制造大宽度的无缺陷光导元件的方法、制造装置和衍射光导元件.pdf

本发明描述了一种通过连续的、单阶段的卷对卷方法制造衍射光导元件的方法，其包括下列步骤：a)将光敏涂布组合物涂布到柔韧的背衬底基上，b)干燥所述涂布组合物，c)层压上柔韧的掩模，d)通过所述掩模将所述涂布组合物曝光以通过成图案方式的曝光在所述涂布组合物中产生折射率梯度，和e)全面积固化所述涂布组合物以固定所述折射率梯度。该方法可用于制造几乎不含夹杂物或者气泡的高价值衍射光导元件。而且，可制造非常大宽度的卷材。所述光导元件适合用于例如大尺寸的应用，例如投影屏、投影TV或者大尺寸LCD TV显示器。

1.  一种制造衍射光导元件的方法，其包括下列步骤：
a)将光敏涂布组合物涂布到柔韧的背衬底基上，
b)干燥所涂布的涂布组合物，
c)将柔韧的掩模层压到所述干燥的涂布组合物上，
d)通过所述掩模将所述涂布组合物曝光，以通过图案曝光在所述涂布组合物中获得折射率梯度，
e)对所述涂布组合物进行整个表面固化以固定所述折射率梯度，
步骤a)到e)依次在连续的、一个阶段的卷对卷方法中进行。

2.  权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤d)中的曝光之后且在步骤e)中的固化之前、或者在步骤e)之后，再将所述卷对卷方法中的掩模除去。

3.  权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述背衬底基为透明或者不透明的塑料片、金属箔或者金属化的片。

4.  权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于所述掩模包括在背衬膜上的掩模膜。

5.  权利要求4所述的方法，其中在步骤c)后再将所述掩模的背衬膜分开，从而在所述涂布组合物上留下所述掩模膜。

6.  权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于在步骤d)中的曝光期间加热所述涂布组合物。

7.  权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于将所述背衬膜从经固化的涂布组合物上分开。

8.  权利要求1到7中任一项的方法，其特征在于步骤a)中的所述涂布组合物仅涂布到所述背衬底基的部分宽度上，使得仅在所述背衬底基的部分区域上形成所述光导元件。

9.  权利要求8所述的方法，其特征在于所述方法在同一背衬底基上重复至少一次，并且在后续的一次或多次运行中，在各情况下均在步骤a)中将所述涂布组合物涂布到所述背衬底基的宽度的未涂布部分。

10.  权利要求9所述的方法，其特征在于在两次或者更多次运行中，在各情况下均涂布所述涂布组合物，使得所形成的光导元件的所述各部分区域彼此邻接。

11.  权利要求10所述的方法，其特征在于所述涂布组合物足够好地润湿所述背衬底基，使得在一次运行中所涂布的涂布组合物的层在边缘处具有楔形轮廓，并且在下一次运行或者后续运行中，涂布所述涂布组合物，使得先前涂布的所述光导元件的所述部分区域的接缝区域以楔形形状被覆盖。

12.  权利要求1到11中任一项所述的方法，其特征在于通过螺旋涂布、刮涂或者通过流延方法将所述涂布组合物涂布到所述柔韧的背衬底基上。

13.  权利要求1到12中任一项所述的方法，其特征在于所述光导元件的宽度大于60cm。

14.  权利要求1到13中任一项所述的方法，其特征在于将所制造的光导元件的卷材切割为合适的长度。

15.  权利要求1到14中任一项所述的方法，其特征在于通过叠加将所得光导元件与一个或者多个其它光导元件组合，以获得具有特定光学性质的两层或者多层复合材料。

16.  一种以连续的、一个阶段的卷对卷方法制造衍射光导元件的设备，包括
a)涂布装置，其将光敏涂布组合物涂布到柔韧的背衬底基上，
b)干燥装置，其干燥所涂布的涂布组合物，
c)层压装置，其将柔韧的掩模层压到所述干燥的涂布组合物上，
d)曝光装置，其通过所述掩模将所述干燥的涂布组合物曝光，
e)固化装置，其将所述涂布组合物整个表面固化，
设计所述各装置使得可以将背衬底基依次连续地传送到装置a)到e)，以进行所述特定的工艺步骤。

