Пленки с переменным углом наблюдения из кристаллических коллоидных массивов

Пленки с переменным углом наблюдения из кристаллических коллоидных массивов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Данное изобретение относится к пленочным материалам, дифрагирующим излучение, а более конкретно, к периодическим массивам удерживаемых в композиции матрицы частиц, которые дифрагируют видимое и инфракрасное излучение.

Уровень техники

Дифрагирующие излучение материалы на основе кристаллических коллоидных массивов используются самых разнообразных целях. Кристаллический коллоидный массив (ККМ) представляет собой трехмерный упорядоченный массив монодисперсных коллоидных частиц. Частицы обычно состоят из полимера, такого как полистирол. Такие коллоидные дисперсии частиц могут самоагрегироваться с образованием упорядоченных массивов (кристаллических структур), характеризующихся периодами кристаллической решетки, которые сопоставимы с длиной волны ультрафиолетового, видимого или инфракрасного излучения. Эти кристаллические структуры использовали для отфильтровывания узких полос выбранных длин волн из широкого спектра падающего излучения при одновременном беспрепятственном прохождении излучения смежных областей длин волн. В альтернативном варианте ККМ изготавливают для дифрагирования излучения в целях использования их в качестве красителей, маркеров, оптических переключателей, оптических ограничителей и сенсоров.

Многие из таких устройств получают путем диспергирования частиц в жидкой среде, после которого частицы самоагрегируются в виде упорядоченного массива. Положения частиц в массиве могут быть зафиксированы в результате проведения взаимной полимеризации частиц или в результате введения растворителя, который обеспечивает набухание и фиксацию частиц друг с другом.

Другие ККМ получают из дисперсии одинаково заряженных монодисперсных частиц в носителе. Дисперсию наносят на подложку, а носитель испаряют для получения упорядоченного периодического массива частиц. Массив фиксируют по месту в результате нанесения на массив покрытия из отверждаемого полимера, такого как акриловый полимер, полиуретан, алкидный полимер, сложный полиэфир, силоксансодержащий полимер, полисульфид или эпоксисодержащий полимер. Способы получения таких ККМ описываются в патенте США №6894086, включенном в настоящий документ посредством ссылки. В альтернативном варианте частицы могут обладать структурой «ядро-оболочка», где ядро получают из материалов, таких как те, которые описывались выше для унитарных частиц, а оболочку получают из тех же самых полимеров, которые используются в материале ядра, хотя для некоторых массивов частиц со структурой «ядро-оболочка» полимер оболочки отличается от материала ядра. Подобные частицы со структурой «ядро-оболочка», и способы их получения описываются, например, в публикации патентной заявки США №2007/0100026, включенной в настоящий документ посредством ссылки.

В таких массивах унитарных частиц или частиц «ядро-оболочка» структуры дифрагируют излучение в соответствии с законом Брэгга, где излучение, соответствующее условиям Брэгга, отражается, в то время как соседние спектральные области, не соответствующие условиям Брэгга, через устройство пропускаются. Длина волны отраженного излучения отчасти определяется эффективным показателем преломления массива и расстоянием между частицами в массиве.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение включает дифрагирующую излучение пленку, имеющую поверхность наблюдения, при этом по меньшей мере часть поверхности наблюдения располагается в плоскости наблюдения. Пленка включает упорядоченный периодический массив частиц, включенных в материал матрицы, а массив частиц обладает кристаллической структурой, где кристаллическая структура имеет (i) множество первых плоскостей кристалла из частиц, которые дифрагируют инфракрасное излучение, и (ii) множество вторых плоскостей кристалла из частиц, которые дифрагируют видимое излучение.

