EP1417263A2 - Optisches bauelement - Google Patents

Optisches bauelement

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Publication number
EP1417263A2
EP1417263A2 EP02767183A EP02767183A EP1417263A2 EP 1417263 A2 EP1417263 A2 EP 1417263A2 EP 02767183 A EP02767183 A EP 02767183A EP 02767183 A EP02767183 A EP 02767183A EP 1417263 A2 EP1417263 A2 EP 1417263A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mass
molded body
less
mold
particularly preferably
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP02767183A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rüdiger Nass
Martin Stadtwald-Klenke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Nanogate Technologies GmbH
Nanogate Advanced Materials GmbH
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanogate Technologies GmbH, Nanogate Advanced Materials GmbH, Air Products and Chemicals Inc filed Critical Nanogate Technologies GmbH
Publication of EP1417263A2 publication Critical patent/EP1417263A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances

Definitions

  • the present invention relates to the preambles of the independent claims.
  • the present invention thus deals with optical components and their production.
  • Optical components serve to influence the propagation of light. In order to achieve this in a predetermined manner, compliance with various, often divergent properties must be ensured, which is why intensive efforts have been directed in the past to improve the production of optical components and layers.
  • a method for producing optical layers has been proposed in DE 198 40 525 A1, in which a coating composition prepared by the sol-gel method and containing a high-boiling solvent was sprayed onto a substrate and heat-treated.
  • the thickness of the wet film formed during spraying should be a factor of 8 above the desired dry film thickness.
  • a method for producing thermally deformed substrates coated with a sol-gel lacquer is known from DE 198 40 009 A1. The use of these substrates as abrasion protection for lenses and for displays is mentioned.
  • a method for producing optical multilayer systems is described in DE 198 23 732 AI. It's supposed to be nanoscale inorganic solid particles with polycondensable and / or polymerizable flowable compositions are applied to a glass substrate and the layer is crosslinked. This is repeated and then thermal compression takes place. A multilayer structure with layers of different refractive indices is said to result in interference filters and / or antireflection layers. Also mentioned are the holographic information storage, embossable layers such as the lighting of flat screens and the production of micro-optical elements such as waveguides, gratings, pinholes, diffraction gratings, as well as in the field of display technology, fiber chip coupling and imaging optics.
  • Nanocomposites for optical elements are also described in DE 41 33 621 AI. Mentioned i.a. tunable structured elements such as filters or waveguides, optical switches, bleachable absorbers and photoelectrochemical solar cells.
  • DE 197 46 885 AI describes, according to the title, nanostructured moldings and layers and processes for their production.
  • the formation of transparent shaped bodies and the sol synthesis for layers of high and low refractive index are described as examples.
  • nanostructured materials are discussed that are produced by compressing nanoscale particles with diameters in the lower nanometer range. should be cash.
  • nanostructured materials or moldings can also be produced by wet chemistry, namely by providing a nanoscale inorganic solid particle with flowable mass containing polymerizable and / or polycondensable organic surface groups, introducing the mass into a substrate and polymerizing or polycondensing the organic surface groups inorganic solid particles to form a hardened shaped body or a hardened layer.
  • the shaped bodies described in DE 197 46 885 A1 are those which have a structure in the nanometer range due to the presence of nanoparticles.
  • DE 196 30 100 AI describes a manufacturing process for a shaped body for optical purposes, in which a common radical polymerization of a certain precondensate is provided, the shaped bodies being intended to be distinguished by high transparency and homogeneity, etc.
  • WO 00 / 74026A1 relates to a light . itpanel with a light source and a panel element.
  • the panel element is made of a substantially transparent material in order to transmit light. It should be designed so that it acts as a wave guide panel, within which the light spreads with total reflection and is coupled out with a diffractive decoupling system.
  • a decoupling system such as a lattice structure or the like should be adapted to cover the entire panel element, as far as its light surface is concerned, so that divergent recesses and / or furrows of different ' sizes and / or shapes are used to divergent local grids of different sizes and / or to generate shapes, such as multiform and / or binary pixels and / or units, whose fill factor, shape, profile and / or size is optimized such that the diffraction efficiency is location-dependent.
  • WO 00/7402 5A1 relates to a light display means, the display means element of which can be illuminated with a light source.
  • the display center element is formed from a substantially transparent material, which is provided with an informative display pattern.
  • the display center element is formed as a wave guide panel, in which light beams propagate under total reflection and are coupled out therefrom with a diffractive decoupling system, such as a lattice structure or the like, which is configured as a display center pattern to produce a display pattern which can be activated in the display center element. by means of a lighting effect, again with divergent recesses and / or furrows of different sizes.
  • Furrows of different sizes and / or shapes or multiforme and / or binary pixels and / or units require the precise observance of very fine geometric structures with high accuracies, typically in the sub-micrometer range. This places high demands on the manufacturing process.
  • the object of the present invention is to provide something new for commercial use.
  • a first essential aspect of the present invention thus consists in the fact that in a method for producing a molded body with a geometric submicrostructure, it is provided that the mold is brought into contact with a flowable mass which is curable in the mold and has a degree of shrinkage when curing less than 20 percent.
  • Grid arrangements which are modulated in the range from and / or below 200 nm can thus be produced according to the invention, which offers advantages, inter alia, in the production of planar and / or wedge-shaped optical waveguides with light cross-coupling structures with a large aspect ratio, as are customary for Backlight systems such as for .PDAs (Personal Digital Assistants), displays for mobile phones, laptops and other flat screen technologies, for influencing the angle of light emission in light-emitting diodes and / or diode systems such as in traffic management systems, optical data communication, in particular with fiber optics, DVD / CD / CDRW- etc.- laser diodes, VCSELs and RCLEDs, relief holograms and / or others Optical information storage, required optical systems such as lenses and the like, in particular for high-resolution lens systems with a small overall depth, such as can be used in videophone technology,
  • the good moldable aspect ratio in backlight systems in particular embedded as possible according to the invention and / or how conventionally not embedded light sources such as LEDs and / or OLEDs are illuminated mono- and / or especially polychromatic, in particular white or quasi-white, can also achieve uniformly bright illumination over a large area, in particular when this is the case Structures are optimized, ie have a spatial modulation as required.
  • the optical element formed with the coating composition is formed for the homogenized or homogenizing coupling-out of a light intensity, which is easily possible and can be implemented thanks to the material properties.
  • a stripe and / or cross-modulated structure with varying spacing can be provided for wedge mirrors in backlight systems. In this way, diffusers can be avoided and the light yield can be improved by using only one element.
  • the materials and methods according to the invention for backlight systems in which a multitude of colored LEDs are used for lighting.
  • the LEDs can be arranged in particular on the edges of the flat backlight systems, in particular in the corners. It is possible to arrange LEDs with different colors in different corners or at different edge points.
  • the light energy from the respective LEDs is then transferred via suitable achromatic holograms or. achromatic grading of the entire area.
  • the hologram structures can be formed by elevations and depressions in the material molding.
  • elevations and depressions can either be binary, ie there is either an elevation to exactly a certain height or a depression to a depth that is the same for all wells and not specifically inhomogeneous for each well; However, it is preferred if a discretization takes place at several levels at the same time, ie there is not simply an increase to exactly the same standard height, but this height or depression is spatially set.
  • backlight systems for lighting by light sources in particular with a plurality of wavelengths and / or wavelength ranges, in particular from different directions with different predetermined heights, protection is claimed per se and independently of the material, and a separable invention is also seen herein.
  • the molded body is preferably thin; the method will therefore tend to be directed, at least not primarily, to the production of approximately thick optical lenses, although these too can be provided and / or formed with a sub-microstructured surface. The reason for this are the remaining volume effects which may have a negative effect on the residual shrinkage to large thicknesses.
  • the total molded body thicknesses are therefore preferably between 5 and 250 ⁇ m, preferably between 50 and 250 ⁇ m. Smaller thicknesses make handling the finished molded article more difficult. Because of the good results achieved in practical tests, preferred thicknesses are between 5 and 100 ⁇ m.
