블랙 매트릭스(218) 및 제 2 기판(220)을 포함한다. 디스플레이 픽셀(200)은 광원(222)에 의해 역광조사된다. 디스플레이 픽셀은 커패시터 및/또는 편광 필름과 같은 다른 부품도 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이 픽셀은 액정, 칼라필터 및/또는 광원 대신에 유기 전계발광 램프(organic electroluminescent lamp: OEL)와 같은 기타 대체 부품을 포함할 수 있다. 몇몇 실시양태에서는, TFT 블랙 매트릭스(204)와 칼라필터 블랙 매트릭스(218) 둘다가 사용된다. 또다른 실시양태에서는, TFT 블랙 매트릭스(204)와 칼라필터 블랙 매트릭스(218)중 하나만 사용된다. 적합한 디스플레이 픽셀 및 디스플레이 픽셀의 제조 방법의 예가, 본원과 동일자로 출원된 "칼라 디스플레이용 활성 기판(Active Substrates for Color Displays)"이라는 표제의 미국 특허 출원(참조 번호54730USA3A)에 기술되어 있다.
TFT 블랙 매트릭스(204) 및/또는 칼라필터 블랙 매트릭스(218)와 같은 블랙 매트릭스층은 열전사 요소로부터 블랙 매트릭스 전사층의 전사에 의해 형성될 수 있다. 열전사 요소의 선택된 부분에만 열을 적용함으로써, 열전사 요소를 가열할 수 있다. 가열 요소(예를 들면 저항 가열 요소)를 사용하고/하거나, 방사선(예를 들면 광선)을 열로 전환시키고/시키거나, 열전사 요소의 층에 전류를 가함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 많은 경우, 예를 들면 램프 또는 레이저로부터 나온 광을 사용해서 열을 전사하는 것이 유리한데, 왜냐하면 종종 정확도 및 정밀도가 달성되기 때문이다. 전사되는 패턴의 크기 및 형태(예를 들면 선, 원, 정사각형 또는 기타 형태)를, 예를 들면 광선의 크기, 광선의 노출 패턴, 열전사 요소와 광선의 접촉 시간 및/또는 열전사 요소의 물질을 선택함으로써 조절할 수 있다.
전사층을 열전사하여 블랙 매트릭스를 형성하는 것은 예를 들면 포토리소그래피 패턴화와 같은 과정의 습식 처리 단계의 한계를 극복하거나 이러한 단계를 감소시키거나 제거하는데 유용하다. 또한, 광을 사용한 열전사는 종종 보다 좋은 정확도 및 품질 관리능을 제공할 수 있다. 더욱이, 광을 사용한 열전사는 적어도 몇몇 경우에서는, 사후 또는 사전의 열전사 단계 또는 기타 방법으로 칼라필터 층, 박막 트랜지스터층 또는 전극층과 같은 기타 층을 형성할 때, 보다 좋은 배치맞춤(registration)을 제공한다.
적합한 열전사 요소의 한 예(300)가 도 3에 예시되어 있다. 열전사 요소(300)는 도너 기판(302), 임의적 프라이머(primer)층(304), 광-열 전환(LTHC)층(306), 임의적 중간층(interlayer)(308) 및 전사층(310)을 포함한다. 레이저 또는 램프와 같은 발광원으로부터 나온 광은 열전사 요소(300)를 패턴에 따라 조사하는데 사용된다. LTHC층(306)은 광에너지를 열에너지로 전환시키는 방사선 흡수체(radiation absorber)를 함유한다. 광에너지가 열에너지로 전환됨으로써 전사층(310)의 일부분이 리셉터 기판(도시되지 않음)으로 전사된다.
열전사 요소의 또다른 예(400)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 도너 기판(402), LTHC층(406), 중간층(408) 및 전사층(410)을 포함한다. 또다른 적합한 열전사 요소(500)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 도너 기판(502), LTHC층(506) 및 전사층(510)을 포함한다. 또다른 적합한 열전사 요소(600)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 도너 기판(602) 및 전사층(610)과 함께, 광에너지를 열에너지로 전환하는 방사선 흡수체를 임의적으로 도너 기판(602) 및/또는 전사층(610)내에 포함한다. 한편으로는, 열전사 요소(600)는 방사선 흡수체를 포함하지 않을 수도 있다. 전사층(610)의 열전사의 경우, 저항 가열 요소와 같은 가열 요소가 열전사 요소와 접촉하여 열전사 요소를 선택적으로 가열하고 패턴에 따라 전사층을 전사한다. 방사선 흡수체를 갖지 않는 열전사 요소(600)는 임의적으로 이형층, 중간층 및/또는 기타 층(예를 들면 저항 가열 요소가 달라붙는 것을 방지하기 위한 코팅)을 포함할 수 있다.
열전사 요소의 또다른 예(700)는, 도 7A에 도시된 바와 같이, 도너 기판(702), 임의적 프라이머층(704), 색변환층(color changing layer)(712), LTHC층(706), 임의적 중간층(708) 및 열전사층(710)을 포함한다. 또다른 열전사요소(700')는, 도 7B에 도시된 바와 같이, 색변환층(712'), 도너 기판(702'), 임의적 프라이머층(704'), LTHC층(706'), 임의적 중간층(708') 및 열전사층(710')을 포함한다. 색변환층(712)은, 조사된 부위가 다시 한번 조사될 경우 전사된 층이 열에 의해 손상되는 것을 감소시키거나 방지하도록, 색변환층의 조사 부위의 색이 변하도록 구성되어 있다. 예를 들면 블랙 매트릭스의 열과 행은 개별적으로 형성될 수 있다. 열과 행 사이의 교차점은 두번 조사된다. 색변환층은, 한번 조사된 후 또는 LTHC가 광을 1차로 흡수하면서 가열될 때, 2차 조사시에 LTHC층이 가열되는 것을 방지하거나 감소시키기 위해 광을 반사 또는 흡수하는 색으로 변한다. 이로써 전사층의 전사된 부위가 손상되는 것(즉 상면(top) 또는 모서리(edge) 조도(roughness)의 증가)이 감소하거나 방지될 수 있다. 색변환층을 본원에서 기술된 임의의 다른 열전사 요소와 함께 사용할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
방사선(예를 들면 광)을 사용한 열전사에 있어서, 다양한 방사선-발광원을 사용할 수 있다. 아날로그 기법(예를 들면 마스크를 통한 노출)에 있어서, 고출력 광원(예를 들면 크세논 플래쉬 램프 및 레이저)이 유용하다. 디지탈 이미징 기법에 있어서는, 적외선, 가시광선 및 자외선 레이저가 특히 유용하다. 적합한 레이저는 예를 들면 고출력(100mW 이상) 단일 모드 레이저 다이오드, 섬유-결합(fiber-coupled) 레이저 다이오드 및 다이오드-펌핑된(diode-pumped) 고상 레이저(예를 들면 Nd:YAG 및 Nd:YLF)를 포함한다. 레이저 노출 시간(laser exposure dwell time)은 예를 들면 약 0.1 내지 5 마이크로초일 수 있으며, 레이저 플루언스(fluence)는 약 0.01 내지 약 1J/㎠일 수 있다.
