FI121061B - Menetelmä optisen kappaleen valmistamiseksi ja laitteisto - Google Patents

Description

Menetelmä optisen kappaleen valmistamiseksi ja laitteisto

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on menetelmä optisen kappaleen valmistami-5 seksi, jossa menetelmässä pinnoitetaan optinen työkappale ainakin yhdellä toiminnollisella pinnoitteella niin, että annostellaan pinnoittava aine mikrosuih-kutulostimella, ja pinnoitetusta työkappaleesta on irrotettavissa useita optisia kappaleita.

Edelleen keksinnön kohteena on laitteisto optisen kappaleen valio mistamiseksi, joka laitteisto käsittää mikrosuihkutulostimen, joka on järjestetty annostelemaan pinnoittavaa ainetta optiselle työkappaleelle optisen työkappa-leen pinnoittamiseksi ainakin yhdellä toiminnollisella pinnoitteella, ja välineet usean optisen kappaleen irrottamiseksi pinnoitetusta työkappaleesta.

Mikä tahansa ulkoinen valonlähde häiritsee näytöllä varustetun lait-15 teen käyttöä esim. ulkona aurinkoisella säällä tai valaistussa sisätilassa. Tämä koskee kaikkia näyttöjä niin kannettavissa laitteissa kuin paikoillaan pidettävissä laitteissa. Eräitä tyypillisimpiä kyseeseen tulevia laitteita ovat esimerkiksi GPS (Global Positioning System)-laitteet, tietokoneet, televisionäytöt, laptopit, matkapuhelimet ja muut telekommunikaatiolaitteet. Sama ongelma koskee 20 näytönsuojia esimerkiksi autojen instrumentointipaneeleissa ja ikkunoissa, veneiden ikkunoissa, lentokoneiden ikkunoissa, kelloissa, instrumenteissa, aurinkopaneeleissa jne.

Heijastamattomuusfunktion (AR, Anti Reflection) aikaansaamiseksi on monta tunnettua menetelmää, mitä voidaan soveltaa. Optiselta tuotteelta 25 toivotaan täydellistä AR-funktiota, missä valon heijastus on alle 1.5 %. Menetelmistä yleisin on monikerroslaajakaistapinnoitus, joka on yleisesti käytössä mm. silmälasiteollisuudessa.

Ongelma on se, että silmälasipinnoituksessa käytetty teknologia on erittäin kallista soveltaa, koska se sisältää olennaisen paljon käsityövaiheita. 30 Pinnoitusmenetelmä silmälasipuolella perustuu tyhjöteknologiaan, missä käsitellään kappaletavaraa, eli työprosessi kohdistuu erilliseen fyysiseen työkappa-leeseen, mikä taas edellyttää suuria määriä erillisiä tuotekohtaisia jigejä, tuote-pidikkeitä. Nimittäin jo matkapuhelimissa, missä tuotevalikoima on erittäin laaja ja täten niiden näytön suojalinssitkin ovat merkittävästi eri kokoisia ja muotoi-35 siä, eli ei ole olemassa standardimuotoa millekään näytönsuojalle.

2

Ongelma on siis se, että jo yksittäisessä tuotesegmentissä, kuten matkapuhelinsegmentissä, volyymi on erittäin suuri, tänä päivänä tuotetaan yli 1 miljardi matkapuhelinta vuodessa ja eri malleja on tuotannossa samanaikaisesti 100 - 200. Mallien elinikä tuotannossa on tyypillisesti vain 3-6 kk, joten 5 mallikohtainen määrä ei ole kovinkaan suuri. Tämä merkitsee sitä, että esimerkiksi matkapuhelinpuolella ei ole edes mahdollista valmistaa tuotetta varastoon siten, kuin ne tänä päivänä valmistetaan.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen ja 10 parannettu menetelmä ja laitteisto.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että optinen työkappale valmistetaan suulakepuristamalla.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, että laitteisto käsittää suulakepuristimen mainitun optisen työkappaleen valmistamiseksi.

15 Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteiston avulla voidaan val mistaa optisia tuotteita, kuten näytönsuojia eli suojalinssejä, jotka ovat tyypillisesti tasomaisia, joista esimerkkeinä matkapuhelimen, GPS-laitteen ja kannettavan tietokoneen näyttöjä suojaavat näytön suojaikkunat, yleensä näytön-suojat ja kalvot LED-, plasma-, TFT-, LCD-, OLED-näyttöihin. Optinen tuote voi 20 olla sijoitettu paitsi matkapuhelimeen, GPS-laitteeseen tai kannettavan tietokoneeseen niin myös televisioihin, automaatteihin, ajoneuvojen mittaristoihin jne. Yleisemmin ilmaistuna optinen tuote voi olla mikä tahansa tuote, jolla halutaan vaikuttaa valon kulkuun.

Tulevaisuuden näytönsuojilta edellytetään useita samanaikaisia 25 ominaisuuksia. Näytönsuoja voi olla esimerkiksi varsinaisesta näytettävän informaation luovasta näyttölaitteesta erillinen linssi tai suojaikkuna tai näyttölaitteeseen integroitu uloin muovikalvo, jonka näyttölaitteen toiminta voi perustua esimerkiksi TFT-, plasma-, LCD- tai OLED-periaatteeseen. Tyypillisimpiä näytönsuojilta edellytettäviä ominaisuuksia ovat AR-ominaisuus (Anti Reflection) 30 eli heijastuksenestotoiminto, kovapinnoite, kosketusnäyttöominaisuus ja IR-estotoiminto (Infra Red).

Esimerkiksi silmälaseja valmistetaan niin lasista kuin muovistakin. Eräitä silmälasien valmistuksessa käytettäviä sinänsä tunnettuja muovimateriaaleja ovat CR 39, polyamidi kuten PA12 ja polykarbonaatti. Muovista valmis-35 tettujen silmälasien valmistusprosessissa valetaan muovimateriaali kolmiulotteiseen muotoon työkappaleeksi, josta valmistetaan yksi silmälasin linssi. Työ- 3 kappale pinnoitetaan halutuilla pinnoitteilla. Pinnoitusprosessissa joudutaan siten käsittelemään työkappaleita, joista kustakin muodostetaan yksi optinen kappale, tässä tapauksessa yksi silmälasin linssi.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä työkappaletta ei valeta muot-5 tiin vaan muodostetaan suulakepuristamalla työkappale, joka pinnoitetaan halutuilla pinnoitteilla ja josta voidaan irrottaa useita optisia kappaleita. Työkappa-leen pinta-ala voi olla esimerkiksi 1 m2.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että pinnoituksessa käytetään mikrosuihkutusmenetelmää, niin lakan avulla suoritettuun 10 ensimmäiseen kovapinnoitukseen kuin kovan AR-pinnan Sol-Gel pintakompo-siittien luomiseen.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksinnön eräitä sovellutusmuotoja selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa 15 kuvio 1 esittää kaavamaisesti erästä keksinnön mukaisen optisen kappaleen osaa rakennekerrokset erillään ja sivustapäin, kuvio 2 esittää kaavamaisesti erästä toista keksinnön mukaista optista työkappaletta päältäpäin, kuvio 3 esittää kaavamaisesti erästä keksinnön mukaista menetel-20 mää ja laitteistoa, kuvio 4 esittää kaavamaisesti keksinnön erään kolmannen suoritusmuodon mukaista optisen kappaleen osaa rakennekerrokset erillään ja sivustapäin, kuvio 5 esittää kaavamaisesti keksinnön erään neljännen suoritus-25 muodon mukaisen optisen kappaleen osaa sivustapäin, kuvio 6 esittää kaavamaisesti erästä toista keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa, kuvio 7 esittää kaavamaisesti erästä viidettä keksinnön mukaista optista työkappaletta päältäpäin, 30 kuvio 8 esittää kaavamaisesti erästä kolmatta keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa, kuvio 9 esittää kaavamaisesti keksinnön erään kuudennen suoritusmuodon mukaista optisen kappaleen osaa rakennekerrokset erillään ja sivustapäin, 35 kuvio 10 esittää kaavamaisesti erästä tekniikan tason mukaista op tista kappaletta näytön päälle sovitettuna ja sivustapäin, 4 kuvio 11 esittää kaavamaisesti erästä toista tekniikan tason mukaista optista kappaletta näytön päälle sovitettuna ja sivustapäin, kuvio 12 esittää kaavamaisesti keksinnön erään seitsemännen suoritusmuodon mukaista optista kappaletta näytön päälle sovitettuna ja sivusta-5 päin, kuvio 13 esittää kaavamaisesti erästä sovellettavissa olevaa mik-rosuihkutulostinta pinnoittamassa substraattia, kuviossa 14 on esitetty kaavamaisesti kuvion 13 mikrosuihkutulos-timella valmistettua pinnoitustulosta päältäpäin, ja 10 kuvio 15 esittää kaavamaisesti erästä keksinnön mukaista mene telmää ja siinä käytettävää laitteistoa.