  • the shrinkage can be kept low by using a mass which comprises at least one prepolymerized and / or precondensed component.
  • a mass which comprises at least one prepolymerized and / or precondensed component.
  • inorganic-organic matrix formers such as silanes, silicones, ormocers, crosslinkable and / or crosslinking organometallic compounds, in particular of the form Me-0-R x and / or similar hyride compounds, where R comprises a crosslinkable component, in particular, for example, those with amine, carboxyl, allyl, epoxy, acrylic, hydroxyl groups, amides, acid chlorine de / cyanates, isocyanates, imines, imides, phosphines, phosphonates, pyrophosphates, sulfonates and combinations thereof.
  • a pre-crosslinking which reduces the shrinkage in a positive manner without influencing the overall properties, in particular in the case of optical moldings of high transparency, homogeneity and / or refractive index, dispersion behavior, etc.
  • a composition can be used which comprises at least one prepolymerized and / or precondensed component based on unsaturated polyester, unsaturated polyether and / or unsaturated polyurethanes. These have proven themselves particularly when used with metal, glass and / or glass-like and / or Si shapes. Again, the use of these molds is particularly preferred because they can be easily produced.
  • the mass must be flowable. However, if it is too thin, turbulence can occur when it flows onto the sub-microstructure or when it flows into a cavity encased in the form, with the subsequent inclusion of air bubbles. If it is too viscous, the geometric submicrostructures are filled incompletely or slowly. It is therefore preferred if a compound is used which has a viscosity • in Range around 50 to 50,000 mPas. Significantly better results can already be achieved between 100 and 5,000 mPas, but the viscosity is particularly preferably between 200 and 1,500 mPas, which gave the best results. It should also be mentioned that air bubbles can be avoided by forming in a vacuum or partial vacuum. This allows the use of low viscosity masses.
  • a flow behavior in the sense of the present invention also exists in particular if the mass is in film form, for which purpose it can possibly be applied to a carrier which is in particular formed with a separating layer or as a separating carrier, or else if the mass, in particular not heated, is so viscous that it remains self-supporting, the separability or separating layer allows the material to be wrapped and fed into the embossing machine, in particular, to press in the structures by means of embossing dies, such as rotary embossing dies.
  • the separability can be achieved by suitable surface layers and / or configurations, for example using highly fluorinated substances.
  • adhesion of the coating composition to the carrier itself can be provided and achieved.
  • the mass would be possible to apply to a support just before feeding it into a processing machine or the like, 'which can be done by spraying, knife coating, brushing, casting, etc.; If application variants are selected that require particularly low-viscosity material, pre-curing can be carried out before structuring or shaping using various methods, in particular those that act quickly without adding substance, such as UV radiation or thermal treatment, which is because of the easy adjustability is advantageous and is preferred over the likewise possible mixture with hardener substances when applied, ie shortly before, during or practically immediately afterwards.
  • a pre-hardening can also take place if the mass is already on a carrier and is fed with it into the machine or is at least quasi self-supporting, for example in films that are only on a carrier up to the molding device and are separated from it ,
  • the mass can contain nanoscale particles.
  • these reduce the shrinkage, for which the proportion can be between 2% by weight and 30% by weight, in particular between 5% and 20%.
  • they also change the optical properties, in particular they can be used to change the refractive index, in particular to increase it, to bring about dispersion, etc.
  • a mass is then typically used which contains nanoscale particles which at least partially have a size of up to 50 nm, in particular less than 10 nm. In the case of the submicrostructures, too, it is still ensured that a desired statistical averaging takes place. It is possible and preferred that a mass is used in which at least 10%, preferably at least 50%, of the nanoscale particles have a size of up to 25 nm, in particular below 10 nm.
  • the mass can preferably contain at least one of the following substances: Si0 2 , Ti0 2 (rutile, anatase), boehmite, gamma-aluminum oxide, ZnO, Sn0 2 , ITO and / or ATO; Ce0 2 , Hf0 2 , Zr0 2 , W0 3 , Y 2 0 3 , Ta 2 0 5 , V 2 0 5 and other rare earth oxides and transition metals; Mixed oxides can also be used. Sulfides, phosphides, nitrides of the above-mentioned metals or semimetals can also be used.
  • the refractive index, the thermal and / or electrical conductivity, nonlinear optical properties such as dispersion, frequency doubling etc., in particular second and third order nonlinear optical properties, are among others determined by the choice of the nanoparticles and / or the choice of matrix or the coordination of the two , Electro- and / or photoluminescence, transmission, extinction, scattering, reflection, color, whereby dielectric spectral filtering can also be achieved, adjustable.
  • a suitable combination in particular of the aforementioned nanoparticles and / or selection of a suitable density, exactly definable properties can accordingly be set.
  • Conversion of typically two-dimensional cross-linking substances into three-dimensional cross-linking polymers is typically and preferably achieved by multifunctionalized nanoparticles, the surface of which is at least partially covered with functional groups and which act as heterogeneous network formers.
  • the surface modification of the heterogeneous, particulate three-dimensional network formers therefore takes place in order to bring about the compatibility of the network formers which can be generated in particular and preferably also generated in situ with the matrix. This gives a further degree of freedom in controlling the crosslinking behavior of nanocomposite materials, which leads to the new material properties described at the beginning.
  • thermoplastically processable materials are provided in such a way that, after or through the surface structuring processing, they change into a thermosetting material or crosslink so strongly that they behave like thermosetting materials, in particular as far as their Tg (softening point) is concerned the decomposition temperatures.
  • the assignment does not have to be complete. It is sufficient if a quantity of functional groups is present on or on the respective nanoparticle in order to ensure the three-dimensional crosslinking to the extent required in each case.
  • the degree of crosslinking depends, among other things, on the desired processing speed, the aspect ratio to be set, the required precision of the lateral structures and the adhesiveness on the selected substrate.
  • the coating can in particular also be saturated if the nanoparticles can be produced in saturation with substances containing the functional groups.
  • Suitable functional compounds for providing the functional groups include functional, in particular bi- and / or multifunctional silanes, in particular, for example, such with amine, carboxyl, allyl, epoxy, acrylic, hydroxyl groups, amides, acid chlorides, cyanates, isocyanates, imines, imides, phosphines, phosphonates, pyrophosphates, sulfonates and combinations thereof; the functional group is then often made of nanoparticles point away and penetrate into the matrix of surrounding polymer material and / or react with it.
  • the desired and / or required three-dimensional crosslinking results from the functional groups of the functional compounds which occupy or partially occupy it and which project from the same nanoparticle in different directions.
  • the functional compounds ie modifications, interact with the nanoparticle preferably via functional groups and / or via van der Waals forces and / or via covalent bonds and / or bonds with a high ionic content.
  • the advantage of silanes is that compounds containing a functional group already give very good results; in the case of purely organic compounds, it is often necessary to provide at least two functional groups in order to allow both the interaction with the nanoparticle and that with the polymer matrix.
  • the functional groups listed for silanes can also be used here.
  • the shrinkage when cured is between 1 and 20%, in particular between 2% and 15%, particularly preferably between 2% and 10%.
  • the reduced shrinkage goes hand in hand with the moldability of ever smaller sub-microstructures or higher precision.
  • the demand for lower shrinkage often places restrictions on the choice of material without leading to any significant practical advantage; higher shrinkages affect the quality of the results.
  • the lower defined shrinkage is generally attributed to the addition of heterogeneous network builders.
  • the mass will typically be pre-crosslinked. This further reduces shrinkage and gives the desired viscosity. Attention is drawn to the possibility of pre-curing or pre-crosslinking.
  • a mass can be used which has an initiator system which can be activated thermally, in particular by radical formation and / or by polyaddition and / or at 50 ° to 200 ° C., preferably 60 ° to 150 ° C., in particular 65 to 140 ° C. having.
  • a radiation-curable composition can also be used, in particular with a VIS or near-UV activatable initiator system, in particular activatable in the range between 200 and 600 nm, particularly preferably between 220 and 460 nm.
