CN102782526A - 选择性着色方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对基质(10)染色的选择性着色方法，其选择性地在所述基质的第一外露表面部分(S1)上着色。为此目的，除了外露表面第一部分外，基质由对染料不渗的材料(2)组成。特别地，不渗材料可形成为覆盖住外露表面第二部分(S2)中的基质其基底部分(3)的层。该基质被加热，这样，染料(C)渗透构成外露表面的第一部分的渗透材料(1)。特别地，该方法对消除由通过目镜支撑的多层结构的壁引起的散射光特别有用。

Description

选择性着色方法
技术领域
本发明涉及对基质选择性着色的方法。它还涉及由该方法造成的透明多孔组件。
背景技术
通常需要对基质进行着色，选择性地在这个基质与同一基质的表面第二部分相关的第一部分上进行。为此目的，可以屏蔽掉第二部分，对整个基质施加染料，然后移掉使用过的屏蔽物。但当基质表面具有复杂结构和/或有很小尺寸的图案的结构而不能使用屏蔽物时，这样的方法就不可行。此外，在基质上施加屏蔽物及移掉屏蔽物的步骤耗时且与具有染色基质产品的目标成本相矛盾。
发明内容
本发明的一个目的是在基质表面不同部分之间选择性地对基质进行染色，以可以兼顾具有复杂和/或小尺寸图案的表面结构的方式进行染色。
本发明的另一个目的是以快速且经济的方式对基质表面某部分进行选择性染色。
为达到这些和其他目的，本发明提出选择性的着色方法，其包括如下步骤：
/1/提供具有外露表面的基质，这个外露表面包括由第一材料形成的第一表面部分以及由不同于第一材料的第二材料形成的第二表面部分；
/2/提供染料源，当加热该染料源时，其适于释放出染料；
/3/靠近基质的外露表面加热染料源，这样，染料从染料源转移到基质的外露表面上；
/4/加热基质，这样，转移到第一表面部分上的染料渗透入第一材料中；及
/5/用染料溶剂冲洗基质的外露表面，从而消除残留在外露表面上的染料。
为执行这个方法的诸步骤，选择第二材料，使得来自染料源以及步骤/4/开始时呈现在第二表面部分上的染料，在该步骤/4/期间不渗入第二材料中，并在步骤/5/中得以消除。
因此，根据本发明，着色选择性通过适宜地选择基质材料而获得，该构成待着色表面部分和不被着色表面部分。为此目的，用作待着色表面部分(被称为第一表面部分)的第一材料，在第一材料被加热时它对染料而言是可渗透的。同时，用作不被着色表面部分(被称为第二表面部分)的第二材料，对于相同的染料而言是不可渗透的。因而，当基质被加热时，染料仅扩散入第一材料，而不会渗入到第二材料。残留在基质表面上，至少在第二表面部分上的染料，通过清洗而被消除掉，这样，只有已经渗入第一材料中的染料才保留在基质中。
这样的方法不需要使用屏蔽物在外露的基质表面的第一和第二部分之间形成差别。
此外，这些不同的步骤，特别是基质加热和清洗步骤，兼顾到复杂结构和/或基质表面具有小尺寸图案的结构。
优选地，第二材料可具有高于第一材料的凝胶温度和软化温度。确实，当加热时材料对染料的渗透性以及其软化程度之间的经验关系已经由发明者观察得到。从这个意义上讲，与第一材料相比，第二材料可说是对染料不渗透的。
优选地，第一材料可以是有机或者矿物-有机混合材料。在本发明中，矿物-有机材料理解为指包括至少两种成分的材料，其中一种是自然界中的有机材料而另一种是自然界中的矿物材料。这样的矿物-有机材料可由分布在确保材料凝聚的有机基体中的矿物颗粒构成，比如至少一种金属氧化物颗粒。在这种情况下，第一材料的软化相应于它的有机基体的软化。特别地，颗粒可以是二氧化硅颗粒(SiO2)。
第二材料可以是矿物或者矿物-有机混合材料。染料基本上在矿物材料中扩散得很少或一点都不扩散，或者至少它们在这样的矿物材料中扩散得没有机材料中那么快。比如，第二材料可以包括二氧化硅(SiO2)，氧化锌(ZnO)，或者掺锡氧化铟(ITO)。它还可以是包括了二氧化硅、氧化锌或掺锡氧化铟的混合矿物-有机材料。
当第一和第二材料都是与在它们各自的有机基体中分布的矿物颗粒混合的混合物时，第二材料的基体的凝胶温度或软化温度优选地高于第一材料基体的凝胶温度或软化温度。
基本上，染料源可以适于在步骤/3/中通过升华来释放染料，因此这些染料在它们在染料源和基质外露表面之间转移期间是气态的。可选地，染料源可以适于使得染料在这个染料源和基质外露表面之间接触期间发生转移，这个现象发生在步骤/3/中。然后染料源在步骤/3/和/4/之间被移走。这些不同类型的染料源，特别地，兼顾到具有复杂和/或小尺寸图案的基质外露表面。特别地，它们不需要使用必须能够循着基质外露表面轮廓以便沉淀出染料分子的染料涂抹器。比如，染料源可包括浸透了染料的纸或聚乙烯醇的一部分。
