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Die vorliegende Erfindung betrifft
thermisch aktivierte Transferelemente bzw. Thermotransferelemente und
Abbildungsstrahlungs-adressierte (z. B. Laser-adressierte) thermische
Stofftransfer- bzw. Stoffumdruckverfahren zur Anwendung in der Herstellung
von hochauflösenden
emittierenden Anordnungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die
Anwendung von Strahlungs-adressierbaren thermischen Schmelztransferelementen mit
organischen elektrolumineszenten Materialien. in der Transferschicht.
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Historisch gesehen wurden Leuchtstoff-
bzw. Phosphoranordnungen in einer Vielfalt von Produkten, wie z.
B. Fernsehgeräten,
Personal Computer-(PC)-Monitoren, medizinischen Geräten, Oszilloskopen,
Radarröhren,
optoelektronischen Bildwandlern, Personensicherheitsprodukten, Strichkodierungseinrichtungen,
medizinischen Bildgebungsanzeigeschirmen (verstärkenden oder speichernden Phosphorbildschirmen)
usw. angewendet. Emittierende Anordnungen und die Phosphoranzeigetechnologie
expandieren mit der Einführung emittierender
Flachtafelanzeigevorrichtungen, wie z. B. Feldemissions-Anzeigevorrichtungen
bzw. Feldemissionsdiplays (FEDs), Elektrolumineszenzdisplays (ELs),
Plasmadisplays (PDPs), Vakuumfluoreszenzdisplays (VFDs) und so weiter.
Eine Übersicht
der emittierenden Anzeige- bzw. Displaytechnologie ist in der Veröffentlichung
Fundamentals of Emissive Technology by C. Curtin and C. Infante
der Society for Information Display's gegeben. Mit der Ausbreitung der emittierenden
Displaytechnologie in verwandte Produktbereiche verlangt der Markt
weiter nach Produkten mit höherer
Qualität
und Auflösung.
Beispielsweise erfordern miniaturisierte Anzeigevorrichtungen für die Anwendung
in Fernsehgeräten,
PCs und Camcorder-Suchern eine Auflösung von mehr als 50 Zeilen/mm.
(Oki, K. and L. Ozawa, "A
Phosphor Screen für
High-Resolution
CRTs", Journal of
the SID, 3, 51, 1995). Für
hochauflösende
Projektionsfernsehgeräte
mit großen
Bildformaten liegen die Anforderungen für den Durchmesser des Elektronenstrahlpunktes
bei etwa einem Zehntel des Durchmessers in derzeitigen Direktbetrachtungs-Kathodenstrahlröhren-Bildschirmen
und die maximale Anregungsenergiedichte (2 W/cm2)
ist etwa einhundertmal höher.
(Raue, R., A. T. Vink and T. Welker, Philips Tech. Rev., 44, 335,
1989). Diese Leistungswerte sind sehr schwer mit den derzeitigen
Phosphorbildschirm-Herstellungsverfahren
zu erreichen, obwohl die verfügbaren
Phosphore die theoretische Fähigkeit
zur Bereitstellung dieser Eigenschaften besitzen.
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Leuchtstoffe bzw. Phosphore sind
eine kritische Komponente von Kathodenstrahlröhren (CRTs), Feldelektrolumineszenzvorrichtungen
(allgemein als EL-Vorrichtungen bezeichnet), Plasmadisplaytafeln
(PDP), lichtemittierenden Dioden (LEDs) und Feldemissionsdisplays
(FEDs).
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In CRTs hängt die Qualität der Bildschirmdarstellung
von dem Kathodolumineszenz-Wirkungsgrad und der Auflösung des
Bildschirms ab. Es existieren viele Verfahren für die Herstellung von Phosphorbildschirmen. Eine Übersicht
der verschiedenen Verfahren und deren Anwendungen ist in Hase, T.,
T. Kano, E. Nakazawa, and H. Yamamoto, "Phosphor Materials for Cathode Ray Tubes", Advances in Electronic
and Electron Physics, Academic Press, Inc., New York, 79, 271 (1990)
beschrieben.
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Traditionell war und ist immer noch
das Sedimentationsverfahren das vorherrschende Verfahren für die Abscheidung
von Phosphoren auf Bildschirmen für monochrome CRTs. In diesem
Verfahren wird eine Suspension des Phosphors in Alkohol oder Wasser
unter Zusatz einer wässrigen
Silikatlösung
in die Glashülle oder
den Kolben der CRT eingebracht und eine Abscheidung auf der Innenoberfläche der
Frontscheibe durch Sedimentation zugelassen. Der Phosphor bildet
eine Schicht, deren Haftung sowohl an sich selbst als auch an dem
Glas durch die langsam ausfallende Kieselsäure bewirkt wird. Die Koagulationszeit
des wässrigen
Silikats ist an die Sedimentationsrate des Phosphors durch den Zusatz
von Elektrolyten angepaßt.
Der sich ergebende Bildschirm weist eine relativ rauhe Oberfläche mit
Phosphorpartikeln auf, die aufgrund des Koagulationsverfahren lose
gepackt sind. Auch wenn der lose gepackte Phosphorbildschirm einen
etwas höheren
Kathodolumineszenz-Wirkungsgrad als Bildschirme mit enger gepackten
Phosphoren aufweisen kann, ist die Auflösung der lose gepackten Bildschirme
niedriger. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin,
daß es
relative dicke (6 mg/cm2) Bildschirme benötigt, um
eine stiftlochfreie Beschichtung sicherzustellen, wobei die Dicke auch
das Auflösungsvermögen des
Bildschirms verringert.
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Ein Schlämmverfahren wird typischerweise
bei der Herstellung von Lochmasken- und Schlitzmasken-Farb-CRTs
angewendet, bei denen der Bildschirm aus einer Anordnung mehrfarbiger
Punkte oder Streifen besteht. In diesem Verfahren wird eine Aufschlämmung eines
Einfarben-Phosphors in einem photoempfindlichen Harz zu Beginn als
eine zusammenhängende
Schicht auf die Glastafel schleuderbeschichtet. Die Beschichtung
wird einer Ultraviolett-(UV)-Strahlung aus einer Punktquelle durch
die Öffnungen
einer Lochmaske ausgesetzt und dadurch die belichteten Bereiche
in Wasser unlöslich
gemacht. Die nicht be lichteten Bereiche werden durch Waschen mit
Wasser entfernt, um eine Phosphorabbildung auf der Glastafel auszubilden.
Dieses Abbildungsverfahren wird dann mindestens zweimal unter Verwendung
von Phosphoren unterschiedlicher Farben wiederholt, um grüne, blaue
und rote Phosphormuster zu erzeugen. Ein Bestäubungsverfahren wird ebenfalls
manchmal zur Herstellung mehrfarbiger Lochmasken-CRTs angewendet.
Bei dem Bestäubungsverfahren
wird dasselbe Grundverfahren wie vorstehend beschrieben mit der
Ausnahme angewendet, daß trockener
Phosphor auf die feuchte photoempfindliche Beschichtung vor der
Abbildung durch Bestäubung
aufgebracht wird. Die Belichtung des Bildschirms mittels UV-Strahlung
durch die Lochmaskenöffnungen
immobilisiert die Phosphorbeschichtung in den belichteten Bereichen.
Dieses Verfahren wird dann wiederholt, bis alle drei Farb-Phosphormuster
auf der Glasplatte ausgebildet sind. Die Hauptgesichtspunkte bei
diesen Verfahren sind der Kompromiß zwischen der Stiftlochbildung
und der Kontamination durch andere Phosphore in dem Abwaschschritt.
Wenn eine starke Spülung
angewendet wird, können
sich Stiftlöcher
bilden, und wenn eine schwache Spülung verwendet wird, können die
Farbphosphore nicht vollständig
von den nicht belichteten Bereichen abgewaschen werden. Ein alternatives
Verfahren verwendet ein Harz, das durch Lichteinwirkung klebrig
gemacht werden kann. In diesem Verfahren wird die photoempfindliche
Schicht vor der Abscheidung des Phosphors mit UV-Strahlung belichtet.
Der Phosphor haftet nur an den klebrig gemachten Abbildungsbereichen.
Wieder ist der Hauptgesichtspunkt bei diesem Verfahren die Kontamination
durch andersfarbige Phosphore.
