專利名稱：用于結(jié)構(gòu)化基材表面的方法
用于結(jié)構(gòu)化基材表面的方法本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)化基材表面的方法，其中在第一步中使基材結(jié)構(gòu) 化，在第二步中以溶膠-凝膠法涂覆使該結(jié)構(gòu)化部分光滑，特別是得到呈 彌散方式散射的表面。本發(fā)明的主題還在于以此方式結(jié)構(gòu)化的表面及其 在光學(xué)應(yīng)用的用途。經(jīng)結(jié)構(gòu)化的表面在一系列應(yīng)用和工藝中起著重要的作用。經(jīng)表面結(jié) 構(gòu)化的基材在光學(xué)應(yīng)用中也越來越重要，如作為散射體或作為反射體。 光學(xué)散射體是入射光在其上呈彌散方式散射的散射表面。應(yīng)用光學(xué)散射 體的實例是在照相技術(shù)或投影技術(shù)中在其上投射照片的毛玻璃(Mattscheibe )。在毛玻璃上產(chǎn)生圖像的光經(jīng)散射，即以不同方向偏轉(zhuǎn)。 通過散射可實現(xiàn)從不同方向觀察到投影在毛玻璃上的圖像。因此需要一 種可制備呈彌散方式散射的表面的方法。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于結(jié)構(gòu)化基材表面的方法，其 可簡單操作并可制備適于各類應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化表面。本發(fā)明的方法令人意外地滿足了綜合的要求。由此，本發(fā)明的主題 是使基材表面結(jié)構(gòu)化的方法，其中在第一步中使該基材結(jié)構(gòu)化，在第二 步中以溶膠-凝膠法涂覆以使該結(jié)構(gòu)化部分地光滑，特別是得到 一種呈彌 散方式散射的表面。本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)化表面意指具有規(guī)則結(jié)構(gòu)或無規(guī)則結(jié)構(gòu)，特別是呈 任何類型的溝槽、壓痕或凸起結(jié)構(gòu)的表面。該壓痕和凸起可呈各種任意 形式并為納米至毫米尺寸范圍。本發(fā)明的方法的優(yōu)點是其可簡單實施，并可產(chǎn)生呈彌散方式散射的 結(jié)構(gòu)化。由此可為應(yīng)用者提供制備所需的結(jié)構(gòu)化表面的可能性，其中該 兩方法步驟在工藝上易于操作、實施筒單和易于控制。適用于所有需光 散射的光學(xué)系統(tǒng)。在一種特殊實施方案中，本發(fā)明方法適用于制備液晶顯示器的散射 體。通常對LCD需使用能提供足夠?qū)Ρ榷鹊谋彻狻Ｌ貏e是在使用電池 供電的LCD例如筆記本情況下，該相關(guān)能耗顯然是不利的，因為電池 運行時間是有限的。由此希望研制不需背光的LCD。對此需使用至少應(yīng) 能滿足下列要求的反射體-入射光應(yīng)均勻分布在觀察者視角范圍中的整個顯示器區(qū)域上 -在視角范圍外應(yīng)有盡可能小的反射 -通過結(jié)構(gòu)化應(yīng)不出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。
借助本發(fā)明方法，可以考慮制備這類結(jié)構(gòu)化表面。
玻璃基材、陶瓷基材、金屬基材或塑料基材適合用作本發(fā)明中的基 材，優(yōu)選
是玻璃基材、陶瓷基材或金屬基材，非常特別優(yōu)選為玻璃基材或金 屬基材。具有結(jié)構(gòu)化表面的玻璃基材或金屬基材特別適于光學(xué)應(yīng)用，特
別是用于LCD。
所有已知玻璃如所有本專業(yè)人員已知的玻璃組合物的浮法玻璃、鑄 玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、E-玻璃、ECR-玻璃、R-玻璃或S-玻璃 均適合作為玻璃基材的材料。例如平均粗糙度值<1 pm的拋光金屬薄板
或光亮拉制薄板均適合作為金屬基材。適用的塑料基材例如由PMMA 或聚碳酸酯制成。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有陶瓷，特別是透明陶瓷均 適合作為陶瓷基材，該基材經(jīng)下列所述方法之一結(jié)構(gòu)化。
在本發(fā)明的兩步法中，第一步驟進行該基材表面的結(jié)構(gòu)化。該結(jié)構(gòu) 化可通過粒子射束、激光射束、蝕刻法的作用或通過壓紋法進行。最理 想是該結(jié)構(gòu)化方法適于各有關(guān)基材，以實現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)化。在塑料或金屬 制成的基材情況下壓印法特別適用，其中塑料優(yōu)選用壓印法結(jié)構(gòu)化。蝕 刻法特別適于玻璃基材或陶覺基材，其中可應(yīng)用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的 所有蝕刻法方案如RIE (反應(yīng)性離子蝕刻)。