17.  权利要求16中所述的设备，其特征在于其包括相对于所述底基方向倾斜的可以在所述背衬底基上在向外的方向上提供张力的辊。

18.  权利要求16或17所述的设备，其特征在于装置a)到e)容纳在共同的壳体中。

19.  权利要求16到18中任一项所述的设备，其特征在于所述设备另外包括一个或者多个分层装置，通过所述分层装置可以将所述掩模、所述掩模的背衬膜和/或所述背衬底基分层。

20.  一种能通过权利要求1到15中的方法获得的衍射光导元件。

21.  权利要求20所述的衍射光导元件，特征在于所述光导元件的宽度大于60cm。

22.  权利要求20或21所述的衍射光导元件，其特征在于其为折射率梯度膜或者由背衬底基、折射率梯度膜和任选的覆盖膜所形成的复合材料。

23.  权利要求20到22中任一项所述的衍射光导元件，特征在于所述光导元件为由两个或者更多个光导元件所形成的复合材料。

制造大宽度的无缺陷光导元件的方法、制造装置和衍射光导元件
背景技术
本发明涉及一种制造衍射光导元件(diffractive light guide element)的方法、一种制造衍射光导元件的装置和能由此获得的光导元件。
技术领域
光导元件也称为扩散体(diffuser)。光导元件和扩散体应理解为指具有导光性质的元件，尤其是膜。最简单形式的扩散体是具有散射作用但是不容许定向导向的漫射屏。然而，定向导光的实现对于许多光学应用高度重要，因为可以因此实现许多不同的效果，例如在显示器的情况下的光输出的增加、显示器的散射角和视角的调节、对于日光投影的不依赖于侧射光的反射、对比度的增加等。
由于光导性质的发展，产生了折射率梯度。产生折射率梯度的原理是已知的。例如在US 5552261和US 5529473中所述，相对于周围液体基质具有增加或者降低的折射率的单体的扩散可以用于产生折射率梯度。在光敏聚合物中因为定向扩散而众所周知的“Colburn-Haines效应”以及随后在以图案形式曝光的区域中的聚合导致密度的增加并且因此导致折射率的增加或者降低。此后，通过整个表面固化(全面积固化)固定折射率梯度分布。随后还使用了无机性质的光敏组分，而不是单一的有机单体，通过该无机性质的光敏组分可实现折射率的更大差异。
这种光导元件的制造在原理上同样是已知的，例如通过全息方法。光导元件可例如通过对具有导光作用的表面结构进行压花或者通过光敏性聚合物膜(光敏聚合物)的逐点曝光(例如用穿孔掩模)而制造。
例如，WO 03/058292描述了制造具有梯度结构的光学元件的方法，其中通过在由其中分散有颗粒的可固化的基体材料组成的纳米复合材料中产生电势差而获得嵌入固体基体中的纳米尺度的颗粒，使得纳米尺度颗粒的定向扩散随着浓度梯度的形成而发生，并且具有浓度梯度的纳米复合材料发生固化。该纳米复合材料可为光敏材料。
DE-A-10200760描述了一种制造折射率梯度膜的方法，其中折射率梯度在可聚合的、固体或者凝胶形式的纳米复合材料中，例如通过平版印刷术或者局部曝光而产生，并且随后通过固化而固定。
本申请人的专利申请PCT/EP2005/013685和PCT/EP2005/013683描述了制造具有折射率梯度的光学部件的方法，其中在混杂材料中产生折射率梯度，所述混杂材料包括可溶性有机聚合物和具有可光聚合或者可热聚合的配体的单核或者多核金属络合物。对混杂材料的局部照射或者加热形成浓度梯度，其随后通过固化而固定。
根据以上现有技术，光导元件通过两阶段方法制造。例如在DE-A-10200760中，通过常规涂布方法将光敏组合物涂布于背衬(backing)上并干燥。当聚合物膜用作背衬时，形成的复合材料具有用于保护的覆盖膜并且卷起用于存储。随后，在第二阶段中，使涂布的光敏组合物结构化，为此通常必须将覆盖膜除去。
