JP2010538442A - 可撓性及び耐久性を有する光導波路 - Google Patents
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Abstract
約1MPa〜約70MPaの引張係数、約0.0279cm−1未満の可視スペクトルでの吸光度、約1.35〜約1.65の屈折率、及び約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する材料を含む可撓性光導波路。
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は2007年9月6日出願の米国仮特許出願第60/967,633号の利益を主張するものであり、その開示の全内容を参照により本明細書に援用する。
本出願は2007年9月6日出願の米国仮特許出願第60/967,633号の利益を主張するものであり、その開示の全内容を参照により本明細書に援用する。
(技術の分野)
本開示は光導波路に関連する。より具体的には、本開示はキーパッドを含む入力デバイス用の、可撓性及び耐久性など望ましい特性を有する光導波路に関する。
本開示は光導波路に関連する。より具体的には、本開示はキーパッドを含む入力デバイス用の、可撓性及び耐久性など望ましい特性を有する光導波路に関する。
電子ディスプレイ及びキーパッドなどの入力デバイスを照らすために、様々なデバイスが提案されてきた。これらのデバイスには、背面照明パネル、前面照明パネル、コンセントレータ、反射材、構造化された表面フィルム、及び光を方向転換、視準、分配、ないしは別の方法で操作するためのその他の光学デバイスが挙げられる。受動光学構成要素(例えば、レンズ、プリズム、ミラー、及び光抽出構造体)は、既知であり、光学系に使用され、光学放射線を収集、分配、又は修正する。
光の効率的な使用は、携帯電話、携帯情報端末、MP3プレイヤー及びラップトップコンピュータで使用されるもののようなバッテリー式電力の電子ディスプレイ及びキーパッドにおいて特に重要である。照明効率を改善することにより、バッテリーの耐用期間を伸ばすことができ、電力を他の電子的構成要素に送ることができ、及び/又はバッテリーの寸法を縮小することができるが、これはデバイスの寸法が縮小し、機能性及び複雑性が増すにつれてますます重要である。照明効率を向上させ、背面照明液晶ディスプレイの見かけ上の輝度を高めるために、一般にプリズム状フィルムが使用されており、キーパッドではこの目的のために、複数の光源(例えば、発光ダイオード(LED))が一般に使用されている。
電子ディスプレイ及びキーパッドにおいては、照明の質も重要な考慮事項である。背面照明ディスプレイ又はキーパッドにおける照明の質の1つの目安には、輝度の均一性が挙げられる。ディスプレイ(及び、幾分程度は低いが、キーパッド)は、一般に接近して注視されたり、又は長時間使用されるため、比較的小さな輝度の差異も容易に認識される可能性がある。このような輝度にばらつきのある機種は、ユーザーを悩ませたり、いらだたせる恐れがある。不均一性を和らげたり、隠すために、光散乱素子(例えば、拡散板)が使用される場合がある。しかしながら、このような散乱素子は、ディスプレイ又はキーパッドの輝度全体に悪影響を及ぼす恐れがある。
あるいは、輝度の均一性を実現するために複数の光源が使用可能であるが、この方法はバッテリーの耐用期間が短くなるという短所を伴う。したがって、複数の光抽出構造体を含む光導波路の開発など、より制限された数の光源から光を効果的に分配する様々な方法の開発がいくらか注目されている。このような光抽出構造体並びに光抽出構造体アレイは、多くの異なる技術及び様々な材料によって作製されており、それぞれが長所及び短所の異なる組み合わせを有する。
更に、入力デバイスなどの用途に使用される光導波路は、追加の特性を必要とすることがある。例えば、これらの用途において、キー又はボタンが上手く押圧されたとき、ユーザーが何らかの形態のフィードバックを受け取ることが一般的に望まれている。一般的な形態のフィードバックは、キーが上手く押圧されたとき、カチッという音(click)又は人の指によって感知可能な物理的抵抗における変化などの触覚及び/又は可聴フィードバックである。
典型的な背面照明入力デバイス構造体において、バックライトは、ユーザーが接触するキーパッドと、キーが押圧されたときに閉じる電気的接続との間に配置された層から発光する。背面照明キーにそれが押圧されたときに電気的接続を閉じるようにさせる1つの解決法は、バックライト層内に開口を設けて、キーの、電気的接続に面している側の凸部が、キーが押圧され電気的接続を閉じるとき、この開口を通過できるようにすることである。しかしながら、光導波路を使用してわずかな数の光源(例えば1つ又は2つのLED)からの光を方向付けるとき、光導波路内の開口により不均一な照明になる場合があり、これはまさに光導波路が使用されるのに克服すべき、問題の1つである。
したがって、キーから電気接点層に力を効果的に伝送させる特性を有し、その一方で、個々のキーの均一な照明をもたらす光導波路が必要であるということが理解される。
更に、キーバッドなどのデバイスはしばしば比較的長時間使用され、それぞれ個々のキーは何千又は何万回も押され得る。したがって、光導波路は、キーパッドの均一な照明などの所望の光学的品質を有するだけでなく、光導波路が使用されているデバイスの耐用年数にわたって、光学的品質及び触覚フィードバックの両方を維持するために十分な耐久性も有することが必要とされる。
広くは、本開示は上記の目的の1つ以上を達成させる特性の組み合わせを有する材料から形成された光導波路に関する。
一態様において、本開示は、23℃で約1MPa〜約70MPaの引張係数、約0.0279cm−1未満の可視スペクトルでの吸光度、約1.35〜約1.65の屈折率、及び約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する材料を含む可撓性光導波路を目的とし、この光導波路は、複数の光抽出構造体を更に含む。いくつかの実施形態において、可撓性光導波路は、凹部である少なくとも1つの光抽出構造体を含む。
別の態様において、本開示は、23℃で約45MPa〜約2500MPaの動的曲げ係数引張係数、約0.0132cm−1未満の吸光度、約1.45〜約1.53の屈折率、及び約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する材料を含む可撓性光導波路を目的とし、この光導波路は、複数の光抽出構造体を更に含む。いくつかの実施形態において、可撓性光導波路は、凹部を含む少なくとも1つの光抽出構造体を含む。
別の態様において、本開示は、キーパッドを含み、23℃で約1MPa〜約70MPaの引張係数、約0.0279cm−1未満の可視スペクトルでの吸光度、約1.35〜約1.65の屈折率、及び約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する材料を含む可撓性光導波路を含むデバイスを目的とし、この光導波路は、複数の光抽出構造体を更に含む。いくつかの実施形態において、可撓性光導波路は、凹部を含む少なくとも1つの光抽出構造体を含む。
更に別の態様において、本開示は、複数の光抽出構造体を含む成形型を提供する工程と、アクリレート官能基、ウレタン官能基、シリコーン官能基、ウレタン−アクリレート官能基の少なくとも1種を含む未硬化樹脂を接触させる工程と、この未硬化樹脂を硬化させて、23℃で約1MPa〜約70MPの引張係数、約0.0279cm−1未満の可視スペクトルでの吸光度、約1.35〜約1.65の屈折率、及び約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する材料を含む可撓性光導波路を形成する工程と、を含む方法を目的とし、この光導波路は複数の光抽出構造体を更に含む。いくつかの実施形態において、可撓性光導波路は、凹部を含む少なくとも1つの光抽出構造体を含む。
更に別の態様において、本開示は、少なくとも1種のアクリレートを含む可撓性光導波路を目的とし、引張係数は23℃で約1MPa〜約20MPaであり、可視スペクトルでの吸光度は約0.0203cm−1未満であり、屈折率は約1.4〜約1.55であり、厚さは約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルであり、光導波路は、複数の光抽出構造体を更に含む。いくつかの実施形態において、可撓性光導波路は、凹部を含む少なくとも1つの光抽出構造体を含む。
本発明による1つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなろう。
特に指示がない限り、本明細書で使用される特徴の大きさ、量、物理特性を表わす各数字は、どの場合においても用語「約」によって修飾されるものとして理解されるべきである。それ故に、そうでないことが示されない限り、本明細書で説明される数値パラメータは、当業者が本明細書で開示される教示内容を用いて、目標対象とする所望の特性に応じて、変化し得る近似値である。端点による数値範囲の使用には、その範囲内に含まれるすべての数(例えば1〜5には、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、及び5が包含される)並びにその範囲内のあらゆる範囲が包含される。
広くは、本開示は可撓性及び耐久性の両方を要求する環境での使用に適した光導波路を目的とする。そのような環境の1つには入力デバイス、より具体的には、携帯電話、コンピューター、MP3プレイヤー等のためのキーパッドが挙げられる。これら及び同様の用途での使用に適した光導波路は好ましくは、キーの押圧及び/又は開放中に望ましい触覚フィードバックを損なわない一定の物理的特性と、効果的な光透過を可能にする光学的特性と、触覚フィードバック及び光学的特性の両方が、デバイスの耐用年数の間に実質的に一定であることを確保するのに十分な耐久性と、を有する。
図1は、可撓性光導波路12及び光源16を含むシステム10を示す斜視図である。可撓性光導波路12は、複数の光抽出構造体アレイ14を含み、その各々は少なくとも1つの光抽出構造体を含む。可撓性光導波路12は十分に可撓的であって、湾曲したディスプレイスクリーン又はキーパッドなどの曲面に適合することができる。可撓性光導波路12の可撓性は、ガラス転移温度(Tg)及び引張係数など、可撓性光導波路12を形成するために使用されている材料の特性によって並びに可撓性光導波路12の厚さによって影響を受ける場合がある。
可撓性光導波路12は好ましくは、各光抽出構造体アレイ14で面18a又は18bに実質的に垂直な方向において、実質的に均質な照明を提供する。すなわち、キーパッドの場合において、各キーは実質的に均等に照らされる。これは、本明細書に以下で記載されているもののような形状及び占積率を組み合わせることにより達成することができる。可撓性光導波路12は好ましくは、実質的に複屈折を有さず、実質的に光学的に透明であるため、可視光線は散乱又は吸収でほとんど失われない。これらの特性の組み合わせは、光源16からの光の効率的な使用をもたらすことができる。
可撓性光導波路12は、少なくとも1つの光源16からの光を方向付け、この光を可撓性光導波路12を通じて分配し、この光を光抽出構造体アレイ14を介して放つ。複数の光抽出構造体アレイ14は光を反射する又は屈折させて、可撓性光導波路12の面18a、18bの少なくとも1つから外へ光を方向付けることができる。所望の照明パターンにより、光抽出構造体アレイ14は連続的に又は断続的に可撓性光導波路12にわたって配置されてもよい。例えば、携帯電話のキーパッド上のキーのみを照らしたいとき、光抽出構造体アレイ14は、キーの位置に対応する、又はそれぞれの数字、文字、若しくはシンボルの形状に対応する、可撓性光導波路12上又は可撓性光導波路12内のアイランドとして形成されてもよい。