結(jié)構(gòu)化優(yōu)選用粒子射束進行，粒子射束可以是噴砂或電子射束。本 發(fā)明中噴砂意指其粒子不屬于原子或次原子尺寸范圍(如電子)的所有 的粒子射束。粒子尺寸可為1 pm-4mm,這與所需的結(jié)構(gòu)化和所用的粒 子材料有關(guān)。該粒子的尺寸優(yōu)選為5 pm-l mm,特別是20 pm-200 pm。
作為射束材料可用所有合適的材料如砂、玻璃、剛玉、塑料、陶瓷、 核桃殼、玉米粒、各種性能和組成的鋼、金屬如鋁和/或它們的混合物。 優(yōu)選是玻璃?；騽傆窳?，特別是其粒度為5-100 Mm，非常特別優(yōu)選的粒 度為50-80 ,。
該射束介質(zhì)的射束壓力以及入射角和方向也影響表面結(jié)構(gòu)。通常射 束壓達10bar,優(yōu)選達6bar,這時入射角通常為5-90°,優(yōu)選30-80°。 為調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)化的所需類型和深度而使所述參數(shù)與粒子材料的各種適配為本領(lǐng)域技術(shù)人員的普通技能的一部分。實際的噴射過程相應(yīng)通過適用 的機器實施以達S 'J結(jié)構(gòu)的所需再現(xiàn)性。
以此方式所得的結(jié)構(gòu)通常還具有棱邊，該棱邊對其后應(yīng)用中的特性 會產(chǎn)生不利影響。由此在本發(fā)明方法的第二步中要通過以溶膠-凝膠法涂 覆使結(jié)構(gòu)化光滑。通過光滑處理可部分再填補在結(jié)構(gòu)化中產(chǎn)生的凹陷, 并通過附加的涂覆使相應(yīng)棱邊光滑(見

圖1)。此外，通過相應(yīng)溶膠如
Ti02和Si02溶膠的合適混合可在溶膠-凝膠法中達到控制光學(xué)效應(yīng)的折 射率適配。因此本發(fā)明方法中實施的第二步不僅用于第一步中產(chǎn)生的結(jié) 構(gòu)化的光滑處理，還可用于所得結(jié)構(gòu)化表面的光學(xué)特性適配。
作為溶膠-凝膠法的溶膠可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的溶膠如元素 鈦、鋯、硅、鋁的化合物和/或它們的混合物的溶膠。優(yōu)選使用硅溶膠。 這些類型的溶膠或其前體是已知的且可由市售購得。通常該硅溶膠包括 Si02顆粒通過四烷氧基硅烷特別是四乙氧基硅烷(TEOS)在水性-醇-氨介質(zhì)中水解縮聚所得的那些硅溶膠。當(dāng)然也可使用以其它方法制備的 水性的和/或含溶劑的溶膠作為涂覆溶液。此外該涂覆溶液還可含表面活 性劑。另外，該適用于溶膠-凝膠法的涂覆溶液也可含其它成分如流動助 劑或配合劑。
在涂覆溶液中的各固含量通常為0.1-20重量％，優(yōu)選2-10重量％。 上述的涂覆溶液例如描述于DE 19828231 、 US 4775520、 US 5378400、 DE 19642419、 EP 1199288或WO 03/027015中,其公開內(nèi)容 1入本發(fā)明作為參考。在溶膠-凝膠法中的涂覆可按通常的和本領(lǐng)域技術(shù) 人員已知的原理進行，如通過浸涂法、噴涂法或借助于流幕法(FlieP vorhang)涂覆。在浸涂時將經(jīng)結(jié)構(gòu)化的基材浸入涂覆溶液中，在噴涂法 時借助于單組分噴嘴或多組分噴嘴在基材上涂以涂覆溶液。在應(yīng)用流幕 法時通過涂覆介質(zhì)的自由流動幕進行涂覆，該待涂覆基材在該流動幕下 面通過。優(yōu)選是在溶膠-凝膠法中該涂覆以浸涂進行。為此在該最簡單的 實施方案中，具有經(jīng)預(yù)結(jié)構(gòu)化的基材用提升設(shè)備浸入充有溶膠的池中， 接著以勻速從池中拉出。
所施加的層厚依在第 一 步中所進行結(jié)構(gòu)化的深度和結(jié)構(gòu)而定。如果 結(jié)構(gòu)化形成很多棱邊、角和條紋或在結(jié)構(gòu)的最凸點和最凹點之間有大的 高度差，則該光滑層的部分要選擇較厚。在結(jié)構(gòu)化和接著的光滑化中各 參數(shù)的準確適配基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的專業(yè)知識。優(yōu)選是各參數(shù)如此相互適配，以使結(jié)構(gòu)化的表面滿足針對最佳散射體/反射體的前述條件。在 溶膠-凝膠法涂覆中的厚度控制在浸涂情況下基本上由該結(jié)構(gòu)化基材在 涂覆時的拉出速度決定。拉出速度越快，所得層越厚。通常該拉出速度為0.1-100 mm/sec,優(yōu)選1.6-8 mm/sec。當(dāng)然該涂覆過程也可重復(fù)一次 或多次，直到達所需的結(jié)構(gòu)化光滑度。