Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
COMPOSITE MASK FOR PRODUCING A DIFFUSER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/050574
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an alternative composite mask that is substantially composed of a transparent support film coated with a transparent polymer matrix that contains light-absorbing pigment particles or metal particles having an average particle size d¿50? ranging between 0.5 and 10 $g(m)m.

Inventors:
HARADA TAKAMASA (JP)
KITA FUMIO (DE)
ZIMMERMANN ANDREAS (DE)
ALTHERR ANDREAS (DE)
MENNIG MARTIN (DE)
OLIVEIRA PETER W (DE)
SCHMIDT HELMUT (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/013846
Publication Date:
June 19, 2003
Filing Date:
December 06, 2002
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
CLARIANT GMBH (DE)
HARADA TAKAMASA (JP)
KITA FUMIO (DE)
ZIMMERMANN ANDREAS (DE)
ALTHERR ANDREAS (DE)
MENNIG MARTIN (DE)
OLIVEIRA PETER W (DE)
SCHMIDT HELMUT (DE)
International Classes:
C08K3/00; C08K3/04; C08K3/08; C08K3/22; C08K5/00; G02B3/00; G02B5/00; G02B5/02; G02B26/00; G03C1/015; G03C5/00; (IPC1-7): G02B5/00; G02B5/02; G02B26/00; G02B3/00; C08K3/00; C08K3/04; C08K3/08; C08K3/22; C08K5/00
Domestic Patent References:
WO2003005072A12003-01-16
WO2001022130A12001-03-29
Foreign References:
US5876857A1999-03-02
US6280835B12001-08-28
US5900309A1999-05-04
US5714247A1998-02-03
EP0437902A11991-07-24
EP0671638A11995-09-13
US5695895A1997-12-09
Attorney, Agent or Firm:
Hütter, Klaus (Patente Marken, Lizenze, Am Unisys-Park 1 Sulzbach, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. : 1) Kompositmaske, bestehend im wesentlichen aus einer transparenten Trägerfolie, die mit einer transparenten Polymermatrix, enthaltend lichtabsorbierende Pigmentteilchen oder Metallpartikel mit einer mittleren Teilchengröße d50 zwischen 0,5 und 10 pm, beschichtet ist.
2. Kompositmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentteilchen oder Metallpartikel eine mittlere Teilchengröße d50 zwischen 1 und 5 pm, bevorzugt zwischen 2 und 4 pm, besitzen.
3. Kompositmaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentteilchen organische Pigmente sind.
4. Kompositmaske nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Pigment ein Monoazo, Disazo, verlacktes Azo, ßNaphthol, Naphthol AS, Benzimidazolon, Disazokondensations, AzoMetallkomplex Pigment oder ein Phthalocyanin, Chinacridon, Perylen, Perinon, Thiazinindigo, Thioindigo, Anthanthron, Anthrachinon, Flavanthron, Indanthron, isoviolanthron, Pyranthron, Dioxazin, Chinophtalon, Isoindolinon, Isoindolinoder DiketopyrrolopyrrolPigment, ein Carbon BlackPigment (Ruß) oder Graphit ist.
5. Kompositmaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentteilchen anorganische Pigmente sind.
6. Kompositmaske nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Pigment ein Antimonoxid, Bismutoxid, Bleioxid, Cadmiumoxid, Chromoxid, Cobaltoxid, Eisenoxid, Indiumoxid, Kupferoxid, Manganoxid, Nickeloxid, Quecksilberoxid, Titandioxid, Zinkoxid, Zinndioxid, Zirkondioxid, Cadmiumsulfid, Molybdänsulfid, Quecksilbersulfid, Silbersulfid, Zinksulfid, Bariumsulfat, Calciumsulfat, Cobaltsulfat, Strontiumsulfat, Bariumcarbonat, Bleicarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat, Zinkcarbonat, Bleichromat, Zinkchromat, Kupferchromoxid, Cobaltaluminiumoxid, Cobaltchromoxid, Bariumtitanat, Berliner Blau, Bismutvanadat, Chromantimontitanoxid, Manganviolett, Molybdänblau, Molybdatrot, Schwefel, Titannitrid, Ultramarin oder WolframblauPigment ist.
7. Kompositmaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel aus Antimon, Bismut, Blei, Cadmium, Chrom, Cobalt, Eisen, Gold, Indium, Iridium, Kupfer, Magnesium, Mangan, Molybdän, Nickel, Osmium, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium, Samarium, Selen, Silber, Silicium, Tantal, Titan, Vanadium, Wolfram, Zink, Zinn, Zirkonium, Bronze, Messingoder StahlTeilchen bestehen.
8. Kompositmaske nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix aus Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyral, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyepoxid, Polyvinylpyrrolidon, die auch noch Oligomere und/oder Monomere davon enthalten können, oder einer Mischung davon besteht.
9. Kompositmaske nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie aus Polyester, Celluloseacetat, Polycarbonat, Polypropylen, Polyethylen oder Polymethylmethacrylat besteht.
10. Kompositmaske nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil des Pigments oder der Metallpartikel in der Matrix 0,5 bis 10 Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Matrix einschließlich Pigment oder Metallpartikel, beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung einer Kompositmaske gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Pigment oder Metallpartikel mit einer Teilchengröße zwischen 0,5 und 10 um in einer Polymermatrixlösung dispergiert, mit der erhaltenen Mischung eine Trägerfolie beschichtet und anschließend trocknet.
12. Verwendung einer Kompositmaske gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung eines Diffusors, insbesondere für Displayfolien und Architekturglas.
Description:
Beschreibung Kompositmaske zur Herstellung eines Diffusors Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Alternative zu bislang verwendeten Photomasken zur Herstellung von Diffusorfolien.

