CN107405938A - 以非均匀线性图案着色光学元件的方法 - Google Patents

以非均匀线性图案着色光学元件的方法 Download PDF

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Abstract

提供了以非均匀线性图案着色光学元件的方法。该方法包括(a)制备至少一种含有至少一种光致变色材料的着色剂组合物；(b)使用喷墨打印装置将该着色剂组合物以受控的、预定的图案沉积在该光学元件的至少一个表面上，从而当该光学元件暴露于光化辐射时在该光学元件上提供线性梯度颜色图案；和(c)干燥该光学元件的表面上的该着色剂组合物。还提供了通过该方法制备的光学元件。

Description

以非均匀线性图案着色光学元件的方法
发明领域
本发明涉及使用喷墨打印装置制备以非均匀的线性图案、比如线性梯度颜色图案着色的光学元件的方法。
发明背景
已知梯度染色方法用于着色光学元件，比如透镜。该梯度染色效果提供的功能优势在于，透镜通常具有在透镜顶部的更高的颜色密度从而改进远距离观看，并且具有在透镜底部的更低的颜色密度，并且具有时尚个性的美观效果。
此外，还有将光致变色组合物施用于光学元件的众所周知的方法。例如，光致变色材料可以并入用于形成光学元件的基材部件中。或者，光致变色材料可以施用于该光学元件的表面上并允许渗入表面区域(称为吸收)。另外，光致变色材料可以通过已知方法如旋涂、浸涂、喷涂等作为涂层施用于该光学元件。
已经公开了实现梯度光致变色光学元件的方法。通常，通过将透镜浸入或浸没到染料浴中来实现眼镜透镜的梯度染色。该方法需要比固体染色或着色所需的更精确和可重复的加工。此外，一些光学基材，比如聚碳酸酯透镜材料，吸收染料的能力差。虽然已经开发出来克服了这些加工困难的方法，但这些方法通常需要额外的制造步骤，从而增加额外的制造成本。
因此，期望提供成本有效的制备梯度光致变色光学元件的方法，其中光致变色组合物可以以受控的和预定的梯度颜色图案(在光化辐射后)施涂到该光学元件的表面。
发明概述
本发明提供以非均匀线性图案着色光学元件的方法。该方法包括(a)制备至少一种包含至少一种光致变色材料的着色剂组合物；(b)使用喷墨打印装置将该着色剂组合物以受控的、预定的图案沉积在该光学元件的至少一个表面上，从而当该光学元件暴露于光化辐射时在该光学元件上提供线性梯度颜色图案；和(c)干燥该光学元件的表面上的该着色剂组合物。还提供了通过本发明的方法制备的光学元件。
发明详述
除非另有指示，否则本文所披露的所有范围或比率皆应理解为涵盖其中所包含之任何及所有子范围或子比率。例如所述范围或比率“1至10”应视为包括介于且包括最小值1与最大值10之间的任何及所有子范围，包括端点值。就是说，始于最小值1或较大值且止于最大值10或较小值之所有子范围或子比率，例如但不限于1至6.1、3.5至7.8及5.5至10。
本文中使用的术语“聚合物”和类似术语是指均聚物(由单一的单体制备)，共聚物(例如由两种或更多种单体制备)，和接枝聚合物，包括但不限于梳型接枝聚合物、星形接枝聚合物和树枝状接枝聚合物。
如本说明书和所附权利要求中所使用的，冠词“一(a)”、“一(an)”及“该”包括多个指示物，除非另外清楚且明确地限于一个指示物。
另外，为了本说明书的目的，除非另有说明，说明书中使用的表达成分、反应条件和其他性能或参数的量的所有数字应被理解为在全部情况中是用术语“约”修饰的。因此，除非有相反指示，以下说明书和所附的权利要求书中给出的数值参数是近似值，其可根据本发明所获得的期望的性能而变化。最起码，和并非意图限制等同原则对权利要求范围的适用，每个数值参数应当至少按照所报告的有效数字的数值和通过使用通常的舍入技术来解读。
