DE4447353C1 - Verfahren zur Herstellung einer transparenten, Strahlung selektiver Wellenlängen reflektierenden Filmschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Filmschicht, die Strahlung selektiver Wellenlängen eines breiten Spektrumbandes reflektiert und eine entsprechende Filmschicht.

Es ist bekannt, daß zur Herstellung von Elementen mit unterschiedlicher Reflexion der verschiedenen Wellenlängen verschiedene planparallele Metalloxidschichten mit unterschied­ lichen Brechungsindices nach dem Vakuumaufdampfverfahren auf Trägerschichten, meistens Glas, aufgebracht werden. Die Anzahl der aufzutragenden exakt definierten Metalloxidschichten ist aus Kostengründen begrenzt, und die Transparenz wird bei stei­ gender Anzahl der Schichten gemindert.

Auch die Ausbildung derartiger Elemente durch volumen­ holografische Schichten ist bekannt; sie findet in Head-up-Display-Systemen oder speziellen Lichtfiltern ihre An­ wendung.

So werden z. B. Dichromatgelatineschichten hergestellt, mit ko­ härentem Licht exponiert und durch Interferenzausbildung in der Schicht definierte Braggebenen ausgebildet (entsprechend dem Bragg'schen Reflexionsgesetz). Nachteil der Dichromatgelatine­ schichten ist ihre sehr geringe Lichtempfindlichkeit zur Initi­ ierung von Härtungsprozessen der Gelatine. Hinzu kommt die gelbe Eigenfärbung der Dichromatgelatineschicht. Die Eigenfär­ bung findet man auch in den übrigen angewandten Systemen, wie Silberhalogenidemulsionen oder den meisten Fotoresisten. Sie alle besitzen die Eigenschaft, daß durch Interferenzausbildung in der Schicht grundsätzlich nur äquidistante Ebenen gebildet wer­ den können. Derart hergestellte Elemente reflektieren somit nur sehr schmale Bandbreiten.

Aus der US 5 153 670 und der US 5 026 131 sind Verfahren zur Herstellung von derartigen Reflexionsfiltern bekannt, bei denen durch Lichtinterferenzen in Dichromatgelatineschichten, in Polymermaterialien wie z. B. PMMA oder in Kombinationen dieser Materialien Bragg-Ebenen mit verschiedenen Abständen erzeugt werden. Diese Filter können auch breitere Spektral­ bereiche reflektieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur Herstellung einer Filmschicht auf Trägermate­ rial anzugeben, die Strahlung selektiver Wellenlängen reflektiert. Mit Hilfe ein­ facher Maßnahmen soll dabei auch erreicht werden, daß die Filmschicht breitere Spektralbereiche reflektiert. Aufgabe ist es ferner, eine Filmschicht anzugeben, die Strahlung selektiver Wellenlängen eines breiten Spektrumbandes reflektiert und die Strahlung der übrigen Wellenlängen transmittiert.

Die Filmschicht wird erfindungsgemäß hergestellt aus wäßrigen oder organowäßrigen Lösungen von Mischungen aus Gelatine und Acrylaten und/oder Methacrylaten, die wasserlöslich oder in alko­ holischen Lösungen löslich sind. Das Mischungsverhältnis liegt im Bereich Gelatine zu Acrylat und/oder Methacrylat von 1 : 0,8 bis 1 : 10, vorzugsweise 1 : 1,5 bzw. 1 : 3,0, wobei es sich um Masse­ verhältnisse handelt. Ein Zusatz von Induzierern zur Polymeri­ sationsbeschleunigung, wie z. B. Azonitrile, die in alkoholischen Lösungen löslich sind, ist möglich, jedoch nicht zwingend. Es werden für den Fall Induzierer bis zu 5 Masseprozenten zugesetzt, bezogen auf die Anteile von Acrylaten und/oder Methacrylaten. Tensidzusätze, wie z. B. Bernsteinsäureverbin­ dungen, gewährleisten die homogene Schichtausbildung.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filmschicht wird eine wäßrige oder organowäßrige Lösung aus Gelatine, Acrylaten und/oder Methacrylaten im vorgenannten Mischungsverhältnis hergestellt. Dieser Lösung werden Tenside zugegeben, und es können zusätz­ lich Induzierer und/oder Härtungsmittel zugemischt werden. Eine so hergestellte Lösung wird auf das Trägermaterial, z. B. PET-Folie oder Glasscheiben, aufgebracht, getrocknet und nach­ folgend mit kohärenten Strahlen des Wellenbereiches UV bis IR zur Interferenzausbildung in der Gelatine/Acrylat und/oder Metha­ crylatschicht exponiert. Die Exponierung zur Interferenzaus­ bildung erfolgt, wie sie aus der Fachliteratur bekannt ist.