いくつかの実施形態において、光抽出構造体アレイ14は、可撓性光導波路12の1つの主表面18a又は18b上に、又は両方の主表面18a、18b上に配置されてもよい。光抽出構造体アレイ14内の各個別の光抽出構造体30は、凹部若しくは凸部又は両方を含んでもよい。例えば、図2A〜2Hに示されているように、光抽出構造体30は、ピラミッド又は円錐形状の凹部30a又は凸部30b(図2A及び2B)、溝の繰り返しパターン30c(図2C)、フレネルレンズ30d(図2D)、広がった半球状の凹部30e及び凸部30f(図2E及び2F)、切頭部を有する広がった半球30g、30h(図2G及び2H)等を含む、多種多様の形状を含むことができる。
図2A〜2Hに示された形状に加えて、他の形状が使用されてもよい。形状は複雑であってもよい(例えば、錐体とピラミッドの、又は錐体と「プラスのネジ頭」形状のスタックされた組み合わせなど、単一の構造体内で複数の形状の部分の組み合わせ)。幾何学的形状は、底面、1つ以上の面(例えば、側壁を形成する面)、及び頂部(例えば、平坦な表面又は点であってもよい)などの構造的要素を含む場合がある。このような要素は、本質的にいずれの形状であってもよい(例えば、底面、側面、及び頂部は、円形、楕円形、又は多角形(規則的又は不規則的)であってもよく、その結果得られる側壁は、本質的に放物線状、双曲線状、直線状、又はそれらの組み合わせの(底面に対して垂直な)縦断面を特徴としてもよい)。好ましくは、側壁は構造体の底面に対して垂直でない(例えば、約10°〜約80°の角度(好ましくは20°〜70°、より好ましくは30°〜60°)が有用である場合がある)。光抽出構造体は、底面の中心と上部の中心とを結ぶ主軸線を有する場合がある。望ましい輝度や視界に応じて、約80°以下(好ましくは約25°以下)の傾斜角度(主軸線と底面との角度)を実現できる。
光抽出構造体30の幾何学的構造の代替としては、光抽出構造体30iは、図2Iに示される実施例のように、本開示の可撓性光導波路12の上に又はその中に印刷することができる。例えば、屈折性又は反射性の高いインクは、可撓性光導波路12の上に印刷されてもよく、これらのインクは、異なる屈折率の2つの材料間に幾何学的に形成された表面に衝突するのと同様に光を屈折又は反射させる。
個々の光抽出構造体30は、約5マイクロメートル〜約300マイクロメートル(好ましくは約50〜約200、より好ましくは約75〜約150)の範囲の高さ、並びに/又は約5マイクロメートル〜約500マイクロメートル(好ましくは約50〜約300、より好ましくは約100〜約300)の範囲の最大長さ及び/若しくは最大幅を有してもよい。光抽出構造体アレイ14は、図1に示されているものなど、実質的に均質な構造体、すなわち、1つのアレイ内の全ての構造体は同様の寸法及び形状であり、又は光抽出構造体30の寸法及び形状は、1つの光抽出構造体アレイ14にわたって、実質的に連続的に、又は別の方法としては、非連続的に変化してもよい。更に、単一の光抽出構造体アレイ14内の光抽出構造体30の占積率(例えば、単位面積当たりの光抽出構造体の数)は、実質的に一定であってもよく、又は占積率は光抽出構造体アレイ14にわたって変化してもよい。多くの用途に関して、約1パーセント〜100パーセント(好ましくは約5パーセント〜50パーセント)の占積率が有用であり得る。同様に、光抽出構造体30の寸法、形状、及び占積率は、光抽出構造体アレイ14間で実質的に同様であってもよく、又は光抽出構造体アレイ14間で実質的に連続的若しくは非連続的のいずれかで変化してもよい。好ましくは、光源16から更に離れて配置された光抽出構造体アレイ14は、光源16により近い光抽出構造体アレイ14と比較して、更に高く、更に高い占積率を有し、又はその両方である光抽出構造体30を有する。
上記で簡単に記述されたように、可撓性光導波路12は、好ましくは、実質的に光学的に透明であり、実質的に複屈折がなく、好ましくは複屈折がない。望ましい光学的透明度は、材料の吸光度の理論計算及び可撓性光導波路12の屈折率の測定によって十分な精度まで決定することができる。
例えば、可撓性光導波路12の吸光度は、ベールの法則を使用して計算することができる:
I/I0=e−αx又はα=−ln(I/I0)/x
式中、Iは最終強度であり、I0は入射強度であり、αはcm−1での吸光度であり、xは光導波路の寸法に基づく伝搬光路長に等しい。所望の吸光度を計算するために、最終強度を入射強度に関係付ける所望値I/I0が選択され、(既知の光路長に関する)この値を得るために要求される吸光度が計算される。好適な可撓性光導波路12の材料には、約8cmの光経路にわたって、光の強度の20%の損失、光の強度の15%の損失、又は光の強度の10%の損失にそれぞれ対応する約0.0279cm−1未満の、好ましくは約0.0203cm−1未満の、最も好ましくは約0.0132cm−1未満の吸光度を有するものが挙げられる。
I/I0=e−αx又はα=−ln(I/I0)/x
式中、Iは最終強度であり、I0は入射強度であり、αはcm−1での吸光度であり、xは光導波路の寸法に基づく伝搬光路長に等しい。所望の吸光度を計算するために、最終強度を入射強度に関係付ける所望値I/I0が選択され、(既知の光路長に関する)この値を得るために要求される吸光度が計算される。好適な可撓性光導波路12の材料には、約8cmの光経路にわたって、光の強度の20%の損失、光の強度の15%の損失、又は光の強度の10%の損失にそれぞれ対応する約0.0279cm−1未満の、好ましくは約0.0203cm−1未満の、最も好ましくは約0.0132cm−1未満の吸光度を有するものが挙げられる。
好適な可撓性光導波路12の材料は、可視スペクトル(約400nm〜700nm)内で約1.35〜約1.65、好ましくは約1.40〜約1.55、最も好ましくは約1.45〜約1.53の範囲の屈折率を有する。
可撓性光導波路12はまた、好ましくは、触覚フィードバックが可能であるように、効果的に力を伝える。例えば、一般的なキーパッド構造体は、キーが押されたとき変形する金属性のポプル(popples)を含む。金属性のポプルは、下層の回路と接触することができ、これはプロセッサにキープレス(key press)を登録させる。更に、変形したとき、ポプルはほぼ裏返しになって「はじける」ため、ポプルは触覚及び/又は可聴のフィードバックを与える。可撓性光導波路12は典型的に、キーパッドとポプル層との間に配置されており、したがってキーに適用されたどんな力も可撓性光導波路12を通じてポプルに伝えられなければならない。このように、可撓性光導波路12は十分に可撓性であり、典型的にユーザーによりキーに適用された負荷の下で変形を可能にし、それにもかかわらず、この力をポプルに伝え、ポプルの触覚応答をキーに戻すのに十分に剛性であってもよい。入力デバイスの構造体は図4を参照して、本明細書に更に記載される。
可撓性光導波路12はまた、好ましくは、可撓性光導波路12に適用された負荷の下で実質的に弾性的に変形する。特に、個々の光抽出構造体30及び可撓性光導波路12の両方は好ましくは、実質的に弾性的に変形する。可撓性光導波路12が、変形の後、特に可撓性光導波路12が入力デバイスに使用されるとき、その最初の形状を保持することは、耐久性及び長い耐用期間にとって重要である。
弾性変形に加えて、他の形状が可撓性光導波路12に含まれて耐久性を促進してもよい。例えば、個々の光抽出構造体30は凹部として構築されてもよい。この方法で構築された光抽出構造体30は、凸部として形成された光抽出構造体30と比較して、キーが押圧されたとき、より少ない変形となり得る。したがって、凹んだ構造体を有する可撓性光導波路12は、強化された耐久性を呈することができる。
可撓性光導波路12での使用に好適な材料は非常に多様であってもよく、また予備重合され熱成形可能であるか、熱重合されるか、又は成形型と接触させて放射線硬化されるかを問わず、本質的には任意の高分子材料が使用されてもよい。いくつかの実施形態において、熱成形可能な材料はその後に、後処理され、例えば電子ビーム又は化学的硬化などの様々なプロセスによって架橋されてもよい。代表的な材料は、アクリレート、ウレタン、シリコーン、アクリル酸ウレタン、エポキシ、熱可塑性材料、エラストマー等を含むが、これらに限定されない。材料は、可撓性(典型的にTg、引張係数、及び光導波路の厚さの関数)、光学的透明度(吸収及び屈折率に関する)、並びに耐久性など、上記の所望の特性の1つ以上を達成するために選択されてもよい。
光反応組成物内で使用するのに好適な反応種には、硬化性の化学種と非硬化性の化学種の双方が挙げられる。硬化性の化学種が一般に好ましく、また硬化性の化学種には、例えば、付加重合性モノマー及びオリゴマーと付加架橋性ポリマー(例えばアクリレート、メタクリレート、及びスチレンなどの特定のビニル化合物を含む、ラジカル重合性又は架橋性のエチレン系不飽和の化学種)、並びにカチオン重合性モノマー及びオリゴマー、カチオン架橋性ポリマー(この化学種は最も一般的には酸開始されており、またこの化学種には、例えばエポキシ、ビニルエーテル、シアネートエステルなどが挙げられる)、その他同種のもの、それらの混合物が挙げられる。
好適なエチレン性不飽和種は、例えばパラゾット(Palazzotto)らにより米国特許第5,545,676号1段65行〜2段26行に記載されており、モノ−、ジ−、ポリアクリレート類及びメタクリレート類(例えばメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート、アリルアクリレート、グリセロールジアクリレート、グリセロールトリアクレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、1,3−プロパンジオールジアクリレート、1,3−プロパンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、1,2,4−ブタントリオールトリメタクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、ビス[1−(2−アクリルオキシ)]−p−エトキシフェニルジメチルメタン、ビス[1−(3−アクリルオキシ−2−ヒドロキシ)]−p−プロポキシフェニルジメチルメタン、トリヒドロキシエチル−イソシアヌレートトリメタクリレート、分子量約200〜500のポリエチレングリコール類のビス−アクリレート類及びビス−メタクリレート類、アクリレート化モノマー類の共重合性混合物(例えば、米国特許第4,652,274号のもの及び米国特許第4,642,126号のものなどのアクリレート化オリゴマー類);不飽和アミド類(例えば、メチレンビス−アクリルアミド、メチレンビス−メタクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビス−アクリルアミド、ジエチレントリアミントリス−アクリルアミド及びβ−メタクリルアミノエチルメタクリレート);ビニル化合物類(例えば、スチレン、ジアリルフタレート、ジビニルスクシネート、ジビニルアジパート、及びジビニルフタレート);その類並びにそれらの混合物が挙げられる。好適な反応性ポリマーには、例えば1〜約50のアクリル(メタクリート)基をポリマー鎖ごとに有する、ペンダントアクリレート(メタクリレート)基を有するポリマーが挙げられる。そのようなポリマーの例には、サートマー(Sartomer)社から入手可能なSARBOX樹脂(例えば、SARBOX 400、401、402、404、及び405)などの芳香族酸(メタ)アクリレート半エステル樹脂が挙げられる。フリーラジカル化学によって硬化可能な他の有用な反応性ポリマーには、ヒドロカルビル主鎖と、米国特許第5,235,015号(アリ(Ali)ら)において記載されるものなど、ラジカル重合可能な官能性を付与されたペンダントペプチド基とを有するポリマーが挙げられる。2つ以上のモノマー、オリゴマー、及び/又は反応性高分子の混合物を、所望に応じて使用することができる。好ましいエチレン不飽和性の化学種には、アクリレート、芳香族酸(メタクリレート)アクリレート半エステル樹脂、及びヒドロカルビル主鎖と、ラジカル重合化可能な官能性を付与されたペンダントペプチド基とを有するポリマーが挙げられる。
