DE102018111831A1

DE102018111831A1 - Verfahren zum bilden eines selbstreinigenden foliensystems

Info

Publication number: DE102018111831A1
Application number: DE102018111831.7A
Authority: DE
Inventors: Gayatri V. Dadheech; Thomas A. Seder; James A. Carpenter
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: CN108949031A; US20180334742A1; US10533249B2; DE102018111831B4

Abstract

Ein Verfahren zum Bilden eines selbstreinigenden Foliensystems beinhaltet das Abscheiden eines fluorierten Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen daraus, auf ein Substrat zum Bilden einer ersten Schicht. Das Verfahren beinhaltet das Entfernen einer Vielzahl von Abschnitten der ersten Schicht, um eine Vielzahl von Hohlräumen in der ersten Schicht zu definieren und eine Vielzahl von Vorsprüngen zu bilden, die aus dem Substrat herausragen. Das Verfahren beinhaltet das Abscheiden eines photokatalytischen Materials auf die Vielzahl von Vorsprüngen und in die Vielzahl von Hohlräumen, um eine zweite Schicht zu bilden, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von gebundenen Abschnitten, die in der Vielzahl von Hohlräumen und in Kontakt mit dem Substrat angeordnet sind, und einen nicht gebundenen Abschnitt, der auf der Vielzahl von Vorsprüngen und beabstandet vom Substrat angeordnet ist. Das Verfahren beinhaltet auch, nach dem Abscheiden des photokatalytischen Materials, das Entfernen des nicht gebundenen Abschnitts, um so das selbstreinigende Foliensystem zu bilden.

Description

EINLEITUNG
Die Offenbarung bezieht sich auf ein selbstreinigendes Foliensystem und ein Verfahren zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems.
Vorrichtungen, wie beispielsweise Anzeigesysteme, sind oft auf eine Berührung durch den Bediener ausgelegt. Ein Fahrzeug kann beispielsweise ein Anzeigesystem beinhalten, das einem Bediener Informationen über einen Touchscreen präsentiert. Ebenso kann ein Geldautomat oder Kiosk ein Anzeigesystem beinhalten, das durch eine Berührung aktiviert wird.
Andere Vorrichtungen, wie beispielsweise Kameras und Brillen, beinhalten im Allgemeinen eine Linsenoberfläche, die während des Gebrauchs versehentlich von einem Bediener berührt werden kann. Darüber hinaus können auch andere Vorrichtungen wie Fahrzeuge, Fenster, Spiegel, Geräte, Schränke, Möbel, Mobiltelefone, Fingerabdruckscanner, Sensoren, Kopierer, medizinische Instrumente und Arbeitsflächen eine oder mehrere Oberflächen beinhalten, die von einem Bediener berührt werden können. Daher kann der Bediener während der Nutzung Fingerabdrücke und/oder Öle auf diesen Vorrichtungen und Oberflächen hinterlassen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Verfahren zum Bilden eines selbstreinigenden Foliensystems beinhaltet das Abscheiden eines fluorierten Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen daraus, auf ein Substrat zum Bilden einer ersten Schicht. Das Verfahren beinhaltet das Entfernen einer Vielzahl von Abschnitten der ersten Schicht, um eine Vielzahl von Hohlräumen in der ersten Schicht zu definieren und eine Vielzahl von Vorsprüngen zu bilden, die aus dem Substrat herausragen. Das Verfahren beinhaltet auch das Abscheiden eines photokatalytischen Materials auf die Vielzahl von Vorsprüngen und in die Vielzahl von Hohlräumen, um eine zweite Schicht zu bilden. Die zweite Schicht beinhaltet eine Vielzahl von gebundenen Abschnitten, die in der Vielzahl von Hohlräumen und in Kontakt mit dem Substrat angeordnet sind, und einen nicht gebundenen Abschnitt, der auf der Vielzahl von Vorsprüngen und beabstandet vom Substrat angeordnet ist. Das Verfahren beinhaltet ferner, nach dem Abscheiden des photokatalytischen Materials, das Entfernen des nicht gebundenen Abschnitts, um so das selbstreinigende Foliensystem zu bilden. Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet einen Film, der auf dem Substrat angeordnet ist und die eine Vielzahl von gebundenen Abschnitten beinhaltet, die innerhalb des fluorierten Materials angeordnet und so voneinander beabstandet sind, dass die Vielzahl von gebundenen Abschnitten an das fluorierte Material angrenzen, von diesem umgeben sind und nicht von diesem bedeckt sind.
In einem Aspekt kann das Abscheiden des photokatalytischen Materials eine chemische Bindung des photokatalytischen Materials an das Substrat innerhalb der Vielzahl von Hohlräumen beinhalten.
Das Verfahren kann ferner nach dem Entfernen des nicht gebundenen Abschnitts das Entfernen der Vielzahl von Vorsprüngen beinhalten. Darüber hinaus kann das Verfahren nach dem Entfernen der Vielzahl von Vorsprüngen ein erneutes Abscheiden des fluorierten Materials beinhalten. Das erneute Abscheiden kann das Abwischen des fluorierten Materials auf dem Substrat beinhalten, sodass das fluorierte Material die Vielzahl der verbundenen Abschnitte kontaktiert.
In einem weiteren Aspekt kann das Verfahren auch das Kontaktieren von mindestens einem der mehreren gebundenen Abschnitte und Squalen beinhalten. Das Verfahren kann weiterhin das Oxidieren von Squalen beinhalten. Darüber hinaus kann das Verfahren das Verdampfen von Squalen beinhalten.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Aufbringen eines photokatalytischen Materials auf ein Substrat, um eine erste Schicht zu bilden, und das Aufbringen eines Photoresists auf die erste Schicht. Nach dem Abscheiden des Photoresists beinhaltet das Verfahren das Belichten des Photoresists, sodass der Photoresist einen entwickelten und einen unentwickelten Abschnitt ausweist. Das Verfahren beinhaltet auch das Entfernen des unentwickelten Abschnitts, sodass der entwickelte Abschnitt aus der ersten Schicht herausragt. Nach dem Entfernen wird ein fluoriertes Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen daraus, auf die erste Schicht aufgebracht, um den entwickelten Abschnitt zu umgeben und zu kontaktieren. Nach dem Abscheiden des fluorierten Materials beinhaltet das Verfahren das Entfernen des entwickelten Abschnitts, um so das selbstreinigende Foliensystem zu bilden. Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet einen Film, der auf dem Substrat angeordnet ist und eine Vielzahl von aus dem photokatalytischen Material gebildeten, innerhalb des fluorierten Materials angeordneten und voneinander beabstandeten gebundenen Abschnitten beinhaltet, sodass die Vielzahl der gebundenen Abschnitte an das fluorierte Material angrenzt, von diesem umgeben ist und nicht von diesem bedeckt ist.
In einem Aspekt kann das Entfernen des unentwickelten Abschnitts das Abdecken eines geschützten Abschnitts der ersten Schicht beinhalten. Darüber hinaus kann das Entfernen des unentwickelten Abschnitts auch beinhalten, dass ein ungeschützter Abschnitt der ersten Schicht nicht abgedeckt wird. Das Verfahren kann auch das Entfernen des unentwickelten Abschnitts und das Entfernen des ungeschützten Abschnitts beinhalten. Nach dem Entfernen des ungeschützten Abschnitts kann das Verfahren das Abscheiden des fluorierten Materials auf dem Substrat beinhalten, um den geschützten Abschnitt zu umgeben und zu kontaktieren. Das Abscheiden des fluorierten Materials kann die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung von fluoriertem diamantartigem Kohlenstoff mit einer Anatasform auf dem Substrat beinhalten.