  • known initiator systems can be used.
  • the main hardening takes place in the mold, for example the embossing cylinder, which can be intensified by UV and / or VIS radiation.
  • the main hardening results in a main hardening during shaping. If the material to a carrier, the form, etc. coated, accordingly obtained an at least quasi-continuous, preferably completely continuous Bes' chichtungsprozeß with integrated thermal and / or UV curing.
  • radiation is preferably coupled in through a side window, cover plates or the like in order to initiate curing when the composition is attached to the Form is arranged.
  • a mold with a nickel surface is typically used as the mold because it is easy and inexpensive to produce, or plastic replicas of such or replicas made of (inorganic, in particular silicate) glass.
  • a mass is then typically used which comprises a prepolymerized and / or precondensed component, which at most hesitantly bonds with nickel or another metal alloy or coating on the selected mold surface, in order to cover the
  • the mold can also be pretreated before each molding process or after a predetermined number of molding processes, e.g. with substances that promote demolding, such as highly fluorinated compounds, which are applied to the mold. These can and should then be sufficiently flowable and should only be applied very thinly.
  • a matrix such and / or as aforesaid so to be modified by appropriate particularly nano-scale dispersed materials, that it has increased scratch resistance, wherein stmaschine assumed an increased Kratzfe- ', when in a standard Taber Test method CS-10-F, 1000 cycles / 500 g, a residual haze, ie scattered light loss of at least 20%, preferably 10%, occurs.
  • a scratch resistance itself has advantages if the element produced by this matrix 'from abrasion and the like is installed protected because the encryption processing process to the element mounting a beeintr Studioen- de damage almost completely excluded and / or can be significantly reduced.
  • the scratch resistance that can be achieved is often closely dispersed in terms of content Coupled nanoparticles and thus dependent on the desired refractive index.
  • Protection is also claimed for a mass for carrying out the method in one of its various configurations, in particular for executing the method in one of its preferred embodiments, and for a shaped body with a geometric submicrostructure made of a hardened polymer, in particular produced by a method according to the invention.
  • composition is made and used as follows:
  • this mass is heated and poured into a casting mold, which is implemented with a silicone rubber seal (thickness: 2 mm) between two nickel plates, at least one of which has a geometric structure with submicron structures which have an aspect ratio greater than 4: 1 that has deep, narrow gaps, etc.
  • the reactive mixture is cured in a vacuum drying cabinet.
  • the (volume) shrinkage is low and is below 10%.
  • the formed body is easy to demold, is highly transparent, has a high refractive index and a precise structuring with submicron structures transferred from the nickel plate.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit einer geometrischen Submikrostruktur. Hierbei ist vorgesehen, dass eine Form mit einer fliessfähigen Masse in Kontakt gebracht wird, die in der Form aushärtbar ist und einen Schrumpfungsgrad beim Aushärten von unter 20 Prozent aufweist.

Description

Optisches Bauelement
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche. Damit befasst sich die vorliegende Erfindung mit optischen Bauelementen und deren Herstellung.
Optische Bauelemente dienen dazu, die Ausbreitung von Licht zu beeinflussen. Um dies in vorgegebener Weise zu erreichen, muß die Einhaltung verschiedener, oft divergenter Eigenschaften sichergestellt werden, weshalb in der Vergangenheit in- tensive Bemühungen auf die Verbesserung der Herstellung optischer Bauelemente und Schichten gerichtet wurden..
So ist ein Verfahren zur Herstellung optischer Schichten in der DE 198 40 525 AI vorgeschlagen worden, bei welchem eine nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellte, ein hochsiedendes Lösungsmittel enthaltende Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat gesprüht und wärmebehandelt wurde. Die Dicke des sich beim Sprühen bildenden Naßfilms soll einen Faktor 8 über der angestrebten Trockenfilmdicke liegen.
Ein Verfahren zur Herstellung thermisch verformter, ■ mit einem Sol-Gel-Lack beschichteter Substrate ist aus der DE 198 40 009 AI bekannt. Erwähnt wird die Verwendung dieser Substrate als Abriebschutz für Linsen und für Displays.
Ein Verfahren zur Herstellung optischer Mehrschichtsysteme wird in DE 198 23 732 AI beschrieben. Es sollen nanoskalige anorganische Feststoffteilchen mit polykohdensierbaren und/ oder polymerisierbaren fließfähigen Zusammensetzungen auf ein Glassubstrat aufgebracht werden und die Schicht vernetzt werden. Dies wird wiederholt und nachfolgend erfolgt eine ther- mische Verdichtung. Ein Mehrschichtaufbau mit Schichten unterschiedlicher Brechzahlen soll Interferenzfilter und/oder Antireflexschichten ergeben. Erwähnt werden auch die holographische Informationsspeicherung, prägbare Schichten wie die Beleuchtung von Flachbildschirmen und die Herstellung von mi- krooptischen Elementen wie Wellenleitern, Gittern, Pinholes, Beugungsgittern, sowie im Bereich Displaytechnik, Faserchipkopplung und abbildende Optik.
Nanokomposite für optische Elemente werden überdies in DE 41 33 621 AI beschrieben. Erwähnt werden u.a. abstimmbar strukturierte Elemente wie Filter oder Wellenleiter, optische Schalter, ausbleichbare Absorber und photoelektrochemische Solarzellen.
Die DE 196 13 645 AI beschreibt optische Bauelemente mit Gradientenstruktur, in denen ein durch nanoskalige Teilchen in einer festen Matrix hervorgerufener Stoffgradient vorliegt. Die Herstellung optischer Gitterstrukturen und von Fresnel- strukturen wird erwähnt.
Die DE 197 46 885 AI beschreibt gemäß Titel nanostrukturierte Formkörper und Schichten sowie Verfahren zu deren Herstellung. Beispielhaft wird die Bildung transparenter Formkörper beschrieben und die Solsynthese für Schichten hohen und ge- ringen Brechwertes. Es werden einleitend nanostrukturierte Werkstoffe diskutiert, die durch Verdichtung nanoskaliger Teilchen mit Durchmessern im unteren Nanometerbereich erzeug- bar sein sollen. Dann wird ausgeführt, nanostrukturierte Werkstoffe bzw. Formkörper seien auch nasschemisch herstellbar, nämlich durch Bereitstellung einer nanoskalige anorganische Feststoffteilchen mit polymerisierbaren und/oder poly- kondensierbaren organischen Oberflächengruppen enthaltenden fließfähigen Masse, Einführen der Masse in ein Substrat und Polymerisation bzw. Polykondensation der organischen Oberflächengruppen der anorganischen Festkörperteilchen unter Bildung eines gehärteten Formkörpers oder einer gehärteten Schicht. Danach handelt es sich bei den in der DE 197 46 885 AI beschriebenen Formkörpern also um solche, die in ihrem Inneren durch das Vorhandensein von Nanoteilchen eine Strukturierung im Nanometerbereich aufweisen.
Die DE 196 30 100 AI beschreibt ein Herstellverfahren eines Formkörpers für optische Zwecke, bei welchem eine gemeinsame radikalische Polymerisation eines bestimmten Vorkondensates vorgesehen ist, wobei sich die Formkörper durch hohe Transparenz und Homogenität usw. auszeichnen sollen.
Die DE 198 16 136 beschreibt nanostrukturierte Formkörper und Schichten und deren Herstellung über stabile, wasserlösliche Vorstufen. Erwähnt wird der Einsatz bei der Herstellung von Nanokomposit-Brillengläsern. Wiederum versteht sich unter Nanostrukturierung aber nur das Vorhandensein von Nanoteilchen und dergleichen im Formkörper bzw. innerhalb der Schicht.