这些两阶段方法的缺点因以下方面引起：需要在涂布后只有在非常适度的条件下干燥，因为更高度折射的单体的扩散或者纳米颗粒的扩散在更高度固结的层中非常受限制；以及在后续图案曝光过程中结构例如全息结构的形成变得实际上不可能。这又导致所涂布的层的非常大的机械敏感性和有粘在掩模上的倾向。两种效应均导致扩散体层中的非常高的缺陷率，这对于许多应用是不可忍受的。其它因素为，各个工艺步骤，例如卷起和再次展开以及伴随的传送过程进一步增加了误差率。而且，当前技术受限制于不大于60cm的膜宽。具体地，本领域中特别地出现下列缺点：
1.在第一个工艺步骤中制造的夹层结构由于该方法而非常柔软和自由流动并且对机械应力非常敏感。由于重复处理，不可避免地产生机械应力并且这些机械应力可导致表面中的最小限度的变形，其被后续的第二个步骤(曝光)在光学上显著地放大。这是由以下事实导致的：在曝光期间，所谓的“光导管(light-pipe)”沿着照射的方向形成。因此，如果不均匀性例如小的凹痕、隆起、凸出部分或者刮痕(下文将这些称为微缺陷)存在于待曝光的夹层结构中，光敏材料在这些微缺陷附近被以非常不同的角度照射，这导致光导管平行性的宏观可见的破坏并且因此导致整个扩散体在视觉外观和视觉效果上的宏观清楚可见的破坏。这种扩散体特别不适合用于显示领域。
2.两阶段方法需要在第一和第二工艺步骤之间的存储时间。在该存储期间，在光敏材料中可存在老化过程，这阻止了可再现的扩散体制造。而且，处于卷绕状态的夹层结构材料的存储由于夹层结构卷内部和外部的不同压力并且由于重力的影响而导致周期性地出现层厚度的变化，这导致由其制造的扩散体膜的光学效应的清楚可见的周期性变化，因为光导管结构包括其效果(衍射效率)非常依赖于厚度的体积相位全息图。这些也是阻碍扩散体的应用特别是在显示领域中的应用的宏观缺陷。
3.对于扩散体的大尺寸应用，例如投影屏或者大尺寸的LCD-TV显示器，必需使两片或者更多片扩散体膜在纵向上接合，使得没有接缝可以看见。这是因为，曝光所需的光学器件(optics)的宽度由于技术原因并且还由于成本原因不能如所期望地按比例增加(scale up)，例如不能按比例增加到1.60m。然而，通过现有技术中已知的不同方法在上述两阶段方法中所制造的两个或者多个扩散体的无缝连接在上述应用所需的质量方面是不可能的。
4.两阶段方法由于众多的工艺步骤而非常昂贵。
5.当使用大于50～60cm的宽度时，由于与曝光和干燥或者程序升温有关的根本不可避免的不均匀性，出现具有波纹状的扭曲或者非平面边缘。这些区域不可用于上述可能的应用。只有通过连接较小部分才可能实现较大面积。尽管该问题可通过在膜边缘上安装倾斜的转轮而减小到一定程度，但是总的来说不可能根据现有技术用两阶段方法获得更大的宽度。
发明内容
因此本发明的目标是提供一种方法，使用该方法可以避免光导元件的上述宏观缺陷并且其允许制造具有显著超出可用曝光光学器件的宽度的高宽度扩散体。
已令人惊讶地发现，该目标通过用连续的卷对卷(roll-to-roll)方法来制造衍射光导元件的方法而实现。该衍射光导元件包括光学和微光学光导元件。
因此，本发明涉及一种制造衍射光导元件的方法，其包括下列步骤：
a)将光敏涂布组合物涂布到柔韧的背衬底基(web)上，
b)干燥所涂布的涂布组合物，
c)将柔韧的掩模层压到所述干燥的涂布组合物上，
d)通过掩模将所述涂布组合物曝光，以通过图案曝光在所述涂布组合物中获得折射率梯度，
e)对所述涂布组合物进行全部表面固化，以固定所述折射率梯度，
步骤a)到e)依次在连续的、一个阶段的卷对卷方法中进行。