Das Verfahren kann ferner nach dem Abscheiden des fluorierten Materials das Entfernen des entwickelten Abschnitts beinhalten. Das Entfernen des entwickelten Abschnitts kann das Excimer-Laserglühen des entwickelten Abschnitts und des fluorierten Materials beinhalten. In einem weiteren Aspekt kann das Entfernen des entwickelten Abschnitts das Ionenstrahlglühen des entwickelten Abschnitts und des fluorierten Materials beinhalten.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Bilden eines selbstreinigenden Foliensystems das kontinuierliche Aufbringen eines Antireflexionsfilms auf ein von einer ersten Walze zugeführtes Substrat. Das Verfahren beinhaltet auch das Abscheiden eines fluorierten Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen daraus, auf die Antireflexionsfolie. Das Verfahren beinhaltet ferner das Tintenstrahldrucken eines Photoresists auf das fluorierte Material, um einen ersten Vorläufer zu bilden, und das Ionenätzen eines ersten Abschnitts des Photoresists und des fluorierten Materials mit einer SF₆-O₂ Plasmazusammensetzung, um einen exponierten Abschnitt des ersten Vorläufers zu bilden. Darüber hinaus beinhaltet das Verfahren das Aufbringen eines photokatalytischen Materials auf den belichteten Abschnitt, um einen zweiten Vorläufer zu bilden, und das Auflösen eines zweiten Abschnitts des Photoresists, um ein Werkstück zu bilden. Des Weiteren wird das Werkstück kontinuierlich auf eine zweite Walze aufgewickelt, um so das selbstreinigende Foliensystem zu bilden.
In einem Aspekt kann das kontinuierliche Abscheiden des Antireflexionsfilms das Magnetron-Sputtern einer ersten Folie aus Titandioxid, das Magnetron-Sputtern einer zweiten Folie aus Siliziumdioxid auf die erste Folie und das Magnetron-Sputtern einer dritten Folie aus Titandioxid auf die zweite Folie beinhalten.
Des Weiteren kann das Abscheiden des photokatalytischen Materials das Abscheiden von Titandioxid mit einer Anatasform beinhalten.
Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Vorderansicht eines selbstreinigenden Foliensystems.
2 ist eine schematische Darstellung einer vergrößerten, perspektivischen Ansicht des selbstreinigenden Foliensystems von 1.
3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems der 1 und 2.
4 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems der 1 und 2.
5 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems der 1 und 2.
6 ist eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems der 1 und 2.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, worin sich ähnliche Bezugszahlen auf ähnliche Elemente beziehen, wird in 1 im Allgemeinen ein selbstreinigendes Foliensystem 10, 110, 210, 310 dargestellt. Das selbstreinigende Foliensystem 10, 110, 210, 310 kann für Anwendungen geeignet sein, bei denen ein Bediener Fingerabdrücke, Öle und/oder andere organische oder kohlenstoffhaltige Verunreinigungen oder Krankheitserreger auf einem Bildschirm, einer Linse oder einer Oberfläche berühren und ablagern kann. Insbesondere kann das selbstreinigende Foliensystem 10, 110, 210, 310 für Anwendungen nützlich sein, die einen sauberen, im Wesentlichen öl- oder fingerabdruckfreien Bildschirm, eine Linse oder eine Oberfläche erfordern. Das heißt, das selbstreinigende Foliensystem 10 kann nützlich sein, um Fingerabdrücke und andere organische Verunreinigungen von derartigen Bildschirmen, Linsen oder Oberflächen zu entfernen.
So kann beispielsweise das selbstreinigende Foliensystem 10, 110, 210, 310 für Anwendungen im Automobilbereich nützlich sein, wie beispielsweise In-Dash-Navigationssysteme mit Touchscreen, Fahrzeugkameras mit Linse, Fahrzeugspiegel und Fahrzeuginnenflächen. Alternativ kann das selbstreinigende Foliensystem 10, 110, 210, 310 für nicht-automotive Anwendungen, wie beispielsweise Unterhaltungselektronik, Mobiltelefone, Brillen, persönliche Schutzausrüstung, Geräte, Möbel, Kioske, Fingerabdruckscanner, medizinische Geräte, Sensoren, Flugzeuge und Industriefahrzeuge, nützlich sein.
Unter Bezugnahme auf 2 kann das selbstreinigende Foliensystem 10, 110, 210, 310 auf ein Substrat 12 aufgebracht werden. Das Substrat 12 kann aus einem glasartigen, transparenten Material hergestellt werden, das zum Brechen von sichtbarem Licht geeignet ist. So kann beispielsweise in einer Ausführungsform das Substrat 12 aus Siliziumdioxid gebildet werden. In einem weiteren Beispiel kann das Substrat 12 aus einem Polycarbonat oder einem anderen Kunststoff gebildet werden. Alternativ kann, wie in 2 am besten dargestellt, das Substrat 12 aus eine Antireflexionsfolie gebildet werden, der abwechselnd Schichten oder Blätter 14, 16, 18, 20 aus Siliziumdioxid und Titandioxid umfasst. Das heißt, das Substrat 12 kann eine Antireflexionsfolie sein. Jede der alternierenden Schichten 14, 16, 18, 20 Siliziumdioxid und Titandioxid kann eine Dicke von 5 nm bis 125 nm aufweisen. So kann beispielsweise das Substrat 12 ein erstes Blatt 14 beinhalten, das aus Titandioxid gebildet ist und eine Dicke von 10 nm aufweist. Das Substrat 12 kann ein zweites Blatt 16 beinhalten, das aus Siliziumdioxid gebildet ist und eine Dicke von 33 nm aufweist. Das Substrat 12 ein drittes Blatt 18 beinhalten, das aus Titandioxid gebildet ist und eine Dicke von 100 nm aufweist. Das Substrat 12 kann ein viertes Blatt 20 beinhalten, das aus Siliziumdioxid gebildet ist und eine Dicke von 75 nm aufweist. Im Allgemeinen kann das Substrat 12 als nicht einschränkende Beispiele als Bildschirm eines Anzeigesystems, als Linse einer Brillenfassung oder Brille, als Visier eines Helms, als Oberfläche eines Kühlschranks, als Vorderseite eines Schranks, als Türverkleidung eines Fahrzeugs, als Touchscreen eines Kiosks oder als andere Oberfläche oder Vorrichtung, die von einem Bediener berührt werden kann, konfiguriert werden.
Das selbstreinigende Foliensystem 10, 110, 210, 310 beinhaltet auch eine auf dem Substrat 12 angeordnete Folie 21, die z. B. chemisch mit dem Substrat 12 verbunden ist, wie nachfolgend näher ausgeführt wird. Die Folie 21 kann konfiguriert werden, um das Substrat 12 vor Fingerabdrücken, Ölen und organischen Verunreinigungen zu schützen. Das heißt, die Folie 21 kann konfiguriert werden, um Fingerabdrücke, Öle und organische Verunreinigungen auf der selbstreinigenden Folie 21 zu verflüchtigen, zu entfernen oder zu verdampfen, um ein sauberes Substrat 12 zu erhalten, das in der Lage ist, scharfe Bilder oder Reflexionen anzuzeigen.
Insbesondere, wie in 2 beschrieben, kann die Folie 21 eine erste Fläche 24 und eine zweite Fläche 26 gegenüber der ersten Fläche 24 aufweisen. Die zweite Fläche 26 kann an das Substrat 12 angrenzen und die erste Fläche 24 kann im Wesentlichen frei von Squalen, organischem Material und/oder anderen Ölen oder Fettsäuren sein. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie Squalen auf eine organische Verbindung mit 30 Kohlenstoffatomen, die durch die Bezeichnung der International Union of Pure and Applied Chemistry (6E,10E,14E,18E)-2,6,10,15,19,23-hexamethyltetracosa-2,6,10,14,18,22-hexaen repräsentiert wird. Im Allgemeinen kann die Folie 21 als dünner Film bezeichnet werden und kann eine Dicke 27 von zum Beispiel 0,01 µm bis 150 µm aufweisen. So kann beispielsweise die Folie 21 eine Dicke 27 von 0,025 µm aufweisen.
