WO2023227720A1 - Substrate with anti-glare properties - Google Patents

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WO2023227720A1
WO2023227720A1 PCT/EP2023/064063 EP2023064063W WO2023227720A1 WO 2023227720 A1 WO2023227720 A1 WO 2023227720A1 EP 2023064063 W EP2023064063 W EP 2023064063W WO 2023227720 A1 WO2023227720 A1 WO 2023227720A1
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PCT/EP2023/064063
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Tim Kunze
Sabri Alamri
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Fusion Bionic Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to the area of structuring substrates, in particular a structured substrate - examples here are flat substrates, in particular so-called anti-reflection glazing - with anti-glare properties, which comprises a periodic or non-periodic dot structure.
  • the present invention relates to a device and a method for structuring surfaces and the interior of a substrate, in particular a transparent substrate, using laser interference structuring.
  • surfaces of transparent substrates Due to their smooth surface and the differences in refractive indices compared to air, surfaces of transparent substrates, such as glass, reflect part of the incident light in a directed manner.
  • matting treatment anti-glare treatment
  • a relatively simple solution for creating a matted surface is to increase the surface roughness of such transparent substrates, as this can reduce the directional reflection of the incident light due to scattering.
  • the surface of glass is usually roughened by etching with hydrofluoric acid (HF) or leaching the surface in basic solutions. This causes the network of the glass to be superficially destroyed or at least modified. Handling with hydrofluoric acid or alkaline solutions not only has the disadvantage of causing damage to human skin, bones, eyes and respiratory tract, but also ecological problems. In addition, these processes are severely limited by low yields, difficult process operation controls and low production capacities. Last but not least, defective products cannot be reworked, which further increases production costs.
  • HF hydrofluoric acid
  • Surfaces can be sandblasted or shot blasted.
  • the roughening of the surface with sand or other particles has the disadvantage that residues of the material can remain on the substrate to be structured or even if post-treatment takes place, these material residues may not be completely removed.
  • a second operation to remove material residue is time-consuming and costly. Precautions must also be taken to collect the material abrasion and the blasting material used.
  • WO 2016/086079 A1 discloses a method for forming a glare-free coating on a substrate, wherein a heated substrate must be provided to which a film-forming composition made of a silane, a mineral acid and a solvent is applied and the substrate coated in this way must be thermally treated over a longer period of time.
  • a heated substrate must be provided to which a film-forming composition made of a silane, a mineral acid and a solvent is applied and the substrate coated in this way must be thermally treated over a longer period of time.
  • sol-gel processes have the disadvantage that they are time-consuming and are only limited to use for special materials, namely primarily temperature-resistant materials.
  • relatively thick layers must be applied to the substrate surface in order, on the one hand, to provide sufficient roughness for scattering in the pm range and, on the other hand, to provide sufficiently robust and crack-free coatings.
  • US 2006/0092495 A1 the application of a polymer coating with a silane to the surface of a transparent substrate.
  • the cured polymer coating has a surface roughness (Ra) of no more than 120 nm.
  • WO 2015/002042 discloses transparent substrates for use in a solar cell module, wherein the transparent substrate has an anti-glare coating with at least a first and a second layer, in which first layer transparent spherical inorganic particles with a particle size of 0.1 to 5.0 pm are arranged in an inorganic binder.
  • a method is known from EP 2 431 120 A in which material is applied to the surface.
  • the process creates periodic structures using laser interference, whereby a film is applied to a substrate, which evaporates in the maxima of the interference patterns due to the laser intensity.
  • the remaining material then forms a periodic structure.
  • the material of the film is a metal or a generally conductive material such as indium tin oxide (ITO) which is deposited on glass. It is used to produce spectral filters and thin-film electronics.
  • ITO indium tin oxide
  • the method presented is used to structure substrates for optoelectronic components, i.e. for both light-emitting and light-absorbing components, in particular organic components.
  • the structuring is created here by superimposed laser beams using laser interference.
  • the resulting structures can be generated in a line shape by superimposing two partial laser beams or as two-dimensional structures, in particular point-shaped, by superimposing three or four partial laser beams.
  • the aim of this surface structuring is to improve the efficiency of the optoelectronic components through optimized optical properties, i.e. optimized light input or output depending on the application.
  • the disadvantage is that the resulting patterns always have a strong periodicity.
  • the technical task is to provide a structured substrate with anti-glare properties that can be produced using a simple process.
  • the structuring of flat substrates should be possible within a short time.
  • a further object of the invention is to provide a method for structuring by means of laser interference, which is independent of the intensity of the laser radiation source.
  • the method should be set up in such a way that no damage to the optical elements occurs even at high intensities on the substrate to be structured.
  • the present invention thus provides a structured substrate which has a (global) dot structure in the micro- or sub-micrometer range, preferably a dot structure in the micro- or sub-micrometer range, which is arranged within a plane of the substrate, the (global) dot structure consisting of inverse Cones are formed, the (global) point structure consisting of the (non-congruent) superposition of at least a first interference pixel with a first interference period (pi) and a second interference pixel with a second interference period (p 2 ) within a plane on a surface or in the volume of the Substrate is formed, wherein the first interference pixel and the second interference pixel each independently have a periodic grid of at least three inverse cones with a first interference period (pi) or a second interference period (p 2 ), the ratio of the first interference period (pi) to the second interference period (p 2 ) in the range from 20:1 to 1:20, preferably in the range from 10:1 to 1:10,
  • the interference period of the point structure of at least one type of interference pixel for example the interference period of the first interference pixel, the second interference pixel and/or a further, for example third interference pixel, are identical.
  • the parameters of the laser interference structuring device for applying the interference pixels to the plane of the substrate can be kept constant, which minimizes the (technical) effort when applying the interference pixel and the formation of defective structures.
  • An anti-glare structure scatters incident electromagnetic radiation, for example light, on a plane of the substrate, in particular the surface of the substrate, so that reflection of this electromagnetic radiation can be significantly reduced.
  • the structure can be applied/produced directly (i.e. without the need to apply the structure indirectly via a further layer) to a wide number of different substrates, for example glass, plastics or metal, preferably flat and/or transparent substrates, in particular transparent materials become. Since the structuring does not depend on the refractive index or the adhesion of certain coating materials to the substrate, this structure can be used more flexibly than conventional chemical structuring.
  • the stability of the point structures produced in this way should be mentioned, which are more stable compared to conventional coatings because they are applied directly to the surface of a substrate and/or into the substrate and do not change over time and the use-related material stress, in particular mechanical material stress can be detached from the substrate to be coated.
  • the structures are chemical resistant to solvents and glass cleaners. If the structuring is carried out in the volume, ie in the interior of the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, in particular in the transparent material, the resulting structuring (ie the point structure of the structured substrate) is less sensitive to impacts and abrasion than conventional coatings.
  • structuring also referred to herein as texturing
  • the texturing inside the material is interesting for other areas of application, such as product protection, optical data storage, decoration, etc.
  • a further advantage of the structured substrate or the application method defined herein is that only certain sections/parts can be created without much effort. Areas of a plane of a substrate can be structured specifically and/or partially. For example, the complex preparation and arrangement of a mask for attachment to a substrate, which, for example, shields/protects certain areas of the substrate before treatment, can be dispensed with.
  • the structural parameters e.g. the interference period, the structure depth, the diameter, the shape and the size of the inverse cones
  • the associated properties can be adjusted in a targeted and tailor-made manner.
  • the structured substrates defined herein, in particular the surfaces obtained preferably have a low gloss value in the range from 1 to 120 GU, preferably 10 to 40 GU, particularly preferably in the range from 15 to 35 GU (gloss units). particularly preferably less than 30 GU, such as less than 29 GU, 28 GU, 27 GU, 26 GU, 25 GU, 24 GU, 23 GU, 22 GU, determined with a gloss meter at 60° in accordance with DIN EN ISO 2813:2015 -02. Gloss is understood to be the ratio between the incident light and the light reflected from the surface at the angle of the specular reflection.
  • a substrate has anti-glare properties if it has an anti-reflective, non-glossy, Glare-protected or glare-free level, in particular a surface.
  • a reduction in the directed reflection is achieved by scattering processes occurring on structures which were inserted on or within the plane of the substrate, in particular on one of its surfaces.
  • a substrate has anti-glare properties if the surface of the substrate is designed in such a way that glare effects are reduced by avoiding directed reflection.
  • the surface has a certain roughness.
  • depressions and/or elevations are arranged on the surface, which are preferably distributed inhomogeneously on the surface.
  • the resulting scattering centers lead to a changed optical reflectivity of the surface. Directed reflections on the surface are greatly reduced, so that the differences in the reflection of the surface hardly depend on the direction, in particular on the direction of the reflected light.
  • a surface which has anti-glare properties is characterized in that the intensity of the light reflected in one direction from the surface is not greater than a maximum of 100 times, preferably 10 times, particularly preferably twice the intensity of the reflected light in the other directions.
  • the intensity is considered in a range of 60°, preferably 75°, around the normal to the surface and the intensity is preferably determined in a surface angle range of 1° x 1°.
  • a structured substrate has such an arrangement of point structures, preferably superimposed with structures in the submicrometer range, in particular column and / or line structures in the submicrometer range, that the reflection of the surface of the substrate in different directions, i.e. the intensity of the reflected Light in different directions, with constant lighting, varies by a maximum of a factor of 100.
  • a gloss meter is used to determine the anti-glare properties.
  • this is understood to mean an instrument which is suitable for measuring the gloss of a surface through specular reflection.
  • Gloss is determined by projecting a beam of light at a specific intensity and angle onto a surface and measuring the amount of reflected light at an equal but opposite angle. Angles of 30° to 45° to the normal of the surface are preferably used for this, particularly preferably of 30° to the normal or 60° to the surface.
  • the ratio of reflected to incident light for the sample compared to the ratio for the gloss standard is recorded as gloss units (GU).
  • a structured substrate has a gloss unit of less than 120, preferably less than 60, particularly preferably less than 20.
  • the term substrate refers to a substrate whose surface extends in several spatial directions.
  • a substrate preferably a flat and/or transparent substrate, can be a planar substrate or a curved substrate, for example a parabolic substrate.
  • flat is also to be understood as meaning that the extent of a substrate, preferably a flat and/or transparent substrate, for example a planar substrate in the x and y directions, or the extent of a curved substrate along its radius of curvature is greater than the extent of the Area in which the at least three partial beams interfere with each other.
  • the substrate is a substrate whose extent in the x and y directions, or whose extent along a radius of curvature, is less than or equal to the extent of the region in which the at least three partial beams interfere with one another.
  • a homogeneous structuring of the substrate is possible in one processing step (during a laser pulse).
  • the substrate is a flat substrate whose extent in the x and y directions, or whose extent along a radius of curvature, is greater than the extent of the region in which the at least three partial beams interfere with one another.
  • the term substrate includes a solid material with, for example, a reflective surface.
  • the substrate reflects electromagnetic radiation in the wavelength range from 100 nm to 1 m, for example visible light in the wavelength range from 380 nm to 780 nm, infrared radiation in the wavelength range from 780 nm to 50 pm or microwave radiation, in particular Radar beams in the wavelength range from 1 mm to 10 m.
  • the structuring of the substrate defined here allows a reduction in the directed reflection of the substrate, with the introduction of the structures causing scattering processes to occur on these structures, which are on or within the plane of the substrate, in particular on a its surfaces.
  • the present invention offers a wide selection of transparent and translucent but also non-transparent materials.
  • the substrate is preferably a flat and/or transparent substrate.
  • the substrate can be designed as a flexible and/or pliable substrate, such as (artificial) leather, a metal foil, a thin sheet or a plastic film, such as for use in a solar film or in displays.
  • a flexible and/or pliable substrate such as (artificial) leather, a metal foil, a thin sheet or a plastic film, such as for use in a solar film or in displays.
  • the flat substrate comprises a transparent material, preferably the substrate consists of a transparent material.
  • a material or substrate is transparent in the sense of the present invention if it is designed to allow at least part of an electromagnetic wave to pass through.
  • the transparent material has a high transmittance for visible light (by definition in the wavelength range from 380 nm to 780 nm), although this varies depending on the application.
  • the transmittance of the transparent material is preferably at least 50%, preferably not less than 70%, preferably not less than 80%, more preferably not less than 90%, without deviation in the spectrum in the region of electromagnetic radiation (as defined herein), in particular visible light, infrared radiation and/or microwave radiation, particularly preferably visible light.
  • the light transmission of a transparent material also offers the advantage that laser interference processing of a plane in the volume/interior of the substrate is possible.
  • a transparent material includes transparent
  • Materials especially glass (e.g. borosilicate glasses, quartz glasses, alkali-alkaline-earth)
  • glass e.g. borosilicate glasses, quartz glasses, alkali-alkaline-earth
  • Silicate glasses e.g. soda-lime glass
  • aluminosilicate glasses metallic glasses
  • solid ones Polymers
  • polycarbonates such as Makrolon® and Apec®
  • polycarbonate blends such as Makroblend® and Bayblen®
  • polymethyl methacrylate such as Plexiglas®
  • polyester polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene
  • transparent ceramics e.g. spinel ceramics, such as Mg-Al- Spinel, aluminum oxynitride (ALON), aluminum oxide, yttrium aluminum garnet, yttrium oxide or zirconium oxide
  • Polycarbonates are homopolycarbonates, copolycarbonates and thermoplastic polyester carbonates.
  • the transparent material consists of a glass (as defined herein) or a solid polymer (as defined herein).
  • the silicate framework of glass preferably provides a transmission window for wavelengths in the range between 170 nm and 5,000 nm, i.e. wavelength range that includes visible light in the range from 380 nm to 780 nm and includes infrared radiation.
  • the substrate preferably a flat and/or transparent substrate
  • a dot structure in the micrometer or submicrometer range, as defined herein is created on the surface of the non-transparent material.
  • a structure with anti-glare properties can be created on a non-transparent material, with the original roughness of the surface of the non-transparent substrate (ie before applying the structuring according to the invention) remaining unchanged or almost unchanged in the macroscopic range, thereby effectively reducing the directed reflection of an otherwise reflective surface of an intransparent material, for example a metal surface, is induced.
  • Metals e.g. silicon, aluminum, copper, gold
  • metallic alloys e.g.
  • a substrate structured in this way is suitable as a negative mold for indirectly applying or producing structures on another substrate.
  • a substrate structured in this way “absorbs” since the structuring of the substrate allows a reduction in the directed reflection of the substrate, since scattering processes occur on these structures which were inserted on or within the plane of the substrate, in particular on one of its surfaces. Point-like structure/interference patterns
  • the term inverse pin refers to structures with a circular, elliptical, triangular or essentially rectangular base area, in particular with a circular base area, which taper conically into the substrate in the vertical direction and have a rounded cone tip at their saddle point.
  • the inverse pegs are formed during the structuring process, i.e. when a laser pulse strikes as a result of an area of high intensity hitting the substrate to be structured, the areas between the inverse pegs on or within the substrate ideally having a zero intensity due to destructive interference Remain essentially unstructured. Consequently, by focusing the laser (partial) beams on or within the substrate, the negative of what determines the intensity distribution is formed.
  • the shape of the inverse cones described refers to point structures which are arranged on the surface of the substrate.
  • An arrangement of the point structures in one or along a plane within the volume leads to a shape that is more symmetrical.
  • the point structures generated within a volume using laser interference structuring are also referred to as inverse cones.
  • Cones with an elliptical base can be produced, for example, by tilting the substrate in relation to the angle of incidence of the (partial) focused laser beam(s).
  • the period of the structure is referred to as A for the purposes of the invention. It generally depends on the wavelength of the interfering laser beams, the angle of incidence of the interfering laser beams and the number of interfering laser beams.
  • the term interference pixel refers to a (local) periodic pattern or grid of at least three inverse cones, preferably of at least seven inverse cones, most preferably at least 19 inverse ones Cones on the surface of a substrate, which form within a pixel of an interference pixel (see Fig. 9).
  • the periodic pattern or grid is created by superimposing at least two, particularly preferably at least three, very particularly preferably at least four laser (partial) beams as a result of focusing (bundling) these laser (partial) beams the surface or into the interior of the substrate, whereby the partial beams interfere constructively and destructively on the surface or within the substrate.
  • the periodic point structures i.e. the inverse cones within a type of interference pixel
  • have a coefficient of variation a value resulting from dividing the standard deviation by the average value
  • This also allows better detectability of the substrate structured according to the invention compared to conventional methods for structuring/coating substrates (e.g. etching, particle blasting, polymer coating).
  • the (local) point structures generated in this way within an interference pixel are designed in the form of periodically arranged, inverse cones, whereby to produce a structure, in particular on a surface or in a plane in the volume of the substrate, which has anti-glare properties Structural period (i.e. the distance between the vertices of two adjacent cones - i.e. their height centers or centers of the depressions) based on cones that are formed by an interference pixel, on a statistical average in the range from 1 pm to 50 pm, preferably in the range from 5 pm to 50 pm, more preferably in the range from 10 pm to 30 pm.
  • the structure period is also called the interference period.
  • a flat, optionally homogeneous and periodic, dot structure can be created on the surface or in the interior of a substrate, preferably flat and/or transparent substrate.
  • the focusing point can also be guided over the sample or substrate (e.g. using scanner-based methods).
  • a displacement of the substrate to be structured, preferably a flat and/or transparent substrate, in the laser beam can be comparatively complex and slow due to the relatively large masses moved. It is therefore advantageous to provide the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, in a stationary manner during processing and to realize the flat structuring of the substrate by focusing the partial beams on the surface or the volume of the substrate Manipulation of the partial laser beams with optical elements (focusing mirror or galvo mirror (laser scanner)) is effected in the beam direction. Since the masses moved are relatively small, this can be done with much less effort and much faster.
  • the substrate is preferably arranged in a stationary manner during the process.
  • the individual pixels of a type of interference pixel for example a first interference pixel, a second interference pixel and/or a further interference pixel, which are arranged adjacently and repetitively offset from one another, can be globally (ie over the extent of the plane to be structured) either periodic or one form a non-periodic point structure.
  • a fully periodic point structure is created or exists when the preceding pixel and the following pixel of a type of interference pixel are each shifted in a spatial direction relative to one another by a whole multiple (e.g. 2, 3, 4, 5) of the interference period (p n ). . This results in a fully periodic pattern across the extent of the level to be structured, the period of which corresponds to the interference period (p n ).
  • a quasi-periodic point structure is created or exists when the preceding pixel and the following pixel of a type of interference pixel are each increased by an equal multiple that deviates from a whole multiple (e.g. 0.5; 1.3; 2.6 ) of the interference period (p n ) are shifted to one another in a spatial direction.
  • a non-periodic dot structure is created or exists when the interference period of the subsequent pixel is varied to the neighboring, preceding pixel and/or adjacent pixels arranged repetitively offset from one another are twisted, for example applied alternately or successively twisted.