好適なカチオン反応性の化学種については、例えばオクスマン(Oxman)らによって米国特許第5,998,495号及び6,025,406号において記載されており、この化学種はエポキシ樹脂を含む。そのような材料は、概してエポキシドと呼ばれるものであり、低分子量のエポキシ化合物と高分子量型のエポキシドとがあり、脂肪族、脂環式、芳香族、又は複素環式となり得る。これらの材料は一般に、平均して、分子1個当たり少なくとも1個(好ましくは少なくとも約1.5個、より好ましくは少なくとも約2個)の重合可能なエポキシ基を有する。ポリマーエポキシドには、末端エポキシ基を有する線状ポリマー(例えば、ポリオキシアルキレングリコールのジグリシジルエーテル)、骨格オキシラン単位を有するポリマー(例えば、ポリブタジエンポリエポキシド)、ペンダントエポキシ基を有するポリマー(例えば、グリシジルメタクリレートポリマー又はコポリマー)が挙げられる。エポキシドは、純粋化合物とすることができ、分子1個当たり1個、2個、又はそれ以上のエポキシ基を含有する化合物の混合物とすることができる。これらのエポキシ含有材料は、主鎖及び置換基の種類において、非常に多様となり得る。例えば、主鎖は任意の種類とすることができ、その主鎖上の置換基は、カチオン硬化を室温で実質的に妨げることのない任意の基とすることができる。許容し得る置換基の実例としては、ハロゲン、エステル基、エーテル、スルホネート基、シロキサン基、ニトロ基、ホスフェート基などが挙げられる。エポキシ含有材料の分子量は、約58〜約100,000以上まで様々となり得る。
有用な他のエポキシ含有材料には、以下の式のグリシジルエーテルモノマーが挙げられる。
式中、R’はアルキル又はアリールであり、nは1〜8の整数である。例は、多価フェノールをエピクロロヒドリン(例えば、2,2−ビス−2,3−エポキシプロポキシフェノール)−プロパンのジグリシジルエーテル)などの過剰のクロロヒドリンと反応させることにより得られる、多価フェノールのグリシジルエーテル類である。この種類のエポキシド類の追加の例が、米国特許第3,018,262号及びリー(Lee)及びネビル(Neville)の「エポキシ樹脂便覧(Handbook of Epoxy Resins)」(マックグロウ−ヒル・ブック社(McGraw-Hill Book Co.)、ニューヨーク(New York)、1967年)に記載されている。
多数の商業的に入手可能なエポキシモノマー又は樹脂を使用することができる。容易に入手可能なエポキシドには、オクタデシレンオキシド、エピクロロヒドリン、スチレンオキシド、ビニルシクロヘキセンオキシド、グリシドール、グリシジルメタクリレート、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(例えば、オハイオ州コロンバス(Columbus)のヘキシオン・スペシャルティ・ケミカルズ社(Hexion Specialty Chemicals, Inc.)から「EPON 815C」、「EPON 813」、「EPON 828」、「EPON 1004F」、及び「EPON 1001F」として入手可能なもの)、並びにビスフェノールFのジグリシジルエーテル(例えば、スイス、バーゼル(Basel)のチバ・スペシャルティ・ケミカルズ・ホールディング社(Ciba Specialty Chemicals Holding Co.)から「ARALDITE GY281」、及びヘキシオン・スペシャルティ・ケミカルズ社から「EPON 862」として入手可能なもの)が挙げられるが、これらに限定されない。他の芳香族エポキシ樹脂には、マサチューセッツ州ニュートン(Newton)のマイクロケム社(MicroChem Corp.)から入手可能なSU−8樹脂が挙げられる。
他の代表的なエポキシモノマーには、ビニルシクロヘキセンジオキシド(ペンシルバニア州ウェストチェスター(West Chester)のSPIサプライズ社(SPI Supplies)から入手可能)、4−ビニル−1−シクロヘキセンジエポキシド(ウィスコンシン州ミルウォーキー(Milwaukee)のアルドリッチ・ケミカル社(Aldrich Chemical Co.)から入手可能)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート(例えば、ミシガン州ミッドランド(Midland)のダウ・ケミカル社(Dow Chemical Co.)から「CYRACURE UVR−6110」として入手可能なもの)、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−6−メチル−シクロヘキサンカーボネート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート(例えば、ダウ・ケミカル社から「CYRACURE UVR−6128」として入手可能なもの)、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、及びジペンテンジオキシドが挙げられる。
更に代表的なエポキシ樹脂としては、エポキシ化ポリブタジエン(例えばペンシルベニア州エクストン(Exton)のサートマー(Sartomer Co.)から「POLY BD 605E」として入手可能なもの)、エポキシシラン(例えば、ウィスコンシン州ミルウォーキー(Milwaukee)のアルドリッチ・ケミカル社(Aldrich Chemical Co.)から入手可能な3,4−エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン及び3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)、難燃性エポキシモノマー(例えば、ミシガン州ミッドランド(Midland)のダウ・ケミカル社(Dow Chemical Co.)から「DER−542」として入手可能な臭化ビスフェノール型エポキシモノマー)、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(例えばチバ・スペシャルティ・ケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)から「アラルダイト(ARALDITE)RD−2」として入手可能なもの)、水素化ビスフェノールA−エピクロロヒドリン系エポキシモノマー(例えばヘキソン・スペシャルティ・ケミカルズ(Hexion Specialty Chemicals, Inc.)から「エポネックス(EPONEX)1510」として入手可能なもの)、フェノール−ホルムアルデヒドノボラックのポリグリシジルエーテル(例えば、「DEN−431」及び「DEN−438」としてダウ・ケミカル社から入手可能なもの)、並びに「VIKOLOX」及び「VIKOFLEX」としてアトフィナ・ケミカル(Atofina Chemicals)(ペンシルベニア州フィラデルフィア(Philadelphia))から入手可能なエポキシ化アマニ油及び大豆油などのエポキシ化植物油が挙げられる。
更なる好適なエポキシ樹脂には、ヘキシオン・スペシャルティ・ケミカルズ社(Hexion Specialty Chemicals, Inc.)(オハイオ州コロンバス(Columbus))から商品名「HELOXY」で入手可能なアルキルグリシジルエーテルが挙げられる。代表的なモノマーには、「HELOXY MODFIER 7」(C8〜C10アルキルグリシジルエーテル)、「HELOXY MODFIER 8」(C12〜C14アルキルグリシジルエーテル)、「HELOXY MODFIER 61」(ブチルグリシジルエーテル)、「HELOXY MODFIER 62」(クレシルグリシジルエーテル)、「HELOXY MODFIER 65」(p−t−ブチルフェニルグリシジルエーテル)、「HELOXY MODFIER 67」(1,4−ブタンジオールのジグリシジルエーテル)、「HELOXY 68」(ネオペンチルグリコールのジグリシジルエーテル)、「HELOXY MODFIER 107」(シクロヘキサンジメタノールのジグリシジルエーテル)、「HELOXY MODFIER 44」(トリメチロールエタントリグリシジルエーテル)、「HELOXY MODFIER 48」(トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル)、「HELOXY MODFIER 84」(脂肪族ポリオールのポリグリシジルエーテル)、及び「HELOXY MODFIER 32」(ポリグリコールジエポキシド)が挙げられる。
他の有用なエポキシ樹脂は、グリシドールのアクリル酸エーテル(グリシジルアクリレート及びグリシジルメタクリレートなど)と、1つ以上の共重合性ビニル化合物とのコポリマーを含む。そのようなコポリマーの例が、1:1のスチレン−グリシジルメタクリレート及び1:1のメチルメタクリレート−グリシジルアクリレートである。他の有用なエポキシ樹脂が周知であり、エピクロルヒドリン、アルキレンオキシド(例えばプロピレンオキシド)、スチレンオキシド、アルケニルオキシド(例えばブタジエンオキシド)、及びグリシジルエステル(例えばエチルグリシデート)のようなエポキシドを含有する。
有用なエポキシ官能性ポリマーには、ゼネラル・エレクトリック社(General Electric Company)から入手可能な、米国特許第4,279,717号(エックバーグ(Eckberg)ら)に記載されているものなどのエポキシ官能性シリコーンが挙げられる。これらは、ケイ素原子の1〜20モル%がエポキシアルキル基(好ましくは、米国特許第5,753,346号(レイア(Leir)ら)に記載されるように、エポキシシクロヘキシルエチル)で置換されたポリジメチルシロキサンである。
また芳香族グリシジルエポキシ、種々のエポキシ含有材料の配合物を利用することもできる。そのような配合物は、エポキシ含有化合物(低分子量(200未満)、中分子量(約200〜1000)、及び高分子量(約1000超)など)の2つ以上の重量平均分子量分布を備えてもよい。その代わりに又はそれに加えて、エポキシ樹脂は、異なる化学的性質(脂肪族及び芳香族など)又は官能性(極性及び無極性など)を有するエポキシ含有材料の配合物を含むことができる。他のカチオン反応性ポリマー(ビニルエーテル及び同種のものなど)を、所望に応じて更に混和することができる。
好ましいエポキシには、芳香族グリシジルエポキシ(例えば、ヘキシオン・スペシャルティ・ケミカルズ社(Hexion Specialty Chemicals, Inc.)から入手可能なEPON樹脂、及びマイクロケム社(MicroChem Corp.)(マサチューセッツ州ニュートン(Newton))から入手可能なXP KMPR 1050ストリッパブルSU−8(XP KMPR 1050 strippable SU-8)などのSU−8樹脂)、及びこれらの混合物が挙げられる。より好ましいのは、SU−8樹脂及びこれらの混合物である。