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Für
Anwendungen, welche hochdichte, monochrome Phosphorbildschirme mit
kleinen Partikeln erfordern, wird typischerweise ein Abscheideverfahren
angewendet. In diesem Verfahren werden die Phosphorpulver in einem
polaren organischen Lö sungsmittel
suspendiert und kationische Zusätze
werden auf die Oberfläche
des Phosphors adsorbiert. Ein negatives Potential wird an ein in
die Lösung
eingetauchtes leitendes Substrat in Bezug auf eine parallel zum
Substrat gehaltene negative Elektrode angelegt. Das sich ergebende
elektrische Feld bewirkt daß die
positiv geladenen Phosphorpartikel zu dem Substrat wandern und somit
die Oberfläche
beschichten.
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Eine solche Anwendung, welche einen
hochdichten Phosphorbildschirm benötigt, ist die medizinische Röntgen-Bildgebung.
Diese Bildschirme weisen üblicherweise
Phosphor in einem Binder auf einer Trägerschicht auf. Die Phosphore
absorbieren die Röntgenstrahlung
mit einem höheren
Wirkungsgrad als Silberhalogenid, welches normalerweise für die Hardcopyausgabe
radiographischer Abbildungen verwendet wird. Die Phosphore absorbieren
nicht nur Röntgenstrahlen
mit einer effizienten Rate, sondern können auch phosphoreszieren,
indem sie Strahlung bei einer anderen Wellenlänge als der Wellenlänge der
Röntgenstrahlung,
welche der Phosphor absorbierte, emittieren. Abhängig von der chemischen Natur
und den Eigenschaften des Phosphors kann die emittierte Strahlung
im wesentlichen bei jeder Wellenlänge zwischen und einschließlich dem
infraroten und ultravioletten Wellenlängen des elektromagnetischen
Spektrums liegen. Silberhalogenid absorbiert von Natur aus Strahlung
bei den ultravioletten und nahen blauen Wellenlängen und kann spektral sensibilisiert
werden, so daß es
effizient Strahlung in anderen Abschnitten der ultravioletten, sichtbaren
und infraroten Bereiche des elektromagnetischen Spektrums absorbiert.
Durch eine Belichtung des Phosphorbildschirms mit Röntgenstrahlen,
wobei der Phosphorbildschirm im ultravioletten, sichtbaren oder
infraroten Bereich emittiert, und mit einer Silberhalogenidemulsion,
die spektral auf die Wellenlänge
der Emission des Phosphorbildschirms sensibilisiert und optisch
dem Phosphorbildschirm zugeordnet ist, kann der Gesamtwirkungsgrad
des Röntgen-Bildgebungssystems
stark verbessert werden. Diese ermöglicht die Anwendung niedrigerer Röntgenstrahlungsdosen
während
der Belichtung des Objekts.
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Die Anwendung derartiger Phosphore
ist im Fachgebiet allgemein bekannt, wie es durch solche Patente
wie die U.S. Patente Nr. 3,883,747 und 4,204,125 exemplifiziert
wird, bei denen eine direkte Emission phosphoreszierender Strahlung
bei Röntgenstrahlungsstimulation
stattfindet, und den U.S. Patenten Nr. 3,859,527 und 5,164,224,
bei denen eine Belichtung mit Röntgenstrahlen,
eine Speicherung der absorbierten Energie durch den Phosphor und
eine anschließende
Stimulation durch Stimulationsstrahlung stattfindet, um den Phosphor
zu veranlassen, die gespeicherte Energie als Strahlung im Bereich
von UV bis Infrarot zu emittieren. Diese Phosphore sind wirtschaftlich
erfolgreich und bieten einen erheblichen Vorteil für das Fachgebiet der
Radiographie. In diesen Systemtypen gibt es jedoch einen Kornpromiß zwischen
Geschwindigkeit und Schärfe.
Um mehr Röntgenstrahlen
zu absorbieren und mehr Licht zu absorbieren kann der Bildschirm
selbst dicker gemacht werden. Aber in diesem Falle wird innerhalb
der Dicke des Bildschirms erzeugtes Licht von den Phosphorkörnern in
einem größeren Maße gestreut,
und dadurch die auf dem Film aufgezeichnete sich ergebende Abbildungsschärfe vermindert.
Umgekehrt ist zur Verbesserung der Schärfe ein dünnerer Bildschirm wünschenswert,
wobei dieses aber das Röntgenstrahlungsabsorptionsvermögen verringert,
und letztlich eine höhere
Dosis für
den Patienten oder das bestrahlte Objekt erfordert.
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Es wurden bereits viele Verfahren
zur Verbesserung der Abbildungsqualität, insbesondere der Schärfe von
Abbildungen von Phosphorbildschirmen ohne nachteilige Auswirkung
auf die Empfindlichkeit oder die Geschwindigkeit des Systems vorge schlagen.
Reflektive Teilchen, Farbstoffe, Pigmente und andere Licht beeinflussende
Materialien wurden als Zusätze
zu Phosphorschichten vorgeschlagen, um die Schärfe zu verbessern, wie es in
EP-A-102 790 (pulverisiertes Glas), in der Japanischen Anmeldung
146,447/1980 (weiße
Pigmente), in der Japanischen Patenanmeldung 16-3,500,1980 (Färbungsmittel),
und EP-A-175 578) (Sputtern oder Vakuumaufdampfung von Phosphoren)
dargestellt ist.
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Die Aufgabe dieser Verfahren besteht
hauptsächlich
in Bereitstellung einer hohen Konzentration von Leuchstoffen bzw.
Phosophoren in der aktiven Schicht des Bildschirms und in der Bereitstellung
eines Bildschirms mit gleichmäßigen Eigenschaften.
Das U.S. Patent Nr. 5,306,367 erzeugt einen Speicher-Phosphorbildschirm
durch die Verteilung von Phosphorpartikeln in einem mit einem Lösungsmittel
verdünnten
thermoplastischen Binder, beschichtet dann das Gemisch, trocknet
es zur Beseitigung des Lösungsmittels
und preßt die
Beschichtung bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Binders.
Das U.S. Patent Nr. 5,296,117 scheidet Phosphorpartikel in einem
Binder durch elektrophoretische Abscheidung einer Dispersion der
Phosphorpartikel in einer Lösung
eines polymerischen Binders ab. Die Lösung wird auf ein Substrat
beschichtet, getrocknet und der Phosphorbildschirm somit erzeugt.
Jedes von diesen Systemen hat einige Vorteile gezeigt, aber es ist
immer noch erheblicher Raum für
Verbesserungen in der Schärfe
radiographischer Phosphorbildschirme vorhanden. Insbesondere ist
es erwünscht,
komplizierte Abscheidungsverfahren zu eliminieren, welche teuer
sein können,
die Verwendung von Lösungsmitteln
zu eliminieren, welche umweltschädlich
sein können,
und hohe Verarbeitungstemperaturen zu eliminieren oder reduzieren.
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Es wurden bereits einige Versuche
unternommen, ein Verfahren zur direkten Übertragung einer Phosphorabbildung
auf eine Glasplatte unter Verwendung eines(r) Thermotransferbandes
oder -folie und eines Thermodruckkopfes bereitzustellen. Beispiele
dieser Aufbringungsart sind in den Japanischen Anmeldungen Nr. 63-02270A,
62-67416A und 84-02046B beschrieben. Der Vorteil dieses Aufbringungsverfahrens
ist die selektive Plazierung des Phosphors auf dem Substrat. Die
Verwendung eines Thermodruckkopfes schränkt jedoch die Zusammensetzung,
Form und Konfiguration des verwendeten Substrats ein und erzeugt
durch die Größe des Druckkopfes
beschränkte
Abbildungen mit niedriger Auflösung,
macht die Steuerung der Lagegenauigkeit benachbarter Phosphore schwierig,
und verringert den Durchsatz hergestellter Materialien wegen der
niedrigen Geschwindigkeit der Druckköpfe. Beispielsweise muß das Substrat
eben sein, um eine gleichmäßige Übertragung
der Abbildung zu ermöglichen.
Zusätzlich
sind Thermodruckköpfe
derzeit in ihrer Größe beschränkt und
stellen eine praktische Einschränkung
in der Reduzierung der Größe des Druckkopfs
dar.
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Die Japanische Patentanmeldung Nr.