  • the dot structure which is formed by adjacent, repetitively offset pixels of a type of interference pixel, is a fully periodic dot structure or a quasi-periodic dot structure (each as defined above).
  • structure depth i.e., the depth of the inverse pegs measured from their saddle point of the recess to the apex
  • anti-glare properties as defined herein.
  • the inverse cones of an interference pixel have an average structure depth or profile depth in the statistical average d 5 o in the range from 5 nm to 20 pm, particularly preferably in the range from 50 nm to 1 pm, entirely particularly preferably from 100 nm to 2 pm.
  • the structure depth of the inverse cones of an interference pixel is generally described by the average structure depth (dso), which defines the proportions of the cones within an interference pixel with a specific structure depth smaller or larger than the specified value for the structure depth.
  • the proportion of the surface structured in this way (degree of coverage of pegs per unit area, which is determined by the number and diameter of the inverse pegs), i.e. the proportion on the structured substrate is preferably 3% to 99%, particularly preferably 5% to 80%, very particularly preferably 7% to 70%, especially 10 to 50%.
  • This not only allows better detectability compared to conventional methods for structuring/coating substrates, but also has the advantage over them that fewer defects or more susceptible structures are introduced into the plane of a substrate, in particular into the surface, in order to achieve the properties defined herein .
  • a structured substrate with anti-glare properties also describes such a substrate which comprises a dot structure, wherein the dot structure consists of superimposed structures, wherein at least one structure has dimensions in the submicrometer range, and wherein at least one structure consists of inverse cones (as defined herein), which can be generated in particular by interfering laser beams.
  • a point structure in particular the point structure made up of superimposed structures, can be optimally adapted to the requirements of the respective application by appropriately designing the parameters (selection of the laser radiation source, arrangement of the optical elements).
  • the structured substrate not only comprises a single interference pixel of one type, for example a first interference pixel, a second interference pixel and/or a third interference pixel, but rather there are several interference pixels of one type, for example several first interference pixels and/or or a plurality of second interference pixels, each independently of one another within a plane in at least one spatial direction (x and/or y orientation), particularly preferably in two spatial directions (planar), arranged adjacently and repetitively offset from one another.
  • x and/or y orientation particularly preferably in two spatial directions (planar)
  • first interference pixels (10) are applied within a plane in at least one spatial direction adjacent to one another, repetitively offset from one another, on a plane on a surface or in the volume of the substrate to be structured (see, for example, Fig. 6) and in a second step, several second interference pixels (11) are applied adjacent to these several first interference pixels (10) within a plane in at least the same spatial direction, repeatedly offset from one another.
  • these several first interference pixels (10) and several second interference pixels (11) are applied to the plane alternately, i.e. alternately - that is, a first interference pixel, then a second interference pixel and again from the front.
  • this advantageously increases the area in which the directed reflection is reduced. Furthermore, an arrangement in which a large number of interference pixels are arranged adjacent to one another and repeatedly offset at least in one spatial direction opens up a series of adjustable degrees of freedom.
  • properties in particular an anti-glare effect, can be achieved in a targeted manner over a large area, in particular flat on a plane of the substrate, which is spanned by a surface of the substrate, or within of the volume of the substrate can be achieved/applied.
  • Such structuring with a plurality of first interference pixels (10) and a plurality of second interference pixels (11) can be achieved, for example, by scanning the substrate with a polygon scanner.
  • the superimposed interference pixels of different types can either form a periodic or a non-periodic point structure globally (ie over the extent of the plane to be structured).
  • a fully periodic point structure is created or exists when the pixels of an interference pixel of a first type and the superimposed pixels of an interference pixel of a different type are each separated by a whole multiple (e.g. 2, 3, 4, 5) of the interference period (p n ) are shifted in a spatial direction relative to each other. This results in a fully periodic pattern across the extent of the level to be structured, the period of which corresponds to the interference period (p n ).
  • a quasi-periodic dot structure is created or exists when the pixels of a first type and the superimposed pixels of an interference pixel of a different type are each by the same amount, of a whole Multiples of different multiples (e.g. 0.5; 1.3; 2.6) of the interference period (p n ) are shifted in a spatial direction relative to one another.
  • a non-periodic dot structure is generated by the pixels of a first type and the pixels of an interference pixel of a different type superimposed thereon or is present when the superimposed first interference pixels and the superimposed second interference pixels have different interference periods and/or the adjacent ones are repetitively offset Pixels arranged in relation to each other of at least one type of interference pixel are twisted, for example applied alternately or successively twisted.
  • the point structures comprising at least a plurality of first interference pixels of at least a first interference period (pi) and a plurality of second interference pixels of at least a second interference period (p 2 ), are quasi-periodic or non-periodic, particularly preferably not -periodically formed, such a point structure preferably being formed from the superimposition of at least a first interference pixel and a second interference pixel, each of which is arranged adjacent to one another in at least one spatial direction in a repetitively offset manner and each of which is a periodic or quasi-periodic point structure form.
  • first interference pixels (10) and/or second interference pixels (11) arranged adjacent to one another have varying structural parameters, selected from the group comprising the interference period of the interference pixel, the structural depth of the inverse cones, the diameter of the inverse cones, the Shape of the inverse cones and the size of the inverse cones.
  • a high degree of disorder i.e. non-periodic structures, can advantageously be generated locally, whereby undesirable or disturbing optical effects, such as moiré effects or color effects that arise from diffraction of applied microstructures, are minimized or prevented.
  • the interference period of the point structure of at least each additional interference pixel of a type for example each interference pixel of a first interference pixel, each interference pixel of a second interference pixel and/or each interference pixel of a third interference pixel, are essentially identical, i.e. differ by a maximum of 0 % to 2.0%, particularly preferably a maximum of 0 to 1.0%.
  • the interference periods are particularly preferably identical.
  • the interference pixels of one type which are arranged adjacently and repetitively offset from one another, for example the first interference pixel, the second interference pixel and/or the third interference pixel, become the previous interference pixel of this one type by an arrangement within the interference pixel (preferably around a centric one ) Axis of rotation (i.e. a normal to the plane) rotated, for example alternately or successively rotated in relation to the previous one.
  • Axis of rotation i.e. a normal to the plane
  • the subsequent interference pixel is the interference pixel of a type in the range of 1° to 90°, further in the range of 3° to 85°, particularly preferably of 5° to 80°, very particularly preferably of 10° to 75 °, especially twisted in the range of 15° to 60°.
  • a high degree of disorder i.e. non-periodic structures, is generated globally across a plane of the substrate, which is spanned by a surface of the substrate or within the volume of the substrate, which also results in undesirable or disturbing optical effects, such as moiré effects or color effects , which arise from diffraction on applied microstructures, can be minimized or prevented.
  • the subsequent interference pixel is in the range of 0.0001 ° to 5 °, further in the range of 0.001 ° to 1 °, particularly preferably around 0.001 °, in relation to the previous interference pixel of the interference pixel of a type twisted to 0.1, for example twisted alternately or successively.
  • the aim is to generate a point structure with broken periodicity, i.e. without resulting periodicity, through the specific selection of the structural parameters of the first and second interference pixels and any other type of interference pixel.
  • the point structures produced are therefore preferably arranged non-periodically, with the interference periods of the first and second interference pixels or each other type of interference pixel preferably being different (not identical) to one another. Periodic effects that disrupt the resulting image can thus be advantageously avoided.
  • a superposition of first and second interference pixels, which have identical interference periods, can result in periodic point structures in which the undesirable moiré effect occurs.
  • a disadvantageous change in color behavior, such as can occur due to diffraction effects on the introduced structures, is also avoided by a high degree of disorder.
  • the existing point structure leads to a scattering behavior of the incident light, which involves a large number of minimal deflection processes of the photons at the point structures introduced.
  • An existing periodicity of the point structures can lead to an increase in deflections of the photons, i.e. the light, in certain directions, which would create a spangle or glitter effect. While this effect is desirable for certain applications, it should be avoided for many other applications.
  • the generation of non-periodic structures advantageously leads to a reduction or avoidance of these glittering effects.
  • the offset between the interference pixel of a first type and the interference pixel of a second type, for example the second interference pixel and the first interference pixel is in the range of 5% ⁇ x ⁇ 50%, preferably in the range of 10% ⁇ x ⁇ 50%, in particular in the range of 20% ⁇ x ⁇ 50%, particularly preferably in the range of 25% ⁇ x ⁇ 45% of the interference period.
  • the periodic point structure is designed in such a way that an interference pixel of a further type is provided, at least a third interference pixel, this is arranged superimposed on the interference pixel of the previous type in such a way that the offset between the interference pixel of the further type, for example the third interference pixel and the second interference pixel in the range of 5% ⁇ x ⁇ 50%, preferably in the range of 10% ⁇ x ⁇ 50%, in particular in the range of 20% ⁇ x ⁇ 50%, particularly preferably in the range of 25% ⁇ x ⁇ 45 % of the interference period.
  • An offset that is below the interference period leads to an increase in the structure density or density of the point structure, which results in an increased scattering cross section and advantageously a larger scattering effect or a greater reduction in directed reflection.
  • At least 10 interference pixels are arranged on the surface of the substrate.
  • the offset between the different interference pixels is preferably not identical.
  • At least 30 interference pixels made up of at least three inverse cones are arranged in a plane, preferably on the surface, of the substrate.
  • the offset and, in a variant in which the offset is large, also the distance between the neighboring interference pixels has at least five, preferably at least ten, different values.
  • Such an inhomogeneous one Distribution of the interference pixels reduces periodic effects and prevents or reduces the occurrence of undesirable side effects, such as the occurrence of the undesirable moiré effect.
  • the structured substrate in particular the dot structure applied to the surface of the substrate, has at least one further type of interference pixel with a further interference period (p n ), for example a third interference pixel (12) with a third interference period (p 3 ), wherein the further, for example the third interference pixel (12) is arranged superimposed on the first interference pixel (10) and second interference pixel (11) in accordance with the aforementioned claims.
  • p n further interference period
  • p 3 third interference period
  • further defects ie point structures in the micro- and sub-micrometer range
  • a higher number of inverse cones increases the number of scattering centers and reduces directional reflection.
  • a glitter effect a display pixel only illuminates part of the surface feature, creating scattering effects that are perceived macroscopically as a periodic pattern.
  • the point structure defined here is an antiperiodic point structure made of inverse cones with average dimensions in the micrometer range, the structure of an interference pixel in particular having an average distance based on the respective saddle point or height center of two adjacent cones of an interference pixel of 1 pm to 50 pm , particularly preferably 5 pm to 50 pm, very particularly preferably from 10 pm to 30 pm.
  • a further structure in the nanometer range can be superimposed on this preferably antiperiodic point structure in the micrometer range, the average dimension of the superimposed structure preferably having dimensions in the range of the laser wavelength A or A/2, in particular from 100 nm to 1,000 nm, particularly preferably from 200 nm to 500 nm.
  • such a structure is also referred to as a hierarchical structure.
  • a hierarchical structuring refers to a structure in which a first structure with dimensions in the micrometer or submicrometer range, in particular in the Micrometer range, which corresponds to an interference pattern, is overlaid by a further structure which has dimensions that are below the dimensions of the first structure and which is formed, for example, by a self-organization process.
  • the dimensions of the further structure, the structure in the nanometer range superimposing the dot structure in the micrometer range, which is formed, for example, by a self-organization process are preferably in the range from 1% to 30%, particularly preferably in the range from 1% to 10% of the dimensions of the first Structure that corresponds to an interference pattern.
  • the structure overlying the dot structure in the micrometer range has a periodic wave structure in the nanometer range, preferably a fully periodic wave structure, wherein the material on the surface of the substrate in the area of the superimposed structure has a sequence of wave crests and troughs, the periodicity of which is preferably in the submicrometer range is in the range from 100 nm to 1,000 nm, particularly preferably from 200 nm to 500 nm.
  • additional anti-reflection properties can advantageously be introduced in the structured plane, in particular on the surface of the substrate.
  • the structures in the nanometer range ensure that light that hits the substrate is reflected less or is reflected at such a flat angle that it does not appear “disturbing” when the material surface is viewed normally.
  • an overlaying structure described herein in the nanometer range or in the submicrometer range preferably a column or wave structure in the submicrometer range or in the nanometer range, is arranged exclusively in the inverse pegs.
  • Such a column structure preferably has a periodicity in the submicrometer range, which is preferably in the range from 50 nm to 1,000 nm, preferably from 100 to 1,000 nm, particularly preferably from 200 nm to 500 nm. In this way, additional anti-reflection properties can advantageously be introduced in the structured plane, in particular on the surface of the substrate.
  • the structures in the submicrometer or nanometer range ensure that light that hits the substrate is reflected less or is reflected at such a flat angle that it does not appear “disturbing” when the material surface is viewed normally. In particular, such small structures have the effect of reducing reflection.
  • a substrate can thus be produced which has both anti-glare properties and anti-reflection properties.
  • the superimposed structure in the submicrometer range or in the nanometer range only occurs in the point structure, which is generated with a larger interference period.
  • Such a structure has the advantage that it can be created efficiently, especially by exploiting self-organization processes. This means that structuring can advantageously be implemented more economically.
  • the periodic dot structure in the nanometer range is preferably designed in such a way that the structured substrate receives electromagnetic radiation with a wavelength of more than 550 nm with a periodic dot structure of less than 1,000 nm, preferably more than with a periodic dot structure of less than 750 nm 500 nm, most preferably with a periodic dot structure of less than 600 nm transmitted by more than 450 nm.
  • wavelengths in the red and/or yellow light spectrum, in the green light spectrum and even in the blue light spectrum can therefore transmit into the substrate.
  • anti-reflection properties refer to the increased transmission or diffraction of incident electromagnetic radiation with wavelengths in the range of visible light, in particular with wavelengths in the range from 400 nm to 780 nm, as well as in the range of infrared radiation, or
  • the substrate is characterized in that the periodic dot structure it comprises preferably has dimensions in the submicrometer range, particularly preferably in the nanometer range.
  • the dimensions of the periodic point structure are particularly preferred in the range of the wavelength of electromagnetic radiation in the range of visible light.
  • the dimensions of the periodic dot structure are preferably in the range of 630 nm to 700 nm for transmitting or diffracting red light, in the range of 590 nm to 630 nm for transmitting or diffracting red and orange light, in the range of 560 nm to 590 nm for transmitting or diffracting red, orange and yellow light, in the range from 500 nm to 560 nm for transmitting or diffracting red, orange, yellow and green light, in the range from 475 nm to 500 nm for transmitting or bending red, orange, yellow, green and turquoise light, in the range of 450 nm to 475 nm for transmitting or bending red, orange, yellow, green, turquoise and blue light, in the range of 425 nm to 450 nm for transmitting or bending red, orange, yellow, green, turquoise, blue and indigo light, in the range from 400 nm to 425 nm for transmitting or bending red, orange, yellow, green, turquoise,
  • the method disclosed herein and the device disclosed herein are suitable for producing a substrate which comprises a periodic dot structure in the nanometer range, which was generated, for example, by means of laser interference structuring, and which is characterized by anti-reflection properties.
  • anti-reflection properties also refer to the increased transmission or diffraction of incident electromagnetic radiation with wavelengths in the range of invisible light, in particular in the range of ultraviolet radiation (UV radiation), in particular with wavelengths in the range from 100 nm to 380 nm.
  • the substrate is characterized in that the periodic point structure it comprises preferably has dimensions in the nanometer range. A substrate structured in this way can advantageously be used in areas where protection from UV radiation is necessary.
  • the average structure depth of this structure in the nanometer range, which superimposes the dot structure in the micrometer range, is preferably in the range from 10 to 500 nm.
  • the wave structure which superimposes the periodic point structure of inverse cones with average dimensions in the micrometer range, can be formed during the structuring process, ie when a laser pulse hits the substrate to be structured as a result of the appearance of a high intensity region, the structuring being carried out by a self-organization process , which is excited by the at least partial melting of the substrate material by means of a laser pulse in a region of high intensity.
  • the wave structure is generated using laser-induced periodic surface structures (Laser-induced Periodic Surface Structures - LIPSS), whereby the appearance of these surface structures is coupled to the generation of the point structures using interfering laser beams.
  • the wave structure which superimposes the point structure according to the invention made of inverse cones with average dimensions in the micrometer range, can also be achieved by subsequently applying a further interference pixel to the surface of the (pre-structured) substrate, the structures generated with the further interference pixel being related to a structure period the cones, which are formed by the further interference pixel, have a statistical average in the range from 100 nm to 1,000 nm, preferably in the range from 200 nm to 500 nm.
  • Hierarchical structures there are numerous technical areas of application for hierarchical structures, such as in the area of producing substrates with hydrophobic or superhydrophobic as well as hydrophilic or superhydrophilic surfaces and substrates with anti-icing or anti-fogging properties in addition to the substrates with anti-glare properties mentioned above .
  • a flat structuring of a substrate for example with anti-glare properties through interfering laser beams and using laser-induced periodic surface structures, is therefore advantageously possible without having to accept a long processing time or a large number of process steps that can be carried out successively.
  • the invention thus enables simultaneous creation of hierarchical structures, which can be used in the technical field both in the field of substrates with anti-reflection properties and in the field of self-cleaning, hydrophobic or superhydrophobic, as well as hydrophilic or superhydrophilic substrates with anti-reflection properties and / or anti-fogging properties .
  • the substrate structured according to the invention is suitable for further processing, for example chemical and/or physical treatment.
  • Chemical spray coatings and/or sol-gel processes are particularly suitable for increasing the properties defined herein that are obtained with the structuring according to the invention or for improving the properties of the structured substrate by applying other layers (e.g. anti-reflection properties and/or hydrophobic ones or superhydrophobic and/or hydrophilic or superhydrophilic properties).
  • the structured substrates are subsequently modified by etching with acids (e.g. hydrofluoric acid) or by leaching the surface in basic solutions.
  • acids e.g. hydrofluoric acid
  • a selective etching take place. Acids or bases attack preferentially in the structural valleys created in the Z minima, i.e. in the inverse cones.
  • the degree of etching or the etching speed can be adjusted via the density of the microstructures (degree of coverage of pins per unit area, which is determined by the number and diameter of the inverse pins).
  • the interference maxima or high-intensity regions of the interference image are converted from several superimposed laser (partial) beams into three-dimensional point structures in the form of inverse cones on a surface of the substrate or in a plane within the volume of the substrate.
  • the physical/chemical effects for producing the point structures only occur from a certain energy threshold, i.e. from a certain intensity threshold.
  • This energy threshold limits the size of the interference pixel, since the intensity of the maxima decreases towards the edges of the superimposed laser (partial) beams. If the intensity at the edges is too weak, there will be no structuring in these areas in the sense of the invention.