また、好適なカチオン反応性の化学種には、ビニルエーテルモノマー、オリゴマー、及び反応性ポリマー(例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル(ニュージャージー州ウェイン(Wayne)のインターナショナル・スペシャルティ・プロダクツ社(International Specialty Products)から入手可能なRAPI−CURE DVE−3)、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、及びノースカロライナ州グリーンズボロ(Greensboro)のモーフレックス社(Morflex, Inc.)によるVECTOMERジビニルエーテル樹脂(例えば、VECTOMER 1312、VECTOMER 4010、VECTOMER 4051、及びVECTOMER 4060、並びに他の製造業者から入手可能なそれらの等価物)、並びにそれらの混合物が挙げられる。また、1つ以上のビニルエーテル及び/又は1つ以上のエポキシ樹脂の(任意の比率における)配合物を利用することもできる。また、ポリヒドロキシ官能性材料(例えば米国特許第5,856,373号(カイサキ(Kaisaki)ら)に記載されているものなど)を、エポキシ−及び/又はビニルエーテル官能性材料と共に利用することもできる。
非硬化性の化学種には、例えば、酸又はラジカル誘起反応の際に溶解度が増加し得る反応性ポリマーが挙げられる。そのような反応性ポリマーには、例えば、光生成した酸によって可溶性の酸基へと変換され得るエステル基を持つ非水溶性ポリマー(例えば、ポリ(4−t−ブトキシカルボニルオキシスチレン))が挙げられる。非硬化性種は、「化学増幅型フォトレジスト用途向けの高性能アクリルポリマー(High Performance Acrylic Polymers for Chemically Amplified Photoresist Applications)」(ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジーB(J.Vac.Sci.Technol.B)、9巻、3357頁、1991年)に、R.D.アレン(Allen)、G.M.ウォールラフ(Wallraff)、W.D.ヒンズバーグ(Hinsberg)及びL.L.シンプソン(Simpson)によって記載された化学増幅型フォトレジスト類が挙げられる。化学増幅フォトレジストの構想は、特に0.5サブマイクロメートル(又は更に0.2サブマイクロメートル)の機構を伴うマイクロチップ製造に、現在では広く用いられている。そのようなフォトレジスト系においては、触媒性の化学種(典型的には水素イオン)を照射によって生成することができ、この照射によって化学反応の電子なだれが誘発される。この電子なだれは、より多くの水素イオン又は他の酸性の化学種を生成する反応を水素イオンが開始し、それによって反応速度が増幅されるときに発生する。一般的な、酸を触媒とする化学増幅型フォトレジスト系の例としては、脱保護(例えば、米国特許第4,491,628号に記載されるようなt−ブトキシカルボニルオキシスチレンレジスト、テトラヒドロピラン(THP)メタクリレート系物質、米国特許第3,779,778号に記載されたものなどのTHPフェノール系物質、R.D.アレン(Allen)により「プロシーディングス・オブ・SPIE(Proc. SPIE)2438巻、474頁、1995年)に記載されるものなどのt−ブチルメタクリレート系の物質、その他同種のもの)、解重合(例えば、ポリフタルアルデヒド系の物質)及び転位(例えば、ピナコール転位に基づく物質)が挙げられる。
所望により、異なる種類の反応種の混合物を光反応性組成物中に利用してもよい。例えば、ラジカル反応種とカチオン反応種の混合物もまた有用である。
光反応組成物の反応種に好適な光開始剤(すなわち、電子受容体)には、ヨードニウム塩類(例えば、ジアリールヨードニウム塩類)、スルホニウム塩類(例えば、所望によりアルキル基又はアルコキシ基で置換された及び所望によりアリール部分に隣接して2,2’オキシ基架橋を有するトリアリールスルホニウム塩)、及びその類、並びにこれらの混合物が挙げられる。
光開始剤は、好ましくは反応種に可溶であり、好ましくは貯蔵可能である(すなわち、反応種中に溶解したとき、反応種の反応を自発的に促進しない)。したがって、特定の光開始剤の選択は、上記のように、選択する特定の反応種にある程度依存し得る。反応種が、酸開始化学反応を受ける可能性がある場合、光開始剤はオニウム塩(例えば、ヨードニウム塩又はスルホニウム塩)である。
好適なヨードニウム塩類には、米国特許第5,545,676号2段28〜46行で、パラゾット(Palazzotto)によって記載されるようなものが挙げられる。好適なヨードニウム塩類は、米国特許第3,729,313号、同第3,741,769号、同第3,808,006号、同第4,250,053号及び同第4,394,403号にも記載されている。ヨードニウム塩は、単塩(例えば、Cl−、Br−、I−又はC4H5SO3 −などのアニオンを含有する)又は金属錯体塩(例えば、SbF6 −、PF6 −、BF4 −、テトラキス(パーフルオロフェニル)ホウ酸塩、SbF5OH−又はAsF6 −を含有する)であってもよい。所望により、ヨードニウム塩の混合物を使用することができる。
有用な芳香族ヨードニウム錯塩光開始剤には、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジ(4−メチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、フェニル−4−メチルフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジ(4−ヘプチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ジ(3−ニトロフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(4−クロロフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(ナフチル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ジ(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(4−メチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロヒ酸塩、ジ(4−フェノキシフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、フェニル−2−チエニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、3,5−ジメチルピラゾリル−4−フェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩、2,2’−ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジ(2,4−ジクロロフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(4−ブロモフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(4−メトキシフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(3−カルボキシフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(3−メトキシカルボニルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(3−メトキシスルホニルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(4−アセトアミドフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(2−ベンゾチエニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、及びジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩、及びその他同種のもの、並びにそれらの混合物が挙げられる。芳香族ヨードニウム錯塩は、ベーリンガー(Beringer)らの米国化学会誌(J.Am.Chem.Soc.)(81巻、342頁、1959年)の教示に従って、対応する芳香族ヨードニウム単塩(例えばジフェニルヨードニウム重硫酸塩などの)のメタセシスによって調製することができる。
好ましいヨードニウム塩には、ジフェニルヨードニウム塩(ジフェニルヨードニウムクロライド、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート及びジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレートなど)、ジアリールヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩(例えば、サートマー社(Sartomer Company)から入手可能なSARCAT SR 1012)、及びそれらの混合物が挙げられる。
有用なスルホニウム塩には、米国特許第4,250,053号(スミス(Smith))の第1段66行から第4段2行に記載されるスルホニウム塩が挙げられ、このスルホニウム塩は次の式で表すことができる:
式中、R1、R2、及びR3は、それぞれ独立して約4〜約20個の炭素原子を有する芳香族基(例えば、置換又は非置換フェニル、ナフチル、チエニル、及びフラニル、ただし、置換反応は、アルコキシ、アルキルチオ、アリールチオ、ハロゲンなどのような基を伴っていてもよい)、並びに1〜約20個の炭素原子を有するアルキル基から選択される。本明細書で使用するとき、「アルキル」は、置換されたアルキル(例えば、ハロゲン、ヒドロキシ、アルコキシ、又はアリールなどの基で置換された)を含む。R1、R2、及びR3のうちの少なくとも1つは芳香族であり、好ましくはそれぞれが独立して芳香族である。Zは、共有結合、酸素、硫黄、−S(=O)−、−C(=O)−、−(O=)S(=O)−及び−N(R)−からなる群から選択され、Rは、アリール(フェニルなど、約6個〜約20個の炭素のもの)、アシル(アセチル、ベンゾイルなど、約2個〜約20個の炭素のもの)、炭素−炭素結合、又は−(R4−)C(−R5)−であり、R4とR5は独立して、水素と、1個〜約4個の炭素原子を有するアルキル基と、約2個〜約4個の炭素原子を有するアルケニル基とからなる群から選択される。X−は、以下に述べるようなアニオンである。
スルホニウム塩に(及び他の種類の光開始剤のいずれかに)好適なアニオンX−には、例えば、イミド、メチド、ホウ素中心、リン中心、アンチモン中心、ヒ素中心、及びアルミニウム中心のアニオンなど、様々なアニオンの種類が挙げられる。
好適なイミド及びメチドのアニオンの例示的であるが非限定的な例には、(C2F5SO2)2N−、(C4F9SO2)2N−、(C8F17SO2)3C−、(CF3SO2)3C−、(CF3SO2)2N−、(C4F9SO2)3C−、(CF3SO2)2(C4F9SO2)C−、(CF3SO2)(C4F9SO2)N−、((CF3)2NC2F4SO2)2N−、(CF3)2NC2F4SO2C−(SO2CF3)2、(3,5−ビス(CF3)C6H3)SO2N−SO2CF3、C6H5SO2C−(SO2CF3)2、C6H5SO2N−SO2CF3、及びその他同種のものが挙げられる。この種類の好ましいアニオンには、式(RfSO2)3C−が挙げられ、式中、Rfは、1個〜約4個の炭素原子を有するパーフルオロアルキルラジカルである。