Die WO 00/74026A1 betrifft ein Lichtle.itpanel mit einer Lichtquelle und einem Panelelement. Das Panelelement wird aus einem substanziell transparenten Material gefertigt, um so Licht zu transmittieren Es soll so ausgebildet sein, dass es als Wellenführungspanel fungiert, innerhalb von welchem sich das Licht mit Totalreflektion ausbreitet und mit einem dif- fractiven Auskopplungssystem ausgekoppelt wird. Ein Auskoppelsystem wie eine Gitterstruktur oder dergleichen soll dazu angepasst sein, das gesamte Panelelement, soweit seine Lichtoberfläche betroffen ist, zu überdecken, so dass divergente Ausnehmungen und/oder Furchen unterschiedlicher' Größen und/oder Gestalten verwendet werden, um divergente lokale Gitter unterschiedlicher Größen und/oder Gestalten zu erzeu- gen, wie multiformige und/oder binäre Pixel und/oder Einheiten, deren Füllfaktor, Gestalt, Profil und/oder Größe derart optimiert ist, dass die Beugungseffizienz ortsabhängig ist.
Die WO 00/7402 5A1 betrifft ein Lichtanzeigemittel, dessen Anzeigemittelelement mit einer Lichtquelle beleuchtbar ist. .Das Anzeigemittelelement wird aus einem substanziell transparenten Material gebildet, das mit einem informativen Anzeigemuster versehen ist. Das Anzeigemittelelement ist als Wellenführungspanel gebildet, worin Lichtbündel unter Totalreflek- tion propagieren und daraus mit einem diffraktiven Auskopplungssystem ausgekoppelt werden, wie einer Gitterstruktur oder dergl., welche als ein Anzeigemittelmuster konfiguriert ist, um ein Anzeigemuster zu erzeugen, das in dem Anzeigemittelelement aktivierbar ist, und zwar mittels Lichtwirkung, wobei wiederum divergente Ausnehmungen und/öder Furchen unterschiedlicher Größen. und/oder Gestalten divergente lokale Gitter unterschiedlicher Größen und/oder Gestalten erzeugen, wie multiformige und/oder binäre Pixel und/oder Einheiten, deren Füllfaktor, Gestalt, Profil und/oder' Größe derart opti- miert ist, dass die Beugungseffizienz ortsabhängig ist. Ein Problem insbesondere bei den letztgenannten beiden Dokumenten, die wie alle vorstehenden zu Offenbarungszwecken vollumfänglich eingegliedert sind, besteht darin, dass die Strukturierung der optischen Wellenleiter, Paneele usw. mit den bezüglich Füllfaktor, Gestalt, Profil und/oder Größe optimierten divergente Ausnehmungen und/oder Furchen unterschiedlicher Größen und/oder Gestalten bzw. multifor iger und/oder binärer Pixel und/oder Einheiten das präzise Einhalten sehr feiner geometrischer Strukturen mit hohen Genauigkeiten, typisch im Subirtikrometerbereich, erfordert. Dies stellt hohe Ansprüche an das Herstellungsverfahren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den ünteransprüchen.
Ein erster wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, dass bei einem Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit einer geometrischen Submikrostruktur, vorgesehen ist, dass die Form mit einer fließfähigen Masse in Kontakt gebracht wird, die in der Form aushärtbar ist und ei- nen Schrumpfungsgrad beim Aushärten von unter 20 Prozent aufweist.
Wesentlich ist dabei die- Erkenntnis, dass auch geometrische- Submikrostrukturen mittels gießfähiger und/oder fließfähiger Massen abgeformt werden können, , sofern der Schrumpfungsgrad nicht zu hoch ist. Dies ermöglicht insbesondere die Herstellung eines Formkörpers, bei dem die Submikrostruktur zumindest bereichsweise ein Aspektverhältnis von wenigstens 0,5: 1, bevorzugt wenigstens 2:1 oder weit darüber aufweist. Während das Verfahren prinzipiell bevorzugt ist bei Aspektverhältnissen von wenigstes 5:1, die sonst nur schwer erzielbar sind, kann auch ein noch höheres Aspektverhältnis, unter dem Maximalschrumpf liegende Massen vorausgesetzt, erzielt werden. In einem praktischen Versuch konnten Strukturen mit einem Aspektverhältnis von größer 10:1, d.h. einer Faktor 10 größeren Tiefe als
Breite, abgeformt werden mit einer Masse, die eine Schrumpfung unter 5% besaß. Es konnten hier auch Strukturen abgeformt werden, ohne dass Flankensteilheiten signifikant verrundet wurden. Radien an den Kanten können auch bei Submikro- meterStrukturen von z.B. 400 nm hohen 40nm*40nm-Blöcken mit Genauigkeiten besser 13% abgeformt werden.
Bevorzugt ist es, das Verfahren wie möglich einzusetzen zur Herstellung von Submikrometerstrukturen im Bereich unter 500 nm charakteristischer Strukturgrößen. So können im Bereich von und/oder unter 200 nm modulierte Gitteranordnungen erfindungsgemäß erzeugt werden, was Vorteile bietet, unter anderem bei der Herstellung von planaren und/oder Keilspiegel- Lichtwellenleitern mit Licht querauskoppelnden Struktu- ren mit großem Aspektverhältnis, wie sie etwa üblich sind bei Backlight-Systemen wie für .PDAs (Personal Digital Assi- stents), Displays für mobile Telefone, Laptops und andere Flachbildschirmtechnologien, zur Winkelbeeinflussung der Lichtemission bei lichtemittierenden Dioden und/oder Dioden- Systemen wie bei Verkehrsleitanlagen, optischer Datenkommunikation insbesondere mit Faseroptik, DVD/CD/CDRW- usw.- Laserdioden, VCSELs und RCLEDs, Reliefhologra me und/oder andere optische Informationsspeicher, erforderliche optische Systeme wie Linsen und dergleichen, insbesondere für hochauflösende Linsensysteme geringer Bautiefe, wie sie einsetzbar werden in der Bildtelefontechnik usw. Es ist abzusehen, das sich durch das gute abformbare Aspektverhältnis bei Backlight-Systemen, die insbesondere mit wie erfindungsgemäß möglich eingebetteten und/ oder wie herkömmlich nicht eingebetteten Leuchtmitteln wie LEDs und/oder OLEDs mono- und/oder vor allem polychromatisch insbesondere weiß bzw. quasiweiß, beleuchtet wer- den, eine auch großflächig gleichmäßig helle Ausleuchtung erzielen läßt, und zwar insbesondere dann, wenn hierzu die Strukturen optimiert werden, d.h. wie erforderlich eine räumliche Modulation aufweisen. Für eine gleichmäßige Ausleuchtung ist es bevorzugt, wenn das mit der Beschichtungsmasse gebildete optische Element zur homogenisierten bzw. homogenisierenden Auskopplung einer Lichtintensität gebildet ist, was ohne weiteres möglich und dank der Materialeigenschaften realisierbar ist. So kann für Keilspiegel in Backlightsystemen eine streifen- und/oder quermodulierte Struktur mit variie- rendem Abstand vorgesehen werden.Auf diese Weise können Dif- fusoren vermieden werden und die Lichtausbeute durch Verwendung nur eines Elementes verbessert werden.
