制备光学微结构的方法技术

本发明专利技术设计采用热塑性混合物制备聚合物光学微结构的方法，其中所述聚合物光学微结构负载或不负载在基板上，所述方法包括将热塑性聚合物与紫外光固化树脂和热稳定的光引发剂混合，以获得粘度低于所述聚合物粘度的共混物，所述共混物经过模塑并将所述模塑混合物通过紫外光辐射进行固化，以制得聚合物光学微结构。这种方法防止了仅使用共混物中的一种组分时发生的常规热塑性聚合物模塑和常规紫外光固化所引起的常见问题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及采用热塑性混合物制备聚合物光学微结构的方法，所述聚合物光学微结构负载或不负载在基板上。通过模塑聚合物材料和固化该模塑材料制备光学微结构。为了母模形状的精密复制，要求聚合物材料具有良好的流动性。首选的聚合物材料通常为热塑性聚合物，这类聚合物可采用注塑或压塑法加工。然而，注塑仅能对与厚层(基板)结合的光学表面进行复制。采用注塑技术制备的微结构的层厚度仅为十分之几毫米，甚至对于小面积也是如此。此外，热塑性聚合物在熔融状态下粘度高。因此在注塑中需要使用高压力，从而导致高应力施加到模具，并可能施加到易脆嵌件(如由玻璃或硅组成)上。这反过来将导致嵌件的损坏或完全断裂，同时也是制备薄膜所面临的问题。采用热塑性聚合物的优点是由于热塑性聚合物的热膨胀系数高，因此它们相对于无机(基板)材料的收缩小。差异一般约为0.5％。为了大表面(即晶片级)的复制，要求聚合物原料具有良好的流动性。另一要求是在玻璃化过程中收缩小，以最大程度减少原模型和所制产品之间的应力和形状偏差。观察到紫外光固化树脂在熔融条件下一般具有良好的流动性能，但在聚合过程中存在收缩率相对高的缺点，这会导致原模型和所制产品之间的形状偏差。这种形状偏差可通过反复调整模具设计进行校正。然而这是较为困难的方法且仅对于不太复杂的设计可行。这通常会增加成本和组件的开发时间。此外，大的收缩本身会在得到的聚合产品中产生应力。当所制产品包含薄基板或是在薄基板上制备时，所述薄基板不收缩，聚合物中产生的应力可能导致不可接受的基板弯曲。本专利技术仅通过采用这些材料的混合物一方面避免了使用热塑性聚合物的缺点，另一方面避免了使用紫外光固化树脂的缺点。此外，用于本专利技术方法的共混物中的热塑性聚合物溶解了紫外光固化树脂，而没有与所述树脂发生可检测程度的反应。因为所述共混物的粘度低于所述热塑性聚合物的粘度，所述共混物可采用注塑法模塑，但是在相当低的压力下进行，从而(薄)基板不会被损坏，并甚至可使用玻璃基板/模具。本专利技术的一个目的是提供本文第一段所定义的方法，所述方法可对光学表面进行复制而不受到层厚度的限制，且能采用任何基板。采用权利要求1所定义的方法达到此目的。本专利技术方法的优点是由于所述聚合反应为光聚合反应，因此它可在比常规热塑性或热固性树脂的注塑低得多的温度下进行。紫外光固化树脂形成聚合物网络，而热塑性聚合物的主要作用是对(反应)体系的稀释作用，因此不参与聚合物网络的形成。此外，可采用比注塑更低的压力。优选热塑性聚合物为重均分子量是发生缠结的临界分子量Mcr的0.3-0.5倍，更优选Mcr的0.5-1.5倍的聚合物。这个范围确保所得产品的力学性能保持良好且混合物的粘度仍在合适范围内。这些聚合物的一些实例在权利要求6中描述。用于本专利技术方法的热塑性聚合物当然可通过其单体组分的预聚合制备。尽管优选采用非活性的热塑性聚合物，但也已经发现含有少量活性基团的聚合物不会过多地影响采用这种聚合物制得的光学微结构。紫外光固化树脂的浓度优选占共混物的20-80％体积，更优选40-60％体积。当必须制备厚壁结构时，优选为此范围的下限，即20％体积，这是因为在这种情况下重要的是尽可能地避免聚合过程中发生收缩，而粘度的限制就没有如此重要。当制备薄壁结构或采用易损基板时则优选此范围的上限，即70-80％体积。优选的紫外光固化树脂在权利要求8和9中定义。紫外光固化将通过共混物中光引发剂吸收光开始；因此此方法为已知的紫外光固化方法。固化反应导致树脂的分子量提高，这可能导致与聚合物发生相分离。为了避免其可能的负面影响，采用其中各组分具有适当匹配的折光指数的混合物。