Das Substrat 12 kann auch eine Proximalfläche 28 angrenzend an die zweite Fläche 26 und eine Distalfläche 30 beabstandet zur Proximalfläche 28 aufweisen. Daher sind das Substrat 12 und die Folie 21 konfiguriert, um sichtbares Licht durch die Proximalfläche 28, die Distalfläche 30, die erste Fläche 24 und die zweite Fläche 26 zu übertragen. Das Substrat 12 kann auch eine erste Kante 32 aufweisen, welche die Proximalfläche 28 und die Distalfläche 30 verbindet, und eine zweite Kante 34, welche der ersten Kante 32 gegenüberliegt.
Die Folie 21 kann einen Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als oder gleich 115° definieren, z. B. größer als 140°. Das heißt, der Kontaktwinkel zwischen einer Kante eines Wassertropfens und der ersten Fläche 24 kann größer oder gleich 115° sein. So kann beispielsweise die Folie 21 einen Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als oder gleich 150° definieren. Dadurch können Wasser, Öle und Verunreinigungen effektiv auf der ersten Fläche 24 auflaufen und sich dort ablagern. Anders ausgedrückt, können Wasser, Öle und Verunreinigungen mobil sein und sich effektiv entlang der ersten Fläche 24 bewegen, wobei die erste Fläche 24 möglicherweise nicht benetzbar ist.
Obwohl nicht dargestellt, kann das selbstreinigende Foliensystem 10, 110, 210, 310 weiterhin eine Lichtquelle beinhalten, die angrenzend an die erste Kante 32 angeordnet und zur Abgabe elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist. So kann beispielsweise die Lichtquelle eine UV-Licht emittierende Diode sein und die elektromagnetische Strahlung kann eine Wellenlänge von 400 nm bis 100 nm aufweisen. Alternativ kann die Lichtquelle eine Glühlampe oder eine sichtbare lichtemittierende Diode sein und die elektromagnetische Strahlung kann eine Wellenlänge von 740 nm bis 380 nm aufweisen.
Wiederum unter Bezugnahme auf 2 ist die Folie 21 aus einer selbstreinigenden Folienzusammensetzung gebildet. Das heißt, die Folie 21 kann Fingerabdrücke und Ölablagerungen mildern, d. h. selbstreinigend sein. Die selbstreinigende Folienzusammensetzung beinhaltet ein photokatalytisches Material 36 (3-5) und ein fluoriertes Material 38 (3-5), wie im Folgenden näher dargelegt.
Das photokatalytische Material 36 kann die Folie 21 mit der Fähigkeit zur Selbstreinigung versehen. Das heißt, das photokatalytische Material 36 kann organisches Material, z. B. Squalen, auf der ersten Fläche 24 der Folie 21 oxidieren und/oder verdampfen, wie nachfolgend ausführlicher dargelegt. Insbesondere kann das photokatalytische Material 36 ein lichtaktivierter Photokatalysator sein, wenn er beispielsweise sichtbarem oder ultraviolettem Licht ausgesetzt wird.
Geeignete photokatalytische Materialien 36 können beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, photooxidative Halbleiter, halbleitende Oxide, dotierte Metalloxide, Heteroübergangsmaterialien und Kombinationen davon.
In einer Ausführungsform kann das photokatalytische Material 36 Titandioxid sein und in einer Rutilform vorliegen. Alternativ kann das photokatalytische Material 36 Titandioxid sein und in einer Anatasform vorliegen, die eine vergleichsweise höhere photokatalytische Aktivität aufweisen kann als die Rutilform. In weiteren Ausführungsformen kann das photokatalytische Material 36 Titandioxid sein und in einer Kombination der Rutilform und der Anatasform vorliegen. Des Weiteren kann das photokatalytisch Material 36 dotiert sein, um ein funktionalisiertes photokatalytisches Material zu bilden, z. B. ein funktionalisiertes Titandioxid. Das funktionalisierte photokatalytisch Material kann beispielsweise mit einem Metall dotiert sein, wie, jedoch nicht beschränkt auf, Silber, Chrom, Kobalt, Kupfer, Vanadium, Eisen, Platin, Molybdän, Lanthan, Niob und Kombinationen davon. Alternativ kann das photokatalytische Material mit einem Nichtmetall dotiert sein, wie, jedoch nicht beschränkt auf, Stickstoff, Schwefel, Kohlenstoff, Bor, Kalium, Iod, Fluor und Kombinationen davon.
Das photokatalytische Material 36 kann als Nanopartikel bezeichnet werden und kann einen mittleren Durchmesser aufweisen, der im Nanometerbereich messbar ist. Alternativ kann das photokatalytische Material 36 als Partikel bezeichnet werden und einen mittleren Durchmesser aufweisen, der auf einer Mikrometerskala messbar ist. Im Allgemeinen kann das photokatalytische Material 36 in der selbstreinigenden Folienzusammensetzung oder der Folie 21 in einer Menge von etwa 2 Volumenanteilen bis etwa 35 Volumenanteilen vorliegen, basierend auf 100 Volumenanteilen der Folie 21.
In weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen kann das photokatalytisch Material 36 ein halbleitendes Metalloxid beinhalten, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, Zinkoxid, Wismutoxid, Zinnoxid und Kombinationen davon. Das Halbleiteroxid kann mit einer entsprechend großen Bandlücke ausgewählt werden, die für eine photokatalytische Reaktion geeignet ist, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhalten die selbstreinigende Folienzusammensetzung und die Folie 21 das fluorierte Material 38. Das erste fluorierte Material 38 kann aus der Gruppe ausgewählt werden bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen derselben. Wie in 2 am besten dargestellt, kann das fluorierte Material 38 einen Großteil der Folie 21 ausmachen und kann als Monoschichtfeld bezeichnet werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie Monoschicht auf eine Schicht mit einer Dicke 27 eines Moleküls. Das heißt, die Monoschicht kann eine Moleküldicke sein und kann als dünne Schicht bezeichnet werden. In einer Ausführungsform ist das fluorierte Material 38 fluorierter diamantähnlicher Kohlenstoff. In einer weiteren Ausführungsform ist das fluorierte Material 38 fluoriertes Zinn-(IV)-Oxid.
Unter Bezugnahme nun auf 3 beinhaltet ein Verfahren 40 zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems 10 das Abscheiden 42 eines fluorierten Materials 38, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen daraus, auf das Substrat 12 zum Bilden einer ersten Schicht 44. Das fluorierte Material 38 kann in einer geeigneten Weise auf das Substrat 12 aufgebracht oder beschichtet werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Abscheiden 42 die chemische Dampfabscheidung (CVD), physikalische Dampfabscheidung (PVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Eintauchen, Wischen, Sprühen, Meniskus-Filmen, Nassfilmen, Kombinationen davon und dergleichen beinhalten. Das Abscheiden 42 kann das Bilden einer selbstausgerichteten Monoschicht beinhalten, die physikalisch adsorbiert wird, d. h., physisorbiert wird, und mit benachbarten Molekülen vernetzt wird.
Das Verfahren 40 beinhaltet auch das Entfernen 46 einer Vielzahl von Abschnitten 48 der ersten Schicht 44, um eine Vielzahl von Hohlräumen 50 in der ersten Schicht 44 zu definieren und eine Vielzahl von Vorsprüngen 52 zu bilden, die aus dem Substrat 12 herausragen. Die Vielzahl der Abschnitte 48 kann in geeigneter Weise entfernt werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Entfernen 46 die ultraviolette Photoablation durch eine optische Maske oder das Plasmaätzen durch eine Feinmetallmaske beinhalten. So kann beispielsweise das Entfernen 46 das Projizieren von Plasma oder Ionen auf die erste Schicht 44 durch eine Maske beinhalten, um dadurch die Vielzahl der Abschnitte 48 wegzuätzen, die Vielzahl der Hohlräume 50 zu definieren und die Vielzahl der Vorsprünge 52 zu bilden.