Durch die Interferenzausbildung in der Gelatine/Acrylat und/oder Methacrylatschicht wird kurzzeitig, ebenenweise alternierend, eine Polymerisation des Acrylates und/oder Methacrylates initiiert. Die bestrahlte Filmschicht wird anschließend mit geeigneten Lösern, wie z. B. verdünnter NaOH-Lösung oder H₂O mit oder ohne Zusätzen von Tensiden, entwickelt und danach getrocknet. An die Trocknung der Filmschicht kann eine Temperierung angeschlossen werden. Der Temperaturbereich für die Temperierung liegt zwischen 135° und 250°C, bevorzugt bei 170°-200°C.

Zur Erzielung multidistanter Braggebenen werden zwei oder mehrere Lösungen von Gelatine und Acrylaten und/oder Methacry­ laten in beschriebener Weise mit oder ohne Induzierer, mit oder ohne Härtungsmittel hergestellt, bei denen das Masseverhältnis der Gelatine und der Acryl- und/oder Methacrylverbindung ab­ gestuft differiert, und diese durch eine Zwei- oder Mehrschicht­ simultanextrudierung auf das Trägermaterial aufgetragen. Diese zwei- oder mehrschichtige Gelatine/Acrylat- und/oder Methacrylat- Schicht wird in beschriebener Weise mit kohärenten Strahlen aus dem UV-IR-Strahlenbereich zur Interferenzausbildung expo­ niert und anschließend entwickelt, getrocknet und einer Tem­ perierung wie oben beschrieben unterworfen.

Die so erhaltene erfindungsgemäße transparente Filmschicht weist eine große Anzahl definierter Braggebenen mit 3 oder mehr unterschiedlichen Schichtstärken auf. Dadurch können zielge­ richtet große Spektralbereiche reflektiert werden.

Um noch breitere Spektralbereiche reflektieren zu können, werden auf eine bereits getrocknete mehrschichtige Schicht aus Gelatine und Acrylat und/oder Methacrylatverbindungen weitere Lösungen, deren abgestuftes differenziertes Massever­ hältnis von Gelatine und Acrylat und/oder Methacrylatverbindungen an die ersten Lösungen anschließt, extrudiert. Diese getrocknete Schicht wird in beschriebener Weise exponiert, entwickelt, ge­ trocknet und temperiert. Die so erhaltene erfindungsgemäße Filmschicht kann bis zu 250 Braggebenen mit bis zu 15 verschie­ denen Dicken aufweisen, wodurch die Reflexion eines breiten, selektiven Strahlenbündels möglich ist.

Die derart hergestellte Filmschicht besteht aus äqui­ distanten, oder didistanten, oder multidistanten Ebenen, die alternierend unterschiedliche Brechungsindices aufweisen, und setzt sich aus gehärteten oder nicht gehärteten Gelatinen und aus Polyacrylaten und/oder Polymethacrylaten zusammen.

Die erfindungsgemäß hergestellte transparente Filmschicht mit multidistan­ ten Braggebenen erlaubt eine breite Anwendung. Neben einem verbes­ serten Effekt gegenüber der bisherigen Herstellung von Head-up- Display-Systemen kann die erfindungsgemäße Filmschicht in der Fotovoltaik sowie in Schutzsystemen gegen UV und IR-Einstrah­ lung Anwendung finden.

Die folgenden Beispiele sollen die erfindungsgemäße Herstellung der Filmschicht erläutern.

1. Es werden 1 g Gelatine eingewogen und dazu 10 ml dest. Wasser zugegeben, die Gelatine unter Rühren bei 30°C etwa 15 Minuten gequollen und anschließend bei 45°C gelöst. Parallel wird eine Lösung aus 0,5 ml Hydroxyethylmethacryl, 0,8 ml Acrylsäure und 1 ml Wasser bereitet und diese der Gelatinelösung unter Rühren zugegeben. Eine weitere Lösung wird hergestellt, indem 8 mg Azoisobutyrolnitril in 1,5 ml Äthylalkohol gelöst und auf etwa 40-45°C erwärmt werden. Diese Lösung wird ebenfalls der Gelatine­ lösung zugemischt. Einer 1%igen wäßrigen Lösung eines Gelatine­ härtungsmittels werden 0,5 ml entnommen und der Gelatine/Acrylat­ lösung zugefügt. Anschließend werden einige Tropfen einer 1%igen Tensidlösung eines Bernsteinsäuremonoesters zugegeben. Die Gelatine/Acrylatlösung wird filtriert und mit einem Film­ ziehkasten auf eine Glasplatte aufgetragen, so daß eine homo­ gene Naßfilmschichtdicke von etwa 100 µm erzielt wird. Die getrock­ nete Filmschicht wird mit einem Excimerlaser zur Interferenz­ ausbildung exponiert, wobei die eingefallene Energiedichte z. B. 8 J/cm² beträgt. Anschließend wird die Schicht unter Bewegung in dest. Wasser, welches mit einem Tensid versetzt wurde, bei 18°C und 90 sec. entwickelt. Die Schicht wird getrock­ net und anschließend 5 Minuten bei 175°C temperiert. Die so er­ haltene Filmschicht ist transparent und enthält Braggebenen, die alternierend distant sind.