62-95670A beschreibt eine Thermotransfervorrichtung, welche eine
leitende Filmschicht innerhalb des Aufbaus verwendet. Das Transferelement
wird mittels über
dem Element installierten Elektroden abgebildet. Diese Vorrichtung
leidet unter derselben Einschränkung
wie die herkömmlichen
Thermotransferelemente dahingehend, daß das Substrat eben sein muß, um eine
gleichmäßige Übertragung
der Abbildung zu erzielen.
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Es besteht ein Bedarf nach einem
effizienten Trockenverfahren zur Ausbildung eines emittierenden Materials
oder einer Leuchtstoff- bzw. Phosphorabbildung bei einer Vielfalt
von Substratgrößen und
-konfigurationen. Zusätzlich
besteht ein Bedarf nach Materialien, die eine hohe Auflösung und
eine große
Anregungsdichte erzeugen können,
um die steigenden Anforderungen in der Herstellung von hochauflösenden Fernsehgeräten, Feldemissionsdisplays
und anderen Hybriddisplaytechniken zu erfüllen.
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Die zunehmende Verfügbarkeit
und Anwendung von Kompaktlasern mit höherer Ausgangsleistung, Halbleiterlichtquellen,
Laserdioden und anderen Strahlungsquellen, welche im ultravioletten,
sichtbaren und insbesondere im nahen infraroten Bereichen des elektromagnetischen
Spektrums emittieren, haben die Anwendung dieser Quellen als Energiequelle
als gangbare Alternativen zu dem Thermodruckkopf ermöglicht.
Die Anwendung einer Strahlungsquelle, wie z. B. eines Lasers oder
einer Laserdiode, als Abbildungsquelle ist eines der primären und
bevorzugten Mittel zur Übertragung
elektronischer Information auf ein Bildaufzeichnungsmedium. Die
Verwendung einer Strahlung zur Belichtung des Mediums stellt eine
höhere
Auflösung
und mehr Flexibilität
in der Formatgröße der Endabbildung
als die herkömmlichen
Thermodruckkopf-Abbildungssysteme bereit. Zusätzlich stellen Strahlungsquellen,
wie z. B. Laser und Laserdioden den Vorteil einer Elimination der
schädlichen
Effekte aus dem Kontakt des Mediums mit der Wärmequelle bereit. Die Größe, Form, Energie
und Dauer der Punktverweilzeit können
ohne weiteres entsprechend den Notwendigkeiten des spezifischen
Verfahrens und der verwendeten Materialien gesteuert werden. Verschiedene
thermische Abbildungsmaterialien und Verfahren sind in den U.S.
Patenten Nr. 5,171,650, 5,156,938, der GB Patentanmeldung 2 083 726
A und in der Japanischen Kokai Patentveröffentlichung Sho 63[1988]-60793
dargestellt.
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Die U.S. Patente Nr. 5,171,650, und
5,156,938 offenbaren ein Informationsumdrucksystem und -verfahren,
in welchen Materialien angetrieben von einer Spenderschicht auf
eine Empfängerschicht übertragen bzw.
umgedruckt werden. Unter den vielen aufgelisteten Materialien, welche
in diesem Informationsumdrucksystem transferiert werden könnten, befinden
sich lumineszierende Materialien (U.S. Patent Nr. 5,171,650, Spalte
13, Zeilen 8–23)
und Phosphore (z. B. in dem U.S. Patent Nr. 5,278,023). Die Phosphore
sind in der breiten Klasse von Materialien enthalten, welche eine
Informationsdichte bei der Übertragung
bereitstellen, und werden, obwohl sie als die für Fernseh- und medizinische
Bildgebungszwecke verwendeten Phosphortypen beschrieben werden,
nicht zur Beschichtung einer Gesamtoberfläche übertragen, sondern dienen zur
Verteilung in einem Information tragenden Muster.
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Das U.S. Patent Nr. 5,171,650 offenbart
Verfahren und Materialien für
eine thermische Bilderzeugung unter Anwendung einer "Ablations- bzw. Abschmelztransfer"-Technik. Das in
dem Abbildungsvefahren verwendete Spenderelement weist eine Auflage,
eine dynamische Ablösungszwischenschicht
und eine ablative Trägeroberschicht
auf, die ein Färbemittel
enthält.
Sowohl die dynamische Ablöseschicht
als auch die Farbträgerschicht
können
einen Infrarot-absorbierenden (Licht/Wärme-Umwandlung) Farbstoff oder ein solches
Pigment aufweisen. Eine farbige Abbildung wird durch Planierung
des Spenderelementes in einem engen Kontakt zu einem Empfänger und
dann durch Bestrahlung des Spenders mit einer kohärenten Lichtquelle
in ein Abbildungsmuster abgebildet. Die gefärbte Trägerschicht wird gleichzeitig
abgelöst
und von der dynamische Ablöseschicht
in den Lichtauftreffbereichen weggestoßen und erzeugt dabei eine
farbige Abbildung auf dem Empfänger.
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EP-A-0 562 952 offenbart ablative
Abbildungselemente, welche ein Substrat aufweisen, das auf einem Abschnitt
mit einer energieempfindlichen Schicht mit einem Glyzidylazidpolymer
in Kombination mit einem Strahlungsabsorber beschichtet ist. Zu
dargestellten Abbildungsquellen zählten infrarote, sichtbare
und ultraviolette Laser. Festkörperlaser
wurden als Belichtungsquellen offenbart, obwohl Laserdioden nicht
spezi fisch erwähnt
wurden. Diese Anwendung befaßt
sich primär
mit der Herstellung von Relief- bzw. Hochdruckplatten und lithographischen
Platten durch Ablation bzw. Abschmelzen der energieempfindlichen
Schicht. Es wurde keine spezifische Erwähnung einer Nutzung für eine thermische
Stoffübertragung
gemacht.
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Das U.S. Patent Nr. 5,308,737 offenbart
die Verwendung von schwarzen Metallschichten auf polymerischen Substraten
mit Gas-erzeugenden Polymerschichten, welche relativ große Gasvolumina
bei Bestrahlung erzeugen. Das schwarze Metall (z. B. schwarzes Aluminium)
absorbiert wirksam die Strahlung und wandelt sie in Wärme für die Gas-erzeugenden
Materialien um. Man beobachtet in den Beispielen, daß in einigen Fällen das
schwarze Metall von dem Substrat entfernt wurde, was eine positive
Abbildung auf dem Substrat hinterläßt.
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Das U.S. Patent Nr. 5,278,023 offenbart
Laser-adressierbare Thermotransfermaterialien zur Erzeugung von
Farbantransferieren, Druckplatten, Filmen, gedruckten Leiterplatten
und anderer Medien. Die Materialien enthalten ein Substrat, das
obenauf mit einer Treibschicht beschichtet ist, wobei die Treibschicht
ein Material enthält,
das Stickstoffgas (N2) bei einer Temperatur
bevorzugt kleiner als 300°C
erzeugen kann; einen Strahlungsabsorber und ein Thermostoff-Transfermaterial.
Das Thermostoff-Transfermaterial kann in die Treibschicht oder in
eine zusätzliche
auf der Treibschicht aufgebrachten Schicht eingebaut sein. Der Strahlungsabsorber
kann in einer der vorstehend erwähnten
Schichten oder in einer getrennten Schicht zur Erzielung einer lokalisierten
Erwärmung
der Antriebsschicht mittels einer elektromagnetischen Energiequelle,
wie z. B. einem Laser, verwendet werden. Bei Erwärmung durch Laser wird das
Transfermaterial durch die schnelle Expansion des Gases zum Rezeptor
getrieben. Das Thermostoff- Transfermaterial
kann beispielsweise Pigmente, Tonerpartilel, Harze, Metallpartikel,
Monomere, Polymere, Farbstoffe oder Kombinationen davon enthalten.
Ferner ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Abbildung sowie eines
dadurch hergestellten Abbildungsgegenstandes offenbart.
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Laser-induzierte Stoffumdruckverfahren
haben den Vorteil sehr kurzer Erwärmungszeiten (Nanosekunden
bis Mikrosekunden); dagegen sind die herkömmlichen thermischem Stofftransferverfahren
wegen der längeren
Verweilzeiten (Millisekunden), die zur Erwärmung des Druckkopfes und Übertragung
der Wärme
auf den Spender erforderlich ist, relativ langsam. Die unter Laser-induzierten
Ablationsabbildungsbedingungen erzeugten transferierten Abbildungen
sind oft fragmentiert (da sie von der Oberfläche als Teilchen oder Fragmente
abgestoßen
werden).