넓은 기판 면적에 대해서 고도의 스폿(spot) 배치 정확도가 요구될 때(예를 들면 고도 정보 전색 디스플레이 용도의 경우), 레이저가 방사선원으로서 특히 유용하다. 레이저는 또한 1m×1m×1.1mm 유리와 같은 크고 딱딱한 기판과, 100㎛ 폴리이미드 시이트와 같은 연속 또는 시이트 필름 기판 둘다에 사용가능하다.
저항 열 프린트 헤드 또는 어레이가, 예를 들면 LTHC층 및 방사선 흡수체를 갖지 않는 단순 도너 필름 구조물과 함께 사용될 수 있다. 이는, 문자숫자 세그먼트 디스플레이(alphanumeric segmented display)에 요구되는 것과 같이, 기판 크기가 보다 작은 경우(예를 들면 모든 방향에서 약 30㎝ 미만) 또는 보다 큰 패턴에서 특히 유용하다.
도너 기판 및 임의적 프라이머층
도너 기판은 중합체 필름일 수 있다. 적합한 유형의 중합체 필름은 폴리에스테르 필름, 예를 들면 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름이다. 그러나, (광이 가열 및 전사에 사용되는 경우) 특정 파장의 광에 대한 높은 투과율뿐만 아니라 특정 용도에 충분한 기계적 및 열 안정성을 포함하는 충분한 광학 성질을 갖는 다른 필름도 사용될 수 있다. 적어도 몇몇 경우에서는, 도너 기판은 균일한 코팅이 형성되도록 평평하다. 도너 기판은 또한 전형적으로는 LTHC층의 가열에도 불구하고 안정한 상태를 유지하는 물질로부터 선택된다. 도너 기판의 전형적인 두께는 0.025 내지 0.15㎜, 바람직하게는 0.05 내지 0.1㎜이지만 이보다 더 두껍거나 더 얇은 도너 기판도 사용될 수 있다.
전형적으로, 도너 기판 및 LTHC층에 사용되는 물질은 LTHC층과 도너 기판의접착을 개선하도록 선택된다. 후속층이 코팅되는 동안에 균일성을 증가시키고 LTHC층과 도너 기판 사이의 층간 결합 강도를 증가시키도록 임의적 프라이머층을 사용할 수 있다. 프라이머층을 갖는 적합한 기판의 한 예는 테이진 리미티드(Teijin Ltd.)(일본 오사카 소재, 제품 번호 HPE100)에서 판매되고 있다.
광-열 전환(LTHC)층
방사선-유도된 열전사의 경우, 발광원으로부터 방사되어 나온 광 에너지를 열전사 요소내로 짝지워주는(couple) 광-열 전환(LTHC)층을 열전사 요소내에 혼입하는 것이 전형적이다. LTHC층은 바람직하게는 입사 방사선(예를 들면 레이저광)을 흡수하고 입사 방사선의 적어도 일부분을 열로 전환시켜 열전사 요소로부터 전사층이 리셉터로 전사되도록 하는 방사선 흡수제를 포함한다. 몇몇 실시양태에서는 별도의 LTHC층이 존재하지 않고 그 대신에, 방사선 흡수제가, 도너 기판 또는 전사층과 같은 열전사 요소의 또다른 층내에 배치된다. 다른 실시양태에서는, 열전사 요소는 LTHC층을 포함하며, 예를 들면 도너 기판 또는 전사층과 같은 열전사 요소의 1개 이상의 다른 층내에 배치된 추가의 방사선 흡수제(들)를 또한 포함한다. 또다른 실시양태에서는, 열전사 요소는 LTHC층 또는 방사선 흡수제를 포함하지 않고, 전사층은 열전사 요소와 접촉하는 가열 요소에 의해 전사된다.
전형적으로, LTHC층(또는 기타 층)내의 방사선 흡수제는 전자기 스펙트럼내의 적외선, 가시광선 및/또는 자외선 영역내의 광을 흡수하며 이 흡수된 방사선을 열로 전환시킨다. 방사선 흡수제는 전형적으로는 특정 이미징 방사선을 많이 흡수할 수 있어서, 백색광인 경우 이미징 방사선 파장에서 0.2 내지 3 또는 0.5 내지2.5 범위의 광학밀도를 LTHC층에 부여한다. (1064㎚ 파장을 갖는 광의 경우, 광학밀도는 전형적으로 약 0.1 내지 약 2이거나 약 0.3 내지 약 1.8이다) 광학밀도는 층에 입사되는 광의 세기(a)와 층을 통해 투과되어 나오는 광의 세기의 비에 로그를 취한 값이다. 적어도 몇몇 경우에서는, 블랙 매트릭스 전사층은 비교적 높은 광학밀도를 갖기 때문에, LTHC층의 광학밀도는 백색광의 경우 1.6 내지 2.2이다(1064㎚의 파장을 갖는 광의 경우 약 1.1 내지 약 1.5이다). 코팅이 두꺼울수록 일반적으로 광학밀도는 더 커지지만, 적어도 몇몇 경우에서는, 열전사 효율이 덜하다. LTHC층이 보다 높은 광학밀도를 가질수록 전사된 층의 상면 조도는 개선될 수 있지만, 전사된 층의 모서리 조도는 증가될 수 있다.
적합한 방사선 흡수 물질은 예를 들면 염료(예를 들면 가시광선 염료, 자외선 염료, 적외선 염료, 형광 염료 및 방사선-편광 염료), 안료, 금속, 금속 화합물, 금속 필름 및 기타 적합한 흡수 물질을 포함할 수 있다. 적합한 방사선 흡수제의 예는 카본블랙, 금속 옥사이드 및 금속 설파이드를 포함한다. 적합한 LTHC층의 한 예는 카본블랙과 같은 안료 및 유기 중합체와 같은 결합제를 포함한다. 카본블랙의 양은 예를 들면 5 내지 15중량% 또는 7 내지 11중량%일 수 있다. 고함량의 카본블랙은 전사된 층의 감도 및 모서리 조도를 개선시킬 수 있지만, 상면 조도를 증가시킬 수도 있다. 저함량의 카본블랙은 2번 조사된 지점(예를 들면 블랙 매트릭스의 교차점)에서의 손상을 방지 또는 감소시킬 수 있다.
또다른 적합한 LTHC층은 얇은 필름으로서 형성된 금속 또는 금속/금속 옥사이드, 예를 들면 블랙 알루미늄(즉 흑색을 띠는 부분 산화된 알루미늄)을 포함한다. 금속성 및 금속 화합물 필름은 예를 들면 스퍼터링 및 기상 증착과 같은 기법에 의해 형성될 수 있다. 입자상 코팅은 결합제 및 임의의 적합한 건식 또는 습식 코팅 기법에 의해 제조될 수 있다.