Кроме того, в настоящее изобретение включается способ получения оптически изменчивого устройства для борьбы с контрафактом, включающий получение дисперсии монодисперсных частиц; нанесение дисперсии частиц на подложку таким образом, чтобы частицы самовыравнивались в виде упорядоченного периодического массива, который дифрагирует излучение; нанесение на массив частиц покрытия из композиции матрицы; и фиксацию имеющего покрытие массива частиц для получения пленки, включающей кристаллическую структуру, где частицы имеют такие размеры, чтобы кристаллическая структура имеет (i) множество первых плоскостей кристалла из частиц, которые дифрагируют инфракрасное излучение, и (ii) множество вторых плоскостей кристалла из частиц, которые дифрагируют видимое излучение.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе для дифрагирующего излучение материала по настоящему изобретению, демонстрирующий первый набор из плоскостей частиц;

Фиг.2 представляет собой еще один вид для дифрагирующего излучение материала, продемонстрированного на фиг.1, демонстрирующий еще один набор из плоскостей частиц;

Фиг.3 представляет собой вид сверху для дифрагирующего излучение материала, продемонстрированного на фиг.1, демонстрирующий дополнительные наборы из плоскостей частиц;

Фиг.4 представляет собой еще один вариант осуществления изобретения, включающий две пленки дифрагирующего излучение материала по настоящему изобретению; и

Фиг.5 представляет собой еще один вариант осуществления изобретения, включающий три пленки дифрагирующего излучение материала по настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Для целей следующего далее подробного описания изобретения необходимо понимать, что изобретение может быть реализовано в различных альтернативных вариациях и последовательностях стадий за исключением тех случаев, когда однозначно указано обратное. Кроме того, все числа, выражающие, например, количества ингредиентов, использующиеся в описании изобретения и формуле изобретения, следует понимать как во всех случаях модифицированные термином «приблизительно», кроме случаев рабочих примеров или случаев, когда прямо указано обратное. Соответственно, за исключением тех случаев, когда прямо указано обратное, все численные параметры, приведенные в следующем далее описании изобретения и приложенной формуле изобретения, представляют собой приближенные величины, которые могут варьироваться в зависимости от желательных свойств, получаемых при реализации настоящего изобретения. И кроме того, не пытаясь ограничить приложение доктрины эквивалентов к объему притязаний формулы изобретения, каждый численный параметр необходимо воспринимать по меньшей мере в свете количества приведенных значащих цифр и с учетом использования обычных методик округления. Несмотря на то, что численные диапазоны и параметры, устанавливающие объем притязаний изобретения, являются приближенными величинами, численные величины, приведенные в конкретных примерах, представлены по возможности наиболее точно. Однако любая численная величина по самой ее природе содержит определенные погрешности, с неизбежностью возникающие в результате наличия стандартного отклонения, обнаруживаемого при измерениях этой величины в соответствующих испытаниях.

Кроме того, необходимо понимать, что любой численный диапазон, упомянутый в настоящем документе, предполагает включение всех поддиапазонов, заключенных в его пределы. Например, диапазон «от 1 до 10» предполагает включение всех поддиапазонов от (включительно) указанной минимальной величины 1 до указанной максимальной величины 10, то есть, включающих минимальное значение, равное или большее 1, и максимальное значение, равное или меньшее 10.

В данной заявке использование единственного числа включает использование множественного числа, а множественное число охватывает единственное число, если только иное не будет указано конкретно. В дополнение к этому, в данной заявке использование «или» обозначает «и/или», если только иное не будет указано конкретно, даже несмотря на то, что в определенных случаях «и/или» используется явно.

Термин «полимер» подразумевает включение гомополимера, сополимера и олигомера. Термин «металл» включает металлы, оксиды металлов и металлоиды. Термин «внедрять» и родственные ему термины (такие как внедрение) относятся к проникновению из жидкой фазы.

Настоящее изобретение включает дифрагирующий излучение материал, который дифрагирует излучение в видимой и/или невидимой части электромагнитного спектра, и способы его получения. Материал включает упорядоченный периодический массив частиц, включенных в полимерную матрицу. Массив включает множество слоев частиц и удовлетворяет закону Брэгга в виде:

mλ=2ndsinθ,

где m представляет собой целое число, n представляет собой эффективный показатель преломления массива, d представляет собой расстояние между слоями частиц, и λ представляет собой длину волны излучения, отраженного от плоскости или слоя частиц под углом θ. В соответствии с использованием в настоящем документе «одна» длина волны дифрагированного излучения включает полосу спектра электромагнитного излучения в окрестности данной длины волны. Например, ссылка на длину волны 600 нанометров (нм) может включать диапазон от 595 до 605 нм. Отраженное излучение может попадать в видимую часть спектра или невидимую часть спектра (инфракрасное или ультрафиолетовое излучение). В соответствии с использованием в настоящем документе, если будет сказано, что периодический массив частиц дифрагирует излучение по закону Брэгга или отражает излучение в соответствии с законом Брэгга, то подразумевается, что по меньшей мере некоторая часть падающего излучения дифрагируется кристаллической структурой массива, тем самым, производя некоторую часть отраженного в соответствии с законом Брэгга излучения.