如之前所述，本发明涉及以非均匀线性图案着色光学元件的方法，比如线性梯度颜色图案。为了本发明的目的，“线性梯度颜色图案”通过用喷墨打印技术沉积包含光致变色染料的光致变色组合物(下文中进一步详细说明)，从而当该光学元件暴露于光化辐射时在该光学元件的一个区域上产生逐渐的、视觉可辨别出的色相和/或颜色密度变化。色相和/或颜色密度的逐渐的变化在该光学元件的表面上的一个方向上发生。例如，当该光学元件为透镜时，色相和/或颜色密度的变化可以从透镜底部至透镜顶部发生。也就是说，特定组合物的沉积在透镜上从一侧到另一侧发生，并且组成或涂层厚度变化，使得从底部到顶部发生色相和/或颜色密度的变化，反之亦然。本文使用的术语“色相”是指纯的颜色，比如以“绿色”、“红色”或“品红”，和包含两种纯的颜色的混合，比如“红色-黄色”(即“橙色”)，或“黄色-绿色”表达。本文使用的术语“颜色密度”是指，在暴露于光化辐射后，用着色剂组合物打印的该光学元件表面的区域的光学密度。较高的颜色密度导致较低的百分比透光率。为了本发明的目的，透镜的底部最接近于透镜佩戴者的颧骨，而透镜顶部最接近于透镜佩戴者的前额。这样的线性梯度颜色图案应区别于本领域已知的径向梯度颜色图案，例如与其中颜色密度从透镜的中心点向外径径向向外变化的透镜相关使用的那些。
光学元件可以为任何本领域已知的那些。通常，光学元件选自透镜，窗户，显示元件，护目镜，遮阳板，面罩，汽车透明体例如天窗和灯罩，航空透明体和可穿戴透明体。此外，在沉积前述着色剂组合物之前，在本发明的方法中使用的光学元件可以为基本上透明的，或它可具有均匀的颜色(例如该光学元件可为染色的)。
在特定实施方案中，该光学元件为透镜。透镜可以为眼用透镜。本文使用的术语“光学”是指与光和/或视觉相关或关联。本文中使用的术语“眼用”是指与眼和视觉相关或关联。眼用元件的非限制性实例包括矫正性及非矫正性(平光)透镜，包括单视或多视透镜，其可为分段或非分段多视透镜(例如但不限于双焦点透镜、三焦点透镜及渐进透镜)；以及其它用于矫正、保护或增强(以化妆或其它方式)视力的组件，包括但不限于隐形眼镜、眼内透镜、放大透镜及保护透镜或护目镜。本文中使用的术语“显示器”是指可见的或机器可读的文字、数字、符号、设计或绘图形式的信息表示物。显示元件的非限制性的实例包括屏幕、监视器和安全元件，例如安全标记。本文中使用的术语“窗”是指适于允许辐射穿透的开孔。
光学元件可以包含任何本领域熟知的光学基材。该基材可包含聚合物有机材料，其选自热固性聚合物有机材料，热塑性聚合物有机材料，或的混合物这样的聚合物有机材料。聚合物有机材料可以选自聚(甲基丙烯酸C1-C12烷基酯)，聚(氧化烯二甲基丙烯酸酯)，聚(烷氧基化苯酚甲基丙烯酸酯)，乙酸纤维素，三乙酸纤维素，乙酸丙酸纤维素，乙酸丁酸纤维素，聚(乙酸乙烯基酯)，聚(乙烯基醇)聚氯乙烯，聚(偏二氯乙烯)，热塑性聚碳酸酯，聚酯，聚氨酯，聚硫氨基甲酸酯，聚亚磺基氨基甲酸酯，聚(尿素-氨基甲酸酯)，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚苯乙烯，聚(α-甲基苯乙烯)，共聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯)，共聚(苯乙烯-丙烯腈)，聚乙烯醇缩丁醛，或由双(烯丙基碳酸酯)单体，多官能丙烯酸酯单体，多官能甲基丙烯酸酯单体，二甘醇二甲基丙烯酸酯单体，二异丙烯基苯单体，乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯单体，聚(乙二醇)双甲基丙烯酸酯单体，乙氧基化苯酚双甲基丙烯酸酯单体，烷氧基化多羟基醇聚丙烯酸酯单体，苯乙烯单体，氨基甲酸酯丙烯酸酯单体，丙烯酸缩水甘油酯单体，甲基丙烯酸缩水甘油酯单体，二烯丙基季戊四醇单体，或这些单体的混合物制备的聚合物。
适用于制备本发明的光学元件的基材典型地具有的折射率为至少1.55并且可以包括非塑料基材，比如玻璃。更经常来说，使用常用于光学应用的基材，包括多元醇(碳酸烯丙酯)单体，例如二甘醇碳酸烯丙酯，比如二甘醇双(碳酸酯烯丙基)，该单体是由PPGIndustries，Inc.以注册商标CR-39出售的；聚(尿素)聚氨酯聚合物，它们是例如通过聚氨酯预聚物和二胺固化剂的反应制备的，一种这样的聚合物的组合物由PPG Industries，Inc.