LTHC층내에서 방사선 흡수제로서 사용되기에 적합한 염료는 입자 형태로 존재하거나, 결합제 물질에 용해된 상태이거나, 결합제 물질에 적어도 부분적으로 분산된 상태로 존재할 수 있다. 분산된 입자상 방사선 흡수제가 사용되는 경우, 입자 크기는 적어도 몇몇 경우에서는 약 10㎛ 이하일 수 있고, 약 1㎛ 이하일 수 있다. 적합한 염료는 스펙트럼의 적외선 영역에서 흡수하는 염료를 포함한다. 이러한 염료의 예를, 본원에서 참고로 인용된 마쓰오카 엠(Matsuoka,M.)의 문헌["Infrared Absorbing Materials", Plenum Press, New York, 1990]; 마쓰오카 엠의 문헌["Absorption Spectra of Dyes for Diode Lasers", Bunshin Publishing Co., Tokyo, 1990]; 미국 특허 제 4,722,583 호; 제 4,833,124 호; 제 4,912,083 호; 제 4,942,141 호; 제 4,948,776 호; 제 4,948,778 호; 제 4,950,639 호; 제 4,940,640 호; 제 4,952,552 호; 제 5,023,229 호; 제 5,024,990 호; 제 5,156,938 호; 제 5,286,604 호; 제 5,340,699 호; 제 5,351,617 호; 제 5,360,694 호; 및 제 5,401,607 호; 유럽 특허 제 321,923 호 및 제 568,993 호; 및 베일로 케이 에이(Beilo, K.A.)등의 문헌[J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,1993,452-454(1993)]에서 찾을 수 있다. 미국 플로리다 레이크랜드 소재의 글렌데일 프로텍티브 테크놀로지스 인코포레이티드(Glendale Protective Technologies, Inc.)에서 시아소브(CYASORB) IR-99, IR-126 및 IR-165라는 상표로 판매되는 적외선 흡수제가사용될 수도 있다. 흡수 파장 범위뿐만 아니라 특정 결합제 및/또는 코팅 용매에서의 용해도 및 이들과의 혼화성과 같은 인자를 고려하여 특정 염료를 선택할 수 있다.
안료도 LTHC층에서 방사선 흡수제로서 사용될 수 있다. 적합한 안료의 예는 카본블랙 및 흑연뿐만 아니라 프탈로시아닌, 니켈 디티올렌, 및 본원에서 참고로 인용된 미국 특허 제 5,166,024 호 및 제 5,351,617 호에 기술된 기타 안료를 포함한다. 또한, 예를 들면 피라졸론 옐로우, 디아니시딘 레드 및 니켈 아조 옐로우의 구리 또는 크롬 착체-기재의 블랙 아조 안료도 유용할 수 있다. 예를 들면 알루미늄, 비스무스, 주석, 인듐, 아연, 티탄, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 코발트, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 지르코늄, 철, 납 및 텔루륨과 같은 금속의 옥사이드 및 설파이드를 포함하는 무기 안료도 사용될 수 있다. 금속 보라이드, 카바이드, 니트라이드, 카보니트라이드, 청동-구조 옥사이드 및 구조적으로 청동류와 연관된 옥사이드(예를 들면 WO2.9)가 사용될 수도 있다.
금속 방사선 흡수제는, 본원에서 참고로 인용된 미국 특허 제 4,252,671 호에 기술된 바와 같이 입자 형태로 사용되거나, 본원에서 참고로 인용된 미국 특허 제 5,256,506 호에 개시된 바와 같이 필름으로서 사용될 수 있다. 적합한 금속은, 예를 들면 알루미늄, 비스무스, 주석, 인듐, 텔루륨 및 아연을 포함한다.
지적한 바와 같이, 입자상 방사선 흡수제는 결합제내에 존재할 수 있다. 코팅내의 방사선 흡수제의 중량%는(용매를 제외하고 중량%를 계산함), 적어도 부분적으로는 LTHC에 사용된 특정 방사선 흡수제(들) 및 결합제(들)에 따라서, 일반적으로 1 내지 30 중량%, 바람직하게는 3 내지 20 중량%, 가장 바람직하게는 5 내지 15 중량%이다.
LTHC층에 사용되기에 적합한 결합제는 예를 들면 페놀 수지(예를 들면 노볼락 및 레졸 수지), 폴리비닐 부티랄 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리아크릴레이트, 셀룰로스성 에테르 및 에스테르, 니트로셀룰로스 및 폴리카보네이트와 같은 필름-형성 중합체를 포함한다. 적합한 결합제는 중합 또는 가교결합되거나 중합 또는 가교결합 가능한 단량체, 올리고머 또는 중합체를 포함할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 결합제는 주로 가교결합이능한 단량체 및/또는 올리고머와 임의적 중합체의 코팅에 의해 형성된다. 중합체가 결합제에 사용되는 경우, 결합제는 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 45 중량%(용매를 제외하고 중량%를 계산)의 중합체를 포함한다.
도너 기판상에 코팅을 수행시, 단량체, 올리고머 및 중합체는 가교결합되어 LTHC를 형성한다. 몇몇 실시양태에서, LTHC층의 가교결합이 너무 적은 경우, LTHC층은 열에 의해 손상되고/되거나 LTHC층의 일부가 전사층과 함께 리셉터로 전사될 수 있다.
열가소성 수지(예를 들면 중합체)의 혼입으로 인해 적어도 몇몇 경우에서는 LTHC층의 성능(예를 들면 전사성 및/또는 코팅성(coatability))이 개선될 수 있다. 열가소성 수지가 도너 기판에 대한 LTHC층의 접착을 개선시킬 수 있다고 생각된다. 한 실시양태에서, 결합제는 25 내지 50 중량%의 열가소성 수지, 바람직하게는 30내지 45 중량%의 열가소성 수지(용매를 제외하고 중량%를 계산)를 포함하지만, 이보다 적은 양(예를 들면 1 내지 15 중량%)의 열가소성 수지가 사용될 수도 있다. 열가소성 수지는 전형적으로 결합제의 다른 물질과 혼화성인 것(즉 단일상 복합체를 형성)으로 선택된다. 본원에 참고로 인용된 문헌[Polymer Handbook, J.Brandrup, ed., pp. VII 519-557(1989)]에 기술된 바와 같이 용해도는 혼화성의 척도로 사용될 수도 있다. 적어도 몇몇 실시양태에서, 9 내지 13(cal/㎤)1/2, 바람직하게는 9.5 내지 12(cal/㎤)1/2의 용해도를 갖는 열가소성 수지가 결합제에 사용될 수 있다. 적합한 열가소성 수지의 예는 폴리아크릴, 스티렌-아크릴 중합체 및 수지, 및 폴리비닐 부티랄을 포함한다.
코팅 공정을 쉽게 하도록 계면활성제 및 분산제와 같은 통상적인 코팅 보조제를 첨가할 수 있다. LTHC층은 당해 분야에 공지된 다양한 코팅 방법에 의해 도너 기판상에 코팅될 수 있다. 적어도 몇몇 경우에서는, 중합체성 또는 유기 LTHC층은 0.05 내지 20㎛, 바람직하게는 0.5 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 7㎛의 두께로 코팅된다. 적어도 몇몇 경우에서는, 무기 LTHC층은 0.001 내지 10㎛, 바람직하게는 0.002 내지 1㎛의 두께로 코팅된다.