Kuvioissa keksinnön eräitä suoritusmuotoja on esitetty selvyyden vuoksi yksinkertaistettuna. Samankaltaiset osat on merkitty kuvioissa samoilla viitenumeroilla.

15 Keksinnön eräiden sovellutusmuotojen yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 on esitetty kaavamaisesti eräs keksinnön mukaisen optisen kappaleen osa rakennekerrokset erillään ja sivustapäin. Työkappaleen 1 molemmille puolille on sijoitettu Sol-Gel-menetelmällä AR-kovapinnat 5 ja 3, ja uloimman Sol-Gel-pinnan alle on sijoitettu kovalakkapinta 2.

20 Vaikka Sol-Gel-pinnoitusaineet ovat erittäin kovia, eivät ne tunnetus ti kestä kovia, suuria pintarasituksia itsenäisesti. Tunnetaan ratkaisu, jossa sekoitetaan Siloxaanilakkaa Sol-Gel-pinnoitusaineeseen ja eräänä kovetta-mismenetelmänä käytetään ultraviolettikovetusta. Tässä on ongelmana se, että epäorgaaninen Sol-Gel-pinnoitusaine ei reagoi UV-valoon eli pinnan ko-25 vuus on pitkälti orgaanisen lakan varassa. Mikäli noudatetaan tunnettua Fres-nelin kaavaa, niin tällaisen pinnoitteen paksuus on % referenssiaallon pituudesta, esimerkiksi 560 nm eli pinnan paksuus olisi maksimissaan 145 nm. Tällaisen pinnan paksuuden kantokyky on erittäin pieni riippumatta mistä aineesta tahansa olisi kysymys. Sol-Gel-pinnoituksella haetaan nimenomaan AR-30 funktiota ja tällöin kyseisen pinnoitteen valon taitekertoimen on oltava erittäin matala, edullisimmin alle 1,27. Riippumatta siitä siirretäänkö Sol-Gel-pinnoitus-aine lakkakerroksen tai jonkun tartuntakerroksen päälle, on kyseisen pinnan oltava homogeenisesti tasapaksu ja morfologinen pinnan tasaisuus virheetön. Tällainen pinnan laatu on mahdotonta saavuttaa niin kastolakkauksen kuin 35 spin coating -menetelmän avulla.

5

Muovisen työkappaleen pintajännityksen muokkaamiseksi voidaan käyttää erilaisia kemiallisia prosesseja, mutta näissä käytetyt aineet ovat karsi-nogeenisiä, jolloin niiden käyttö ei missään nimessä ole suositeltavaa. Nyt kyseessä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä pintajännitystä muoka-5 taan koronaplasma -käsittelyllä, joka antaa erinomaisen lopputuloksen ja on lisäksi täysin myrkytön.

Eräässä keksinnön mukaisen menetelmän sovellutusmuodossa sovitetaan orgaanilakka, joka voi käsittää epäorgaanisia nanopartikkeleita, sovitetaan epäorgaanisen So-Gel-pinnoitusaineen alle siten, että muodostuu täy-10 sin kiinteä sidos molempien pintojen välille. Ensimmäinen pinnoite, joka on tyypillisesti 5 - 15 V paksu lakkakerros sovitetaan optisen työkappaleen pinnalle mikrosuihkutuslaitteella, kuten esimerkiksi oskilloivalla tulostimella. Tästä lakkakerroksesta poistetaan kaikki liuotinaine siten, että kerros on ainakin kos-ketuskuiva. Tämän jälkeen lakkakerroksen päälle sovitetaan Sol-Gel-kerros, 15 jonka paksuus on tyypillisesti 50 - 200 mn. Tästä myös poistetaan liuottimet, jotka ovat edullisesti samanlaisia kuin alla olevassa orgaanisessa lakkakerroksessakin. Syntyy erittäin luja sidos pinnoitteiden välille.

Soi Gel-pinnoite voidaan kovettaa mikroaallolla ilman että sillä olisi vaikutusta alla olevan lakan ominaisuuksiin, joka taas voidaan kovettaa UV-20 valolla. Kun Sol-Gel-pinnoitusaineet kovetetaan mikroaalloilla syntyy erittäin luja kovalenttisidos Sol-Gel-pinnoitteeseen.

Koska uudessa menetelmässä kaikki pinnoitettavat aineet levitetään edullisimmin mikroruiskuttamalla on pinnan paksuus ja morfologinen pinnan tasaisuus optimaalinen. Tällöin voidaan myös soveltaa pinnoitusaineita, joissa 25 on katalysaattori mukana, eli jotka ovat ainakin kaksikomponenttisiä pinnoitus-aineita. Näillä on se etu, että ensinnäkin saadaan kaksi eri pintaa sidottua toisiinsa ilman ulkoista energiaa.

Valinnaisesti voidaan suorittaa painotyö ja/tai metallointi 6, 7 esimerkiksi printtaamalla. Myös voidaan sijoittaa huurtumaton pinnoite 4 edulli-30 simmin Sol-Gel-menetelmällä.

Työkappale 1 on valmistettu suulakepuristetusta viskoosimaisesta aineesta, kuten muovista, esimerkiksi PC-, PMMA-, PA- tai PS-muovilaaduista. Työkappaleeseen 1 voidaan sovittaa funktionaalisia toimintoja, kuten esimerkiksi heijastuksenestotoiminto, kovapinnoite, kosketusnäyttöominaisuus ja/tai 35 IR-estotoiminto.

6

Kuviossa 2 on esitetty kaavamaisesti eräs toinen keksinnön mukainen optinen työkappale päältäpäin. Työkappale on valmistettu suulakepuris-tamalla ja se voi olla esimerkiksi levy 8, jonka mitat pinnoitusvaiheessa voivat olla esimerkiksi 1 m x 1 m ja johon on muodostettu tuotealueita 9 esimerkiksi 5 kuvassa 3 esitetyssä laitteistossa ja menetelmässä. Esimerkiksi yhdellä 1 m x 1 m kokoisella alueella voi olla vaikkapa 300 kpl 50 mm x 60 mm kokoisia tuotealueita 9, joista valmistetaan suojalinssejä 12 leikkaamalla ne irti itse levystä 8. Suojalinssi 12 voi käsittää optisesti läpinäkyvän alueen 11 lisäksi esimerkiksi dekoraatioalueen 10.

10 Levyyn 8 voidaan kohdistaa esimerkiksi seuraavassa lueteltuja pro sesseja.

1. Tartuntapinnoitus, joka parantaa adheesiota levyn 8 ja seuraavan pinnoitteen välillä.

2. Kovapinnoitus, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi lakalla, kuten 15 siloksaanilakalla. Tämä voi käsittää yhden tai useampia seuraavista aineista: a) adheesiota parantava kova silaanimonomeeri, esimerkiksi kauppanimellä GYMO tunnettu materiaali, b) kovapintafunktiota parantava silaanimonomeeri, esimerkiksi kauppanimellä TEOS tunnettu materiaali Si(OC2H5)4, 20 c) sol-gel nanopartikkeli, esimerkiksi AI2O3, T1O2, Zr02, d) liuotin, esimerkiksi metoksipropanoli, e) viskositeettiä säätävä komponentti, esimerkiksi kauppanimellä BYK 340 tunnettu.