以注册商标TRIVEX出售；多元醇(甲基)丙烯酰基封端的碳酸酯单体；二甘醇二甲基丙烯酸酯单体；乙氧基化苯酚甲基丙烯酸酯单体；二异丙烯基苯单体；乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体；乙二醇双甲基丙烯酸酯单体；聚(乙二醇)双甲基丙烯酸酯单体；氨基甲酸酯丙烯酸酯单体；聚(乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯)；聚(乙酸乙烯基酯)；聚(乙烯基醇)；聚(氯乙烯)；聚(偏二氯乙烯)；聚乙烯；聚丙烯；聚氨酯；聚硫氨酯；热塑性聚碳酸酯，比如衍生自双酚A和光气的碳酸酯连接的树脂，一种这样的材料由Sabic Global Technologies以注册商标LEXAN出售；聚酯，比如由Dupont Teijin膜以注册商标MYLAR出售的材料；聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚乙烯醇缩丁醛；聚(甲基丙烯酸甲酯)，比如由Arkema FranceCorporation以注册商标PLEXIGLAS出售的材料，以及通过多官能异氰酸酯与多硫醇或聚二硫化物单体反应制备的聚合物(均聚或与多硫醇、多异氰酸酯、多异硫氰酸酯和任选的烯属不饱和单体或卤代芳族乙烯基单体共聚和/或三聚)。还考虑了这样的单体的共聚物和所述聚合物的共混物,和与其它聚合物的共聚物，例如形成互穿网络产物。
如上所述，在本发明的方法中，制备了着色剂组合物并将其沉积在光学元件(比如任何前述的)的至少一个表面上。着色剂组合物包含光致变色材料。可用于本发明的方法中的光致变色材料包含选自吡喃，螺吡喃，噁嗪，螺噁嗪，俘精酰胺，俘精酰亚胺，金属二苯基硫卡巴腙盐，二芳烯，和它们的混合物中的至少一种光致变色化合物。合适的光致变色材料的具体但非限制性的实例可以包括茚并稠合萘并吡喃，萘并[1,2-b]吡喃，萘并[2,1-b]吡喃，螺芴并[1,2-b]吡喃，菲并吡喃，喹啉并吡喃，氟蒽并吡喃，螺吡喃，苯并噁嗪，萘并噁嗪，螺(二氢吲哚)萘并噁嗪，螺(二氢吲哚)吡啶并苯并噁嗪，螺(二氢吲哚)氟蒽并噁嗪，螺(二氢吲哚)喹噁嗪，俘精酰胺，俘精酰亚胺，二芳烯，二芳基烷基烯和二芳基烯基烯。
本文使用的术语“光致变色”及类似术语，例如“光致变色化合物”，包括热可逆光致变色化合物，和非热可逆光致变色化合物，和它们的混合物。本文使用的术语“热可逆光致变色化合物/材料”是指能响应光化辐射从第一状态(即未活化的或透明态)转变为第二状态(即活化的或有色态)，且响应热能还原回第一状态的化合物/材料。本文使用的术语“非热可逆光致变色化合物/材料”是指能响应光化辐射自第一状态(即未活化的或透明态)转化为第二状态(即活化的或有色态)且响应与有色态的吸收基本上相同波长的光化辐射还原回第一状态的化合物/材料。
除了光致变色材料，着色剂组合物可以包含一种或多种聚合物组分。合适的聚合物组分的实例可以包括，但不限于，以下聚合物或其前体：聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯和聚己内酰胺。着色剂组合物可以为热塑性组合物或热固性组合物。在本发明特定实施方案中，着色剂组合物可以为可固化的组合物，其包含光致变色材料、可固化的树脂组合物，和任选的溶剂。
可固化的树脂组合物典型地包括具有官能团的第一反应物(或组分)，例如羟基官能聚合物反应物；以及为交联剂的第二反应物(或组分)，其具有与第一反应物的官能团反应并可形成共价键的官能团。可固化的树脂组合物的第一和第二反应物可以每个独立地包括一种或多种功能物质，并且各自以足以提供固化涂层的量存在，该涂层具有物理性质例如平滑度、耐溶剂性和硬度的理想组合。
可以用于可固化的树脂组合物的可固化的树脂组合物的实例包括，但不限于，包括环氧官能聚合物的，比如(甲基)丙烯酸类聚合物含有(甲基)丙烯酸缩水甘油酯残基，和环氧反应性交联剂(例如含有活性氢，比如羟基、硫醇和胺)的可固化的树脂组合物；包括活性氢官能聚合物，比如羟基官能聚合物和封端的(或封闭的)异氰酸酯官能交联剂的可固化的树脂组合物；以及包括活性氢官能聚合物，比如羟基官能聚合物，和氨基塑料交联剂的可固化的树脂组合物。
