專利名稱：用于制備溶膠-凝膠結(jié)構(gòu)化層的方法
用于制備溶膠-凝膠結(jié)構(gòu)化層的方法本發(fā)明涉及用于在基材上制備結(jié)構(gòu)化表面的方法，其中將基材引入 (特別是浸入)已經(jīng)被設(shè)置為振動(dòng)的溶膠中，或者將已經(jīng)被設(shè)置為振 動(dòng)的基材引入(特別是浸入)任選地被設(shè)置為振動(dòng)的溶膠中。本發(fā)明 同樣涉及以這種方式結(jié)構(gòu)化的基材及其在光學(xué)應(yīng)用中的用途。結(jié)構(gòu)化表面在許多應(yīng)用和工藝中起作用。表面結(jié)構(gòu)化的基材還在光學(xué) 應(yīng)用中越來越重要，例如作為散射體或者作為反射體。光學(xué)散射體是其中 入射光以彌散方式散射的散射區(qū)域。光學(xué)散射體用途的常見實(shí)例為例如在 攝影或者投影技術(shù)中的在其上投射圖像的無光屏。用于產(chǎn)生圖像的投射在 無光屏上的光被其散射，也即在不同方向上偏轉(zhuǎn)。該散射導(dǎo)致可以從不同 方向看到投射到無光屏上的圖像。散射體還越來越多地用于液晶顯示器(LCD),例如用于產(chǎn)生平面發(fā)光。因此需要這樣的方法，借助該方法可 以提供以彌散方式散射的表面。因此，本發(fā)明的目的是提供用于結(jié)構(gòu)化基材表面的方法，該方法易于 實(shí)施并使得可以提供用于寬范圍應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化表面。本發(fā)明的方法以優(yōu)越的方式滿足了復(fù)雜的要求體系。本發(fā)明相應(yīng)地涉 及用于在基材上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化表面的方法，其中將基材引入(特別是浸入) 已經(jīng)被設(shè)置為振動(dòng)的溶膠中，或者將已經(jīng)被設(shè)置為振動(dòng)的基材引入(特別 是浸入)任選地被設(shè)置為振動(dòng)的溶膠中?；诒景l(fā)明目的，結(jié)構(gòu)化表面是具有規(guī)則或者不規(guī)則結(jié)構(gòu)，特別是任 何類型的溝槽、壓痕或者凸起(bump)形式的規(guī)則或者不規(guī)則結(jié)構(gòu)的表 面。在此，壓痕和凸起可以采用任何所需形狀，并為納米至毫米尺寸范圍。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，其可以簡(jiǎn)單地實(shí)施，并提供產(chǎn)生寬范 圍結(jié)構(gòu)化類型的可能性。在一個(gè)簡(jiǎn)單步驟中，該結(jié)構(gòu)直接保存在合適的涂 層中，且無需額外的穩(wěn)定化。以這種方式，可以以單步驟方法在基材表面 上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)。另外，適配折射指數(shù)以便控制可以通過合適地混合相應(yīng)溶膠 (例如Ti02和Si02溶膠)獲得的光學(xué)效果。在一個(gè)特殊實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法適于制備用于液晶顯示器 的散射體。通常，在LCD中采用確保足夠?qū)Ρ榷鹊谋彻?。特別在電池供電 的LCD的情況下，例如在筆記本中，因?yàn)殡姵氐倪\(yùn)行時(shí)間受到額外限制，相關(guān)的能耗顯然是不利的。因此，有興趣開發(fā)不需要背光的LCD。這要求 使用應(yīng)滿足至少如下要求的反射體-入射光應(yīng)當(dāng)在觀察者的觀察角度范圍內(nèi)在整個(gè)顯示器區(qū)域上均勻分布-在觀察角度范圍外，應(yīng)發(fā)生盡可能少的反射 -結(jié)構(gòu)化應(yīng)當(dāng)防止干涉現(xiàn)象。借助本發(fā)明的方法，可以設(shè)想以這種方式提供結(jié)構(gòu)化的表面。 在本發(fā)明中合適的基材是玻璃基材、陶瓷基材、金屬基材或者塑料基 材，優(yōu)選玻璃、金屬或陶瓷基材和非常特別優(yōu)選玻璃基材或金屬基材。具 有結(jié)構(gòu)化表面的玻璃基材或者金屬基材特別適用于光學(xué)應(yīng)用，特別是LCD 應(yīng)用。針對(duì)玻璃基材的合適材料是所有已知的玻璃，例如浮法玻璃、所有本 領(lǐng)域技術(shù)人員已知的玻璃組成的鑄玻璃、A、 C、 D、 E、 ECR、 R或S玻璃。合適的金屬基材是例如具有小于ljum平均粗糙度值的拋光或者光亮 拉拔金屬片材。合適的塑料基材例如由PMMA或者聚碳酸酯構(gòu)成。合適的 陶瓷基材是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有陶瓷，特別是透明陶資，其可以使 用下面提及的方法之一結(jié)構(gòu)化。例如元素鈦、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。這些類型的溶膠或前體是已知的，并可商業(yè)購得。所述硅溶膠通 常是其中Si02顆粒通過四烷氧基硅烷，特別是四乙氧基硅烷(TEOS), 在含水/醇/氨介質(zhì)中水解縮聚獲得的硅溶膠。當(dāng)然還可以采用以不同方式制備的含水和/或含溶劑溶膠作為涂料溶液。另外，涂料溶液還可以包括表面活性劑。