  • the interference pattern depends on the properties of the superimposed laser (partial) beams.
  • the structure depth can be influenced by the energy input, i.e. also by the wavelength of the laser (partial) beam.
  • the properties of the resulting point structure when irradiated with a certain pulse length, i.e. the properties of the individual interference pixels, also depend on the properties of the substrate dependent.
  • an interference pixel for example a first, a second and/or a third interference pixel, is applied to the surface of a substrate by means of laser interference structuring by irradiating the substrate with several laser (partial) beams at an angle to Surface of the substrate from 45° to 90° (vertical), preferably at an angle of 60° to 90°, particularly preferably at an angle of 75° to 90°, for example in each case in an angular range from/to 76°, 77° , 78°, 79°, 80°, 81°, 82°, 83°, 84°, 85°, 86°, 87°, 88°, 99°, 90°.
  • an interference pixel is applied to the surface of a substrate essentially perpendicularly along a normal to the surface, i.e. at an angle of 90° ⁇ 1°.
  • the invention also relates to a display having a controllable, light-emitting layer and a front glass.
  • the front glass has a structured substrate according to the invention or is formed by such a substrate structured according to the invention.
  • Such a display can, for example, be designed or used as a large screen or as a computer screen or as a tablet or as an analog or electronic watch, in particular a wristwatch.
  • Such a display can advantageously be structured efficiently.
  • Good anti-glare properties, preferably in conjunction with advantageous anti-reflection properties, of the substrate can be advantageously achieved.
  • the device according to the invention consists of a laser radiation source (1) which emits a laser beam.
  • the radiation profile of the emitted laser beam corresponds either to a Gaussian profile or a top hat profile, particularly preferably a top hat profile.
  • the top hat profile is helpful in order to structure or cover a surface of a substrate to be structured more homogeneously and, if necessary, to enable a faster structuring speed.
  • the laser radiation source (1) is a source that generates a pulsed laser beam.
  • the pulse width of the pulsed laser radiation source is, for example, in the range from 10 femtoseconds to 1 nanosecond, in particular 50 femtoseconds to 1 nanosecond, very particularly preferably 50 femtoseconds to less than 100 picoseconds, even more preferably 10 picoseconds to 100 picoseconds.
  • laser beam, laser (partial) beam or partial beam does not mean an idealized beam of geometric optics, but rather a real light beam, such as a laser beam, which does not have an infinitesimally small beam cross-section, but rather an extensive beam cross-section (Gaussian distribution profile or an intrinsic TopHat beam).
  • top hat profile or top hat intensity distribution is meant an intensity distribution that can be essentially described, at least with regard to one direction, by a rectangular function (rect (x)).
  • Real intensity distributions that have deviations from a rectangular function in the percentage range or inclined edges are also referred to as top hat distribution or top hat profile.
  • Procedure and Devices for generating a top hat profile are well known to those skilled in the art and are described, for example, in EP 2 663 892.
  • Optical elements for transforming the intensity profile of a laser beam are also already known.
  • laser beams with a Gaussian intensity profile can be transformed into laser beams which have a top hat-shaped intensity profile in one or more defined planes, such as a Gauss-to-Top Hat Focus Beam Shaper from the company TOPAG Lasertechnik GmbH, see e.g. DE102010005774A1.
  • Such laser beams with top-hat-shaped intensity profiles are particularly attractive for laser material processing, especially when using laser pulses that are shorter than 50 ps, since particularly good and reproducible processing results can be achieved with the essentially constant energy or power density .
  • the laser radiation source (1) contained in the device according to the invention can have an intensity of 0.01 to 5 J/cm 2 , particularly preferably 0.1 to 2 J/cm 2 , very particularly preferably 0.1 to 0.5 J/cm 2 .
  • the device according to the invention allows the intensity of the laser radiation source to be flexibly selected in a range.
  • the beam diameter plays no role in generating the interference pattern on the substrate, preferably a flat and/or transparent substrate. Due to the preferred arrangement of the optical elements in the beam path of the laser, no unit for controlling the intensity of the laser beam is necessary.
  • the laser radiation source is preferably set up to emit wavelengths in the range from 200 nm to 15 pm (e.g. CO2 laser in the range from 10.6 pm), most preferably in the range from 266 nm to 1,064 nm.
  • Suitable laser radiation sources include, for example, UV laser beam sources, laser beam sources (155 to 355 nm) that emit green light (532 nm), diode lasers (typically 800 to 1,000 nm) or laser beam sources that emit radiation in the near infrared (typically 1,064 nm), in particular with a wavelength in the range of 200 to 650 nm wavelength.
  • Lasers suitable for microprocessing are known to those skilled in the art and include, for example, HeNe lasers, HeAg lasers (approx.
  • NeCu lasers (approx. 249 nm), Nd:YAG lasers (approx. 355 nm), YAG lasers (approx. 532 nm), InGaN laser (approx. 532 nm).
  • Optical elements
  • the structuring can be realized by arranging a large number of optical elements. These elements are primarily prisms and lenses.
  • These lenses can be refractive or diffractive.
  • Spherical, aspherical or cylindrical lenses can be used.
  • cylindrical lenses are used. This makes it possible to compress the overlap areas of the partial beams (herein also referred to as interference pixels) in one spatial direction and stretch them in another. If the lenses are not spherical/aspherical but cylindrical, this has the advantage that the beams can be deformed at the same time. This allows the processing spot (i.e., the interference pattern created on the substrate) to be deformed from a point to a line containing the interference pattern. With sufficient energy from the laser, this line can be in the range of 10-15 mm long (and approximately 100 pm thick).
  • SLM Spatial Light Modulators
  • SLMs can also be used to shape the beam.
  • SLMs to spatially modulate the phase or intensity or the phase and intensity of an incident light beam is known to those skilled in the art.
  • LOC-SLM Liquid Crystal on Silicon
  • SLMs can also be used to focus the partial beams on the substrate.
  • Such an SLM can be controlled optically, electronically or acoustically.
  • the beam path of the laser refers to the course of both the laser beam emitted by the laser radiation source and the course of the partial beams split by a beam splitter element.
  • the optical axis of the beam path (3) is understood to be the optical axis of the laser beam emitted by the laser radiation source (1).
  • all optical elements are arranged perpendicular to the optical axis of the beam path (3).
  • a beam splitter element (2) is preferably located in the beam path (3) of the laser, behind the laser radiation source (1).
  • the beam splitter element (2) can be a diffractive or a refractive beam splitter element.
  • Diffractive beam splitter elements are also only used briefly referred to as a diffractive optical element (DOE).
  • DOE diffractive optical element
  • a diffractive beam splitter element refers to an optical element which contains micro- or nanostructures, preferably microstructures.
  • a refractive beam splitter element refers to a transparent optical element, such as. B. a prism.
  • the beam splitter element (2) is preferably a refractive beam splitter element.
  • the beam splitter element (2) divides the emitted laser beam into at least 2, preferably at least 3, particularly preferably at least 3, in particular 4 to 10, i.e. 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 partial beams.
  • the beam splitter element (2) is freely movable along its optical axis, in particular in the beam path of the laser beam emitted by the laser radiation source. That is, it can be moved toward or away from the laser radiation source along its optical axis.
  • the movement of the beam splitter element (2) changes the expansion of the at least 3 partial beams, so that they impinge on a focusing element at different distances from one another.
  • the beam splitter element is designed as a rotating element. This advantageously allows the polarization of the partial beams to be modified.
  • the angle 9 at which the partial beams impinge on the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, is 0.1° to 90°.
  • the angle 9 is also dependent on the distances between the optical elements, in particular on the distance between the optical elements and the beam splitter element, and especially on the distance between the focusing element and the beam splitter element.
  • the position of the beam splitter element can be adjusted or can be calculated so that the desired structure period can be set.
  • the position of the optical elements comprised by the device, in particular the position of the focusing element in relation to the beam splitter element, is taken into account in such a way that if the distance between the optical elements is greater or smaller, the position of the beam splitter element can be adjusted accordingly.
  • a distance from the beam splitter element (2) to the deflection element (7) is set to 10 to 50 mm.
  • the device also comprises a measuring device, in particular a measuring device that works by means of a laser or an optical sensor, which is used to measure the position of the beam splitter element and, if necessary, the distance of the beam splitter element to the other optical elements, in particular to the position of the Focusing element is set up.
  • a measuring device in particular a measuring device that works by means of a laser or an optical sensor, which is used to measure the position of the beam splitter element and, if necessary, the distance of the beam splitter element to the other optical elements, in particular to the position of the Focusing element is set up.
  • the device according to the invention can comprise a control device which is connected in terms of signals to the measuring device and which is in particular connected to a computing unit in such a way that the measured position of the beam splitter element is comparable to a first predetermined comparison value, the control device being set up in terms of programming in such a way that, if the If the distance of the beam splitter element to the further optical elements, in particular to the position of the focusing element and/or the deflection element (7), is greater than the first predetermined comparison value, then a control signal is generated via the control device, with which at least one position of an optical element, in particular of the beam splitter element (2) is changed in such a way, in particular of the beam splitter element (2) in relation to the deflection element (7), that the desired structure period is generated on the substrate.
  • the method for producing a substrate with a dot structure in the micrometer or submicrometer range can also include the following steps:
  • the laser beam can be divided in the beam splitter element (2) both by a partially reflective beam splitter element, for example a semi-transparent mirror, and by a transmissive beam splitter element, for example a dichroic prism.
  • a partially reflective beam splitter element for example a semi-transparent mirror
  • a transmissive beam splitter element for example a dichroic prism.
  • further beam splitter elements are arranged downstream of the beam splitter element (2) in the beam path of the laser. These beam splitter elements are arranged in such a way that they divide each of the at least three partial beams into at least two further partial beams. This allows a higher number of partial beams to be generated, which are directed onto the substrate, preferably a flat and/or transparent substrate, so that they interfere on the surface or inside the substrate. This allows the structure period of the interference pattern to be adjusted.
  • a focusing element (4) is arranged downstream of the beam splitter element (2), which is set up in such a way that the partial beams pass through it in such a way that the partial beams are on the surface or inside a substrate to be structured (5 ) interfere in an interference area.
  • the focusing element (4) focuses the at least three partial beams in a spatial direction without focusing the at least three partial beams in the spatial direction perpendicular thereto.
  • the focusing element (4) can be a focusing optical lens.
  • focusing is understood to mean bundling the at least three partial beams on the surface or inside a substrate, preferably a flat and/or transparent substrate.
  • the focusing element (4) can be freely movable in the beam path (3). According to a preferred embodiment of the present invention, the focusing element (4) is fixed in the beam path or along the optical axis. It is understood that the optical elements defined herein can be arranged in a common housing, for example for beam splitting and for aligning the partial beams in the direction of a substrate to be structured accordingly.
  • the focusing element (4) is a spherical lens.
  • the spherical lens is set up in such a way that the incident at least three partial beams pass through it in such a way that they interfere in an interference region on the surface or in the interior of the substrate (5) to be structured, preferably a flat and/or transparent substrate.
  • the width of the interference range is preferably 1 to 600 pm, particularly preferably 10 to 400 pm, very particularly preferably 20 to 200 pm. In this way, a high structuring rate, for example as defined herein, can be set at the same time.
  • the focusing element (4) is a cylindrical lens.
  • the cylindrical lens is set up in such a way that the area in which the at least three partial beams overlap on the surface or in the interior of the substrate (5), preferably flat and/or transparent substrate, is stretched in a spatial direction.
  • the area of the substrate on which the interference pattern can be generated takes on an elliptical shape.
  • the semimajor axis of this ellipse can reach a length of 20 pm to 15 mm. This increases the area that can be structured during irradiation.
  • a deflection element (7) which is preferably arranged in the beam path (3) of the laser, is located in front of the focusing element (4) and after the beam splitter element (2).
  • This deflection element (7) is used to expand the distances between the at least three partial beams and can therefore also change the angle at which the partial beams impinge on the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate. It is set up in such a way that it increases the divergence of the at least three partial beams and thus moves the area in which the at least three partial beams interfere along the optical axis of the beam path (3) away from the laser radiation source (1).
  • expanding the distances between the at least three partial beams means that the angle of the respective partial beams to the optical axis of the laser beam emitted by the laser radiation source (1) increases.
  • the expansion and the resulting deflection of the partial beams has the advantage that the partial beams can be focused more strongly by the focusing element (4). This results in a higher intensity in the area in which the at least three partial beams interfere on the surface or in the interior of the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate.
  • a unit for controlling the intensity of the laser beam can be dispensed with.
  • a deflection element (7) is used which, by expanding the at least three partial beams, allows the at least three partial beams to be focused on the substrate (5) by means of a focusing element (4), the intensity of the interference points on the surface or inside the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, can be achieved without additional adjustment of the intensity of the laser radiation source (1).
  • laser radiation sources with low intensity (power per area) can also be used to structure the substrate to create the point structure, whereby the optical elements are protected from wear.
  • a further deflection element (6) is arranged in the beam path (3) of the laser radiation source (1) downstream of the beam splitter element (3), which deflects the partial beams in such a way that after they emerge from the further deflection element (6).
  • the device can be set up in such a way that the processing point, i.e. the point at which the at least three partial beams on the surface or in the interior of the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, interfere, when the beam splitter element is displaced along the beam path of the laser optical axis remains constant.
  • the term “essentially parallel” is intended to mean an angular offset of between +15° and -15°, in particular only between +10° and -10°, most preferably between +5° and -5° between the two partial beams, but in particular of course no angular offset, i.e. 0°, can be understood.
  • the further deflection element (6) can be a conventional, refractive lens.
  • the further deflection element (6) can also be designed as a diffractive lens (e.g. Fresnel lens). Diffractive lenses have the advantage of being significantly thinner and lighter, which simplifies miniaturization of the device disclosed herein.
  • the distances between optical elements and substrate, as well as the structure period A can be adjusted.
  • All optical elements with the exception of the beam splitter element (2) can preferably be fixed within the beam path (3) of the laser.
  • This particularly preferred embodiment therefore offers the advantage that only one element, namely the beam splitter element (2), has to be moved to adapt the interference range or the interference angle. This saves steps when setting up the device, such as calibrating the device to the desired structure period.
  • a fixed setting i.e. preferably all optical elements are fixed within the beam path (3) of the laser, prevents the optical elements from wearing out.
  • a polarization element (8) is preferably arranged in the beam path in front of the beam splitter (2). This allows the polarization of the beam to be advantageously modified.
  • a circular polarization element is arranged in the beam path in front of the beam splitter. Using circularly polarized light, special self-organization processes can be stimulated, through which column structures can be created. These column structures are quasi-periodic and preferably have a structure period of 50 nm to 1000 nm, preferably 100 nm to 500 nm.
  • such column structures require ultra-short pulses with pulse durations of less than 5 ps.
  • the corresponding threshold values for the occurrence of the self-organization processes to generate the columnar structure in the maxima can be generated more easily. This means that fewer demands are placed on the lasers, so that longer laser pulses of 10 to 100 ps can be used.
  • such column structures can be generated particularly quickly and efficiently. Anti-glare properties and anti-reflection properties can therefore be efficiently generated on surfaces or in the volume of substrates.
  • interference structuring such as rapid structuring of surfaces
  • advantages of structures in the submicrometer or nanometer range that lead to anti-reflection in particular the column structures or line structures in the nanometer range. This can advantageously be used to produce structured substrates with anti-glare properties as well as anti-reflection properties.
  • such a circular polarization element can be rotated dynamically, so that the resulting structures on or in the substrate are dynamically modified with the rotation.
  • a polarization element is arranged in at least one of the at least 2, preferably at least three, partial beams.
  • a polarization element can be dynamically rotated, so that the resulting structures are dynamically modified with the rotation on or in the substrate.
  • the arrangement and also the strength of the minima and maxima within the interference pattern can be dynamically adjusted.
  • the resulting global structures have less homogeneity. In this way, structures can advantageously be produced which have a less pronounced periodicity, thereby improving the anti-glare properties and reducing undesirable effects, such as the moiré effect.
  • the deflection element particularly preferably in a structure with two deflection elements (6), (7) is located behind the further deflection element (6), and in front of the focusing element (4) in at least one of the beam paths of the at least 2 partial beams Polarization element (8).
  • the polarization elements can modify the polarization of the partial beams relative to one another. This allows the resulting interference pattern, which the at least 2 partial beams image on the surface or in the volume of a substrate, preferably a flat and/or transparent substrate, to be modified.
  • the polarization plane can advantageously be at least a partial beam rotated in the beam path and thus “disturbed” the pattern of an interference pixel in the plane of the substrate.
  • the interfering partial beams can therefore be non-polarized, linearly polarized, circularly polarized, elliptically polarized, radially polarized or azimuthally polarized.
  • a particularly advantageous embodiment provides that both a circular polarization element is arranged in front of the beam splitter and also at least one polarization element is arranged in at least one partial beam.
  • only one circular polarization element is arranged in front of the beam splitter and no further polarization element is provided in the partial beams.
  • the laser radiation source (1) has a radiation profile that corresponds to a Gaussian profile, as described above.
  • a further optical element for beam shaping can be located behind the laser radiation source (1) and in front of the beam splitter element (2). This element serves to adapt the radiation profile of the laser radiation source to a top hat profile.
  • An optical element with a concave, parabolic or planar reflecting surface can also be provided in the device according to the invention, the optical element being designed, for example, to be rotatable about at least one axis or displaceable along the beam path (3).
  • laser beams or partial laser beams can be directed through this optical element onto the surface of the focusing element (4) or a further focusing optical element before the beams reach the substrate to be structured to form structural elements.
  • At least one optical element can be provided with a concave parabolic or planar reflecting surface, which is designed to be rotatable about at least one axis or displaceable along the beam path (3), for example, this optical element being the first deflection element (7) and the further Deflection element (6) is positioned downstream in the beam path.
  • the partial beams can be deflected in the beam path (deflection mirror) or be focused in the beam path in such a way that the substrate to be structured can be positioned in a fixed position during processing (so-called focusing mirror or galvo mirror (laser scanner) (9)).
  • At least one optical element comprises a periodically rotating prism, preferably a periodically rotating mirror prism, in particular a polygonal mirror or polygonal wheel, and a focusing element (4) arranged downstream of the periodically rotating prism in the beam path.
  • the focusing element is set up in such a way that the partial beams pass through it in such a way that the partial beams interfere in an interference region on the surface or inside a substrate (5) to be structured.
  • the optical element further comprises at least another deflecting element, for example a reflecting deflecting element for deflecting the partial beams in the beam path.
  • the at least one further deflection element can be arranged upstream and/or downstream of the periodically rotating prism in the beam path.
  • the at least one further deflection element is arranged upstream of the focusing element in the beam path.