2. Es werden 3 Lösungen hergestellt aus je 1 g Gelatine und je­ weils 1,8 ml (Lösung 1), 2 ml (Lösung 2) und 2,2 ml (Lösung 3) Acrylsäure und je 12 ml dest. Wasser. Parallel werden 20 mg Azoisobutyrolnitril in 4 ml Äthylalkohol gelöst. Von dieser Lösung werden 3/5 der Gelatine/Acrylatlösung 1 zugegeben, 2/5 der Gelatine/Acrylatlösung 2. Der Gelatine/Acrylatlösung 3 werden 0,4 ml einer 1% wäßrigen Lösung eines Gelatinehärtungs­ mittels zugemischt. Allen 3 Lösungen werden Tenside zugesetzt, wobei der Lösung 1 0,15 ml, den Lösungen 2 und 3 je 0,10 ml der 1%igen Tensidlösung eines Bernsteinsäuremonoesters zugelöst werden. Beim Simultanguß wird die Lösung 1 direkt auf das Trägermaterial aufgetragen, die Lösung 2 bildet die Mittelschicht, und Lösung 3 bildet die äußere Schicht. Diese Schicht wird langsam getrocknet und anschließend mit einem Excimerlaser zur Interferenzausbildung exponiert. Die einfallende Energie­ dichte beträgt z. B. 8 J/cm². Anschließend wird die Schicht unter Bewegung in dest. Wasser bei 18°C und 2,5 Minuten entwickelt.

Die entwickelte Schicht wird vorsichtig getrocknet und anschließend 5 Minuten bei 1/5°C temperiert. Die erhaltene Filmschicht enthält Braggebenen mit 4 verschiedenen Schichtstärken.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Filmschicht, die Strahlung selektiver Wellenlängen reflektiert und für die Strahlung der übrigen Wellenlängen transparent ist, bei dem

• - mindestens eine wäßrige oder organowäßrige Lösung einer Mischung aus Gelatine und wasserlöslichen und/oder alkohol­ löslichen Acrylaten und/oder Methacrylaten mit einem vor­ gegebenen Mischungsverhältnis von Gelatine und Acrylat und/oder Methacrylat hergestellt wird,
• - die mindestens eine Lösung auf ein Trägermaterial auf­ gebracht und getrocknet wird,
• - die derart hergestellte Filmschicht mit kohärentem Licht so belichtet wird, daß sich in der Filmschicht Interferenzen ausbilden,
• - die belichtete Filmschicht entwickelt wird, so daß Bragg- Ebenen mit alternierend unterschiedlichen Brechungsindizes entstehen, und bei dem
• - die entwickelte Filmschicht getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mehrere Lösungen aus Mischungen von Gelatine und Acrylat und/oder Methacrylat her­ gestellt werden, wobei die Masseverhältnisse von Gelatine zu Acrylat und/oder Methacrylat in den einzelnen Mischungen de­ finiert voneinander abweichen, und bei dem diese Lösungen durch einen Mehrschichtsimultanguß auf das Trägermaterial aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine oder mehrere Lösungen auf eine bereits getrocknete Filmschicht aufgetragen wird bzw. werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Masseverhältnis von Gelatine zu Acrylat und/oder Methacrylat in den Mischun­ gen 1 : 0,8 bis 1 : 10 beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der bzw. den Lösungen zusätzlich bis zu 5 Masseprozente eines Polymerisationsinduzierers, bezogen auf die Acrylatmenge und/oder die Methacrylatmenge, hinzugegeben werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die entwickelte und getrocknete Filmschicht zusätzlich bei einer Temperatur von 135°-250°C mindestens 5 Sekunden tem­ periert wird.

7. Filmschicht auf Trägermaterial, die Strahlung selektiver Wellen­ längen reflektiert und für die Strahlung der übrigen Wellen­ längen transparent ist, mit äquidistanten oder didistanten oder multidistanten Ebenen, die alternierend einerseits aus Gelatine, andererseits aus einem Gemisch von Gelatine und Poly­ acrylaten und/oder Polymethacrylaten bestehen und alternierend unterschiedliche Brechungsindices aufweisen.