此外，可以用于溶膠-凝膠 方法的涂料溶液可以另外包括組分，例如流動(dòng)助劑或者配合劑。在涂料溶液中的各固體含量通常為0.1-20重量％ ，優(yōu)選2-10重量％。上述類型的涂料溶液記載在例如DE 19828231、 US 4775520、 US 5378400、 DE 19642419、 EP 1199288或WO 03/027015中，這些文獻(xiàn)的公 開內(nèi)容在此通過引用引入本發(fā)明中?；牡耐扛矁?yōu)選借助浸涂實(shí)施，其中溶膠或基材或者任選兩者均設(shè)置 為振動(dòng)。以這樣的方式，基材被溶膠涂覆、其中所施加層具有由溶膠和/ 或基材的振動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，僅有溶膠設(shè)置為振動(dòng)。為了本發(fā)明目的，振動(dòng)可以通過機(jī)械或者機(jī)電真空產(chǎn)生器產(chǎn)生。機(jī)械 振動(dòng)產(chǎn)生器通常由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)不平衡質(zhì)量產(chǎn)生，其中在最簡(jiǎn)單的情況 下，不平衡被直接機(jī)械傳遞至容納溶膠的容器(例如槽)和/或基材。機(jī) 械振動(dòng)產(chǎn)生器可以由電驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或者借助內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，具體 取決于所需應(yīng)用。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過提升裝置將基材浸入填充有 溶膠的槽中，其中該槽和溶膠或者僅僅是溶膠被設(shè)置為振動(dòng)。然后，以均 勻速度從槽中抽出基材。如果再次將基材浸入振動(dòng)溶膠并抽出，那么借助 涂料溶液實(shí)現(xiàn)了基材的不均勻涂覆。以這樣的方式，產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化的表面， 結(jié)構(gòu)化的類型和程度決定性地取決于振動(dòng)頻率設(shè)定和采用的溶膠和設(shè)備。 得到的結(jié)構(gòu)可以通過專門采用上述參數(shù)來合乎需求。由于通過在設(shè)置為振 動(dòng)的溶膠中涂覆直接在基材表面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化，因此所述結(jié)構(gòu)具有"柔和" 過渡而無邊界和角落。結(jié)構(gòu)化階段同樣可以通過所用的振動(dòng)頻率加以控制 并因此同樣合乎需求。機(jī)電振動(dòng)產(chǎn)生器通常由通過高頻交流電壓模擬振動(dòng)的電磁體系或壓 電體系組成。這些振動(dòng)的突出點(diǎn)在于非常寬可能的頻率范圍。振動(dòng)產(chǎn)生器 的各種類型和變型及其物理設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，并可以以簡(jiǎn) 單的方式適用各種需求。因此，在使用超聲時(shí)，振動(dòng)產(chǎn)生器可以例如為其 中含有含溶膠容器的相應(yīng)超聲浴。振動(dòng)被傳遞至容器中的溶膠。備選地，設(shè)想在所用溶膠中直接使用超聲發(fā)送器(transmitter),例如為浸入溶膠 中的超聲波發(fā)生器(sonotrode)形式。在溶膠振動(dòng)激發(fā)中使用的振動(dòng)的典型頻率范圍為5Hz-50kHz,優(yōu)選 5-500Hz。所施加層的厚度主要取決于在涂覆期間基材的抽出速度。抽出速度越 高，獲得的層越厚。抽出速度通常為0.01-250mm/s,優(yōu)選為l-20mm/s,非 常特別優(yōu)選為2-10mm/s。當(dāng)然，也可以一次或多次重復(fù)該涂覆操作直到達(dá) 到所需厚度。各參數(shù)優(yōu)選彼此匹配，以便結(jié)構(gòu)化的表面滿足所需條件。為了壓實(shí)和固化所施加的結(jié)構(gòu)化層，可以煅燒經(jīng)結(jié)構(gòu)化的基材。煅燒 從所施加層去除殘余的溶劑含量。煅燒溫度通常為300-700。C,優(yōu)選為 500-600°G 。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)化表面被金屬層另外涂覆。該額外 步驟發(fā)生在溶膠-凝膠法涂覆之后，并可以在隨后的任何時(shí)間實(shí)施。用金 屬層涂覆可以通過濕化學(xué)方法(例如通過合適的還原方法)實(shí)施，通過CVD方法和/或PVD方法實(shí)施，其中PVD方法是優(yōu)選的。適合作為額外金屬層的金屬的是，例如鋁、銀、鉻、鎳或其它反射性 金屬層。該金屬層優(yōu)選是鋁。額外金屬層的厚度取決于材料和所需性質(zhì)，并通常為10-150nm和特別 為30-100nm。本發(fā)明還涉及通過本發(fā)明方法之一制備的具有結(jié)構(gòu)化表面的基材。 