3. Heijastuksenestopinnoitus. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi sol-25 gel-liuoksesta, joka käsittää nanopartikkeleita ja jonka pinnoituksen taitekerroin on alle noin 1,30, tai Huoratulla polymeerillä, jonka taitekerroin on samoin alle noin 1,30.

4. Dekoratiivinen pinnoitus eli painotyö. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi nelivärisenä mustesuihkutulostimella.

30 5. Kosketusnäyttöpinnoitus, joka voidaan tehdä esimerkiksi sähköä johtavalla lakalla tai painovärillä, esimerkiksi kohdassa 2 mainitulla kovapinnoi-tuslakalla, johon on lisätty ITO:a (Indium Tin Oxide).

Edellä luetellut prosessit tehdään tyypillisesti luetellussa järjestyksessä, mutta tämä ei suinkaan ole välttämätöntä. Esimerkiksi dekoratiivinen 35 painotyö voidaan tehdä missä tahansa vaiheessa, ja jopa toiselle puolelle levyä 8.

7

Menetelmälle on tyypillistä, että pinnoitusprosessit perustuvat digitaalisesti ohjattuihin ruiskutusmenetelmiin, joita käsitellään myöhemmin tässä selityksessä. Edelleen pinnoitusprosessit ovat yleensä ns. märkäprosesseja (wet processes). Vielä menetelmälle on tyypillistä se, että siinä valmistetaan 5 useita eri pinnoitteita työkappaleen pinnalle ja että kaikki pinnoitteet kovetetaan lopulliseen muotoonsa yhdessä ja samassa loppu kovetu ksessa. Esimerkiksi voidaan tehdä seuraavasti: tehdään ensin tartuntapinnoitus, joka kovetetaan koetusasteeseen, joka on noin 50% sen lopullisesta kovuudesta. Tämän päälle valmistetaan esimerkiksi 5-10 pm paksu kovapinnoitus, joka kovetetaan 10 30%:sti. Kovapinnoituksen päälle valmistetaan kosketusnäyttöpinnoitus, joka kovetetaan 20%:sti ja tämän päälle valmistetaan vielä AR- ja huurtumaton pinnoitus, joka voi olla fluorattua polymeeriä ja esimerkiksi 125 nm paksu ja josta haihdutetaan liuotin pois. Kaiken tämän jälkeen tehdään lopullinen kovetus, edullisesti mikroaalloilla, esimerkiksi taajuudeltaan 3 GHz ja säteilytysaika 5 15 min. Tämä on eräs menetelmän esimerkki, jolla saadaan aikaan erittäin luja kiinnitys eri pinnoitteiden välille. Vierekkäiset pinnoitteet sitoutuvat toisiinsa edullisesti kovalenttisin sidoksin.

Pinnoitteiden kovuuden ja adheesion välillä on yhteys, mistä johtuen kovetuksessa käytettävät energiat ja kovetusaika on oltava tarkoin säädettä-20 vissä. Kuten jo edellä on todettu, perustuu eräs edullinen kovetusmenetelmä mikroaaltoihin. Mikroaaltokovetuksen arvot voivat olla esimerkiksi taajuus 3 GHz, 1000 W teho/100 cm2 ja säteilytysaika 5 min.

Kuviossa 3 on esitetty kaavamaisesti eräs keksinnön mukainen menetelmä ja laitteisto. Tässä integroidussa tuotantojärjestelmässä kaikki pinnoi-25 tustyöprosessit suoritetaan vain ja ainoastaan yhdelle puolelle työkappaletta 1. Kuviossa 3 esitetyssä suoritusmuodossa pinnoitustyöprosesseihin kuuluu plasmaetsaus 14, pietsopinnoitus lakalla 15, dekoratiivinen pinnoitus 21 ja kovapinnoitus 22 , kuten myös työkappaleeseen sijoitetun lakan kovettaminen 16 infrapuna- (IR), ultravioletti- (UV) tai mikroaaltosäteilyllä (MW) tai termisesti.

30 Ensimmäinen työprosessi on työkappaleen 1 plasmaetsaus 14, esim. koronaplasmaetsaus sille puolelle mille pinnoitusprosessit kohdistuvat.

Seuraava työvaihe on kovapinnoitus, joka on suoritettu mikroruiskut-tamalla, esimerkiksi pietso-ohjatulla ruiskutuslaitteistolla 22, joka voi käsittää esimerkiksi yleisesti tunnetun mustesuihkuprintterin, (Ink jet printer), pietsotoi-35 misen painesuihkutuslaitteen (passiivinen), pietsotoimisen rivisuihkutuslaitteen (aktiivinen), tai oskilloivan mikrosuihkutulostimen. Mikrosuihkuprinttaus perus- 8 tuu tyypillisesti pietsoelementtiin ja on tulostukseen käytetty järjestelmä, jossa jokaista yksittäistä suutinta voidaan ohjata itsenäisesti ja jokaisen pisaran kokoa ja niiden määrää voidaan ohjelmallisesti säätää. Mahdollistaa pinnoitusso-velluksessa tarkan selektiivisen pinnoituksen ja tarkan pinnan paksuuden vaih-5 telun säädön. Pietsotoimisessa paineruiskutuksessa (passiivinen) paineistettu lakka annostellaan pisaroiksi nopeassa tahdissa toimivalla pietsoventtiilillä. Varsinaisessa suutinmoduulissa kaikkiin suuttimiin tulee pumpulta venttiilin kautta aina sama paine samanaikaisesti. Järjestelmä soveltuu tasaisille pinnoille, joissa tuotettava pinnanpaksuus on koko alueella vakio. Pietsoventtiilillä 10 ohjattava paine on hyvin korkea, tyypillisesti yli 10 MPa (100 bar), jopa 200 MPa (2000 bar). Pietsotoimisessa riviruiskutuksessa (aktiivinen) esipaineistettu lakka annostellaan pisaroiksi nopeassa tahdissa suutinmoduulissa järeän piet-soelementin avulla useasta suuttimesta samanaikaisesti, tyypillisesti yli viidestä suutinreiästä yhtä pietsoelementtiä kohti. Järjestelmä soveltuu tasaisille pin-15 noille, joissa tuotettava pinnanpaksuus on koko alueella vakio. Varsinainen suihkutuspaine tuotetaan suihkutuspäässä pietsoelementillä, joten esipaineis-tus ei tarvitse olla korkea, tyypillisesti alle 10 MPa (100 bar). Oskilloivaa mik-rosuihkutulostinta on käsitelty tarkemmin kuvioiden 13 ja 14 yhteydessä.

Samassa yhteydessä suoritetaan digitaalinen painotyö, edullisimmin 20 pietso-ohjatulla ruiskutuslaitteistolla 21.

Ilma- tai IR-kuivatuksen jälkeen suoritetaan lakan kovettaminen 16, IR-, UV-, MW-säteilyllä tai termisesti.

Nyt on muodostettu ensimmäinen kovapinnoitus sille puolelle, mihin kaikki muukin pinnoitus kohdistuu, eli tulevan tuotteen ulkopintaan, eli siihen, 25 mihin voi kohdistua jokin fyysinen voima. Lakkapinta on paksuudeltaan tyypillisesti 4 - 8 pm ja nanofilleroitu. Tämän jälkeen muovilevy tai kalvo jatkaa suoraan AR-kovapinnoitusyksikköön 17, missä Sol-Gel menetelmällä muodostetaan kovat AR-funktiopinnoitteet ruiskuttamalla/suihkuttamalla, esimerkiksi ruiskutuslaitteistolla 23. Ruiskutuslaitteistot 21, 22, 23, 24 voivat perustua esi-30 merkiksi seuraaville menetelmille: 1. Yleisesti tunnettu mustesuihkutulostus, (Inkjet printer) 2. Pietsotoiminen painesuihkutus 3. Pietsotoiminen rivisuihkutus 4. Oskilloiva mikrosuihkuprinttaus 35 1. Mustesuihkutulostus 9

Tyypillisesti pietsoelementtiin perustuva, tulostukseen käytetty järjestelmä, jossa jokaista yksittäistä suutinta voidaan ohjata itsenäisesti ja jokaisen pisaran kokoa ja niiden määrää voidaan ohjelmallisesti säätää. Mahdollistaa pinnoitussovelluksessa tarkan selektiivisen pinnoituksen ja tarkan pinnan 5 paksuuden vaihtelun säädön.