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EP-A-0 641 008 offenbart ein Verfahren
zum Ausbilden eines fluoreszierenden Films auf einem Glassubstrat,
insbesondere auf einer Frontplatte einer Kathodenstrahlröhre, und
ein für
ein derartiges Verfahren verwendetes Transfermaterial. In dem Verfahren
gemäß EP-A-0
641 008 werden in einem Binder angeordnete partikelförmige anorganische
elektrolumineszente Materialien thermisch auf eine Platte übertragen.
JP-A-63 089 385 beschreibt ein phosphoreszierendes thermisches Transfermedium,
bei dem eine phosphoreszierende Transferschicht direkt oder durch
eine Trennmittelschicht auf einem Basisfilm ausgebildet wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren zur Erzeugung und selektiven Übertragung eines emittierenden
Materials in Gleichförmigkeit
(d. h., in einer gleichmäßigen Verteilung
oder zusammenhängenden Verteilung
von Partikeln) auf Substrate unter Anwendung Laser-adressierter
thermischer Abbildungs techniken zum Herstellen eines(r) hochauflösenden emittierenden
Bildschirms und Platte bereit. Solche Bildschirme und Platten umfassen
Kathodenstrahlröhren
(CRTs), Feldemissionsdiplays (FEDs), Elektrolumineszenzdisplays (ELs),
Plasmadisplays (PDPs), Vakuumfluoreszenzdisplays (VFDs), Röntgenverstärkungs-Bildschirme
und dergleichen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein emittierendes
Thermotransferelement, das ein Substrat aufweist, auf dem (a) eine
Licht/Wärme-Umwandlungsschicht,
(b) eine optionale Zwischenschicht, (c) eine Thermotransferschicht
mit einer Beschichtung aus organischem Elektrolumineszenzmaterial,
und (d) optional eine Kleberbeschichtung beschichtet ist, und das
Verfahren der Übertragung
des emittierenden Materials auf ein Substrat in gleichmäßiger Verteilung
des emittierenden Materials so, daß eine Platte mit gleichmäßigen Emissionen
durch das Transferverfahren hergestellt werden kann. Mit "gleichmäßig" ist gemeint, daß jeder
Typ transferierten emittierenden Materials (wenn ein oder mehrere
emittierende Materialien beispielsweise bei der Herstellung einer
Farbkathodenstrahlröhre
transferiert werden) ausreichend gleichmäßig über die Oberfläche der
Empfängerfläche bei
der Erzeugung der emittierenden Platte verteilt ist, so daß bei Flutstimulation
der gesamten Oberfläche
der emittierenden Platte kein sichtbares Informationsmuster in den
Emissionen erzeugt wird. Dieses ist eine statistisch gleichmäßige oder
gleichförmige
Verteilung von Material. Beispielsweise gibt es bei der Abscheidung
eines Farb-CRT-Bildschirms drei zusammenhängende Phosphorflächen und
eine schwarze Matrix zwischen jeder von den zusammenhängenden
Phosphorflächen.
Bei Betrachtung unter einem Mikroskop könnten diskrete Partikel oder
Bereiche gleichmäßig verteilter
individueller Phosphore unterschieden werden, da die Phosphore in
einem ge wissen Grad in der Ausrichtung variieren, auch wenn statistisch
sogar über
kleine Abmessungen (z. B. kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner als
0,05 mm) eine gleichförmige
Verteilung individueller Partikeltypen vorliegt).
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Es ist in hohem Maße unerwartet,
daß Phosphore
thermisch mittels Hochenergie-Abbildungsstrahlung transferiert werden
können
und ihre hochqualitative Phosphoreszenzemissionsfähigkeit
beibehalten. Dieses gilt insbesondere für die ablativen herkömmlichen
Transfersysteme, wie sie vorstehend mit dem U.S. Patent Nr. 5,308,737
und anderen dargestellt wurden. Diese Systeme transferieren Materialien
angetrieben oder explosionsartig, wobei eine Beschädigung von
Kristallen oder ein Zerbrechen von Partikeln angenommen werden könnte. Es
ist allgemein bekannt, daß ein
Zerbrechen oder eine hohe Beanspruchung von Phosphoren deren Wirkungsgrad
reduzieren oder deren Emissionsspektrum verändern kann. Diese wäre natürlich in
der Ausbildung einer emittierenden Anordnung unerwünscht.
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Die vorliegende Erfindung stellt
auch ein Verfahren zur Verwendung einer zusammenhängend emittierenden
Anordnung auf einem Empfänger
unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Thermotransferelementes
durch Stimulation nur selektierter Bereiche auf der gleichmäßig beschichteten
Platte bereit. Eine gleichförmige
Beschichtung bedeutet, daß die
Beschichtung ausreichend gleichmäßig über die
Empfängeroberfläche bei
der Erzeugung der emittierenden Platte verteilt wird, so daß bei einer
Flutstimulation der gesamten Oberfläche der emittierenden Platte
kein sichtbares Informationsmuster in den Emissionen vorhanden ist. Mit "sichtbar" ist eine Überprüfung mit
dem bloßen
Auge aus einem Abstand nicht unter 0,5 m gemeint. Diese Beschichtungen
enthalten keine Information in sich selbst, sondern sind lediglich
die digital zugängliche
Abscheidung der emittierenden Materialien. Eine gleichmäßige Beschichtung
auf einen Empfänger
wird durch (a) Plazieren eines Empfängers und der Thermotransferschicht
des vorstehend beschriebenen Thermotransferelementes in engen Kontakt,
(b) Belichten des Thermotransferelementes aus emittierendem Material
in einer gleichmäßigen Musterverteilung
mit einer Strahlungsquelle, und (c) dem gleichmäßigen Muster entsprechendes
Transferieren der emittierenden Thermotransferschicht auf den Empfänger transferiert,
so daß eine
gleichmäßig verteilte
Musterbeschichtung des transferierten emittierenden Mittels auf
der Auflage erzeugt wird. Diese gleichmäßigen Muster weisen bevorzugt
eine Fläche
von mindestens 1 cm2, bevorzugter 2 cm2 und noch bevorzugter 5 cm2,
wenn sie in zusammenhängenden
Zeilen ausgebildet werden. Die Quadratflächen dieser Seitenabmessungen
sollen ebenfalls z. B. 1 cm2, 4 cm2, 25 cm2 von zusammenhängenden
Flächen
einer Phosphorpartikelverteilung sein. Optional kann der Schritt
(c) eine ausreichende Anzahl von Malen mit unterschiedlichen emittierenden
Thermotransferspendern wiederholt werden, um gleichmäßige Beschichtungen mehrerer
emittierender Mittel auf derselben Auflageschicht von mindestens
1 cm2 zu erzeugen. In einer Farbfernseh-Kathodenstrahlröhre können beispielsweise
die drei oder mehrere Phosphore jeweils einzeln gleichmäßig über die
Oberfläche
des Bildschirms verteilt werden. Jeder Phosphor liegt in einer gleichmäßigen (keine Information
tragenden) Beschichtung über
der Bildschirmoberfläche
vor, und die drei Phosphore bilden zusammen eine gleichförmiges,
mehrfarbiges emittierendes Muster aus einer Phosphorbeschichtung.
Wenn die Thermotransferschicht vernetzbare Materialien enthält, kann
ein zusätzlicher
Härtungsschritt
durchgeführt werden,
in welchem das zu übertragende
Muster anschließend
durch Belichtung mit Wärme
oder Strahlung oder Behandlung mit chemischen Härtungsmitteln vernetzt wird.
Wenn die Thermotransferschicht ther misch zerlegbare Materialien
enthält
kann ein Ausbackschritt zur Entfernung organischer Reste durchgeführt werden.