新构建了一个连续的、组合的涂布和曝光设备用于根据本发明的方法。因此，本发明进一步涉及一种设备，利用其可进行根据本发明的方法，即涉及一种用于在连续的、一个阶段的卷对卷方法中制造衍射光导元件的设备，包括：
a)将光敏涂布组合物涂布到柔韧的背衬底基上的涂布装置，
b)干燥所涂布的涂布组合物的干燥装置，
c)将柔韧的掩模层压到所述干燥的涂布组合物上的层压装置，
d)通过所述掩模将所述干燥的涂布组合物曝光的曝光装置，
e)对所述涂布组合物进行整个表面固化的固化装置，
设计所述各装置使得背衬底基可以依次连续地传送到装置a)到e)，以进行所述特定的工艺步骤。
附图显示对本发明的光学光导元件而言作为在三个不同位置测量的角度的函数透射率。
与现有技术相反，根据本发明，一旦已通过层压连续地贴上掩模，就在预干燥过程后“在线(in-line)”进行夹层结构的曝光过程。曝光后，可以此后立即、连续地和再次在线地除去掩模。结果，整个过程可以在封闭的涂布、层压和曝光设备内在绝对清洁室条件下进行。根据本发明的方法使得许多处理操作是多余的，例如卷起和展开过程或者传送过程，根据现有技术，卷起和展开过程或者传送过程至今是必需的，并且是待制造的光学元件中的缺陷的成因。
尽管这减少了缺陷的起因，例如卷起、展开和传送，但是仍存在通过掩模的层压和优选的后续分层(delamination)而产生的粘合问题。尽管存在该问题，但仍惊讶地发现，缺陷的数目几乎比现有技术方法中小两个数量级。分层后，分层的(无掩模的)膜可以依照本发明完全固化而没有任何问题，使得其变为机械不敏感的。总之，该新方法在格外高程度地免除缺陷方面是显著的。
为防止固化/干燥中的波纹状边缘，该设备可包括现有技术中已知的倾斜的导辊(running roll)，其在向外方向上牵引并且作用于背衬底基。所述导辊保证在仍旧柔软的膜上在向外方向上的张力。采用这种装置，现在可令人惊讶地实际上制造任何期望的膜宽度而没有起皱现象产生。因此，立即可以获得1.60m以上宽度的微光学光导元件。
本发明的制造方法是连续的、一个阶段的卷对卷方法。该卷对卷方法是本领域技术人员已知的通常惯用的技术，其中将柔韧的材料如膜从一个辊展开并且传送到另一个辊(在其上，膜被再次卷起)，所述材料在传送到第二个辊时经受一个或者多个处理步骤。特别地，对该柔韧的材料在一个阶段中进行步骤a)到e)，而没有同时在一个中间辊上将其再次卷起，或者如果适当的话将其存储。
衍射光导元件的制造连续地进行。这也是令人惊奇的，因为光导元件的制造包括经受非常不同条件的不同工艺步骤，例如涂布步骤和图案曝光步骤。因此，不同的处理步骤在通常的实践中具有不同的时间要求。
有用的柔韧的背衬底基可为所有适合于该用途的材料。该柔韧的背衬底基优选为常规的背衬膜。根据光导元件所打算的用途，所用的背衬底基或者背衬膜可为对要制造的光导元件具有持久的或者暂时的粘附力的底基或者膜。在暂时粘附力的情况下，随后除去背衬底基，使得可获得没有背衬底基的光导元件的柔韧卷材(web)或膜。当然，所述背衬底基可经受常规的预处理，例如防粘连处理或者电晕处理。
背衬底基可为透明的或者不透明的。背衬底基的实例为例如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯和三醋酸酯的塑料片(优选为聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者三醋酸酯的塑料片)，金属箔或者金属化的膜。典型的工业品为，例如膜(聚酯片)。将背衬底基特别地布置在辊上，将其从该辊上展开以进行该方法。