Das Verfahren 40 beinhaltet auch das Abscheiden 54 des photokatalytischen Materials 36 auf die Vielzahl von Vorsprüngen 52 und in die Vielzahl von Hohlräumen 50, um eine zweite Schicht 56 zu bilden. Das Abscheiden 54 kann das chemische Binden des photokatalytischen Materials 36 an das Substrat 12 innerhalb der Vielzahl von Hohlräumen 50 beinhalten. Das photokatalytische Material 36 kann in geeigneter Weise auf die Vielzahl der Vorsprünge 52 aufgebracht werden. So kann beispielsweise das photokatalytische Material 36, wie beispielsweise Titandioxid, durch Magnetronsputtern auf die Vielzahl der Vorsprünge 52 und in die Vielzahl der Hohlräume 50 aufgebracht werden. Das Magnetronsputtern kann beispielsweise unter Verwendung eines Titan-Metall-Targets reaktiv sein oder direkt aus einem keramischen Titandioxid-Target abgeschieden werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 weist die zweite Schicht 56 eine Vielzahl von gebundenen Abschnitten 58 auf, die in der Vielzahl von Hohlräumen 50 und in Kontakt mit dem Substrat 12 angeordnet sind, und einen nicht gebundenen Abschnitt 60, der auf der Vielzahl von Vorsprüngen 52 und beabstandet vom Substrat 12 angeordnet ist. Das heißt, die Keimbildung des photokatalytischen Materials 36 und die Substratbindung und das Wachstum können in Bereichen mit hoher Oberflächenenergie effizient sein, d. h. die Vielzahl der Hohlräume 50 oder Bereiche ohne das vorhandene fluorierte Material 38, um die Vielzahl der gebundenen Abschnitte 58 zu bilden, und in Bereichen mit niedriger Oberflächenenergie, d. h. die Vielzahl der Vorsprünge 52 oder der nicht gebundenen Abschnitte 60 oder Bereiche, die das fluorierte Material 38 beinhalten, die aus dem Substrat 12 herausragen, um den nicht gebundenen Abschnitt 60 zu bilden.
Das Verfahren 40 beinhaltet ferner, nach dem Abscheiden 54 des photokatalytischen Materials 36, das Entfernen 62 des nicht gebundenen Abschnitts 60, um so das selbstreinigende Foliensystem 10 zu bilden. Der nicht gebundene Abschnitt 60 kann in geeigneter Weise entfernt werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Entfernen 62 das Waschen oder Abwischen des nicht gebundenen Abschnitts 60 beinhalten. Als solches beinhaltet das selbstreinigende Foliensystem 10 die Folie 21 (2), die auf dem Substrat 12 angeordnet ist und die eine Vielzahl von gebundenen Abschnitten 58 beinhaltet, die innerhalb des fluorierten Materials 38 angeordnet und so voneinander beabstandet sind, dass die Vielzahl von gebundenen Abschnitten 58 an das fluorierte Material 38 angrenzen, von diesem umgeben sind und nicht von diesem bedeckt sind. Das selbstreinigende Foliensystem 10 kann aufgrund des fluorierten Materials 38, z. B. des fluorierten diamantähnlichen Kohlenstoffs, und des photokatalytischen Materials 36, z. B. des in Anatasform vorliegenden Titandioxids, im fluorierten Material 38 eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweisen. Das heißt, auch nach Gebrauch kann das fluorierte Material 38 noch vorhanden sein.
Alternativ, obwohl nicht dargestellt, kann das Verfahren 40 weiterhin nach dem Entfernen 62 des nicht gebundenen Abschnitts 60 auch das Entfernen der Vielzahl von Vorsprüngen 52 beinhalten. So kann beispielsweise die Vielzahl der Vorsprünge 52 während des Einsatzes durch Verwendung oder Verschleiß des selbstreinigenden Foliensystems 10 entfernt werden. Nach dem Entfernen der Vielzahl von Vorsprüngen 52 kann das Verfahren 40 jedoch das erneute Abscheiden des fluorierten Materials 38 beinhalten. Das fluorierte Material 38 kann in geeigneter Weise wieder aufgebracht werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das erneute Abscheiden das Abwischen des fluorierten Materials 38 auf dem Substrat 12 beinhalten, sodass das fluorierte Material 38 die Vielzahl der gebundenen Abschnitte 58 kontaktiert.
Das Verfahren 40 kann weiterhin das Kontaktieren von mindestens einem der Vielzahl an gebundenen Abschnitten 58 und Squalen beinhalten. Das heißt, das Kontaktieren kann das Berühren mindestens eines der Vielzahl der gebundenen Abschnitte 58 beinhalten, sodass ein Bediener Fingerabdrücke, Squalen, organische Stoffe und/oder Öle auf der ersten Fläche 24 ablagert (2). Öle können Öle von Fettsäuren beinhalten und können auf natürliche Weise synthetisiert und auf den mindestens einen der Vielzahl von gebundenen Abschnitten 58 aufgebracht werden, wenn der Bediener den mindestens einen der Vielzahl von gebundenen Abschnitten 58 berührt, oder sie können auf den mindestens einen der Vielzahl von gebundenen Abschnitten 58 künstlich aufgebracht werden, beispielsweise durch Sprühen.
Der Kontakt zwischen dem Squalen, dem photokatalytischen Material 36, das einer elektromagnetischen Strahlung einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge von weniger als 357 nm ausgesetzt ist, und Wasser kann zur Bildung von Radikalen führen. Die Radikale können dann mit Kohlenwasserstoffresten reagieren. Insbesondere kann das photokatalytische Material 36 ein Photokatalysator, wie beispielsweise Titandioxid, sein. Eine photokatalytische Reaktion kann ein starkes Oxidationsmittel erzeugen und die organische Substanz aufspalten, z. B. Squalen, zu niedrigkettigem Kohlenwasserstoff zu Kohlendioxid und Wasser in Gegenwart des Photokatalysators, d. h. des photokatalytischen Materials 36; elektromagnetische Strahlung, z. B. ultraviolettes Licht; und Wasser, z. B. Feuchtigkeit aus Umgebungsbedingungen. Daher ist es nicht zulässig, dass das photokatalytische Material 36 durch die katalytische Reaktion verbraucht wird, sondern lediglich die photokatalytische Reaktion als nicht-reagierendes Mittel beschleunigt.
Im Einzelnen kann, wenn elektromagnetische Strahlung mit einer gewünschten Wellenlänge das photokatalytische Material 36 belichtet, ein Elektron aus dem Valenzband des photokatalytischen Materials 36 in das Leitungsband des photokatalytischen Materials 36 eindringen, was wiederum ein Loch im Valenzband und einen Überschuss an negativer Ladung oder Elektron im Leitungsband erzeugen kann. Das Loch kann die Oxidation begünstigen und das Elektron kann die Reduktion begünstigen. Im Allgemeinen kann das Loch sich mit Wasser kombinieren und ein Hydroxylradikal (*OH) bilden. Das Loch kann auch unmittelbar mit Squalen oder anderem organischen Material reagieren, um den gesamten Wirkungsgrad der Selbstreinigung des selbstreinigenden Foliensystems 10 zu erhöhen. Ähnlich kann Sauerstoff in der Umgebung des photokatalytischen Materials 36 vom Elektron reduziert werden, um ein Superoxidion zu bilden
(•O₂-), was wiederum das auf dem selbstreinigenden Foliensystem 10 vorhandene organische Material oxidieren kann. Daher kann das Verfahren 40 auch das Oxidieren von Squalen und anderen Kohlenwasserstoffen beinhalten.