Es ist insbesondere möglich, die erfindungsgemäßen Materiali- en und Verfahren einzusetzen für Backlight-Systeme, bei denen eine Vielzahl von farbigen LEDs zur Beleuchtung verwendet werden. Die LEDs können insbesondere an den Rändern der flächigen Backlight-Systeme angeordnet werden, insbesondere in den Ecken. Es ist möglich, LEDs mit unterschiedlichen Farben in unterschiedlichen Ecken oder an unterschiedlichen Randstellen anzuordnen. Die Lichtenergie aus den jeweiligen LEDs wird dann über geeignete achromatische Hologramme bzw. ein . achromatisches Grading der gesamten Fläche zugeführt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Hologrammstrukturen durch Erhöhungen und Vertiefungen bei der Materialformung gebildet sein können. Diese Erhöhungen und Vertiefungen können entweder bi- när sein, d. h. es liegt entweder eine Erhöhung auf genau eine bestimmte Höhe oder eine Vertiefung auf eine für alle Vertiefungen gleiche und je Vertiefung nicht gezielt inhomogene Tiefe vor; bevorzugt ist aber, wenn zugleich noch eine Dis- kretisierung auf mehreren Stufen erfolgt, also nicht einfach eine Erhöhung auf immer genau eine gleiche Standardhöhe vorliegt, sondern diese Höhe bzw. Eintiefung räumlich gezielt eingestellt wird. Für derartige Backlight-Systeme zur Beleuchtung durch Lichtquellen insbesondere mit mehreren Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen, insbesondere aus unterschiedlichen Richtungen mit unterschiedlichen vorbestimmten Höhen wird Schutz per se und unabhängig vom Material beansprucht und es wird auch eine separierbare Erfindung hierin gesehen. Dies gilt insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Fälle, in denen eine Zeitmultiplexerregung der Leuchtmittel unterschiedlicher Farben vorgesehen wird, also wenn etwa zunächst rote Leuchtdioden erregt werden, dann, nach deren Abschaltung, grüne und hernach, in einer Phase der Nichterregung von sowohl roten und grünen Leuchtdioden, gelbe Leuchtdioden erregt werden. Bei darauf synchro- nisierter Schaltung des Lichtdurchlasses aus dem Backlight- System zu einer Frontseite können sämtliche lichtschaltenden Elemente auflösungserhöhend parallel für die An-AusSchaltung nur einer Farbe- verwendet werden. Durch die achromatische Ausbildung der Backlight-Struktur wird dabei für alle Farben eine gleichmäßige Beleuchtung sichergestellt und es kann insbesondere- auf Farbbilder und dergleichen verzichtet werden, was die Lichtausbeute bzw. den Kontrast wesentlich erhöht. Alternativ und/oder zusätzlich sind Weißlichtquellen gleichfalls verwendbar. Die Verwendung von wie vorstehend beschrieben achromatischen Hologrammen, also solchen, die Licht un- terschiedlicher Wellenlänge unterschiedlich weiterleiten, ist besonders gut mit Systemen möglich, in denen mehr als eine Höhe für die Erhebungen bzw. Vertiefungen respektive deren räumliche Ausdehnung verwendet wird.
Der Formkörper ist bevorzugt dünn; das Verfahren wird also tendenziell, jedenfalls nicht primär auf die Herstellung etwa dicker optischer Linsen gerichtet sein, wenngleich auch diese mit einer submikrostrukturierten Oberfläche versehen und/oder gebildet werden können. Grund hierfür sind die bei der Rest- Schrumpfung auf große Dicken sich eventuell negativ auswirkenden verbleibenden Volumeneffekte. Bevorzugt liegen daher die Gesamtformkörperdicken zwischen 5 und 250 μm, bevorzugt zwischen 50 und 250 μm. Geringere Dicken erschweren die Handhabung des fertigen Formkörpers. Bevorzugte Dicken liegen we- gen der erzielten guten Resultate in praktischen Versuchen zwischen 5 und 100 μm.
Die Schrumpfung kann gering gehalten werden durch die Verwendung einer Masse, die zumindest eine präpolymerisierte und/ oder präkondensierte Komponente umfasst. Daneben und/oder zusätzlich ist es möglich, die Masse zu bilden basierend auf anorganisch-organischen Matrixbildnern wie Silanen, Silikonen, Ormoceren, vernetzbaren und/oder vernetzenden metalorga- nischen Verbindungen insbesondere der Form Me-0-Rx und/oder ähnliche Hyridverbindungen, wobei R eine vernetzbare Komponenten umfaßt, insbesondere etwa solche mit Amin-, Carboxyl-, Allyl-, Epoxy-, Acryl-, Hydroxylgruppen, Amide, Säurechlori- de/ Cyanate, Isocyanate, Imine, Imide, Phosphine, Phosphona- te, Pyrophosphate, Sulfonate sowie Kombinationen davon.
Hier ist eine Vorvernetzung gegeben, die die Schrumpfung in positiver Weise verringert, ohne die Gesamteigenschaften, insbesondere bei optischen Formkörpern hoher Transparenz, Homogenität und/oder Brechungsindex, Dispersionsverhalten usw. zu beeinflussen. Es kann dabei insbesondere eine Masse ver- wendet wird, die zumindest eine präpolymerisierte und/oder präkondensierte Komponente auf der Basis von ungesättigtem Polyester, ungesättigtem Polyether, und/oder ungesättigten Polyurethanen umfasst. Diese haben sich gerade beim Einsatz mit Metall-, Glas- und/oder glasartigen und/oder Si-Formen bewährt. Die Verwendung dieser Formen ist wiederum besonders bevorzugt, weil sich diese gut herstellen lassen. Es ist statt dessen auch möglich, eine Masterform herzustellen und mit dieser ein Glas- bzw. Polymerreplikat abzuformen, welches dann wiederum ausgegossen werden kann, und zwar eventuell nach einer Vernickelung und/oder einer anderen Metalllegierung bzw. Oberflächenbeschichtung. In einer praktischen Variante werden besonders gute Resultate mit Nickelformen erzielt. Das Material der Form kann insbesondere im Hinblick auf die gute Formhersteilbarkeit gewählt werden.
Die Masse muß fließfähig sein. Ist sie aber zu dünnflüssig, kann es zu Turbulenzen beim Aufströmen auf die Submikrostruk- tur bzw. beim Einströmen in einen mit der Form umfaßten Hohlraum kommen, mit nachfolgendem Luftblaseneinschluss . Ist sie zu zähflüssig, werden die geometrischen Submikrostrukturen nur unvollständig oder langsam befüllt. Es ist daher bevorzugt, wenn eine Masse verwendet wird, die eine Viskosität • im Bereich um 50 bis 50.000 mPas aufweist. Bereits deutlich bessere Resultate lassen sich erreichen zwischen 100 und 5.000 mPas, insbesondere bevorzugt liegt die Viskosität aber zwischen 200 und 1.500 mPas, was die besten Resultate lieferte. Dass sich Luftblaseneinschluss durch Formen im Vakuum bzw. Teilvakuum vermeiden läßt, sei zugleich erwähnt. Dies erlaubt die Verwendung geringer-visko.ser Massen. Ein Fließverhalten im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere auch dann gegeben, wenn die Masse filmförmig vorliegt, wozu sie ggf. auf einen Träger aufgebracht sein kann, der insbesondere mit einer Trennschicht oder als trennendes Trägermittel ausgebildet ist, oder aber auch, wenn die Masse, insbesondere nicht erwärmt, so zähfließend ist, daß sie selbsttragend bleibt, wobei die Trennbarkeit oder Trennschicht erlaubt, das Material zu wickeln und es insbesondere unter Abwicklung in eine Prägemaschine zum Einpressen der Strukturen vermittels von Prägeformen, etwa Rotations-Prägeformen, zuzuführen. Die Trennbarkeit kann durch geeignete Oberflächenschichten und/oder -ausgestaltungen erzielt werden, etwa unter Verwen- düng hochfluorierter Substanzen. Gleichfalls kann eine Haftung der Beschichtungsmasse auf dem Träger selbst vorgesehen und erzielt werden.
Alternativ wäre möglich, die Masse auf einen Träger kurz vor dessen Einspeisung in eine Verarbeitungsmaschine oder dergleichen aufzubringen, ' was durch Sprühen, Rakeln, Streichen, Gießen usw. geschehen kann; werden dabei Auftragungsvarianten gewählt, die besonders dünnflüssiges Material- erfordern, kann vor der Strukturierung bzw. Formgebung eine Vorhärtung über verschiedene, insbesondere schnell ohne Stoffzugabe wirkende Verfahren wie ÜV-Bestrahlung oder durch thermische Behandlung vorgenommen werden, was wegen der leichten Einstellbarkeit von Vorteil ist und gegenüber der gleichfalls möglichen Mischung mit Härtersubstanzen bei Aufbringung, also kurz vor, während oder praktisch unmittelbar danach, bevorzugt ist. Eine Vorhärtung kann auch dann erfolgen, wenn die Masse schon auf einem Träger befindlich ist und mit diesem in die Maschine gespeist wird bzw. zumindest quasi selbsttragend ist, etwa bei Filmen, die nur bis zur Formvorrichtung auf einem Träger befindlich sind und dort davon getrennt werden.