好適なホウ素中心のアニオンの例示的ではあるが、非限定的な例には、F4B−、(3,5−ビス(CF3)C6H3)4B−、(C6F5)4B−、(p−CF3C6H4)4B−、(m−CF3C6H4)4B−、(p−FC6H4)4B−、(C6F5)3(CH3)B−、(C6F5)3(n−C4H9)B−、(p−CH3C6H4)3(C6F5)B−、(C6F5)3FB−、(C6H5)3(C6F5)B−、(CH3)2(p−CF3C6H4)2B−、(C6F5)3(n−C18H37O)B−、及びその他同種のものが挙げられる。好ましいホウ素中心のアニオンは一般に、ホウ素に付随した3つ以上のハロゲン置換芳香族炭化水素ラジカルを含み、フッ素が最も好ましいハロゲンである。好ましいアニオンの例示的ではあるが、非限定的な例には、(3,5−ビス(CF3)C6H3)4B−、(C6F5)4B−、(C6F5)3(n−C4H9)B−、(C6F5)3FB−、及び(C6F5)3(CH3)B−が挙げられる。
他の金属又は半金属中心を含有する好適なアニオン類としては、例えば、(3,5−ビス(CF3)C6H3)4Al−、(C6F5)4Al−、(C6F5)2F4P−、(C6F5)F5P−、F 6P−、(C6F5)F5Sb−、F6Sb−、(HO)F5Sb−、及びF6As−が挙げられる。他の有用なホウ素中心の非求核塩、並びに他の金属又は半金属を含んだ他の有用なアニオンが、当業者には(前述の一般式から)容易に明らかとなるため、前述の列挙は全てを網羅しようとしたものではない。
好ましくは、アニオンX−は、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、ヘキサフルオロヒ酸塩、ヘキサフルオロアンチモン酸塩、及びヒドロキシペンタフルオロアンチモン酸塩から選択される(例えば、エポキシ樹脂などのカチオン反応性の化学種と共に使用するため)。
好適なスルホニウム塩光開始剤の例としては、
トリフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
メチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
ジメチルフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
ジフェニルナフチルスルホニウムヘキサフルオロヒ酸塩
トリトリスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
アニシルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
4−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
4−クロロフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリ(4−フェノキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
ジ(4−エトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロヒ酸塩
4−アセトニルフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
4−チオメトキシフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
ジ(メトキシスルホニルフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
ジ(ニトロフェニル)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
ジ(カルボメトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
4−アセトアミドフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
ジメチルナフチルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリフロオロメチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
p−(フェニルチオフェニル)ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
10−メチルフェノキサチイニウム(phenoxathiinium)ヘキサフルオロリン酸塩
5−メチルチアントレニウムヘキサフルオロリン酸塩
10−フェニル−9,9−ジメチルチオキサンテニウム(thioxanthenium)ヘキサフルオロリン酸塩
10−フェニル−9−オキソチオキサンテニウムテトラフルオロホウ酸塩
5−メチル−10−オキソチアントレニウムテトラフルオロホウ酸塩
5−メチル−10,10−ジオキソチアントレニウムヘキサフルオロリン酸塩
好ましいスルホニウム塩には、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩(例えば、サートマー社(Sartomer Company)から入手可能なSARCAT SR1010)、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート(例えば、サートマー社から入手可能なSARCAT SR1011)及びトリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート(例えば、サートマー社から入手可能なSARCAT KI85)などのトリアリール置換塩が挙げられる。
トリフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
メチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
ジメチルフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
ジフェニルナフチルスルホニウムヘキサフルオロヒ酸塩
トリトリスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
アニシルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
4−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
4−クロロフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリ(4−フェノキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
ジ(4−エトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロヒ酸塩
4−アセトニルフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
4−チオメトキシフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
ジ(メトキシスルホニルフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
ジ(ニトロフェニル)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
ジ(カルボメトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
4−アセトアミドフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
ジメチルナフチルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリフロオロメチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
p−(フェニルチオフェニル)ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
10−メチルフェノキサチイニウム(phenoxathiinium)ヘキサフルオロリン酸塩
5−メチルチアントレニウムヘキサフルオロリン酸塩
10−フェニル−9,9−ジメチルチオキサンテニウム(thioxanthenium)ヘキサフルオロリン酸塩
10−フェニル−9−オキソチオキサンテニウムテトラフルオロホウ酸塩
5−メチル−10−オキソチアントレニウムテトラフルオロホウ酸塩
5−メチル−10,10−ジオキソチアントレニウムヘキサフルオロリン酸塩
好ましいスルホニウム塩には、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩(例えば、サートマー社(Sartomer Company)から入手可能なSARCAT SR1010)、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート(例えば、サートマー社から入手可能なSARCAT SR1011)及びトリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート(例えば、サートマー社から入手可能なSARCAT KI85)などのトリアリール置換塩が挙げられる。
好ましい光開始剤には、ヨードニウム塩(より好ましくはアリールヨードニウム塩)、スルホニウム塩、及びそれらの混合物が挙げられる。より好ましいのは、アリールヨードニウム塩及びそれらの混合物である。
図3は、可撓性光導波路12の代表的な形成方法を示すフローチャートである。第1に、また所望によりマスターを形成する(40)。マスターは、多光子硬化、レーザーエッチング、化学的エッチング、ダイヤモンド旋削機械加工(diamond turned machining)等を含む、多くのプロセスの任意の1つによって形成されてもよい。ここで好ましいプロセスは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、現在係属中のPCT公開第2007/137,102号(マーティラ(Martilla)ら)に、更に完全に記載されるように、多光子硬化が挙げられる。多光子硬化は、硬化光の走査によって複雑な三次元構造体の製造を可能にする。光子吸収の確率は、2つの光子プロセスで二乗された光ビームの強度に比例するため、また3又は4の光子プロセスでより高い出力に対応するため、硬化は比較的小さなボクセルに制限される。組成物は、所望により、組成物の結果として照射された部分又は結果として照射されていない部分を除去することにより、現像することができる。多光子硬化は、形状又は占積率がアレイにわたって変化する光抽出構造体30を含む光抽出構造体アレイ14を作製するために有利に使用することができる。
成形型はマスターから形成されてもよく(42)、又は直接形成されてもよい。例えば、成形型はシリコンの化学的エッチング、金属のレーザーエッチング、ダイヤモンド旋削機械加工等を使用して直接形成することができる。
あるいは、成形型はマスターのネガ型(negative)として形成してもよい(42)。これはマスターを電鋳することによって、又は別の材料、例えばシリコーン、フルオロポリマー若しくはオレフィンをマスターの上に型で作ることによって、達成してもよい。放射線硬化性樹脂を使用することもできる。
更に、マスターを形成する工程(40)と成形型を形成する工程(42)との間の中間の工程があってもよい。例えば、マスターは、所望の最終構造体のネガ型となるために、多光子硬化によって形成されてもよい。マスターを次に電鋳し、ポジ型成形型をもたらし、それによりシリコーンが成形されて最終的な成形型をもたらすが、これは所望の可撓性光導波路12を複製するのに使用される。
最終的な成形型、すなわち、可撓性光導波路12を作製するのに使用される成形型は、上記の記載から明らかのように、可撓性又は剛性のいずれかであってもよい。成形型は、ニッケル、若しくは電鋳法プロセスと適合性のある別の金属を含んでもよく、又は成形型は高分子材料、例えば、シリコーン、オレフィン、フルオロポリマー等を含んでもよい。成形型は好ましくは、可撓性光導波路12の量産に使用され、そのため耐久性は、成形型を作製するときに、検討すべき重要な要因である。