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Emittierende Materialien sind im
Fachgebiet allgemein bekannt. Diese sind Materialien, welche Strahlung
emittieren, wenn sie nicht-thermisch stimuliert werden (wobei die
nicht-thermische
Stimulation die Tatsache ausschließt, daß alle Materialien, wenn sie
ausreichend erwärmt
werden, Strahlung emittieren). In der Praxisumsetzung der vorliegenden
Erfindung umfaßt "emittierende Materialien" Materialien, welche
photolumineszierend und/oder kathodolumineszierend und/oder elektrolumineszierend
sind. Diese emittierende Materialien können (kurzzeitig oder für längere Zeitperioden,
wie z. B. Tage) auch Strahlung absorbieren und spontan nach Verstreichen
einer Zeit oder auf Stimulation hin Strahlung emittieren, welche
sich meßbar
in der Wellenlänge oder
im Wellenlängenband
von der absorbierten Strahlung unterscheidet. Beispielsweise können Röntgenstrahlen
verstärkende
Phosphore Röntgenstrahlen
absorbieren, und UV-, Infrarot- oder sichtbare Strahlung spontan
(verstärkende
Phosphore) oder nach anschließender
Stimulation durch eine dritte Strahlung (Speicherphosphore) emittieren.
Kathodenstrahlröhren
(CRTs) absorbieren Elektronen und emittieren sichtbare Strahlung.
In ELs wird Licht durch Stoßanregung
lichtemittierender Zentren in Phosphormaterialien durch Hochenergieelektronen
(3,204 × 10–17 J
(200 eV)) erzeugt. In Farbplasmatafeln emittiert eine Gasentladung ultraviolettes
Licht, welches einen Phosphor zur Erzeugung von sichtbarem Licht
anregt. FEDs verwenden eine Matrix-adressierte Kaltkathodenanordnung,
in welcher kathodolumineszierende Phosphore mit Elektronen bestrahlt
werden, und sichtbares Licht emittieren.
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Der Ausdruck "in engem Kontakt" bezeichnet einen ausreichenden Kontakt
zwischen zwei Oberflächen
dergestalt, daß die Übertragung
bzw. der Transfer von Materialien während des Transfervorgangs
erreicht werden kann, so daß ein
ausreichender Transfer von Material innerhalb der Abbildungsstrahlungsadressierten,
thermisch stimulierten Bereiche erzeugt wird. Mit anderen Worten,
es gibt keine Fehlstellen in den transferierten Bereichen, welche
die transferierte Abbildung in ihrer gedachten Anwendung nicht funktionierend
machen. Im Falle von Kathodenstrahlbildschirmen muß die schwarze
Matrix die Phosphore umgeben, wird aber auf dem CRT-Fachgebiet als
funktional und zusammenhängend
betrachtet. Die einzelnen Phosphore können keine ausreichend zusammenhängende Beschichtung
für die
Zwecke eines wirtschaftlich geeigneten CRT-Systems bilden, aber
die drei oder mehr Phosphore tragen dazu bei, eine funktional zusammenhängende Beschichtung
auszubilden.
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"Abbildungsenergie" bezeichnet die absorbierte
Strahlung, wie z. B. die von einer Blitzlichtlampen- oder einem
Laser-(oder einer
anderen kohärenten
Strahlung, entweder von einem Laser oder einem Festkörperemitter,
wie z. B. einer Laserdiode oder anderen Quelle)-Energie, die einen
Einheitstransfer einer emittierendes Material aufweisenden oder
Phosphor aufweisenden Stofftransferschicht von einem Emissionsmaterial aufweisendem
oder Phosphor aufweisendem Stofftransferspenderelement auf ein Empfängerelement
bewirken kann.
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Emittierende Displayvorrichtungen
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Werden gemäß der Praxisumsetzung der vorliegenden
Erfindung durch die Bereitstellung eines Thermostoff-Transferspenderelementes
erzeugt, welches in nachstehender Reihenfolge aufweist: (a) eine
Auflage, (b) eine Licht/Wärme-Umwandlungsschicht,
(c) eine optionale nicht-transferier bare Zwischenschicht, (d) eine transferierbares
emittierendes Material aufweisende Schicht und (e) eine optionale
Kleberschicht. Eine oder mehr von den Schichten (b), (c) und (e)
kann auf jedem in der Praxisumsetzung der vorliegenden Erfindung verwendeten
Thermotransferelement vorhanden sein. Das Verfahren kann im allgemeinen
als die nachstehenden Schritte aufweisend beschrieben werden: (i)
Plazieren eines Substrats in engen Kontakt mit der transferierbares
emittierendes Material aufweisenden Schicht (oder der transferierbaren
Schicht und einer darüberliegenden
Kleberschicht) des vorstehend beschriebenen Thermotransferelementes,
(ii) Bestrahlen von einem oder mehr von dem Thermotransferelement
oder dem Empfängerelement
(oder eines oder mehrere Abschnitte von jedem, beispielsweise des
Substrats, der Transferschicht, der Licht/Wärmeumwandlungsschicht, einer Kleberschicht,
usw.) mit Strahlung ausreichender Intensität, um den lokalen Transfer
aus dem Thermostoff-Transferelement zu bewirken, und (iii) dadurch
die transferierbare emittierendes Material (wie z. B. Phosphor)
aufweisende Schicht (und die Kleberschicht, falls vorhanden) in
die bestrahlten Bereiche auf das Substrat zu transferieren.
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Die Verwendung von Strahlung und
insbesondere kohärenter
Strahlung für
den Transfer des Phosphors oder des emittierenden Materials erhöht die Auflösung, Lagegenauigkeit
und Herstellungsgeschwindigkeit der Bildschirme im Vergleich zum
Thermodruckkopfverfahren, wobei der Umfang der Substrate, welche als
Empfänger
verwendet werden können,
in Bezug auf die Form (z. B. gekrümmte oder unregelmäßigen Oberflächen), die
Zusammensetzung und Konfiguration des Empfängers erweitert wird.
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Das transferierbare emittierendes
Material aufweisende Spenderelement der vorliegenden Erfindung kann
erzeugt wer den, indem die Schichten eines transferierbares emittierendes
Material aufweisenden Spenderelementes (d. h., optional eine oder
mehr einer Licht/Wärme-Umwandlungsschicht,
einer nicht-transferierbaren Zwischenschicht, einer transferierbaren
Kleberschicht, usw.), auf einem Substrat bereitgestellt werden. Das
Spendersubstrat kann aus jedem Material aufgebaut sein, das als
nützlich
für ein
Stofftransferspenderelement bekannt ist. Das Spendersubstrat ist
im allgemeinen ein festes Plattenmaterial wie z. B. Glas, Keramiken
oder Verbundstoffe, oder ein flexibler Film (z. B. ein organischer
Polymerfilm, wie z. B. Polyester, Polykarbonat usw.). Das Substrat
kann glatt oder rauh, transparent, opak, lichtdurchlässig, plattenförmig oder
nicht plattenförmig
sein. Zu Beispielen von geeigneten Filmsubstraten zählen Polyester,
insbesondere Polyethylenterephthalat (PET) Polyethylennaphthalat
(PEN), Polysulfone, Polystyrole, Polycarbonate, Polyimide, Polyamide,
Zelluloseester, wie z. B. Zelluloseacetat, und Zellulosebutyrate,
Polyvinylchloride und Abkömmlinge
davon, und Kopolymere, welche eines oder mehrere der vorstehenden
Material aufweisen. Das Polymersubstrat weist im allgemeinen eine
Dicke von 1 bis 200 μm,
bevorzugter 2 bis 50 μm
auf. Starre Glas- oder Keramiksubstrate weisen im allgemeinen eine
Dicke von 20 bis 1000 μm
oder mehr auf.
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Die transferierbare emittierendes
Material aufweisende Schicht kann organische Binder enthalten. Der Binder
kann ein beliebiger aus einer Anzahl bekannter Polymere, wie z.
B. warmgehärteter,
wärmehärtbarer oder
thermoplastischer Polymere einschließlich Acrylaten (eingeschlossen
Methacrylate, Mischungen, Gemische, Kopolymere, Terpolymere, Tetrapolymere,
Oligomere, Makromere, usw.) Epoxidharzen (ebenfalls eingeschlossen
Kopolymere, Mischungen, Gemische, Terpolymere, Tetrapolymere, Oligomere,
Makromere, usw.), Silane, Siloxane (mit allen Typen und Varianten
davon) und polymerisierbare Zusammensetzungen, die Gemische dieser
polymerisierbaren aktiven Gruppen (z. B. Epoxy-Siloxane, Epoxy-Silane,
Acryloyl-Silane,
Acryloyl-Siloxane, Acryloyl-Epoxide usw.) aufweisen. In einer Ausführungsform
enthält
die transferierbare emittierendes Material aufweisende Transferschicht
einen wärmehärtbaren
Binder. Nachdem die transferierbare emittierendes Material aufweisende
Transferschicht auf das Empfängermaterial
transferiert ist, kann der wärmehärtbare Binder
beispielsweise durch Aussetzen des wärmehärtbaren Binders an Wärme, eine
geeignete Strahlungsquelle oder ein chemisches Härtungsmittel wie es für den spezifischen
wärmehärtbaren
Binder zutrifft, vernetzt werden. In einigen Anwendungen kann es
erwünscht
sein, den Binder aus der emittierendes Material aufweisenden Schicht
anschließend
an die Übertragung
auf den Empfänger
zu entfernen. In diesen Fällen
ist es erwünscht,
Bindermaterialien zu verwenden, welche beispielsweise leicht unter
Anwendung von Wärme, Strahlung
und/oder chemischen Ätzmitteln
entfernt werden können.