중간층
임의적 중간층은 전사층의 전사되는 부분의 손상 및 오염을 최소화하는데 사용되며, 전사층의 전사되는 부분내의 변형을 감소시킬 수도 있다. 중간층은 열전사 요소의 나머지 부분에 대한 전사층의 접착에도 영향을 미칠 수 있다. 전형적으로, 중간층은 높은 내열성을 갖는다. 바람직하게는, 중간층은 이미징 조건하에서, 특히는 전사된 이미지를 비-작용성으로 만들 정도로 변형되거나 화학적으로 분해되지 않는다. 중간층은 전형적으로 전사 과정 동안에 LTHC층과 접촉 상태를 유지하며 전사층과 함께 실질적으로 전사되지 않는다.
적합한 중간층은 예를 들면 중합체 필름, 금속층(예를 들면 기상 증착된 금속층), 무기층(예를 들면 무기 옥사이드(예를 들면 실리카, 티타니아 및 기타 금속 옥사이드)의 졸-겔 증착된 층 및 기상 증착된 층), 및 무기/유기 복합층을 포함한다. 중간층 물질로서 적합한 유기 물질은 열경화성 및 열가소성 물질 둘다를 포함한다. 적합한 열경화성 물질은 열, 방사선 또는 화학적 처리에 의해 가교결합될 수 있는 수지로서, 가교결합된 또는 가교결합 가능한 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리에스테르, 에폭시드 및 폴리우레탄을 포함하지만 여기에만 국한되는 것은 아니다. 열경화성 물질은 예를 들면 열가소성 전구체로서 LTHC층상에 코팅된 후 가교결합되어 가교결합된 중간층을 형성할 수 있다.
적합한 열가소성 물질은 예를 들면 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리설폰, 폴리에스테르 및 폴리이미드를 포함한다. 이들 열가소성 유기 물질은 통상적인 코팅 기법(예를 들면 용매 코팅, 분무 코팅 또는 압출 코팅)에 의해 도포될 수 있다. 전형적으로 중간층에 사용되기에 적합한 열가소성 물질의 유리전이온도(Tg)는 25℃ 이상, 바람직하게는 50℃ 이상, 더욱 바람직하게는 100℃ 이상, 가장 바람직하게는 150℃ 이상이다. 몇몇 실시양태에서,중간층은 이미징 동안에 전사층이 갖는 어떠한 온도보다도 높은 Tg를 갖는 열가소성 물질을 포함한다. 중간층은 이미징 방사선 파장에서 투과성, 흡수성, 반사성 또는 그의 조합 성질을 가질 수 있다.
중간층 물질로서 적합한 무기 물질은, 예를 들면 이미징 광 파장에서 높은 투과성 또는 반사성인 물질을 포함하여, 금속, 금속 옥사이드, 금속 설파이드 및 무기 탄소 코팅을 포함한다. 이러한 물질은 통상적인 기법(예를 들면 진공 스퍼터링, 진공 기상 증착 또는 플라즈마 제트 증착)으로 광-열 전환층에 도포될 수 있다.
중간층은 많은 잇점을 제공할 수 있다. 중간층은 광-열 전환층으로부터의 물질의 전사를 막는 장벽일 수 있다. 중간층은, 열적으로 불안정한 물질이 전사될 수 있도록 전사층의 온도를 조절할 수 있다. 예를 들면 중간층은 중간층과 전사층 사이의 계면의 온도를, LTHC층의 온도에 대해 조절하는 열 확산제(thermal diffuser)로서 작용할 수도 있다. 이로써 전사된 층의 품질(즉 표면 조도, 모서리 조도 등)이 개선될 수 있다. 중간층의 존재로 인해 전사된 물질내의 플라스틱 메모리가 개선된다.
중간층은 첨가제, 예를 들면 광개시제, 계면활성제, 안료, 가소제 및 코팅 보조제를 함유할 수 있다. 중간층의 두께는 예를 들면 중간층 물질, LTHC층의 물질, 전사층의 물질, 이미징 방사선의 파장 및 열전사 요소를 이미징 방사선에 노출시키는 시간과 같은 인자에 따라 달라질 수 있다. 중합체 중간층의 경우, 중간층의 두께는 전형적으로 0.05 내지 10㎛, 바람직하게는 약 0.1 내지 4㎛, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3㎛, 가장 바람직하게는 0.8 내지 2㎛이다. 무기 중간층의 경우(예를 들면 금속 또는 금속 화합물 중간층), 중간층의 두께는 전형적으로 0.005 내지 10㎛, 바람직하게는 약 0.01 내지 3㎛, 더욱 바람직하게는 약 0.02 내지 1㎛이다.
색변환층
열전사 요소는 임의적으로, 열전사 요소의 동일 부분이 두번 이상 조사 또는 가열되는 경우, 전사층의 전사된 부분이 손상되는 것을 감소시키거나 방지하는 색변환층을 포함할 수 있다. 예를 들면 블랙 매트릭스의 열과 행이 열전사 요소를 바꾸지 않고 개별적으로 전사될 때 이러한 일이 일어날 수 있다. 열과 행이 교차하는 지점(즉 교차점)은 두번 이상 조사되거나 가열된다. 색변환층은 조사 파장의 광에 노출되거나 열에 노출될 때 색이 변하는 물질을 포함한다. 바람직하게는 이 물질은 광 및/또는 열에 1차 노출되기 전에는 색을 크게 바꾸지 않는다.
적어도 몇몇 실시양태에서, 색변환층은 적어도 LTHC층을 가열하는데 사용되는 광의 파장에 실질적으로 투명하다. 색변환층이 조사광 또는 LTHC층에 의해 생성된 열에 노출되면, 색변환층은 변색되어 LTHC층을 조사하는데 사용된 광의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 반사 및/또는 흡수한다. 따라서 2차 조사시, LTHC는 가열되지 않거나 보다 조금 가열됨으로써, 전사층의 이미 전사된 부분의 손상이 감소 또는 방지된다.
색변환층은 예를 들면 도너 기판과 광-열 전환층 사이에 배치되거나 광-열전환층의 반대쪽에 있는 도너 기판상에 배치될 수 있다. 적합한 코팅은 예를 들면 도너 기판에 도포될 수 있는 류코(leuco) 염료를 포함한다. 류코 염료는 도포될 당시에는 무색이지만 열에 노출되면 흑색으로 변할 수 있다. 적합한 예를 하나 들자면 미국 뉴욕주 쉐넥터디 소재의 쉐넥터디 인터네셔날(Schenectady International)로부터 시판되는 퍼가스크립트 블랙 I-R(Pergascript Black I-R)과 HRJ 11842 징크-모디파이드 레진(HRJ 11842 Zinc-Modified Resin)의 복합체이다.
블랙 매트릭스 열전사층
블랙 매트릭스 열전사층은 전형적으로, 전사시 리셉터 기판상에 얇은 고 광학밀도 코팅을 형성할 수 있는 물질로 제조된다. 적어도 몇몇 경우에서, 특히 블랙 매트릭스 코팅이 리셉터 기판상의 전기전도성 요소들을 분리시키는 경우, 블랙 매트릭스 열전사층은, 전사시에, 인접한 전기전도성 요소들간의 누화를 방지할만큼의 비교적 높은 저항률을 갖는 물질로 제조된다.