可撓性光導波路12を作製するために成形型を使用するとき、未成形樹脂をまず成形型と接触させる(44)。未成形樹脂は、アクリレート類、シリコーン類、ウレタン類などの未硬化のポリマー前駆体であってもよく、又はその軟化点若しくは融点よりも上での熱可塑性材料であってもよい。成形型は、例えば成形型の中に樹脂を注ぐこと、射出成形、コーティングプロセス等により、未成形樹脂で充填することができる。あるいは、成形型は、例えば、バッチ若しくは連続プロセスで未硬化樹脂のシートと接触させてもよい。いったん樹脂と成形型を密接させると(46)、未成形樹脂は、未硬化のポリマー前躯体及び熱可塑性の場合、硬化又は冷却のいずれかにより成形される(46)。成形された樹脂は次いで成形型から取り外され、縁部の切り取りなど、任意の必要とされる仕上げが実施される。
上記で簡単に記載したように、本開示の可撓性光導波路12は、入力デバイスにバックライトを提供するためのシステムに使用することができる。図4は、携帯電話のキーパッド組立品60内で使用される可撓性光導波路の実施形態を示す横断面図である。可撓性光導波路12は、複数のキー62とドームシート64との間に配置され、一方の端部は側面発光型LED 7に隣接する。可撓性光導波路12は、複数の光抽出構造体アレイ14も含み、これらのそれぞれは複数の光抽出構造体30を含む。各光抽出構造体アレイ14は、対応するキー62の下に配置され、キー62に光を方向付ける。ドームシート64は、導電性ポプル66及びスペーサー接着剤68を被覆する。
ユーザーがキー62を押圧する(矢印80)とき、対応する凸部78も押し下げられ、凸部78に隣接する可撓性光導波路12の部分に接触する。ユーザーが更にキー62を押圧すると、可撓性光導波路12は変形し、ドームシート64に接触し、ドームシート64もまた変形する。ドームシート64は隣接するポプル66に接触し、ポプル66は変形され、ポプル66の少なくとも一部が裏返しに押されたとき「跳ね上がる」。これは触覚フィードバックを引き起こし、またポプル66の少なくとも一部を、電気接点70の少なくとも一部に接触させる。この接触は電子回路を閉じさせ、キーの押圧として解釈される。したがって、上に記載のように、好ましい可撓性光導波路12は、ポプル66が「跳ね上がり」、電気接点70と電気接点を作るように、キー62に適用された力をポプル66に有効に伝える。
シリコーン成形型の調製
まず第1に、2つの光子マスターを電鋳することによってニッケルマスターを準備した。未硬化シリコーン(300g)、及びカリフォルニア州タスチン(Tustin)のBJBエンタープライズ社(BJB Enterprises, Inc.)からTC−5045A/Bとして入手可能な触媒(30g)を、約5分間、赤い縞がなくピンク色一色になるまで混合する。次いで、この混合物を室温で真空下に約30分間配置し、混合物から任意の気泡を取り除く。この混合物を次いで、ニッケルマスター全体に注ぎ、光抽出構造体のネガ型印象材を作製する。この混合物を約10分間置いて、注いだことによってニッケル−シリコーンの境界面で閉じ込められたいずれかの気泡を取り除いた。このマスター及びシリコーン混合物を次いで、約65℃に加熱されたオーブンに約1.5時間置いた。オーブンから取り出すと、マスター及びシリコーン成形型を少なくとも10分間冷却し、次いでシリコーン成形型をニッケルマスターから取り外した。
まず第1に、2つの光子マスターを電鋳することによってニッケルマスターを準備した。未硬化シリコーン(300g)、及びカリフォルニア州タスチン(Tustin)のBJBエンタープライズ社(BJB Enterprises, Inc.)からTC−5045A/Bとして入手可能な触媒(30g)を、約5分間、赤い縞がなくピンク色一色になるまで混合する。次いで、この混合物を室温で真空下に約30分間配置し、混合物から任意の気泡を取り除く。この混合物を次いで、ニッケルマスター全体に注ぎ、光抽出構造体のネガ型印象材を作製する。この混合物を約10分間置いて、注いだことによってニッケル−シリコーンの境界面で閉じ込められたいずれかの気泡を取り除いた。このマスター及びシリコーン混合物を次いで、約65℃に加熱されたオーブンに約1.5時間置いた。オーブンから取り出すと、マスター及びシリコーン成形型を少なくとも10分間冷却し、次いでシリコーン成形型をニッケルマスターから取り外した。
ポリプロピレン成形型の調製
まず第1に、2つの光子マスターを電鋳することによってニッケルマスターを準備した。光抽出形状をポリプロピレンシートに面した状態で、ニッケルマスターを、20×40×0.6cm(8”×16”×1/4”)のポリプロピレンのシート上に配置した。ポリプロピレンシートを、1.2cm(1/8”)厚さのアルミニウムシート上に配置し、ニッケルマスターを、シリコーンコーティングされたポリエステル剥離ライナーと共に上から被覆した。このサンドイッチ構造体を、温度制御された圧縮成形装置(インディアナ州ウォバッシュ(Wabash)のウォバッシュ(Wabash)MPI)の2つの圧盤の間に配置した。成形装置内の上部及び下部の圧盤をそれぞれ138℃及び32℃(280°F及び90°F)の温度にそれぞれセットした。圧力を漸増式に15秒かけて10.6Mg(10トン)に増加し、10.6Mg(10トン)で15秒間保持した。圧力を抜いた後、温度制御された圧縮成形装置からサンドイッチ構造体を取り出した。ニッケル成形型をポリプロピレンシートから取り外し、シートを次いで、シリコーン処理されたポリエステル剥離ライナーの2つの層の間に配置し、室温の圧縮成形装置の中に配置した。13.79MPa(2000psi)の圧力を2番目の層の構造体に10分間かけた。2×3の配置で6つの同一の抽出パターンを有するポリプロピレン成形型を作製するために、上記のプロセスをポリプロピレンの同じ片上に6回繰り返した。加熱中に、ポリプロピレンシートの中に取り込まれた任意のゆがみを除去するために、皿ビスを使用してポリプロピレンシートを3.175mm(1/8インチ)厚さのアルミニウムプレートに締め付けた。
まず第1に、2つの光子マスターを電鋳することによってニッケルマスターを準備した。光抽出形状をポリプロピレンシートに面した状態で、ニッケルマスターを、20×40×0.6cm(8”×16”×1/4”)のポリプロピレンのシート上に配置した。ポリプロピレンシートを、1.2cm(1/8”)厚さのアルミニウムシート上に配置し、ニッケルマスターを、シリコーンコーティングされたポリエステル剥離ライナーと共に上から被覆した。このサンドイッチ構造体を、温度制御された圧縮成形装置(インディアナ州ウォバッシュ(Wabash)のウォバッシュ(Wabash)MPI)の2つの圧盤の間に配置した。成形装置内の上部及び下部の圧盤をそれぞれ138℃及び32℃(280°F及び90°F)の温度にそれぞれセットした。圧力を漸増式に15秒かけて10.6Mg(10トン)に増加し、10.6Mg(10トン)で15秒間保持した。圧力を抜いた後、温度制御された圧縮成形装置からサンドイッチ構造体を取り出した。ニッケル成形型をポリプロピレンシートから取り外し、シートを次いで、シリコーン処理されたポリエステル剥離ライナーの2つの層の間に配置し、室温の圧縮成形装置の中に配置した。13.79MPa(2000psi)の圧力を2番目の層の構造体に10分間かけた。2×3の配置で6つの同一の抽出パターンを有するポリプロピレン成形型を作製するために、上記のプロセスをポリプロピレンの同じ片上に6回繰り返した。加熱中に、ポリプロピレンシートの中に取り込まれた任意のゆがみを除去するために、皿ビスを使用してポリプロピレンシートを3.175mm(1/8インチ)厚さのアルミニウムプレートに締め付けた。
ポリウレタン光導波路の調製
シリコーン成形型を次いで使用して、ポリウレタン光導波路を調製した。タイプAのポリウレタン約75gをビーカー内に配置し、真空に約55℃で約2時間配置した。同様に、タイプBのポリウレタン約75gを、一滴(約0.022g)のジブチルすずジアセタート(dibutyl tin diacetate)触媒と共に混合し、ビーカーを真空に約55℃で約2時間配置した。このポリウレタンを次いで、移動させ、ミックスパック(Mixpac)400mLの分配カートリッジ(ニューハンプシャー州セーレム(Salem)のConProTec Inc.)に分け、この分配カートリッジを、ノズルを下向きにしてビーカー内に配置し、約55℃で真空中に更に1時間配置した。
シリコーン成形型を次いで使用して、ポリウレタン光導波路を調製した。タイプAのポリウレタン約75gをビーカー内に配置し、真空に約55℃で約2時間配置した。同様に、タイプBのポリウレタン約75gを、一滴(約0.022g)のジブチルすずジアセタート(dibutyl tin diacetate)触媒と共に混合し、ビーカーを真空に約55℃で約2時間配置した。このポリウレタンを次いで、移動させ、ミックスパック(Mixpac)400mLの分配カートリッジ(ニューハンプシャー州セーレム(Salem)のConProTec Inc.)に分け、この分配カートリッジを、ノズルを下向きにしてビーカー内に配置し、約55℃で真空中に更に1時間配置した。
シリコーン成形型を、ポリウレタン光導波路を成型する前に約99℃で少なくとも1時間予備加熱した。シリコーンがウレタンの硬化発熱中に不均一に膨張しないように、予備加熱でシリコーンを膨張させる。不均一な膨張は、所望の形状へのウレタン光導波路の忠実度を低下させるであろう。
2倍の長さの静止ミキサー(ニューハンプシャー州セーレム(Salem)のConProTec Inc.のMC 05−32)を、充填されたMixpacカートリッジの端部に取り付け、2つのポリウレタン前躯体の十分な混合を促進した。カートリッジに気泡がないということを確認した後、未硬化のポリウレタン樹脂を成形型の空洞の中心に分配した。未硬化のポリウレタン樹脂を、剥離ライナーで被覆し、成形型を99℃で約5分間オーブンの中に配置した。成形型及び硬化されたポリウレタン光導波路を次いでオーブンから取り出し、ポリウレタン光導波路を成形型から取り外す前に約5〜10分かけて室温に冷却した。
ポリプロピレン成形型からのシリコーン光導波路の調製
シリコーン光導波路は、ポリプロピレン成形型から調製することができる。シリコーン約1.1gをポリプロピレン成形型の中に注ぎ、剥離ライナーをシリコーンの上に配置した。任意の余剰の材料は、スキージで成形型から取り除いた。PP成形型及びシリコーンを365nmのUVブラックライトの下に約10分間置いて、シリコーンの硬化を生じさせた。UVブラックライトから取り出して、シリコーンをPP成形型から取り外した。
シリコーン光導波路は、ポリプロピレン成形型から調製することができる。シリコーン約1.1gをポリプロピレン成形型の中に注ぎ、剥離ライナーをシリコーンの上に配置した。任意の余剰の材料は、スキージで成形型から取り除いた。PP成形型及びシリコーンを365nmのUVブラックライトの下に約10分間置いて、シリコーンの硬化を生じさせた。UVブラックライトから取り出して、シリコーンをPP成形型から取り外した。
アクリル酸ウレタン配合物の調製
2つの脂肪族ポリエステル系ウレタンジアクリレートオリゴマー(ペンシルバニア州エクストン(Exton)のサートマー社(Sartomer Company)からCN964及びCN965として入手可能)を、単官能アクリレート(ぺンシルバニア州エクストン(Exton)の(サートマー社(Sartomer Company)からSR265として入手可能)、酸化防止剤(ニューヨーク州タリタウン(Tarrytown)のチバ・スペシャルティ・ケミカルズ社(Ciba Specialty Chemicals)からイルガノックス(Irganox)1076として入手可能)及び光開始剤(ニュージャージー州フローラムパーク(Florham Park)のBASFケミカル社(BASF Chemical Company)からルセリン(Lucerin)TPO−Lとして入手可能)と共に使用した。12の配合物を表1に示すとおりに、調製した。