在本发明优选的实施方式中，该基质可包括：
-透明的基础基质，其具有上表面；
-第二材料的透明层，其由基础基质的上表面支撑；以及
-设置在第二材料透明层上的壁的网络，位于所述第二材料与基础基质相反的那侧上，且该壁垂直于基础基质的上表面延伸。
然后，外露表面的第一部分由该壁形成，且外露表面的第二部分由壁之间的第二材料的透明层形成。在这种情况下，该方法使得壁之间基质的透明性得以保持。此外，基础基质可为任意材料，因为在壁之间，基质对染料的不渗透性由透明层来保证。因而对该层材料的适宜选择，为染料对基础基质的渗透或者扩散提供了防护。
特别地，壁可为树脂，特别地可为感光树脂。在这种情况下，基质可在步骤/4/中在110℃和150℃温度之间加热至少一小时。
因而，壁的树脂可以是有机物或矿物-有机物。
基础基质可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
透明材料层可以由上述第二材料之一构成。垂直于基础基质上表面测量，它可具有在50和1000nm(纳米)之间的厚度，优选地在100和500nm之间。这样的厚度对于防止染料和基础基质之间的接触是有效的。
本发明还提出透明多孔组件，其允许透过该组件可以具有清晰视野，且其可以根据上述本发明的方法获得。这样的组件可包括基础基质、透明层、以及壁的网络。在该组件中，壁以染料分布在壁中的形式结合染料，分布的形式相应于源自所述壁的表面的扩散外形，且透明层不具有染料。这样的组件可形成眼睛透镜、面具透镜、光学透镜、头盔观察窗、飞机机窗、或玻璃窗的至少一部分，或者可形成适于覆于眼睛透镜、面具透镜、光学透镜、头盔观察窗、飞机机窗、或玻璃窗上的多层结构的至少一部分。
附图说明
本发明的其他特征和优点将从下面的非限定性示例的描述中，并参考附图得以清晰：
-图1为可应用本发明方法的基质横截面图；
-图2a-2c为在本发明方法的多个步骤中，图1的基质放大横截面图；以及
-图3显示了上图中基质的具体应用。
为清楚起见，在这些图中呈现的元件的尺寸并不相应于实际尺寸或者与实际尺寸成比例。此外，不同图中相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
为了解释目的，现在眼科应用的背景下对本发明进行说明，但可以理解，其也可应用于其他技术领域。
本发明特别地适用于对形成基质的组件着色，而这个组件开始是透明的且必须在已经被着色后仍保持透明。在本发明的背景下，透明组件被理解为指光学组件，该组件允许使用者定位在组件一侧便可清晰地透过这个组件，看轻定位在另一侧并距离组件一定距离的目标。换句话说，目标的图像，通过光在目标和透明组件之间第一非零距离上的传布，然后穿过透明组件，并在透明组件和使用者眼睛之间的第二非零距离上的传布，形成在使用者的视网膜上。为此目的，由光学组件引起的扩散和/或衍射必须足够低，以使得目标的某点的图像，穿过透明组件，在由使用者意识到的图像上呈现为点而非漫斑。
比如，本发明应用的透明组件可以是眼镜透镜，或者旨在覆于该眼镜透镜之上的多层结构。
如图1所示，这样的多层结构10可包括：
-聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)或聚酰亚胺的透明膜3，厚度比如为50μm(微米)，且形成为结构10的基础基质；
-覆盖在膜3上表面的层2；以及
-形成在层2上的壁1的网络，壁1基本上垂直于膜3延伸。
层2优选地是连续的且利用薄膜沉积法形成在膜3上，比如低压等离子沉积法或者用于氧化物的RF等离子-辅助沉积法。当层2由混合材料构成时，可以替代性地使用溶胶法。层2比如可为氧化硅(SiO2)，其具有足够厚度以形成为连续形式。层2的厚度可在0.1和0.5μm之间。
壁1可至少部分地为有机材料，比如树脂，特别地为感光树脂，每一树脂具有20μm的高度h以及大于0.1μm的厚度e，且该厚度优选地在0.5和8μm之间。两相邻的壁1可间隔比如在50μm到1.5mm之间的间距d，且平行于膜3。此外，矿物颗粒，比如金属氧化物的颗粒，可融合到壁1的树脂中，这样它们嵌入壁中。那么由此而形成的构成壁1的材料实际上为矿物-有机物。
结构10对在垂直于膜3的方向D上传布的光线而言是透明的。特别地，膜3和层2各自都是透明的。
那么，结构10具有外露表面S，在壁2之间，该外露表面部分地由壁1形成、部分地由层2形成。因此，壁1形成表面S的第一部分，用S1表示，层2暴露在壁1之间的部分形成表面S的第二部分，用S2表示。壁1的材料构成了本专利申请的概述部分中所指的第一材料，且层2的材料构成第二材料。