Nach der WO 94/29768 oder EP-A-0 671 638 werden Diffusorfolien hergestellt, indem man ein lichtempfindliches, transparentes Material (Photopolymer, Photo- Nanomer) auf eine photographische Platte (Maske) laminiert und durch diese hindurch mit konvergenter UV-Strahlung belichtet. Das Photopolymer bzw. das Photo-Nanomer enthält Monomere bzw. nanoskalige Teilchen, die von benachbarten unbestrahlten Bereichen in bestrahlte Bereiche des lichtempfindlichen, transparenten Materials diffundieren. Derartige Materialien sind beispielsweise in der WO 97/38333 beschrieben. Die Maske selbst besteht dabei aus Photogelatine auf einer Glasschicht und wurde zuvor über einen komplizierten Laserschreibprozess mit anschließender nasschemischer Entwicklung und Fixierung (Technik der Schwarz-Weiß-Photographie) hergestellt. Dieses Verfahren ist sehr zeit-und kostenaufwendig. Der Schreibprozess und die nachfolgende Weiterverarbeitung sind anfällig für Fehler (Punktdefekte), die sich ins Endprodukt (Diffusor) fortpflanzen. Das Maskenmaterial (Gelatine) ist mechanisch und chemisch sehr empfindlich, was die Lebensdauer der Maske begrenzt. Das technisch maximal mögliche Maskenformat beträgt derzeit etwa nur 30 cm x 40 cm und es stehen keine Endlosmasken zur Verfügung, was die Weiterverarbeitung der Diffuser zu großflächigen Displayfolien behindert.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Alternative zu Photomasken zu finden, die ohne großen technischen Aufwand auf größere Breiten (z. B. 0,60 m oder 1,20 m) aufskaliert werden können und endlos sind.

Die Aufgabe wurde durch eine neuartige Kompositmaske gelöst, die aus einem feinkörnigen, Licht absorbierenden Pigment oder feinkörnigen Metallpartikeln in

einer transparenten Matrix, die als dünner Film auf einer transparenten Kunststofffolie aufgetragen ist, besteht.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Kompositmaske, bestehend im wesentlichen aus einer transparenten Trägerfolie, die mit einer transparenten Polymermatrix und darin enthaltenden lichtabsorbierenden Pigmentteilchen oder Metallpartikel mit einer mittleren Teilchengröße d50 zwischen 0,5 und 10 um, vorzugsweise zwischen 1 und 5 um, besonders bevorzugt zwischen 2 und 4 pm, beschichtet ist.

Als Pigmente eignen sich alle fein-pulvrigen Materialien, die für das zur Diffuserherstellung verwendete Licht, vorzugsweise UV/Vis-Licht einer Wellenlänge von 190 bis 500 nm, nicht durchlässig sind. Die Partikelgröße des Pigmentes richtet sich nach der herzustellenden Maskenstruktur.

Als Pigmente eignen sich anorganische und organische Pigmente in der genannten Teilchengröße.