블랙 매트릭스 열전사층은 전형적으로 결합제내에 안료 또는 염료를 포함한다. 적합한 안료는 카본블랙이다. 카본블랙이 전도체이기는 하지만, 놀랍게도 1×108Ω·㎝ 또는 1×1010Ω·㎝ 또는 1×1013Ω·㎝ 이상의 저항률을 갖는, 두께 0.5 내지 1.5㎛의 얇은 고 광학밀도 블랙 매트릭스 코팅이 형성될 수 있음이 밝혀졌다. TFT 블랙 매트릭스와 같은 몇몇 용도에서는, 블랙 매트릭스의 저항률은, 인접한 전기전도성 소자, 예를 들면 박막 트랜지스터와 이 트랜지스터를 제어기에 접속하는 도선을 분리시키도록, 약 1×1010Ω·㎝ 또는 더 한층 1×1013Ω·㎝이어야한다. 칼라필터 블랙 매트릭스와 같은 다른 용도에서는, 1×109Ω·㎝ 또는 1×108Ω·㎝면 충분하고, 어떤 경우에는, 1×106Ω·㎝면 충분할 수 있다.
블랙 매트릭스 열전사층의 두께는 소자의 다른 부품들(예를 들면 디스플레이 소자)과 함께 비교적 평탄한 표면을 제공할 수 있는 것으로 선택될 수 있다. 예를 들면, TFT 블랙 매트릭스는 박막 트랜지스터(TFT)의 적어도 일부와 함께 비교적 평탄하도록 하는 두께를 가질 수 있다. 칼라필터 블랙 매트릭스는 블랙 매트릭스가 칼라필터와 함께 비교적 평탄하도록 하는 두께를 가질 수 있다. 적합한 범위의 두께의 예는 0.5 내지 1.5㎛ 또는 0.7 내지 1.1㎛를 포함한다. 그러나, 이보다 더 두껍거나 더 얇은 블랙 매트릭스가 형성될 수도 있지만, 동일 함량의 카본블랙에 대해서 더 얇은 블랙 매트릭스가 전형적으로 더 낮은 광학밀도를 갖는다.
적합한 블랙 매트릭스 전사층은 (용매를 제외하고) 40 내지 55 중량%, 바람직하게는 45 내지 50 중량%의 카본블랙, 2 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 8 중량%의 분산제 및 35 내지 58 중량%의 결합제를 포함한다. 결합제는 예를 들면 페놀 수지(예를 들면 노볼락 및 레졸 수지), 폴리비닐 부티랄 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리아크릴레이트, 셀룰로스성 에테르 및 에스테르, 니트로셀룰로스, 에폭시 수지 및 폴리카보네이트와 같은 1개 이상의 필름-형성 중합체를 포함하는 임의의 다양한 중합체성 조성물일 수 있다. 적합한 결합제는 중합 또는 가교결합되거나 중합 또는 가교결합 가능한 단량체, 올리고머 또는 중합체를 포함할 수 있다.
분산제는 카본블랙이 결합제내에 분산되도록 돕는다. 분산이 잘 되면 균일성이 획득되고 따라서 원하는 저항률보다 낮은 저항률을 갖는 영역의 생성이 감소 또는 방지된다. 또한 분산이 잘 되면, 일반적으로 일정 카본블랙 함량에 대해서 보다 큰 광학밀도가 달성된다. 적합한 분산제의 예는 디스퍼바이크 182(Disperbyk 182), 디스퍼바이크 163, 디스퍼바이크 160, 디스퍼바이크 164(미국 코넥티컷주 월링포드 소재의 바이크케미(BykChemie)) 등을 포함한다. 블랙 매트릭스 전사층은 예를 들면 2 내지 10 중량% 또는 3 내지 8 중량%의 분산제를 포함할 수 있다. 특정 분산제는 사용되는 카본블랙의 종류에 따라 결정될 수 있다. 카본 블랙 및 분산제는 적합한 용매, 및 예를 들면 볼 밀(ball mill) 또는 이거 밀(Eiger mill)과 같은 분산 장치에 의해 혼합될 수 있다. 계면활성제와 같은 기타 통상적인 코팅 보조제가 코팅 공정을 쉽게 하기 위해서 첨가될 수 있다.
다양한 상이한 종류의 카본블랙이 사용될 수 있다. 카본블랙은 예를 들면 8 내지 200㎚ 또는 그 이상의 다양한 크기로 수득될 수 있다. 또한, 카본블랙 입자들은 응집된다. 임의의 크기의 카본블랙 입자가 사용되는 경우, 바람직한 카본블랙은 평균 입경이 약 20 내지 35㎚이고, 더욱 바람직하게는 약 22 내지 30㎚이다. 추가로, 바람직한 카본블랙은 휘발성 물질을, DIN 53552로 측정시, 전형적으로 2 중량%보다 많이, 바람직하게는 2 내지 6 중량%로 포함한다. 더욱이, 바람직한 카본블랙은 DIN 53601로 측정시, 카본블랙 100g당 약 45 내지 70㎖의 디부틸 프탈레이트(DPB) 흡수율을 갖지만, 120㎖ 이상의 DPB 흡수율도 허용가능할 수 있다. 이러한 성질을 갖는 카본블랙의 예는 스페셜 블랙(Special Black 550), 350, 4 및4A(미국 오하이오주 듀블린 소재의 데구사 코포레이션(Degussa Corp.)) 및 모귤 엘(Mogul L)(미국 일리노이주 투스콜라 소재의 카봇 코포레이션(Cabot Corp.))을 포함한다.
블랙 매트릭스 전사층의 광학밀도는 전형적으로 비교적 높아서, 블랙 매트릭스는 주위 광의 적어도 일부분을 흡수할 수 있고 사람 육안으로 구별가능할 만큼 충분한 콘트라스트를 제공할 수 있다. 광학밀도는 예를 들면 안료 또는 염료(예를 들면 카본블랙)의 함량, 블랙 매트릭스 전사층의 다른 성분 및 층의 두께를 포함하는 다양한 인자들에 따라 달라진다. 전형적으로 블랙 매트릭스 전사층의 광학밀도는 백색광의 경우 2.4 이상이고, 몇몇 실시양태에서는 백색광의 경우 3.0 이상, 또는 3.2 이상인 것으로 선택된다.
리셉터
리셉터 기판은 유리, 투명 필름, 금속, 반도체, 다양한 종이 및 플라스틱을 포함하나 여기에만 국한되지는 않는 특정 용도에 적합한 임의의 물질일 수 있다. 리셉터 기판은 전형적으로 디스플레이 용도에 적합한 임의의 유형의 기판이다. 액정 디스플레이에 사용되기에 적합한 리셉터 기판은 가시광선을 실질적으로 투과하는 경질 또는 가요성 기판을 포함한다. 비-복굴절성 기판이 특히 적합하다. 경질 기판의 예는 유리, 인듐 틴 옥사이드 코팅된 유리, 저온 폴리실리콘(LTPS) 및 경질 플라스틱을 포함한다. 적합한 가요성 기판은 실질적으로 투명하고 투과성인 중합체 필름을 포함한다. 적합한 중합체 기판은 폴리에스테르 베이스(예를 들면 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트), 폴리카보네이트 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리비닐 수지(예를 들면 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐 아세탈 등), 셀룰로스 에스테르 베이스(예를 들면 셀룰로스 트리아세테이트, 셀룰로스 아세테이트) 및 다양한 이미징 분야에서 지지체로서 사용되는 기타 통상적인 중합체성 필름을 포함한다. 2 내지 100mil(즉 0.05 내지 2.54㎜)의 투명 중합체성 필름이 바람직하다.
