用于制备聚合物凸起结构的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过电磁辐射制备聚合物凸起结构的方法。在所述方法中，使用一种降低经涂敷衬底的界面张力的化合物。结果，表面的纵横比以及曲率提高了，因此，有益于光学组件和复制用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制备聚合物凸起结构(polymeric relief structure)的方法，所述方法包括以下步骤a)将衬底用包括一种或更多种辐射敏感成分的涂料涂敷，b)将所述经涂敷的衬底用具有周期的或无规的辐射强度图案的电磁辐射局部处理，形成潜影(latent image)；c)将所得经涂敷的衬底聚合和/或交联。由De Witz，Christiane；Broer，Dirk J.在2003年9月7-11召开的226thACS National Meeting，New York，NY，United States的论文摘要(Abstracts of Papers)的“photo-embossing as a tool for complex surfacerelief structures”已知这种方法，该方法此后被称为“光压纹”(photo-embossing)。目前，用在光学系统中用于数据传输、储存和显示的聚合物引起广泛关注。通过构造聚合物膜或层的表面，可以控制通过这些层的光。例如，如果表面结构包含小的半球状元件，则得到可以聚焦传播光的透镜阵列。这种元件例如用在液晶显示器的背光灯中以聚焦在显示器的透明区域中的光。对于这些类型的应用，常常需要控制表面轮廓的形状下降到微米范围。而且，表面结构的规则图案可以使光衍射，结果在传播过程中，单束光分裂成多束光，这例如可以在电信设备中用作分束器。表面结构对于控制光反射也很重要。这可以成功地应用于抑制表面的镜面反射。这个所谓的防炫射效应例如被应用到电视机的前屏(front screen)上，也被应用于如玻璃窗、汽车涂层等的应用。具有规整表面轮廓的聚合物膜可以被提供有保形反射膜(conformal reflective film)，例如，蒸发的铝或溅射的银。落到这种反射镜中的入射光在反射时以可控的方式被分配到空间中。这个例如被用于制造反射液晶显示器的内漫反射器。表面轮廓的另一个应用是用于制造被称为荷叶效应(Lotus effect)的防污结构。另外，需要小于1微米尺寸的表面轮廓。电磁辐射诱导聚合(如，UV光聚合)是一种由例如两种(甲基)丙烯酸酯和光引发剂的混合物制备器件的方法。该聚合反应仅仅在UV光可以活化光引发剂的区域内引发。另外，有可能在空间上改变光强，从而相应地改变聚合速度。单体活性、尺寸或长度、交联能力和能量作用的不同导致单体化学势的梯度。这些化学势形成在光照区域内单体迁移和聚合物溶胀的驱动力。单体的扩散系数决定了这个迁移发生的时间量程。接着，具有比在图案化UV光照期间强度更高的强度的均匀UV光照用于聚合整个膜。由此，将两种液体单体进行图案化UV光聚合得到聚合物结构。这个可以通过全息技术(holography)或光刻技术(lithography)进行。对于全息技术，两条相干光束的干涉图案产生高低光强区域。对于光刻技术，光掩膜用于产生这些强度差。如果例如使用条纹掩膜，则形成光栅。如果使用圆孔掩膜，则形成显微透镜结构。聚合物中单体单元浓度的横向变化造成折射率的不同。形成表面结构的更好方法是使用基本上由聚合物、单体和引发剂的共混物组成的共混物。聚合物可以是单一的聚合材料，也可以是一种以上聚合物的共混物。类似地，单体可以是单一化合物，也可以由数种单体材料组成。引发剂优选的是光引发剂，但有时是光引发剂和热引发剂的混合物。这种混合物通常溶于有机溶剂中以提高加工性能(例如通过旋转涂敷形成薄膜的能力)。选择共混条件以及聚合物和单体的性质，使得在溶剂蒸发后，形成固体膜。一般而言，这使得在UV光图案化曝光后，形成潜影。潜影可以通过加热显影成表面凸起，在加热中，聚合和扩散同时发生，由此，这使材料体积在经曝光区域增加；或反之减少，造成表面变形。这个方法的缺点在于，由这种光压纹方法所得的凸起结构具有相当低的纵横比，该纵横比(AR)被定义为凸起的高度与相邻凸起之间的距离(间距)的比。凸起结构的边缘不尖锐或不可精确再现，结果，其预期要实现的光学功能或其它功能不是最理想的。