Als organische Pigmente kommen beispielsweise Monoazo-, Disazo-, verlackte Azo-, ß-Naphthol-, Naphthol AS-, Benzimidazolon-, Disazokondensations-, Azo-Metallkomplex-Pigmente und polycyclische Pigmente wie zum Beispiel Phthalocyanin-, Chinacridon-, Perylen-, Perinon-, Thiazinindigo-, Thioindigo-, Anthanthron-, Anthrachinon-, Flavanthron-, Indanthron-, Isoviolanthron-, Pyranthron-, Dioxazin-, Chinophtalon-, Isoindolinon-, Isoindolin-und Diketopyrrolopyrrol-Pigmente oder Carbon Black-Pigmente (Ruße) oder Graphit in Betracht.

Als anorganische Pigmente kommen beispielsweise Metalloxide, wie z. B. Antimonoxid, Bismutoxid, Bleioxid, Cadmiumoxid, Chromoxide, Cobaltoxid, Eisenoxide, Indiumoxide, Kupferoxide, Manganoxide, Nickeloxid, Quecksilberoxide, Titandioxid, Zinkoxid, Zinndioxide, Zirkondioxid ; Metallsulfide, wie z. B. Cadmiumsulfid, Molybdänsulfid, Quecksilbersulfid, Silbersulfid, Zinksulfid ;

Metallsulfate, wie z. B. Bariumsulfat, Calciumsulfat, Cobaltsulfat, Strontiumsulfat ; Metallcarbonate, wie z. B. Bariumcarbonat, Bleicarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat, Zinkcarbonat ; Chromate wie z. B. Bleichromat, Zinkchromat ; sowie Spinelle der allgemeinen Formel AB2X4, wobei A ein zweiwertiges Metall wie z. B. Fe (il), Zn, Mn, Co, Ni, Cu, Cd ; B ein dreiwertiges Metall wie z. B. Al, Fe (lit), V, Cr, Ti, und X die Elemente O, S, Se sein können, wie z. B.

Kupferchromoxide, Cobaltaluminiumoxide, Cobaltchromoxide, in Betracht.

Als weitere anorganische Pigmente eignen sich z. B. Bariumtitanat, Berliner Blau, Bismutvanadat, Chromantimontitanoxid, Manganviolett, Molybdänblau, Molybdatrot, Schwefel, Titannitrid, Ultramarin oder Wolframblau.

Als Metallpartikel kommen beispielsweise Elemente wie Antimon, Bismut, Blei, Cadmium, Chrom, Cobalt, Eisen, Gold, Indium, Iridium, Kupfer, Magnesium, Mangan, Molybdän, Nickel, Osmium, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium, Samarium, Selen, Silber, Silicium, Tantal, Titan, Vanadium, Wolfram, Zink, Zinn, Zirkonium oder Legierungen wie Bronze, Messing, Stahl in Betracht.

Besonders bevorzugt ist Graphit und Ruß.

Die Pigmente und Metallpartikel erhält man in der genannten Teilchengröße beispielsweise durch Mahlung und/oder Sieben entsprechender Pigmente, Rohpigmente oder Metallpartikel bis zum gewünschten Feinverteilungsgrad.

Als Bildner der Polymermatrix kommen vorzugsweise Polymere aus der Gruppe der Polyvinylacetate, Polyvinylalkohole, Polyvinylbutyrale, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyepoxide, Polyvinylpyrrolidon, die auch noch entsprechende Oligomere und/oder Monomere enthalten können, in Betracht.

Die Polymermatrix kann noch weitere übliche Kunststoff-Additive, wie z. B.

Verlaufsmittel, Weichmacher, bevorzugt Polyalkylenglykole,

Vernetzungsinitiatoren, Sensitizer, Antioxidantien und Lösungsmittel, wie z. B.

Ketone, Ether, Amide, Alkohole und Wasser, enthalten.

Besonders bevorzugtes Matrixmaterial ist Polyvinylalkohol, gelöst in Wasser.

Die dynamische Viskosität der Polymermatrix liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 50 und 1000 mPas, insbesondere zwischen 100 und 500 mPas, gemessen mit einem Rotationsviskosimeter bei 25°C und einer Drehzahl von 200 s-1.