在第一个步骤中，将光敏性涂布组合物(优选为液体)涂布到柔韧的背衬底基上。在本发明的设备中，为此将涂布装置设置在该设备的第一部分中。在那里用光敏材料涂布适合的柔韧的背衬底基。所用涂布方法可为现有技术中已知的所有方法，例如辊涂。特别适合的方法为赋予缓慢前进速率的那些方法，例如螺旋涂布或者刮涂，或者为流延方法例如薄膜流延或者用狭缝模具(slot die)式涂布(狭缝涂布)。优选地提供期望的干燥层厚度的涂布方法是适合的。选择涂布速率，使得获得涂布组合物的期望的干燥层厚度。干燥层厚度可在宽的范围内变化；其通常为例如10～250μm，优选10～150μm，且更优选40～75μm。
此后，干燥所涂布的涂布组合物。所述干燥通常进行到可通过层压而贴上柔韧的掩模的程度。可通过本领域技术人员已知的所有方法，例如通过加热和/或者用气流进行所述干燥。优选通过加热进行干燥。在干燥期间，完全或者部分除去涂布组合物中的溶剂，使得残留含量例如为0～20重量％。该设备包括用于干燥的干燥装置，其优选由烘箱组成。干燥条件，例如温度和时间，彼此依赖，并且依赖于所用的涂布组合物和期望的干燥程度，其可由本领域技术人员在本发明的基础上以合适的方式进行选择。
因此，在涂布装置的下游，所涂布的背衬底基优选地通过烘箱，在该烘箱中，存在于光敏材料中的溶剂被完全或者部分除去。烘箱的长度由该溶剂的蒸发速率以及曝光(步骤d))所需的底基速度决定。其通常为1～10m，优选为1.5～5m，并且更优选2～4m。
此后，对于掩模曝光方法，通过现有技术中已知的方法通过层压而贴上柔韧的掩模。可用于该目的的掩模曝光方法和掩模是已知的。所用掩模可为其微结构适合用于具有所需光学性质的光导元件的制造的所有合适的常规掩模。典型的实例为商业化的光掩模或者穿孔掩模。而且，其中对所要进行的曝光的波长不透明的颗粒在透明基体(例如透明聚合物)中形成了结构的掩模也是合适的。所述结构通过颗粒在基体中的均匀分布而产生，并且可根据所期望的结构例如通过对基体中颗粒的浓度、其形状和其尺寸的合适选择而变化。
根据用于微光学系统的掩模曝光方法中的通常实践，掩模具有对在步骤d)中所用的光透明的区域和对在步骤d)中所用的光不透明的区域。根据所要制造的元件中的期望的衍射或者微光学结构，透明区域和不透明区域形成合适的图案。本领域技术人员可以直接选择适合用于该特别用途的掩模。优选将柔韧的掩模再次与涂布组合物分开，即，可以可逆地通过层压贴上掩模。
所述柔韧的掩模优选为掩模膜。在优选的实施方式中，掩模包括已叠置有掩模膜的背衬膜，该掩模膜提供结构化即透明和不透明的区域并且构成实际的掩模。所述膜可为在背衬膜上的可分离或者不可分离的层。所述膜可与背衬膜一起形成背衬膜和掩模膜的膜复合材料。
所述掩模可卷绕到辊上并且展开用于层压。用于层压的合适技术为本领域技术人员已知的所有技术。例如可以使用压花压光机(embossingcalender)。当使用包括背衬膜的柔韧掩模时，优选接下来通过合适的分层装置除去所述掩模膜的背衬膜，以获得最高的光学质量。这样，获得了包括背衬底基、涂布于其上的涂布组合物和掩模的夹层结构，所述背衬膜已任选地从所述掩模除去。
在下一个步骤中，通过掩模曝光涂布组合物。这实现了光敏性涂布组合物的图案曝光。这样，在涂布组合物中获得了折射率梯度，其解释于后文中。为此，本发明的设备包括合适的曝光装置。
对于曝光，可使用所有合适的光源。它们的选择受到光敏材料例如，任何存在于其中的光引发剂和感光剂的支配。可相对背衬底基平面以直角或者以特定的倾角实施曝光。可将具有合适的光学器件的多个光源串联连接，在该情况下，它们的倾角可相同或者不同。可以使用例如激光、UV光或者可见光，优选UV辐射线。优选用平行光曝光。
可在室温(23℃)下进行曝光。在优选的实施方式中，夹层结构在图案曝光期间经受例如高于35℃的热处理。适合用于加热的装置的实例为加热台。在步骤c)后所获得的夹层结构(可能已经除去掩模的背衬膜)可在台上，优选在加热台上适当曝光。考虑到折射率梯度分布的建立是由扩散控制的事实，图案曝光中所使用的温度又依赖于所要实现的光学性质，并且依赖于所用材料如背衬底基、光敏材料和掩模材料的热稳定性。优选温度为室温至120℃，并且更优选60～80℃。