Zusätzlich kann das Loch vor der Rekombination mit dem Elektron eingeschlossen werden. Für derartige Situationen kann das photokatalytische Material 36 funktionalisiert werden. Das Verfahren kann beispielsweise das Dotieren von Titandioxid mit zum Beispiel Palladium oder Ruthenium beinhalten. Das Palladium oder Ruthenium kann als Elektrokatalysator agieren und eine Übertragung von Elektronen zu Sauerstoffmolekülen erhöhen, wodurch wiederum die Rekombination von Elektronen und Löcher abnimmt.
Weiterhin kann organisches Material, das auf dem fluorierten Material 38 und nicht in direktem Kontakt mit dem photokatalytischen Material 36 vorhanden ist, im dynamischen Gleichgewicht mit der ersten Fläche 24 stehen (2) und zu einer vergleichsweise energiereicheren Stelle auf der selbstreinigenden Folie 21, d. h. dem photokatalytischen Material 36, diffundieren. Daher kann das Verfahren 40 auch das Diffundieren des Squalens entlang der selbstreinigenden Folie 21 vom fluorierten Material 38 zum photokatalytischen Material 36 beinhalten. Um diese Diffusion zu verbessern, kann die Lichtquelle so eingestellt werden, dass sie elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge abgibt, die auf eine Schwingungsresonanz des Squalen und des fluorierten Materials 38 abgestimmt ist. Eine derartige Abstimmung kann es dem Squalen oder Fingerabdruck ermöglichen, entlang des fluorierten Materials 38 in das photokatalytische Material 36 zu wechseln, wobei das Squalen die vorstehend beschriebene photokatalytische Reaktion durchlaufen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Folie 21 auch erwärmt werden, zum Beispiel durch Infrarotstrahlung, um die Diffusion über das fluorierte Material 38 zum photokatalytischen Material 36 weiter zu verbessern.
Insofern kann das Verfahren 40 weiterhin das Verdampfen der Squalen beinhalten. Genauer gesagt, sobald das Squalen das photokatalytische Material 36 kontaktiert, kann das Squalen in Stücke oder Teile mit vergleichsweise geringem Dampfdruck photolysiert werden, die von der Folie 21 verdampfen und dadurch den Fingerabdruck oder Squalen von der Folie 21 entfernen können. Daher kann das selbstreinigende Foliensystem 10 als selbstreinigend bezeichnet werden. Das heißt, die Folie 21 kann das Substrat 12 durch Entfernen z. B. oxidieren und verdampfen der Fingerabdrücke, Squalen, Öle und/oder des organischen Materials, das durch das Berühren eines Bedieners abgelagert wurde, schützen. Infolgedessen kann das selbstreinigende Foliensystem 10 und das Verfahren 40 eine hervorragende Ästhetik, Sauberkeit und Ablesbarkeit für Anzeigesysteme, Linsen, Sensoren und Oberflächen bereitstellen.
Vorteilhaft ist, dass das Verfahren 40 einen minimalen Ausschuss produziert und nur wenige Prozesse beinhaltet. Des Weiteren kann das selbstreinigende Foliensystem 10 derart haltbar sein, dass die Vielzahl der gebundenen Abschnitte 58 des photokatalytischen Materials 36 und des fluorierten Materials 38 im Wesentlichen dauerhaft mit dem Substrat 12 verbunden sein können, wobei das fluorierte Material 38 alternativ nach dem Verschleiß wieder aufgebracht werden kann.
Unter Bezugnahme nun auf 4 beinhaltet das Verfahren 140 zum Bilden eines selbstreinigenden Foliensystems 110 in einer zweiten Ausführungsform das Aufbringen 54 des photokatalytischen Materials 36 auf das Substrat 12, um die erste Schicht 44 zu bilden. Das photokatalytische Material 36 kann in einer geeigneten Weise auf das Substrat 12 aufgebracht werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Abscheiden 54 die Atomschichtabscheidung (ALD), das Magnetronsputtern, die Elektronenstrahlverdampfung, die chemische Dampfabscheidung (CVD) und dergleichen beinhalten. Das Magnetronsputtern kann beispielsweise unter Verwendung eines Titan-Metall-Targets reaktiv sein oder kann das direkte Abscheiden aus einem keramischen Titandioxid-Target beinhalten.
Das Verfahren 140 beinhaltet weiterhin das Aufbringen 66 eines Photoresists 68 auf die erste Schicht 44. Der Begriff Photoresist 68 bezieht sich auf einen lichtempfindlichen Lack, der bei Lichteinwirkung eine Resistenz oder Anfälligkeit gegenüber einem Ätzmittel oder Lösungsmittel verliert. Daher kann der Photoresist 68 nützlich sein, um ein Muster auf der ersten Schicht 44 zu bilden. Der Photoresist 68 kann als positiv oder negativ bezeichnet werden. Das Verfahren 140 kann beispielsweise das Aufbringen 66 eines positiven Photoresists 68 auf das Substrat 12 beinhalten, um ein vorgegebenes Muster auf das Substrat 12 zu übertragen.
Nach dem Aufbringen 66 des Photoresists 68 beinhaltet das Verfahren 140 auch das Belichten 70 des Photoresists 68 mit Licht, z. B. sichtbarem Licht oder ultraviolettem Licht über eine optische Maske oder Photomaske, sodass der Photoresist 68 einen entwickelten Abschnitt 72 und einen unentwickelten Abschnitt 74 aufweist. Das heißt, das Belichten 70 kann einen photolithographischen Prozess beinhalten und den Photoresist 68 entwickeln, um ein gewünschtes Muster auf die erste Schicht 44 zu übertragen. So kann beispielsweise das Belichten 70 das Bilden des entwickelten Abschnitts 72 und des unentwickelten Abschnitts 74 gemäß einem gewünschten Muster, einer Größe und Dichte des photokatalytischen Materials 36 für das fertige selbstreinigende Foliensystem 110 beinhalten.
Wie unter fortlaufendem Bezug auf 4 beschrieben, beinhaltet das Verfahren 140 auch das Entfernen 76 des unentwickelten Abschnitts 74, sodass der entwickelte Abschnitt 72 aus der ersten Schicht 44 herausragt. Der nicht entwickelte Abschnitt 74 kann in einer geeigneten Weise entfernt werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Entfernen 76 das Abwischen des unentwickelten Abschnitts 74 mit einem Lösungsmittel beinhalten, das mit dem Photoresist 68 reaktiv ist.
Nach dem Entfernen 76 beinhaltet das Verfahren 140 das Abscheiden 42 des fluorierten Materials 38, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen daraus, auf die erste Schicht 44, um den entwickelten Abschnitt 72 zu umgeben und zu kontaktieren. So kann beispielsweise das Verfahren 140 das Abscheiden 42 von fluoriertem diamantähnlichem Kohlenstoff auf die erste Schicht 44 beinhalten. Alternativ kann das Verfahren 140 das Abscheiden 42 von fluorierten Zinn-(IV)-Oxiden auf die erste Schicht 44 beinhalten. Das fluorierte Material 38 kann in einer geeigneten Weise auf die erste Schicht 44 aufgebracht oder beschichtet werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Abscheiden 42 die chemische Dampfabscheidung (CVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Eintauchen, Wischen, Sprühen, Meniskus-Filmen, Nassfilmen, Kombinationen davon und dergleichen beinhalten. Das Abscheiden 42 kann das Bilden einer selbstausgerichteten Monoschicht beinhalten, die physikalisch adsorbiert wird, d. h., physisorbiert wird, und mit benachbarten Molekülen vernetzt wird.