Zur Herstellung der Polymermatrix löst man das Polymer in einem dafür geeigneten Lösungsmittel, wie z. B. Wasser, ein-oder mehrwertige Alkohole, deren Ether und Ester, z. B. Alkanole mit 1 bis 4 C-Atomen, wie z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutanol ; zwei-oder dreiwertige Alkohole, insbesondere mit 2 bis 6 C-Atomen, z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol, 1, 3-Propandiol, 1, 4-Butandiol, 1, 5-Pentandiol, 1, 6-Hexandiol, 1,2, 6-Hexantriol, Glyzerin, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol, Tripropylenglykol, Polypropylenglykol ; niedere Alkylether von mehrwertigen Alkoholen, wie z. B. Ethylenglykolmonomethyl-oder ethyl-oder propyl-oder butylether, Ethylenglykoldimethyl-oder ethyl-oder propyl-oder butylether, Diethylenglycolmonomethyl-oder ethylether, Diethylenglycoldimethyl-oder ethylether, Triethylenglykolmonomethyl-oder-ethylether, Triethylenglykoldimethyl- oder ethylether, Propylenglycolmonomethyl-oder ethyl-oder propyl-oder butylether, Propylenglycoldimethyl-oder ethyl-oder propyl-oder butylether, Dipropylenglycolmonomethyl-oder ethyl-oder butylether, Dipropylenglycoldimethyl-oder ethyl-oder butylether ; cyclische Ether wie Tetrahydrofuran, Dioxolan, Dioxan ; Ether wie tert-Butylmethylether, Diethylether ; Ketone und Ketonalkohole, wie z. B. Aceton, Methylethylketon, Di-ethylketon, Methylisobutylketon, Methylpentylketon, Cyclopentanon, Cyclohexanon, Diacetonalkohol ; Ester, wie z. B. Essigsäuremethyl-oder ethyl-oder propyl-oder butylester, Propansäuremethyl oder ethyl-oder propyl-oder butylester, Butyrolacton, Milchsäuremethyl-oder ethylester ; Amide, wie z. B.

Dimethylformamid, Dimethylacetamid und N-Methylpyrrolidon ; Aromaten wie Toluol, Xylol ; chlorierte Kohlenwasserstoffe wie Chloroform, Methylenchlorid ; Acetonitril sowie Gemische davon.

Der Polymerlösung setzt man vorzugsweise einen Weichmacher zu, der die Flexibilität der Maske erhöht und die Schrumpfung der Matrix beim Trocknen verringert, so dass sich keine Hohlräume im getrockneten Matrixmaterial bilden können, die zu unerwünschter Lichtstreuung führen.

Als Weichmacher sind Diethylenglykol und Polyethylenglykole besonders bevorzugt.

Die Pigmentpartikel oder Metallpartikel müssen homogen in der Polymermatrix dispergiert sein. Dazu verwendet man bekannte Dispergierhilfen, wie z. B.

Dissolver, Rührer, Kneter und weitere übliche Dispergieraggregate. Außerdem können zusätzliche Lösungsmittel, Netzhilfsmittel, Emulgatoren und Dispergiermittel, wie z. B. anionische, kationische oder nichtionische Tenside, verwendet werden, um Viskosität und Oberflächenspannung der Matrix entsprechend den Erfordernissen der verwendeten Folienbeschichtungstechnik einzustellen.

Die optischen Eigenschaften der Maske (und damit die des daraus herzustellenden Diffusors) kann man über die Partikelgröße des Pigments oder Metalls, über den Volumenanteil des Pigments in der Maske sowie über die Schichtdicke der Polymermatrix einstellen.

Der Volumenanteil des Pigments in der Matrix ist vorzugsweise 0,5 bis 10 Vol.-%, insbesondere 1 bis 5 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Matrix einschließlich Pigment bzw. Metallpartikels.

Die Schichtdicke der Polymermatrix ist vorzugsweise 1 bis 20 pm, insbesondere 2 bis 10 pm.

Als Trägerfolie verwendet man Kunststofffolien, die für das zur Herstellung des Diffusors verwendete Licht transparent sein müssen. Bevorzugt sind Folien aus Polyester, Celluloseacetat, Polycarbonat, Polypropylen, Polyethylen und

Polymethylmethacrylat. Besonders bevorzugt sind Folien aus Polyethylenterephthalat.

Die Schichtdicke der Trägerfolie ist vorzugsweise 10 bis 200 pm, insbesondere 20 bis 150 um, besonders bevorzugt 30 bis 100 pm.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Kompositmaske, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Pigment oder Metallpartikel der genannten Teilchengröße in einer Polymermatrixlösung dispergiert, mit der erhaltenen Mischung eine Trägerfolie beschichtet und anschließend trocknet.