2つの脂肪族ポリエステル系ウレタンジアクリレートオリゴマー(ペンシルバニア州エクストン(Exton)のサートマー社(Sartomer Company)からCN964及びCN965として入手可能)を、単官能アクリレート(ぺンシルバニア州エクストン(Exton)の(サートマー社(Sartomer Company)からSR265として入手可能)、酸化防止剤(ニューヨーク州タリタウン(Tarrytown)のチバ・スペシャルティ・ケミカルズ社(Ciba Specialty Chemicals)からイルガノックス(Irganox)1076として入手可能)及び光開始剤(ニュージャージー州フローラムパーク(Florham Park)のBASFケミカル社(BASF Chemical Company)からルセリン(Lucerin)TPO−Lとして入手可能)と共に使用した。12の配合物を表1に示すとおりに、調製した。
12の配合物を、ハウスチャイルド(Hauschild)DAC 400FV(Z)(サウスカロライナ州ランドラム(Landrum)のフラックテック社(FlackTek Inc.)から入手可能)内で各成分の適切な量を、2200rpmで2回の4分間混合サイクルにわたって混合することによって調製した。配合物のそれぞれを、約70℃の真空下で約30分間脱気し、次いで試料を引張試験、DMA試験、屈折率及び触覚応答試験のためにサンプルを準備するために使用した。
アクリル酸ウレタン光導波路の調製
様々な厚さの光導波路サンプルを、上記の実施例2に記載したポリプロピレン成形型を使用して調製した。PP成形型を充填し、剥離コーティングがされていない0.127mm(0.005インチ)のポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムのカバーシートで被覆し、ナイフコーターのバーの下に配置した。190〜700μmの様々な厚さを有する光導波路のサンプルを調製した。PPツール/光導波路コーティング/PETカバーシートの得られるサンドイッチ構造体を、水銀「H」バルブ及びLC−6卓上コンベヤーを備えたフュージョンシステムズ(Fusion Systems)F300S(メリーランド州ゲイサーズバーグ(Gaithersburg)のフュージョンUVシステムズ社(Fusion UV Systems, Inc.))を使用してUV光に曝露した。各ラミネートを約10.7cm/秒(0.35ft/秒)の速度でベルトコンベヤー上に配置し、ラミネートの各面をランプの下に2回通過させた。曝露の後、光導波路及びPETカバーシートをラミネートとしてPP成形型より取り外し、剥離コーティングされたPETシートを、曝露された光導波路の表面に保護用に適用した。個々の光導波路のサンプルを次いで、CO2レーザーを使用して、両方のPETフィルムを残したまま、6つのサンプル集合体から切り取った。最後に、個々の光導波路の厚さの測定を各サンプル調製に対して実施した。
様々な厚さの光導波路サンプルを、上記の実施例2に記載したポリプロピレン成形型を使用して調製した。PP成形型を充填し、剥離コーティングがされていない0.127mm(0.005インチ)のポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムのカバーシートで被覆し、ナイフコーターのバーの下に配置した。190〜700μmの様々な厚さを有する光導波路のサンプルを調製した。PPツール/光導波路コーティング/PETカバーシートの得られるサンドイッチ構造体を、水銀「H」バルブ及びLC−6卓上コンベヤーを備えたフュージョンシステムズ(Fusion Systems)F300S(メリーランド州ゲイサーズバーグ(Gaithersburg)のフュージョンUVシステムズ社(Fusion UV Systems, Inc.))を使用してUV光に曝露した。各ラミネートを約10.7cm/秒(0.35ft/秒)の速度でベルトコンベヤー上に配置し、ラミネートの各面をランプの下に2回通過させた。曝露の後、光導波路及びPETカバーシートをラミネートとしてPP成形型より取り外し、剥離コーティングされたPETシートを、曝露された光導波路の表面に保護用に適用した。個々の光導波路のサンプルを次いで、CO2レーザーを使用して、両方のPETフィルムを残したまま、6つのサンプル集合体から切り取った。最後に、個々の光導波路の厚さの測定を各サンプル調製に対して実施した。
引張試験
犬の骨(Dogbone)形状の引張試料を、上記の配合物のそれぞれから準備した。第1に、15.25cm(6インチ)幅×127μm(0.005インチ)厚さのシリコーンコーティングされたPET剥離ライナーを、バーとフィルムセットとの間の間隙を623μm(0.025インチ)にセットした状態で、ナイフコーターのバーの下に配置した。トップフィルムをバーの上にかけて、50グラムの量の所望の配合物をフィルムの間のバーの背後とバーに対して直接配置した。両方のフィルムを次いで、バーの間隙を通して引張り、ラミネート又はサンドイッチ構造体を作製した。ラミネートは、「H」バルブ及びLC−6卓上コンベヤーを備えたフュージョンシステムズ(Fusion Systems)F300S(メリーランド州ゲイサーズバーグ(Gaithersburg)のフュージョンUVシステム社(Fusion UV Systems, Inc.))からのUV光に曝露させることによって硬化させた。各ラミネートを約10.67cm/秒(0.35ft/秒)の速度でベルトコンベヤー上に配置し、ラミネートの各面をランプの下に2回通過させた。引張試料を、ダイがASTM D638タイプIV寸法に合う尺度で、硬化したラミネートから切断した。1分当たり100%伸度の伸長速度に設定したインストロン(Instron)5400引張試験装置(メリーランド州ノーウッド(Norwood)のインストロン社(Instron Corp.))上で引張試験を実施した。表IIは、各サンプル用の5つの試料の平均を示す。
犬の骨(Dogbone)形状の引張試料を、上記の配合物のそれぞれから準備した。第1に、15.25cm(6インチ)幅×127μm(0.005インチ)厚さのシリコーンコーティングされたPET剥離ライナーを、バーとフィルムセットとの間の間隙を623μm(0.025インチ)にセットした状態で、ナイフコーターのバーの下に配置した。トップフィルムをバーの上にかけて、50グラムの量の所望の配合物をフィルムの間のバーの背後とバーに対して直接配置した。両方のフィルムを次いで、バーの間隙を通して引張り、ラミネート又はサンドイッチ構造体を作製した。ラミネートは、「H」バルブ及びLC−6卓上コンベヤーを備えたフュージョンシステムズ(Fusion Systems)F300S(メリーランド州ゲイサーズバーグ(Gaithersburg)のフュージョンUVシステム社(Fusion UV Systems, Inc.))からのUV光に曝露させることによって硬化させた。各ラミネートを約10.67cm/秒(0.35ft/秒)の速度でベルトコンベヤー上に配置し、ラミネートの各面をランプの下に2回通過させた。引張試料を、ダイがASTM D638タイプIV寸法に合う尺度で、硬化したラミネートから切断した。1分当たり100%伸度の伸長速度に設定したインストロン(Instron)5400引張試験装置(メリーランド州ノーウッド(Norwood)のインストロン社(Instron Corp.))上で引張試験を実施した。表IIは、各サンプル用の5つの試料の平均を示す。
動的粘弾性測定試験
動的粘弾性測定用のサンプルを引張試験で使用したものと同様に調製した。具体的には、15.25cm(6インチ)幅×127μm(0.005インチ)厚さのシリコーンコーティングされたPET剥離ライナーを、ナイフコーターのバーの下に、バーとフィルムセットとの間に63.5μm(0.025インチ)の間隙を有した状態で配置した。トップフィルムをバーの上にかけて、50グラムの量の所望の配合物をフィルムの間のバーの背後とバーに対して直接配置した。両方のフィルムを次いで、バーの間隙を通して引張り、ラミネート又はサンドイッチ構造体を作製した。ラミネートは、「H」バルブ及びLC−6卓上コンベヤーを備えたフュージョンシステムズ(Fusion Systems)F300S(メリーランド州ゲイサーズバーグ(Gaithersburg)のフュージョンUVシステム社(Fusion UV Systems, Inc.))からのUV光に曝露させることによって硬化させた。各ラミネートを約10.7cm/秒(0.35ft/秒)の速度でベルトコンベヤー上に配置し、ラミネートの各面をランプの下に2回通過させた。ライナーを取り外した後、引張試料を次いで切断した。TA Q800 DMA装置を、周波数1Hz、最大変位15μm及び上昇率3℃/分で温度範囲−50℃〜150℃にて引張モードで使用した。Tgは、弾性率G’及びG”それぞれの測定された弾性及び非弾性成分から計算されたtan(δ)のピーク最大値から決定した。結果を下表IIIに示す。
動的粘弾性測定用のサンプルを引張試験で使用したものと同様に調製した。具体的には、15.25cm(6インチ)幅×127μm(0.005インチ)厚さのシリコーンコーティングされたPET剥離ライナーを、ナイフコーターのバーの下に、バーとフィルムセットとの間に63.5μm(0.025インチ)の間隙を有した状態で配置した。トップフィルムをバーの上にかけて、50グラムの量の所望の配合物をフィルムの間のバーの背後とバーに対して直接配置した。両方のフィルムを次いで、バーの間隙を通して引張り、ラミネート又はサンドイッチ構造体を作製した。ラミネートは、「H」バルブ及びLC−6卓上コンベヤーを備えたフュージョンシステムズ(Fusion Systems)F300S(メリーランド州ゲイサーズバーグ(Gaithersburg)のフュージョンUVシステム社(Fusion UV Systems, Inc.))からのUV光に曝露させることによって硬化させた。各ラミネートを約10.7cm/秒(0.35ft/秒)の速度でベルトコンベヤー上に配置し、ラミネートの各面をランプの下に2回通過させた。ライナーを取り外した後、引張試料を次いで切断した。TA Q800 DMA装置を、周波数1Hz、最大変位15μm及び上昇率3℃/分で温度範囲−50℃〜150℃にて引張モードで使用した。Tgは、弾性率G’及びG”それぞれの測定された弾性及び非弾性成分から計算されたtan(δ)のピーク最大値から決定した。結果を下表IIIに示す。
触覚応答
光導波路サンプルの触覚応答及び光抽出を試験するために、無作為に選択した光導波路試料を上記の図4に関して記載したように、ポプル、ドームシート、光導波路及びキーパッドの携帯電話組立品の中に挿入した。複数のキーを押して、金属のポプルに対して十分な接触がなされ、押圧及び「カチッという音(click)」となるかどうかを確認した。触覚応答は、1〜4の評価システムを使用して定性的に測定し、このシステムでは、1=良好、2=あまりよくない、3=弱い、4=なし、である。表IV〜XVに見出すことができるように、触覚応答は、厚さと引張係数の組み合わせの結果である。光導波路の最小厚さが光抽出構造体の高さによって制限され、最大厚さは、キーパッド組立品に割り当てられた総高さ及びキーパッド組立内の他の構成要素の高さによって制限される。以下のデータに基づいて、許容可能な光導波路材料は、約1MPa〜約70MPa、好ましくは約1MPa〜約20MPa、及びいくつかの実施形態において最も好ましくは約1MPa〜約15MPaの範囲の引張係数を有するということが分かり得る。更に、いくつかの実施形態において、許容可能な光導波路材料は約−5℃〜約45℃、好ましくは約0℃〜約30℃、最も好ましくは約0℃〜約20℃のTgを有するということは明白である。