Nach dem Abscheiden 42 des fluorierten Materials 38 beinhaltet das Verfahren 140 das Entfernen 78 des entwickelten Abschnitts 72, um so das selbstreinigende Foliensystem 110 zu bilden. Der entwickelte Abschnitt 72 kann in einer geeigneten Weise entfernt werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Entfernen 78 das Abwischen oder Waschen des nicht gebundenen Abschnitts 72 beinhalten. So kann beispielsweise das Entfernen 78 das Abwischen des entwickelten Abschnitts 72 mit einem geeigneten Lösungsmittel beinhalten, das mit dem Photoresist 68 reaktiv ist. Als solches beinhaltet das selbstreinigende Foliensystem 110 die auf dem Substrat 12 aufgebrachte Folie 21 (2) mit der Vielzahl von gebundenen Abschnitten 58 (2), die aus dem photokatalytischen Material 36 gebildet sind, innerhalb des fluorierten Materials 38 befindlichen und voneinander beabstandeten, gebundenen Abschnitte 58 (2), die von dem fluorierten Material 38 umgeben und nicht von diesem überdeckt sind. Beim Verfahren 140 kann das selbstreinigende Foliensystem 110 ein vergleichsweise hohes Reflexionsvermögen aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 5 beinhaltet ein Verfahren 240 zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems 210 in einer dritten Ausführungsform das Aufbringen 54 des photokatalytischen Materials 36 auf das Substrat 12, um die erste Schicht 44 zu bilden, wie zuvor ausgeführt. In einer Ausführungsform wird die erste Schicht 44 aus Titandioxid in Anatasform gebildet. In einer weiteren Ausführungsform wird die erste Schicht 44 aus Titandioxid in Brookitform gebildet. Das Verfahren 240 beinhaltet weiterhin das Aufbringen 66 eines Photoresists 68 auf die erste Schicht 44, wie ebenfalls zuvor ausgeführt. Nach dem Aufbringen 66 des Photoresists 68 beinhaltet das Verfahren 240 auch das Belichten 70 des Photoresists 68 mit Licht, z. B. sichtbarem Licht oder ultraviolettem Licht über eine optische Maske oder Photomaske, sodass der Photoresist 68 einen entwickelten Abschnitt 72 und einen unentwickelten Abschnitt 74 aufweist, wie ferner zuvor ausgeführt.
Das Verfahren 240 beinhaltet auch das Entfernen 76 des unentwickelten Abschnitts 74, sodass der entwickelte Abschnitt 72 aus der ersten Schicht 44 herausragt. Das Entfernen des unentwickelten Abschnitts 74 kann das Abdecken eines geschützten Abschnitts 82 der ersten Schicht 44 beinhalten. Weiterhin kann das Entfernen des unentwickelten Abschnitts 74 das Abdecken eines ungeschützten Abschnitts 84 der ersten Schicht 44 beinhalten. Der nicht entwickelte Abschnitt 74 kann in einer geeigneten Weise entfernt werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Entfernen 76 das Abwischen des unentwickelten Abschnitts 74 mit einem Lösungsmittel beinhalten, das mit dem Photoresist 68 reaktiv ist.
Nach dem Entfernen 76 des unentwickelten Abschnitts 74 kann das Verfahren 240 das Entfernen 80 des ungeschützten Abschnitts 84 beinhalten. So kann beispielsweise das Entfernen 80 das Säureätzen des ungeschützten Abschnitts 84 des photokatalytischen Materials 36 beinhalten, sodass der geschützte Abschnitt 82 erhalten bleibt und aus dem Substrat 12 herausragt.
Nach dem Entfernen 80 des ungeschützten Abschnitts 84 kann das Verfahren 240 das Abscheiden 42 des fluorierten Materials 38 auf dem Substrat 12 beinhalten, um den geschützten Abschnitt 82 zu umgeben und zu kontaktieren. Das fluorierte Material 38 kann in einer geeigneten Weise auf das Substrat 12 aufgebracht oder beschichtet werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Abscheiden 42 die chemische Dampfabscheidung (CVD), die Atomschichtabscheidung (ALD), die physikalische Dampfabscheidung (PVD), das Eintauchen, Wischen, Sprühen, Meniskusfilmen, Nassfilmen, Kombinationen daraus und dergleichen beinhalten. Das Abscheiden 42 kann das Bilden einer selbstausgerichteten Monoschicht beinhalten, die physikalisch adsorbiert wird, d. h., physisorbiert wird, und mit benachbarten Molekülen vernetzt wird. Das heißt, das Abscheiden 42 kann die chemische Bindung des photokatalytischen Materials 36 an das Substrat 12 beinhalten, um den geschützten Abschnitt 82 zu umgeben und zu stoßen.
In einem Beispiel kann das Abscheiden 42 des fluorierten Materials 38 das Umwandeln des photokatalytischen Materials 36, z. B. Titandioxid, das in der Brookitform vorliegt, in das photokatalytische Material 36, das in der Anatasform vorliegt, beinhalten. Das heißt, das Abscheiden 42 kann das Umwandeln der Brookitform in die Anatasform durch Zugabe von Energie zum photokatalytischen Material 36 während des Abscheidens 42 beinhalten. In einer Ausführungsform kann das Abscheiden 42 des fluorierten Materials 38 die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung von fluoriertem diamantartigem Kohlenstoff mit einer Anatasform auf dem Substrat 12 beinhalten. Die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung 42 kann Energie hinzufügen und die Brookitform umwandeln, um die Anatasform zu bilden.
Nach dem Abscheiden 42 des fluorierten Materials 38 kann das Verfahren 240 das Entfernen 78 des entwickelten Abschnitts 72 beinhalten, um so das selbstreinigende Foliensystem 210 zu bilden. Der entwickelte Abschnitt 72 kann in einer geeigneten Weise entfernt werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Entfernen 78 das Wischen, Waschen, Excimer-Laserglühen und Ionenstrahlglühen des entwickelten Abschnitts 72 beinhalten.
So kann beispielsweise das Entfernen 78 das Abwischen des entwickelten Abschnitts 72 mit einem geeigneten Lösungsmittel beinhalten, das mit dem Photoresist 68 reaktiv ist. In einer weiteren Ausführungsform kann das Entfernen 78 des entwickelten Abschnitts 72 das Excimer-Laserglühen des entwickelten Abschnitts 72 und des fluorierten Materials 38 beinhalten. Das heißt, das Verfahren 240 kann das Abscheiden 42 des fluorierten diamantähnlichen Kohlenstoffs, das Entfernen des Photoresists 68 und anschließend das Excimer-Laserglühen des entwickelten Abschnitts 72 und des fluorierten diamantähnlichen Kohlenstoffs beinhalten, um dadurch das in der Brookitform vorliegende photokatalytische Material 36 in das in der Anatasform vorliegende photokatalytische Material 36 umzuwandeln.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann das Entfernen 78 des entwickelten Abschnitts 72 das Ionenglühen des entwickelten Abschnitts 72 und des fluorierten Materials 38 beinhalten. Das heißt, das Verfahren 240 kann das Abscheiden 42 des fluorierten diamantähnlichen Kohlenstoffs, das Entfernen des Photoresists 68 und anschließend das Ionenglühen des entwickelten Abschnitts 72 und des fluorierten diamantähnlichen Kohlenstoffs beinhalten, um dadurch das in der Brookitform vorliegende photokatalytische Material 36 in das in der Anatasform vorliegende photokatalytische Material 36 umzuwandeln. Beim Verfahren 240 kann das selbstreinigende Foliensystem 210 ein vergleichsweise geringeres Reflexionsvermögen aufweisen, da das photokatalytische Material 36 ein Reflexionsvermögen des selbstreinigenden Foliensystems 210 nicht beeinträchtigen kann.