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Das transferierbare emittierendes
Material oder Phosphor aufweisende Spenderelement kann Bestandteile
aufweisen, die als nützlich
für Stofftransferspenderelemente
bekannt sind. Dispergentien, grenzflächenaktive Stoffe bzw. Tenside
und andere Zusätze
(Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, Aufheller, weiße Pigmente,
reflektive Partikel, Farbstoffe, Beschichtungshilfen, Antistatikmittel,
usw.) können
mit enthalten sein, um die Dispersion der emittierenden Materialien
zu unterstützen,
oder der transferierbaren emittierendes Material aufweisenden Schicht
andere gewünschte
Eigenschaften zu verleihen, wie es dem Fachmann auf diesem Gebiet
bekannt ist. Besonders erwünscht
ist der Einschluß fluorierter
Tenside und Schmiermittel, welche die glatte und saubere Übertragung
des emittierenden Materials von dem Spender auf den Empfänger erleichtern.
Das trans ferierbare emittierendes Material aufweisende Spenderelement
kann optional Licht absorbierendes Material aufweisen, das die Abbildungsstrahlung
absorbiert, und diese Energie in Wärmeenergie umwandelt. Das Licht
absorbierende Material kann jedes Material sein, das einen Teil
der einfallenden Abbildungsstrahlung absorbiert, die Strahlungsenergie
in Wärmeenergie
umwandelt und dadurch die Übertragung
der transferierbaren emittierendes Material aufweisenden Schicht
von dem Spenderelement auf das Empfängerelement erleichtert. Zu
Beispielen von Materialien, die als Licht absorbierende Materialien
nützlich
sein können,
zählen
geeignet absorbierende Farbstoffe (d. h., diejenigen, die Licht
bei den ultravioletten, infraroten usw. Wellenlängen absorbieren), Binder oder
andere polymerische Materialien, organische oder anorganische Pigmente,
die ein "Schwarzer
Körper"- oder ein nicht-"Schwarzer-Körper"-Absorber sein können, Metalle oder Metallfilme
oder andere geeignete Absorptionsmaterialien.
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Zu Beispielen von Farbstoffen, die
sich als nützliche
Licht absorbierende Materialien herausgestellt haben, zählen Farbstoffe,
die Licht im infraroten Bereich des Spektrums absorbieren. Diese
sind zum Beispiel in Matsuoka, M. Infrared Absorbing Materials,
Plenum Press, New York, 1990, in Matsuoka, M., Absorptions Spectra
of Dyes for Diode Lasers, Bunshin Publishing Co., Tokio 1990, in
den U.S. Patenten Nr. 4,772,583, 4,833,124, 4,912,083, 4,942,141,
4,948,776, 4,948,777, 4,948,778, 4,950,639, 4,940,640, 4,952,552, 5,023,229,
5,024,990, 5,286,604, 5,340,699, 5,401,607 und in den Europäischen Patenten
Nr. 321,923 und 568,993 beschrieben. Weitere Farbstoffe sind in
Bello, K. A. et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 452 (1993) und
in dem U.S. Patent Nr. 5,360,694 beschrieben. Von American Cyanamid
oder von Glendale Protective Technologies unter der Bezeichnung
IR-99, IR-126 und
IR-165 verkaufte IR-Absorber können
ebenfalls gemäß Offenbarung
im U.S. Patent Nr. 5,156,938 verwendet werden. Zusätzlich zu
herkömmlichen
Farbstoffen beschreibt das U.S. Patent Nr. 5,351,617 die Verwendung
von IR-absorbierenden leitenden Polymeren als Licht absorbierende
Materialien.
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Weitere Beispiele bevorzugter Licht
absorbierender Materialien umfassen organische und anorganische
Absorptionsmaterialien wie z. B. Ruß, Metalle, Metalloxide oder
Metallsulfide und andere bekannte Pigmente und Absorber. Repräsentative
Metalle umfassen die Metallelemente der Gruppen Ib, IIb, IIIa, IVa,
IVb, Va, Vb, VIa, VIb und VIII der Periodentabelle sowie deren Legierungen
oder deren Legierungen mit Elementen der Gruppe Ia, IIa, und IIIb
oder Gemische davon. Zu besonders bevorzugten Metallen zählen Al,
Bi, Sn, In oder Zn und deren Legierungen oder deren Legierungen
mit Elementen der Gruppen Ia, IIa und IIIb der Periodentabelle,
oder Verbundstoffe oder Gemische davon. Zu geeigneten Verbundstoffen
dieser Metalle zählen Metalloxide
und Sulfide von Al, Bi, Sn, In, Zn, Ti, Cr, Mo, W, Co, Ir, Ni, Pd,
Pt, Cu, Ag, Au, Zr und Te und Gemische davon.
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Das lichtabsorbierende Material kann
einer oder mehreren von den Komponenten des transferierbaren emittierendes
Material aufweisenden Spenderelementes (z. B. dem Substrat, der
transferierbaren emittierendes Material aufweisenden Schicht, usw.)
zugesetzt werden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung kann das lichtabsorbierende Material in dem transferierbaren
emittierendes Material aufweisenden Spenderelement als eine getrennte
Schicht vorhanden sein, welche hierin als eine "Licht/ Wärme-Umwandlungsschicht" (LTHC) bezeichnet
wird. Die Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
kann bevorzugt eine oder mehrere Schichten organischer oder anorganischer
Materialien enthalten, welche Abbildungsstrahlung absorbieren. Die
Licht/ Wärme-Umwandlungsschicht
besteht bevorzugt aus Materialien, die thermisch stabil sind. Bevorzugt
bleibt die Licht/Wärme-Umwandlungsschicht während des
Abbildungsvorgangs im wesentlichen intakt. Diese Licht/Wärme-Umwandlungsschichten
können zu
100% aus Licht absorbierenden Materialien bestehen; z. B. wenn die
Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
in der Form eines Metallfilms vorliegt. Metallische Licht/Wärme-Umwandlungsschichten
können
bevorzugt eine Dicke in dem Bereich von 0,001 bis 10 μm, bevorzugter
im Bereich von 0,002 bis 1,0 μm
aufweisen.
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Alternativ kann eine Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
Teilchen von Licht absorbierendem Material (z. B. Ruß) in einem
Binder verteilt bzw. dispergiert, enthalten. Der Binder kann irgendeiner
aus einer Anzahl bekannter Film bildender Polymere, wie z. B. warmgehärteter,
wärmehärtbarer
oder thermoplastischer Polymere, einschließlich Phenolharzen (z. B. Novolak- und Resolharzen),
Polyvinylacetaten, Polyvinylidenchloriden, Polyacrylaten, Zelluloseestern
und Estern, Nitrozellulosen, Polycarbonaten und Gemischen davon
bestehen. Bevorzugt wird dieser Typ einer Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
in einer Trockendicke von 0,05 bis 5,0 μm, bevorzugter 0,1 bis 2,0 μm beschichtet.
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Angrenzend an die optionale LTHC-Schicht
ist eine optionale nicht transferierbare Zwischenschicht aufgebracht.
Beispiele geeigneter Zwischenschichten sind in dem gleichzeitig
anhängigen
U.S. Patent Nr. 5,725,989 beschrieben. Der Einbau einer zwischen
der Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
und der transferierbares emittierendes Material aufweisenden transferierbaren
Schicht angeordneten Zwischenschicht verringert das Ausmaß der Kontamination
der sich ergebenden transferierten Abbildung aus der Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
und verringert den Anteil der Störung,
der sich in der transferierten Abbildung ergibt. Die Zwischenschicht
kann entweder ein organisches oder anorganisches Material sein.