  • Such a structure advantageously allows the rapid scanning of a surface of a substrate, so that a high structuring rate of up to 3 m 2 /min, in particular in the range from 0.05 to 2 m 2 /min, particularly preferably in the range from 0.1 to 1 m 2 /min, very particularly preferably in the range from 0.1 to 0.9 m 2 /min can be achieved.
  • the exact structuring rate depends in particular on the available laser power. With future technologies that have higher laser power, even higher structuring rates can be achieved.
  • the substrate (5) preferably a flat and/or transparent substrate
  • the substrate (5) is movable in the xy plane.
  • the substrate (5) preferably a flat and/or transparent substrate
  • flat processing using laser interference structuring can be ensured.
  • a so-called interference pixel is generated, which has a size D depending on the angle of incidence and the intensity distribution of the laser beam, as well as the focusing properties of the optical elements.
  • the distance between the different interference pixels, the pixel density Pd is determined by the repetition rate of the laser radiation source (1). Is the If the pixel density Pd is smaller than the size of the interference pixels D, flat, homogeneous processing is possible.
  • the present invention also relates to a method for producing a structured substrate (as defined herein), in particular a substrate with anti-glare properties.
  • the method for producing a structured substrate comprises the following steps: a) providing a substrate (5), preferably comprising a transparent material, b) applying at least a first interference pixel (10) with a first interference period (pi) on a plane of the substrate (5), in particular by means of laser ablation, c) applying at least a second interference pixel (11) with a second interference period (p 2 ) to the plane of the substrate ( 5), in particular by means of laser ablation, wherein the first and second interference pixels each independently have a periodic grid of at least three inverse cones with a first interference period (pi) or a second interference period (p 2 ), characterized in that the point structure is characterized by superimposed application of the second interference pixel (11) with the first interference pixel (
  • the method described here by applying periodic basic structures, in particular by means of laser ablation has the advantage that complex pre- and post-processing processes (such as etching or particle beams) can be dispensed with. Because the process parameters can be set precisely, the application of identical local and global structures (e.g. by storing a defined flow chart for structuring) is also easily repeatable or easily transferable to other samples (of the same or different substrate material). In addition, the degree of structuring and thus the properties associated with the structure can be easily adjusted using the structure parameters.
  • the interference pixels are applied in such a way that the period of the dot structure of the first interference pixel and the period of the dot structure of the second interference pixel are identical.
  • the method according to step c) comprises applying at least one further type of interference pixel with a further interference period (p n ), for example a third interference pixel (12) with a third interference period (p 3 ) to the plane of the substrate, in particular the surface of the substrate (5), in particular by means of laser ablation, the further, for example the third interference pixel (12) being arranged superimposed on the first interference pixel (10) and second interference pixel (11) in accordance with the features defined herein.
  • p n further interference period
  • p 3 third interference period
  • the ratio of the further interference period (p n ) to the other interference periods is preferably in the range from 20:1 to 1:20, preferably in the range from 10:1 to 1:10, particularly preferably in the range from 5:1 to 1 :5, in particular 3:1 to 1:3, whereby the properties defined herein, in particular the anti-glare properties of the substrate, can be optimized.
  • the method according to step c) thus comprises at least the application of at least eight further interference pixels (12) with further interference periods (p n ).
  • the ratio of the further interference period (p n ) to the other interference periods is preferably in the range from 20:1 to 1:20, preferably in the range from 10:1 to 1:10, particularly preferably in the range from 5:1 to 1 :5, especially 3:1 to 1:3, which means the Properties defined herein, in particular the anti-glare properties of the substrate, can be optimized.
  • a value from a random generator is multiplied or correlated with a predetermined offset.
  • inhomogeneous patterns with a local periodicity within the interference pixels but with a global inhomogeneity can be generated. This advantageously improves the anti-glare properties of the structured substrate and advantageously leads to a reduction in undesirable effects, such as the moiré effect.
  • a possible variant provides that the offset is selected when applying at least 10, preferably at least 30 interference pixels, so that at least five different values of the offset occur between adjacent interference pixels.
  • the resulting inhomogeneity of the structure further improves the anti-glare properties of the structured substrate and advantageously leads to a reduction in undesirable effects, such as the moiré effect.
  • the inventors have also found that a modification of the structural parameters selected from the group comprising the interference period of the interference pixel, the structural depth of the inverse cones, the diameter of the inverse cones, the shape of the inverse cones and the size of the inverse cones results in an asymmetry preferred herein ( Non-periodicity) within the global point structure and thus contributes to a desired asymmetry of the roughened structure. It can thus be provided that the aforementioned structural parameters of individual pixels of a type of interference pixel arranged adjacently and repetitively offset from one another, for example the pixels of the first interference pixel, are modified alternately or successively, for example gradually.
  • each subsequent pixel has a varying, for example gradually increasing, pulse energy (in the range as defined herein) and/or a gradually increasing pulse duration or pulse width (as defined herein) on the surface of the substrate or in the volume of the substrate is applied.
  • the rotation of a subsequent pixel to the neighboring, previous pixel cannot occur successively (i.e. uniformly), but rather occur alternately within the angular range defined herein, for example first in one direction and then in another or the same direction, each with the same or a different angular displacement.
  • At least a partial beam i.e. such a part of the laser beam, which emerges from the laser beam source as a result of the laser beam passing through , formed by the beam splitter element, to modify, “disturb” its beam path and/or rotate its polarization plane.
  • a diffuser (17) can be provided which is arranged in at least one beam path of a partial beam, preferably not in every beam path of the partial beams, preferably in a beam path up to (n-1) beam paths, where n is the number of partial beams generated in the application process is.
  • rotation diffusers are suitable for this.
  • the use of a diffuser in at least one beam path of a partial laser beam has the advantage that the interference pattern of the interference pixel is easily disturbed or broken up. However, the interference pattern of the interference pixel is still periodic. This is a path length-dependent effect that influences the interference pattern of the interference pixel more pronounced the further away the diffuser is from the substrate to be structured.
  • the diffuser is arranged in the beam path of at least one partial beam in an area after the beam splitter element and immediately after the focusing element, preferably immediately before the focusing element or immediately after the focusing element.
  • the diffuser is particularly preferably arranged directly in front of the focusing element.
  • a polarization-rotating element can be provided in the beam path after the beam splitter element.
  • Polarization rotating elements are known to those skilled in the art and are, for example, selected from the group comprising a rotating lambda half plate, a stationary adjustable lambda half plate, a rotating lambda quarter plate, radial polarizers, cone polarizers, birefringent plates, polarization beam splitters.
  • the polarization rotating element is a rotating lambda half plate, a stationary adjustable lambda half plate, a rotating lambda quarter plate.
  • the polarization rotating element is in the beam path of at least one laser (partial) beam in the area after the beam splitter element and immediately after Focusing element, preferably arranged immediately before the focusing element or immediately after the focusing element.
  • the diffuser is particularly preferably arranged directly in front of the focusing element.
  • the structured substrate is post-treated according to the structuring process, for example thermally post-treated (annealed), in order to heal structural defects that can arise on the surface or in the volume of the substrate as a result of the laser structuring.
  • a structured glass substrate can be formed using the structuring process at a temperature between 100 ° C and 700 ° C, preferably between 150 ° and 450 ° C, but at a temperature below the glass transition temperature (T g ), preferably at temperatures from 50 ° C to 100 ° C below the glass transition temperature (lower cooling temperature of the transformation range).
  • the glass transition temperature for borosilicate glasses and soda-lime glasses is around 500°C, for lead glasses it is around 400°C and for aluminosilicate glasses (e.g. gorilla glass) it is around 800°C.
  • the specific values for the glass transition temperature of a substrate can be found in relevant tables or determined by methods known to those skilled in the art, such as dynamic mechanical analysis (DMA), dynamic differential calorimetry (DSC) or dielectric relaxation spectroscopy.
  • DMA dynamic mechanical analysis
  • DSC dynamic differential calorimetry
  • dielectric relaxation spectroscopy the thermal post-treatment can influence the molecular structure of the substrate in such a way that its hardness, particularly on the surface of the substrate, is higher than in its core layers. Such structural transformation processes, for example, lead to differences in the density of the glass between its inner and outer layers.
  • Such a thermal post-treatment to increase the hardness of the substrate also has the advantage that a substrate that is not initially post-treated and has a lower hardness than the post-treated substrate can be processed/structured more easily using a method for structuring it, for example lower energies and laser pulse durations are required than for a post-treated substrate.
  • a thermal aftertreatment is also suitable for polymers, for example polyvinyl chloride (temperature recommendation: 60°C), acrylonitrile, styrene or polymethyl methacrylate (80°C), polyvinylidene fluoride (150°C), polysulfone (165°C), polyphenylene sulfide (200°C). C), polyetheretherketone (200°C), especially examples such as acrylic glass/Plexiglass® (70-80°C).
  • T g glass transition temperature
  • the pixel density Pd i.e. the distance in the a
  • Pd the distance in the a
  • f the frequency of the laser radiation source (1)
  • v Interference pixels with the width D
  • p d V /f
  • the same interference pixels are irradiated several times. This makes it possible to increase the depth of the resulting microstructures and/or to adjust it precisely with lower energies without exposing the substrate to high energy densities.
  • Multiple irradiation of a substrate is particularly suitable for producing hierarchical structures.
  • Multiple irradiation of the same interference pixel causes at least partial melting of the substrate material, with a wave structure being formed during the structuring process, ie when a laser pulse hits it, as a result of the appearance of a region of high intensity.
  • the structuring in particular the wave structure, is formed through a self-organization process.
  • the wave structure superimposes a periodic point structure in the micrometer or submicrometer range, which can be generated using laser interference structuring.
  • a hierarchical structuring in a substrate can thus be created in one process step.
  • multiple irradiation preferably 2-fold to 400-fold, in particular 20-fold to 300-fold, particularly preferably 50-fold to 200-fold, is carried out on the same interference pixel on the substrate, whereby a wave structure (like defined herein), in particular a periodic point structure is formed from superimposed structures, with at least one structure having dimensions in the submicrometer range, in particular a quasi-periodic wave structure, and with at least one structure being formed from inverse cones.
  • a wave structure like defined herein
  • a periodic point structure is formed from superimposed structures, with at least one structure having dimensions in the submicrometer range, in particular a quasi-periodic wave structure, and with at least one structure being formed from inverse cones.
  • the time offset between the individual pulses is particularly preferred in the range of the pulse duration of the laser pulse, preferably in the range from 1 fs to 100 ns, particularly preferably in the range from 10 fs to 1 ns, very particularly preferably in the range from 10 fs to 15 ps.
  • Laser interference structuring device preferably in the range from 1 fs to 100 ns, particularly preferably in the range from 10 fs to 1 ns, very particularly preferably in the range from 10 fs to 15 ps.
  • the present invention also relates to a laser interference structuring device for direct laser interference structuring of a substrate, examples of which include flat and/or transparent substrates
  • a beam splitter element (2) which is arranged in the beam path (3) of the laser beam, in particular in the beam path (3) of the laser beam emitted by the laser radiation source (1),
  • the beam splitter (2) is freely movable along its optical axis in the beam path (3), and wherein the beam splitter (2) is designed to divide the incident laser beam, which is emitted by the laser radiation source (1), into at least 3, preferably at least 4 partial beams, in particular 4 to 8, i.e. 4, 5, 6, 7, or 8 partial beams.
  • the beam splitter (2) is particularly preferably set up in such a way that it divides the incident laser beam into an even multiple, i.e. 4, 6 or 8 partial beams, most preferably 4 partial beams.
  • a beam splitter (2) can be provided such that it comprises a first beam splitter and at least one further beam splitter arranged downstream of the first beam splitter, the first beam splitter dividing the incident laser beam into at least 2 partial beams and the further beam splitter into at least one Beam path of a partial beam is arranged and divides this partial beam into at least 2 partial beams as it passes through.
  • the laser beam emitted by the laser radiation source is divided by the beam splitter element (2) into at least 3, preferably at least 4 partial beams.
  • the beam splitter element (2) Only two-beam interference is known from the prior art (ie structuring by means of interference of two partial beams). However, such two-beam interference only creates line structures on the substrate.
  • the partial beams are then deflected by the focusing element (4) in such a way that they interfere in an interference region on the surface or inside of a substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate.
  • the advantage of the device defined herein is that this device and the method that can be implemented with its help in the structuring of substrates, in particular in the production of a structure with anti-reflection properties, makes it possible to dispense with the use of chemicals and their time-consuming disposal. In addition, the cleaning of the substrates can be dispensed with.
  • a wide number of substrates preferably flat and/or transparent substrates, in particular transparent materials, can be processed with the device. Since the process does not depend on the refractive index or the adhesion of certain coating materials to the substrate, this process is more flexible than conventional chemical processes.
  • the processing time according to this method is significantly shorter, since the periodicity of the structures is ensured by the interference of the incident, at least 3, preferably at least 4 partial beams in an interference region, and not comes about through more time-consuming self-organization processes.
  • Another advantage over conventional methods is that the shape (structural design; geometry) of the micro/nanostructures produced can be controlled.
  • the structures in the geometry can be controlled by the number of interfering (partial) beams, their polarization, and the setting of the process parameters, thereby specifically influencing the anti-reflection properties.
  • the stability of the dot structure created in this way should be mentioned, which is more durable compared to conventional coatings because it cannot detach from the substrate to be coated over time and the use-related stress on the material.
  • the resulting structuring i.e. the dot structure of the structured substrate
  • the resulting structuring is less sensitive to impacts and abrasion than conventional coatings.
  • the inventors have discovered that structuring (also referred to herein as texturing) inside the material (i.e. below the surface) does not necessarily produce anti-reflection properties.
  • the texturing inside the material is interesting for other areas of application, such as product protection, optical data storage, decoration, etc.
  • the structure of the device disclosed herein or the arrangement of the optical component enables substrates with very high structuring rates of up to 4.0 m 2 /min, in particular in the range from 0.01 to 4.0 m 2 / min, particularly preferably in the range from 0.05 to 3.5 m 2 /min, very particularly preferably in the range from 0.1 to 3.0 m 2 /min.
  • This is ensured by the fact that the area in which the at least three partial beams are superimposed can be expanded by a preferred selection of optical elements, whereby a large area can be irradiated in one processing step.
  • no strong focusing is necessary to produce high-resolution features.
  • the present invention also includes the use of the structured substrate as anti-glare glazing for monitors, screens and displays or in photovoltaic systems.
  • the structured substrate can also be, for example, a film that is used to subsequently apply a structure defined herein to existing systems.
  • structured substrate defined herein is intended to be used as a negative mold for indirectly applying or producing structures on another substrate.
  • Fig. 1 a cumulative structure of the point structure from a superposition of several interference pixels
  • Fig. 3 different patterns of a dot structure which are applied by adjacent, repetitively offset pixels of a type of interference pixel.
  • Fig. 4 a schematic perspective view of a device according to the invention.
  • Fig. 5 a schematic perspective view of a device according to the invention, which contains a deflection element (6) for parallelizing the partial beams.
  • Fig. 6 a schematic perspective view of a device according to the invention, which contains a deflection element (7) for widening the angle of the partial beams to the optical axis of the beam path (3).
  • a diffuser (17) is arranged in a beam path of a partial beam.
  • Fig. 7A a schematic perspective view of a device according to the invention, which contains optical elements (6) with a planar, reflecting surface that deflect the partial beams onto the focusing element (4).
  • Fig. 7B a schematic perspective view of a device according to the invention, which comprises a galvo mirror (9) as an optical element for beam shaping, which allows a stationary positioning of the substrate to be structured during the structuring process.
  • Fig. 8 a schematic perspective view of a device according to the invention, the device containing a polarization element (8), which shifts the phase profile of the partial beams relative to one another or modifies the beam before splitting into partial beams, where A) the beam splitter element (2) is positioned in the beam path (3) close to the laser radiation source (1).
  • the beam splitter element (2) is positioned in the beam path (3) close to the deflection element (7).
  • the polarization element (8) is positioned in front of the beam splitter element (2).
  • Fig. 9 a schematic view of the interference pixels resulting on the surface or inside the substrate with the width D, and the distribution of the individual interference pixels on the surface or inside the substrate, the interference pixels being shifted relative to one another with the pixel density Pd.
  • Fig. 10 a schematic perspective view of the structured substrate (5) with the generated periodic point structures, consisting of inverse cones, with dimensions in the micro- and sub-micrometer range, and symbolically the transmission of incident electromagnetic waves with wavelengths greater than the structure period of the generated structures , as well as the diffraction of incident electromagnetic waves with wavelengths in the range or smaller of the structures created.
  • Fig. 11 a schematic perspective view of a device according to the invention, which contains as an optical element a galvo mirror (9) with a planar, reflecting surface, which deflects the partial beams onto the focusing element (4), and a polygon wheel (9.1).
  • a galvo mirror 9 with a planar, reflecting surface, which deflects the partial beams onto the focusing element (4), and a polygon wheel (9.1).
  • Fig. 12 A graphical representation of the diffraction angle of incident light versus the wavelength of the incident light for structured substrates with three different feature widths.
  • Fig. 13 a schematic perspective view of the structured substrate (5) with the periodic point structures created, consisting of inverse cones, with dimensions in the micrometer range, on which a periodic wave structure in the submicrometer range is superimposed.
  • Fig. 1 visualizes the cumulative structure of the point structure from a superposition of several interference pixels (10, 11, 12, 13).
  • Each interference pixel (10, 11, 12, 13) consists of several inverse cones (14) introduced into the substrate using laser interference structuring.
  • Partial image (A) shows the first interference pixel (10), which has several inverse cones (14, 14.1).
  • Partial image (B) visualizes an overlay of the first Interference pixel (10) and the second interference pixel (11), this superposition consisting of inverse cones (14.1) of the first interference pixel (10) and inverse cones (14.2) of the second interference pixel (11).
  • Partial figure (C) visualizes an overlay in which a third interference pixel (12) is also superimposed on the first two interference pixels (10, 11).
  • the superimposed structure in partial image (C) thus has inverse pegs (14.1) of the first interference pixel (10), inverse pegs (14.2) of the second interference pixel (11) and inverse pegs (14.3) of the third interference pixel (12).
  • the third interference pixel (12) is shifted to the second interference pixel (11) in the same spatial direction along the x-axis as the second interference pixel (11) to the first interference pixel (10).
  • Partial image (D) shows an overlay in which a fourth interference pixel (13) is also superimposed, this being shifted in a different spatial direction along the y-axis compared to the third interference pixel (12).
  • the section in partial image (D) therefore has a dot structure consisting of an overlay of four interference pixels (10, 11, 12, 13).
  • the graphs which are arranged below the interference pixels (10, 11, 12, 13), serve to visualize the periodic structures within an interference pixel (10, 11, 12, 13). Due to the creation of the interference pixels (10, 11, 12, 13) via the process of laser interference structuring, i.e. according to the interference image of the laser (partial beams), each individual interference pixel (10, 11, 12, 13), which is within an illumination - or irradiation process within a selected pulse duration, a periodic arrangement of the inverse cones (14). The distance between the inverse cones (14.1) of the first interference pixel (10), which results from the distance between the intensity maxima of the interference image generating the first interference pixel (10), represents the interference period (pi).