染色源(未示出)被带到靠近外露表面S。这个染色源适于在被加热时释放至少一种染料的分子C。这样的染色源，被称为染料升华源，对本领域技术人员而言是公知的，且在此不需要进一步讨论它们的操作。比如，染料可以包含在靠近结构10设置的坩埚中，或染料可以是涂覆到表面S上的粉末或液体。更一般地，本发明可应用到多种染料的混合体。在这种情况下，每一种染料可各自从独立的染料源或者从混合染料源，按上文描述过的方式转移到结构10上。为清楚起见，下面描述中假设用的是单一染料。
加热染料源，这样，它释放出染料分子C且后者沉积在结构10的外露表面S上。对染料源的加热温度和持续时间进行选择，这样，足够量的染料分子C以基本上连续且均匀的方式覆盖表面S，特别是覆盖到垂直于膜3的壁1的两侧上。如图2a所示，染料分子C因此同时沉积在表面S的第一部分S1和第二部分S2上。然而，膜3不与染料分子C接触，因为它由壁1之间的层2覆盖了。
染料源C移除之后，结构10自身被加热，从而激活染料分子C扩散到壁1的材料中去。加热结构10的温度可选择为软化壁1的树脂的温度。然而，这个加热温度仍然非常的低，这样壁1不会变形。比如，结构10可加热到介于110℃和150℃之间的温度。染料分子C进而从形成表面部分S1的侧面和顶端渗入壁1。
壁1的材料因而选择为可渗入染料分子C，以利于这些分子扩散入壁1。壁1然后以分布的方式吸收染料分子C，该分布具有从这些壁的侧端和顶端(图2b)形成的扩散外形。
层2的材料选择为对染料分子而言紧实、不可渗透。因此，出现在第二表面部分S2上的染料分子C在加热结构10期间保持在层2外面，而不渗入层2内。特别地，层2的材料可选择为加热结构10不会引起层2的软化。为此目的，它具有比壁1材料更高的软化温度。因此，膜3保持不与染料分子C接触，但膜3的构成材料可对所用染料具有亲合力。如果膜3与染料分子接触，则染料分子会扩散到聚对苯二甲酸乙二醇酯内。换句话说，层2构成有效屏障使膜3不接触染料分子C。
在图2c中所示的最后步骤期间，结构S利用溶剂冲洗掉染料分子C。比如，可以用水进行冲洗。残留在外露表面S上的染料分子C因而得以消除。如此，出现在第二表面部分S2上的所有染料分子C均可去除，这样，壁1之间的结构10不会被着色。任意多余残留在第一表面部分S1上的染料分子C同时被除去。然而，已经扩散入壁1的材料中的残留染料分子C不与冲洗溶剂接触，且他们永久地使壁1染色。因此，相对于膜3的壁1的选择性着色便可获得。
在实施本发明的方法后，结构10吸收穿过壁1的光线，且结构10在壁1之间是透明的，在第二表面部分S2中具有高水平的光透射。特别地，在第二表面部分S2中的最终光透射可基本上与被层2覆盖的膜3光透射初始值相等。
如上所述的着色后结构10的具体应用中，透明光学基质可进而引入壁1之间，直到这些壁的顶部。然后透明密封膜4比如可通过将其黏贴到壁的顶端而覆于结构10之上，如图3所示。结构10因而以紧密的方式被密封住，且永久地含有透明光学基质。
然后结构10可覆于眼镜透镜11之上，比如覆于这个透镜的凸光学面上。该组件允许为由透明基质制造的最终眼睛透镜100提供额外功能。比如，该基质可以是对光反应变色的。
两壁1之间的眼镜透镜100对穿过自身的光线R1仍然是透明的。确实，光线R1相继地穿过透镜11、膜3、层2、包含在两壁1之间的光学基质的一部分以及密封膜4，这些都是透明的且具有高的光线透射值。
然而，由穿过壁1之一而横穿透镜100的光线R2可由于光的扩散而偏离，因为这个壁具有较小的厚度。透镜100透明性的减少，在本说明书开头提到的意义上，可引起对透镜使用者提供了模糊的视野。但是，由于壁1的材料已经着色，它有吸收作用，因而与扩散光线R2有关的光强度比较低，甚至很低。光线R2因此对透过透镜100形成的目标图像没有贡献。
通过使用本发明的选择性着色方法，眼睛透镜100仍然是透明的，不会使得穿过该透镜传输的部分光线被扩散或者散衍掉。因而透镜100的模糊量可小于1％。透镜100因此提供给透镜使用者清晰的视野。

Claims (17)

1.选择性着色方法，包括如下步骤：
/1/提供具有外露表面(S)的基质(10)，所述外露表面包括由第一材料形成的第一表面部分(S1)以及由不同于所述第一材料的第二材料形成的第二表面部分(S2)；
/2/提供染料源，当所述染料源被加热时，其适于释放染料(C)；
/3/加热靠近所述基质外露表面(S)的染料源，以便于所述染料(C)从所述染料源转移到基质的所述外露表面上；
/4/加热所述基质(10)，以便于转移到所述第一表面部分(S1)上的染料(C)渗入到所述第一材料中；以及