유리 기판의 경우, 전형적인 두께는 0.2 내지 2.0㎜이다. 두께가 1.0㎜ 이하 또는 더 한층 0.7㎜ 이하인 유리 기판을 사용하는 것이 종종 바람직하다. 기판이 얇을수록 더 얇고 가벼운 디스플레이가 얻어진다. 그러나 어떤 가공, 취급 및 조립 조건은 더 두꺼운 기판을 요구하기도 한다. 예를 들면, 어떤 조립 조건은 기판 사이에 스페이서가 배치되도록 디스플레이 조립체를 압축할 것을 요구할 수 있다. 보다 가벼운 디스플레이를 얻기 위한 얇은 기판 및 신뢰성 있는 취급 및 가공을 위한 두꺼운 기판을 균형있게 고려함으로써 특정 디스플레이 치수에 바람직한 기판을 얻을 수 있다.
기판이 중합체성 필름인 경우, 필름은 이 필름이 집적될 디스플레이의 공정을 실질적으로 방해하지 못하도록 비-복굴절성인 것이 바람직하다. 비-복굴절성 기판의 예는 용매 주조된 폴리에스테르이다. 그 전형적인 예는, 9,9-비스-(4-하이드록시페닐)-플루오렌 및 이소프탈산, 테레프탈산 또는 그의 혼합물로부터 유도된 반복되고 공중합된(interpolymerized) 단위로 이루어지거나 이들로 실질적으로 이루어진 중합체(이 중합체는 균일한 필름 형성을 허용하도록 올리고머 함량이 충분히 낮음 (즉 분자량이 약 8000 이하인 화학종))로부터 유도된 것이다. 이 중합체는 미국 특허 제 5,318,938 호에서 열전사 수용 요소내의 한 성분으로서 개시되어 있다. 또다른 부류의 비-복굴절성 기판은 무정형 폴리올레핀(예를 들면 니폰 제온 캄파니 리미티드(Nippon Zeon Co., Ltd.)에서 제오넥스(Zeonex(등록상표))라는 상표명으로 판매되고 있는 것)이다.
작동
이미징 동안에, 열전사 요소는 전형적으로 리셉터와 밀착된다. 적어도 몇몇 예에서는, 압력 또는 진공에 의해 열전사 요소가 리셉터와 밀착된다. 이어서 방사선원에 의해 LTHC층(및/또는 방사선 흡수제를 함유하는 기타 층(들))이 이미지지향 방식(예를 들면 디지탈 방식 또는 마스크를 통한 아날로그 방식 노출)으로 가열되어, 전사층이 열전사 요소로부터 리셉터로 패턴에 따라 이미지지향 전사된다.
전형적으로, LTHC층이 사용되는 경우, 광은 도너 기판을 통과하여 LTHC층을 가열한다. 그러나, 어떤 경우에는, LTHC층이 사용되지 않고 광이 리셉터 기판을 통과하여, 카본블랙 및/또는 기타 방사선 흡수제를 함유하는 블랙 매트릭스 전사층을 가열한다. 그 결과, 상면 및/또는 모서리 조도가 개선될 수 있다. 또한, 별도의 LTHC층이 사용되지 않기 때문에 열전사 요소에 보다 적은 층이 필요하다. 더욱이, 전사에 필요한 광에너지(즉 열)의 양이 LTHC를 갖는 열전사 요소보다 적을 수 있다.
한편으로는, 저항 가열 요소와 같은 가열 요소에 의해 다성분 전사 장치가 전사될 수 있다. 열전사 요소는, 열전사층의 일부가 패턴에 따라 열전사될 수 있도록, 가열 요소와 선택적으로 접촉한다. 또다른 실시양태에서, 열전사 요소는 층에 가해진 전류를 열로 전환시킬 수 있는 층을 포함할 수 있다.
전형적으로, 임의적 중간층 및 LTHC층과 같은 열전사 요소의 기타 임의의 층은 전사되지 않고, 전사층이 리셉터에 전사된다. 임의적 중간층이 존재함으로써 LTHC층의 리셉터로의 전사가 제거 또는 감소되고/되거나 전사층의 전사된 부분내의 변형이 감소된다. 바람직하게는, 이미징 조건하에서, 중간층은 전사층에 접착하는 것보다 더 강하게 LTHC층에 접착한다. 어떤 경우에서는, 반사성 중간층을 사용하여 중간층을 투과하는 이미징 방사선의 수준을 감쇠시키고, 투과된 방사선이 전사층 및/또는 리셉터와 상호작용하여 생길 수 있는, 전사층의 전사된 부분의 임의의 손상을 감소시킬 수 있다. 이는 리셉터가 이미징 방사선을 매우 잘 흡수할 경우에 일어날 수 있는 열 손상을 감소시키는데 특히 유리하다.
레이저 노출 동안에는, 이미징된 물질로부터 여러번 반사되어 야기된 간섭 패턴의 형성을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 가장 통상적인 방법은 미국 특허 제 5,089,372 호에 기술된 바와 같이, 열전사 요소의 표면을 입사 방사선의 규모로 효과적으로 거칠게 만드는 것(roughen)이다. 이는 입사 방사선의 공간적 응집을 와해시켜 자가-간섭(self-interference)을 최소화하는 효과를 갖는다. 또다른 방법은 열전사 요소내에 반사방지(antireflection) 코팅을 사용하는 것이다. 반사방지 코팅을 사용하는 것은 공지되어 있으며, 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,171,650 호에 기술된 바와 같이, 1/4 파장 두께의 마그네슘 플루오라이드와 같은 코팅으로 이루어질 수 있다.
길이 및 폭이 1m 이상인 열전사 요소를 포함하는 대형 열전사 요소가 사용될수 있다. 작동시에, 레이저는 이 대형 열전사 요소를 가로질러 횡선주사되거나(rastered) 달리 이동할 수 있어서, 레이저는 원하는 패턴에 따라 열전사 요소의 일부분을 조사하도록 선택적으로 작동한다. 한편으로는, 레이저는 고정식일 수 있어서 열전사 요소 및/또는 리셉터 기판이 레이저 밑에서 움직인다.
어떤 경우에서는, 광학 디스플레이와 같은 소자를 형성하는데에 2개 이상의 상이한 열전사 요소를 순차적으로 사용하는 것이 필요하고/하거나 바람직하고/하거나 편리할 수 있다. 예를 들면, 블랙 매트릭스를 형성한 후 블랙 매트릭스의 창 내에 칼라필터를 열전사할 수 있다. 다른 예로서, 블랙 매트릭스를 형성한 후, 박막 트랜지스터의 1개 이상의 층을 열전사할 수 있다. 2개 이상의 열전사 요소의 기타 다양한 조합을 사용하여 소자를 형성할 수 있고, 각각의 열전사 요소는 소자의 1개 이상의 부분을 형성한다. 블랙 매트릭스는, 소자의 다른 부품들이 기판상에 배치되기 전 및/또는 후에 열전사될 수 있다. 이러한 다른 부품들중 몇개 또는 전부가 열전사에 의해 형성되거나 열전사에 의해 형성되지 않을 수 있다.