Материал, дифрагирующий излучение, в общем случае включает периодический массив органических частиц, удерживаемых в органической матрице. Параллельные слои или плоскости, образованные периодическим массивом частиц, взаимодействуют с падающим излучением в соответствии с законом Брэгга. Длина волны дифракции света при заданном угле пропорциональна расстоянию между плоскостями Брэгга, образованными периодическим массивом частиц, которое пропорционально диаметру частиц для плотноупакованных сфер. Длина волны дифракции также зависит от эффективного показателя преломления материала. Эффективный показатель преломления материала, дифрагирующего излучение, хорошо аппроксимируется как среднеобъемное значение показателя преломления материалов дифрагирующего излучение материала, в том числе частиц и материала матрицы, окружающего частицы. Интенсивность дифрагированного излучения зависит от разброса показателя преломления в материале, дифрагирующем излучение, что определяется компоновкой частиц и окружающей матрицы. На интенсивность дифракции оказывает воздействие также и количество слоев, которые формируются массивом частиц и матрицей, и разница показателей преломления между чередующимися слоями. Большее число слоев частиц создает более значительную интенсивность дифракции. Более значительную интенсивность дифракции создает также и большая разница показателей преломления между чередующимися слоями. Большая разница показателей преломления между чередующимися слоями может быть достигнута при использовании частиц и матрицы, характеризующихся относительно большой разницей их соответствующих показателей преломления. В альтернативном варианте, изменить слоистую структуру и увеличить разницу показателей преломления между слоями может направленное расширение частиц и/или матрицы.

Дифрагирующий излучение материал по настоящему изобретению включает массив частиц, зафиксированных в матрице, как это описывалось выше, и его получают в виде пленки, которая может быть, а может и не быть самоподдерживающейся. Пленка включает поверхность наблюдения, которая по меньшей мере частично располагается в плоскости и ничем не защищена во время использования, как, например, в случае нанесения на изделие. Для того чтобы описать взаимосвязи между частицами, на фигурах 1-5 продемонстрированы только частицы пленки. Однако, необходимо понимать, что массивы частиц по настоящему изобретению фиксируются в композиции матрицы, как это описывалось выше. Например, вид поверхности включает композицию матрицы, которая не продемонстрирована на чертежах. В соответствии с этим, ссылки на массив частиц в настоящем изобретении могут быть отнесены к пленке по настоящему изобретению, включающей как этот массив, так и композицию матрицы.

Как можно сказать при обращении к фигурам 1 и 2, массив 2 настоящего изобретения включает множество частиц 4, скомпонованных в виде периодической структуры, называемой в настоящем документе кристаллической структурой. Кристаллическая структура включает множество первых плоскостей кристалла L из частиц 4, которые в общем случае являются параллельными плоскости поверхности наблюдения 6. Первые плоскости кристалла L представляют собой положение 111 гранецентрированного кубического (ГЦК) кристалла. (Как отмечалось выше, поверхность наблюдения 6 также включает композицию матрицы, которая не показана). Первые плоскости кристалла L дифрагируют падающее излучение (например, падающие лучи I₁ и I₂) в соответствии с законом Брэгга с получением отраженного излучения, которое показано отраженными лучами R₁ и R₂. Как продемонстрировано на фиг.1, дифрагированное излучение является гониохроматическим в том смысле, что длина волны дифрагированного излучения варьируется в зависимости от угла наблюдения по вертикали. Углом наблюдения по вертикали является угол, который падающий свет образует с плоскостью поверхности наблюдения 6. Фиг.1 демонстрирует два падающих луча излучения I₁ и I₂, соударяющихся с массивом 2 под двумя различными углами, при этом угол, который падающий луч I₁ образует с поверхностью наблюдения 6, является меньшим, чем угол, который с поверхностью наблюдения 6 образует падающий луч 12. Соответствующее отраженное излучение (луч R₁), которое отражается от первых плоскостей кристалла L в соответствии с законом Брэгга, будучи обусловленным падающим излучением I₁, образует меньший угол с поверхностью наблюдения 6, чем отраженный луч R₂, полученный от падающего излучения I₂.