Das Beschichten der Trägerfolie kann mit handelsüblichen Folienbeschichtungsanlagen im Rakelverfahren durchgeführt werden, bevorzugt bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,5 bis 5 m/min. Die Trocknung wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 60 bis 150°C durchgeführt.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer Kompositmaske zur Herstellung eines Diffusors. Hierzu wird die Kompositmaske an eine Folie aus einem photopolymeren Material laminiert, das photopolymere Material durch die Kompositmaske hindurch mit konvergentem UVNis-Licht bestrahlt, um Änderungen des Brechungsindex des photopolymeren Materials zu erzeugen, wodurch dem Fleckmuster der Kompositmaske entsprechende Mikrobereiche mit Brechungsindexgradation ausgebildet werden, die anschließend durch UV- Bestrahlung ausgehärtet werden, und der so entstandene Diffusor von der Kompositmaske wieder delaminiert. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der EP-A-0 671 638 beschrieben. Der Diffusor selbst kann zu Displayfolien (passive Lichtleitersysteme ; Erhöhung des"viewing angle") und in Architekturglas verwendet werden.

Herstellung einer Polyvinylalkohol-Mischung : a) Lösen von eMowiol 18-88 (Firma Cariant) : Es wurden 4050 g H20 de ! on in einem 5 I Reaktor vorgelegt. Unter Rühren (Propellerrührer, ca. 250 U/min) wurden 450 g Mowiol 18-88 langsam zugegeben.

Bei einer Temperierung auf 80°C wurde die Mischung ca. 3 Tage im Reaktor gerührt (Rückflusskühler). b) Herstellung einer PVA-Mischung : Zu 2000 g des PVAs (= 10 % Mowiol 18-88 in Wasser) gemäß a) wurden 200 g Diethylenglykol und anschließend 359 g i-PrOH unter Rühren (Ankerrührer, ca.

250 U/min) zugegeben.

Herstellung einer Graphit-Mischung : Zu 200 g H20 de ! on wurden 1,3 g TWEEN 80 (Emulgator der Firma Merck) unter Rühren (Magnetrührer mit Magnetstab, 300-400 U/min) zugegeben. Nach Auflösen des Emulgators erfolgte eine langsame Zugabe von 12,8 g Graphit KS 4 der Firma Timca (12,8 g Graphit in ca. 5,30 min) ebenfalls unter Rühren. Die Mischung wurde anschließend noch weitere 10 min gerührt und dann an einer Ultraschall-Lanze behandelt.

Fertigstellung der Graphit-Polymermatrix : 32,5 g der Graphit-Mischung wurden unter Rühren (Ankerrührer, ca. 250 U/min) zu 225 g der PVA-Mischung gegeben. Als weitere Komponenten wurden nacheinander unter Rühren noch 37,5 g iso-PrOH, 37,5 g EtOH sowie 3,3 g EByk 306 zugegeben.

Beschichtungsvorgang : Die Graphit-Polymermatrix wurde mit einer Folienbeschichtungsanlage (Mathis, 600 mm breit) im Rakelverfahren auf eine handelsübliche Polyesterfolie (Dicke 50 um) mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 2 m/min aufgetragen und bei 120°C (Trocknungszeit 1,5 min) unter Erhalt einer Kompositmaske getrocknet.

Verwendung der Kompositmaske : Die Kompositmaske wurde auf kommerziell erhältliches Photopolymer, wie z. B. in WO 94/29768 beschrieben, laminiert und in einem Mask-Aligner für 2 min mit UV- Licht (Hg-Lampe mit Kaltlichtspiegel 350-450 nm, 2 min, 1860 ft cd) bestrahlt

und anschließend für 1 min durch ganzflächige UV-Bestrahlung fixiert. Dabei wurde eine Diffusorfolie ("viewing angle"von 16°) erhalten, die eine sehr gute optische Übereinstimmung im Vergleich zu einer mittels herkömmlichen Photomasken, wie in WO 94/29768 beschrieben, hergestellten Diffuserfolie ("viewing angle"von 19°) aufweist.

Zur Bestimmung des"viewing angles"wird die Diffusorfolie von einer Seite (senkrechte Einfallsrichtung) mit konvergentem Licht beleuchtet, und man mißt die Intensität I des transmittierten Lichtes mit einem Photodetektor als Funktion des Winkels a. Der Winkel a (-90° < = a < = 90°) bezeichnet dabei die Abweichung vom Lot. Der"viewing angle"entspricht der Halbwertsbreite I/2. Je größer der "viewing angle"ist, desto höher ist die Streukraft des Materials.