달리 언급이 없는 한, 화학물질은 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 캄파니(Aldrich Chemical Company)로부터 입수된 것이다. 레이저 전사 시스템은 CW Nd:YAG 레이저, 광음향 변조기(acousto-optic modulator), 조준 및 빔 팽창 광학계(collimating and beam expanding optics), 광학절연체(optical isolator), 리니어 갈보노미터(linear galvonometer) 및 에프-세타 스캔 렌즈(f-theta scan lens)를 포함한다. Nd:YAG 레이저는 TEM 00 모드에서 작동하며 총 7.5와트를 출력한다. 스캐닝을, 고정밀 선형 검류계(미국 매사추세츠주 캠브리지 소재의 캠브리지 테크놀로지 인코포레이티드(Cambridge Technology Inc.))을 사용하여 수행하였다. 레이저를 1/e2세기 수준으로 측정 직경이 140㎛인 가우스 스폿(Gaussian spot)에 초점을 맞추었다. 에프-세타 스캔 렌즈를 사용하여 스캔 폭 전반에 걸쳐 스폿을 일정하게 유지하였다. 레이저 스폿을, 5.6m/sec 속도로 이미지 표면을 가로질러 스캐닝하였다. 에프-세타 스캔 렌즈는 스캔 속도를 0.1% 이내로 균일하게 유지하고, 스폿 크기를 ±3 마이크론 이내로 일정하게 유지하였다.
실시예 1
기판/LTHC/중간층 요소의 제조
70 중량% 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 및 30 중량% 메틸 에틸 케톤을 포함하는 용매에, 표 1에 따른 LTHC 코팅을 용해시킴으로써 카본블랙 광-열 전환층을 제조하였다. 이 용액을, 직선 ㎝당 381개의 나선형 셀(helical cell)을 갖는(직선 인치당 150개의 나선형 셀을 갖는) 마이크로그라비야 롤(microgravure roll)을 사용하여 야스이 세이키 랩 코터(Yasui Seiki Lab Coater) 모델 CAG-150(미국 인디애나주 블루밍톤 소재의 야스이 세이키 캄파니(Yasui Seiki Co.))로 0.1㎜ PET 기판상에 코팅하였다.
LTHC 코팅
성분 중량%
래이븐 760 울트라(Raven(등록상표) 760 Ultra) 카본블랙 안료(미국 조지아주 애틀란타 소재의 콜럼비안 케미칼스(Columbian Chemicals)에서 판매) 8.0
버트바 B-98(Butvar(등록상표), B-98)(미국 미주리주 세인트루이스 소재의 몬산토(Monsanto)에서 판매되는 폴리비닐부티랄 수지) 1.4
존크릴 67(Joncryl(등록상표)67)(미국 위스콘신주 래신 소재의 에스 씨 존슨 앤드 선(S.C.Johnson & Son)에서 판매되는 아크릴 수지) 4.2
엘바시트 2669(Elvacite(등록상표)2669(미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 아이씨아이 아크릴릭스(ICI Acrylics)에서 판매되는 아크릴 수지) 31.8
디스퍼바이크 161(Disperbyk(등록상표)161)(미국 코넥티컷주 월링포드 소재의 바이크 케미(Byk Chemie)에서 판매되는 분산 보조제) 0.7
FC-430(등록상표)(미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠(3M)에서 판매되는 플루오로케미칼 계면활성제) 0.03
에베크릴 629(Ebecryl(등록상표)629)(미국 사우쓰캐롤라이나주 엔 오거스타 소재의 유씨비 래드큐어(UCB Radcure)에서 판매되는 에폭시 노볼락 아크릴레이트) 47.6
이가큐어 369(Irgacure(등록상표)369)(미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼스(Ciba Specialty Chemicals)에서 판매되는 광경화제) 5.3
이가큐어 184(미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼스에서 판매되는 광경화제) 0.8
코팅을 40℃에서 일렬로(in-line) 건조시키고, H-벌브(H-bulb)를 갖는 퓨전 시스템스(Fusion Systems) 모델 I600(400W/in) 자외선 경화 시스템을 사용하여 6.1m/분으로 자외선-경화시켰다. 건조된 코팅의 두께는 약 3㎛였다. 이렇게 얻은 LTHC층의 광학밀도는 약 1.8이었다.
야스이 세이키 랩 코터 모델 CAG-150(미국 인디애나주 블루밍톤 소재의 야스이 세이키 캄파니)을 사용하여, 표 2에 따른 중간층 코팅 용액을 광-열 전환층의 카본블랙 코팅상에 로토그라비야(rotogravure) 코팅시켰다. 이 코팅을 40℃에서 일렬로 건조시키고, H-벌브를 갖는 퓨전 시스템스 모델 I600(600W/in)을 사용하여 6.1m/분으로 자외선-경화시켰다. 이렇게 얻은 중간층 코팅의 두께는 약 1.7 마이크론이었다.
중간층 코팅 용액
성분 중량%
버트바 B-98 0.98
존크릴 67 2.95
사토머 SR351(Sartomer(등록상표)SR351)(미국 팬실바니아주 엑스톤 소재의 사토머(Sartomer)에서 판매되는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트) 15.75
이가큐어 369 1.38
이가큐어 184 0.2
1-메톡시-2-프로판올 31.5
메틸 에틸 케톤 47.24
실시예 2
블랙 매트릭스 열전사 요소의 형성
28 중량% 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트와 82 중량% 메틸 에틸 케톤의 용매중에서, 30 중량% 지크릴(GCryl) 6005(미국 오하이오주 신시네티 소재의 헨켈 코포레이션(Henkel Corp.)에서 판매되는 아크릴 수지), 18.8 중량% 에폰(Epon) SU-8(미국 텍사스주 휴스톤 소재의 쉘 케미칼 캄파니(Shell Chemical Co.)에서 판매되는 에폭시 수지), 45 중량% 모귤 엘(미국 일리노이주 투스콜라 소재의 카봇 코포레이션에서 판매되는 카본블랙) 및 6.2 중량% 디스퍼바이크 182(미국 코넥티컷주 월링포드 소재의 바이크 케미)를 포함하는 고체를 혼합함으로써 블랙 매트릭스 열전사 코팅을 제조하였다. 우선 카본블랙, 디스퍼바이크, 지크릴 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트를 이거 밀에서 90분동안 혼합한 후, 나머지 물질을 첨가하였다.
야스이 세이키 랩 코터 모델 CAG-150(미국 인디애나주 블루밍톤 소재의 야스이 세이키 캄파니)을 사용하여, 실시예 1의 기판/LTHC/중간층 요소의 층 사이에 블랙 매트릭스 열전사 코팅을 두께 약 0.94㎛로 코팅시켰다. 블랙 매트릭스 열전사 코팅의 광학밀도는 약 3.2였다.