2. Pietsotoiminen painesuihkutus, passiivinen. Paineistettu lakka annostellaan pisaroiksi nopeassa tahdissa toimivalla pietsoventtiilillä. Varsinaisessa suutinmoduulissa kaikkiin suuttimiin tulee pumpulta venttiilin kautta aina sama paine samanaikaisesti. Järjestelmä soveltuu tasaisille pinnoille, joissa 10 tuotettava pinnanpaksuus on koko alueella vakio. Pietsoventtiilillä ohjattava paine on hyvin korkea, tyypillisesti yli 10 MPa (100 bar), jopa 200 MPa (2000 bar).

3. Pietsotoiminen rivisuihkutus, aktiivinen. Esipaineistettu lakka annostellaan pisaroiksi nopeassa tahdissa suutinmoduulissa järeän pietsoele- 15 mentin avulla useasta suuttimesta samanaikaisesti, tyypillisesti yli viidestä suu-tinreiästä yhtä pietsoelementtiä kohti. Järjestelmä soveltuu tasaisille pinnoille, joissa tuotettava pinnanpaksuus on koko alueella vakio. Varsinainen suihku-tuspaine tuotetaan suihkutuspäässä pietsoelementillä, joten esipaineistus ei tarvitse olla korkea, tyypillisesti alle 10 MPa (100 bar).

20 4. Oskilloiva mikrosuihkuprinttaus. Tätä on käsitelty tarkemmin kuvi oiden 13 ja 14 yhteydessä.

Kaikissa ruiskutusvaihtoehdoissa voi olla ruiskutuspäähän integroitu lakan lämmitys korkeaviskositeettisten lakkojen käyttämistä varten.

Kuviossa 13 on esitetty kaavamaisesti eräs sovellettavissa oleva 25 mikrosuihkutulostin pinnoittamassa substraattia. Suutinyksikkö 71 oskilloi X-suuntaisesti eli poikittaisessa suunnassa pinnoitetavan substraatin etenemis-suunnan eli Y-suunnan suhteen. Oskilloinnin laajuus on edullisesti ainakin ± 0,01 - 2,0 mm, eli ainakin kahden suuttimen välisen matkan. Tällöin lakka-pisarat 74 eivät asetu pelkästään X-suuntaisesti horisontaalisesti päällekkäin 30 (osittain tai kokonaan), vaan myös Y-suuntaisesti, eli vertikaalisesti päällekkäin. Tämä on esitetty tarkemmin kuviossa 14.

Kuviossa 14 on esitetty kaavamaisesti kuvion 13 mikrosuihkutulos-timella valmistettua pinnoitustulosta päältäpäin. Oskillointi X-suunnassa yhdistettynä Y-liikkeeseen, joka on tuotteen liikerata, esim. 2 m/min, vaikuttaa tuo-35 tettuun pinnoitteen morfologiseen pinnan tasaisuuteen aivan yhtälailla, kuin pinnan tasaisuuteen yleisestikin.

10

Ensimmäisen pisaran 74a (Sol-Gel, lakka tai mikä tahansa aine) jälkeen oskilloinnista x-suunnassa ja liikkeestä Y-suunnassa johtuen seuraava pisara 74b asettuu hiukan sivummalle ja peittää osittain edellisen pisaran 74a. Kun taas seuraava pisara 74c sijoitetaan tähän joukkoon, niin se peittää sekä 5 pisaran 74b, että pisaran 74a osittain jne.

Eräässä keksinnön suoritusmuodossa suutinyksikön 71 oskillointi voidaan lopettaa halutuksi ajaksi, minkä jälkeen oskillointia voidaan taas jatkaa. Tarvittaessa koko substraatti voidaan pinnoittaa oskilloimattomalla suuryksiköllä 71. Oskillointia, sen laajuutta ja/tai taajuutta voidaan edullisesti 10 säätää ja ohjata digitaalisin ohjausvälinein, jotka ovat sinänsä tunnettuja. Tällöin voidaan valmistaa samalla sekä erittäin tasaista ja optisesti laadukasta pintaa että rajata tarkasti pinnoitettava alue.

Oskilloivan mikrosuihkutustulostimen avulla voidaan valmistaa pinnoitteita, joista esimerkkeinä kova-, IR-esto-, UV-estopinnoitteet, AR-15 pinnoitteet, Huurtumattomat pinnoitteet ja muut funktionaaliset pinnoitteet, joissa pinnoitteelta vaadittu paksuusvaihtelu on pieni ja morfologinen pinnantasai-suus on oltava hyvä.

Sol-Gel-pinnoitteilla levitettynä oskilloivalla mikrosuihkutulostimella voidaan tuottaa erittäin tehokkaita AR-pintoja, koska voidaan saavuttaa pinnan 20 paksuudessa paksuustoleranssia ±1,25 %. Tämä on mahdotonta saavuttaa tunnetuilla mustesuihkutulostinratkaisuilla.

Samoin oskilloivalla mikrosuihkutustulostimella voidaan levittää ongelmitta paksumpia pinnoitteita, esim. 3 - 30 pm lakkapinnoitteita, vaikka ne sisältäisivät nanofillereitä, kuten optiset lakkatuotteet aina sisältävät. Tämäkin 25 on mahdotonta saavuttaa tunnetuilla mustesuihkutulostinratkaisuilla, koska nanofillerit, kuten T1O2, Zr02, AI2O3, TaOs, S1O2, yleensä oksidit tai keraamiset nanofillerit pakkautuvat juuri siihen paikkaan, mihin tulostimen suuttimet ne sijoittavat. Tässäkään ei auta ohenteen määrän lisääminen, koska silloin pin-noitusaineen viskositeetti menee niin alas, että syntyy valumia, jotka eivät ole 30 kontrolloitavissa. Pinnoitusalueen valuma taas merkitsee sitä, että pinnanpak-suus ei ole vakio, jolloin sillä ei ole käyttöä ainakaan optisia tai funktionaalisia pinnoitteita tehtäessä.

Optimaalinen pinnoiteaineen viskositeetti on 9-20 cPs kun pinnoi-tusaineen lämpötila on + 20°C - + 30°C. Itse pinnoitusaineen viskositeetti voi 35 olla korkeampi, esimerkiksi 30 cPs +20°C lämpötilassa, mutta suihkutulostin-pää voidaan varustaa lämmityselementillä, jolla viskositeetti saadaan laskettua 11 optimaaliselle 9-15 cPs tasolle aineen saavuttaessa suihkutussuuttimen. Tällöin pinnoitusaineen liuotinpitoisuus voi olla huomattavasti alhaisempi ja silti aikaansaadaan suuttimen vaatima viskositeettitaso. Tulostinpäätä voidaan pitää esimerkiksi 75 °C:een lämpötilassa.

5 Työkappale jatkaa suoraan toiseen Sol-Gel pinnoitusprosessiin 18 mikäli on kysymyksessä monikerroskomposiittirakenne, mitä seuraa Sol-Gel pinnan kovetus samalla tavalla, kuin 16 lakalla infrapuna- (IR), ultravioletti-(UV) tai mikroaaltosäteilyllä (MW) tai termisesti.

Yleensä muodostetaan monta eri Sol-Gel pintaa, esim. kolme ker-10 rosta komposiittipintaa. Täten on edullista, jos on monta pinnoitusyksikköä peräjälkeen, kuten 18, missä suoritetaan viimeinen Sol-Gel pinnoitus esimerkiksi pietso-ohjatulla ruiskutuslaitteistolla 24.

Sol-Gel-pinnoitusvaiheen jälkeen suoritetaan Sol-Gel pintojen kovetus, joka on sama, kuin 16 lakan kovetuksessa, IR, UV, MW tai terminen.

15 Eräässä keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa eri lakkakerrok set tai lakkakerros ja Sol-Gel-kerros on sijoitettu toistensa päälle ns. märkävai-heessa, eli ennen kerrosten UV-, MW-, termistä tai muuta kovetusta. Tällöin eri kerrokset on liitetty toisiinsa saumattomasti ilman, että olisi tarvinnut sijoittaa tartuntakerros esitettyjen kerrosten väliin. Tämän vuoksi Sol-Gel pinnoituspro-20 sessit ovat edullisesti integroituja yhteen ja samaan työprosessiin.