В случае приблизительно сферических частиц 4 параллельные первые плоскости кристалла L определяются центрами частиц 4. В одном варианте осуществления изобретения частицы 4 имеют такой размер, что первые плоскости кристалла L в соответствии с законом Брэгга дифрагируют инфракрасное излучение, такое как при длинах волн 800-1100 нм. Например, для получения массива 2 могут быть использованы полимерные (например, полистирольные) сферы, имеющие размеры в диапазоне приблизительно от 320 до 430 нм. Частицы 4 могут иметь другие формы, такие как овальные, но в пределах массива 2 они в целом имеют однородную форму и сформированы таким образом, что расстояния между параллельными плоскостями частиц являются в целом однородными, благодаря чему плоскости L удовлетворяют условиям Брэгга для дифрагирования излучения.

Как указано на фиг.2, кристаллическая структура массива 2 в пленке также задает и множество в общем случае параллельных вторых плоскостей кристалла Р (таких как плоскости 220 в кристалле ГЦК), проходящих через центры частиц 4, при этом вторые плоскости кристалла Р расположены перпендикулярно к поверхности наблюдения 6 и первым плоскостям кристалла L. Падающее излучение, соударяющееся с массивом 2 под малыми углами падающего излучения, как это показано падающим лучом I₃, дифрагируется по закону Брэгга. Подобным образом излучение, падающее под малыми углами, под малыми углами отражается от плоскостей Р, как это показано отраженным лучом R₄. Под малым углом падающего и отраженного излучения понимается величина, меньшая, чем приблизительно 30 градусов от поверхности наблюдения 6.

В соответствии с одним вариантом осуществления частицы 4 имеют такие размеры, что длина волны излучения, отраженного от первых плоскостей кристалла L, находится в инфракрасной части электромагнитного спектра, в то время как длина волны излучения, отраженного от вторых плоскостей кристалла Р, находится в видимой части электромагнитного спектра. Длины волн отраженного излучения определяются, по меньшей мере частично, соответствующими расстояниями между наборами из плоскостей L и Р. В соответствии с законом Брэгга большее межплоскостное расстояние (соответствующее переменной «d») приводит к получению большей длины волны отраженного излучения, например, в инфракрасной части электромагнитного спектра. Для выбора длины волны излучения, отраженного от первых плоскостей кристалла L, и длин волн излучения, отраженного от вторых плоскостей кристалла Р, можно контролировать размеры частиц 4, при этом длина волны излучения, отраженного от вторых плоскостей кристалла Р, является меньшей, чем длина волны излучения, отраженного от первых плоскостей кристалла L. Как можно сказать при обращении в порядке примера к фиг.1 и 2, длина волны излучения R₃ является меньшей, чем длины волн излучения R₁ и R₂.

Как продемонстрировано на фиг.3, на массив 2 можно смотреть с многих направлений. Как можно сказать при обращении к линиям A-F, по отношению к поверхности наблюдения 6 в массиве 2 располагается множество наборов из вторых плоскостей кристалла Р. Например, падающее излучение, соударяющееся с массивом 2 в направлении от линии А к линии D, дифрагируется по закону Брэгга и отражается от вторых плоскостей кристалла Р между линиями А и D. Падающее излучение, соударяющееся с массивом 2 в направлении от линии В к линии Е, дифрагируется по закону Брэгга и отражается от вторых плоскостей кристалла Р между линиями В и Е. Еще один набор из вторых плоскостей кристалла Р между линиями Сир подобным образом дифрагирует излучение, падающее в направлении от линии С к линии F. То же самое явление возникает для вторых плоскостей кристалла Р между линиями А и D при наблюдении в направлении от линии D к линии А, для вторых плоскостей кристалла Р между линиями В и Е при наблюдении в направлении от линии В к линии Е и для вторых плоскостей кристалла Р между линиями С и F при наблюдении в направлении от линии F к линии С. Каждые из данных направлений наблюдения и наборов из вторых плоскостей кристалла Р отделены друг от друга приблизительно 60-тью градусами. Компоновка из шести наборов из вторых плоскостей кристалла Р представляет собой признак кристаллической структуры массива 2. Следовательно, дифракция Брэгга под малыми углами в массиве 2 имеет место приблизительно с 60-градусными интервалами. В случае дифрагирования плоскостями Р видимого излучения его детектируют в виде отраженного света, наблюдаемого с 60-градусными интервалами, или видимым для 30 градусов и невидимым для 30 градусов. Таким образом, при вращении массива 2, как это указывается двойной стрелкой Z, вокруг оси, перпендикулярной плоскости поверхности наблюдения 6, (или при передвижении направления наблюдения пользователя по отношению к ней) видимое излучение наблюдается как включающееся и выключающееся для каждых 30 градусов вращения.