Unter Bezugnahme nun auf 6 beinhaltet das Verfahren 340 zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems 310 in einer vierten Ausführungsform das Herstellen des selbstreinigenden Foliensystems 310 in einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Prozess und nicht in einem Batch-Prozess. Das heißt, das Verfahren 340 kann das Züchten jeder Schicht 14, 16, 18, 20 (2) sequentiell in Reihe unter Verwendung des kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle Prozesses beinhalten, wie im Folgenden näher ausgeführt. Das Verfahren 340 zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems 310 mit einer integrierten selbstreinigenden Folie 21 und einer Antireflexionsfolie 22 weist pro Schicht 14, 16, 18, 20 eine vergleichsweise geringe Haftzeit auf; weist eine vergleichsweise geringe Haftzeit pro Quadratmeter der integrierten selbstreinigenden Folie 21 und der Antireflexionsfolie 22 auf; beinhaltet ein vergleichsweise kostengünstiges Substrat 12 und liefert ein fertiges Produkt, d. h. das selbstreinigende Foliensystem 310, das separat auf eine Fläche laminiert werden kann.
Das heißt, das selbstreinigende Foliensystem 310 kann eine Klebefolie oder ein Verbundwerkstoff sein, der separat auf einer berührbaren Oberfläche haftet. Das selbstreinigende Foliensystem 310 kann separat von der berührbaren Oberfläche hergestellt und anschließend auf diese aufgebracht werden, um die berührbare Oberfläche vor organischen Verunreinigungen, wie beispielsweise Squalen, zu schützen. Weiterhin kann das selbstreinigende Foliensystem 310 von der berührbaren Oberfläche abgenommen und wieder aufgesetzt werden. Als solches kann das selbstreinigende Foliensystem 310 in dieser Ausführungsform eine Trennschicht 86 beinhalten, wobei das selbstreinigende Foliensystem 310 als Klebefolie vorgesehen werden kann. Die Trennschicht 86 kann aus einem Papier, wie beispielsweise Kraftpapier oder maschinenglasiertem Papier, oder einem Kunststoff, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat oder Polypropylen, gebildet werden. Das selbstreinigende Foliensystem 310 kann daher auf einer berührbaren Oberfläche, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt Bestandteil von Fenstern, Schränken, Geräten, Anzeigen, Schreibgeräten, Brillen, Visieren, Telefonen, Toiletten, Trinkbrunnen, Spiegeln, Lenkrädern, Türgriffen, Schaltknöpfen, Hauben, Deckeln, chirurgischen Geräten, hygienischen Oberflächen und dergleichen angewendet werden.
Wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, beinhaltet das Verfahren 340 das kontinuierliche Abscheiden 88 der Antireflexionsfolie 22 (2) auf ein von einer ersten Rolle 90 zugeführtes Substrat 112. Das heißt, das Substrat 112 kann von der ersten Rolle 90, d. h. einer Zuführrolle, zugeführt werden, die sich kontinuierlich abwickeln kann, wenn die Antireflexionsfolie 22 kontinuierlich auf das Substrat 112 aufgebracht wird. Das Substrat 112 kann aus einem geeigneten Material gemäß der gewünschten Endanwendung des selbstreinigenden Foliensystems 310 gebildet werden. So kann beispielsweise das Substrat 112 aus einer transparenten, vergleichsweise dünnen, flexiblen Kunststofffolie, wie beispielsweise Cellulosetriacetat oder Polyethylenterephthalat, gebildet werden.
Genauer gesagt, kann das kontinuierliche Abscheiden 88 der Antireflexionsfolie 22 das Magnetronsputtern 92 einer ersten Schicht 14 (2) aus Titandioxid, das Magnetronsputtern 192 einer zweiten Schicht 16 (2) aus Siliziumdioxid auf der ersten Schicht 14 und das Magnetronsputtern 292 einer dritten Schicht 18 (2) aus Titandioxid auf der zweiten Schicht 16 beinhalten. Das Magnetronsputtern 92 kann das Abscheiden des ersten, zweiten und dritten Blatts 14, 16, 18 unter Verwendung von rotierenden oder planaren Targets beinhalten. Durch kontinuierliches Abscheiden 88 kann die Antireflexionsfolie 22, wie in 2 dargestellt, abwechselnd Platten 14, 16, 18, 20 bilden und unter Vakuum auf einer Beschichtungslinie 94 auftreten, die beispielsweise eine rotierende mechanische Pumpe (nicht dargestellt), eine Diffusionspumpe (nicht dargestellt) und eine Kühlfalle (nicht dargestellt) beinhalten kann.
Das Verfahren 340 kann ferner vor dem kontinuierlichen Abscheiden 88, das Ziehen 96 eines Grobvakuums auf dem Substrat 112 und das Ziehen 196 eines Hochvakuums auf dem Substrat 112 beinhalten. Das heißt, das Ziehen 96 des Grobvakuums kann die Vorbereitung des Substrats 112 bei einem atmosphärischen Druck von 100 kPa bis 3 kPa beinhalten, sodass Massenluft und Gase aus der Beschichtungslinie 94 ausgestoßen werden. Das Ziehen 196 des Hochvakuums kann die Vorbereitung des Substrats 112 bei einem atmosphärischen Druck von 100 mPa bis 100 nPa beinhalten, sodass Gasmoleküle aus der Beschichtungslinie 94 ausgestoßen werden.
Nach dem kontinuierlichen Abscheiden 88 beinhaltet das Verfahren 340 das Abscheiden 98 des fluorierten Materials 38, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen daraus, auf die Antireflexionsfolie 22. So kann beispielsweise das Verfahren 340 das Aufbringen 98 von fluoriertem diamantähnlichem Kohlenstoff auf die Antireflexionsfolie 22 beinhalten. Alternativ kann das Verfahren 340 das Aufbringen 98 von fluorierten Zinn-(IV)-Oxiden auf die Antireflexionsfolie 22 beinhalten. Das fluorierte Material 38 kann in einer geeigneten Weise auf die Antireflexionsfolie 22 aufgebracht oder beschichtet werden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann das Anordnen 98 das Magnetronsputtern 92 des fluorierten Materials 38 auf die Antireflexionsfolie 22 beinhalten. Das Magnetronsputtern 92 kann mit einem planaren Target oder einem rotierenden Target reaktiv sein.
Das Verfahren 340 beinhaltet weiterhin das Tintenstrahldrucken 100 des Photoresists 68 auf das fluorierte Material 38, um einen ersten Vorläufer 102 zu bilden. Das Tintenstrahldrucken 100 kann das Abdecken oder Maskieren einer Fläche mit dem Photoresist 68 eines Bereichs des fluorierten Materials 38, z. B. des fluorierten diamantähnlichen Kohlenstoffs, im Endprodukt, d. h. dem selbstreinigenden Foliensystem 310, beinhalten. Das Tintenstrahldrucken 100 kann das Erstellen eines Musters auf dem ersten Vorläufer 102 von abgedeckten Bereichen des fluorierten Materials 38 beinhalten, d. h. Bereiche des fluorierten Materials 38, die bei der weiteren Verarbeitung nicht entfernt werden.
Unter weiterführender Bezugnahme auf 6 beinhaltet das Verfahren 340 auch das Ionenätzen 104 eines ersten Abschnitts des Photoresists 68 und des fluorierten Materials 38 mit einer SF₆-O₂ Plasmazusammensetzung 106, um einen belichteten Abschnitt des ersten Vorläufers 102 zu bilden. Das heißt, das Verfahren 340 beinhaltet das reaktive Ionenätzen 104 des ersten Abschnitts mit Fluoratomen und Sauerstoffatomen, um unerwünschtes fluoriertes Material 38 und einen Teil des Photoresists 68 zu entfernen. Wie vorstehend dargelegt, können die gewünschten Bereiche des fluorierten Materials 38, die während des Tintenstrahldrucks 100 bedeckt sind, nicht vom ersten Vorläufer 102 geätzt werden.