为了使加热台上的夹层结构平坦，如上所述，在边缘使用张力辊或张紧辊是合适的。为了具有其它使材料中的张力均衡的手段，可以在曝光的下游插入另外的加热处理工艺。已知这种工艺来自聚合物和玻璃技术；选择接近于正讨论的材料的具体转变范围的温度，在当前情况下，例如选择60℃～90℃的温度。图案曝光允许形成所谓的光导管。
此后，优选通过本领域技术人员已知的方法，将柔韧的掩模与经图案曝光的涂布组合物分离并且如果合适的话将其卷起。也可在固化结束后，但是仍旧在卷对卷方法中，即在将制造的光导元件卷绕到辊上之前，将掩模剥离。
在下一个工艺步骤中，对经图案曝光的涂布组合物在全部面积上固化。这可通过曝光或者热处理而完成，优选通过曝光进行全部面积的固化。在通过加热进行全部面积固化的情况下，掩模未破坏；在曝光情况下，如果背衬底基对所用的光是透明的，则这可以例如从夹层结构的背面完成，并且因此这也可以在掩模的存在下进行。尽管如此陈述，但是优选在全部面积的固化之前分离掩模。保留它可为合适的，例如以使得掩模作为所完成的衍射元件的稍后卷绕中的保护膜。
全部面积上的固化将步骤d)中形成的折射率梯度固定。在优选的通过曝光固化的情况下，夹层结构可以在全面积上通过用或者不用掩模的整片曝光(flood exposure)而固化，并且因此可以固定通过掩模曝光而产生的折射率梯度结构。对于完全固化，还可使用例如激光、UV光或者可见光。用于该目的的光的波长可与用于产生折射率梯度结构的光相应或者与其不同。这反过来受到存在于光敏材料中的光引发剂或者感光剂的类型和数量的支配。在透明的背衬膜的情况下，可从底部(穿过背衬膜)完成整片曝光，或者从顶部完成整片曝光(特别是在不透明背衬膜的情况下)。
为了将由此制造的衍射光导元件卷起，可将合适的分离膜用作被贴到该元件上的中间层。如果在曝光后未除去掩模，可以无需该步骤。如果需要，这样的分离膜或者保护膜可以在光导元件的进一步处理中的稍后时间再除去。
如以上所解释的，通过使用光敏性涂布组合物制造折射率梯度的原理是已知的，并且详细地解释在现有技术中。在根据本发明的方法中，所用的光敏性涂布组合物可为来自现有技术的常规组合物。所述涂布组合物特别包括在可固化基体材料中的可光聚合的组分，所述可固化基体材料的折射率不同于所述可光聚合的组分的折射率和光聚合后的组分的折射率。所述可光聚合的组分通常为折射率比基体材料高的组分，无机性质的组分特别适合用作该基体材料；优选含Ti、Zr、Nb或者Ta的组分。可光聚合的组分在图案曝光期间聚合，导致上面解释的定向扩散。这产生了浓度梯度并且因此在基体中产生折射率梯度，其在后续固化中被固定。
合适的可光聚合的组分为在现有技术中使用的那些，例如配体具有可光化学聚合的基团的单核或者多核金属络合物、或者表面基团具有可光化学聚合的基团的纳米尺度(例如具有2～200nm的平均颗粒尺寸)的颗粒。配体或者表面基团通常是有机性质的，使得无机光敏组分也包括有机成分。所述可光聚合的基团可为本领域技术人员已知的所有那些基团，例如反应性双键如乙烯基或者(甲基)丙烯酰基。
合适的基体材料为在现有技术中使用的材料，例如，有机聚合物、低聚物或者单体和/或任选的有机改性的无机缩合物，例如由可水解的硅烷形成的缩合物。所述基体材料可在步骤e)的条件下固化。所述涂布组合物可进一步包括溶剂以及合适的添加剂，例如增塑剂、热或者光化学聚合或者交联引发剂(热引发剂或者光引发剂)、感光剂、润湿助剂、粘合助剂、抗氧化剂、流平剂、稳定剂、染料、光致变色和热致变色化合物。感光剂或者光引发剂可起到改变或者加宽适合用于光聚合的光的波长范围的作用。涂布组合物的可用组分的进一步细节可例如在上述申请WO 03/058292、DE-A-10200760、PCT/EP2005/013685和PCT/EP2005/013683中找到，将其全部内容引入本文作为参考。