在本发明的一些方面中，该着色剂组合物包含光致变色材料和可固化的树脂组合物，其为可固化的氨基甲酸酯(或聚氨酯)树脂组合物。除了光致变色材料，这样的可固化的氨基甲酸酯(或聚氨酯)树脂组合物典型地含有活性氢官能聚合物，比如氨基官能或羟基官能聚合物；以及封端的(或封闭的)异氰酸酯官能交联剂。活性氢官能聚合物是本领域熟知的。可以用于这样的组合物的羟基官能聚合物包括，但不限于，本领域熟知的羟基官能乙烯基聚合物，羟基官能聚酯，羟基官能聚氨酯，和它们的混合物。
具有活性氢基团例如羟基官能团的乙烯基聚合物可以通过本领域技术人员已知的自由基聚合方法制备。在本发明的一些方面中，羟基官能乙烯基聚合物由主要部分的(甲基)丙烯酸酯单体制备并在本文中被称为“羟基官能(甲基)丙烯酸类聚合物”。
可用于包括封端的异氰酸酯官能交联剂的可固化的涂料组合物的羟基官能聚酯可以通过本领域熟知的方法制备。典型地，二元醇和二羧酸或二羧酸的二酯以使得羟基基团的摩尔当量大于羧酸基团(或羧酸基团的酯)的摩尔当量的比例反应，同时从水中除去水或醇反应介质。
羟基官能氨基甲酸酯可以通过本领域熟知的方法制备。典型地，一种或多种双官能异氰酸酯与一种或多种具有两个活性氢基团的材料(例如二醇或二硫醇)，使得活性氢基团与异氰酸酯基团的比例大于1，如本领域技术人员已知的。
“封端的(或封闭的)异氰酸酯交联剂”是指具有两个或更多封端的异氰酸酯基团的交联剂，所述封端的异氰酸酯基团可以在固化条件下例如在升高的温度下脱除(或去封闭)，形成游离异氰酸酯基团和游离封盖基团。通过交联剂脱除形成的游离异氰酸酯基团典型地能与活性氢官能聚合物的活性氢基团(例如与羟基官能聚合物的羟基基团)反应形成显著永久的共价键。
期望封端的异氰酸酯交联剂的封端基团在从异氰酸酯脱除后(即当它成为游离封端基团时)不会对可固化的涂料组合物产生不利影响。例如，希望游离封端基团既不会作为气泡陷入固化膜，也不会过度塑化固化膜。可用于本发明的封端基团典型地具有非逃逸特征或能在玻璃化之前从形成涂料显著逃逸。
封端的异氰酸酯交联剂的封端基团的类别可以选自，包括，但不限于羟基官能化合物，例如直链或支化C2-C8醇，乙二醇丁基醚，苯酚和对羟基甲基苯甲酸酯；1H-吡咯，例如1H-1,2,4-三唑和1H-2,5-二甲基吡唑；内酰胺，例如ε-己内酰胺和2-吡咯烷酮；酮肟，例如2-丙酮肟和2-丁酮肟。其它合适的封端基团包括，但不限于，3,5-二甲基吡唑，吗啉、3-氨基丙基吗啉和N-羟基邻苯二甲酰亚胺。
封端的异氰酸酯交联剂的异氰酸酯或异氰酸酯的混合物典型地具有两个或更多个异氰酸酯基团(例如3或4个异氰酸酯基团)。可以用于制备封端的异氰酸酯交联剂的合适的异氰酸酯的实例包括，但不限于，单体二异氰酸酯，例如α,α'-二甲苯二异氰酸酯，α,α,α',α'-四甲基二甲苯二异氰酸酯，和1-异氰酸基-3-异氰酸基甲基-3,5,5-三甲基环己烷(异佛尔酮二异氰酸酯或IPDI)，和含有异氰脲酸酯、uretidino、缩二脲或脲基甲酸脂连接基的单体二异氰酸酯的二聚体和三聚体，例如IPDI的三聚体。
封端的异氰酸酯交联剂还可以选自低聚的封端的异氰酸酯官能加合物。本文使用的“低聚的封端的多异氰酸酯官能加合物”是至基本上没有聚合物扩链的材料。低聚的封端的多异氰酸酯官能加合物可以通过本领域熟知的方法制备，例如，由含有三个或更多个活性氢基团，例如三羟甲基丙烷(TMP)的化合物，和异氰酸酯单体，例如1-异氰酸基-3,3,5-三甲基-5-异氰酸基甲基环己烷(IPDI)，以分别1：3的摩尔比来制备。在TMP和IPDI的情况下，通过采用本领域技术人员熟知的饥饿进料和/或稀释溶液合成技术，可以制备平均异氰酸酯官能度为3的低聚的加合物(例如“TMP-3IPDI”)。然后每个TMP-3IPDI的三个游离异氰酸酯基团加合物被封端基团例如直链或支化C2-C8醇封端。
为了催化封端的多异氰酸酯交联剂的异氰酸酯基团与活性氢官能聚合物活性氢基团之间的反应，一种或多种催化剂典型地存在于可固化的光致变色涂料中，其量例如0.1至5重量％，基于组合物的总树脂固体。有用的催化剂类包括但不限于氨基甲酸酯化催化剂比如，有机锡化合物，例如辛酸锡(II)和二月桂酸二丁基锡(IV)，以及铋化合物，锌化合物及其盐，锆化合物及其盐，羧酸盐和叔胺，例如二氮杂双环[2.2.2]辛烷。可以使用催化剂的混合物。