Danach beinhaltet das Verfahren 340 das Abscheiden 54 des photokatalytischen Materials 36 auf den belichteten Abschnitt, um einen zweiten Vorläufer 202 zu bilden. Insbesondere kann das Verfahren 340 das Abscheiden 54 von Titandioxid mit der Anatasform auf den belichteten Abschnitt beinhalten. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Abscheiden 54 das Magnetronsputtern 92, das chemische Dampfabscheiden (CVD), das Atomschichtabscheiden (ALD), das physikalische Dampfabscheiden (PVD), das Eintauchen, das Wischen, das Sprühen, das Meniskusfilmen, das Nassfilmen, Kombinationen daraus und dergleichen beinhalten.
Das Verfahren 340 kann ferner das Ziehen 196 eines Hochvakuums auf den zweiten Vorläufer 202 und das Ziehen 96 eines Grobvakuums auf den zweiten Vorläufer 202 beinhalten, um den zweiten Vorläufer 202 auf eine zweite Rolle 190, d. h. eine Endproduktrolle, vorzubereiten. Das Ziehen 196 des Hochvakuums kann das Konditionieren des zweiten Vorläufers 202 bei einem atmosphärischen Druck von 100 mPa bis 100 nPa beinhalten, sodass Gasmoleküle in die Beschichtungslinie 94 geleitet werden. Das Ziehen 96 des Grobvakuums kann ferner das Konditionieren des zweiten Vorläufers 202 bei einem atmosphärischen Druck von 100 kPa bis 3 kPa beinhalten, sodass Massenluft und Gase aus der Beschichtungslinie 94 ausgeleitet werden.
Darüber hinaus beinhaltet das Verfahren 340 das Auflösen 108 eines zweiten Abschnitts des Photoresists 68, um ein Werkstück 302 zu bilden. So kann beispielsweise das Auflösen 108 das Waschen des zweiten Vorläufers 202 und das Trocknen des zweiten Vorläufers 202 zum Entfernen des Photoresists 68 beinhalten. Genauer gesagt, kann das Verfahren 340 das Waschen des zweiten Vorläufers 202 mit einem Lösungsmittel 114, wie beispielsweise Aceton, und das Trocknen des zweiten Vorläufers 202 beinhalten, um das Lösungsmittel 114 zu verdampfen und das Werkstück 302 zu bilden.
Obwohl nicht dargestellt, kann das Verfahren 40, 140, 240, 340 auch das Bilden einer Textur auf der ersten Fläche 24 beinhalten (2). So kann beispielsweise die erste Fläche 24 eine Textur aufweisen, die durch eine Vielzahl von Mikrostrukturen definiert ist, die entlang der Monoschicht voneinander beabstandet sind, und eine Vielzahl von Nanostrukturen, die auf jeder der Vielzahl von Mikrostrukturen angeordnet sind. Weiterhin kann jede der Vielzahl von Mikrostrukturen eine konische Form und eine erste Höhe von 0,5 µm bis 2 µm, z. B. 1 µm, und jede der Vielzahl von Nanostrukturen eine zweite Höhe von 1 nm bis 4 nm, z. B. 2 nm, aufweisen. Die durch die Kombination der Vielzahl von Mikrostrukturen und der Vielzahl von Nanostrukturen definierte Textur kann eine blumenkohlartige oder himbeerartige, nicht glatte erste Fläche 24 bilden. Die Vielzahl der Nanostrukturen, die auf der Vielzahl der Mikrostrukturen angeordnet sind, können eine hierarchische, stochastische Struktur oder Textur bilden, die zur Selbstreinigungsfähigkeit der selbstreinigenden Folie 21 beiträgt. Die Vielzahl von Mikrostrukturen und die Vielzahl von Nanostrukturen können gemeinsam den Kontaktwinkel mit Wasser und Ölen so vergrößern, dass die selbstreinigende Folie 21 eine ausgezeichnete Schmutzresistenz und minimale Benetzbarkeit aufweist.
Weiterhin beinhaltet das Verfahren 340 das kontinuierliche Aufrollen 116 des Werkstücks 302 auf die zweite Rolle 190, um so das selbstreinigende Foliensystem 10 zu bilden. Das heißt, das Verfahren 340 kann das Aufwickeln des Werkstücks 302 auf das Endprodukt oder die zweite Rolle 190 beinhalten, sodass das selbstreinigende Foliensystem 310 kontinuierlich produziert wird. Insofern ist das Verfahren 340 einfach und kosteneffizient. Vor dem kontinuierlichen Rollen 116 kann das Verfahren 340 auch das Anbringen der Trennschicht 86 am Werkstück 302 beinhalten, sodass das selbstreinigende Foliensystem 310 daher auf eine berührbaren Oberfläche aufgebracht werden kann, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf Fenster, Schränke, Geräte, Anzeigen, Schreibgeräte, Brillen, Visiere, Telefone, Toiletten, Trinkbrunnen, Spiegel, Lenkräder, Türgriffe, Schaltknöpfe, Hauben, Deckeln, chirurgische Geräten hygienische Oberflächen und dergleichen. Damit ist das Verfahren 340 effizient, kostengünstig und in der Lage, vergleichsweise hohe Laufleistungen bei minimalen Anlagenstillstandszeiten zu erzielen.
Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Offenbarung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Verfahren zum Bilden eines selbstreinigenden Foliensystems, wobei das Verfahren umfasst: Abscheiden eines fluorierten Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen daraus, auf ein Substrat, um eine erste Schicht zu bilden; Entfernen einer Vielzahl von Abschnitten der ersten Schicht, um eine Vielzahl von Hohlräumen in der ersten Schicht zu definieren und eine Vielzahl von Vorsprüngen zu bilden, die aus dem Substrat herausragen; Abscheiden eines photokatalytischen Materials auf die Vielzahl von Vorsprüngen und in die Vielzahl von Hohlräumen, um eine zweite Schicht zu bilden, umfassend: eine Vielzahl von gebundenen Abschnitten, die in der Vielzahl von Hohlräumen und in Kontakt mit dem Substrat angeordnet sind; und einen nicht gebundenen Abschnitt, der auf der Vielzahl von Vorsprüngen angeordnet und vom Substrat beabstandet ist; und nach dem Abscheiden des photokatalytischen Materials, Entfernen des nicht gebundenen Abschnitts zum Bilden des selbstreinigenden Foliensystems; worin das selbstreinigende Foliensystem eine auf dem Substrat angeordnete Folie beinhaltet, welche die Vielzahl der innerhalb des fluorierten Materials angeordneten und voneinander beabstandeten gebundenen Abschnitte beinhaltet, sodass die Vielzahl der gebundenen Abschnitte an dem fluorierten Material anliegen, von diesem umgeben sind und nicht von diesem bedeckt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Abscheiden des photokatalytischen Materials die chemische Bindung des photokatalytischen Materials an das Substrat innerhalb der Vielzahl von Hohlräumen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner beinhaltend, nach dem Entfernen des nicht gebundenen Abschnitts, das Entfernen der Vielzahl von Vorsprüngen.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner beinhaltend, nach Entfernen der Vielzahl von Vorsprüngen, das erneute Abscheiden des fluorierten Materials.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das Wiederaufbringen das Abwischen des fluorierten Materials auf dem Substrat beinhaltet, sodass das fluorierte Material die Vielzahl der verbundenen Abschnitte kontaktiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner beinhaltend das Kontaktieren von mindestens einem der Vielzahl von gebundenen Abschnitten und Squalen.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner beinhaltend das Oxidieren von Squalen.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner beinhaltend das Verdampfen von Squalen.