  • the intensity corresponds to that for generating the inverse cones (14.1) necessary intensity in the interference pattern of the laser (partial) beams.
  • the distance between the intensity maxima of the interference image therefore corresponds to the interference period (pi).
  • the second interference pixel (11) has a second interference period (P2).
  • Fig. 2 shows a point structure (16), which is formed from the superposition of several first interference pixels (10) with a first interference period (pi) and several second interference pixels (11) with a second interference period (p 2 ).
  • the first interference pixels (10) have inverse cones (14.1), which are shown here with a vertical pattern filling.
  • the second interference pixels (11) have inverse cones (14.2), which are shown with a horizontal pattern filling.
  • the interference period (pi) of the first interference pixel (10) is smaller than the second interference period (p 2 ) of the second interference pixel (11).
  • the area of the interference pixels (10, 11) consequently varies, which is the case here the circles are visualized.
  • One of the first interference pixels (10) is shown schematically here by all inverse cones (14.1) with vertical pattern filling within the smaller circle.
  • One of the second interference pixels is in turn visualized within the larger circle by the inverse cones (14.2), which are shown with a horizontal pattern structure.
  • the plurality of first interference pixels (10) are arranged adjacent to one another in a repetitive manner and the plurality of first interference pixels (10) thereby form a pattern with the interference period (pi). Furthermore, the plurality of the second interference pixels (11) are arranged adjacently and repetitively offset from one another and the plurality of the second interference pixels (11) thus form a pattern with the second interference period (p 2 ) which differs from the first interference period (pi).
  • the graph arranged below the dot structure (16) visualizes the arrangement of the inverse cones (14.1, 14.2) along a line through the dot structure (16).
  • the intensity maxima correspond to the center of the inverse cones (14.1, 14.2).
  • this graph serves to illustrate the principle.
  • the intensity corresponds to the intensity in the interference pattern of the laser (partial) beams necessary to generate the inverse cones (14.1, 14.2).
  • Fig. 3 shows (independently) two different patterns of a dot structure which are applied to the surface of a substrate by pixels of a type of interference pixel (represented by a dashed circle) which are arranged adjacently and repetitively offset from one another and which form inverse cones (14.1) within this surface.
  • the top pattern shows a dot structure in which the interference period of each pixel increases distinguishes between the adjacent, preceding and the adjacent, subsequent pixels of a type of interference pixel.
  • the bottom pattern shows a dot structure in which each pixel is twisted to the preceding and adjacent subsequent pixels.
  • a laser radiation source (1) for emitting a laser beam.
  • a beam splitter element (2) Arranged in the beam path (3) of the laser beam behind the laser radiation source (1), there is a beam splitter element (2), which is movably arranged in the beam path (3).
  • a focusing element (4) is located in the beam path (3) of the laser beam behind the beam splitter element (2).
  • a holding device Arranged in the beam path (3) of the laser beam behind the focusing element (4) is a holding device on which a substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, is mounted.
  • the laser radiation source (1) emits a pulsed laser beam.
  • the laser radiation source here is a UV laser with a wavelength of 355 nm and a pulse duration of 12 ps.
  • the radiation profile of the laser radiation source corresponds to a top hat profile in this embodiment.
  • the beam splitter element (2) corresponds to a diffractive beam splitter element.
  • a diffractive beam splitter element is a beam splitter element that contains micro- or nanostructures.
  • the beam splitter element (2) divides the laser beam into 4 partial beams.
  • the focusing element (4) corresponds to a refractive, spherical lens, which directs the partial beams, which run essentially parallel to one another, onto the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, in such a way that they interfere there in an interference region.
  • the interference angle 0 corresponds to 27.2°, which results in a structure period of 550 nm for the periodic point structure in the same polarization state.
  • the flat substrate is irradiated once, so that there is a processing time per structural unit, i.e. H. per interference pixel, of 12 ps.
  • the substrate (5) preferably a flat and/or transparent substrate, is a glass, especially a quartz glass, which is mounted on a holding device so that it is in the xy plane, perpendicular to the beam path of the laser radiation source ( 1) emitted laser beam is movable.
  • Fig. 5 visualizes the device as described in Fig. 4, additionally comprising a deflection element (6), which is located in the beam path (3) of the laser after the beam splitter element (2) and the focusing element (4).
  • the deflection element is a conventional, refractive, convex lens.
  • the partial beams impinge on the deflection element (6) in such a way that they run essentially parallel to one another after passing through the deflection element. This allows the point at which the partial beams interfere on the surface or inside the substrate to be adjusted.
  • this structure includes a further deflection element (7), which is arranged in the beam path (3) of the laser between the beam splitter element (2) and the deflection element (6).
  • the further deflection element (7) is a conventional, refractive, concave lens.
  • the partial beams hit the further deflection element in such a way that their angle to the optical axis of the beam path is widened. This makes it possible to change the interference angle with which the partial beams interfere on the surface or inside the substrate, preferably a flat and/or transparent substrate.
  • all optical elements apart from the beam splitter element (2) are fixed along the optical axis of the beam path (3).
  • the interference angle of the partial beams on the substrate is adjusted by moving the beam splitter element (2) along the optical axis of the beam path.
  • a diffuser (17) is arranged in a beam path of a partial beam.
  • the interference pattern of the interference pixel can be easily disturbed or broken up (which is shown in FIG. 6B in such a way that the upper partial beam is shown to be thicker than the lower partial beam after leaving the diffuser).
  • FIG. 7A shows, in a further exemplary embodiment, a device as in FIG. 6, comprising the optical elements (6) with a planar, reflecting surface, which are set up in such a way that they deflect the partial beams onto the focusing element (4).
  • the at least three partial beams are directed onto the substrate at a preferred angle by moving the optical elements (6).
  • a deflection element in the form of a lens reference number (6) in Fig. 6 can be dispensed with.
  • Fig. 8 visualizes a device as in Fig. 6, additionally comprising one polarization element (8) per partial beam, which are arranged in the beam path (3) of the laser beam between the deflection element (6) and the focusing element (4). a polarization element (8) in front of the beam splitter element (2).
  • the polarization element is arranged in FIGS. 8A and 8B in such a way that it changes the polarization of the individual partial beams relative to one another in such a way that a change in the interference pattern results.
  • Fig. 8A the beam splitter element (2) is positioned in the beam path (3) close to the laser radiation source (1).
  • Fig. 8B the beam splitter element (2) is positioned in the beam path (3) close to the deflection element (7). In this way, the interference pattern of the interfering partial beams on the surface of the substrate (5) can be adjusted continuously without the other optical elements in the structure or the substrate having to be moved.
  • FIG. 8C shows an embodiment in which a polarization element (8) is arranged in front of the beam splitter element (2), so that the beam is modified before it is split into partial beams (3).
  • a circular polarization element (8) is preferably used.
  • Self-organization processes can advantageously be initiated by means of the interference of circularly polarized light.
  • the arrangement could contain an additional optical element for beam shaping, which is arranged downstream of the laser radiation source (1) in the beam path (3) of the laser beam.
  • the radiation profile of the laser radiation source corresponds to a Gaussian profile.
  • the optical beam shaping element converts this profile into a top hat profile.
  • the pixel density P d is smaller than the width of an interference pixel, D.
  • Fig. 10 visualizes the structured substrate (5) produced by the method according to the invention with the periodic point structures produced, consisting of inverse cones, with dimensions in the micro and submicrometer range. It also symbolically illustrates the transmission of incident electromagnetic waves with wavelengths larger than the structural period of the generated structures, as well as the diffraction of incident electromagnetic waves with wavelengths in the range or smaller of the generated structures.
  • Fig. 11 shows a device as in Fig. 7B, comprising the optical element (9.1) with a planar, reflecting surface, which is a polygonal wheel which is set up in such a way that it rotates about an axis shown .
  • the incident partial beams are deflected in such a way that they hit a galvo mirror (9), which directs the beams onto the substrate via a focusing element (4).
  • the rotation of the polygon wheel causes the point at which the rays are focused on the substrate to move along a line during the exposure process.
  • the partial beams scan the substrate, which leads to increased process speed.
  • Fig. 12 shows a graphic representation of the transmission or diffraction ability of a structured substrate depending on the structure width.
  • the diffraction angle of light is shown depending on its wavelength for structures with three different structural widths. If the wavelength of the incident light is greater than the structure width, the light is completely transmitted. At wavelengths in the range of the structural width or smaller, diffraction occurs. The diffraction angles can be seen from the graphic.
  • Fig. 13 visualizes the structured substrate (5) produced by the method according to the invention with the periodic point structures produced, consisting of inverse cones, with dimensions in the micrometer range. Superimposed on this periodic point structure in the micrometer range is a periodic wave structure in the submicrometer range, which can also be generated in one production step by the method according to the invention described herein.

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Abstract

The present invention relates to the field of the patterning substrates with dot patterns in the micrometre or submicrometre range, more particularly a patterned substrate with anti-glare properties, which has a dot pattern. The present invention also relates to a device and a method for patterning surfaces and the interior of a transparent substrate by means of laser interference patterning. The patterning generated in this manner with dot patterns in the micrometre or submicrometre range is characterised by pronounced anti-glare properties.

Description

SUBSTRAT MIT ANTI-GLARE-EIGENSCHAFTEN SUBSTRATE WITH ANTI-GLARE PROPERTIES
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL FIELD
Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Strukturierung von Substraten, insbesondere ein strukturiertes Substrat - beispielhaft sind hier flächige Substrate, insbesondere sog. Antireflexionsverglasung genannt - mit Anti-Glare-Eigenschaften, das eine periodische oder nicht-periodische Punktstruktur umfasst. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Strukturierung von Oberflächen und dem Inneren eines Substrats, insbesondere transparenten Substrates mittels Laserinterferenzstrukturierung. The present invention relates to the area of structuring substrates, in particular a structured substrate - examples here are flat substrates, in particular so-called anti-reflection glazing - with anti-glare properties, which comprises a periodic or non-periodic dot structure. In addition, the present invention relates to a device and a method for structuring surfaces and the interior of a substrate, in particular a transparent substrate, using laser interference structuring.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Aufgrund ihrer glatten Oberfläche und der Unterschiede der Brechungsindizes zur Luft wird von Oberflächen transparenter Substrate, bspw. Glas, ein Teil des einfallenden Lichtes gerichtet reflektiert. Um die Auswirkungen der Reflexion zu verringern, kann eine Mattierungsbehandlung (Anti-Glare-Behandlung) auf der Oberfläche von transparenten Substraten eine gute Wirkung haben. Eine relativ einfache Lösung zum Erzeugen einer mattierten Oberfläche stellt das Erhöhen der Oberflächenrauheit solcher transparenten Substrate dar, da hierdurch die gerichtete Reflexion des einfallenden Lichts durch Streuung verringert werden kann. Due to their smooth surface and the differences in refractive indices compared to air, surfaces of transparent substrates, such as glass, reflect part of the incident light in a directed manner. In order to reduce the effects of reflection, matting treatment (anti-glare treatment) on the surface of transparent substrates can have a good effect. A relatively simple solution for creating a matted surface is to increase the surface roughness of such transparent substrates, as this can reduce the directional reflection of the incident light due to scattering.
Das Aufrauen der Oberfläche von Glas geschieht üblicherweise durch das Ätzen mit Flusssäure (HF) oder das Auslaugen der Oberfläche in basischen Lösungen. Hierdurch wird das Netzwerk des Glases oberflächlich zerstört oder zumindest modifiziert. Das Handling mit Flusssäure oder Laugen hat dabei aber nicht nur den Nachteil, dass eine Schädigung der menschlichen Haut, Knochen, Augen und Atemwege oder aber ökologische Probleme verbunden sind. Darüber hinaus sind diese Verfahren durch niedrige Ausbeuten, schwierige Prozessbetriebskontrollen und geringe Produktionskapazitäten stark limitiert. Nicht zuletzt können fehlerhafte Produkte nicht nachgearbeitet werden, was die Produktionskosten weiter erhöht. The surface of glass is usually roughened by etching with hydrofluoric acid (HF) or leaching the surface in basic solutions. This causes the network of the glass to be superficially destroyed or at least modified. Handling with hydrofluoric acid or alkaline solutions not only has the disadvantage of causing damage to human skin, bones, eyes and respiratory tract, but also ecological problems. In addition, these processes are severely limited by low yields, difficult process operation controls and low production capacities. Last but not least, defective products cannot be reworked, which further increases production costs.
Darüber hinaus kommen auch Partikelstrahlprozesse, wie bspw. das Aufrauen vonThere are also particle beam processes, such as roughening
Oberflächen durch Sandstrahlen oder Kugelstrahlen in Frage. Das Aufrauen der Oberfläche mit Sand oder anderen Partikeln weist den Nachteil auf, dass Rückstände des Materials auf dem zu strukturierenden Substrat verbleiben können bzw. selbst dann, wenn eine Nachbehandlung stattfindet, diese Materialrückstände unter Umständen nicht vollständig entfernt werden. Darüber hinaus ist ein zweiter Arbeitsgang zum Entfernen von Materialrückständen zeit- und kostenaufwändig. Auch müssen Vorkehrungen getroffen werden, um den Materialabrieb und das eingesetzte Strahlmaterial aufzufangen. Surfaces can be sandblasted or shot blasted. The roughening of the surface with sand or other particles has the disadvantage that residues of the material can remain on the substrate to be structured or even if post-treatment takes place, these material residues may not be completely removed. In addition, a second operation to remove material residue is time-consuming and costly. Precautions must also be taken to collect the material abrasion and the blasting material used.
Daher wurde in den letzten Jahren versucht, alternative Verfahren zum Herstellen von Substratoberflächen mit anti-glare Eigenschaften zu entwickeln, bei denen ein zusätzliches Material auf die Oberfläche des zu transparenten Substrats aufgebracht wird (sog. Strukturoder Schicht-aufbauende Verfahren). Therefore, in recent years attempts have been made to develop alternative processes for producing substrate surfaces with anti-glare properties, in which an additional material is applied to the surface of the substrate that is to be transparent (so-called structure or layer-building processes).
Der Sol-Gel-Prozess erlaubt es hierbei, dass über kieselsolhaltige Sol-Gel-Systeme Schichten auf der Oberfläche von Substraten, insbesondere Glas aufgebracht werden können. Hierin offenbart bspw. die WO 2016/086079 A1 ein Verfahren zur Bildung einer blendfreien Beschichtung auf einem Substrat, wobei ein aufgeheiztes Substrat bereitgestellt werden muss, auf das eine filmbildende Zusammensetzung aus einem Silan, einer Mineralsäure und einem Lösungsmittel aufgebracht wird und das derart beschichtete Substrat über eine längere Zeit thermisch behandelt werden muss. Durch die erforderliche thermische Behandlung haben derartige Sol-Gel-Prozesse jedoch den Nachteil, dass sie zeitaufwändig sind und nur auf die Anwendung für spezielle Materialien, nämlich in erster Linie temperaturbeständige Materialien limitiert sind. Darüber hinaus müssen relativ dicke Schichten auf die Substratoberfläche aufgebracht werden, um einerseits eine ausreichende Rauigkeit für die Streuung im pm-Bereich bereitzustellen und um andererseits ausreichend robuste und rissfreie Beschichtungen bereitzustellen. The sol-gel process allows layers to be applied to the surface of substrates, especially glass, using sol-gel systems containing silica sol. Herein, for example, WO 2016/086079 A1 discloses a method for forming a glare-free coating on a substrate, wherein a heated substrate must be provided to which a film-forming composition made of a silane, a mineral acid and a solvent is applied and the substrate coated in this way must be thermally treated over a longer period of time. However, due to the required thermal treatment, such sol-gel processes have the disadvantage that they are time-consuming and are only limited to use for special materials, namely primarily temperature-resistant materials. In addition, relatively thick layers must be applied to the substrate surface in order, on the one hand, to provide sufficient roughness for scattering in the pm range and, on the other hand, to provide sufficiently robust and crack-free coatings.
Zur Erzeugung eines Substrats mit Anti-Glare-Eigenschaften offenbart bspw. die For example, to produce a substrate with anti-glare properties
US 2006/0092495 A1 das Aufbringen einer Polymerbeschichtung mit einem Silan auf die Oberfläche eines transparenten Substrates. Die ausgehärtete Polymerbeschichtung weist eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von nicht mehr als 120 nm auf. US 2006/0092495 A1 the application of a polymer coating with a silane to the surface of a transparent substrate. The cured polymer coating has a surface roughness (Ra) of no more than 120 nm.
Darüber hinaus ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, dass die Erzeugung einer Oberfläche mit Anti-Glare-Eigenschaften durch das Aufbringen von Schichten mit kleinen Strukturen möglich ist. So offenbart bspw. die WO 2015/002042 transparente Substrate zur Anwendung in einem Solarzellenmodul, wobei das transparente Substrate eine anti-glare Beschichtung mit zumindest einer ersten und einer zweiten Schicht aufweist, wobei in die erste Schicht transparente kugelförmige anorganische Partikel mit einer Partikelgröße von 0,1 bis 5,0 pm in einem anorganischen Bindemittel angeordnet sind. In addition, it is also known from the prior art that it is possible to create a surface with anti-glare properties by applying layers with small structures. For example, WO 2015/002042 discloses transparent substrates for use in a solar cell module, wherein the transparent substrate has an anti-glare coating with at least a first and a second layer, in which first layer transparent spherical inorganic particles with a particle size of 0.1 to 5.0 pm are arranged in an inorganic binder.
Um Unebenheiten in einer Oberfläche zu erzeugen, sind ferner Verfahren bekannt, welche überlagerte Laserstrahlen nutzen, um aufgrund der auftretenden Interferenz eine Materialbearbeitung zu ermöglichen. Es ist aus der EP 2 431 120 A ein Verfahren bekannt, bei dem Material auf die Oberfläche aufgebracht wird. Das Verfahren erzeugt periodische Strukturen mittels Laserinterferenz, wobei hier ein Film auf einem Substrat aufgebracht wird, welcher durch die Laserintensität in den Maxima der Interferenzmuster verdampft. Das verbliebene Material bildet anschließend eine periodische Struktur. Das Material des Films ist ein Metall oder ein allgemein leitfähiges Material wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO), welches auf Glas aufgebracht wird. Es dient der Herstellung von spektralen Filtern sowie Dünnfilmelektronik. Nachteilig werden die Transparenzeigenschaften dadurch stark verändert und reduziert. Somit ist dieses Verfahren für eine Anwendung an beispielsweise Displays nicht geeignet. In order to create unevenness in a surface, methods are also known which use superimposed laser beams to enable material processing due to the interference that occurs. A method is known from EP 2 431 120 A in which material is applied to the surface. The process creates periodic structures using laser interference, whereby a film is applied to a substrate, which evaporates in the maxima of the interference patterns due to the laser intensity. The remaining material then forms a periodic structure. The material of the film is a metal or a generally conductive material such as indium tin oxide (ITO) which is deposited on glass. It is used to produce spectral filters and thin-film electronics. The disadvantage is that the transparency properties are significantly changed and reduced. This method is therefore not suitable for use on displays, for example.