Die Masse kann nanoskalige Partikel enthalten. Diese setzen einerseits die Schrumpfung herab, wozu der Anteil zwischen 2 Gewichts-% und 30 Gewichts-% betragen kann, insbesondere zwischen 5% und 20%. Andererseits verändern sie auch die optischen Eigenschaften, insbesondere können sie eingesetzt wer- den, um die Brechzahl zu verändern, insbesondere zu erhöhen, eine Dispersion zu bewirken usw. Der Brechungsindex wird bevorzugt wie möglich auf Werte eingestellt von n = 1,3 bis n = 2,0, was die derzeit schon realisierten Indexgrenzen darstellt, wobei absehbar ist, daß durch geeignete Materialwahl erweiterte Grenzen realisierbar sind.
Typisch wird dann eine Masse verwendet, die nanoskalige Partikel enthält, die zumindest partiell eine Größe bis 50 nm, insbesondere unter 10 nm aufweisen. Hier ist auch bei den Submikrostrukturen noch gewährleistet, dass eine erwünschte statistische Mittelung erfolgt. Es ist dabei möglich und bevorzugt, dass eine Masse verwendet wird, bei welcher wenigstens 10%, bevorzugt wenigstens 50% der nanoskaligen Partikel eine Größe bis 25 nm, insbesondere unter 10 nm aufweisen. Als Nanopartikel kann die Masse wie bevorzugt wenigstens eine der folgenden Substanzen enthalten: Si02, Ti02 (Rutil, Anatas), Böhmit, gamma-Aluminiumoxid, ZnO, Sn02, ITO und/oder ATO; Ce02, Hf02, Zr02, W03, Y203, Ta205, V205 und weitere Oxide der seltenen Erden und Übergangsmetalle; Mischoxide sind gleichfalls verwendbar..Gleichfalls verwendbar sind Sulfide, Phos- phide, Nitride der vorstehend genannten Metalle bzw. Halbme- talle. Über die Wahl der Nanopartikel und/oder der Matrixwahl bzw. der Abstimmung beider aufeinander sind unter anderem der Brechungsindex, die thermische und/oder elektrische Leitfähigkeit, nichtlineare optische Eigenschaften wie Dispersion, Frequenzverdoppelung etc., insbesondere nichtlineare optische Eigenschaften 2. und 3. Ordnung, Elektro- und/oder Photolumi- niszenz, Transmission, Extinktion, Streuung, Reflektion, Farbe, wobei auch eine dielektrische spektrale Filterung erzielt werden kann, einstellbar. Über eine geeignete Kombination insbesondere der vorerwähnten Nanopartikel und/oder Wahl ei- ner geeigneten Dichte lassen sich demnach genau definierbare Eigenschaften einstellen.
Es wurden insgesamt prinzipiell gute Ergebnisse mit nanopar- tikelgefüllten Massen erzielt. Dies wird darauf zurückge- führt, dass diese eine dreidimensionale Vernetzung begünstigen und diese dreidimensionale Vernetzung eine stark positive Wirkung im Hinblick auf Materialeigenschaften wie die oben genannten und/oder mechanische Eigenschaften des resultierenden Formkörpers besitzt. Klasssischerweise sind Monomere für Kunststoffe in der Regel zweidimensional vernetzend. Die
Überführung von typisch zweidimensional vernetzenden Substanzen in dreidimensional vernetzende Polymere wird typisch und bevorzugt erreicht durch multifunktionalisierte Nanopartikel, deren Oberfläche mit funktionalen Gruppen zumindest partiell belegt ist und die als heterogene Netzwerkbildner fungieren.. Die Oberflächenmodifikation der heterogenen, partikulären dreidimensionalen Netzwerkbildner geschieht deshalb, um die Kompatibilität der insbesondere in situ erzeugbaren und bevorzugt auch in situ erzeugten Netzwerkbildner mit der Matrix zu bewirken. Damit ist ein weiterer Freiheitsgrad in der Steuerung des Vernetzungsverhaltens von nanokompositären Werkstoffen zu erhalten, was zu den eingangs beschriebenen neuen Werkstoffeigenschaften führt.
Es werden somit thermoplastisch verarbeitbare Werkstoffe so vorgesehen, daß sie nach bzw. durch die oberflächenstrukturierende Verarbeitung in ein duroplastisches Material übergehen bzw. so stark vernetzen, daß sie sich wie duroplastische Materialien verhalten, inbesondere was ihren Tg (Erweichungs- punkt) angeht, der nahe der Zersetzungstemperaturen liegt.
Die Belegung muß nicht vollständig sein. Es ist ausreichend, wenn eine Menge an funktionalen Gruppen auf bzw. an dem jeweiligen Nanopartikel vorhanden ist, um die dreidimensionale Vernetzung in dem jeweils erforderlichen Maß zu gewährleisten. Das Vernetzungsmaß ist dabei unter anderem abhängig von der gewünschten Verarbeitungsgeschwindigkeit, dem einzustellenden Aspektverhältnis, der erforderlichen Präzision der Lateralstrukturen und der Haftfähigkeit auf dem gewählten Sub- strat. Die Belegung kann aber insbesondere auch gesättigt sein, wenn die Herstellung der Nanopartikel in Sättigung mit die funktionalen Gruppen enthaltenden Substanzen erfolgen kann.
Geeignet als funktionale Verbindungen zur Bereitstellung der funktionalen Gruppen sind u. a. funktionale, insbesondere bi- und/oder multifunktionale Silane, insbesondere etwa solche mit Amin-, Carboxyl-, Allyl-, Epoxy-, Acryl-, Hydroxylgruppen, Amide, Säurechloride, Cyanate, Isocyanate, Imine, Imide, Phosphine, Phosphonate, Pyrophosphate, Sulfonate sowie Kombinationen davon;, die funktionale Gruppe wird dann oftmals vom Nanopartikel wegweisen und in die Matrix aus umgebendem Polymermaterial eindringen und/oder mit diesen reagieren. Über die in verschiedenen Richtungen von ein und demselben Nanopartikel abstehenden funktionalen Gruppen der es belegenden oder partiell belegenden funktionalen Verbindungen ergibt sich die gewünschte und/oder erforderliche dreidimensionale Vernetzung. Die funktionalen Verbindungen d. h. Modifikationen stehen mit dem Nanopartikel bevorzugt über funktionale Gruppen in bindender Wechselwirkung und/oder über van-der- Waals-Kräfte und/oder über kovalente Bindungen und/oder Bin- düngen mit hohem ionischen Anteil. Silane bieten den Vorteil, daß mit einer funktionalen Gruppe ausgestattete Verbindungen bereits sehr gute Ergebnisse liefern; bei rein organischen Verbindungen ist es oftmals erforderlich, wenigstens zwei funktionale Gruppen vorzusehen, um sowohl die Wechselwirkung mit dem Nanopartikel als auch jene mit der Polymermatrix zuzulassen. Die für Silane aufgeführten funktionalen Gruppen sind auch hier verwendbar.
Weiter ist es möglich, die Matrix zu modifizieren, indem be- stimmte funktionale Substanzen beigefügt werden, d.h. Substanzen, welche die- Matrix zur Erzielung und/oder Verbesserung bzw. Vervollkommnung definierter Eigenschaften verändern, insbesondere durch Wechselwirkung mit reaktiven Gruppen in den Matrixsubst nzen bzw. Matrixbildnern. Es ist dabei so- gar möglich, derartige Substanzen anstelle von oder wenigstens zum weitgehendnen Ersatz von Nanopartikeln zu verwen- ' den. Als funktionale Matrixmodifikationssubstanzen können insbesondere Halogenide, insbesondere Fluoride verwendet werden, zumal letztere durch Absenkung der Oberflächenenergie das Abformverhalten verbessern können und/oder erlauben, den Brechungsindex zu geringeren Werten zu verschieben. Weiter ist es einsichtig, daß Tenside der Beschichtungsmasse beifügbar sind und/oder einen Teil derselben bilden können.
