用于光学应用的纳米多孔层制造技术

本发明专利技术涉及一种包括基底层和层的层结构，所述层包含许多氧化硅粒子，其中所述氧化硅粒子具有带正电荷的表面(PCS层)，所述PCS层至少部分地叠加至所述基底层，并且其中所述PCS层的折射率小于1.2；一种用于制造具有基底和PCS层的所述层结构的方法；一种可通过所述方法获得的层结构；包括所述层结构的光学器件以及PCS层的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种包括基底层和层的层结构，所述层包含许多氧化硅粒子，其中所述氧化硅粒子具有带正电荷的表面(PCS层)，所述PCS层至少部分地叠加至所述基底层，并且其中所述PCS层的折射率小于1.2；一种用于制造具有基底和PCS层的所述层结构的方法；一种可通过所述方法获得的层结构；包括所述层结构的光学器件以及PCS层的用途。【专利说明】用于光学应用的纳米多孔层 本专利技术涉及一种包括基底层和层的层结构，所述层包含许多氧化硅粒子，其中所 述氧化硅粒子具有带正电荷的表面（以下被称为：PCS层），所述PCS层至少部分地叠加至 所述基底层，其中所述PCS层的折射率小于1. 2 ;-种用于制造具有基底和PCS层的层结构 的方法；一种可通过所述方法获得的层结构；包括所述层结构的光学器件以及PCS层的用 途。 在多种应用中，存在对薄、光滑、透明和/或绝热膜不断增加的需求。突出的实例 是光电应用，其中需要膜具有前述特性中的两种以上的组合。此外，一直存在着一方面小型 化而另一方面改进效率的趋势。因此，为开发更薄、更光滑、更透明和/或绝热性更好的层， 一直在付出努力。 尤其是在光电应用中，不断寻找具有低折射率（nD)的材料。使用这些材料制造多 层膜和涂层，以获得提供对通过的光高透射、低反射和低吸收的层。转向可用于制造此类层 的材料，致密物质是限制使用的，因为大多数透明材料，如玻璃和PMMA具有大于1.45的折 射率。仅存在具有在1. 0 (空气）至1. 45范围内的折射率的少数固体材料，例如具有nD2° = 1. 38的氟化镁、氟化钠（nD2° = 1. 32)以及一些有机含氟化合物，其折射率在1. 34-1. 38的 范围内。 一种途径是，使用化合物如氧化铝（nD2° = 1. 76)、勃姆石（nD2° = 1. 65)或非晶氧 化硅（nD2° = 1. 46)制造多孔材料，从而达到小于nD2° = 1. 4的折射率。这些新型材料的实 例是通常所说的气凝胶，即在二氧化硅结构中包括大于90%的孔（空气）的微孔二氧化硅。 通过调节孔体积和尺寸，即二氧化硅结构中空气的分数，可获得具有在1. 02至1. 46之间任 何折射率的材料。然而，气凝胶对水敏感并且在潮湿条件下劣化。这使得制造工艺甚至更 加复杂，因为气凝胶通常是在溶胶-凝胶法中制造的。因此，气凝胶结构的缺陷是普遍的。 气凝胶法的另一个缺点是使用原硅酸四甲酯，它是有毒的并且此外是难以处理的。已经阐 述了备选的制造方法，但是这些方法暗含其他缺点，如对可获得的折射率的限制（BASF法） 或低的转化率。从工业的观点来看，另外的缺点是，在许多基底上不能直接沉积气凝胶，因 为基底不会接受由溶胶-凝胶法获得气凝胶所需的干燥条件。在将气凝胶用于印刷电路板 上或者用于生产多层结构（例如，发光器件或导光器件）中，这种是特别的缺点。所有这些 暗示限制了气凝胶的使用，并且在工业生产中是明显的成本因素。最后，大规模的制造是非 常有限的。 另一种得到低折射率的层的途径是溶胶-凝胶涂布法，其中，将溶胶，例如硅溶胶 (阴离子）或铝溶胶（带正电荷），涂覆至基底上。之后在液相蒸发期间通过剩余粒子的聚 集而形成多孔层的前体。最后，热解移除聚集层的有机残余物并且有利于进一步的缩聚反 应，并且因此支持所得到的多孔层的机械稳定性。在溶剂蒸发期间，层发生一些收缩，这导 致裂纹形成。在热解期间，因为作用于层的热应力，促进裂纹的进一步形成。然而，当光通 过该层时，这些裂纹引起层中的散射现象。 此外，无机层通常是脆性的并且不充分附着至基底，例如塑料片材。然而，目前的 光学和电学器件通常需要是至少在某种程度上可弯曲的。持久的粘合是另外所必需的。解 决这些问题的常见方式是使用粘合促进剂。