光導波路サンプルの触覚応答及び光抽出を試験するために、無作為に選択した光導波路試料を上記の図4に関して記載したように、ポプル、ドームシート、光導波路及びキーパッドの携帯電話組立品の中に挿入した。複数のキーを押して、金属のポプルに対して十分な接触がなされ、押圧及び「カチッという音(click)」となるかどうかを確認した。触覚応答は、1〜4の評価システムを使用して定性的に測定し、このシステムでは、1=良好、2=あまりよくない、3=弱い、4=なし、である。表IV〜XVに見出すことができるように、触覚応答は、厚さと引張係数の組み合わせの結果である。光導波路の最小厚さが光抽出構造体の高さによって制限され、最大厚さは、キーパッド組立品に割り当てられた総高さ及びキーパッド組立内の他の構成要素の高さによって制限される。以下のデータに基づいて、許容可能な光導波路材料は、約1MPa〜約70MPa、好ましくは約1MPa〜約20MPa、及びいくつかの実施形態において最も好ましくは約1MPa〜約15MPaの範囲の引張係数を有するということが分かり得る。更に、いくつかの実施形態において、許容可能な光導波路材料は約−5℃〜約45℃、好ましくは約0℃〜約30℃、最も好ましくは約0℃〜約20℃のTgを有するということは明白である。
実施例13〜15
これらの実施例の配合物は、材料が以下の表VIIIに示されるとおり変化していることを除き、上記の手順を使用して作製した。使用した材料は:CN9009脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー、SR256−2(2−エトキシエトキシ)エチルアクリレート、SR230ジエチレングリコールジアクリレート、SR508ジプロピレングリコールジアクリレート、及びSR268テトラエチレングリコールジアクリレートであった。CN965、CN9009、SR256、SR230、SR508、SR268は全てペンシルバニア州エクストン(Exton)のサートマー社(Sartomer Company)から入手した。エベクリル(Ebecryl)4833脂肪族ウレタンジアクリレートは、ジョージア州スマーナ(Smyrna)のサイテック・サーフェス・スペシャリティーズ社(Cytec Surface Specialties Inc.)から入手した。
これらの実施例の配合物は、材料が以下の表VIIIに示されるとおり変化していることを除き、上記の手順を使用して作製した。使用した材料は:CN9009脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー、SR256−2(2−エトキシエトキシ)エチルアクリレート、SR230ジエチレングリコールジアクリレート、SR508ジプロピレングリコールジアクリレート、及びSR268テトラエチレングリコールジアクリレートであった。CN965、CN9009、SR256、SR230、SR508、SR268は全てペンシルバニア州エクストン(Exton)のサートマー社(Sartomer Company)から入手した。エベクリル(Ebecryl)4833脂肪族ウレタンジアクリレートは、ジョージア州スマーナ(Smyrna)のサイテック・サーフェス・スペシャリティーズ社(Cytec Surface Specialties Inc.)から入手した。
実施例16
メタクリレート官能化アクリレートオリゴマー(US2007−191506号「光学物品用硬化性組成物(Curable Compositions for Optical Articles)」に記載されるように)をプラスチック製混合用カップに移した。メタクリレート官能基を各末端部に有するアルキレングリコールオリゴマー(ドイツ、モンハイム(Monheim)のコグニス(Cognis)から入手可能なビソマー(Bisomer)EP100 DMA)を、アクリレートオリゴマーのアクリレートグリコールオリゴマーに対する重量比が64:36になるように添加した。酸化防止剤として0.3重量%のオクタデシル3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート(ミズーリ州セントルイス(St. Louis)のシグマ・アルドリッチ社(Sigma-Aldrich))を添加し、0.5重量%の光開始剤(ニュージャージー州フローラムパーク(Florham Park)のBASFケミカル社(BASF Chemical Co.)からのルセリン(Lucerin)TPO−L)を添加した。この混合物を110℃まで加熱し、DAC 150 FVスピードミキサー(Speed Mixer)(サウスカロライナ州ランドラム(Landrum)のフラックテック社(FlackTek Inc.)から入手可能)上で3分間混合した。
メタクリレート官能化アクリレートオリゴマー(US2007−191506号「光学物品用硬化性組成物(Curable Compositions for Optical Articles)」に記載されるように)をプラスチック製混合用カップに移した。メタクリレート官能基を各末端部に有するアルキレングリコールオリゴマー(ドイツ、モンハイム(Monheim)のコグニス(Cognis)から入手可能なビソマー(Bisomer)EP100 DMA)を、アクリレートオリゴマーのアクリレートグリコールオリゴマーに対する重量比が64:36になるように添加した。酸化防止剤として0.3重量%のオクタデシル3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート(ミズーリ州セントルイス(St. Louis)のシグマ・アルドリッチ社(Sigma-Aldrich))を添加し、0.5重量%の光開始剤(ニュージャージー州フローラムパーク(Florham Park)のBASFケミカル社(BASF Chemical Co.)からのルセリン(Lucerin)TPO−L)を添加した。この混合物を110℃まで加熱し、DAC 150 FVスピードミキサー(Speed Mixer)(サウスカロライナ州ランドラム(Landrum)のフラックテック社(FlackTek Inc.)から入手可能)上で3分間混合した。
実施例17
DMA50手動分配銃(dispensing gun)から分配し混合した3M社(3M)製品を使用して、二液型エポキシ(3M社(3M)からのスコッチウェルド(Scotchweld)DP−460NS)を調製した。粘弾性試験の結果データの以下の表は、上記の手順に従って得られた。この表中で「−−」は、特性が試験されなかったことを示す。
DMA50手動分配銃(dispensing gun)から分配し混合した3M社(3M)製品を使用して、二液型エポキシ(3M社(3M)からのスコッチウェルド(Scotchweld)DP−460NS)を調製した。粘弾性試験の結果データの以下の表は、上記の手順に従って得られた。この表中で「−−」は、特性が試験されなかったことを示す。
Tgの以下の表は、上記の動的粘弾性測定(DMA)法を使用して得られた。この表中「−−」は、特性が試験されなかったことを示す。
本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない本発明の様々な変更や改変は、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されず、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する特許請求の範囲によってのみ限定される説明図及び実施例によって提示されることを理解すべきである。本明細書で引用された各参照は、その全体が参照により組み込まれる。
Claims (13)
- 23℃で約1MPa〜約70MPaの引張係数、約0.0279cm−1未満の可視スペクトルでの吸光度、約1.35〜約1.65の屈折率、及び約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する材料を含む可撓性光導波路であって、前記光導波路が複数の光抽出構造体を更に含む、可撓性光導波路。
- 前記引張係数が23℃で約1MPa〜約20MPaであり、前記可視スペクトルでの前記吸光度が約0.0203cm−1未満であり、前記屈折率が約1.4〜約1.55であり、前記厚さが約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルであり、前記光導波路が複数の光抽出構造体を更に含む、請求項1に記載の可撓性光導波路。
- 前記複数の光抽出構造体の少なくとも1つが凹部を含む、請求項1に記載の可撓性光導波路。
- 23℃で約45MPa〜約2500MPaの動的曲げ係数引張係数、約0.0132cm−1未満の吸光度、約1.45〜約1.53の屈折率、及び約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する材料を含む可撓性光導波路であって、前記光導波路が複数の光抽出構造体を更に含む、可撓性光導波路。
- 前記複数の光抽出構造体の少なくとも1つが凹部を含む、請求項4に記載の可撓性光導波路。
- キーパッドと、
23℃で約1MPa〜約70MPaの引張係数、約0.0279cm−1未満の可視スペクトルでの吸光度、約1.35〜約1.65の屈折率、及び約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する材料を含む可撓性光導波路と、を含むデバイスであって、前記光導波路が複数の光抽出構造体を更に含む、デバイス。 - 前記複数の光抽出構造体の少なくとも1つが凹部を含む、請求項6に記載のデバイス。
- 前記引張係数が23℃で約1MPa〜約20MPaであり、前記可視スペクトルでの前記吸光度が約0.0203cm−1であり、前記屈折率が約1.4〜約1.55であり、前記厚さが約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルであり、前記光導波路が複数の光抽出構造体を更に含む、請求項6に記載のデバイス。
- 前記複数の光抽出構造体の少なくとも1つが凹部を含む、請求項8に記載のデバイス。
- 複数の光抽出構造体を含む成形型を提供する工程と、
アクリレート官能基、ウレタン官能基、シリコーン官能基、ウレタン−アクリレート官能基の少なくとも1種を含む未硬化樹脂を接触させる工程と、
前記未硬化樹脂を硬化させて、複数の光抽出構造体を含み、23℃で約1MPa〜約70MPaの引張係数、約0.0279cm−1未満の可視スペクトルでの吸光度、約1.35〜約1.65の屈折率、及び約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルの厚さを有する可撓性光導波路を形成する工程と、を含む、方法。 - 前記未硬化樹脂を硬化させる前記工程が、前記未硬化樹脂を硬化させて、複数の光抽出構造体を含み、引張係数が23℃で約1MPa〜約20MPaであり、前記可視スペクトルでの前記吸光度が約0.0203cm−1未満であり、前記屈折率が約1.4〜約1.55であり、前記厚さが約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルである可撓性光導波路を形成する工程を含む、請求項10に記載の方法。
- 少なくとも1種のアクリレートを含む可撓性光導波路であって、引張係数が23℃で約1MPa〜約20MPaであり、可視スペクトルでの吸光度が約0.0203cm−1未満であり、屈折率が約1.4〜約1.55であり、厚さが約50マイクロメートル〜約700マイクロメートルであり、前記光導波路が複数の光抽出構造体を更に含む、可撓性光導波路。
- 前記複数の光抽出構造体の少なくとも1つが凹部を含む、請求項12に記載の可撓性光導波路。
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