為使所施加的層密實和牢固,該結(jié)構(gòu)化基材可經(jīng)焙燒。通過焙燒該殘 余的溶劑含量由涂層中去除。焙燒溫度通常為300-700°C,特別是 500-600°C。在本發(fā)明的另一實施方案中，該結(jié)構(gòu)化表面還涂以金屬層。該附加 的步驟在溶膠-凝膠法中的涂覆之后進行，也可在其后的任何時候進行。 涂覆以金屬層可用濕化學(xué)法進行，如通過合適的還原法，通過CVD法 和/或PVD法進行，其中優(yōu)選PVD法。作為該附加金屬層的金屬可使用例如鋁、銀、鉻、鎳或其它反射性 金屬層。金屬層優(yōu)選為鋁。該附加金屬層的厚度依材料和所需特性而定，通常為10-150 nm, 特別是30-100 nm。本發(fā)明的主題還在于按本發(fā)明方法之一所制備的具有結(jié)構(gòu)化表面 的基材。本發(fā)明的另 一主題是按上述方法所得的具有結(jié)構(gòu)化表面的基材在 光學(xué)應(yīng)用中作為散射體和/或反射體的用途。光學(xué)應(yīng)用包括本領(lǐng)域技術(shù)人 員已知的所有光學(xué)應(yīng)用，如各類結(jié)構(gòu)的照相機、投影儀和投影屏幕、液 晶顯示器、放大體系如顯微鏡等。優(yōu)選本發(fā)明的基材應(yīng)用于液晶顯示器 中。那里使用按本發(fā)明制備的結(jié)構(gòu)化基材特別有利，如作為反射背景， 其可取代背光并由此可降低顯示器的能耗。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化基材的其它 應(yīng)用領(lǐng)域包括本專業(yè)人員4艮容易設(shè)想到的領(lǐng)域。下面的實施例用于詳述本發(fā)明，但不受限于此。實施例 實施例1用尺寸范圍為10-50 |Lim的玻璃珠在2 bar的噴射壓力下從200 mm 的距離噴射厚度為1 mm的玻璃板。該板經(jīng)去灰塵并在水-醇Si02溶膠 (固含量3重量％)中以4mm/sec拉出速度浸漬共三次。在各浸入步驟之間均在室溫下使板各干燥IO分鐘。
經(jīng)涂覆和干燥后，在該經(jīng)結(jié)構(gòu)化和涂覆的基材上涂以層厚為70 nm
的鋁層。
權(quán)利要求
1.一種用于結(jié)構(gòu)化基材表面的方法，其特征在于，在第一步中使基材結(jié)構(gòu)化，在第二步中以溶膠-凝膠法涂覆使該結(jié)構(gòu)化部分光滑。
2. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，得到彌散方式散射的表面。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，該結(jié)構(gòu)化通過粒子射束、 激光射束、蝕刻法的作用或通過壓紋法進行。
4. 權(quán)利要求3的方法，其特征在于，粒子射束是噴砂或電子射束。
5. 權(quán)利要求1-4中一項或多項的方法，其特征在于，在溶膠-凝膠 法中使用的溶膠是元素鈦、鋯、硅、鋁的化合物和/或它們的混合物的溶 膠。
6. 權(quán)利要求1-5中一項或多項的方法，其特征在于，在溶膠-凝膠 法中的涂覆是借助于浸涂法、噴涂法或借助于流幕法進行。
7. 權(quán)利要求1-6中一項或多項的方法，其特征在于，該結(jié)構(gòu)化表面 還涂以金屬層。
8. 權(quán)利要求7的方法，其特征在于，用金屬層涂覆可以以濕化學(xué)法、 CVD法和/或PVD法進行。
9. 權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于，金屬包括鋁、銀、鉻、鎳 或其它反射性金屬層。
10. —種具有結(jié)構(gòu)化表面的基材，按權(quán)利要求1-9中一項或多項的 方法制備。
11. 權(quán)利要求10的基材，其特征在于，該基材包括玻璃基材、陶瓷 基材、金屬基材或塑料基材。
12. —種具有按權(quán)利要求1-9中一項或多項的方法所制備的結(jié)構(gòu)化 表面的基材作為光學(xué)應(yīng)用中的散射體和/或反射體的用途。
13. 權(quán)利要求12的用途，其特征在于，該光學(xué)應(yīng)用是液晶顯示器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于結(jié)構(gòu)化基材表面的方法，其中在第一步中使基材結(jié)構(gòu)化，在第二步中以溶膠-凝膠法涂覆使該結(jié)構(gòu)化部分光滑，特別是得到一種彌散方式散射的表面。本發(fā)明的主題還在于以此方式結(jié)構(gòu)化的基材及其在光學(xué)應(yīng)用中的用途。
文檔編號G02B5/02GK101253423SQ200680031371
公開日2008年8月27日 申請日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者M·尤克利斯, M·庫爾薩維 申請人:默克專利股份公司