Eine weitere Variante zum Erzeugen von Unebenheiten ist in DE 10 2011 101585 A1 beschrieben. Das vorgestellte Verfahren dient der Strukturierung von Substraten für optoelektronische Bauelemente, also sowohl für lichtemittierende als auch für lichtabsorbierende Bauelemente, insbesondere organische Bauelemente. Die Strukturierung wird hier durch überlagerte Laserstrahlen mittels Laserinterferenz erzeugt. Die entstehenden Strukturen können dabei durch eine Überlagerung zweier Laser-Teilstrahlen linienförmig oder auch durch eine Überlagerung von drei oder vier Laser-Teilstrahlen als zweidimensionale Strukturen, insbesondere punktförmig, erzeugt werden. Das Ziel dieser Oberflächenstrukturierung ist dabei eine Verbesserung der Effizienz der optoelektronischen Bauelemente durch optimierte optische Eigenschaften, also je nach Anwendung eine optimierte Lichtein- oder Lichtauskopplung. Die entstehenden Muster weisen dabei nachteilig immer eine starke Periodizität auf. Dadurch kann die Reflexion zwar in gewisser Weise beeinflusst und reduziert werden, es entstehen jedoch nachteilig eine große Anzahl an richtungsabhängigen Reflektionen. Weiterhin treten dabei nachteilig Beugungseffekte auf, welche gerade für Displayanwendungen sehr unerwünscht sind. Weiterhin sind periodische Strukturen gerade bei Anwendungen an Displays nachteilig, weil eine regelmäßige Wechselwirkung zwischen den Displaypixeln und Oberflächenmerkmalen entstehen, woraus störende Effekte wie beispielsweise Moire-Muster resultieren. Another variant for creating unevenness is described in DE 10 2011 101585 A1. The method presented is used to structure substrates for optoelectronic components, i.e. for both light-emitting and light-absorbing components, in particular organic components. The structuring is created here by superimposed laser beams using laser interference. The resulting structures can be generated in a line shape by superimposing two partial laser beams or as two-dimensional structures, in particular point-shaped, by superimposing three or four partial laser beams. The aim of this surface structuring is to improve the efficiency of the optoelectronic components through optimized optical properties, i.e. optimized light input or output depending on the application. The disadvantage is that the resulting patterns always have a strong periodicity. This allows the reflection to be influenced and reduced to a certain extent, but disadvantageously results in a large number of direction-dependent reflections. Diffraction effects also occur, which are particularly undesirable for display applications. Furthermore, periodic structures are disadvantageous, especially in applications on displays, because a regular interaction occurs between the display pixels and surface features, which results in disruptive effects such as moiré patterns.
AUFGABE Ausgehend von den Nachteilen im Stand der Technik stellt sich somit die technische Aufgabe, ein strukturiertes Substrat mit Anti-Glare-Eigenschaften bereitzustellen, das über ein einfaches Verfahren erzeugt werden kann. TASK Based on the disadvantages of the prior art, the technical task is to provide a structured substrate with anti-glare properties that can be produced using a simple process.
Dabei ist es darüber hinaus Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst robuste Strukturierung zu erzeugen, die nicht durch Inanspruchnahme des transparenten Substrats ihre Wirksamkeit verliert. Außerdem sollte die Strukturierung von flächigen Substraten innerhalb von kurzer Zeit durchführbar sein. It is also an object of the present invention to create a structuring that is as robust as possible and which does not lose its effectiveness due to the use of the transparent substrate. In addition, the structuring of flat substrates should be possible within a short time.
Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem derartige strukturierte Substrate in Abhängigkeit zum Einsatzzweck gezielt und zugleich reproduzierbar erzeugt werden können. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method with which such structured substrates can be produced in a targeted and reproducible manner depending on the intended use.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Strukturierung mittels Laserinterferenz bereitzustellen, welches unabhängig von der Intensität der Laserstrahlungsquelle ist. Das Verfahren soll derart eingerichtet sein, dass auch bei hohen Intensitäten auf dem zu strukturierenden Substrat keine Beschädigung der optischen Elemente eintritt. A further object of the invention is to provide a method for structuring by means of laser interference, which is independent of the intensity of the laser radiation source. The method should be set up in such a way that no damage to the optical elements occurs even at high intensities on the substrate to be structured.
LÖSUNG SOLUTION
Die Aufgaben werden durch ein strukturiertes Substrat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen zu entnehmen. The tasks are achieved by a structured substrate with the features of claim 1. Further advantageous refinements can be found in the subclaims, the description and the exemplary embodiments.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein strukturiertes Substrat bereitgestellt, das eine (globale) Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich aufweist, vorzugsweise eine Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich, die innerhalb einer Ebene des Substrates angeordnet ist, wobei die (globale) Punktstruktur aus inversen Zapfen gebildet ist, wobei die (globale) Punktstruktur aus der (nicht deckungsgleichen) Überlagerung zumindest eines ersten Interferenzpixels mit einer ersten Interferenzperiode (pi) und eines zweiten Interferenzpixels mit einer zweiten Interferenzperiode (p2) innerhalb einer Ebene auf einer Oberfläche oder im Volumen des Substrates gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel und das zweite Interferenzpixel jeweils unabhängig voneinander ein periodisches Gitter von zumindest drei inversen Zapfen mit einer ersten Interferenzperiode (pi) bzw. einer zweiten Interferenzperiode (p2) aufweisen, wobei das Verhältnis der ersten Interferenzperiode (pi) zur zweiten Interferenzperiode (p2) im Bereich von 20:1 bis 1 :20, vorzugsweise im Bereich von 10:1 bis 1 :10, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 1 :5, insbesondere 3:1 bis 1 :3 liegt. The present invention thus provides a structured substrate which has a (global) dot structure in the micro- or sub-micrometer range, preferably a dot structure in the micro- or sub-micrometer range, which is arranged within a plane of the substrate, the (global) dot structure consisting of inverse Cones are formed, the (global) point structure consisting of the (non-congruent) superposition of at least a first interference pixel with a first interference period (pi) and a second interference pixel with a second interference period (p 2 ) within a plane on a surface or in the volume of the Substrate is formed, wherein the first interference pixel and the second interference pixel each independently have a periodic grid of at least three inverse cones with a first interference period (pi) or a second interference period (p 2 ), the ratio of the first interference period (pi) to the second interference period (p 2 ) in the range from 20:1 to 1:20, preferably in the range from 10:1 to 1:10, particularly preferably in the range from 5:1 to 1:5, in particular 3:1 to 1: 3 lies.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Interferenzperiode der Punktstruktur zumindest einer Art der Interferenzpixel, bspw. die Interferenzperiode des ersten Interferenzpixels, des zweiten Interferenzpixels und/ oder eines weiteren, bspw. dritten Interferenzpixels identisch. Hierdurch können die Parameter der Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung zum Applizieren der Interferenzpixel auf die Ebene des Substrates konstant gehalten werden, was den (apparatetechnischen) Aufwand beim Applizieren des Interferenzpixels und das Entstehen von Fehlstrukturen minimiert. According to a preferred embodiment of the invention, the interference period of the point structure of at least one type of interference pixel, for example the interference period of the first interference pixel, the second interference pixel and/or a further, for example third interference pixel, are identical. As a result, the parameters of the laser interference structuring device for applying the interference pixels to the plane of the substrate can be kept constant, which minimizes the (technical) effort when applying the interference pixel and the formation of defective structures.
ALLGEMEINE VORTEILE GENERAL BENEFITS
Mit Hilfe einer hierin beschriebenen Strukturierung, insbesondere Anti-Glare-Strukturierung der Oberflächen können Blendeffekte reduziert werden. Eine Anti-Glare Struktur streut auftreffende elektromagnetische Strahlung, bspw. Licht an einer Ebene des Substrates, insbesondere der Oberfläche des Substrates, so dass eine Spiegelung dieser elektromagnetischen Strahlung deutlich reduziert werden kann. With the help of a structuring described here, in particular anti-glare structuring of the surfaces, glare effects can be reduced. An anti-glare structure scatters incident electromagnetic radiation, for example light, on a plane of the substrate, in particular the surface of the substrate, so that reflection of this electromagnetic radiation can be significantly reduced.
Des Weiteren kann die Struktur direkt (d.h. ohne das Erfordernis, die Struktur über eine weitere Schicht indirekt aufzubringen) auf eine breite Anzahl unterschiedlicher Substrate, bspw. Glas, Kunststoffen oder Metall, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substraten, insbesondere transparenten Materialien appliziert/erzeugt werden. Da die Strukturierung nicht vom Brechungsindex oder der Haftung bestimmter Beschichtungsmaterialien auf dem Substrat abhängig ist, ist diese Struktur also flexibler einsetzbar als herkömmliche chemische Strukturierungen. Furthermore, the structure can be applied/produced directly (i.e. without the need to apply the structure indirectly via a further layer) to a wide number of different substrates, for example glass, plastics or metal, preferably flat and/or transparent substrates, in particular transparent materials become. Since the structuring does not depend on the refractive index or the adhesion of certain coating materials to the substrate, this structure can be used more flexibly than conventional chemical structuring.
Ferner ist die Stabilität der so erzeugten Punktstrukturen zu erwähnen, die im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungen beständiger sind, da sie direkt auf die Oberfläche eines Substrates und/oder in das Substrat eingebracht sind und sich nicht über die Zeit und der einsatzbedingten Materialbeanspruchung, insbesondere mechanischen Materialbeanspruchung vom zu beschichtenden Substrat (ab-)lösen können. Darüber hinaus sind die Strukturen chemikalienbeständig gegenüber Lösungsmitteln und Glasreinigern. Wird die Strukturierung im Volumen, d.h. im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, insbesondere in dem transparenten Material vorgenommen, so ist die entstandene Strukturierung (d.h. die Punktstruktur des strukturierten Substrates) unempfindlicher gegen Stöße und Abrieb als herkömmliche Beschichtungen. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Strukturierung (hierin auch als Texturierung bezeichnet) im Inneren des Materials (d.h. unterhalb der Oberfläche) nicht zwingend Anti-Glare-Eigenschaften erzeugt. Die Texturierung im Inneren des Materials ist jedoch für andere Anwendungsgebiete interessant, wie Produktschutz, optische Datenspeicherung, Dekoration, usw. Furthermore, the stability of the point structures produced in this way should be mentioned, which are more stable compared to conventional coatings because they are applied directly to the surface of a substrate and/or into the substrate and do not change over time and the use-related material stress, in particular mechanical material stress can be detached from the substrate to be coated. In addition, the structures are chemical resistant to solvents and glass cleaners. If the structuring is carried out in the volume, ie in the interior of the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, in particular in the transparent material, the resulting structuring (ie the point structure of the structured substrate) is less sensitive to impacts and abrasion than conventional coatings. The inventors have discovered that structuring (also referred to herein as texturing) inside the material (ie, below the surface) does not necessarily produce anti-glare properties. However, the texturing inside the material is interesting for other areas of application, such as product protection, optical data storage, decoration, etc.
Entgegen herkömmlicher Methoden (wie beim Ätzen, Sandstrahlen, Polymerbeschichtungen) zum Auf-/Einbringen einer Struktur (bspw. Rauigkeit) auf einem Substrat besteht ein weiterer Vorteil des hierin definierten strukturierten Substrates bzw. des Applikationsverfahrens darin, dass ohne großen Aufwand lediglich gewisse Ausschnitte/Bereiche einer Ebene eines Substrates zielgerichtet und/oder partiell strukturiert werden können. So kann bspw. auch auf das aufwendige Anfertigen und Anordnen einer Maske zum Anbringen auf einem Substrat, die bspw. gewisse Bereiche des Substrates vor der Behandlung abschirmt/schützt, verzichtet werden. Zudem lassen sich die Strukturparameter (bspw. die Interferenzperiode, die Strukturtiefe, die Durchmesser, die Form und die Größe der inversen Zapfen) und somit auch die damit verbundenen Eigenschaften zielgerichtet und maßgeschneidert anpassen. Contrary to conventional methods (such as etching, sandblasting, polymer coatings) for applying/introducing a structure (e.g. roughness) onto a substrate, a further advantage of the structured substrate or the application method defined herein is that only certain sections/parts can be created without much effort. Areas of a plane of a substrate can be structured specifically and/or partially. For example, the complex preparation and arrangement of a mask for attachment to a substrate, which, for example, shields/protects certain areas of the substrate before treatment, can be dispensed with. In addition, the structural parameters (e.g. the interference period, the structure depth, the diameter, the shape and the size of the inverse cones) and thus also the associated properties can be adjusted in a targeted and tailor-made manner.
Die hierin definierten strukturierten Substrate, insbesondere die erhaltenen Oberflächen weisen vorzugsweise einen geringen Glanzwert (engl. Gloss value) im Bereich von 1 bis 120 GU, bevorzugt 10 bis 40 GU, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 35 GU (gloss units), ganz besonders bevorzugt von weniger als 30 GU, wie weniger als 29 GU, 28 GU, 27 GU, 26 GU, 25 GU, 24 GU, 23 GU, 22 GU auf, bestimmt mit einem Glanzmessgerät bei 60° gemäß DIN EN ISO 2813:2015-02. Als Glanz wird hierbei das Verhältnis zwischen dem eingestrahlten und dem von der Oberfläche reflektierten Licht unter dem Winkel der spiegelnden Reflexion verstanden. The structured substrates defined herein, in particular the surfaces obtained, preferably have a low gloss value in the range from 1 to 120 GU, preferably 10 to 40 GU, particularly preferably in the range from 15 to 35 GU (gloss units). particularly preferably less than 30 GU, such as less than 29 GU, 28 GU, 27 GU, 26 GU, 25 GU, 24 GU, 23 GU, 22 GU, determined with a gloss meter at 60° in accordance with DIN EN ISO 2813:2015 -02. Gloss is understood to be the ratio between the incident light and the light reflected from the surface at the angle of the specular reflection.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
Ein Substrat weist im Sinne der vorliegenden Erfindung Anti-Glare-Eigenschaften auf, wenn dieses in zumindest zwei Raumrichtungen eine entspiegelte, nicht-glänzende, blendgeschützte oder blendfreie Ebene, insbesondere eine Oberfläche aufweist. Dabei wird eine Reduzierung der gerichteten Reflexion dadurch erreicht, dass Streuprozesse an Strukturen auftreten, welche an bzw. innerhalb der Ebene des Substrates, insbesondere an einer seiner Oberflächen, eingefügt wurden. For the purposes of the present invention, a substrate has anti-glare properties if it has an anti-reflective, non-glossy, Glare-protected or glare-free level, in particular a surface. A reduction in the directed reflection is achieved by scattering processes occurring on structures which were inserted on or within the plane of the substrate, in particular on one of its surfaces.
Ein Substrat weist im Sinne der Erfindung Anti-Glare-Eigenschaften auf, wenn die Oberfläche des Substrates derart ausgebildet ist, dass Blendeffekte dadurch reduziert sind, dass eine gerichtete Reflexion vermieden wird. Dabei weist die Oberfläche eine gewisse Rauigkeit auf. Dafür sind Vertiefungen und/oder Erhöhungen auf der Oberfläche angeordnet, welche vorzugsweise inhomogen auf der Oberfläche verteilt sind. Die so entstandenen Streuzentren führen zu einer veränderten optischen Reflektivität der Oberfläche. Auf der Oberfläche werden dabei gerichtete Reflexionen stark reduziert, sodass die Unterschiede in der Reflektion der Oberfläche kaum von der Richtung, insbesondere von der Richtung des reflektierten Lichtes, abhängen. Insbesondere ist eine Oberfläche, welche Anti-Glare- Eigenschaften aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des in einer Richtung von der Oberfläche reflektierten Lichtes nicht größer als maximal das 100-fache, bevorzugt das 10-fache, besonders bevorzugt das Doppelte der Intensität des reflektierten Lichtes in den anderen Richtungen ist. Vorzugsweise wird dabei die Intensität in einem Bereich von 60°, bevorzugt 75°, um die Normale zur Oberfläche betrachtet und die Intensität wird bevorzugt in einem Flächenwinkelbereich von 1 ° x 1 ° ermittelt. For the purposes of the invention, a substrate has anti-glare properties if the surface of the substrate is designed in such a way that glare effects are reduced by avoiding directed reflection. The surface has a certain roughness. For this purpose, depressions and/or elevations are arranged on the surface, which are preferably distributed inhomogeneously on the surface. The resulting scattering centers lead to a changed optical reflectivity of the surface. Directed reflections on the surface are greatly reduced, so that the differences in the reflection of the surface hardly depend on the direction, in particular on the direction of the reflected light. In particular, a surface which has anti-glare properties is characterized in that the intensity of the light reflected in one direction from the surface is not greater than a maximum of 100 times, preferably 10 times, particularly preferably twice the intensity of the reflected light in the other directions. Preferably, the intensity is considered in a range of 60°, preferably 75°, around the normal to the surface and the intensity is preferably determined in a surface angle range of 1° x 1°.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein strukturiertes Substrat also eine solche Anordnung von Punktstrukturen, vorzugsweise überlagert mit Strukturen im Submikrometerbereich, insbesondere Säulen- und/oder Linienstrukturen im Submikrometerbereich, auf, dass die Reflexion der Oberfläche des Substrates in unterschiedlichen Richtungen, also die Intensität des reflektierten Lichtes in unterschiedlichen Richtungen, bei konstanter Beleuchtung, um maximal einen Faktor von 100 variiert. According to an advantageous embodiment, a structured substrate has such an arrangement of point structures, preferably superimposed with structures in the submicrometer range, in particular column and / or line structures in the submicrometer range, that the reflection of the surface of the substrate in different directions, i.e. the intensity of the reflected Light in different directions, with constant lighting, varies by a maximum of a factor of 100.