应理解的是，任何本领域已知的光致变色涂料可以在本发明的方法中用作本色剂组合物。例如，合适的光致变色涂料可以包括美国专利第7,1894,56号第20栏第49行至第24行第6行所述的那些，其中引用的部分通过引用并入本文。
可用在本发明的方法中的着色剂组合物任选地进一步包括溶剂。合适的溶剂的实例可以包括，但不限于，乙酸酯类，醇类，酮类，二醇类，醚类，脂类，脂环族类和芳香族类。合适的乙酸酯类的实例包括，但不限于，乙酸乙酯，乙酸丁酯和乙酸乙二酯。合适的酮类的实例包括，但不限于，甲基乙基酮和甲基-N-戊基酮。合适的芳香族类的实例包括，但不限于，甲苯，萘，和二甲苯。在本发明的一个方面中，一种或多种溶剂可以加入第一反应物和第二反应物的每一个中。合适的溶剂共混物可以包括，例如，一种或多种乙酸酯类、丙醇及其衍生物，一种或多种酮，一种或多种醇，和/或一种或多种芳香类。
可用于本发明的方法的着色剂组合物任选地含有添加剂，比如用于流动和润湿的流变添加剂，例如聚(2-乙基己基)丙烯酸酯，用来修饰和优化涂料的辅助树脂，抗氧化剂，位阻胺光稳定剂(HALS)和紫外光吸收剂(UVA)，例如羟苯基苯并三唑、羟基二苯甲酮、羟苯基-s-三嗪、草酰苯胺。有用的抗氧化剂、HALS和UVA的实例包括可以以商标IRGANOX和TINUVIN商购自BASF的那些。
如之前所述，在本发明的方法中，使用喷墨打印装置将该着色剂组合物以受控的、预定的图案沉积在光学元件的至少一个表面从而在该光学元件暴露于光化辐射后在该光学元件上提供线性梯度颜色图案。喷墨打印装置将极精细液滴形式的着色剂组合物施加到该光学元件的表面上。与打印装置相关联的排放装置，比如一个或多个打印头，具有一个或多个与其相关联的喷嘴。每个喷嘴配置成可控地以连续或按需方式排放该组合物的单一液滴。在按需系统中，液滴的排放受具有预定的液滴排放设定的控制器的控制。例如，该控制器可控制液滴尺寸(着色剂组合物的量)和液滴形成和输送的速度。在本发明的一些方面中，一个或多个打印头可提供有一个或多种个压电元件，该元件提供用于从一个或多个打印头形成和排放液滴的机构。施加到一个或多个压电元件的电压，比如由控制器确定的控制电压，改变该一个或多个压电元件的形状，从而在着色剂组合物中产生压力脉冲，迫使组合物的液滴从喷嘴排出。控制器引导一个或多个打印头按需产生液滴。以这样的方式，每单位打印表面积输送的着色剂组合物的时机、位置和量可以得到控制。
在本发明的其它方面中，可以采用热喷墨装置。也就是说，一个或多个打印头可具有至少一个包括加热的器室。当电压脉冲、比如由控制器确定的控制电压通过加热器时，液滴从室内喷出。这样的电压差异导致组合物在该室中的快速蒸发并形成气泡。气泡的形成导致该室内的压力差，从而推进着色剂组合物的液滴到涂料表面上。控制器引导一个或多个打印头以以按需方式产生液滴。以这样的方式，每单位打印表面积输送的涂料材料的时机、位置和量可以得到控制。
从打印头的喷嘴排放的每个液滴以单一点的形式沉积在该光学元件的表面上。由此，沉积液滴的集合产生了能够使图案形成的阵列。以这样的方式，涂覆全部或部分打印表面。根据本发明，当一部分或多部分的光学元件表面被打印时，受控的、预定的图案可形成在表面上，从而在暴露于光化辐射后，观察到了线性梯度颜色图案。
每个打印头与储罐流体相通。当打印装置具有超过一个打印头时，可为每个打印头提供个别储罐。每个储罐配置成储存将输送到一个或多个打印头的着色剂组合物(或不含光致变色材料的组合物)。以这样的方式，通过使用多个打印头可以同时打印多种不同的组合物，从而在光学元件暴露于光化辐射后产生各种梯度颜色图案。由此，梯度图案可由两种或更多种着色剂组合物的沉积形成在该光学元件的表面上，或该梯度图案可由以一个或多个相继的层施加的单一着色剂组合物形成。各种另外的设备，比如加热器、混合器等，可与每个储罐相关联，从而在输送到一个或多个打印头之前准备着色剂组合物。在本发明的一些方面中，该着色剂组合物的粘度可比如通过提高或降低组合物的粘度，然后再将该组合物装载到储罐中或再将该组合物输送到一个或多个打印头来控制。