本發(fā)明還涉及具有可通過上述方法獲得的結(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)用可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員 已知的所有光學(xué)應(yīng)用，例如任何設(shè)計(jì)的照相機(jī)、投影儀和投影屏幕、液晶 顯示器、放大系統(tǒng)(例如顯微鏡)等。根據(jù)本發(fā)明的基材優(yōu)選用于液晶顯 示器中，其中根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化基材可以特別有利地例如用作反射背 景，以便取代背光，由此使得能夠減少顯示器的能耗。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu) 化基材的其它應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，且無需創(chuàng) 造性步驟。下面的實(shí)施例旨在更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，而非對(duì)其進(jìn)行限制。實(shí)施例實(shí)施例l在尺寸為250 x 30 x 350mm的CrNi鋼槽中填充含水/醇SiO2溶膠(固體 含量3重量％ )。將機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生器安裝在該槽上口 (upper lip)中心處。該振動(dòng)產(chǎn)生 器為可商業(yè)購得的具有不平衡重量(不平衡重量質(zhì)量為約10g)的電動(dòng)馬 達(dá)，其通過夾具裝置連接到該槽。將約lmm厚的浮法玻璃片材固定在提升 裝置上并浸入該槽。打開振動(dòng)產(chǎn)生器之后(頻率120Hz),該玻璃片借 助提升裝置以5mm/s的速度從槽中抽出。該玻璃片在室溫干燥10分鐘。獲 得了經(jīng)涂覆的浮法玻璃片材，其中涂層具有以彌散方式散射的表面結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.用于在基材上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化表面的方法，其特征在于，將基材引入已經(jīng)被設(shè)置為振動(dòng)的溶膠中，或者將已經(jīng)被設(shè)置為振動(dòng)的基材引入任選地被設(shè)置為振動(dòng)的溶膠中。
2. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于，將所述基材浸入已經(jīng)被設(shè)置為振 動(dòng)的溶膠中，或者將已經(jīng)被設(shè)置為振動(dòng)的基材浸入任選地被設(shè)置為振動(dòng)的 溶膠中。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述溶膠是元素鈦、鋯、鋁、 硅的化合物和/或它們的混合物的溶膠。
4. 權(quán)利要求l-3中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其特征在于，所述振動(dòng)通過機(jī) 械或者機(jī)電振動(dòng)產(chǎn)生器產(chǎn)生。
5. 權(quán)利要求l-4中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)化表面 用金屬層額外涂覆。
6. 權(quán)利要求5的方法，其特征在于，用金屬層涂覆通過濕化學(xué)方法、 CVD方法和/或PVD方法實(shí)施。
7. 權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，所述金屬是鋁、銀、鉻、鎳 或其它反射性金屬層。
8. 具有結(jié)構(gòu)化表面的基材，通過權(quán)利要求l-7中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法制備。
9. 權(quán)利要求8的基材，其特征在于，所述基材是玻璃基材、陶瓷基材、 金屬基材或者塑料基材。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l-7中一項(xiàng)或多項(xiàng)方法制備的具有結(jié)構(gòu)化表面的基 材在光學(xué)應(yīng)用中作為散射體或者反射體的用途。
11. 權(quán)利要求10的用途，其特征在于所述光學(xué)應(yīng)用是液晶顯示器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在基材上制備結(jié)構(gòu)化表面的方法，其中將基材引入已經(jīng)被設(shè)置為振動(dòng)的溶膠中，或者將已經(jīng)被設(shè)置為振動(dòng)的基材引入任選地被設(shè)置為振動(dòng)的溶膠中。本發(fā)明同樣涉及以這種方式結(jié)構(gòu)化的基材及其在光學(xué)應(yīng)用中的用途。
文檔編號(hào)G02B1/10GK101253422SQ200680031361
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)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·烏克利斯, M·庫爾薩維 申請(qǐng)人:默克專利股份公司