Nach einer vorteilhaften Messmethode wird ein Glanzmessgerät für die Bestimmung der Anti-Glare-Eigenschaften verwendet. Darunter wird im Sinne der Erfindung ein Instrument verstanden, welches zur Messung des Glanzes einer Oberfläche durch spiegelnde Reflexion geeignet ist. Der Glanz wird bestimmt, indem ein Lichtstrahl mit einer bestimmten Intensität und einem bestimmten Winkel auf eine Oberfläche projiziert und die Menge des reflektierten Lichts in einem gleichen, aber entgegengesetzten Winkel gemessen wird. Vorzugsweise werden dafür Winkel von 30° bis 45° zur Normalen der Oberfläche verwendet, besonders bevorzugt von 30° zur Normalen oder 60° zur Oberfläche. Das Verhältnis von reflektiertem zu einfallendem Licht für die Probe im Vergleich zum Verhältnis für den Glanzstandard wird als Glanzeinheiten (GU) aufgezeichnet. Ein strukturiertes Substrat weist nach einer vorteilhaften Variante eine Glanzeinheit von unter 120, bevorzugt unter 60, besonders bevorzugt unter 20 auf. According to an advantageous measuring method, a gloss meter is used to determine the anti-glare properties. For the purposes of the invention, this is understood to mean an instrument which is suitable for measuring the gloss of a surface through specular reflection. Gloss is determined by projecting a beam of light at a specific intensity and angle onto a surface and measuring the amount of reflected light at an equal but opposite angle. Angles of 30° to 45° to the normal of the surface are preferably used for this, particularly preferably of 30° to the normal or 60° to the surface. The ratio of reflected to incident light for the sample compared to the ratio for the gloss standard is recorded as gloss units (GU). According to an advantageous variant, a structured substrate has a gloss unit of less than 120, preferably less than 60, particularly preferably less than 20.
Substrat Substrate
Im Sinne der Erfindung bezieht sich der Begriff Substrat auf ein Substrat dessen Oberfläche eine Ausdehnung in mehrere Raumrichtungen hat. Es kann sich bei einem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, um ein planares Substrat oder ein gekrümmtes Substrat, beispielsweise ein parabolisches Substrat handeln. Unter flächig ist im Sinne der Erfindung ferner zu verstehen, dass die Ausdehnung eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, beispielsweise eines planaren Substrates in x und y Richtung, beziehungsweise die Ausdehnung eines gekrümmten Substrates entlang seines Krümmungsradius größer ist als die Ausdehnung des Bereichs, in dem die zumindest drei Teilstrahlen miteinander interferieren. In the context of the invention, the term substrate refers to a substrate whose surface extends in several spatial directions. A substrate, preferably a flat and/or transparent substrate, can be a planar substrate or a curved substrate, for example a parabolic substrate. For the purposes of the invention, flat is also to be understood as meaning that the extent of a substrate, preferably a flat and/or transparent substrate, for example a planar substrate in the x and y directions, or the extent of a curved substrate along its radius of curvature is greater than the extent of the Area in which the at least three partial beams interfere with each other.
In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Substrat um ein Substrat, dessen Ausdehnung in x und y Richtung, beziehungsweise dessen Ausdehnung entlang eines Krümmungsradius kleiner oder gleich der Ausdehnung des Bereichs ist, in dem die zumindest drei Teilstrahlen miteinander interferieren. Eine homogene Strukturierung des Substrats ist in einem Bearbeitungsschritt (während eines Laserpulses) möglich. In a preferred embodiment, the substrate is a substrate whose extent in the x and y directions, or whose extent along a radius of curvature, is less than or equal to the extent of the region in which the at least three partial beams interfere with one another. A homogeneous structuring of the substrate is possible in one processing step (during a laser pulse).
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Substrat um ein flächiges Substrat, dessen Ausdehnung in x und y Richtung, beziehungsweise dessen Ausdehnung entlang eines Krümmungsradius größer der Ausdehnung des Bereichs ist, in dem die zumindest drei Teilstrahlen miteinander interferieren. Durch Bewegen des Substrats in der x und y Ebene ist eine flächige, homogene Strukturierung des Substrats in mehreren Bearbeitungsschritten (mit mehreren Laserpulsen) möglich. Die Bewegung des Substrats kann hierbei durch Rotation oder Translation erfolgen. In a particularly preferred embodiment, the substrate is a flat substrate whose extent in the x and y directions, or whose extent along a radius of curvature, is greater than the extent of the region in which the at least three partial beams interfere with one another. By moving the substrate in the x and y planes, a flat, homogeneous structuring of the substrate is possible in several processing steps (with several laser pulses). The movement of the substrate can take place by rotation or translation.
Im Sinne der Erfindung umfasst die Bezeichnung Substrat ein festes Material mit bspw. reflektierender Oberfläche. Beispiele für solche Materialien sind Metalle, Polymere, Keramiken und Gläser. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung reflektiert das Substrat elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 nm bis 1 m, bspw. sichtbares Licht im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm, Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 50 pm oder Mikrowellenstrahlung, insbesondere Radarstrahlen im Wellenlängenbereich von 1 mm bis 10 m. Die hierin definierte Strukturierung des Substrates erlaubt eine Reduzierung der gerichteten Reflexion des Substrates, wobei durch das Einbringen der Strukturen Streuprozesse an diesen Strukturen auftreten, welche an bzw. innerhalb der Ebene des Substrates, insbesondere an einer seiner Oberflächen, eingefügt wurden. For the purposes of the invention, the term substrate includes a solid material with, for example, a reflective surface. Examples of such materials are metals, polymers, ceramics and glasses. According to a preferred embodiment of the invention, the substrate reflects electromagnetic radiation in the wavelength range from 100 nm to 1 m, for example visible light in the wavelength range from 380 nm to 780 nm, infrared radiation in the wavelength range from 780 nm to 50 pm or microwave radiation, in particular Radar beams in the wavelength range from 1 mm to 10 m. The structuring of the substrate defined here allows a reduction in the directed reflection of the substrate, with the introduction of the structures causing scattering processes to occur on these structures, which are on or within the plane of the substrate, in particular on a its surfaces.
Hinsichtlich der Substrate, die durch die Applizierung des erfindungsgemäßen Laserinterferenzstrukturierungsverfahrens mit einer hierin definierten Punktstruktur, insbesondere mit antireflektierenden Eigenschaften bearbeitet werden können, besteht im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine breite Auswahlmöglichkeit an transparenten und transluzenten aber auch intransparenten Materialien. Vorzugsweise ist das Substrat ein flächiges und/oder transparentes Substrat. With regard to the substrates that can be processed by applying the laser interference structuring method according to the invention with a point structure defined herein, in particular with anti-reflective properties, the present invention offers a wide selection of transparent and translucent but also non-transparent materials. The substrate is preferably a flat and/or transparent substrate.
Das Substrat kann als flexibles und/oder biegsames Substrat, wie bspw. ein (Kunst-)Leder, eine Metallfolie, ein dünnes Blech oder eine Kunststofffolie, wie dies bspw. für die Anwendung in einer Solarfolie oder in Displays ausgebildet sein. The substrate can be designed as a flexible and/or pliable substrate, such as (artificial) leather, a metal foil, a thin sheet or a plastic film, such as for use in a solar film or in displays.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das flächige Substrat ein transparentes Material, vorzugsweise besteht das Substrat aus einem transparenten Material. Ein Material bzw. Substrat ist im Sinne der vorliegenden Erfindung transparent, wenn dieses dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Welle hindurchzulassen. Vorzugsweise weist das transparente Material eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht (definitionsgemäß im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm) auf, die jedoch je nach Anwendung unterschiedlich ist. Der Transmissionsgrad des transparenten Materials beträgt bevorzugt wenigstens 50%, vorzugsweise nicht weniger als 70%, vorzugsweise nicht weniger als 80%, noch bevorzugter nicht weniger als 90%, ohne Abweichung im Spektrum im Bereich einer elektromagnetischen Strahlung (wie hierin definiert), insbesondere des sichtbaren Lichts, der Infrarotstrahlung und/oder der Mikrowellenstrahlung, besonders bevorzugt des sichtbaren Lichts. In a particularly preferred embodiment, the flat substrate comprises a transparent material, preferably the substrate consists of a transparent material. A material or substrate is transparent in the sense of the present invention if it is designed to allow at least part of an electromagnetic wave to pass through. Preferably, the transparent material has a high transmittance for visible light (by definition in the wavelength range from 380 nm to 780 nm), although this varies depending on the application. The transmittance of the transparent material is preferably at least 50%, preferably not less than 70%, preferably not less than 80%, more preferably not less than 90%, without deviation in the spectrum in the region of electromagnetic radiation (as defined herein), in particular visible light, infrared radiation and/or microwave radiation, particularly preferably visible light.
Die Lichtdurchlässigkeit eines transparenten Materials bietet darüber hinaus den Vorteil, dass eine Laserinterferenzbearbeitung einer Ebene im Volumen/Innern des Substrats möglich ist. The light transmission of a transparent material also offers the advantage that laser interference processing of a plane in the volume/interior of the substrate is possible.
Ein transparentes Material umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung transparenteFor the purposes of the present invention, a transparent material includes transparent
Materialien, insbesondere Glas (z.B. Borosilikatgläser, Quarzgläser, Alkali-Erdalkali-Materials, especially glass (e.g. borosilicate glasses, quartz glasses, alkali-alkaline-earth
Silikatgläser (bspw. Kalknatronglas), Alumosilikatgläser, metallische Gläser), aber auch feste Polymere (z.B. Polycarbonate, wie Makrolon® und Apec®; Polycarbonatblends, wie Makroblend® und Bayblen®; Polymethylmethacrylat, wie Plexiglas®; Polyester; Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyethylen) sowie transparente Keramiken (bspw. Spinell-Keramiken, wie Mg-Al-Spinell, Aluminiumoxynitrid (ALON), Aluminiumoxid, Yttriumaluminiumgranat, Yttriumoxid oder Zirkonoxid) oder Mischungen daraus. Polycarbonate sind Homopolycarbonate, Copolycarbonate und thermoplastische Polyestercarbonate. Silicate glasses (e.g. soda-lime glass), aluminosilicate glasses, metallic glasses), but also solid ones Polymers (e.g. polycarbonates, such as Makrolon® and Apec®; polycarbonate blends, such as Makroblend® and Bayblen®; polymethyl methacrylate, such as Plexiglas®; polyester; polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene) as well as transparent ceramics (e.g. spinel ceramics, such as Mg-Al- Spinel, aluminum oxynitride (ALON), aluminum oxide, yttrium aluminum garnet, yttrium oxide or zirconium oxide) or mixtures thereof. Polycarbonates are homopolycarbonates, copolycarbonates and thermoplastic polyester carbonates.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht das transparente Material aus einem Glas (wie hierin definiert) oder einem festen Polymer (wie hierin definiert). According to a particularly preferred embodiment, the transparent material consists of a glass (as defined herein) or a solid polymer (as defined herein).
Das Silikatgerüst von Glas sorgt vorzugsweise für ein Transmissionsfenster für Wellenlängen im Bereich zwischen 170 nm und 5.000 nm, d.h. Wellenlängenbereich die das sichtbare Licht im Bereich von 380 nm bis 780 nm einschließen und Infrarotstrahlung umfassen. The silicate framework of glass preferably provides a transmission window for wavelengths in the range between 170 nm and 5,000 nm, i.e. wavelength range that includes visible light in the range from 380 nm to 780 nm and includes infrared radiation.
Alternativ dazu kann das Substrats, bevorzugt ein flächiges und/oder transparentes Substrat, auch ein intransparentes Material umfassen. Durch die Strukturierung des intransparenten Materials wird auf der Oberfläche des intransparenten Materials eine Punktstruktur im Mikrooder Submikrometerbereich, wie hierin definiert, erzeugt. Im Ergebnis kann hierdurch auf einem intransparenten Material eine Struktur mit Anti-Glare-Eigenschaften erzeugt werden, wobei die ursprüngliche Rauheit der Oberfläche des intransparenten Substrates (d.h. vor Applizieren der erfindungsgemäßen Strukturierung) im makroskopischen Bereich unverändert bzw. nahezu unverändert bleiben, wodurch effektiv eine Verringerung der gerichteten Reflexion einer sonst reflektiven Oberfläche eines intransparentes Material, bspw. einer Metalloberfläche induziert wird. Als intransparente Materialien eignen sich insbesondere Metalle (z.B. Silizium, Aluminium, Kupfer, Gold), metallische Legierungen (z.B. Stahl, Messing), keramische Materialien (z.B. Zirkonoxid, Titandioxid, Zirkondioxid) und Polymere (PEEK, Polyetheretherketone; polyfluorierde Kohlenwasserstoffe, wie Teflon) sowie Kombinationen davon. Beispielsweise eignet sich ein derart strukturiertes Substrat als Negativform zur indirekten Aufbringung oder Erzeugung von Strukturen auf einem anderen Substrat. Darüber hinaus „absorbiert“ ein derart strukturiertes Substrat, da die Strukturierung des Substrates eine Reduzierung der gerichteten Reflexion des Substrates erlaubt, da Streuprozesse an diesen Strukturen auftreten, welche an bzw. innerhalb der Ebene des Substrates, insbesondere an einer seiner Oberflächen, eingefügt wurden. Punktförmige Struktur/Interferenzmuster Alternatively, the substrate, preferably a flat and/or transparent substrate, can also comprise a non-transparent material. By structuring the non-transparent material, a dot structure in the micrometer or submicrometer range, as defined herein, is created on the surface of the non-transparent material. As a result, a structure with anti-glare properties can be created on a non-transparent material, with the original roughness of the surface of the non-transparent substrate (ie before applying the structuring according to the invention) remaining unchanged or almost unchanged in the macroscopic range, thereby effectively reducing the directed reflection of an otherwise reflective surface of an intransparent material, for example a metal surface, is induced. Metals (e.g. silicon, aluminum, copper, gold), metallic alloys (e.g. steel, brass), ceramic materials (e.g. zirconium oxide, titanium dioxide, zirconium dioxide) and polymers (PEEK, polyether ether ketones; polyfluorinated hydrocarbons, such as Teflon) are particularly suitable as non-transparent materials. and combinations thereof. For example, a substrate structured in this way is suitable as a negative mold for indirectly applying or producing structures on another substrate. In addition, a substrate structured in this way “absorbs” since the structuring of the substrate allows a reduction in the directed reflection of the substrate, since scattering processes occur on these structures which were inserted on or within the plane of the substrate, in particular on one of its surfaces. Point-like structure/interference patterns
Der Begriff inverser Zapfen bezieht sich im Sinne dieser Erfindung auf Strukturen mit einer kreisförmigen, elliptischen, dreieckigen oder im Wesentlichen rechteckigen Grundfläche, insbesondere mit einer kreisförmigen Grundfläche, die in vertikaler Richtung kegelförmig in das Substrat zulaufen und in deren Sattelpunkt über eine abgerundete Kegelspitze verfügen. Die inversen Zapfen werden während des Strukturierungsprozesses, d.h. beim Auftreffen eines Laserpulses als Folge des Auftreffens eines Bereiches hoher Intensität in das zu strukturierende Substrat ausgebildet, wobei die Bereiche zwischen den inversen Zapfen auf bzw. innerhalb des Substrates idealerweise durch destruktive Interferenz deren Intensität Null ist im Wesentlichen Unstrukturiert verbleiben. Folglich wird durch die Fokussierung der Laser(-teil)strahlen auf bzw. innerhalb des Substrats das Negativ von dem, was die Intensitätsverteilung vorgibt, ausgebildet. Die beschriebene Form der inversen Zapfen bezieht sich auf Punktstrukturen, welche an der Oberfläche des Substrates angeordnet sind. Eine Anordnung der Punktstrukturen in einer oder entlang einer Ebene innerhalb des Volumens führt zu einer Form welche symmetrischer ausgebildet ist. Im Sinne der Erfindung sind auch die mittels Laserinterferenzstrukturierung innerhalb eines Volumens generierten Punktstrukturen als inverse Zapfen bezeichnet. For the purposes of this invention, the term inverse pin refers to structures with a circular, elliptical, triangular or essentially rectangular base area, in particular with a circular base area, which taper conically into the substrate in the vertical direction and have a rounded cone tip at their saddle point. The inverse pegs are formed during the structuring process, i.e. when a laser pulse strikes as a result of an area of high intensity hitting the substrate to be structured, the areas between the inverse pegs on or within the substrate ideally having a zero intensity due to destructive interference Remain essentially unstructured. Consequently, by focusing the laser (partial) beams on or within the substrate, the negative of what determines the intensity distribution is formed. The shape of the inverse cones described refers to point structures which are arranged on the surface of the substrate. An arrangement of the point structures in one or along a plane within the volume leads to a shape that is more symmetrical. For the purposes of the invention, the point structures generated within a volume using laser interference structuring are also referred to as inverse cones.
Zapfen mit einer elliptischen Grundfläche können beispielsweise durch Neigung des Substrates im Verhältnis zum Einfallswinkel des bzw. der fokussierten Laser(-teil)strahlen erzeugt werden. Cones with an elliptical base can be produced, for example, by tilting the substrate in relation to the angle of incidence of the (partial) focused laser beam(s).
Die Periode der Struktur wird im Sinne der Erfindung als A bezeichnet. Sie ist im Allgemeinen abhängig von der Wellenlänge der interferierenden Laserstrahlen, dem Einfallswinkel der interferierenden Laserstrahlen und der Anzahl der interferierenden Laserstrahlen. The period of the structure is referred to as A for the purposes of the invention. It generally depends on the wavelength of the interfering laser beams, the angle of incidence of the interfering laser beams and the number of interfering laser beams.
Der Begriff Interferenzpixel, bspw. erstes, zweites, drittes und/oder weiteres Interferenzpixel bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung ein (lokales) periodisches Muster bzw. Gitter von zumindest drei inversen Zapfen, vorzugsweise von zumindest sieben inversen Zapfen, ganz besonders bevorzugt zumindest 19 inversen Zapfen auf der Oberfläche eines Substrates, die sich innerhalb eines Pixels eines Interferenzpixels ausbilden (vgl. Fig. 9). Vorzugsweise wird das periodische Muster bzw. Gitter durch das Überlagern von zumindest zwei, besonders bevorzugt von zumindest drei, ganz besonders bevorzugt von zumindest vier Laser(teil-)strahlen infolge des Fokussierens (Bündelns) dieser Laser(teil-)strahlen auf die Oberfläche oder in das Innere des Substrats erzeugt, wodurch die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats konstruktiv und destruktiv interferieren. In the sense of the present invention, the term interference pixel, for example first, second, third and/or further interference pixel, refers to a (local) periodic pattern or grid of at least three inverse cones, preferably of at least seven inverse cones, most preferably at least 19 inverse ones Cones on the surface of a substrate, which form within a pixel of an interference pixel (see Fig. 9). Preferably, the periodic pattern or grid is created by superimposing at least two, particularly preferably at least three, very particularly preferably at least four laser (partial) beams as a result of focusing (bundling) these laser (partial) beams the surface or into the interior of the substrate, whereby the partial beams interfere constructively and destructively on the surface or within the substrate.
