DE102015100885A1 - Method and apparatus for treating a coated substrate - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines beschichteten Substrats 2, wobei mittels Strahlung einer Blitzlampe 1 Energie in die Beschichtung 3 eingetragen wird. Um eine verbesserte Kühlung zu Erreichen und eine Ablation einer Beschichtung unter Vermeidung einer Re-Deposition zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Bestrahlung erfolgt, während der zu bestrahlende Bereich 13 des Substrats 2 einem inerten flüssigen oder strömenden gasförmigen Medium zumindest auf der beschichteten Seite des Substrats 2 ausgesetzt wird.The invention relates to a method and a device for treating a coated substrate 2, wherein by means of radiation of a flash lamp 1 energy is introduced into the coating 3. In order to achieve improved cooling and to allow ablation of a coating while avoiding re-deposition, it is proposed that the irradiation takes place while the area 13 of the substrate 2 to be irradiated is exposed to an inert liquid or flowing gaseous medium at least on the coated side of the substrate Substrate 2 is exposed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines beschichteten Substrats, wobei mittels Strahlung einer Blitzlampe Energie in die Beschichtung eingetragen wird. The invention relates to a method and a device for treating a coated substrate, wherein by means of radiation of a flash lamp energy is introduced into the coating.
Zur Ablation dünner Schichten auf transparenten Substraten werden nach dem Stand der Technik beispielsweise Laser eingesetzt. Nachteile dabei sind der geringe Durchsatz in Kombination mit hohen Kosten sowie die Re-Deposition der abgetragenen Schichten. For ablation of thin layers on transparent substrates, for example, lasers are used in the prior art. Disadvantages are the low throughput in combination with high costs and the re-deposition of the removed layers.
Alternative Verfahren wie das Ätzen unter Zuhilfenahme eine Maske aus einem Fotolack sind aufgrund der großen Anzahl der Prozessschritte nur bei bestimmten Produkten kostendeckend einsetzbar. Alternative methods such as etching with the aid of a mask made of a photoresist can only be used to cover costs for certain products due to the large number of process steps.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Behandlung von beschichteten Substraten mittels Blitzlampenbestrahlung bekannt. So wird beispielsweise in der
Die Abscheidung von Materialien auf einem Substrat unter Nutzung von Transfermasken, die mittels Blitzlampen bestrahlt werden, wird z. B. in der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zur Behandlung eines beschichteten Substrats mittels Energieeintrags durch Blitzlampenbestrahlung bei verbesserter Kühlung anzugeben. Zudem soll eine möglichst lange Betriebsdauer der Blitzlampe gewährleistet werden. The object of the present invention is therefore to specify a possibility for treating a coated substrate by means of energy input by flash lamp irradiation with improved cooling. In addition, the longest possible service life of the flash lamp should be guaranteed.
Weiterhin soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kostengünstigen Ablation einer Beschichtung oder Teilbereichen einer Beschichtung gefunden werden. Eine Re-Deposition der ablatierten Schichten oder Schichtbereiche soll dabei weitestgehend vermieden werden. Furthermore, a method and a device for low-cost ablation of a coating or partial areas of a coating should be found. Re-deposition of the ablated layers or layer areas should be avoided as far as possible.
Zudem sollen das Verfahren und die Vorrichtung auch geeignet sein, strukturelle Änderungen in der Beschichtung hervorzurufen. In addition, the method and apparatus should also be capable of causing structural changes in the coating.
Weiterhin soll der Energieeintrag auch lokal definierbar in die Beschichtung eingebracht werden können. Furthermore, the energy input should also be able to be introduced locally definable in the coating.
Zur Lösung der Aufgabenstellung wird ein Verfahren zur Behandlung eines beschichteten Substrats mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Anspruch 11 betrifft eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Die jeweils darauf bezogenen Unteransprüche beinhalten bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösungen. Die Ansprüche 19 bis 21 beinhalten bevorzugte Verwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung. To solve the problem, a method for treating a coated substrate having the features of
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung eines beschichteten Substrats wird mittels Strahlung einer Blitzlampe Energie in die Beschichtung eingetragen. Eine entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Blitzlampe und Mittel zu einer der Blitzlampe gegenüberliegenden Positionierung des Substrats. Das Mittel zur Positionierung des Substrats kann im einfachsten Fall als Substrathalterung ausgebildet sein. Insbesondere für Durchlaufanlagen besteht auch die Möglichkeit, mittels entsprechend positionierter Umlenkrollen das Substrat gegenüberliegend zur Blitzlampe zu positionieren. According to the method according to the invention for the treatment of a coated substrate, energy is introduced into the coating by means of radiation of a flash lamp. A corresponding device according to the invention comprises a flashlamp and means for positioning the substrate opposite the flashlamp. The means for positioning the substrate may be formed in the simplest case as a substrate holder. In particular, for continuous systems, it is also possible to position the substrate opposite to the flash lamp by means of appropriately positioned deflection rollers.
Als Substrat kommen sowohl starre als auch flexible Materialien in Frage, beispielsweise Glas oder Kunststofffolien, wie z. B. Polyethylenterephthalat(PET)-Folien. Das Substrat weist eine flächige Ausdehnung auf, d. h. zwei Dimensionen des Substrats, Breite und Länge, sind deutlich größer als die dritte Dimension, im Folgenden als Dicke des Substrats bezeichnet. Vorzugsweise ist das Substrat zumindest teilweise transparent für die von der Blitzlampe ausgesandte Strahlung. Suitable substrates are both rigid and flexible materials, for example glass or plastic films, such as. B. polyethylene terephthalate (PET) films. The substrate has a planar extension, d. H. Two dimensions of the substrate, width and length, are significantly larger than the third dimension, hereinafter referred to as the thickness of the substrate. Preferably, the substrate is at least partially transparent to the radiation emitted by the flash lamp.
Erfindungsgemäß handelt es sich um ein beschichtetes Substrat, wobei die Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrats aufgebracht ist und eine im Vergleich zu ihrer Flächenausdehnung geringe Schichtdicke aufweist. Die Beschichtung kann auf der Oberseite des Substrats und/oder der Unterseite des Substrats angeordnet sein, wobei unter „Oberseite des Substrats“ diejenige Seite zu verstehen ist, die in Richtung Blitzlampe weist. Bevorzugt ist die Beschichtung so angeordnet, dass eine Beschädigung durch eine Gutseitenberührung beispielsweise mittels einer Substrathalterung oder Substrattransportrollen vermieden wird. According to the invention, it is a coated substrate, wherein the coating is applied to a surface of the substrate and has a small layer thickness compared to its surface area. The coating can be arranged on the upper side of the substrate and / or the lower side of the substrate, "top side of the substrate" being understood to mean that side which points in the direction of the flash lamp. Preferably, the coating is arranged so that damage caused by a Gutseitenberührung for example by means of a substrate holder or substrate transport rollers is avoided.
Die Beschichtung kann sowohl vollflächig auf dem Substrat aufgebracht sein als auch nur Teilbereiche der Substratoberfläche umfassen. Zudem kann die Beschichtung aus einer oder mehreren Einzelschichten, wie beispielsweise Haft-, Funktions- und Deckschichten, bestehen. The coating can be applied over the entire surface of the substrate as well as include only partial areas of the substrate surface. In addition, the coating of one or more individual layers, such as adhesive, functional and cover layers exist.
Unter einer Blitzlampe ist eine Gasentladungslampe zu verstehen, die im gepulsten Modus betrieben wird. Die Dauer eines Blitzpulses kann dabei auch im Bereich von unter einer Zehntel Millisekunde liegen. Typischerweise beträgt die Pulsdauer eines Blitzes zwischen 0.05 Millisekunden und 5 Millisekunden. A flashlamp is a gas discharge lamp that operates in pulsed mode. The duration of a lightning pulse can also be in the range of less than a tenth of a millisecond. Typically, the pulse duration is a flash between 0.05 milliseconds and 5 milliseconds.
Vorzugsweise umfasst die Blitzlampe einen geradlinigen Lampenkörper. Dieser kann aus einem beidseitig mit Endkappen gasdicht verschlossenem Quarzglaskolben bestehen, der an beiden Enden mit Elektroden versehen ist. Die Länge des Lampenkörpers beträgt bevorzugt mehr als 500 mm, weiter bevorzugt mehr als 1000 mm. Besonders bevorzugt stimmt die Länge des Lampenkörpers mit der Länge einer Ausdehnungsrichtung des Substrats überein oder ist größer als diese, so dass innerhalb eines Blitzpulses die gesamte Ausdehnungsrichtung des Substrats behandelt werden kann. Im Falle eine Durchlauf-Substratbehandlungsanlage handelt es sich dabei um die Substratbreite, d. h. die Substratausdehnung senkrecht zur Substrattransportrichtung. Preferably, the flash lamp comprises a rectilinear lamp body. This can consist of a sealed on both sides with end caps quartz glass bulb, which is provided at both ends with electrodes. The length of the lamp body is preferably more than 500 mm, more preferably more than 1000 mm. Particularly preferably, the length of the lamp body coincides with the length of an expansion direction of the substrate or is greater than this, so that within a flash pulse, the entire expansion direction of the substrate can be treated. In the case of a continuous substrate treatment plant, this is the substrate width, i. H. the substrate extent perpendicular to the substrate transport direction.
Optional kann das Quarzglas der Blitzlampe z. B. mit Cerium dotiert sein, um eine Emission von UV-Strahlung aus der Blitzlampe zu vermeiden, da es ansonsten zu einer Schädigung von Substraten kommen kann, welche gegenüber UV-Strahlung empfindlich sind. Alternativ kann ein UV-Filter in den Strahlengang der Blitzlampenstrahlung gebracht werden. Optionally, the quartz glass of the flash lamp z. B. be doped with cerium to avoid emission of UV radiation from the flash lamp, since otherwise damage to substrates, which are sensitive to UV radiation. Alternatively, a UV filter can be placed in the beam path of the flash lamp radiation.
Im Gegensatz zu einer Laserbehandlung, die üblicherweise ein Abrastern des Substrats erforderlich macht, ermöglicht eine Blitzlampenbestrahlung die gleichzeitige Behandlung größerer Substratbereiche, z. B. von Bereichen mit einer Fläche von einigen dm2. Somit lassen sich besonders gleichmäßige Behandlungsergebnisse erzielen. In contrast to a laser treatment, which usually requires a scanning of the substrate, a flash lamp irradiation allows the simultaneous treatment of larger substrate areas, eg. B. of areas with an area of a few dm 2 . Thus, particularly uniform treatment results can be achieved.
Selbstverständlich kann die Bestrahlung auch von mehreren Blitzlampen aus erfolgen, welche beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein können. Zudem können Reflektoren und Blenden für die Blitzlampenstrahlung vorgesehen sein, um den zu bestrahlenden Bereich des Substrats festzulegen. Of course, the irradiation can also take place from a plurality of flash lamps, which can be arranged, for example, parallel to one another. In addition, reflectors and apertures for the flash lamp radiation may be provided to define the area of the substrate to be irradiated.
Der Energieeintrag in die Beschichtung erfolgt mittels Absorption der Blitzlampenstrahlung, welche zu einer Temperaturerhöhung führt. Dabei kann die Absorption entweder in der gesamten Beschichtung erfolgen oder nur in Teilschichten oder Teilbereichen der Beschichtung. Alternativ kann die Absorption auch im Substrat oder einem zu diesem Zweck zusätzlich vorhandenen absorbierenden Material erfolgen, welches wärmeleitend mit der Beschichtung verbunden ist. In diesem Fall erfolgt der Energieeintrag in die Beschichtung mittels einer Kombination von Absorption und anschließender Wärmeleitung. Der Ort der Absorption wird im Folgenden auch als absorbierendes Material bezeichnet. The energy input into the coating takes place by means of absorption of the flash lamp radiation, which leads to an increase in temperature. The absorption can take place either in the entire coating or only in partial layers or partial regions of the coating. Alternatively, the absorption can also take place in the substrate or an absorbent material additionally present for this purpose, which is connected to the coating in a heat-conducting manner. In this case, the energy is introduced into the coating by means of a combination of absorption and subsequent heat conduction. The location of absorption is also referred to below as absorbent material.
Unter „Behandlung eines beschichteten Substrats“ ist jede Änderung des Substrats und/oder seiner Beschichtung zu verstehen. Beispielsweise kann es sich um eine Ablation oder strukturelle Änderung der Beschichtung handeln. Auch eine Änderung der optischen, physikalischen oder elektrischen Eigenschaften ist möglich. Die Änderung des Substrats und/oder seiner Beschichtung kann entweder direkt durch den Energieeintrag bewirkt werden, indem mittels Strahlung einer Blitzlampe Energie in die Beschichtung eingetragen wird, oder auch durch eine Kombination mit weiteren Schritten, wie z. B. einer Übertragung von Strukturelementen mittels Transfermasken, erfolgen. By "treating a coated substrate" is meant any change in the substrate and / or its coating. For example, it may be an ablation or structural change of the coating. It is also possible to change the optical, physical or electrical properties. The change of the substrate and / or its coating can either be effected directly by the energy input by energy is introduced into the coating by means of radiation of a flashlamp, or by a combination with further steps, such as. As a transfer of structural elements by means of transfer masks done.
Bevorzugt sind Blitzlampe und Substrat so zueinander angeordnet, dass der Abstand zwischen Blitzlampe und zu bestrahlendem Bereich gleich bleibt. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem das Substrat parallel zum Glaskolben der Blitzlampe, d. h. gebogen, geführt wird. Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Bestrahlung gewährleistet. The flash lamp and the substrate are preferably arranged relative to one another such that the distance between the flash lamp and the area to be irradiated remains the same. This can for example be realized by the substrate parallel to the glass bulb of the flash lamp, d. H. bent, guided. This ensures a particularly uniform irradiation.
Alternativ ist auch eine flache Anordnung des Substrats denkbar, insbesondere für Foliensubstrate oder Substrate aus dünnem Glas oder falls die Länge zu bestrahlenden Bereichs deutlich kleiner als die Länge der Blitzlampe ist. Eine flache Anordnung ist vorrichtungsseitig einfacher zu realisieren, speziell im Fall eines kontinuierlichen Verfahrens, da beispielsweise Umlenkrollen entfallen können. Auch mit einer flachen Anordnung sind für Substratdicken von z. B. 30 µm Strukturen mit einer Größe von ca. 50 µm herstellbar. Alternatively, a flat arrangement of the substrate is conceivable, in particular for film substrates or substrates of thin glass or if the length to be irradiated region is significantly smaller than the length of the flash lamp. A flat arrangement is easier to implement on the device side, especially in the case of a continuous process, since, for example, deflection rollers can be dispensed with. Even with a flat arrangement are for substrate thicknesses of z. B. 30 microns structures with a size of about 50 microns produced.
Erfindungsgemäß erfolgt die Bestrahlung, während der zu bestrahlende Bereich des Substrats einem flüssigen oder strömenden gasförmigen Medium zumindest auf der beschichteten Seite des Substrats ausgesetzt wird. According to the invention, the irradiation takes place while the region of the substrate to be irradiated is exposed to a liquid or flowing gaseous medium at least on the coated side of the substrate.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst hierfür Mittel zur Aufnahme eines inerten flüssigen Mediums oder Mittel zur Zu- und Abfuhr eines inerten strömenden gasförmigen Mediums derart, dass der zu bestrahlende Bereich des Substrats zumindest auf der beschichteten Seite des Substrats dem Medium aussetzbar ist. For this purpose, the device according to the invention comprises means for receiving an inert liquid medium or means for supplying and removing an inert, flowing gaseous medium such that the region of the substrate to be irradiated can be exposed to the medium at least on the coated side of the substrate.
Unter „ausgesetzt werden“ wird verstanden, dass ein direkter Kontakt zwischen Medium und Beschichtung hergestellt wird. By "exposed" is meant that direct contact between the medium and the coating is made.
Erfolgt die Bestrahlung durch das Medium hindurch, so ist dieses zumindest in den Wellenlängenbereichen der Blitzlampenstrahlung transparent, die absorbiert werden. Zudem muss sichergestellt werden, dass eine etwaige Absorption der Strahlung durch das Medium nicht zu einer die Behandlung beeinträchtigenden Temperaturerhöhung des Mediums führt. If the radiation passes through the medium, it is transparent at least in the wavelength ranges of the flash lamp radiation which are absorbed. In addition, it must be ensured that any absorption of the radiation through the medium does not lead to a treatment impairing temperature increase of the medium leads.
Optional kann der zu bestrahlende Bereich auch beidseitig dem Medium ausgesetzt werden. Optionally, the area to be irradiated can also be exposed to the medium on both sides.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann das Substrat auch vollständig ein- oder beidseitig dem Medium ausgesetzt werden, d. h. nicht nur im zu bestrahlenden Bereich. According to one embodiment variant, the substrate can also be completely exposed to the medium on one or both sides, i. H. not only in the area to be irradiated.
Erfindungsgemäß ist das Medium inert, um eine chemische Reaktion oder bestimmte physikalische Prozesse, wie z. B. ein Auflösen, der Beschichtung mit dem Medium zu verhindern. Bei dem Medium handelt es sich um ein flüssiges oder strömendes gasförmiges Medium, wobei es sich auch bei dem flüssigen Medium um ein strömendes Medium handeln kann. Selbstverständlich sind auch Mischungen verschiedener Flüssigkeiten oder Gase nutzbar. Die Angabe der Aggregatzustände „flüssig“ und „gasförmig“ bezieht sich auf die Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck) des Verfahrens, wobei die Temperatur des Mediums deutlich niedriger als die durch den Energieeintrag hervorgerufene Temperatur der Beschichtung sein soll. According to the invention, the medium is inert to a chemical reaction or certain physical processes, such. B. dissolution, to prevent the coating with the medium. The medium is a liquid or flowing gaseous medium, wherein the liquid medium may also be a flowing medium. Of course, mixtures of different liquids or gases can be used. The indication of the physical states "liquid" and "gaseous" refers to the operating conditions (temperature, pressure) of the process, wherein the temperature of the medium should be significantly lower than the temperature caused by the energy input temperature of the coating.
Als flüssiges Medium kann beispielsweise Wasser eingesetzt werden, welches eine preiswerte und umweltschonende Möglichkeit darstellt. Zudem ist Wasser im Wellenlängenbereich der emittierten Blitzlampenstrahlung weitgehend transparent, so dass im Allgemeinen keine Abstimmung von Medium und Absorptionsbereich des absorbierenden Materials erforderlich ist. Lediglich im NIR-Bereich absorbiert Wasser Strahlung, wobei dieser aufgrund der geringen Emissionsanteile vernachlässigbar ist. As a liquid medium, for example, water can be used, which is an inexpensive and environmentally friendly way. In addition, water in the wavelength range of the emitted flash lamp radiation is largely transparent, so that in general no coordination of the medium and absorption range of the absorbent material is required. Water absorbs radiation only in the NIR range, which is negligible due to the low emission content.
Zudem weist Wasser eine schlechte Wärmeleitfähigkeit ähnlich derjenigen von Glas auf und ermöglicht so die lokale Erwärmung der Beschichtung unter weitgehender Vermeidung von Unschärfen der lokalen Begrenzung durch eine Wärmeleitung innerhalb des Mediums. In addition, water has a poor thermal conductivity similar to that of glass and thus allows the local heating of the coating while largely avoiding blurring of the local boundary by a heat conduction within the medium.
Außer Flüssigkeiten sind auch strömende Gase, wie z. B. strömender Stickstoff oder strömendes Argon, als Medium einsetzbar. Except liquids are also flowing gases, such. As flowing nitrogen or flowing argon, can be used as a medium.
Die Strömung des Mediums (flüssig oder gasförmig) bewirkt eine Kühlung des beschichteten Substrats und verringert dadurch den durch Wärmeleitung verursachten Wärmeeintrag in die nicht bestrahlten Bereiche des Substrats sowie eine zu starke Erwärmung des Substrats. Zudem können durch die Strömung Produkte der Behandlung abtransportiert werden. Beispielsweise kann es sich dabei um ablatierte Bereiche der Beschichtung oder um Reaktionsprodukte einer Vernetzungsreaktion innerhalb der Beschichtung handeln. Zudem wird eine Re-Deposition vermieden. Vielmehr besteht die Möglichkeit, derartige Produkte mittels Filter aus dem Medium zu entfernen und das Medium, ggf. nach Abkühlung, dem Verfahren erneut zuzuführen. The flow of the medium (liquid or gaseous) causes a cooling of the coated substrate and thereby reduces the heat input caused by heat conduction in the non-irradiated areas of the substrate as well as excessive heating of the substrate. In addition, the flow of products of the treatment can be removed. For example, these may be ablated regions of the coating or reaction products of a crosslinking reaction within the coating. In addition, a re-deposition is avoided. Rather, it is possible to remove such products by means of filters from the medium and to supply the medium again, if necessary after cooling, the process.
Als Mittel zur Aufnahme eines flüssigen Mediums kommt vorrichtungsseitig beispielsweise ein Flüssigkeitsbad in Frage, welches derart angeordnet ist, dass die gewünschten Bereiche des Substrats dem Medium ausgesetzt werden können. As means for receiving a liquid medium, the device side, for example, a liquid bath in question, which is arranged such that the desired areas of the substrate can be exposed to the medium.
Wird ein strömendes gasförmiges Medium genutzt, so umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zur Zu- und Abfuhr des Gases, beispielsweise geeignete Ventile, mit denen eine Strömung realisierbar ist. Selbstverständlich muss die erfindungsgemäße Vorrichtung hierfür über ein gasdichtes Gehäuse verfügen. In jedem Fall muss gewährleistet sein, dass der Energieeintrag in die Beschichtung nicht signifikant beeinträchtigt wird. If a flowing gaseous medium is used, the device according to the invention comprises means for supplying and removing the gas, for example suitable valves with which a flow can be realized. Of course, the device according to the invention must have a gas-tight housing for this purpose. In any case, it must be ensured that the energy input into the coating is not significantly impaired.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich in Hinblick auf den Substrattransport betrieben werden. Eine Vorrichtung zur Durchführung eines diskontinuierlichen Verfahrens umfasst des Weiteren eine Substrattransportvorrichtung, die beispielsweise in Form von Transportrollen ausgebildet sein kann. The process according to the invention can be operated both continuously and discontinuously with regard to substrate transport. A device for carrying out a discontinuous method further comprises a substrate transport device, which may be designed, for example, in the form of transport rollers.
Gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Blitzlampe von demselben Medium zumindest teilweise umgeben bzw. ist von demselben Medium teilweise umgebbar. Dies schließt ein, dass die Blitzlampe vollständig von demselben Medium umgeben wird. According to one embodiment variant of the method according to the invention and the device according to the invention, the flashlamp is at least partially surrounded by the same medium or is partially envelopable by the same medium. This implies that the flash lamp is completely surrounded by the same medium.
Unter „umgeben“ ist dabei sowohl ein direkter Kontakt der Blitzlampe mit dem Medium zu verstehen als auch ein indirektes Umgebensein, beispielsweise indem die Blitzlampe in einer Glastrommel angeordnet ist, welche ihrerseits mit dem Medium in Kontakt steht. By "surrounded" is meant both a direct contact of the flash lamp with the medium as well as an indirect surrounding, for example by the flash lamp is arranged in a glass drum, which in turn is in contact with the medium.
„Dasselbe Medium“ bezieht sich auf das Medium, welchem der zu bestrahlende Bereich ausgesetzt ist. Beispielsweise können sowohl der zu bestrahlende Bereich als auch die Blitzlampe gemeinsam oder getrennt voneinander Wasser oder einem strömenden Gas ausgesetzt bzw. von diesem umgeben sein. Bevorzugt sind der zu bestrahlende Bereich des Substrats und die Blitzlampe gemeinsam dem Medium ausgesetzt bzw. von diesem umgeben, z. B. in einem Kühlwasserbad, d. h. es besteht keine räumliche Trennung der dem Substrat und der Blitzlampe zugeordneten Medien. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die gesamte Vorrichtung vom Medium umspült wird, was anlagentechnisch einfacher zu realisieren ist als entsprechende Abdichtungen für das Medium. "The same medium" refers to the medium to which the area to be irradiated is exposed. For example, both the area to be irradiated and the flashlamp can be exposed to or surrounded by water or a flowing gas together or separately from one another. Preferably, the area of the substrate to be irradiated and the flashlamp are jointly exposed to the medium or surrounded by the medium, for. In a cooling water bath, d. H. there is no spatial separation of the media associated with the substrate and the flashlamp. This can for example be realized by the entire device is washed by the medium, which is technically easier to implement than corresponding seals for the medium.
Dadurch, dass die Blitzlampe von dem Medium umgeben wird bzw. von diesem umgebbar ist, kann eine effektive Kühlung der Blitzlampe, insbesondere bei direktem Kontakt zwischen Blitzlampe und Medium, erreicht werden. Dies trägt zu einer Verlängerung der Betriebsdauer der Blitzlampe bei und erhöht die Effektivität des Behandlungsverfahrens. Zur Vorrichtung gehörende Bauteile wie Transportrollen können auch mit dem Medium gekühlt werden. By virtue of the fact that the flash lamp is surrounded by the medium or can be surrounded by it, effective cooling of the flash lamp, in particular in the case of direct contact between the flash lamp and the medium, can be achieved. This contributes to an extension of the operating time of the flash lamp and increases the effectiveness of the treatment process. Belonging to the device components such as transport rollers can also be cooled with the medium.
Gemäß einer Ausführungsvariante erfolgt der Energieeintrag lokal definiert und zwar derart, dass unterschiedliche Bereiche der Beschichtung zur gleichen Zeit einem unterschiedlichen Energieeintrag ausgesetzt sind. Mit anderen Worten ist also zumindest für zwei Teilbereiche der Beschichtung die Energieeintragsdichte, d. h. der Energieeintrag pro Fläche, verschieden. According to one embodiment, the energy input is locally defined and in such a way that different areas of the coating are exposed to a different energy input at the same time. In other words, therefore, the energy input density is at least for two subregions of the coating, ie. H. the energy input per area, different.
Die Behandlung mit einem lokal definierten Energieeintrag beinhaltet dabei ein vorheriges Festlegen des notwendigen Energieeintrags für jede Position des beschichteten Substrats und eine Übertragung dieser so festgelegten „Energieeintragsstruktur“ in lokale Prozessparameter. The treatment with a locally defined energy input contains a prior definition of the necessary energy input for each position of the coated substrate and a transfer of this so-defined "energy input structure" into local process parameters.
Vorrichtungsseitig wird dies erreicht, indem die Vorrichtung Mittel zur lokal definierten Einstellung des Energieeintrags in das Substrat umfasst. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende lokale Variation der Leistung der Blitzlampe während des Substrattransports in einem kontinuierlichen Verfahren, durch die Verwendung mehrerer Blitzlampen mit unterschiedlicher Leistung oder aber durch Nutzung zusätzlicher Hilfsmittel zum Fokussieren und/oder Ausblenden der Blitzlampenstrahlung erreicht werden. Auch eine Kombination der genannten Optionen ist möglich. On the device side, this is achieved by the device comprising means for locally defined adjustment of the energy input into the substrate. This can be achieved for example by a corresponding local variation of the power of the flash lamp during the substrate transport in a continuous process, by the use of multiple flash lamps with different power or by using additional tools for focusing and / or hiding the flash lamp radiation. A combination of these options is possible.
Bevorzugt erfolgt der lokal definierte Energieeintrag durch Einbringen einer Schattenmaske zwischen die Blitzlampe und das Substrat, d. h. in den Strahlengang der Blitzlampenstrahlung, indem die von der Blitzlampe ausgesandte Strahlung an den Stellen der Schattenmaske reflektiert und/oder absorbiert wird, an denen die Strahlung das Substrat nicht treffen soll. Entsprechend ist vorrichtungsseitig das Mittel zur lokal definierten Einstellung des Energieeintrags bevorzugt als Schattenmaske ausgebildet. The locally defined energy input preferably takes place by introducing a shadow mask between the flash lamp and the substrate, i. H. into the beam path of the flash lamp radiation by reflecting and / or absorbing the radiation emitted by the flash lamp at the locations of the shadow mask at which the radiation should not hit the substrate. Accordingly, on the device side, the means for locally defined adjustment of the energy input is preferably designed as a shadow mask.
Eine derartige Schattenmaske, d. h. eine partiell transparente Maske, umfasst zumeist einen Grundkörper aus einem für die Blitzlampenstrahlung zumindest im Absorptionsbereich des absorbierenden Materials transparenten Material. Auf diesem ist bevorzugt substratseitig eine dünne strahlungsreflektierende und/oder -absorbierende Schicht derart aufgebracht und strukturiert worden, dass sie Öffnungen genau an den Positionen enthält, an denen die Blitzlampenstrahlung auf das hinter der Schattenmaske befindliche beschichtete Substrat treffen soll. Für den Fall, dass die mechanische Stabilität der Maske auch ohne Grundkörper gewährleistet ist, kann auf diesen auch verzichtet werden, z. B. indem als Schattenmaske ein Blech mit entsprechenden Öffnungen eingesetzt wird. Such a shadow mask, d. H. a partially transparent mask, usually comprises a base body made of a transparent material for the flash lamp radiation at least in the absorption region of the absorbent material. On the substrate side, a thin radiation-reflecting and / or absorbing layer has preferably been applied and structured in such a way that it contains openings exactly at the positions at which the flash lamp radiation is to strike the coated substrate located behind the shadow mask. In the event that the mechanical stability of the mask is ensured even without basic body, can also be dispensed with, for. B. by a metal sheet with appropriate openings is used as a shadow mask.
Die Öffnungen können dabei Minimalbreiten bis zu 10 µm aufweisen, so dass die behandelten Bereiche der Beschichtung auch Längenausdehnungen ab 10 µm aufweisen können. Die Schattenmaske enthält also die festgelegte „Energieeintragsstruktur“. The openings may have minimum widths of up to 10 .mu.m, so that the treated areas of the coating can also have length expansions from 10 .mu.m. The shadow mask thus contains the defined "energy input structure".
Verfahrensseitig kann das Einbringen der Schattenmaske vor der Behandlung oder aber zwischen verschiedenen Schritten der Behandlung erfolgen. Auch ein sukzessives Arbeiten mit mehreren Masken in verschiedenen Teilschritten der Behandlung ist möglich. On the procedural side, the introduction of the shadow mask can take place before the treatment or between different steps of the treatment. It is also possible to successively work with several masks in different sub-steps of the treatment.
Eine Schattenmaske der beschriebenen Art kann ebenfalls dem Medium ausgesetzt sein, sodass das Medium eine Kühlwirkung auf die Maske ausübt. A shadow mask of the type described may also be exposed to the medium so that the medium exerts a cooling effect on the mask.
In einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Schattenmaske einen Grundkörper aus Quarzglas und eine strukturierte strahlungsreflektierende Schicht aus Edelstahl, beispielsweise mit einer Schichtdicke von 1 mm, oder Aluminium, beispielsweise mit einer Schichtdicke von ca. 100 nm. Das Aluminium muss bei Wasser als Medium mit einer Korrosionsschutzschicht, z. B. aus Siliziumoxid, überzogen sein. Auch andere reflektierende Materialien wie Silber sind als strahlungsreflektierende Schicht einsetzbar. In a special embodiment of the device according to the invention, the shadow mask comprises a base body made of quartz glass and a structured radiation-reflecting layer made of stainless steel, for example with a layer thickness of 1 mm, or aluminum, for example with a layer thickness of about 100 nm. The aluminum must be used as the medium for water with a corrosion protection layer, eg. B. of silica, be coated. Other reflective materials such as silver can be used as a radiation-reflecting layer.
Beispielsweise ist es möglich, die Blitzlampe in einer Quarzglastrommel anzuordnen, welche gleichzeitig als Grundkörper der Schattenmaske dient und substratseitig mit einer strukturierten reflektierenden Schicht aus Aluminium beschichtet ist oder von einem strukturierten Metallband umgeben ist. Die strukturierte reflektierende Schicht kann beispielsweise mittels vollflächiger Abscheidung des reflektierenden Materials und anschließender Strukturierung mittels Laser, wie z. B. für Druckwalzen mit einer Länge von bis zu 5 m bei Printmedien bekannt, hergestellt werden. For example, it is possible to arrange the flash lamp in a quartz glass drum, which simultaneously serves as the base body of the shadow mask and is coated on the substrate side with a structured reflective layer of aluminum or is surrounded by a structured metal band. The structured reflective layer, for example, by means of full-surface deposition of the reflective material and subsequent patterning by means of laser, such as. B. for printing rollers with a length of up to 5 m in print media known to be produced.
Alternativ kann die reflektierende Schicht auch auf der vom Substrat abgewandten Seite, d. h. auf der Seite der Blitzlampe, der Quarzglastrommel aufgebracht sein, wobei damit in der Regel allerdings eine geringere Auflösung der gewünschten Energieeintragsstruktur einhergeht. Alternatively, the reflective layer can also on the side facing away from the substrate, d. H. be applied on the side of the flash lamp, the quartz glass drum, which, however, usually associated with a lower resolution of the desired energy input structure.
Alternativ ist es auch möglich, eine strukturierte reflektierende Schicht direkt auf der Oberseite des Substrats anzuordnen, sofern sich die zu behandelnde Beschichtung auf der Substratunterseite befindet. Alternatively, it is also possible to arrange a structured reflective layer directly on top of the substrate, provided that the treating coating is located on the substrate bottom.
Alternativ kann auch eine strahlungsabsorbierende Schicht, z. B. aus Chromnickel eingesetzt werden. Chromnickel weist eine exzellente Haftung auf Glas, eine relativ hohe Lichtabsorption und eine hohe Temperaturstabilität auf. Alternatively, a radiation-absorbing layer, for. B. be used from chrome. Chrome nickel has excellent adhesion to glass, relatively high light absorption, and high temperature stability.
Gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt mittels Energieeintrag zumindest eine teilweise Ablation der Beschichtung, d. h. die Beschichtung oder Teile davon werden entfernt. Der Begriff „teilweise“ bezieht sich in diesem Zusammenhang sowohl auf die laterale als auch vertikale Ausdehnung der Beschichtung. Dies bedeutet, dass beispielsweise Teilbereiche der Beschichtung komplett entfernt werden können, so dass an diesen Stellen nach der Behandlung das unbeschichtete Substrat vorliegt oder aber dass im Falle einer aus mehreren Einzelschichten bestehenden Beschichtung nur eine oder mehrere Einzelschichten ganz oder teilweise entfernt werden, während zumindest eine Einzelschicht auf dem Substrat verbleibt. According to one embodiment variant of the method according to the invention, at least a partial ablation of the coating takes place by means of energy input, ie. H. the coating or parts thereof are removed. The term "partial" in this context refers to both the lateral and vertical extent of the coating. This means that, for example, partial areas of the coating can be completely removed so that the uncoated substrate is present at these points after the treatment or, in the case of a coating consisting of several individual layers, only one or more individual layers are completely or partially removed, while at least one Single layer remains on the substrate.
Die Ablation wird durch den Energieeintrag hervorgerufen und kann je nach Verdampfungstemperatur des Beschichtungsmaterials beispielsweise durch Verdampfen erfolgen. Aber auch für Beschichtungsmaterialien, deren Verdampfungstemperatur zu hoch für eine Verdampfung im Rahmen dieses Verfahrens liegt, z. B. eine Beschichtung mit NiCr, kann eine Ablation erreicht werden, beispielsweise, indem durch den Energieeintrag die Haftung der Beschichtung verloren geht oder durch unterschiedliche Wärmeausdehnung die Beschichtung „abreißt“. The ablation is caused by the energy input and can be done, for example, by evaporation, depending on the evaporation temperature of the coating material. But also for coating materials whose evaporation temperature is too high for evaporation in the context of this method, z. As a coating with NiCr, an ablation can be achieved, for example, by the adhesion of the coating is lost by the energy input or "dissolves" the coating by different thermal expansion.
Die ablatierten Bereiche der Beschichtung werden durch das Medium aufgenommen bzw. abtransportiert, sodass eine Re-Deposition verhindert wird. The ablated areas of the coating are absorbed or transported away by the medium, so that re-deposition is prevented.
Diese Ausführungsvariante stellt eine kostengünstige Alternative zu den bisher bekannten Verfahren, z. B. dem Ätzen, dar, da die Anzahl der Prozessschritte deutlich verringert werden kann. Außerdem werden die hohen Entsorgungskosten der für das Ätzen notwendigen Chemikalien vermieden. This variant provides a cost-effective alternative to the previously known methods, eg. As the etching, because the number of process steps can be significantly reduced. In addition, the high disposal costs of the chemicals necessary for the etching are avoided.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt mittels Energieeintrags eine strukturelle Änderung der Beschichtung. Unter „struktureller Änderung“ ist dabei eine Änderung der inneren Struktur der Beschichtung, z. B. der Kristallstruktur bei kristallinen Schichten, der Verteilung von Dotanden bei dotierten Schichten, aber auch einer Änderung der Oberflächenmorphologie, z. B. der Rauheit, zu verstehen. According to a further embodiment variant of the method according to the invention, a structural change of the coating takes place by means of energy input. Under "structural change" is a change in the internal structure of the coating, z. As the crystal structure in crystalline layers, the distribution of dopants in doped layers, but also a change in the surface morphology, z. As the roughness, to understand.
Diese kann beispielsweise durch ein Tempern, Härten oder Vernetzen der Beschichtung erreicht werden. Denkbar ist auch die Bildung einer Legierung aus mindestens zwei Stoffen oder das Sintern eines Stoffes oder das Härten mindestens eines Stoffes. Selbstverständlich ist auch eine Kombination sowohl verschiedener struktureller Änderungen untereinander als auch mit einer Ablation möglich. This can be achieved for example by annealing, curing or crosslinking of the coating. Also conceivable is the formation of an alloy of at least two substances or the sintering of a substance or the hardening of at least one substance. Of course, a combination of both different structural changes with each other and with an ablation is possible.
Beispielsweise kann als Tempern ein RTP(Rapid Thermal Processing) durchgeführt werden, das zu einer strukturellen Änderung der Beschichtung führt. Beispielsweise können Kristalldefekte aufgrund einer Ionenimplantation ausgeheilt werden, ohne das bereits vorhandene Dotierprofil zu verändern. For example, an annealing RTP (Rapid Thermal Processing) can be performed, which leads to a structural change of the coating. For example, crystal defects due to ion implantation can be annealed without altering the already existing dopant profile.
Weiterhin ist es auch denkbar, eine UV-Vernetzung einer zuvor abgeschiedenen Polymerbeschichtung vorzunehmen. Etwaige Reaktionsprodukte können dabei durch das Medium aufgenommen und abtransportiert werden. Furthermore, it is also conceivable to carry out a UV crosslinking of a previously deposited polymer coating. Any reaction products can be absorbed by the medium and transported away.
Optional können das Substrat und/oder die Blitzlampe während der Behandlung derart translatorisch bewegt werden, dass eine Relativbewegung des Substrats gegenüber der Blitzlampe resultiert. Optionally, the substrate and / or the flashlamp can be moved in a translatory manner during the treatment such that a relative movement of the substrate relative to the flashlamp results.
Beispielsweise kann es sich um ein kontinuierliches Behandlungsverfahren handeln, was sich im Vergleich zu einem diskontinuierlichen Behandlungsverfahren durch einen höheren Durchsatz auszeichnet. Insbesondere können auch Endlos-Substrate, z. B. in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren, eingesetzt werden, die – sofern gewünscht – eine gleichmäßige Behandlung über ihre gesamte Länge erfahren können. For example, it can be a continuous treatment process, which is characterized by a higher throughput compared to a discontinuous treatment process. In particular, endless substrates, for. Example, in a roll-to-roll process, can be used - if desired - can experience a uniform treatment over its entire length.
Vorrichtungsseitig lässt sich eine derartige Relativbewegung realisieren, indem die Vorrichtung eine Relativbewegung des Substrats gegenüber der Blitzlampe bewirkende Mittel umfasst. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Substrattransportvorrichtung, die das Substrat in Substrattransportrichtung bewegt, handeln. On the device side, such a relative movement can be realized by the device comprising a relative movement of the substrate relative to the flash lamp effecting means. For example, this may be a substrate transport device that moves the substrate in the substrate transport direction.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das flüssige oder gasförmige Medium derart strömt, dass die Hauptkomponente der Strömungsrichtung parallel zur Längsachse der Blitzlampe ausgerichtet ist. Im Falle einer Relativbewegung des Substrats gegenüber der Blitzlampe strömt das flüssige oder gasförmige Medium bevorzugt senkrecht zur Richtung der Relativbewegung im zu bestrahlenden Bereich. In one embodiment, it is provided that the liquid or gaseous medium flows in such a way that the main component of the flow direction is aligned parallel to the longitudinal axis of the flash lamp. In the case of a relative movement of the substrate relative to the flash lamp, the liquid or gaseous medium preferably flows perpendicular to the direction of the relative movement in the region to be irradiated.
Hierfür umfasst die Vorrichtung Mittel zur Zu- und Abfuhr des Mediums derart, dass die Hauptkomponente der Strömungsrichtung parallel zur Längsachse der Blitzlampe ausgerichtet ist. Beispielsweise kann der Wassereinlass an einer Querseite der Blitzlampe oberhalb dieser angeordnet sein, während der Wasserauslass an der anderen Querseite der Blitzlampe unterhalb dieser angeordnet ist. In diesem Fall entsteht eine Strömung mit zwei Strömungskomponenten: von oben nach unten und parallel zur Längsachse der Blitzlampe.. For this purpose, the device comprises means for supplying and removing the medium such that the main component of the flow direction is aligned parallel to the longitudinal axis of the flash lamp. For example, the water inlet may be located on a transverse side of the flashlamp above this, while the Water outlet is located on the other transverse side of the flashlamp below this. In this case, a flow is created with two flow components: from top to bottom and parallel to the longitudinal axis of the flash lamp.
Bevorzugt ist die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums höher als die Geschwindigkeit der Relativbewegung des Substrats. Dadurch können beispielsweise ablatierte Bereiche der Beschichtung besonders effektiv entfernt werden. Zudem wird eine effektive Kühlung von Blitzlampe, Reflektor und Glastrommel ermöglicht. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist die Blitzlampe in einer drehbaren Glastrommel, bevorzugt in einer Quarzglastrommel, angeordnet, deren äußerer Umfang sich synchron mit dem Substrat bewegt. Preferably, the flow velocity of the medium is higher than the velocity of the relative movement of the substrate. As a result, for example, ablated areas of the coating can be removed particularly effectively. In addition, effective cooling of the flash lamp, reflector and glass drum is made possible. According to a further embodiment variant, the flashlamp is arranged in a rotatable glass drum, preferably in a quartz glass drum, the outer circumference of which moves synchronously with the substrate.
Bevorzugt ist die Blitzlampe parallel zur Längsachse der Glastrommel angeordnet. Weiter bevorzugt ist auch die Ebene, in der sich das Substrat befindet, parallel zur Längsachse der Glastrommel angeordnet. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Bestrahlung des beschichteten Substrats über dessen Breite realisiert werden. Preferably, the flashlamp is arranged parallel to the longitudinal axis of the glass drum. More preferably, the plane in which the substrate is located, arranged parallel to the longitudinal axis of the glass drum. As a result, a particularly uniform irradiation of the coated substrate over its width can be realized.
Die Glastrommel schützt die Blitzlampe vor äußeren Einflüssen und kann zudem, wie oben beschrieben, als Grundkörper der Schattenmaske dienen. The glass drum protects the flash lamp from external influences and can also, as described above, serve as the base of the shadow mask.
Optional kann die Glastrommel mit einem flüssigen Medium, beispielsweise Wasser, füllbar ausgebildet sein. Dieses Medium kann zur Kühlung der Blitzlampe genutzt werden. Optionally, the glass drum with a liquid medium, such as water, be formed fillable. This medium can be used to cool the flashlamp.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können beispielsweise zur Schichtablation in den Randbereichen eines Photovoltaikmoduls verwendet werden. The method according to the invention and the device according to the invention can be used, for example, for layer ablation in the edge regions of a photovoltaic module.
Auch eine Nutzung zur Strukturierung von Kupfer für Leiterbahnen auf einem Foliensubstrat ist möglich. It is also possible to use it for structuring copper for printed conductors on a film substrate.
Des Weiteren besteht Verwendungspotential hinsichtlich der Ablation eines Trägerfilms bei der Herstellung von flexiblen Displays. Die Erfindung stellt eine einfache und kostengünstige Alternative zu den aus dem Stand der Technik bekannten Zwischenschichten als Ablöseschichten dar, da keine zusätzlichen Schichten in das System eingebracht werden müssen. Furthermore, there is potential for use in ablation of a carrier film in the manufacture of flexible displays. The invention provides a simple and inexpensive alternative to the intermediate layers known from the prior art as release layers, since no additional layers have to be introduced into the system.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnung zeigen in: The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. The accompanying drawing show in:
Gemäß einem ersten Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren auf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (
Über eine Glastrommel
Auf der Glastrommel
Im Beispiel handelt es sich bei dem Substrat um eine transparente PET-Folie mit einer Dicke von 300 µm, die auf der Unterseite mit einer 100 nm dicken Beschichtung
Das beschichtete Substrat
In regelmäßigen Abständen, die von der Bandgeschwindigkeit abhängen, wird eine Blitzlampe
Durch die Bestrahlung werden Teile
Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur planaren Anordnung des Substrats
Im zweiten Beispiel ist zwar das komplette Substrat
Als Schattenmaske
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Blitzlampe flash lamp
- 2 2
- Substrat substratum
- 3 3
- Beschichtung coating
- 4 4
- Schattenmaske shadow mask
- 5 5
- Glastrommel glass tumbler
- 6 6
- Wassereinlass water inlet
- 7 7
- Wasserauslass water outlet
- 8 8th
- Kühlwasserbad cooling water
- 9 9
- Substrattransportrichtung Substrate transport direction
- 10 10
- Hauptkomponente der Strömungsrichtung des Kühlwassers Main component of the flow direction of the cooling water
- 11 11
- Drehrichtung der Glastrommel Direction of rotation of the glass drum
- 12 12
- Reflektor reflector
- 13 13
- zu bestrahlender Bereich area to be irradiated
- 14 14
- ablatierte Teile der Beschichtung ablated parts of the coating
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102011007544 A1 [0004] DE 102011007544 A1 [0004]
- DE 102012203229 A1 [0005] DE 102012203229 A1 [0005]
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-
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