Die Schrumpfung wird in einer bevorzugten Variante bei Aushärtung zwischen 1 und 20%, insbesondere zwischen 2% und 15%, insbesondere bevorzugt zwischen 2% und 10% liegen. Die verringerten Schrumpfungen gehen einher mit der Abformbarkeit immer kleinere Submikrostrukturen bzw. höherer Präzision dabei. Die Forderung nach geringeren Schrumpfungen legt der Materialwahl oftmals Beschränkungen auf, ohne zu einem nennens- werten praktischen Vorteil zu führen; höhere Schrumpfungen beeinträchtigen die Ergebnisqualität. Die geringere definierte Schrumpfung wird allgemein der Beifügung der heterogenen Netzwerkbildner zugeschrieben.
Die Masse wird typisch vorvernetzt sein. Dies verringert die Schrumpfung weiter und ergibt die gewünschte Viskosität. Auf die Möglichkeit der Vorhärtung bzw. Vorvernetzung sei hingewiesen.
Das Aushärten der Masse in bzw. z.B. bei Übergießen bzw.
Überstreichen oder anderem Auftragen der Masse auf eine Form an der Form kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wird aber bevorzugt thermisch und/oder durch Strahlung gezielt ausgelöst. Es kann eine Masse eingesetzt werden, die ein thermisch, insbesondere durch Radikalbildung und/oder durch Polyaddition und/oder bei 50° bis 200°C, bevorzugt 60° bis 150°, insbesondere 65 bis 140 °C aktivierbares Initiatorsystem aufweist. Es kann auch eine strahlungshärtbare Masse eingesetzt werden, insbesondere mit einem VIS- oder Nah-UV- aktivierbaren Initiatorsystem, insbesondere aktivierbar im Bereich zwischen 200 und 600 nm, insbesondere bevorzugt zwi- sehen 220 bis 460 nm. Damit sind per se bekannte Initiatorsysteme verwendbar.
Es wird jeweils bevorzugt, wenn die Aushärtung hinreichend schnell erfolgt, um in der Serienproduktion eine gute Formnutzung zu gewährleisten. Eine zu kurze Aushärtzeit ist allerdings unerwünscht, und zwar wegen der dann quasi in- stantanen bzw. schlagartig verlaufenden Umsetzung, die zu erhöhten Spannungen führen kann und/oder die Formstabilität beeinträchtigt und/oder die Lagerstabilität durch die dann ho- hen Startermengen. Es ist dennoch bevorzugt, wenn eine in weniger als 30 min, insbesondere unter 15 min, insbesondere unter 2 min aushärtbare Masse verwendet wird. Es sei erwähnt, daß auch eine Nachhärtung, etwa durch VIS-, UV- und/oder IR- Strahlung bzw. Erwärmen nach der Lösung des vorverhärteten Materials aus der Form möglich ist. Dann erfolgt jedoch die Haupthärtung in der Form, etwa dem Prägezylinder, die durch UV- und/oder VIS-Bestrahlung intensiviert werden kann. Es ergibt sich also wie auch bei Vorhärtung eine Haupthärtung während der Formgebung. Wird das Material auf einen Träger, die Form usw. aufgeschichtet, erhält man demnach einen wenigstens quasi kontinuierlichen, bevorzugt vollständig kontinuierlichen Bes'chichtungsprozeß mit integrierter thermischer und/oder UV-Härtung.
Bei einer strahlungshärtbaren Masse wird bevorzugt Strahlung durch ein seitliches Fenster, Deckplatten oder dergleichen zur Aushärtungsauslösung eingekoppelt, wenn die Masse an der Form angeordnet ist. Hierbei kann auch bei geringen Ungleich- mäßigkeiten eine gute Abformung gewährleistet bleiben. Als Form wird typisch eine solche mit Nickeloberfläche eingesetzt, weil diese leicht und preiswert produzierbar ist bzw. Kunststoffreplikate einer solchen bzw. Replikate aus (anorganischem, insbesondere Silikat-) Glas . Dann wird typisch eine Masse eingesetzt, die eine mit Nickel bzw. einer anderen Metallegierung bzw. Beschichtung an der gewählten Formoberfläche allenfalls zögerlich Bindungen eingehende präpolymeri- sierte und/oder präkondensierte Komponente umfasst, um die
Entfor ung zu erleichtern. Es kann auch vor jedem Formprozess oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Abformprozessen eine Vorbehandlung der Form erfolgen, z.B. mit entformbegünstigen- den Substanzen, wie hochfluorierten Verbindungen, die auf die Form aufgebracht werden. Diese können und sollen dann hinreichend fliessfähig sein und sollen nur sehr dünn aufgetragen werden.
Es ist möglich, eine Grundmasse so zu wählen und/oder durch geeignete insbesondere nanoskalige, dispergierte Substanzen wie vorerwähnt so zu modifizieren, dass sie eine erhöhte Kratzfestigkeit aufweist, wobei von einer erhöhten Kratzfe-' stigkeit ausgegangen wird, wenn bei einem Standard-Taber- Testverfahren CS-10-F, 1000 cycles/500 g sich ein Rest-Haze, d.h. Streulichtverlust von schlechtestens 20 %, bevorzugt 10% einstellt. Eine derartige Kratzfestigkeit hat selbst dann Vorteile, wenn das mit dieser Grundmasse' erzeugte Element vor Abrieb und dergleichen geschützt eingebaut wird, weil im Ver- arbeitungsprozess bis zum Elementeinbau eine beeinträchtigen- de Schädigung praktisch vollständig ausgeschlossen und/oder signifikant verringert werden kann. Die erzielbare Kratzfestigkeit ist dabei oftmals eng an den Gehalt dispergierter Nanopartikel gekoppelt und somit vom gewünschten Brechungsindex abhängig.
Weiter ist es möglich, eine hohe elektrische und/oder thermi- sehe Leitfähigkeit vorzusehen, was vorteilhaft ist, insbesondere weil damit die thermische Belastung im Bereich der lichtquellennahen Lichteinkopplungen verringert' werden kann. Bevorzugt sind elektrische Leitfähigkeiten im Bereich um 107 Ω □ oder besser. Wesentlich bevorzugt sind noch bessere Leit- fähigkeiten von unter 104 Ω, insbesondere besser als 103 Ω D, was sich erreichen läßt, wenn in typischen Lacken nanoparti- kuläre Teilchen dispergiert und/oder auf andere Weise eingebracht werden, die eine hohe Kratzfestigkeit bei gleichzeitig guter Transparenz vorsehen. Beispiele sind ITO-Partikel mit Größen unter 200 nm, die in einem Gewichtsverhältnis zwischen 1% und 95% in das Lacksystem eingebracht werden. Es wird hierzu auf die älteren, Nanopartikel betreffenden Schutzrechte des Anmelders verwiesen, die zu Offenbarungszwecken vollumfänglich eingegliedert sind. Alternativen zu ITO- Partikeln bieten sich insbesondere in anderen TCO (Transparent Conductive Oxides), insbesondere ATO, FTO, ZnO sowie insbesondere auch Mischphasen derselben. Bei der typisch ge- - gebenen Wechselwirkung zwischen elektrischer und thermischer Leitfähigkeit ergibt sich dann im Backlight-Bereich die Mög- lichkeit, hohe Lichtleitungen einzukoppeln, wobei sich auch die thermische Beständigkeit verwendbarer Materialien positiv bemerkbar macht, da -Temperatüren von bis zu 220°C erzielbar und zulässig sind. Es sind somit besonders hohe Leuchtdichten realisierbar
Schutz wird auch beansprucht für eine Masse zur Ausführung des Verfahrens in einer seiner verschiedenen Ausgestaltungen, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens in einer seiner bevorzugten Ausgestaltung, sowie für einen Formkörper mit einer geometrischen .Submikrostruktur aus einem gehärteten Polymer, insbesondere hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise ohne Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben.