然而，粘合促进剂是有机、致密材料，其具有比 多孔层高的折射率。此外，粘合促进剂不仅会在层-基底界面处提供粘合，但是还会填充多 孔层的孔。这样，层结构的折射率将会增加。 因此，在对开发具有低折射率、高透射率、低反射率和低能量吸收率的额外的层的 不断增加的需求。此外，需要改进用于制造这些材料和这些层的方法。尤其是，观察到对大 工业规模下可以比目前技术更低的成本执行制造过程的需求。此外，寻求更高效的光导、光 源和电绝缘体，以及生产成本降低。 因此，本专利技术的目的是，提供具有低光损耗的光学器件。本专利技术的另一个目的是提 供光学器件，其更高效或更灵敏，或者既更高效又更灵敏。 本专利技术的另一个目的是提供可以通过大规模涂布技术涂覆至基底的热绝缘体。 本专利技术的另一个目的是提供用于光学器件的简化结构的手段，例如通过实现光学 器件的组件的简化结构。与其一致，本专利技术的另一个目的是降低制造光学器件和光学器件 元件的成本。 另一个目的是提供用于构成更薄的器件或器件元件的手段。 本专利技术的另一个目的是提供用于构成具有提高的耐久性、准确性和精确性的器件 的手段。 本专利技术的另一个目的是提供光学器件和/或面漆，其具有提高的耐划伤性。 本专利技术的另一个目的是提供空气与致密物质之间的界面，其中所述界面显示出很 少至没有反射。 本专利技术的另一个目的是提供在至多100°C的温度范围内具有良好热稳定性的层。 本专利技术的另一个目的提供用于制造具有低折射率的多孔二氧化硅层和制品的技 术，在所述技术中，减少或者甚至避免危险材料的使用。在这种技术中，应付出进一步努力 以避免挥发性有机化合物（V0C)。 本专利技术的另一个目的是提供多孔二氧化硅层，其不是脆性的而是可弯曲的并且充 分粘附至其所涂覆的基底。 意外地，已经发现，包含具有带正电荷的表面的氧化硅粒子的层解决上述目的中 的至少一个。此外，已经发现，用于这些具有带正电荷的表面的氧化硅粒子的制造方法是环 境上可接受的，并且根据行业需要是容易实现的。此外，此类层的使用有助于更薄的器件和 器件元件的开发，因为可以减少器件中部件的数量。在需要两个部件使两个光学层彼此分 开的情况下，现在一个部件就足够，在其中这两个光学层是由本专利技术的PCS层分开的。这也 被认为是制造具有更高准确性和精确性程度的更廉价、更耐久的部件的一个方面。 形成类的权利要求（独立权利要求，category-forming claim)的主题提供了对 以上目的中的至少一个的解决方式的贡献，从而形成类的独立权利要求的从属权利要求 (dependent sub-claim)表示本专利技术的优选方面，其主题同样做出对解决上述目的中的至 少一个的贡献。 本专利技术的第一方面是一种层结构，所述层结构包括 (a)基底层，优选为透明基底层；和 (b)PCS层，所述PCS层至少部分地叠加至所述基底层， 其中所述PCS层包含许多氧化硅粒子， 其中所述氧化硅粒子具有带正电荷的表面， 其中所述PCS层的折射率小于1. 2,优选小于1. 17,小于1. 15,或1. 19至1. 01。 下面描述用于确定折射率的方法。 在本专利技术的上下文中术语透明用于表征这样的制品：波长λ为350nm至800nm 的光可以通过所述制品，从而通过所述物品或体系的光量为进入所述制品的光量的至少 85%。 在本专利技术的上下文中术语不透明用于表征这样的制品：波长λ为350nm至800nm 的光可以通过所述制品，从而通过所述物品或体系的光量小于进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层结构(1)，所述层结构(1)包括(a)基底层(2)；和(b)PCS层(3)，所述PCS层(3)至少部分地叠加至所述基底层(2)，其中所述PCS层(3)包含许多氧化硅粒子(4)，其中所述氧化硅粒子(4)具有带正电荷的表面，其中所述PCS层(3)的折射率小于1.2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔斯·菲尔霍尔茨，文森特·鲁菲尤斯，斯特凡·许特勒，
申请(专利权)人：依福德成像瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH