一种制备聚合浮雕结构的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备聚合浮雕结构的方法，所述方法包括如下步骤：ａ）采用含有一种或多种辐射敏感成分的涂料组合物涂敷基材；ｂ）采用具有周期性的或无规的辐射－强度图案的电磁辐射对经涂敷的基材进行局部处理，形成潜在图像；ｃ）使所得经涂敷的基材聚合并且／或者交联，其中，所述涂料组合物包含一种或多种自由基清除剂，其用量足以抑制／延缓经涂敷基材的未经处理区域的实际聚合，并且用量足够低从而允许经处理区域在步骤ｃ中发生聚合和／或交联，附加条件是，所述涂料组合物中氧的含量不等于当所述涂料组合物与空气接触时存在的氧的平衡量。

【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制备聚合浮雕的方法以及含有这种聚合浮雕结构的制聚合浮雕(polymeric relief)结构的制备方法在此后也被称为光压 花(photo-embossing)，这禾中工艺由De Witz, Christiane; Broer, Dirk J. 的photo-embossing as a tool for complex surface relief structures ， Abstracts of Papers, 226th ACS National Meeting, New York, NY， United States, 2003年9月7-11日已知。这种方法包括如下步骤a) 采用含有一种或多种辐射敏感成分的涂料涂敷基材；b) 采用具有周期性的或无规的辐射-强度图案的电磁辐射对经涂敷的 基材进行局部处理，形成潜在图像；C)使所得经涂敷的基材聚合并且/或者交联。具有表面浮雕结构的聚合物具有广泛的应用。例如，目前非常关注这 种聚合物在用于数据传输、储存和显示的光学系统中的应用。通过构建聚 合物膜层的表面，可以控制穿过这些层的光线。例如，如果表面结构包含 小半球形元件，那么可以得到可以聚焦传播光线的透镜阵列。这种元件例 如可用在液晶显示器的背光源中，从而使光线聚焦在显示器的透光区域 上。对于这种类型的应用，通常需要将表面轮廓的形状控制在微米尺度区 域内。另外，具有规整图案的表面结构可以使光线衍射，从而单束光在传 播过程中分裂成多束光，这例如可用作远程通讯器件中的光束分离器 (beam splitter)。表面结构对于控制光线的反射也很重要。其可以成功地 用于抑制表面的镜面反射。这种所谓的抗眩目效应例如用在电视机的 前屏幕上。而这种表面结构也可用于诸如玻璃窗、汽车精饰等应用中。可 以在诸如蒸发铝或溅射银的保形反射膜上提供具有规整表面轮廓的聚合物膜。射向这种镜面的入射光在反射过程中会以非常可控的方式分布在一定 空间中。例如这种聚合物膜被用于制造反射型液晶显示器的内部漫反射 器。表面轮廓的另一项应用是用于产生被称为莲花效应的防污结构。这种 应用中，需要表面轮廓的尺寸小于l微米。电磁辐射诱导的聚合，诸如UV光聚合，是一种由例如两种(甲基)丙 烯酸酯单体和光引发剂的混合物制成器件的方法。聚合反应仅在uv光可以激活光引发剂的那些区域内引发。另外，可以在空间内改变光强，并相 应地改变聚合速度。单体反应性、尺寸或长度、交联能力以及交互作用能量(energetic interaction)的差异会使单体的化学势之间存在梯度。这些化 学势形成单体迁移以及聚合物在光照区内膨胀的驱动力。单体扩散系数决 定了其发生迁移的时间尺度(time-scale)。随后，使用光照强度高于图案 化UV光照期间光照强度的均匀UV光照，来聚合整片薄膜。在具体实例中，对两种液体单体的混合物进行图案化UV光聚合得到 聚合物浮雕结构。这例如可以以全息印刷方式或以平板印刷(光刻)方式 来实施。另一种以图案化方式引起聚合的方法是采用电子束或离子束进行 书写。对于全息印刷，两束千涉光束的干涉图样会产生较高光强的区域和 较低光强的区域。对于平板印刷，使用光掩膜以产生上述强度差异。如果 例如使用条纹掩膜，那么会形成光栅。如果使用具有圆孔的掩膜，那么形 成微透镜结构。除了通过材料传递产生表面轮廓以外，还可以调节折射 率。折射率的差异是由聚合物中单体单元浓度的横向变化所引起的。折射 率变化可以进一步有利于由表面几何形状所获得的透镜功能。采用这些技术，可以产生相结构(phase structure)和浮雕结构。 另一种方法是在对树脂组合物进行光照后使单体扩散，从而产生具 有不同结构的材料。例如可以设计这样的体系，其中单体迁入光照区域或 迁出光照区域。可以区分两种描述光栅形成的机理。 一种是，可以发生总传质，其中两种单体向着光照区域扩散。这通过如下实现在光照区域生长的聚合物由于从黑暗区域吸入单体因而膨胀。这个机理描述了浮雕光栅 的形成。另一种是，如果没有发生膨胀，那么由于反应性差异所引起的两 种扩散方式导致形成了具有平坦表面但是暴露区域与未暴露区域之间单体单元浓度之间具有差异的薄膜。这个机理描述了相光栅的形成。较好的方法是光压花方法，其中，通过使用基本上由聚合物、单体和 引发剂组成的树脂组合物来生成表面结构。这种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，也可以包括数种单体化合物。