因此，优选热塑性聚合物和紫外光固化树脂具有基本相同的折光指数。用于本专利技术方法的基板可由金属、聚合物、硅、玻璃或石英组成。本专利技术还涉及热塑性聚合物、紫外光固化树脂和热稳定的光引发剂的混合物在制备光学层中的用途，所述光学层的厚度与直径之比为1/50-1/1000，优选1/100。在此方面，观察到对于注塑而言，流径是一个重要的量度，它定义为层的厚度除以层的直径。层越薄，该比值会越小，这意味着当必须制备薄层时更难将组合物进行注塑。对于厚度为0.6mm、直径为120mm的层的制备来说，注塑的基准更特别。这种层仍可通过注塑制备，但它要求采用达到光学质量的特殊加工条件。该比值并非与注塑的厚度无关。最大直径比厚度减小更快。特别是，低于0.2mm的厚度仅能在长度仅为厚度几倍的地方(如厚基板的顶部)局部实现。现在可通过紫外辐射来固化本专利技术共混物和采用紫外光固化树脂作为热塑性聚合物的溶剂来消除这些缺点。本专利技术用途的优选实施方案在权利要求13至15中定义。通过参考以下的描述、非限定性实例和附图，本专利技术的上述和其它方面会显而易见并得以说明。附图中附图说明图1显示了纯PMMA的粘度和PMMA/DGEBA共混物的粘度之比对DGEBA的体积百分浓度所作的2a显示了依次进行加热、冷却和固化过程中PMMA和DGEBA的50％体积共混物的DSC曲线。图2b显示了图2a的共混物固化过程中的反应焓，其中ΔH为每克共混物的反应焓。图3为由PMMA-DGEBA共混物(50∶50％重量)在70℃下模塑、在室温下紫外光固化制得的部件的照片。光学表面结构和透镜校正层的复制是非常重要的技术。尽管注塑仅能对与厚基板结合的光学表面进行复制，紫外光聚合对层厚度没有限制且可用于任何基板。然而对于高度差异的结构的复制，对于己二醇-二丙烯酸酯(HDDA)等丙烯酸酯类，紫外光聚合会有高达10％的高聚合收缩，而对于环氧化物，如双酚A的二缩水甘油醚(DGEBA)也超过2％。这会导致模具与产品之间的形状偏差。这种形状偏差可通过反复调整模具设计进行校正。然而这是较为困难的方法且仅在简单形状的情况下可行。通常，它会增加成本和组件开发时间并引起产品性能变化。对于将紫外光复制技术用于大基板而言，存在由于收缩率大而引起的另一个问题，即其产生的应力。由于基板不会收缩，聚合物会产生拉伸应力，该拉伸应力将导致基板弯曲，这种弯曲是基板所不能承受的。通常，非常需要玻璃化过程中收缩较小的材料。可进行注塑和压纹加工的热塑性聚合物在熔融状态下粘度高。较高压力在模具和嵌件上产生较高应力，并会导致脆性嵌件(如玻璃或硅)的损坏或弯曲断裂。即使对于小面积，层厚度仅限于十分之几毫米。与无机基板和模具材料相比，热塑性聚合物由于其较高的热膨胀系数而在从模塑温度到室温的冷却过程中显示出相当的收缩。这种收缩一般达到0.5％(ΔT*Δα)。本专利技术中，采用了热塑性聚合物和紫外光固化树脂的混合物，所述混合物避免了收缩的问题，同时还避免了有限的流动长度和高模塑压力的问题。对于热塑性聚合物和活性溶剂(单体)混合物的加工，要求低玻璃化温度(固化前)的体系。聚合物溶液的玻璃化有效地在玻璃-橡胶转变点发生。按照Fox关系式和Couchman方程式，发生转变的温度(即Tg)依赖于组成和各组分的玻璃化转变温度(参见P.R.Couchman，Polym.eng.Sci.，24，135(1984))lnTg=x1ΔCp,1lnTg,1+x2ΔCp,2lnTg,2x1ΔCp,1+x2ΔCp,2]]>本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用热塑性混合物制备聚合物光学微结构的方法，所述聚合物光学微结构负载或不负载在基板上，所述方法包括将热塑性聚合物与紫外光固化树脂和热稳定的光引发剂混合，以获得粘度低于所述聚合物粘度的共混物，将所述共混物模塑并使所述模塑的共混物通 过紫外光辐射进行固化，以制得聚合物光学微结构。

【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：R威伯格费德尔，JG德布鲁恩，EJK弗斯特根，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]