Beispiel:
Es wird eine Zusammensetzung hergestellt und verwendet wie folgt:
Zunächst werden in einem Einhals-Rundkolben 16,32g (0,1665 mol) Maleinsäureanhydrid und 12,36g (0,0835mol) Phthalsäure- anhydrid vorgelegt. Nach Zugabe von 19,00g (0,250 mol) 1,2- Propandiol wird die Reaktionsmischung auf 200 °C erhitzt und 5 h gehalten. Man erhält Komponente 1.
Dann werden in einem Einhals-Rundkolben mit Rückflusskühler 100 g MA-ST mit 1,56 g (12 mmol) Vinyldimethylethoxysilan versetzt und auf 75 °C erhitzt. Man erhält Komponente 2.
Unter Verwendung eines Zweihals kolbens mit KPG-Rührer und Ab- saugbügel, Kühlfalle, ■ Membran- bzw. Ölpumpe werden 13,47g Komponente 1 vorgelegt, 34,75g Diallylphthalat zugegeben, und die Reaktionsmischung unter Erwärmen homogenisiert. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird 50,82 g Komponente 2 zugefügt. Das Reaktionsgemisch wird zur weitgehenden Äbdestillation des Methanols unter Vakuum auf 40 °C erhitzt (Zunahme der Viskosität) . Nach Abkühlen des Reaktionsgemisches wird der Starter und 0,96 g Ditert . -butylperoxid (6,6 mmol) zugefügt.
Zur Verwendung wird diese Masse erwärmt und in eine Gießform eingefüllt, die realisiert ist mit Silikongummi-Dichtung (Dicke: 2 mm) zwischen zwei Nickel-Platten, von denen wenigstens eine geometrische Strukturierung mit Submikrometer- strukturen, die ein Aspektverhältnis größer 4 : 1 aufweisen, das tiefe, schmale Lücken usw. aufweist.
Die Reaktivmischung wird im Vakuu trockenschrank ausgehärtet. Dabei ist die (Volumen-) Schrumpfung gering und liegt unter 10%.
Der gebildete Formkörper ist leicht entformbar, ist hoch transparent, hat einen hohen Brechungsindex und eine präzise von der Nickelplatte übertragene geometrische Strukturierung mit Submikrometerstrukturen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit einer geometrischen Submikrostruktur, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form mit einer fließfähigen Masse in Kontakt gebracht wird, die in der Form aushärtbar i'st und einen Schrumpfungsgrad beim Aushärten von unter 20 Prozent aufweist .
2. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Submikrostruktur wenigstens partiell ein Aspektverhältnis von wenigstens 0,5:1, insbesondere 2:1, insbesondere be- vorzugt wenigstes 5:1 aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formkörper mit einer Gesamtformkörperdicke unter 10 mm liegt, insbesondere unter 5 mm, insbesondere bevorzugt unter 1mm Dicke hergestellt wird.
4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formkörper mit einer Gesamtform- körperdicke zwischen 5 und 250 μm, insbesondere zwischen 50 und 100 μm hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formkörper mit vorgegebe- nen optische Eigenschaften hergestellt wird.
6. ' Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formkörper mit einen Brechungsindex von wenigstens 1,3, bevorzugt wenigstens 1,42 hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse verwendet wird, die zumindest eine präpolymerisierte und/oder präkondensierte Komponente umfasst.
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse verwendet wird, die zumindest eine präpolymerisierte und/oder präkondensierte Komponente auf der Basis von ungesättigtem Polyester, unge- sättigtem Polyether, und/oder ungesättigten Polyurethanen umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse verwendet wird, die eine Viskosität im Bereich um 50 bis 50.000 mPas, bevorzugt zwischen 100 und 5.000 mPas, insbesondere bevorzugt 200 bis 1.500 mPas besitzt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass eine Masse verwendet wird, die nanoskalige Partikel, insbesondere vernetzungsfördernd- funktionalsierte nanoskalige Partikel enthält.
11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Masse verwendet wird, die nanoskalige Partikel enthält, die zumindest partiell eine Größe bis 50 nm, ' insbesondere unter 10 nm aufweisen.
12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse verwendet wird, bei welcher wenigstens 10%, bevorzugt wenigstens 50% der nanoskaligen Partikel eine Größe bis 25 nm, insbesondere unter 10 nm aufweisen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfung bei Aushärtung zwischen 1 und 20%, insbesondere zwischen 2 und' 15%, insbesondere bevorzugt zwischen 2 und 10% liegt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse verwendet wird, die Nanopartikel wenigstens eine der folgenden Substanzen enthält: Si02, Ti02 (Rutil, Anatas) , Böhmit, gamma- Aluminiumoxid, ZnO, Sn02, ITO und/oder ATO; Ce02, Hf02, Zr02, W03, Y203, Ta205, V205 und /oder Oxide der seltenen Erden und Übergangsmetalle und/oder Sulfide und/oder Ni- tride von Metallen und/oder Halbmetallen.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorvernetzte Masse eingesetzt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse eingesetzt wird, die ein thermisch, insbesondere durch Radikalbildung und/ode durch Polyaddition und/oder bei 50 bis 200°C, bevorzugt 60 bis 150, insbesondere 65 bis 140°C aktivierbares Initiatorsystem aufweist.
17: Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine strahlungshärtbare Masse eingesetzt wird, insbesondere mit einem VIS- oder Nah-UV- aktivierbaren Initiatorsystem, insbesondere aktivierbar im Bereich zwischen 600 und 200 nm, insbesondere bevorzugt zwischen 460 bis 220 nm.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in weniger als 30 min, insbesondere unter 15 min, insbesondere unter 2 min aushärtbare Masse verwendet wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer strahlungshärtbaren Masse, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlung durch ein seitliches Fenster und/oder
Deckplatten zur Aushärtungsauslösung eingekoppelt wird, wenn die Masse an der Form angeordnet ist.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass eine Metall-, Glas- und/oder glasartige und/oder Si-Form eingesetzt wird.
21. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse eingesetzt wird, die eine mit Nickel allenfalls zögerlich Bindungen eingehende präpolymerisierte und/oder präkondensierte Komponente umfasst.
22. Masse zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vor- hergehenden Ansprüche.
23: Formkörper mit einer geometrischen Submikrostruktur aus einem gehärteten Polymer, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
24. Formkörper nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Strukturierung gemäß WO 00/74026A1 und/oder WO 00/74025A1 aufweist und/oder den dort beschriebenen Zwecken dient.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000014017A1 (de) * 1998-09-06 2000-03-16 Institut Für Neue Materialen Gem. Gmbh Verfahren zur herstellung von suspensionen und pulvern auf basis von indium-zinn-oxid und deren verwendung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0819202B2 (ja) * 1991-04-12 1996-02-28 竹本油脂株式会社 重合性組成物、及びこれを硬化して得られる成形物
US5716679A (en) * 1991-09-13 1998-02-10 Institut Fur Neue Materialien Gemeinnutzige Gmbh Optical elements containing nanoscaled particles and having an embossed surface and process for their preparation
JPH05253958A (ja) * 1992-03-10 1993-10-05 Kubota Corp 大理石調製品の製造方法
JPH10309755A (ja) * 1997-05-12 1998-11-24 Hitachi Chem Co Ltd 繊維強化プラスチック成形品の製造方法
DE19917366A1 (de) * 1999-04-16 2000-10-19 Inst Neue Mat Gemein Gmbh Mit einer mikrostrukturierten Oberfläche versehene Substrate, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
FI106992B (fi) * 1999-05-28 2001-05-15 Ics Intelligent Control System Valo-opaste

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000014017A1 (de) * 1998-09-06 2000-03-16 Institut Für Neue Materialen Gem. Gmbh Verfahren zur herstellung von suspensionen und pulvern auf basis von indium-zinn-oxid und deren verwendung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO03004565A3 *

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