光敏涂布组合物指其对本发明的曝光步骤中使用的辐照敏感并且在曝光时进行固化或者聚合反应。为了涂布，所述涂布组合物优选为液体。干燥后，其则优选为粘稠的、凝胶形式或者固体。
图案曝光通过可光聚合组分的扩散实现了所述结构化，所述可光聚合组分固定在辐照通过的区域(即未被掩模覆盖的那些区域)中，并因此形成了较高折射率的区域。折射率的增加通常是由于以下事实：可光聚合的或者光聚合后的组分是无机性质的并且通常与聚合物基体相比具有显著增加的折射率。
所得折射率梯度的结构是任意的并且可以根据期望的应用而选择。可由具有相对高折射率的区域和具有相对低折射率的区域形成任何期望的二维或者三维图案。例如，其可为全息图。可获得具有优选地在亚微米直至较低微米的范围内的随机分布的横向尺寸分布的横向的、柱形的折射率梯度结构，即所谓光导管。这些光导管例如为彼此平行地排列并且相对于膜平面为直角(对称扩散体)或者为特定角度(不对称扩散体)。在特定情况下，可获得两组或者更多组光导管，其相对于膜平面以不同的角度(包括90°)布置。
可通过根据本发明的方法制造相对现有技术具有高的宽度的微光学光导元件，其为例如大面积显示应用例如，投影屏、投影TV或者LCD-TV所需要的。
在根据现有技术的两阶段制造方法中，可获得的最大宽度受到用于曝光的照明场的宽度的限制。这不能期望通过光学手段如所期望的那样变宽，因为否则曝光所需光强下降太多。由于照明场的边缘区域中的射线的不可避免的发散，因而在膜方向上将几个照明场彼此并排连接是不可能的。与连续方法相比较，以弧形布置方式连接扩散体在技术上不仅非常复杂而且太昂贵。
现在，根据本发明的一个阶段的制造方法使得可第一次制造出两个或者多个彼此相继并排的、卷材形式的微光学光导元件。为此，首先仅一部分背衬底基(例如一半的底基宽度)用光敏涂布组合物涂布并且曝光。为此，优选选择其上液体光敏材料润湿良好使得该层在边缘处具有楔形轮廓的背衬底基。一旦以上述方式在背衬底基的这部分区域上制造出扩散体，便在下一部分区域中重复相同的过程，接缝区域优选以楔形形式被覆盖并且照明装置因此通过平行运动排列在该新的部分的上方。
采用适当选择的参数，总的来说可制造约20米的一步扩散体，其在实施例中描述。
当然，该设备还可包括适合用于传送、展开或者卷绕或者引导底基的常规装置(例如辊(roll)、滚筒(roller)、制动器等)、驱动装置、控制装置和测量装置，或者通常用于底基的传送和处理这样的装置或者传送带可安装在该设备上。例如，承载背衬底基的辊可以置于该设备的起始处以将底基传送到该设备，并且制造的产品卷绕于其上的第二个辊布置在末尾。也可将所述辊任选地安装在该设备内部用于安装的位置处。
在制造过程中，通过适当调整的背衬底基的底基应力，可防止由对要制造的光导元件的牵引所引起的纵向剥离。当将展开阶段的制动器压力调整为约2巴时，可获得特别好的结果。通过将由层压贴上掩模的压花压光机的运行速度与背衬底基的底基速度精确匹配，层压后掩模上任何折痕的形成是可避免的。此外，已发现即使对底基的相对较小的震动，例如卷绕阶段中的接触或者与曝光台的接触也可导致所述层中的缺陷。