引发剂优选为当暴露于UV光下会产生 自由基的光引发剂。或者光引发剂在暴露于UV光下时会产生阳离子。引 发剂可以是光引发剂和热引发剂(其在高温下会产生自由基)的混合物。 这种树脂组合物通常溶于有机溶剂中(得到涂料组合物)，从而提高加工 性能，例如通过旋涂形成薄膜。选择共混条件以及聚合物和单体的性质， 从而在溶剂蒸发后形成固体膜。一般而言，这可以在采用UV光进行图案 化曝光后形成潜在图像。可以通过加热将这个潜在图像显影成表面轮廓， 在显影过程中，聚合和扩散同时发生，因而增加了曝光区域或非曝光区域 的材料量，这会导致表面变形。在最终的加工步骤中，通过在高温下进行 大量曝光从而对样品实施全面聚合。通过上述光压花工艺制成的表面浮雕结构通常在1-200/mi的范围内，优选地浮雕结构具有2-100/mi或4-60 ym的高度。光压花方法与传统的光刻方法不同。在传统的光刻方法中，光反应性 树脂(光刻胶)被用作基材上的薄膜。通过电磁辐射对所述薄膜进行局部 曝光，从而曝光区域和未曝光区域之间的溶解度存在差异。为了产生浮雕 结构，通过使用溶剂除去溶解区域，接着对基材的表面进行刻蚀。在光压花方法中，通过如下形成表面浮雕结构改变曝光区域和未曝 光区域的化学势，因而使单体发生扩散。已知的光压花方法的缺点是本领域公知的，这个缺点为所得浮雕结 构具有相对较低的高宽比。高宽比(AR)被定义为浮雕高度和结构宽度的 比值。由于上述缺点，意欲达到的光学功能或其它功能不太好。需要获得具有改善AR的聚合浮雕结构，从而具有较好的(物理)功能和其它性质。现在已经发现，自由基清除剂的存在会以意料不到的方式影响聚合浮雕结构的AR。出乎意料地发现，通过应用一定量的自由基清除剂可以改善AR。在不存在自由基清除剂和存在大量自由基清除剂的情况下，都会 产生具有较低AR的浮雕结构。本专利技术涉及制备聚合浮雕结构的方法，所述方法包括如下步骤a) 采用含有一种或多种辐射敏感成分的涂料组合物涂敷基材；b) 采用具有周期性的或无规的辐射-强度图案的电磁辐射对经涂敷的 基材进行局部处理，形成潜在图像；c) 使所得经涂敷的基材聚合并且/或者交联，其中，所述涂料组合物包含一种或多种有机自由基清除剂，其用量足以抑 制/延缓经涂敷基材的未经处理区域的实际聚合(substantial polymerization)，并且用量足够低从而允许经处理区域在步骤c中发生聚 合和/或交联，附加条件是，所述涂料组合物中氧的含量低于当所述涂料组 合物与空气接触时存在的氧的平衡量。本专利技术的另一实施方式是，所述方法包 括如下步骤a) 采用含有一种或多种辐射敏感成分的涂料组合物涂敷基材；b) 采用具有周期性的或无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备聚合浮雕结构的方法，所述方法包括如下步骤：　ａ）采用含有一种或多种辐射敏感成分的涂料组合物涂敷基材；　ｂ）采用具有周期性的或无规的辐射－强度图案的电磁辐射对经涂敷的基材进行局部处理，形成潜在图像；　ｃ）使所得经涂敷 的基材聚合并且／或者交联，　其中，所述涂料组合物包含一种或多种有机自由基清除剂，其用量足以抑制／延缓经涂敷基材的未经处理区域的实际聚合，并且用量足够低从而允许经处理区域在步骤ｃ中发生聚合和／或交联，附加条件是，所述涂料组合物中氧的含量 不等于当所述涂料组合物与空气接触时存在的氧的平衡量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2006-8-30 06018087.41. 一种制备聚合浮雕结构的方法，所述方法包括如下步骤a)采用含有一种或多种辐射敏感成分的涂料组合物涂敷基材；b)采用具有周期性的或无规的辐射-强度图案的电磁辐射对经涂敷的基材进行局部处理，形成潜在图像；c)使所得经涂敷的基材聚合并且/或者交联，其中，所述涂料组合物包含一种或多种有机自由基清除剂，其用量足以抑制/延缓经涂敷基材的未经处理区域的实际聚合，并且用量足够低从而允许经处理区域在步骤c中发生聚合和/或交联，附加条件是，所述涂料组合物中氧的含量不等于当所述涂料组合物与空气接触时存在的氧的平衡量。2. —种制备聚合浮雕结构的方法，所述方法包括如下步骤a) 采用含有一种或多种辐射敏感成分的涂料组合物涂敷基材；b) 采用具有周期性的或无规的辐射-强度图案的电磁辐射对经涂敷的基材进行局部处理，形成潜在图像；c) 使所得经涂敷的基材聚合并且/或者交联，其中，所述涂料组合物包含至少一种聚合物、至少一种单体、光引发剂、可选的溶剂以及一种或多种用量(相对于聚合物、单体和引发剂的共混物)介于0.5至20重量％之间的有机自由基清除剂的共混物。3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，步骤b)和c)被组合在一起。4. 如权利要求l或...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇赫曼斯，科尼利厄斯威廉默斯玛丽亚巴司蒂安森，迪克布尔，乔克佩尔勒，
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]