Видимое дифрагирование излучения может представлять собой появление цветового сдвига или может иметь форму изображения. Например, видимое излучение, отраженное вторыми плоскостями кристалла Р, может находиться в зеленой видимой части спектра, так что при выравнивании вторых плоскостей кристалла Р в поле зрения • пользователя и вращении пленки по отношению к пользователю в плоскости пленки зеленый цвет исчезает, и пленка выглядит темной, то есть, никакого видимого излучения не отражается. В еще одном варианте осуществления отраженное видимое излучение от вторых плоскостей кристалла Р может иметь форму изображения, которое исчезает при вращении пленки. Способы получения изображения в массиве описываются ниже.

В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение включает многослойную пленку 102, включающую по меньшей мере два массива 20, 120 (фиг.4 и 5). Массивы 20 и 120 дифрагируют излучение по меньшей мере в наборе из соответствующих вторых плоскостей кристалла P₁ и P₂. Вторые плоскости кристалла P₁ и P₂ могут быть смещены друг по отношению к другу, как это продемонстрировано на фигуре 4, таким образом, чтобы при вращении многослойной пленки 102, как это описывалось выше, видимое излучение отражалось бы от вторых плоскостей кристалла P₁ и P₂ чередующимся образом. Длины волн дифрагированного излучения, отраженного от вторых плоскостей кристалла P₁ и Р₂, могут быть идентичными друг другу или отличными друг от друга. Например, вторые плоскости кристалла P₁ в массиве 20 могут отражать сплошной цвет (например, зеленый), в то время как вторые плоскости кристалла P₂ в массиве 120 могут отражать изображение. Вращение пленки 102 может приводить к появлению чередующегося отражения от вторых плоскостей кристалла P₁ и Р₂, таким образом что будут чередующимся образом появляться зеленый цвет и изображение. Фиг.5 демонстрирует многослойную пленку 202, включающую три массива 2, 20 и 120. Массивы 2, 20 и 120 могут быть получены в широком ассортименте конфигураций. Например, массив 2 может отражать видимое излучение от первых плоскостей кристалла L, массив 20 может отражать видимое излучение (цвет или изображение) от вторых плоскостей кристалла P₁, а массив 120 может отражать видимое излучение (цвет или изображение) от вторых плоскостей кристалла P₂. Массивы 20 и 120 отражали бы от своих плоскостей кристалла L инфракрасное излучение. Относительные местоположения массивов 20 и 120 (фигуры 4 и 5) могут быть отрегулированы таким образом, чтобы отражения от вторых плоскостей кристалла P₁ и Р₂ находились бы не в фазе друг по отношению к другу или имели бы одни и те же направления, или накладывались бы друг на друга. В дополнение к этому, для достижения желательных эффекта по цвету, эффекта по изображению, инфракрасного отражения или их комбинаций в многослойную пленку может быть включено множество массивов. Необходимо понимать, что в соответствии с настоящим изобретением может быть получено множество вариаций многослойных пленок.

Частицы

Подходящие материалы для частиц включают полистирол, полиуретан, акриловые полимеры, алкидные полимеры, сложный полиэфир, силоксансодержащие полимеры, полисульфиды, эпоксисодержащие полимеры и полимеры, произведенные из эпоксисодержащих полимеров, а также неорганические материалы, такие как оксиды металлов (например, оксид алюминия, диоксид кремния или диоксид титана) или полупроводники (например, селенид кадмия), или композиты из данных материалов.