在另一方面中，在打印头歧管或储罐内加热涂料材料也可用于控制涂料粘度，然后再将涂料材料输送到基材。
喷墨装置可以包含多个打印头，其中每个打印头提供有(i)不同的着色剂组合物，和(ii)任选的，至少一个打印头提供有不含光致变色材料的组合物。每种这样的组合物以预定的图案沉积在该光学元件的表面上，从而在该光学元件暴露于光化辐射后提供色相和/或颜色密度从该光学元件的一个区域到该光学元件的另一个区域变化的线性梯度颜色图案。不含光致变色材料的组合物可以包含任何与着色剂组合物关联使用的前述聚合物组合物，然而，条件是，不存在光致变色材料。在这样的实施方案中，该光学元件的提供有不含光致变色的组合物的区域将在光化辐射后不表现出色相和/或颜色密度的改变。
在本发明的另一方面中，喷墨装置包含多个打印头，其中每个打印头提供有不同的着色剂组合物。每种着色剂组合物以预定的图案沉积在该光学元件的表面上从而在该光学元件暴露于光化辐射后提供在色相和/或颜色密度上从该光学元件的一个区域到该光学元件的另一个区域变化的线性梯度颜色图案。
多个打印头可以阵列布置。该多个打印头可在一个方向上彼此平行布置，该方向与该光学元件相对于打印头移动的方向成角度。以相对于该光学元件相对于打印头移动的方向的角度偏移打印头允许完全涵盖光学元件的各种形状和尺寸，例如，具有凸形、凹形或分段表面的透镜。在其它方面，打印头可在基本上平行或垂直于该光学元件相对于打印头移动的方向的方向上彼此相邻的线性布置。
在打印过程期间，该着色剂组合物(或不含光致变色材料的组合物)可以单一轮次施加到该光学元件的表面上，其中将该光学元件保持静止并移动一个或多个打印头，或其中移动该光学元件并将一个或多个打印头保持静止，或其中该光学元件和一个或多个打印头都移动。单一轮次可使用单一打印头或多个打印头进行。在本发明的一些方面中，该组合物可以两个或更多个轮次施加到该光学元件，其中将该光学元件保持静止并移动该一个或多个打印头，或其中移动该光学元件并将该一个或多个打印头保持静止，或其中将该光学元件和一个或多个打印头都移动。两个或更多个轮次可使用单一打印头或多个打印头进行。
打印装置可具有用于控制打印装置操作的控制器。该控制器可配置成控制一个或多个打印头的打印操作和/或该光学元件和/或一个或多个打印头的移动操作。此外，该控制器可配置成控制该着色剂组合物在一个或多个储罐中的填充和输送操作。例如，控制器可包括用于控制打印和/或移动操作的多个离散的计算机可读的介质组件。例如，这样的计算机可读的介质可包括可以被控制器访问的任何介质，比如挥发性介质，非挥发性介质，可去除介质，非可去除介质，临时性介质，非临时性介质等。作为进一步实例，这样的计算机可读的介质可包括计算机存储介质，比如以任何用于存储信息的方法或技术实施的介质，比如计算机可读的命令、数据结构、程序模块或其它数据；随机访问存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可电擦除的可编程的只读存储器(EEPROM)，闪存器，或其它存储器技术；CD-ROM，数字多功能光盘(DVD)，或其它光盘存储；盒式磁带、磁带、磁盘存储，或其它磁性存储设备；或可以用于储存期望的信息并可以通过控制器访问的任何其它介质。此外，这样的计算机可读的介质可包括通信介质，比如计算机可读的命令、数据结构、程序模块或调制数据信号形式的其它数据，比如载波或其它传输机构和包括任何信息输送介质，有线介质(比如有线网络和直接有线连接)，和无线介质(比如升学信号、无线电频率信号、光学信号、红外信号、生物统计学信号、条码信号等)。当然，任何以上的组合也应包括在计算机可读的介质的范围内。