/5/用染料溶剂清洗所述基质的外露表面(S)，以清除残留在所述外露表面上的染料，
其中，选择所述第二材料，使得源自所述染料源并在步骤/4/开始时出现在所述第二表面部分(S2)上的染料不会在所述步骤/4/期间渗入所述第二材料，且能在步骤/5/中被清除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二材料的凝胶温度或软化温度高于所述第一材料的凝胶温度或软化温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一材料为有机或矿物-有机混合材料，且所述第二材料为矿物或矿物-有机混合材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二材料包括二氧化硅、氧化锌、掺锡氧化铟，或包含有二氧化硅、氧化锌、或掺锡氧化铟的混合材料。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述染料源适于在步骤/3/中通过所述染料的升华来释放所述染料，且所述染料(C)在其于所述染料源和基质外来表面(S)之间转移期间为气态。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述染料源适于在所述染料源和基质外露表面(S)之间接触期间使所述染料(C)得以转移，在步骤/3/中得以执行，且其中所述染料源在步骤/3/和/4/之间得以移除。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述染料源包括浸透了所述染料(C)的纸或聚乙烯醇的一部分。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述基质(10)包括：
-具有上表面的透明基础基质(3)；
-第二材料制成的透明层(2)，由所述基础基质的上表面支撑；以及
-设置在所述第二材料透明层上的壁(1)的网络，在所述层相对着基础基质的的一侧上，所述壁垂直于基础基质的上表面而延伸，
所述外露表面的第一部分(S1)由所述壁(1)形成，且所述外露表面的第二部分(S2)由所述壁之间第二材料的透明层(2)形成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，壁(1)至少部分为树脂，特别地为感光树脂，且其中所述基质(10)在步骤/4/中在介于110℃和150℃温度之间加热至少一小时。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述基础基质(3)是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二材料透明层(2)具有介于50和1000nm之间的厚度，优选地介于100和500nm之间，该厚度垂直于所述基础基质(3)的上表面测量而得。
12.透过所述组件获得清晰视野的透明多孔组件，包括：
-具有上表面的透明基础基质(3)；
-由所述基础基质上表面支撑的透明层(2)；及
-设置于透明层之上的壁(1)网络，位于所述层相反于基础基质的一侧上，所述垂直于基础基质的上表面延伸，
其中，所述壁(1)以染料分布在壁中的形式结合所述染料(C)，分布的形式相应于源自所述壁的表面的扩散外形，且其中，所述透明层(2)不具有染料。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述透明层(2)的材料的凝胶温度或软化温度具有高于壁(1)材料的凝胶温度或软化温度。
14.根据权利要求12或13所述的组件，其特征在于，所述壁(1)由有机或矿物有机混合材料形成，同时所述透明层(2)的材料由矿物或矿物-有机混合材料形成。
15.根据权利要求14所述的组件，其特征在于，所述透明层(2)的材料包括二氧化硅、氧化锌、掺锡氧化铟，或含有二氧化硅、氧化锌、或掺锡氧化铟的混合材料。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的组件，其特征在于，所述壁(1)的材料包括树脂，特别地包括感光树脂。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的组件，形成眼睛透镜(100)、面罩透镜、光学透镜、头盔观察窗、飞机机窗、或玻璃窗的至少一部分，或者形成适于覆于眼睛透镜、面具透镜、光学透镜、头盔观察窗、飞机机窗、或玻璃窗上的多层结构的至少一部分。
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