В одном варианте осуществления частицы обладают в общем случае унитарной структурой. В соответствии с использованием в настоящем документе «унитарная структура» обозначает признак частиц, каждая из которых обладает в общем случае однородной структурой в отсутствие структур-компонентов, хотя ее состав может варьироваться по объему унитарных частиц таким образом, как это может встречаться при диффундировании в нее растворителя или матрицы. В альтернативном варианте, частицы могут обладать структурой «ядро-оболочка», где ядро получают из композиции, отличной от композиции оболочки. Подходящие композиции ядра частицы включают органические полимеры, такие как полистирол, полиуретан, акриловые полимеры, алкидные полимеры, сложный полиэфир, силоксансодержащие полимеры, полисульфиды, эпоксисодержащие полимеры или полимеры, произведенные из эпоксисодержащих полимеров, а также неорганические материалы, такие как оксиды металлов (например, оксид алюминия, диоксид кремния или диоксид титана) или полупроводники (например, селенид кадмия). Подходящие композиции оболочки включают органические полимеры (например, полистирол, полиуретан, акриловые полимеры, алкидные полимеры, сложный полиэфир, силоксансодержащие полимеры, полисульфиды, эпоксисодержащие полимеры или полимеры, произведенные из эпоксисодержащих полимеров), при этом композиция оболочки частицы отличается от материала матрицы для конкретного массива частиц, обладающих структурой «ядро-оболочка». Материал оболочки может быть непленкообразующим в том смысле, что материал оболочки располагается в окружения ядра каждой частицы без образования пленки из материала оболочки, так что частицы, обладающие структурой «ядро-оболочка», остаются в полимерной матрице в виде дискретных частиц. Как таковой массив включает по меньшей мере три общие области: а именно, матрицу, оболочку частицы и ядро частицы. В альтернативном варианте, материал оболочки может быть пленкообразующим, таким чтобы материал оболочки формировал пленку вокруг ядра. Материал ядра и материал оболочки характеризуются различными показателями преломления. В дополнение к этому, показатель преломления оболочки может варьироваться в зависимости от толщины оболочки в форме градиента показателя преломления по толщине оболочки. Градиент показателя преломления может представлять собой результат наличия градиента состава материала оболочки по толщине оболочки.

Материал оболочки может быть непленкообразующим, благодаря чему материал оболочки остается в окружении ядра каждой частицы без образования пленки из материала оболочки, так что частицы, обладающие структурой «ядро-оболочка», остаются в полимерной матрице в виде дискретных частиц, а вторые частицы внедрены в оболочки. В альтернативном варианте, материал оболочки может быть пленкообразующим, таким чтобы оболочки частиц, обладающих структурой «ядро-оболочка», формировали пленку и исполняли бы функцию материала матрицы, окружающей оставшиеся ядра. В случае частиц, которые в общем случае являются сферическими, диаметр ядра может составлять от 85 до 95% от совокупного диаметра частицы или 90% от совокупного диаметра частицы, при этом оболочка составляет остальную часть диаметра частицы и имеет размерность толщины по радиусу.

В одном варианте осуществления ядра частиц получают в результате проведения эмульсионной полимеризации мономеров-предшественников ядра в присутствии поверхностно-активного вещества, что приводит к получению дисперсии ядер. Поверхностно-активные вещества, подходящие для использования в дисперсии частиц из органического полимера, включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: стиролсульфонат натрия, 1-аллилокси-2-гидроксипропилсульфонат натрия (коммерчески доступен под наименованием Sipomer COPS-I от компании Rhodia Corporation), акриламидпропилсульфонат и аллилсульфонат натрия. В особенности подходящими для использования поверхностно-активными веществами являются те, которые минимально растворимы в диспергирующей жидкости (например, воде) из дисперсии частиц. К дисперсии частиц ядер добавляют мономеры оболочки вместе с поверхностно-активным веществом (описывавшимся выше) таким образом, чтобы мономеры оболочки полимеризовались на частицах ядер. Частицы, обладающие структурой «ядро-оболочка», очищают от дисперсии такими методами, как ультрафильтрация, диализ или ионный обмен, удаляя нежелательные материалы, такие как непрореагировавший мономер, небольшие полимеры, вода, инициатор, поверхностно-активное вещество, несвязанная соль и крошка (агломерированные частицы), до получения монодисперсии заряженных частиц, обладающих структурой «ядро-оболочка». При очистке заряженных частиц в особенности подходящей для использования является ультрафильтрация. В случае нахождения в дисперсии совместно с частицами других материалов, таких как соли или побочные продукты, силы отталкивания между заряженными частицами могут быть ослаблены; поэтому дисперсию частиц очищают до содержания по существу только заряженных частиц, которые после этого будут легко отталкиваться друг от друга и формировать на подложке упорядоченный массив, как это описывается ниже.