使用者可通过某些附接的或可操作的输入设备经由使用者输入界面将指令、信息和数据，比如与期望的打印层的艺术形式设定相关的信息输入控制器。当然，可采用多种这样的输入设备，例如麦克风、轨迹球、操纵杆、触摸垫、触摸屏、扫描仪等，包括便于从外部来源将数据和信息输入控制器的任何装置。再此外，数据和信息可以以可理解的形式或格式通过特定输出设备给与或提供使用者，所述设备比如监视器(以电子形式视觉显示这样的信息和数据)，打印机(以打印形式物理地显示这样的信息和数据)，扬声器(以声音方式以可听到的形式提供这样的信息和数据)等。所有这些设备都与控制器通信，例如通过输出接口。能够设想的是，任何这样的外围输出设备都可用于提供信息和数据给使用者。
在依照本发明制造光学元件的方法中，可将该着色剂组合物(或不含光致变色材料的组合物)弄平以确保组合物的均匀厚度，该组合物将或已沉积在该光学元件的表面上。弄平可与沉积步骤同时进行，或在沉积步骤完成后进行。弄平设备可用于完成该目的。此外，弄平可在任何另外的加工后步骤之前、同时或之后，在沉积步骤之后但在干燥步骤之前进行。在一些方面中，弄平步骤可包括振荡该光学元件。振荡该光学元件可线性地进行，例如以沿一个轴往复移动的形式。在其它方面，振荡该光学元件可沿两个轴线性地进行，比如在一个平面上线性地振荡该光学元件。在一些方面，弄平步骤可包括以10Hz-110Hz的频率振荡该光学元件。此外，弄平步骤可包括振荡该光学元件3秒-30秒。
一旦在暴露于光化辐射后以受控的、预定的图案沉积从而在该光学元件上形成线性梯度颜色图案，将该着色剂组合物(或不含光致变色材料的组合物)干燥。本文中使用的术语“干燥的”或“干燥”是指组合物暴露于环境条件或升高的温度，从而蒸发任何存在的溶剂；和/或将着色剂组合物至少部分地固化的以促进存在于着色剂组合物中的任何反应性组分的至少部分反应(例如在可固化的着色剂组合物的情况下)。设想到了辐射固化和热固化。
在本发明的特定实施方案中，光学元件为透镜，比如眼用透镜，并且线性梯度颜色图案的色相和/或颜色密度在透镜暴露于光化辐射后从透镜底部到透镜顶部变化。此外，在透镜暴露于光化辐射后，该梯度颜色图案通常在透镜底部比在透镜顶部具有更高的百分比透光率。
除了光致变色组合物层之外，通过本发明的方法制备的光学元件任选地可以包括一种或多种层。这样的另外的层的实例包括，但不限于，底漆涂料和膜(典型地在沉积该光致变色组合物之前施加到该光学元件表面)；保护性涂料和膜(在将该光致变色组合物沉积到该光学元件表面上之前或之后施加，包括过渡涂料和膜以及耐磨涂料和膜；抗反射涂料和膜；偏振涂料和膜；以及它们的组合。本文中使用的术语“保护性涂料或膜”是指这样的涂料或膜，其可以防止刮擦或磨损，提供从一种涂料或膜到另一种的过渡性能，保护不受聚合反应化学品的效果侵害，和/或保护不受由于环境条件比如湿气、热、紫外光、氧气等造成的劣化的侵害。
本文中使用的术语“过渡涂料和膜”是指这样的涂料或膜，其辅助产生两种涂料或膜之间，或涂料和膜之间的性能逐渐改变或相容性。例如，虽然在此没有限制，过渡涂料可以辅助产生相对硬的涂料和相对软的涂料之间硬度的逐渐变化。过渡涂料的非限制性实例包括辐射固化的基于丙烯酸酯的薄膜，如美国专利No.7,452,611B2中所示，该文献在此通过引用具体并入本申请。
本文中使用的术语“耐磨损涂料和膜”是指这样的保护性聚合物材料，其在与使用振荡砂磨床法测量透明塑料和涂料的耐磨损性的ASTM F-735标准测试方法相当的方法中测试时，具有大于标准参比材料(例如由可获自PPG Industries，Inc.的单体制备的聚合物)的对磨损的耐受性。耐磨损涂料的非限制性实例可以包括，但不限于，包含有机硅、有机硅氧烷的耐磨损涂料，基于无机材料比如二氧化硅、二氧化钛和/或氧化锆的耐磨损涂料，紫外光可固化型的有机耐磨涂料，氧阻隔涂料，UV遮蔽涂料，和它们的组合。市售硬涂料产品的非限制性实例包括和涂料，分别可获自SDCCoatings，Inc.和PPG Industries，Inc.。
在一些方面，耐磨涂料或膜(经常被称为硬涂料)可以选自本领域熟知的硬涂料材料，比如有机硅耐磨涂料。有机硅耐磨涂料，经常被称为硬涂层或基于有机硅的硬涂料，是本领域熟知的，并且可从各种制造商购得，比如SDC Coatings，Inc.和PPG Industries，Inc。参考美国专利No.4,756,973第5栏第1-45行；以及美国专利No.5,462,806第1栏第58行到第2栏第8行，和第3栏第52行到第5栏第50行，这些公开内容描述了有机硅烷硬涂料和其公开内容通过引用纳入本申请。还参考美国专利No.4,731,264，5,134,191，5,231,156和国际专利公布WO 94/20581，它们公开了有机硅烷硬涂料，这些公开内容也通过引用纳入本申请。硬涂料层可以通过本领域熟知的涂覆方法，比如，但不限于，辊涂、喷涂、幕涂和悬涂来施涂。