실시예 3 내지 8
블랙 매트릭스층의 형성
실시예 1 및 2에 따라, 6개의 블랙 매트릭스 열전사 요소를 제조하되, 표 3에 나타난 바와 같이 블랙 매트릭스 전사층내의 카본블랙 함량과 블랙 매트릭스 전사층의 두께를 상이하게 하였다. 각 실시예에서, 분산제(즉 디스퍼바이크 182) 대 카본블랙의 비는 동일하게 유지되었고, 두 수지의 양은 카본블랙의 양이 증가함에 따라 비례적으로 감소되었다. 각 블랙 매트릭스 전사층은 약 3.2의 광학밀도를 가졌다. 각 경우에서, 블랙 매트릭스를 5.3m/s의 선형 스캔 속도로써 유리 리셉터에 이미징시켰다. 그 결과, 블랙 매트릭스 전사층이, 모서리가 매우 균일하고 상면이 평평한 폭 100 마이크론의 선으로서, 균일하게 전사되었다. 보다 작은 스폿 크기를 갖는 레이저를 사용하여 15 내지 20 마이크론의 선을 또한 제조하였다. ASTM D257에 의해 측정된, 각 층의 부피 저항률은 표 3에 나타나 있다.
블랙 매트릭스 전사 요소의 조성 및 이를 사용해 얻은 결과
실시예 카본블랙(중량%) 두께(㎛) 저항률(Ωㆍ㎝)
3 45 0.94 1.1×1013
4 46 0.92 5.1×1011
5 47 0.90 4.0×1010
6 48 0.88 6.9×109
7 49 0.86 1.1×109
8 50 0.85 1.4×108
본 발명은 전술된 특정 실시예로만 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구의 범위에 명시된 본 발명의 모든 양태를 망라하는 것으로 이해해야 한다. 당해 분야의 숙련자라면, 본 명세서를 숙지함으로써, 본 발명이 적용될 수 있는 수많은 구조물뿐만 아니라 다양한 변형물, 동등한 공정도 가능하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 기판; 이 기판상에 배치되어 있으며, 각각이 픽셀 요소를 작동시키기 위한 전기전도성 요소를 포함하는 다수의 픽셀 요소; 및 픽셀 요소들 사이에 배치되어 있으며, 인접한 픽셀 요소들 사이에 광학 콘트라스트를 제공할 정도의 충분한 광학밀도, 인접한 픽셀 요소들의 전기전도성 요소들 사이의 누화(cross-talk)를 실질적으로 방지하는 저항률, 및 인접한 전기전도성 요소의 적어도 일부분과 함께 실질적으로 평탄성(planarity)을 유지하도록 하는 두께를 갖는 블랙 매트릭스(black matrix)를 포함하는 광학 디스플레이.
  2. 광-열 전환층(light-to-heat conversion layer)을 도너(donor) 기판상에 형성하는 단계;
    블랙 매트릭스 전사층을 광-열 전환층 위에 형성하는 단계;
    디스플레이 소자의 기판을 블랙 매트릭스 전사층과 접촉시키는 단계;
    1개 이상의 파장을 갖는 광을 광-열 전환층에 패턴에 따라 선택적으로 광조사하여, 상기 광을 광-열 전환층에 의해 열에너지로 전환시키는 단계;
    블랙 매트릭스 전사층의 일부분을 디스플레이 소자의 기판에 패턴에 따라 열전사시켜, 다수의 픽셀 요소를 한정하며, 인접한 픽셀 요소들 사이에 광학 콘트라스트를 제공할 정도의 충분한 광학밀도, 인접한 픽셀 요소들의 전기전도성 요소들 사이의 누화를 실질적으로 방지하는 저항률, 및 인접한 전기전도성 요소의 적어도일부분과 함께 실질적으로 평탄성을 유지하도록 하는 두께를 갖는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    디스플레이 소자의 기판상에서 각각의 픽셀 요소에 대해 전기전도성 요소를 형성하는 단계 (이로써, 블랙 매트릭스가 인접한 전기전도성 요소들을 분리시킴)
    를 포함하는, 픽셀 요소를 작동시키는 전기전도성 요소를 각각 포함하는 다수의 픽셀 요소를 갖는 디스플레이 소자를 형성하는 방법.
  3. 기판; 이 기판위에 배치된 광-열 전환층; 및 카본블랙을 포함하고 백색광에 대해 2.4 이상의 광학밀도를 갖는 전사층을 포함하는, 블랙 매트릭스 패턴을 리셉터(receptor)에 전사하기 위한 열전사 요소.
  4. 기판; 광-열 전환층; 및 카본블랙을 포함하고 리셉터에 전사될 때 1×1010Ω·㎝ 이상의 평균 저항률을 갖는 블랙 매트릭스를 제공하도록 구성되고 배열된 전사층을 포함하는, 블랙 매트릭스를 리셉터에 전사하여 인접한 활성 소자들을 분리시키기 위한 열전사 요소.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 블랙 매트릭스가 40 내지 55 중량%의 카본블랙을 포함하는 광학 디스플레이 또는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 블랙 매트릭스가 1×1010Ω·㎝ 이상의 평균 저항률을 갖는 광학 디스플레이 또는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각 픽셀의 전기전도성 요소가 트랜지스터를 포함하는 광학 디스플레이 또는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 각 픽셀 요소가 추가로 칼라필터를 포함하고, 광학 디스플레이가 인접한 칼라필터를 분리시키기 위한 또다른 블랙 매트릭스를 추가로 포함하는 광학 디스플레이.
  9. 제 1 항에 있어서, 블랙 매트릭스가, 열전사 요소위에 배치된 블랙 매트릭스 전사층의 적어도 일부분의 선택적 열전사에 의해 형성된 광학 디스플레이.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 블랙 매트릭스가 백색광에 대해 2.4 이상의 광학밀도를 갖는 광학 디스플레이 또는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 블랙 매트릭스가 1.1㎛ 이하의 두께를 갖는 광학 디스플레이 또는 방법.
  12. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 전사층이 백색광에 대해 3 이상의 광학밀도를 갖는 열전사 요소.
  13. 제 3 항에 있어서, 전사층이 40 내지 55 중량%의 카본블랙을 포함하는 열전사 요소.
  14. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 광-열 전환층의 반대쪽에 있는 기판 표면에 배치된 색변환 코팅(color-changing coating)을 추가로 포함하고, 이 색변환 코팅이 열에 노출되면 색이 변하는 열전사 요소.
  15. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 광-열 전환층과 기판 사이에 배치된 색변환 코팅을 추가로 포함하고, 이 색변환 코팅이 열에 노출되면 색이 변하는 열전사 요소.
  16. 제 4 항에 있어서, 리셉터에 전사될 때, 전사층이 1×1013Ω·㎝ 이상의 평균 저항률을 갖는 블랙 매트릭스를 제공하도록 구성되고 배열된 열전사 요소.
  17. 제 4 항에 있어서, 전사층이 1.1㎛ 이하의 두께를 갖는 열전사 요소.
  18. 제 4 항에 있어서, 전사층이 47 중량% 이하의 카본블랙을 포함하는 열전사 요소.
  19. 제 2 항에 있어서, 다수의 전기전도성 요소를 형성하는 방법이, 블랙 매트릭스 전사층의 일부분을 광학 디스플레이 기판에 열전사한 후, 광학 디스플레이 기판상에 다수의 전기전도성 요소를 형성함을 포함하는 방법.
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