В еще одном варианте осуществления изобретения частицы, обладающие унитарной структурой, получают в результате диспергирования мономеров совместно с инициаторами в растворе до получения унитарных частиц, как это описывалось выше в отношении получения ядер частиц, обладающих структурой «ядро-оболочка». Дисперсию унитарных частиц очищают таким образом, как это описывалось выше, для получения дисперсии только заряженных унитарных частиц, которые после этого формируют на подложке упорядоченный массив, как это описывается ниже.

Массив частиц

После удаления избыточных материалов исходного сырья, побочных продуктов, растворителя и тому подобного электростатическое отталкивание заряженных частиц приводит к самоагрегированию частиц в виде упорядоченного массива. Очищенную дисперсию частиц наносят на подложку и высушивают. Дисперсия частиц, нанесенная на подложку, может содержать 10-70% (об.) заряженных частиц или 30-65% (об.) заряженных частиц. Дисперсия может быть нанесена на подложку путем окунания, распыления, нанесения кистью, нанесения покрытия валиком, нанесения покрытия наливом, нанесения покрытия обливанием или фильерного нанесения покрытия до получения желаемой толщины покрытия. Влажное покрытие может иметь толщину 4-50 микронов, такую как 20 микронов. После высушивания материал содержит по существу только частицы, которые самоагрегировались в форме массива Брэгга и, соответственно, дифрагируют излучение.

Матрица

Высушенный массив частиц (унитарных или обладающих структурой «ядро-оболочка») на подложке фиксируют в полимерной матрице в результате нанесения на массив частиц покрытия из текучей отверждаемой композиции матрицы, которая включает мономеры или другие материалы-предшественники полимеров, как это описывается в патенте США №6894086 (включенном в настоящий документ посредством ссылки), для взаимопроникновения массива частиц и отверждаемой композиции матрицы. Материал отверждаемой композиции матрицы может быть нанесен в виде покрытия на высушенный массив частиц путем окунания, распыления, нанесения кистью, нанесения покрытия валиком, нанесения покрытия при помощи гравированного цилиндра, нанесения покрытия наливом, нанесения покрытия обливанием, плоскощелевого фильерного нанесения покрытия или краскоструйного нанесения покрытия. Под нанесением покрытия подразумевается то, что отверждаемая композиция матрицы покрывает по меньшей мере по существу весь массив и по меньшей мере частично заполняет промежуточные пространства между частицами.

Материал матрицы может представлять собой органический полимер, такой как полистирол, полиуретан, акриловые полимеры, алкидные полимеры, сложный полиэфир, силоксансодержащие полимеры, эпоксисодержащие полимеры и/или полимеры, произведенные из эпоксисодержащего полимера. В одном варианте осуществления материал матрицы представляет собой растворимый в воде или гидрофильный акриловый полимер. В одном варианте осуществления материал матрицы представляет собой растворимый в воде или гидрофильный акриловый полимер. Мономеры, подходящие для использования при получении растворимой в воде или гидрофильной матрицы, включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: триакрилат этоксилированного триметилолпропана, диакрилат полиэтиленгликоля (600), диакрилат полиэтиленгликоля (400), диакрилат полиэтиленгликоля (200) и акриловая кислота, с последующим отверждением композиции матрицы для получения органической матрицы. Другие мономеры, подходящие для использования при получении растворимой в воде или гидрофильной полимерной матрицы, могут включать диакрилат полиэтиленгликоля (1000), моноакрилат метоксиполиэтиленгликоля (350), монометакрилат метоксиполиэтиленгликоля (350), монометакрилат метоксиполиэтиленгликоля (550), моноакрилат метоксиполиэтиленгликоля (550), диакрилат этоксилированногозо бисфенола А, 2-(2-этоксиэтокси)этилакрилат, акриламид, гидроксиэтилакрилат, гидроксипропилакрилат, диметакрилат полиэтиленгликоля (600), диметакрилат полиэтиленгликоля (400), диметакрилат этоксилированногозо бисфенола А, гидроксиэтилметакрилат и гидроксипропилметакрилат.