合适的抗反射涂料和膜的非限制性实例包括金属氧化物、金属氟化物或其它这样的材料的单层、多层或膜，其可以沉积到本文披露的制品上(或到施加到该制品的膜上)，例如，通过真空蒸镀、溅射等。合适的常规光致变色涂料和膜的非限制性实例包括，但不限于，包含常规光致变色材料的涂料和膜。
已参考本发明的实施方式对本发明进行了具体详细说明，不意图将这些细节视为对本发明范围的限制，本发明的范围包括在所附权利要求中。

Claims (21)

1.以非均匀线性图案着色光学元件的方法，该方法包括：
(a)制备至少一种包含至少一种光致变色材料的着色剂组合物；
(b)使用喷墨打印装置将该着色剂组合物以受控的、预定的图案沉积到光学元件的至少一个表面上，从而在该光学元件暴露于光化辐射后在该光学元件上提供线性梯度颜色图案；和
(c)干燥该光学元件的表面上的该着色剂组合物。
2.权利要求1所述的方法，其中该光学元件包含在沉积该着色剂组合物之前具有均匀颜色的基材。
3.权利要求1所述的方法，其中该着色剂组合物进一步包含至少一种聚合物组分。
4.权利要求1所述的方法，其中该喷墨装置包含多个打印头，其中每个打印头提供有(i)不同的着色剂组合物，和(ii)任选的不含光致变色材料的组合物，以及其中每种组合物以预定的图案沉积在该光学元件的表面上，从而在该光学元件暴露于光化辐射后提供色相从该光学元件的一个区域到该光学元件的另一个区域变化的线性梯度颜色图案。
5.权利要求1所述的方法，其中该喷墨装置包含多个打印头，其中每个打印头提供有不同的着色剂组合物，并且其中每种组合物以预定的图案沉积在该光学元件的表面上，从而在该光学元件暴露于光化辐射后提供色相从该光学元件的一个区域到该光学元件的另一个区域变化的线性梯度颜色图案。
6.权利要求1所述的方法，其中在沉积该着色剂组合物到光学元件的至少一个表面上之前，将该着色剂组合物在该喷墨装置内加热。
7.权利要求1所述的方法，其中该光致变色组合物包含选自以下的光致变色化合物：吡喃，螺吡喃，噁嗪，螺噁嗪，俘精酰胺，俘精酰亚胺，金属二苯基硫卡巴腙盐，二芳烯，和它们的混合物。
8.权利要求1所述的方法，其中该光学元件选自透镜，窗户，显示元件，护目镜，遮阳板，面罩，汽车透明体，航空透明体和可穿戴显示器。
9.权利要求8所述的方法，其中该光学元件为眼用透镜。
10.权利要求8所述的方法，其中该光学元件为透镜，并且在该透镜暴露于光化辐射后，线性梯度颜色图案的色相和/或颜色密度从该透镜的底部到该透镜的顶部变化。
11.权利要求10所述的方法，其中在该透镜暴露于光化辐射后，在该透镜底部的该梯度颜色图案的百分比透光率高于在该透镜的顶部。
12.权利要求1所述的方法，其中该着色剂组合物包含含有至少一种光致变色染料和至少一种聚合物组分的可固化的组合物。
13.权利要求1所述的方法，进一步包括在沉积步骤(b)期间或该步骤之后立即但在干燥步骤(c)之前弄平该着色剂组合物。
14.权利要求13所述的方法，其中该弄平包括振荡该光学元件。
15.权利要求14所述的方法，其中该弄平包括线性地振荡该光学元件。
16.权利要求15所述的方法，其中该弄平包括沿一个轴线性地振荡该光学元件。
17.权利要求15所述的方法，其中该弄平包括沿两个轴线性地振荡该光学元件。
18.权利要求15所述的方法，其中该弄平包括在一个平面上线性地振荡该光学元件。
19.权利要求1所述的方法，其中该喷墨打印装置为压电喷墨打印装置。
20.权利要求1所述的方法，其中该喷墨打印装置为热喷墨打印装置。
21.光学元件，其是通过权利要求1所述的方法制备的。
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