通过根据本发明的方法，可在一个阶段中以连续的卷对卷方法将衍射光导元件制造为柔韧的卷材，优选为膜形式。在该方法中，将背衬底基从辊展开，传送至第二个辊并且在第二个辊上再次卷绕起来，当将所述底基送至第二个辊时，所述底基相继经受所述工艺步骤。连续的方法需要恒定的底基速度，即所述背衬底基以均匀的速度传送。令人吃惊地，按照本发明，可组合合适的工作步骤并且在连续的运行中将它们相继实施。本领域技术人员可以适合的方式选择底基的速度；根据本发明的方法可例如以0.05～10米/分，优选0.1～4米/分的范围的底基速度进行。与涂布方法中通常使用的速度相比，底基速度相对低，但是获得了相等的和甚至更好的涂布效果。在根据本发明的连续方法中，用于涂布和用于曝光(结构化)的底基速度是相同的。
根据本发明获得的光导元件可以与一个或者多个不同的光导元件通过将它们以期望的层顺序叠加而组合。可以以常规方式，例如通过粘合将光导元件彼此结合。其它光导元件可各自为常规元件或者优选同样地通过根据本发明的方法制造。这样的两层或者多层复合材料允许实现特定的光学效果。如果组合例如两个不对称的扩散体(±30°...±50°)，则获得如下的光导元件：如果光垂直入射则具有高透射率，如果光倾斜入射则具有低透射率。
通过根据本发明的方法，已经可制造微光学光导元件，与通过现有技术的方法获得的元件相反，该微光学光导元件几乎没有夹杂物或者气泡。如果需要，可将所制造的卷材(web)切割成合适长度的片。附图显示实施例中所制造的光导元件的关于作为在横向方向上三个不同位置(右手边缘、中间、左手边缘)测量的角度的函数的透射率性能。
通过下面的实施例说明本发明。
实施例
1.光敏涂布组合物
Zr络合物(Zr/甲基丙烯酸络合物；Zr/MAA)的制备
首先，将187.2g(0.40摩尔)的Zr(OPr)₄(82％，在丁醇中)加到500ml的三口烧瓶中并且在冰浴中冷却。在搅拌下向其中缓慢加入34.44g(0.40摩尔)的甲基丙烯酸。随后，使反应混合物升温至25℃并且搅拌15分钟。
聚合物溶液的制备
向1000g的醋酸丁酯中加入250g的PVAc粒料，并且将混合物在80℃下搅拌16小时。在加入100g150(甲基丙烯酸酯改性的双酚A)后，将混合物在25℃下再搅拌10分钟直至反应混合物变清澈。随后，加入150g的Ultramol(己二酸酯衍生物)并且将混合物在25℃下搅拌20分钟。
涂布溶液的制备
此后，在搅拌下将22.27g所制备的Zr/MAA缓慢加入到聚合物溶液中。添加结束时，将混合物在25℃下搅拌10分钟。搅拌后，加入0.31％的作为光引发剂的651。
2.掩模
在制造扩散体之前几小时制造掩模。为此，使用总固体含量为6.3％、固体中的石墨含量为2.8％的掩模悬浮液(AM 315)。用于制造掩模的背衬膜为厚度为75μm并且宽度为356mm的400。用常规的刮涂液体贮藏器和具有200μm间隙的刮刀进行涂布。在1米/分钟的底基速度和150℃的烘箱温度下，干燥涂布有该悬浮液的膜以制造柔韧的掩模。
3.背衬底基
所用的背衬底基为厚度为50μm并且宽度为540mm的400膜。该膜在外侧进行了防粘连预处理。将所述涂布组合物涂布在该基底膜的未处理的内侧之上。
4.底基路线
将底基路线分成四个区域。
a)涂布组合物的涂布和该层在烘箱中的干燥。用刮涂液体贮藏器和刮刀手工涂布该溶胶。在随后通过强制通风烘箱的运行中，所涂布的层被干燥。
b)在下一个区域中，进行层压。辊系统将具有掩模的膜压到经干燥的感光纳米物(photonanomer)层上。掩模保持附着在该感光纳米物上。掩模膜通过滚筒系统传送走。
c)第三个区域为曝光阶段。为了固化经层压的层，可使用两盏来自LotOriel的UV灯。在第一次曝光过程中，该膜在经加热的台上面进行牵引并且同时曝光。
d)从背面进行二次曝光，以固化之前未能固化完全的任何区域。该曝光步骤也称为整片固化。在所述最后的区域中，还将掩模分层。为此，用手剥下掩模。
5.工艺规程
下表详细说明了展开和主辊的参数：