Как это подробно описывается ниже, массив частиц, включенных в матрицу, может быть получен на подложке, которая исполняет функцию временной опоры, или на подложке, которая представляет собой желательный вариант конечного использования материала, дифрагирующего излучение. Под временной опорой понимается то, что подложку используют для содействия получению дифрагирующего излучение материала по настоящему изобретению, который впоследствии с нее удаляют в самоподдерживающейся форме, такой как, например, самоподдерживающаяся пленка, или в форме измельченного дисперсного материала. После этого пленка материала, дифрагирующего излучение, или частицы материала, дифрагирующего излучение, могут быть нанесены на другую опору или добавлены к композиции (такой как композиция покрытия) для своего конечного целевого использования. Конечный вариант использования и конечную форму материала, дифрагирующего излучение, не ограничивают теми, которые описываются в настоящем документе.

В случае многослойных пленок (например, пленок 102 и 202) отдельные пленки, включающие соответствующие массивы (например, массивы 20 и 120), зафиксированные в соответствующих матрицах, получают и совместно ламинируют в результате термического скрепления или соединения пленок друг с другом посредством клея. Многослойные пленки могут быть, а могут и не быть самоподдерживающимися.

В одном варианте осуществления дифрагирующий излучение материал по настоящему изобретению представляет собой негелеобразное и по существу твердое вещество. Под термином «негелеобразный» понимается то, что материал, дифрагирующий излучение, не содержит сжижающий материал, такой как вода, и как не представляет собой гидрогель, так и не образуется из гидрогеля. В определенных вариантах осуществления дифрагирующий излучение материал по настоящему изобретению по существу включает только частицы и матрицу при возможном наличии некоторого количества остаточного растворителя и, таким образом, по существу является твердым. Объемное соотношение между частицами и матрицей в материале, дифрагирующем излучение, обычно находится в диапазоне от приблизительно 25:75 до приблизительно 80:20.

Изображение в материале, дифрагирующем излучение, может быть получено при использовании актиничного излучения, как это описывается ниже. В одном варианте осуществления массив частиц включают в отверждаемую матрицу таким образом, как в результате предварительного агрегирования одинаково заряженных частиц в форме периодического массива на подложке и нанесения на массив частиц покрытия из отверждаемой композиции матрицы. На периодический массив частиц покрытие может быть нанесено в результате нанесения отверждаемой композиции матрицы на массив путем распыления, нанесения кистью, нанесения покрытия валиком, нанесения покрытия при помощи гравированного цилиндра, нанесения покрытия наливом, нанесения покрытия обливанием, плоскощелевого фильерного нанесения покрытия или краскоструйного нанесения покрытия (как это описывается в патенте США №6894086) или путем введения массива частиц в композицию покрытия на подложке.

Первую часть массива, имеющего покрытие из матрицы, подвергают воздействию актиничного излучения для отверждения композиции матрицы в части, подвергнутой такому воздействию. Оставшуюся часть массива, которую не подвергали воздействию актиничного излучения, подвергают обработке для изменения межчастичного расстояния между частицами в оставшейся части массива. После изменения межчастичного расстояния между частицами массив подвергают воздействию актиничного излучения для отверждения оставшейся части матрицы. Часть дифрагирующего излучение материала, который подвергали воздействию сначала, дифрагирует излучение в полосе длин волн, отличной от той, что имеет место для оставшейся части. Например, первая часть может быть подвергнута воздействию актиничного излучения при использовании шаблон