本专利技术提供了一种改进的，其特征在于，在光压纹的步骤c)期间，存在降低所述经涂敷衬底的界面张力的化合物(Cs)。结果，得到具有增大的凸起纵横比(改进通常表现出增大倍数为2)以及边缘更尖锐的凸起结构。用于降低界面张力的化合物Cs可以以至少两种明显不同的方式应用。第一种方式是以如下方法，其中，将Cs涂敷到由本专利技术的步骤b)得到的经涂敷的衬底上，然后，实施步骤c)。第二种方式是以如下方法，其中，Cs已经存在于用在本专利技术的步骤a)中的涂料中。其结果是，Cs存在于步骤b)和步骤c)中。用在本专利技术的步骤a)中的涂料包括一种或更多种辐射敏感成分，通常该成分是可通过电磁辐射聚合的C＝C不饱和单体。这些成分可以原样使用，也可以以溶液形式使用。可以通过(湿法)涂料沉积领域中任何已知的方法将涂料涂敷到衬底上。合适的方法实例是旋转涂布、浸涂、喷涂、流涂、半圆形涂布(meniscus coating)、刮涂、毛细管涂布和辊涂。通常，将辐射敏感成分混合，优选将其与至少一种溶剂混合，并任选地将其与交联引发剂混合，以制备可适于采用所选择的涂敷方法涂敷到衬底上的混合物。原则上，可以使用各种溶剂。然而，应该优选溶剂与存在于混合物中的所有其它材料的组合形成稳定的悬浮液或溶液。优选地，在将涂料涂敷到衬底上以后，所用的溶剂蒸发。在根据本专利技术的方法中，可选地，在将涂料涂敷到衬底上以后，可以对其进行加热或真空处理以增加溶剂的蒸发。合适的溶剂实例是1，4-二氧杂环己烷、丙酮、乙腈、氯仿、氯苯酚、环己烷、环己酮、环戊酮、二氯甲烷、乙酸二乙酯、二乙基甲酮、碳酸二甲酯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙醇、乙酸乙酯、间-甲酚、单和二烷基取代乙二醇、N，N-二甲基乙酰胺、对-氯苯酚、1，2-丙二醇、1-戊醇、1-丙醇、2-己酮、2-甲氧基乙醇、2-甲基-2-丙醇、2-辛酮、2-丙醇、3-戊酮、4-甲基-2-戊酮、六氟异丙醇、甲醇、乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酰乙酸甲酯、甲基乙基甲酮、甲基丙基甲酮、N-甲基吡咯烷酮-2、乙酸正戊酯、苯酚、四氟正丙醇、四氟异丙醇、四氢呋喃、甲苯、二甲苯和水。尽管丙烯酸酯在高分子量的醇中的溶解度是个问题，但还可以使用醇类、酮类和酯类溶剂。卤化溶剂(例如，二氯甲烷和氯仿)和烃(例如，己烷和环己烷)也是适用的。混合物优选包含聚合材料。实际上，与其它组分形成均匀混合物的每一种聚合物都可使用。仔细研究过的聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸苯甲酯、聚甲基丙烯酸异冰片酯。也可以使用其它聚合物。混合物还包含单体化合物，该单体化合物是一种具有相对低分子量(即，小于1500)且当与反应性粒子(即，自由基或阳离子粒子)接触时发生聚合的化合物。在优选的实施方式中，单体混合物中的单体或单体的其中之一包含一个以上聚合基团，结果聚合时，形成聚合物网络。另外，在优选的实施方式中，单体是包含以下各类反应性基团的分子乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、环氧基团、乙烯基醚或硫羟烯(thiol-ene)。混合物还包含光敏性组分，该组分是在曝光于光化辐射下时产生反应性粒子(即，自由基或阳离子粒子)的化合物。适用于作为聚合成分并每分子具有至少两个可交本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备聚合物凸起结构的方法，所述方法包括以下步骤：ａ）将衬底用包括一种或更多种辐射敏感成分的涂料涂敷，ｂ）将所述经涂敷的衬底用具有周期或无规辐射强度图案的电磁辐射局部处理，形成潜影；ｃ）将所得经涂敷的衬底聚合和／或交联，其中，在步骤ｃ）中，存在降低所述经涂敷衬底的界面张力的化合物Ｃｓ。

【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：迪克布尔，科尼利厄斯威廉默斯玛丽亚巴司蒂安森，卡洛斯桑切斯，
申请(专利权)人：斯蒂茨丁荷兰聚合物学会，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]