On edullista että integroitu tuotantojärjestelmä, missä sekä lakka-että Sol-Gel-pinnoite tai toinen lakkapinnoite sijoitetaan tuotteen päälle, on ainakin osittain suljettu ympäristöstä. Tällöin työprosessit voidaan suorittaa inert-tisessä kaasuatmosfäärissä, josta esimerkkeinä, argon, typpi, ksenon, helium, 25 kuiva ilma jne..

Tila, jossa pinnoitus ja/tai kovetusprosessit tehdään, voidaan eristää ympäristöstä sovittamalla työkappale kulkemaan suljettuun kanavaan, joka on ensimmäisestä päästä suljettu ensimmäisellä nestesäilöllä, joka on täytetty esimerkiksi vedellä, ja toisesta päästä suljettu toisella nestesäilöllä, joka on 30 täytetty esimerkiksi vedellä. Ensimmäiseen nestesäiliöön voidaan sovittaa esimerkiksi ultraäänilaitteet tuotekappaleen pesemiseksi ultraäänipesussa. Nestesäiliöiden kohdalla työkappale ohjataan ensin nestepinnan alle ja sitten takaisin nestepinnan yläpuolelle. Suljettuun kanavaan on edullisesti sovitettu mikroaaltokovetuslaitteet, toimintataajuudeltaan esimerkiksi 1 MHz-500GHz. 35 Etuna on, että mikroaallot eivät karkaa ulos suljetusta kanavasta ympäristöön.

12

Työkappaleessa voi olla esimerkiksi 300 kpl tuoteaihioita 9. Pinnoitusten jälkeen suoritetaan aukileikkaus 19 laserilla, vesileikkurilla, jyrsimällä tai näiden yhdistelmällä tai muulla vastaavalla irrotuslaitteella.

Huomautettakoon, että pinnoitustyöprosessit voivat käsittää ainakin 5 seuraavia prosesseja: koronaplasmakäsittelyn, kovapinnoituksen lakalla käyttäen pietso-ohjattua ruiskutuslaitteistoa, Sol-Gel pinnoituksen käyttäen pietso-ohjattua ruiskutuslaitteistoa, kosketusherkän funktion tuottavan pinnan sijoittamisen, digitaalisesti ohjatun painotyön huurtumattoman pinnan luomisen. Pinnoitusprosessit muodostavat edullisesti yhtenäisen katkeamattoman työ-10 prosessin.

Kuviossa 4 on esitetty kaavamaisesti keksinnön erään kolmannen suoritusmuodon mukaisen optisen kappaleen osa rakennekerrokset erillään ja sivustapäin.

Työkappale 1 on valmistettu seostamattomasta muovista tai muo-15 vista, johon on seostettu lisäaineita, kuten esimerkiksi epäorgaanisia täyteaineita. Täyteaine voi olla esimerkiksi CNT (Carbon Nano Tube) eli hiilinanoput-kia, fulleriineja esim. Οβο, oksidipohjaisia nanopartikkeleita, esimerkiksi S1O2, Zr02, TaC>2, AI2O3.

Työkappaleen 1 kummallekin pinnalle on ensimmäiseksi sovitettu 20 primer-pinnoite 30. Primer-pinnoite eli tartuntapinnoite 30 parantaa seuraavan pinnoitekerroksen eli kovapinnoitteen 26 kiinnittymistä työkappaleen 1 pinnalle. Primer-kerroksen materiaaleja käsitellään myöhemmin tässä selityksessä. Primer-kerros 30 voi sisältää materiaaleja, joiden johdosta se toimii myös toiminnallisena kerroksena, kuten esimerkiksi UV- tai IR-estokerroksena tai foto-25 kromaattisena kerroksena. Primer-kerros 30 voi sisältää nanopartikkeleita, jotka nostavat kerroksen kovuutta. Primer-pinnoite 30 voi muodostaa alustan Sol-Gel-pinnoitteelle, joka toimii AR-pinnoitteena. Primer-pinnoitteen 30 paksuus on tyypillisesti esimerkiksi 500-2000 nm.

Kovapinnoite 26 on tyypillisesti paksuudeltaan 5-25 pm. Primer-30 pinnoite 30 voi toimia työkappaleen 1 ja kovapinnoitteen 26 välisen lämpölaa-jenemiskertoimien erilaisuudesta johtuvan liikkeen sallivana joustavana kerroksena, jolloin vältetään kovapinnoitteen 26 kuoriutuminen irti työkappaleesta 1.

Sol-Gel-pinnoite 27 on sovitettu kovapinnoitteen 26 päälle. Sol-Gel-35 pinnoite 27 on tyypillisesti epäorgaaninen, mutta se voi olla sijoitettu orgaani- 13 seen sideaineeseen, kuten esimerkiksi uretaani- tai siloksaanilakkaan. Sol-Gel-pinnoiteen 27 päälle voidaan pinnoittaa jälleen kovapinnoite 30.

Pinnoite, jota on merkitty viitenumerolla 28, voi olla esimerkiksi huurtumaton pinnoite tai kosketusherkkä kosketusnäytön luova pinnoite. Huur-5 tumaton pinnoite voidaan valmistaa esimerkiksi fluoratusta polymeeristä, joka edullisesti voi lisäksi toimia AR-funktiopinnoitteena, mikäli sen taitekerroin on riittävän alhainen. Kosketusnäytön luova pinnoite voidaan muodostaa esimerkiksi lakasta, johon on seostettu sähköä johtavaa materiaalia kuten indiumtina-oksidia. Pinnoitteen 28 paksuus voi olla esimerkiksi 50-500 nm, edullisimmin 10 noin 125 nm.

Edellä mainitut pinnoitteet 26-28 ja 30 ovat edullisimmin kovetettavissa mikroaalloilla, vieläpä niin, että edellinen pinnoite on kovetettu korkeintaan osittain ennen seuraavan pinnoitteen sovittamista sen päälle, jolloin kaikkien pinnoitteiden lopullinen kovettaminen tehdään samanaikaisesti.

15 Työkappaleen alapinnalle on kiinnitetty AR-funktiokalvo 29 esimer kiksi laminoimalla.

Kuviossa 5 on esitetty kaavamaisesti keksinnön erään neljännen suoritusmuodon mukaisen optisen kappaleen osa sivustapäin.

Työkappaleeseen 31 on pinnoitettu kovalakkakerroksella 32 ja Sol-20 Gel AR-kovapintakerroksilla 33, 34. Mainittuja kerroksia on muokattu sopivaksi laserleikkausta 36 varten. Pinnoitteisiin 32, 33, 34 ja mahdollisesti osittain myös itse työkappaleeseen 31 on jyrsitty esim. timanttipäisellä jyrsinterällä ura 35. Tämä toimenpide on ainakin tietyillä materiaaleilla välttämätön, mikäli käytetään laserleikkausta lopulliseen irrotukseen. Lasersädettä on muuten vaikea 25 kalibroida siten, että leikkausjälki olisi optimaalinen säteen lävistäessä esimerkiksi kolme eri materiaalia, itse työkappaleen muovimateriaali 33, kovalakka-pinta 32 ja Sol-Gel AR-kovapinnan 33, 34. Jyrsintätoimenpidettä ei suoriteta muovin 31 läpi tai voidaan jyrsiä osittain läpi, mutta kappale jätetään ainakin osittain aihioon kiinni.

30 Kuviossa 6 on esitetty kaavamaisesti eräs toinen keksinnön mukai nen menetelmä ja laitteisto. Tässä sovelletaan ruiskuvalutyöprosessia, missä AR-funktiolla varustettu kalvo 37 on ohjattu menemään ruiskuvalumuottipesien 38 kautta. Ruiskuvaluprosessissa AR-funktiokalvo 37 kiinnittyy osaksi lopputuotetta 39, joka on tässä tapauksessa optinen näytönsuoja, ja voidaan vaikka 35 keriä rullalle 40. Tässä sovelluksessa on edullista suorittaa painotyö AR-funktiokalvoon 37, dekoratiivinen painotyö tai metallointi, logo, kehys jne..

14

Eräiden keksinnön mukaisten ruiskuvalu- kuin suulakepuristussovel-lutusten yhteisenä piirteenä on se, että molempien sisäpuoli, toinen pinta on varustettu AR-funktion omaavalla muovikalvolla, jonka paksuus on 20 - 200 pm. Molemmissa tapauksissa on kysymys siitä, että AR-kalvo on osana lopul-5 lista tuotetta ja se, että kalvoon on sijoitettu enemmän, kuin yksi työkappale tai lopputuote. Täten tilanne on aivan sama, kuin kuvan 2 suulakepuristetun muovilevynkin 8 osalta, missä on enemmän, kuin yksi, esim. 300 kpl tuotealuetta 9. Pinnoitusprosessissa ei kummassakaan tapauksessa käsitellä erillistä tuotetta, joka olisi fyysisiltä ominaisuuksiltaan valmis.

10 Kuviossa 7 on esitetty kaavamaisesti eräs viides keksinnön mukai nen optinen työkappale päältäpäin. Lopputuotteet eli näytönsuojat 42 on sijoitettu AR-funktiokalvoon 41 esimerkiksi 2 kpl vierekkäin ja siten, että sijainti edellisiin näytönsuojiin on aina vakio. Kun etäisyys edellisiin työkappaleisiin on vakio, helpottaa se pinnoitusprosessien suorittamisen oleellisesti, esimerkkinä 15 automaattinen aukileikkaus.

AR-funktiokalvo 41 voi myös olla reijitetty 43, perforoitu siten, että siitä tulee kuljettimen osa. On huomioitava, että työkappaleet 42 näytönsuojat ovat edelleen kiinteä osa AR-funktiokalvoa 41. Aukileikkuu suoritetaan vasta aivan viimeisenä työprosessina kaikkien pinnoitusprosessien jälkeen.

20 Kuviossa 7 on käytetty aivan samantyyppistä AR-funktiokalvoa kuin kuvassa 2, joka edustaa suulakepuristussovellusta. Ainoa ero on siinä, että kuvassa 7 on muodostettu tuotealueet 42 ruiskuvalamalla siten, että ko. AR-funktiokalvo muodostuu osaksi tuotealuetta 42. Tässäkin tapauksessa on enemmän, kuin yksi lopputuote, kuten suojalinssi 42 sijoitettu AR-funktiokalvon 25 41 päälle.

Ruisku valettujen työkappaleiden osalta (kuvio 7), työkappaleet 42 irrotetaan samoin esim. laserilla tai jyrsimällä.

Kuviossa 8 on esitetty kaavamaisesti eräs kolmas keksinnön mukainen menetelmä ja laitteisto. Tässä AR-funktiokalvo 46, joka tyypillisesti on 30 rullamuodossa, on sijoitettu suulakepuristuskoneen 45 yhteyteen. Suulakepu-ristustyöprosessissa AR-funktiokalvo muodostuu kiinteäksi osaksi muovile-vyä/kalvoa 1 sen toiselle puolelle 49, kun taas ulkopuoli 48 on puhdasta suula-kepuristettua muovia.

AR-funktiokalvo 46 syötetään suulakepuristuskoneeseen 45 sitä 35 mukaa, kun uutta levymateriaalia 50 syntyy, tyypillisesti esimerkiksi noin 5 m/min. AR-funktiokalvo 46 on muovikalvo, jonka paksuus on tyypillisesti 10 - 15 200 μηη ja se liitetään työkappaleeseen tai aihioon joko suulakepuristusvai-heessa (kuvio 8) tai ruiskuvaluvaiheessa (kuvio 6) 37 osaksi työkappaletta 39. AR-funktio on saatu aikaan mikrostruktuurilla, esimerkiksi valssaamalla valmistettu ’’moth eye” kuviointi, sputteroimalla eri oksideja monikerrosrakenteeksi tai 5 Sol-Gel menetelmää ja siinä Fresnelin yhtälöä hyödyntäen. AR-funktiokalvo 46 on edullisimmin muodostettu roll-to-roll -kalvotyhjöhöyrystysmenetelmällä.

Suulakepuristusprosessin jälkeiset työprosessit, jotka liittyvät pinnoituksiin voidaan suorittaa välittömästi suulakepuristuksen ja laminoinnin jälkeen tai muovilevy voidaan kääriä rullalle, pätkiä sopivan pituisiksi kevyiksi tai ar-10 keiksi ja suorittaa pinnoitusprosessit myöhemmin.

Kuviossa 9 on esitetty kaavamaisesti keksinnön erään kuudennen suoritusmuodon mukaisen optisen kappaleen osa rakennekerrokset erillään ja sivustapäin. Ruiskuvalu- tai suulakepuristusvaiheen jälkeen kaikki pinnoitukset on suoritettu yhdelle puolelle tuotetta, tyypillisesti työkappaleen 52 ulkopuolelle 15 59.

Ulkopuolelle 59 on muodostettu kovapinnoite kovalakalla 53, joka edullisimmin on nanofilleroitu lakka, jolloin saavutetaan suurempi kovuus ja mekaaninen kesto. Lisäksi oikealla tavalla nanofilleroitu lakka on lämpölaa-jenemisfunktioltaan sama, kuin itse alusta. Kovapinnoitteen päälle on sijoitettu 20 yksi- tai monikerros- Sol-Gel AR+kovapinnoite 54 ja edelleen tämän päälle huurtumaton pinnoite 56 niin ikään Sol-Gel-menetelmällä.

Työkappaleen 52 sisäpuoliseen 60 pintaan voidaan sijoittaa, liima, teippi 57 tai painatus.

Kuvio 9 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti valmis-25 tetun optisen näytönsuojan eri pintakomposiittien yhdistelmät, jotka on sijoitettu optisen työkappaleen 52 molemmin puolin. Työkappaleen sisäpuolelle 60 eli sille pinnalle, joka tulee olemaan lähinnä näyttöä, on sovitettu AR-funktiokalvo 56. AR-funktiokalvo 56 voi olla strukturoitu, kalanteroitu, AR-pinta voi olla tuotettu jollakin tyhjöhöyrystysteknologiällä esim. sputteroimalla tai Sol-Gel mene-30 telmällä 61.

AR-funktiokalvoon 56 voidaan kiinnittää teippikalvo 57 ja/tai paino-työ 58, mutta sen optisiin ominaisuuksiin ei pyritä vaikuttamaan, koska AR-funktiokalvon AR-indeksi on jo maksimaalisen hyvä, eli valonläpäisykyky on yli 99,5 %.

35 Toinen pinnoite on 54 Sol-Gel yksi tai monikerrosrakenteinen kova AR-pinnoite, jonka kokonaispaksuus on 30-400 nm.

16

Kolmantena pinnoitteena 55 on Sol-Gel huurtumaton likaa hylkivä pinta, joka voi myös olla osa edellistä Sol-Gel-pintaa 54.

Tyypilliset paksuudet pinnoitteille ovat 5 53 Kovalakka 3 - 8 pm 54 Sol-Gel AR 30 - 500 nm 55 Sol-Gel/Antifog 10-70 nm.

Kuvion 9 mukaisella rakenteella saadaan heijastukset lähes täysin 10 eliminoitua. Normaalisti valon läpäisykyky on noin 90 % kun taas vastaavasti uudessa kuvion 9 sovelluksessa se on tyypillisesti 99,75 %.

Kaikki pinnoitukset, esimerkiksi kuviossa 3 esitetyt, on suoritettu edullisimmin vain ja ainoastaan yhdelle puolelle, ulkopuolelle 59, eli sille puolelle, joka lopputuotteessa muodostaa kosketuspinnan, eli fyysisen ulkopinnan. 15 Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa erittäin edul lisesti suurella volyymillä näytön suojalinssejä, missä AR-indeksi eli heijasta-mattomuus on samaa luokkaa, kuin parhaissa silmälaseissa, eli valon läpäisykyky on tyypillisesti yli 99%.

Jotta tähän päästäisiin, on AR-funktion tyypillisesti oltava työkappa-20 leen 52 molemmilla puolilla, eli sisä-ja ulkopinnalla. Keksinnön eräässä edullisessa sovellutusmuodossa tämä on ratkaistu siten, että tuotteen 52 sisäpuolella 60 AR-funktio on saatu aikaan AR-funktion omaavalla muovikalvolla 56, joka on liitetty osaksi työkappaletta 52 suulakepuristus- tai ruiskuvaluvaiheessa. Tällöin kaikki kuvassa 3 esitetyt työprosessit on sijoitettu ainoastaan yhdelle 25 puolelle työkappaletta 52, eli sen ulkopuolelle 59.

Kuviossa 10 on esitetty kaavamaisesti eräs tekniikan tason mukainen optinen kappale näytön päälle sovitettuna ja sivustapäin, kuviossa 11 on esitetty kaavamaisesti eräs toinen tekniikan tason mukainen optinen kappale näytön päälle sovitettuna ja sivustapäin, ja kuviossa 12 on esitetty kaavamai-30 sesti keksinnön erään seitsemännen suoritusmuodon mukainen optinen kappale näytön päälle sovitettuna ja sivustapäin. Kuviot 10, 11 ja 12 esittävät miten valon heijastukset syntyvät ja miten ne on eliminoitu.

Kuvio 10 esittää nykyistä tilannetta, missä valo 63 heijastuu tyypillisesti ainakin 4 % näytönsuojan 62 ensimmäisestä pinnasta, toisesta pinnasta 35 yhtä lailla 4 %, aivan kuten itse näytön pinnasta 66 ainakin 4 % valosta heijastuu takaisin.

17

Kuvio 11 esittää miten tilanne parantuu kun sijoitetaan AR-pinta 67 näytön suojan sisempään, alapuoliseen pintaan 65. Heijastus putoaa alle 4%:n, tyypillisesti alle 0,2%:iin.

Kuvio 12 esittää uuden menetelmän mukaisesti valmistettavaa näy-5 tönsuojaa 62, missä alapuolella on AR-funktiokalvo 67, heijastus noin 0,2% ja missä on sijoitettu AR funktiopinnat 69 uloimmalle puolelle 62 näytönsuojaa, jolloin uloimman pinnan takaisinheijastus myöskin alenee alle 4%:n alle 0,5%:iin, tyypillisesti 0,2 %:iin. Nyt itse näytönsuoja 62 on lähes heijastamaton, mutta itse näytöstä heijastuu edelleen 4 % valosta. Heijastuman eliminoiminen 10 on yksinkertaista, mikäli näytön pintaan sijoitetaan AR-funktiokalvo 70. Tällöin on eliminoitu kaikki häiritsevä heijastuva valo.

On lisäksi huomioitava eräs sovellus, mihin uusi menetelmä soveltuu, mikäli näytönsuoja 62 on varustettu AR-funktiokalvolla 67 ja sen takaisinheijastus on niin alhainen, kuin noin 0,5 - 0,2 %, voidaan myös aikaansaada 15 osittainen optimaalinen lopputulos pelkästään lakkapinnalla 68, jossa on diffu-soiva ominaisuus (engl. Anti Glare). Tämä koska näytönsuojan 62 alapinta 67 ei heijasta valoa takaisin.

Yleisellä tasolla voidaan todeta, että eräs tavoite on aikaansaada mahdollisimman kova pinta viskoosimaiseen aineeseen, kuten muoviin, mutta 20 silti niin, että muovin hyvät ominaisuudet säilyisivät, esimerkiksi iskunkestä-vyys, helppo ja yksinkertainen muokattavuus, lisätoimintojen sisällyttäminen jne. Yksinkertaistettuna voidaan sanoa, että halutaan aikaansaada esimerkiksi lasin kovuus ja muovin iskunkestävyys samanaikaisesti.

Muovi ei sinänsä voi itsenäisesti olla yhtä kova kuin lasi, esim. Bk7 25 tai kvartsilasi. On tunnettua, että juuri muovin pinnankovuuden muuttamiseksi kovemmaksi se kovapinnoitetaan esimerkiksi akrylaatti-, siloksaani- tai epoksi-pohjaisilla pinnoitteilla, joita yleisesti kutsutaan lakoiksi. Pinnoitusmenetelmänä voi olla esimerkiksi kasto-, ilmaruisku- tai spin-coat-lakkausmenetelmillä tai ennestään tuntemattomat digitaalisesti ohjatut mikrosuihkumenetelmät.

30 Mikäli tavoite on valmistaa hyvin kova pinta, eli esim. kvartsimainen, mutta säilyttää silti muovin erinomaiset ominaisuudet, on myös vaikutettava itse muovin kovuusominaisuuksiin. Riippumatta siitä, miten kova työkappaleen päälle sijoitettava pinnoite on, ei pinnoite voi olla niin paksu, että yksinomaan sen ominaisuuksilla saavutettaisiin lasia vastaava pintakovuus, kun pintaan 35 kohdistetaan rasitus. Syy on se, että muovin ja pinnoitteen lämpölaajenemis-kertoimet ovat niin erilaisia, että liian paksu pinnoite yksinkertaisesti kuoriutuu 18 irti. Mikäli kovapinnoite, esim. siloksaanilakka on sijoitettu suoraan muovin päälle, on tyypillinen maksimipaksuus noin 6 pm. Mikäli taas käytetään primer-välipinnoitusta, esimerkiksi uretaani-, polyuretaani-, epoksi-, siloksaani- tai muuta vastaavaa primer-pinnoitetta, voidaan kovapinnoitteen paksuus nostaa 5 yli 10 pm:iin, esim. 20 pm:iin. Tyypillinen kastolakkauksella tuotettu pinta on maksimissaan 4 pm paksu. Mutta vaikka pinnoite sinänsä olisi erittäin kova ja sen paksuus olisi esim. 25 pm, joka on jo erittäin paksu pinnoite, niin tällaise-nakaan pinnoite ei tee pinnasta lasimaista pinnan kovuuden suhteen, kun siihen kohdistuu rasitus. Syynä on se, että pohjamateriaali eli muovi on pehme-10 ää. Tästä syystä pinnoite pettää rasituksen alla. Ainoastaan vaikuttamalla myös muovin kovuusominaisuuksiin voidaan saada kokonaisvaltainen ratkaisu, missä yhdistyy lasin ja muovin hyvät tavoitellut ominaisuudet.

Itse muovin polymeerirakenteeseen voidaan luonnollisesti vaikuttaa, mutta se ei tuo tarvittavaa lisäarvoa, vaan kovuuteen vaikutetaan primäärisesti 15 määrätyillä täyteaineilla, jotka on sijoitettu muoviraaka-aineeseen. On sinänsä tunnettua sijoittaa epäorgaanisia täyteaineita orgaaniseen viskoosimaiseen aineeseen, kuten muoviin ja lakkoihin. Esimerkiksi muoviin on sekoitettu lasikuitua ja lasitäytettä kautta aikojen. Samoin lakkoihin on sijoitettu kvartsi- eli lasi-nanopartikkeleita suuremman kovuuden aikaansaamiseksi tai titaanioksi-20 dipartikkeleita taitekertoimen muuttamiseksi. Ongelmana tässä on se, että kun sijoitetaan nanopartikkeleita, kooltaan esimerkiksi 10-30 nm, joko muoviin tai lakkaan, ne pyrkivät klusteroitumaan eli ne saostuvat epämääräisiksi ryhmiksi yhteen. Lakan ollessa kyseessä voidaan ongelma ratkaista niin, että nanopar-tikkelit, esim. 20 nm S1O2 partikkelit, pinnoitetaan esim. silaanipinnoitteella. 25 Tällä tavoin pinnoitetut nanopartikkelit voidaan sijoittaa suoraan esim. lakkaan. Muovin ollessa kyseessä voi silti olla ongelmana se, että nanopartikkelit eivät jakaudu tasaisesti kuivamuodossa, esimerkiksi granulaattina tai jauheena olevaan muovimateriaaliin.