Um die Beschädigung
und Verschmutzung der sich ergebenden transferierten emittierendes
Material aufweisenden Abbildung zu minimieren, ist die Zwischenschicht
bevorzugt eine zusammenhängende
Beschichtung, welche eine hohe Wärmebeständigkeit
aufweist und während
des Abbildungsprozesses intakt und mit der LTHC-Schicht in Kontakt bleibt.
Zu geeigneten organischen Materialien zählen sowohl warmgehärtete (vernetzte)
als auch thermoplastische Materialien. Die Zwischenschicht kann
bei Wellenlänge
der abgegebenen Abbildungsstrahlung entweder durchlässig oder
reflektiv sein.
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Zu geeigneten die in einer Zwischenschicht
nützlichen
warmgehärteten
Harzen, zählen
sowohl Wärme-
als auch Strahlungs-vernetzte Materialien, wie z. B. vernetzte Poly(meth)acrylate,
Polyester, Epoxide, Polyurethane usw.. Für eine leichte Aufbringung
werden die warmgehärteten
Materialien üblicherweise
auf die Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
als thermoplastische Vorläuferschichten
beschichtet und anschließend
zur Ausbildung der gewünschten
vernetzten Zwischenschicht vernetzt. Zu Klassen geeigneter Thermoplaste
zählen
Polysulfone, Polyester, Polyimide, usw. und können auf die Licht/ Wärme-Umwandlungsschicht
unter Anwendung herkömmlicher
Beschichtungstechniken (Lösungsbeschichtung,
usw.) beschichtet werden. Die optimale Dicke der Zwischenschicht
ist durch die minimale Dicke bestimmt, bei welcher die Übertragung
der Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
und die Verzerrung der übertragenen
Schicht eliminiert sind, typischerweise zwischen 0,05 und 10 μm.
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Zu geeigneten anorganischen Materialien
zur Verwendung als Zwischenschichtmaterialien zählen Metalle, Metalloxide,
Metallsulfide, anorganische Kohlenstoffbeschichtungen, usw., welche
bei der Wellenlänge der
Abbildungsstrahlung hoch durchlässig
sind und auf die Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
unter Anwendung herkömmlicher
Techniken (z. B. Vakuum-Sputtern,
Vakuumaufdampfung, Plasmastrahl, usw.) aufgebracht werden können. Die
optimale Dicke wird durch die minimale Dicke bestimmt, bei welcher
die Übertragung
der Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
und die Verzerrung der übertragenen
Schicht eliminiert werden, typischerweise zwischen 0,01 und 10 μm.
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Optional können andere nicht-emittierendes
Material aufweisende Transferschichten bei dem Spender vorhanden
sein, um eine zusätzliche
Funktionalität
in den durch Abbildungsstrahlung transferierten Bereichen zu erzeugen.
Von speziellem Interesse wäre
es, über
ein Klebermaterial und Pigmente (z. B. rote, grüne und/oder blaue Pigmente)
in der Phosphormatrix oder in der Oberfläche, welche an der Empfängeroberfläche (z.
B. an gekrümmtem
Glas) anhaftet, zu verfügen.
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Optional kann das transferierbare
emittierendes Material aufweisende Spenderelement mit einem Kleber
beschichtet werden, welcher die Übertragung
der transferierbaren emittierendes Material aufweisenden Schicht
auf den Empfänger
erleichtert.
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Während
der Belichtung durch die Abbildungsstrahlung kann es wünschenswert
sein, die Ausbildung von Interferenzmustern aufgrund von Mehrfachreflexionen
aus dem abgebildeten Material zu minimieren. Dieses kann durch verschiedene
Verfahren erreicht werden. Das üblichste
Verfahren ist die wirksame Aufrauhung der Oberfläche des thermisch abbildbaren
Elementes im Maßstab
der einfallenden Abbildungsstrahlung, wie es in dem U.S. Patent
Nr. 5,089,372 beschrieben ist. Ein alternatives Verfahren ist die
Anwendung einer Anti-Reflexionsbeschichtung auf der zweiten Grenzfläche auf
die die einfallen de Beleuchtung auftrifft. Die Anwendung von Anti-Reflexionsbeschichtungen
ist im Fachgebiet allgemein bekannt, und kann aus Viertelwellendicken
einer Beschichtung, wie z. B. aus Magnesiumfluorid bestehen, wie
es in dem U.S. Patent Nr. 5,171,650 beschrieben ist. Aufgrund von
Kosten- und Fertigungszwängen
wird die Oberflächenaufrauhungslösung in
vielen Anwendungen bevorzugt.
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Der Empfänger kann jedes beliebige Displayelement
mit einer zusammenhängenden
emittierenden Beschichtung sein, das von der Aufbringung von emittierenden
Materialien und insbesondere Phosphoren profitiert. Der Empfänger kann
glatt oder rauh, transparent, opak, lichtdurchlässig, plattenartig, oder nicht
plattenartig, flach oder gekrümmt
(wie z. B. die konkave Innenoberfläche einer CRT-Röhre) sein.
Optional kann der Empfänger
mit einer Kleberschicht beschichtet sein, welcher die Übertragung
der emittierendes Material aufweisenden oder Phosphor aufweisenden
Schicht auf den Empfänger
in den der Abbildungsenergie ausgesetzten Bereichen erleichtert.
Als eine Alternative zu einem Licht absorbierenden Material in dem
transferierbaren emittierendes Material aufweisenden Spenderelement
kann ein Licht absorbierendes Material in einer Komponente des Empfängerelementes,
beispielsweise innerhalb des Substrats des Empfängerelementes, oder innerhalb
einer getrennten Schicht des Empfängerelementes (beispielsweise
innerhalb der schwarzen Matrix auf dem Substrat, innerhalb einer
Kleberschicht auf dem Empfängerelement,
usw.) vorhanden sein. Wenn das Licht absorbierende Material in dem
Empfängerelement
vorhanden ist, oder ein Teil des transferierbaren emittierendes
Material aufweisenden Spenderelementes ist, das bei der Abbildung
auf das Empfängerelement transferiert,
folgt daraus, daß das
Licht absorbierende Material in dem abgebildeten Empfängerelement
vorhanden sein wird. In einem solchen Falle bevorzugt man es, daß das Licht
absorbierende Material nicht die Verhaltenseigenschaften (z. B.
die gewünschten
optischen Eigenschaften) des abgebildeten Empfängers beeinträchtigt.
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Die emittierenden Materialien können auf
das Spendersubstrat durch jedes Verfahren abgeschieden werden, welches
eine ausreichende Haftung an den Substrat erzeugt, um dessen Verwendung
in einem thermischen Abbildungsverfahren zu ermöglichen. Das emittierende Material
kann z. B. mittels Dampfabscheidung, Soltrocknung, Wärmetrocknung,
binderlose Haftung an einer Empfängerbeschichtung
auf dem Substrat, Beschichtung und Trocknung einer Dispersion/Lösung von
Phosphorpartikeln und Binder, Beschichtung und Trocknung einer Dispersion/Lösung von
organischen lumineszierenden Material und dergleichen beschichtet werden.
Eine zusammenhängende
Beschichtung erfordert, daß keine
physikalischen Löcher,
oder visuell beobachtbare Abmessungen in der Beschichtung vorhanden
sind, welche den Gegenstand funktionuntüchtig machen. Die Übertragung
emittierender Materialien in diesem Verfahren erzeugt hoch gleichförmige (in
Dicke und Ausrichtung) gleichmäßig verteilte
hochauflösende
Verteilungen emittierender Materialien in einer emittierenden Anordnung.
Die Auflösung
ist mindestens der geätzter
abgeschiedener emittierender Materialien ebenbürtig und die Kanten der Phosphoreinheiten
können
schärfer
als die durch Ätzung
hergestellten sein, da eine Unterätzung und andere Ätzanomalien
vermieden werden.
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In der vorliegenden Erfindung emittieren
emittierende Materialien Strahlung zwischen 200 nm und 1100 nm,
wenn sie einem elektrischen Feld ausgesetzt werden (Elektrolumineszenz).
Erfindungsgemäße emittierende
Materialien umfassen organische emittierende Materialien (z. B.
emittierende organische Polymere) und Kombinationen davon. Normalerweise
sind diese Phosphore in Beschichtungszusammensetzungen als Partikel
bereitzustellen, insbesondere mit mittleren Partikelgrößen zwischen
0,3 und 50 μm,
bevorzugt zwischen 0,5 und 40 μm
und bevorzugter zwischen 0,7 und 35 μm, und am bevorzugtesten zwischen
1 und 30 μm.