Nanopartikkelit, olipa ne pinnoitettu tai ei, edullisimmin kuitenkin 30 pinnoitettu, onkin edullisinta sekoittaa muoviraaka-aineeseen nk. märkävai-heessa. Esimerkiksi polykarbonaatin (PC) ja epoksin osalta se tarkoittaisi, että nanopartikkeli sijoitetaan muovin valmistusvaiheessa johonkin sen komponenttiin esimerkkinä BISFENOL-A. Näin on valmistettavissa täysin homogeenisesti seostettu muovilaatu, mikä käsittää nanopartikkeleita. Tällaisesta muovilaadus-35 ta valmistettu työkappale voidaan päällystää pinnoitteella, jossa on täysin homogeenisesti jakautunut nanopartikkelimassa. Homogeenisuuden ansiosta 19 pinnoitteen kerrospaksuus on tarkka ja se voi olla paksuudeltaan yli 5 pm, edullisimmin yli 10 pm. Mikrosuihkutusmenetelmän avulla saadaan optimaalinen pinnanpaksuus, missä paksuustoleranssi koko pinnan osalta on pienempi, kuin ±5 %, edullisimmin alle ±1 %.

5 Täyteaine voi oksidien lisäksi olla CNT (Carbon Nano Tube), eli hii- linanoputkia tai Fulleriineja esim. Ceo, jotka edullisimmassa muodossaan ovat pinoitettuja klusteroitumisen estämiseksi. On edullista mikäli itse muovi eli työ-kappale jota pinnoitetaan, ja pinnoiteaine sisältävät samaa nanofillerimateriaa-lia. Tällöin saadaan edullisesti aikaan kovalenttisia sidoksia kappaleen ja pin-10 noitteen välille prosessin aikana. Eräs menetelmän mukainen sovellus on se, että muoviin on lisätty nanofillereitä, lakkaan on sijoitettu nanofillereitä, ja että siitä valmistetun pinnoitteen paksuus on yli 5 pm, edullisimmin yli 10 pm ja paksuustoleranssi on pienempi kuin ±5 %, edullisimmin alle ±1 %, ja vielä että lakan tai Sol-Gel-pinnoitteen levitystapa on mikrosuihkutusmenetelmä.

15 Kuviossa 15 on esitetty kaavamaisesti eräs keksinnön mukainen menetelmä ja siinä käytettävää laitteistoa. Pinnoitusaine muodostetaan kahdesta komponentista A ja B. Pinnoitusaine voi olla esimerkiksi lakkaa tai sol-gel-materiaalia. Pinnoitusaineen eri komponentteja pidetään tässä erillään mahdollisimman pitkään ennen pinnoitusta. Pinnoitusaine voi olla esimerkiksi 20 kaksikomponenttinen uretaani- tai epoksipohjainen lakka. Pinnoitusaineeseen, joko komponenttiin A tai B tai niihin molempiin voidaan sekoittaa nanopartikke-leita. Komponentit A ja B ovat erillään omissa säiliöissään 100 ja 102 ja ne yhdistetään vasta sekoitustilassa 105. Pinnoitusaine toimitetaan sekoitustilasta 105 yhteistä kanavaa 106 pitkin mikrosuihkutuslaitteen suihkutuspäähän 107. 25 Joidenkin pinnoitusaineiden työstettävyysaika on hyvin lyhyt, esimerkiksi vain joitakin minuutteja. Tästä syystä on edullista, mikäli etäisyys sekoitustilasta 105 itse suihkutuspäähän 107 olisi mahdollisimman lyhyt.

Pinnoitusaineen komponenttien A ja B välistä sekoitussuhdetta voidaan säätää ohjelmallisesti ja esimerkiksi muuttaa vaikka kesken ajon pump-30 pujen 103 ja 104 pumppausnopeuksia säätämällä.

Varsinkin ohuet sol-gel pinnat, jotka tyypillisesti ovat 100 - 300 nm paksuisia edellyttävät sitä, että nanopartikkelit sekoittuvat oikealla tavalla matriisiin. Tällöin nanopartikkelit on tyypillisesti käsitelty siten, että niiden paak-kuuntuminen eli klusteroituminen on minimoitu tai jopa estetty täysin. Nanopar-35 tikkelit kuten myös niiden paakkuuntumista estävät aineet voidaan sekoittaa ensin esimerkiksi ohentimeen.

20

Eri komponenttien A ja B säiliöt 100 ja 102 voidaan varustaa läm-mönsäätövälinein ja ne kumpikin voidaan säätää omaan optimilämpötilaansa. Säiliöt 100 ja 102 voivat olla jäähdytettyjä. Komponentit voidaan pitää kylmänä esim. -25 °C lämpötilassa aina suihkutuspäähän 107 asti, joka puolestaan voi 5 olla lämmitetty.

Joissain tapauksissa tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voidaan käyttää sellaisenaan, muista piirteistä huolimatta. Toisaalta tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voidaan tarvittaessa yhdistellä erilaisten kombinaatioiden muodostamiseksi.

10 Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollis tamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (17)

1. Menetelmä optisen kappaleen valmistamiseksi, jossa menetelmässä pinnoitetaan optinen työkappale (1) ainakin yhdellä toiminnollisella pin- 5 noitteella (2, 3, 4, 5, 6, 7, 26, 27, 28, 29, 30, 33, 34, 35, 37, 41,46, 56, 67, 70) niin, että annostellaan pinnoittava aine mikrosuihkutulostimella, ja pinnoitetusta työkappaleesta (1) on irrotettavissa useita optisia kappaleita, tunnettu siitä, että optinen työkappale (1) valmistetaan suulakepuristamalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että toiminnallinen pinnoite on kovapinnoite (22, 26, 30), heijastuksenestopin- noite (29, 33-35, 37, 41,46, 56, 67, 70) ja/tai huurtumaton pinnoite (4, 55).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinnoite käsittää orgaanista lakkaa, esimerkiksi siloksaania, akrylaat-tia ja/tai polyuretaania.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lakka on täytetty 5-200 nm kokoisilla nanopartikkeleilla.

5 AR-funtiokuvio vielä pehmeän työkappaleen ensimmäiselle puolelle, ja pinnoitetaan toinen puoli työkappaleesta (1).

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että optiseen työkappaleeseen (1) on sovitettu nanopartik-keleita.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan heijastuksenestopinta (29, 33-35, 37, 41, 46, 56, 67, 70) Sol-Gel-menetelmällä.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sovitetaan ensimmäinen pinnoite työkappaleen pinnalle 25 (1), ja sovitetaan toinen pinnoite ensimmäisen pinnoitteen päälle ennen en simmäisen pinnoitteen kovettamista.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että levitetään pinnoitteen muodostava aine käyttäen mik-rosuihkutulostinta.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mikrosuihkutulostin on oskilloiva mikrosuihkutulostin.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitetään suihkutulostimen tulostinpäätä.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että pinnoitetaan vain toinen puoli työkappaleesta (1).

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sovitetaan työkappaleen ensimmäiselle puolelle AR-funktiokuvio.

13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan työkappale (1) suulakepuristamalla, sovitetaan

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että AR-funtiokuvio on kalvossa (56), joka kiinnitetään vielä pehmeän työ-kappaleen (1) ensimmäiselle puolelle.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suoritetaan pinnoitusprosessit tuotantojärjestelmässä, jossa mainitut prosessit on integroidut toisiinsa.

16. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinnoitusprosessit suoritettaan inertissä kaasuatmo- 15 sfäärissä.

17. Laitteisto optisen kappaleen valmistamiseksi, joka laitteisto käsittää mikrosuihkutulostimen, joka on järjestetty annostelemaan pinnoittavaa ainetta optiselle työkappaleelle (1) optisen työkappaleen pinnoittamiseksi ainakin yhdellä toiminnollisella pinnoitteella (2, 3, 4, 5, 6, 7, 26, 27, 28, 29, 30, 33, 20 34 , 35, 37, 41, 46 , 56 , 67, 70), ja välineet usean optisen kappaleen irrottamiseksi pinnoitetusta työkappaleesta (1), tunnettu siitä, että laitteisto käsittää suulakepuristimen (45) mainitun optisen työkappaleen (1) valmistamiseksi.