Unter den vielen im Fachgebiet bekannten Phosphorarten befinden
sich Alkalihalogenide, dotierte Alkalihalogenide, Seltenerd-Oxihalogenide,
und andere, wie sie in dem U.S. Patent Nr. 5,302,423 beschrieben
sind.
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Zu weiterer Literatur, welche Phosphore
offenbart, zählen
die U.S. Patente Nr. 4,258,264; 4,261,854; 5,124,564; 4,225,653;
4,387,141; 3,795,814; 3,974,389; 4,405,691 und dergleichen.
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Ein weiteres Kennzeichen der vorliegenden
Erfindung welches sich von früheren
Transferverfahren unterscheidet, in welchen emittierende Materialien
in Betracht gezogen wurden, liegt in der Fähigkeit des vorliegenden Verfahren,
größere emittierende
Partikel gleichmäßig zu übertragen,
und eine konsistente Größenverteilung
wie innerhalb der ursprünglichen
Größenverteilung
der Partikel innerhalb des Spenderelementes beizubehalten. Dieses
wird erreicht, indem die Form der thermische Schmelzhaftung des
Transfers statt der in den U.S. Patenten Nr. 5,171,650 und 5,156,938
durchführten
ablativen Übertragung
betont wird. Die ablative Form des Transfers wäre bei der Erzeugung emittierenden
Materials und insbesondere von Phosphorbildschirmen nicht nützlich,
da die Partikel durch das ablative Verfahren buchstäblich zerbrochen
oder in kleinere Größen zersprengt
würden,
was nicht so steuerbar oder für
emittierende Platten oder Bildschirme geeignet wäre. Man bevorzugt es, daß die Größenverteilung
von Partikeln in diesem relativ größeren Größenbereich bei der Erzeugung
von Phosphorbildschirmen beibehalten bleibt, wobei die Phosphore
mindestens zu 50% größer als 4 μm (und bevorzugter
größer als
5 μm), bevorzugter
mindestens zu 60% größer als
4 μm (und
nochmals bevorzugter größer als
5 μm), und
am bevorzugtesten mindestens 75% der Phosphorpartikel größer als
4 μm (und
nochmals bevorzugter größer als
5 μm sind).
Man bevorzugt es, daß die
Abmessungen der transferierten Phosphore kleiner als 150 μm in der
Zeilenbreite und zwischen 0,5 und 50 μm in der Höhe (Dicke) sind. Man bevorzugt
es mehr, daß die
Zeilenbreite kleiner als 100 μm
und die Dicke zwischen 1 und 10 μm
ist. Am meisten bevorzugt man es, wenn die Zeilenbreite zwischen
10 und 90 μm
und die Dicke zwischen 2 und 5 μm
liegt.
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Es ist durchführbar, "strukturierte" Phosphorbildschirme zu erzeugen, d.
h., Bildschirme mit einer eingebauten Rasterorientierung des Phosphors,
so daß die
Stimulation des Bildschirms, wenn er in einem Speicherphosphormodus
verwendet wird, durch eine Gesamtoberflächenbestrahlung statt nur durch
eine Punkt-für-Punkt-Bestrahlung durch
eine stimulierende Strahlung bewirkt werden kann. Dieses kann erreicht werden,
indem das gewünschte
Muster der Phosphorverteilung auf die Oberfläche eines Trägerelementes transferiert
wird, wobei das Muster üblicherweise
aus Spalten und Zeilen eng beabstandeter Punkte besteht, und dann
die Zusammensetzung innerhalb des Musters gehärtet wird. Diese Muster sind
keine Informationsmuster, sondern lediglich zugängliche Anordnungen von Phosphoren,
welche zur Stimulation durch den gewählten Stimulationsmechanismus,
z. B. eine Rasterabtastung entlang den Spalten und/oder Zeilen bereitstehen
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Illustratives
Beispiel
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Die nachstehend verwendeten Materialien
wurden, soweit nicht anders angegeben, von Aldrich Chemical Co.
(Milwaukee, WI) erhalten.
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Der Lasertransfer wurde unter Verwendung
eines Einmoden-Nd:YAG-Lasers
in einer planen Abtastkonfiguration erzielt. Die Abtastung wurde
mit einem Lineargalvanometer durchgeführt, und wurde auf die Abbildungsebene
unter Verwendung einer f-θ-Abtastlinse
fokussiert. Die Leistung in der Abbildungsebene war 8 Watt, die
Laserpunktgröße (gemessen
bei der 1/e2 Intensität) war 140 × 150 μm. Die lineare Laserpunktgeschwindigkeit
war 4,6 m/s, gemessen in der Abbildungsebene.
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Das Glasempfängersubstrat wurde in einem
ausgesparten Vakuumrahmen gehalten, die Spenderschicht wurde in
Kontakt mit dem Empfänger
plaziert und durch Aufbringung eines Vakuums in ihrer Lage gehalten.
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Phosphorspender-Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
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Eine aus Ruß bestehende Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
wurde durch Beschichtung der nachstehenden "LTHC-Beschichtungslösung 1" auf ein 98,6 μm (3,88 mil) PET-Substrat mit
einem Beschichtungsgerät von
Yasui Seiki Lab, Modell CAG-150 mittels einer Mikrotiefdruckwalze
mit 90 Spiralzellen pro laufendem Inch (2,54 cm) hergestellt.
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LTHC-Beschichtungslösung I
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Die Beschichtung wurde bei 100°C in der
Fertigungslinie getrocknet und mit 10,16 cm/s (20 feet/min) unter
Verwendung eines UV-Härtungssystems
von Fusion Systems, Modell I600 (237 Watt/cm (600 watts/inch)),
ausgestattet mit H-Lampen, getrocknet. Die getrocknete Beschichtung
hatte eine optische Dichte von 1,2 bei 1064 nm.
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Phosphorspenderzwischenschicht
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Auf die Rußschicht der Licht/Wärme-Umwandlungsschicht
wurde eine "Schutzzwischenschicht-Beschichtungslösung 1" unter Verwendung
des Beschichtungsgerätes
Modell CAG-150, hergestellt von Yasui Seiki Co., Ltd., mittels einer
Mikrotiefdruckwalze mit 59 Spiralzellen pro laufendem an (150 Spiralzellen
pro laufendam Inch) im Rotationstiefdruck aufgebracht. Diese Beschichtung
wurde (bei 100°C)
in der Fertigungslinie getrocknet und mit 10,16 cm/s (20 feet/min)
unter Verwendung eines UV-Härtungssystems
Modell I600 (236 Watt/cm (600 watts/inch)) von Fusion Systems, ausgestattet
mit H-Lampen, UV-gehärtet. Diese
LITI-Spenderelement wurde als "LITI-Spenderelement
I" bezeichnet.
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Schutzzwischenschicht-Beschichtungslösung I
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Phosphorspendertransferschicht
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Die Schutzzwischenschicht des LITI-Spenderelementes
I wurde mit einer "Phosphortransferschicht-Beschichtungslösung I" unter Verwendung
eines #12-Beschichtungsstabes überbeschichtet.
Die Beschichtung wurde dann für
180 Sekunden (3 Minuten) bei 60°C
getrocknet.
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Phosphortransferschicht-Beschichtungslösung I
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Der Phosphorspender wurde auf eine
12,7 × 12,7
cm (5 × 5
inch) 1,1 mm dicke Glasplatte unter Anwendung der vorstehend beschriebenen
Laserabbildungsbedingungen abgebildet. Der Phosphor und Binder wurden
erfolgreich als ein Film von dem Spender auf den Glasempfänger zur
Erzeugung von Linien von 90 μm Breite
und 3,3 μm
Höhe, gemessen
mittels eines Profilometers, übertragen.
Die Phosphorpackung erschien gleichförmig und dicht. Mehr als 95%
des Bereichs waren gemäß visueller
Inspektion bei 1000-facher Vergrößerung in
einem optischen Mikroskop mit Phosphorpartikel überdeckt. Die transferierten
Punkte wurden mit einer von Hand gehaltenen UV-Quelle angeregt,
und deren Phosphoreszenz unter Prüfung mit dem bloßen Auge
in einem abgedunkelten Raum beobachtet.