Vorzugsweise weisen die periodischen Punktstrukturen, d.h. die inversen Zapfen innerhalb einer Art eines Interferenzpixels einen Variationskoeffizienten (ein Wert, der sich aus der Teilung der Standardabweichung durch den Durchschnittswert ergibt) von 15% oder weniger, mehr bevorzugt 10% oder weniger, noch mehr bevorzugt 5% oder weniger auf. Dies erlaubt zudem eine bessere Nachweisbarkeit des erfindungsgemäß strukturierten Substrates gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Strukturierung/Beschichtung von Substraten (bspw. Ätzen, Partikelstrahlen, Polymerbeschichtung). Preferably, the periodic point structures, i.e. the inverse cones within a type of interference pixel, have a coefficient of variation (a value resulting from dividing the standard deviation by the average value) of 15% or less, more preferably 10% or less, even more preferably 5 % or less. This also allows better detectability of the substrate structured according to the invention compared to conventional methods for structuring/coating substrates (e.g. etching, particle blasting, polymer coating).
Dabei sind die so innerhalb eines Interferenzpixels erzeugten (lokalen) Punktstrukturen in Form als periodisch angeordnete, inverse Zapfen ausgebildet, wobei zur Erzeugung einer Struktur, insbesondere auf einer Oberfläche oder in einer Ebene im Volumen des Substrates, die Anti-Glare-Eigenschaften aufweist, die Strukturperiode (d.h. der Abstand zwischen den Scheitelpunkten zweier benachbarter Zapfen - also deren Höhenmittelpunkte oder Zentren der Vertiefungen) bezogen auf Zapfen, die durch ein Interferenzpixel gebildet sind, im statistischen Mittel im Bereich von 1 pm bis 50 pm, bevorzugt im Bereich von 5 pm bis 50 pm, mehr bevorzugt im Bereich von 10 pm bis 30 pm liegt. Die Strukturperiode wird auch als Interferenzperiode bezeichnet. The (local) point structures generated in this way within an interference pixel are designed in the form of periodically arranged, inverse cones, whereby to produce a structure, in particular on a surface or in a plane in the volume of the substrate, which has anti-glare properties Structural period (i.e. the distance between the vertices of two adjacent cones - i.e. their height centers or centers of the depressions) based on cones that are formed by an interference pixel, on a statistical average in the range from 1 pm to 50 pm, preferably in the range from 5 pm to 50 pm, more preferably in the range from 10 pm to 30 pm. The structure period is also called the interference period.
Durch das Bewegen des Substrats in Relation zum Fokussierpunkt (welcher das Interferenzpixel erzeugt) in Kombination mit gepulsten Laser(teil-)strahlen kann somit eine flächige, optional homogene und periodische, Punktstruktur auf der Oberfläche oder im Inneren eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, erzeugt werden. By moving the substrate in relation to the focusing point (which generates the interference pixel) in combination with pulsed laser (partial) beams, a flat, optionally homogeneous and periodic, dot structure can be created on the surface or in the interior of a substrate, preferably flat and/or transparent substrate.
Alternativ zum Bewegen des Substrats in Relation zum Fokussierpunkt kann auch der Fokussierpunkt (bspw. durch scannerbasierte Methoden) über die Probe bzw. das Substrat geführt werden. As an alternative to moving the substrate in relation to the focusing point, the focusing point can also be guided over the sample or substrate (e.g. using scanner-based methods).
Eine Verschiebung des zu strukturierenden Substrates, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, im Laserstrahl kann aufgrund der relativ großen dabei bewegten Massen vergleichsweise aufwändig und langsam sein. Es ist daher vorteilhaft das Substrat, bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat während der Bearbeitung ortsfest vorzusehen und die flächige Strukturierung des Substrates dadurch zu realisieren, dass die Fokussierung der Teilstrahlen auf die Oberfläche oder das Volumen des Substrats durch Manipulation der Laserteilstrahlen mit optischen Elementen (Fokussierspiegel bzw. Galvo- Spiegel (Laserscanner)) in Strahlrichtung bewirkt wird. Da die dabei bewegten Massen relativ klein sind, ist dies mit weit geringerem Aufwand bzw. viel schneller möglich. Vorzugsweise ist das Substrat während des Verfahrens ortsfest angeordnet. A displacement of the substrate to be structured, preferably a flat and/or transparent substrate, in the laser beam can be comparatively complex and slow due to the relatively large masses moved. It is therefore advantageous to provide the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, in a stationary manner during processing and to realize the flat structuring of the substrate by focusing the partial beams on the surface or the volume of the substrate Manipulation of the partial laser beams with optical elements (focusing mirror or galvo mirror (laser scanner)) is effected in the beam direction. Since the masses moved are relatively small, this can be done with much less effort and much faster. The substrate is preferably arranged in a stationary manner during the process.
Vorteilhaft können die einzelnen Pixel einer Art eines Interferenzpixels, bspw. eines ersten Interferenzpixels, eines zweiten Interferenzpixels und/oder eines weiteren Interferenzpixels, die benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet sind, global (d.h. über die Ausdehnung der zu strukturierenden Ebene) wahlweise eine periodische oder eine nichtperiodische Punktstruktur ausbilden. Eine vollperiodische Punktstruktur wird erzeugt bzw. liegt vor, wenn der vorhergehende Pixel und der nachfolgende Pixel einer Art eines Interferenzpixels jeweils um ein ganzes Vielfaches (bspw. 2, 3, 4, 5) der Interferenzperiode (pn) in eine Raumrichtung zueinander verschoben sind. Es ergibt sich dadurch über die Ausdehnung der zu strukturierenden Ebene ein vollperiodisches Muster, dessen Periode der Interferenzperiode (pn) entspricht. Eine quasi-periodische Punktstruktur wird erzeugt bzw. liegt vor, wenn der vorhergehende Pixel und der nachfolgende Pixel einer Art eines Interferenzpixels jeweils um ein gleiches, von einem ganzen Vielfachen abweichendem, Vielfachen (bspw. 0,5; 1 ,3; 2,6) der Interferenzperiode (pn) in eine Raumrichtung zueinander verschoben sind. Dem gegenüber wird eine nicht-periodische Punktstruktur erzeugt bzw. liegt vor, wenn die Interferenzperiode des nachfolgenden Pixels zum benachbarten, vorhergehenden Pixel variiert wird und/oder benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnete Pixel verdreht, bspw. alternierend oder sukzessive verdreht appliziert werden. Advantageously, the individual pixels of a type of interference pixel, for example a first interference pixel, a second interference pixel and/or a further interference pixel, which are arranged adjacently and repetitively offset from one another, can be globally (ie over the extent of the plane to be structured) either periodic or one form a non-periodic point structure. A fully periodic point structure is created or exists when the preceding pixel and the following pixel of a type of interference pixel are each shifted in a spatial direction relative to one another by a whole multiple (e.g. 2, 3, 4, 5) of the interference period (p n ). . This results in a fully periodic pattern across the extent of the level to be structured, the period of which corresponds to the interference period (p n ). A quasi-periodic point structure is created or exists when the preceding pixel and the following pixel of a type of interference pixel are each increased by an equal multiple that deviates from a whole multiple (e.g. 0.5; 1.3; 2.6 ) of the interference period (p n ) are shifted to one another in a spatial direction. In contrast, a non-periodic dot structure is created or exists when the interference period of the subsequent pixel is varied to the neighboring, preceding pixel and/or adjacent pixels arranged repetitively offset from one another are twisted, for example applied alternately or successively twisted.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Punktstruktur, die durch benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnete Pixel einer Art eines Interferenzpixels ausgebildet ist, eine vollperiodische Punktstruktur oder eine quasiperiodische Punktstruktur (jeweils wie vorstehend definiert). According to a preferred embodiment of the present invention, the dot structure, which is formed by adjacent, repetitively offset pixels of a type of interference pixel, is a fully periodic dot structure or a quasi-periodic dot structure (each as defined above).
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben darüber hinaus herausgefunden, dass neben der Periodizität auch die Strukturtiefe (d.h. die Tiefe der inversen Zapfen, gemessen von deren Sattelpunkt der Vertiefung bis zum Scheitelpunkt) einen Einfluss auf die Anti-Glare- Eigenschaften (wie hierin definiert) haben. The inventors of the present invention have further discovered that in addition to periodicity, structure depth (i.e., the depth of the inverse pegs measured from their saddle point of the recess to the apex) also has an influence on the anti-glare properties (as defined herein). .
Für die Erzeugung einer Oberfläche, die Anti-Glare-Eigenschaften aufweist, weisen die inversen Zapfen eines Interferenzpixels nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine mittlere Strukturtiefe bzw. Profiltiefe im statistischen Mittel d5o im Bereich von 5 nm bis 20 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 1 pm, ganz besonders bevorzugt von 100 nm bis 2 pm auf. Die Strukturtiefe der inversen Zapfen eines Interferenzpixels wird im Allgemeinen durch die mittleren Strukturtiefe (dso) beschrieben, die innerhalb eines Interferenzpixels die Anteile der Zapfen mit einer bestimmten Strukturtiefe kleiner oder größer als der angegebene Wert für die Strukturtiefe definiert. To produce a surface that has anti-glare properties, the inverse cones of an interference pixel according to a preferred embodiment of the present invention have an average structure depth or profile depth in the statistical average d 5 o in the range from 5 nm to 20 pm, particularly preferably in the range from 50 nm to 1 pm, entirely particularly preferably from 100 nm to 2 pm. The structure depth of the inverse cones of an interference pixel is generally described by the average structure depth (dso), which defines the proportions of the cones within an interference pixel with a specific structure depth smaller or larger than the specified value for the structure depth.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren zur Ausbildung von Strukturen mit Anti-Glare- Eigenschaften (bspw. Ätzen, Sandstrahlen, Polymerbeschichtungen) ist es nicht erforderlich, dass die gesamte Oberfläche strukturiert und/oder beschichtet werden muss. Der Anteil der so strukturierten Oberfläche (Bedeckungsgrad an Zapfen pro Flächeneinheit, der durch die Anzahl und den Durchmesser der inversen Zapfen bedingt ist), d.h. der Anteil auf dem strukturierten Substrat beträgt vorzugsweise 3% bis 99%, besonders bevorzugt 5% bis 80%, ganz besonders bevorzugt 7% bis 70%, insbesondere 10 bis 50%. Dies erlaubt nicht nur eine bessere Nachweisbarkeit gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Strukturierung/Beschichtung von Substraten, sondern hat diesen gegenüber den Vorteil, dass weniger Defekte oder anfälligere Strukturen in die Ebene eines Substrates, insbesondere in die Oberfläche eingebracht werden, um die hierin definierten Eigenschaften zu erzielen. In contrast to conventional methods for forming structures with anti-glare properties (e.g. etching, sandblasting, polymer coatings), it is not necessary for the entire surface to be structured and/or coated. The proportion of the surface structured in this way (degree of coverage of pegs per unit area, which is determined by the number and diameter of the inverse pegs), i.e. the proportion on the structured substrate is preferably 3% to 99%, particularly preferably 5% to 80%, very particularly preferably 7% to 70%, especially 10 to 50%. This not only allows better detectability compared to conventional methods for structuring/coating substrates, but also has the advantage over them that fewer defects or more susceptible structures are introduced into the plane of a substrate, in particular into the surface, in order to achieve the properties defined herein .
Im Sinne der Erfindung beschreibt ein strukturiertes Substrat mit Anti-Glare-Eigenschaften auch ein solches Substrat, welches eine Punktstruktur umfasst, wobei die Punktstruktur aus sich überlagernden Strukturen besteht, wobei mindestens eine Struktur Abmessungen im Submikrometerbereich aufweist, und wobei zumindest eine Struktur aus inversen Zapfen (wie hierin definiert) gebildet ist, welche insbesondere durch interferierende Laserstrahlen erzeugbar sind. For the purposes of the invention, a structured substrate with anti-glare properties also describes such a substrate which comprises a dot structure, wherein the dot structure consists of superimposed structures, wherein at least one structure has dimensions in the submicrometer range, and wherein at least one structure consists of inverse cones (as defined herein), which can be generated in particular by interfering laser beams.
Beispielsweise lässt sich eine Punktstruktur, insbesondere die Punktstruktur aus sich überlagernden Strukturen, bei dem Einsatz von interferierenden Laserstrahlen durch entsprechende Ausgestaltung der Parameter (Auswahl der Laserstrahlungsquelle, Anordnung der optischen Elemente) an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung optimal angepasst werden. For example, when using interfering laser beams, a point structure, in particular the point structure made up of superimposed structures, can be optimally adapted to the requirements of the respective application by appropriately designing the parameters (selection of the laser radiation source, arrangement of the optical elements).
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das strukturierte Substrat nicht bloß ein einzelnes Interferenzpixel einer Art, bspw. eines ersten Interferenzpixels, eines zweiten Interferenzpixels und/oder eines dritten Interferenzpixels, sondern es sind mehrere Interferenzpixel einer Art, bspw. mehrere erste Interferenzpixel und/oder mehrere zweite Interferenzpixel jeweils unabhängig voneinander innerhalb einer Ebene in zumindest einer Raumrichtung (x- und/oder y-Ausrichtung), besonders bevorzugt in zwei Raumrichtungen (flächig), benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet. So kann bspw. vorgesehen sein, dass in einem ersten Schritt zumindest mehrere erste Interferenzpixel (10) innerhalb einer Ebene in zumindest eine Raumrichtung benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet auf eine Ebene auf einer Oberfläche oder im Volumen des zu strukturierenden Substrates appliziert werden (siehe bspw. Fig. 6) und in einem zweiten Schritt diesen mehreren ersten Interferenzpixel (10) mehrere zweite Interferenzpixel (11) innerhalb einer Ebene in zumindest die gleiche Raumrichtung benachbart repetitiv versetzt zueinander überlagert appliziert werden. Gleichwohl kann vorgesehen sein, dass diese mehreren ersten Interferenzpixel (10) und mehreren zweiten Interferenzpixel (11) alternierend, also abwechselnd - d.h. ein erstes Interferenzpixel, dann ein zweites Interferenzpixel und erneut von vorn - auf die Ebene appliziert werden. According to a preferred embodiment of the present invention, the structured substrate not only comprises a single interference pixel of one type, for example a first interference pixel, a second interference pixel and/or a third interference pixel, but rather there are several interference pixels of one type, for example several first interference pixels and/or or a plurality of second interference pixels, each independently of one another within a plane in at least one spatial direction (x and/or y orientation), particularly preferably in two spatial directions (planar), arranged adjacently and repetitively offset from one another. For example, it can be provided that in a first step at least several first interference pixels (10) are applied within a plane in at least one spatial direction adjacent to one another, repetitively offset from one another, on a plane on a surface or in the volume of the substrate to be structured (see, for example, Fig. 6) and in a second step, several second interference pixels (11) are applied adjacent to these several first interference pixels (10) within a plane in at least the same spatial direction, repeatedly offset from one another. Nevertheless, it can be provided that these several first interference pixels (10) and several second interference pixels (11) are applied to the plane alternately, i.e. alternately - that is, a first interference pixel, then a second interference pixel and again from the front.
Dadurch wird vorteilhaft einerseits der Bereich, auf dem die gerichtete Reflektion reduziert wird, vergrößert. Weiterhin eröffnet eine Anordnung, bei der eine Vielzahl von Interferenzpixeln wenigstens in eine Raumrichtung benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet sind eine Reihe von einstellbaren Freiheitsgraden. On the one hand, this advantageously increases the area in which the directed reflection is reduced. Furthermore, an arrangement in which a large number of interference pixels are arranged adjacent to one another and repeatedly offset at least in one spatial direction opens up a series of adjustable degrees of freedom.
Durch das Anordnen mehrerer erster Interferenzpixel (10) und mehrerer zweiter Interferenzpixel (11) können gezielt Eigenschaften, insbesondere ein Anti-Glare-Effekt über einen großen Bereich insbesondere flächig auf eine Ebene des Substrates, die durch eine Oberfläche des Substrates aufgespannt wird, oder innerhalb des Volumens des Substrates erreicht /aufgebracht werden. Eine derartige Strukturierung mit mehreren ersten Interferenzpixeln (10) und mehreren zweiten Interferenzpixeln (11) kann bspw. durch ein Abscannen des Substrates mit einem Polygonscanner erfolgen. By arranging a plurality of first interference pixels (10) and a plurality of second interference pixels (11), properties, in particular an anti-glare effect, can be achieved in a targeted manner over a large area, in particular flat on a plane of the substrate, which is spanned by a surface of the substrate, or within of the volume of the substrate can be achieved/applied. Such structuring with a plurality of first interference pixels (10) and a plurality of second interference pixels (11) can be achieved, for example, by scanning the substrate with a polygon scanner.
Die einander überlagerten Interferenzpixel unterschiedlicher Arten, bspw. eines ersten Interferenzpixels, eines zweiten Interferenzpixels und/oder eines weiteren Interferenzpixels, können global (d.h. über die Ausdehnung der zu strukturierenden Ebene) wahlweise eine periodische oder eine nicht-periodische Punktstruktur ausbilden. Eine vollperiodische Punktstruktur wird erzeugt bzw. liegt vor, wenn die Pixel eines Interferenzpixels einer ersten Art und die dazu überlagerten Pixel eines Interferenzpixels einer anderen Art zueinander jeweils um ein ganzes Vielfaches (bspw. 2, 3, 4, 5) der Interferenzperiode (pn) in eine Raumrichtung zueinander verschoben sind. Es ergibt sich dadurch über die Ausdehnung der zu strukturierenden Ebene ein vollperiodisches Muster, dessen Periode der Interferenzperiode (pn) entspricht. Eine quasi-periodische Punktstruktur wird erzeugt bzw. liegt vor, wenn die Pixel einer ersten Art und die dazu überlagerten Pixel eines Interferenzpixels einer anderen Art zueinander jeweils um ein gleiches, von einem ganzen Vielfachen abweichendem, Vielfachen (bspw. 0,5; 1 ,3; 2,6) der Interferenzperiode (pn) in eine Raumrichtung zueinander verschoben sind. Dem gegenüber wird durch die Pixel einer ersten Art und die dazu überlagerten Pixel eines Interferenzpixels einer anderen Art eine nicht-periodische Punktstruktur erzeugt bzw. liegt vor, wenn die überlagerten ersten Interferenzpixel und die überlagerten zweiten Interferenzpixel unterschiedliche Interferenzperioden aufweisen und/oder die benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordneten Pixel zumindest einer Art eines Interferenzpixels verdreht, bspw. alternierend oder sukzessive verdreht appliziert sind. The superimposed interference pixels of different types, for example a first interference pixel, a second interference pixel and/or a further interference pixel, can either form a periodic or a non-periodic point structure globally (ie over the extent of the plane to be structured). A fully periodic point structure is created or exists when the pixels of an interference pixel of a first type and the superimposed pixels of an interference pixel of a different type are each separated by a whole multiple (e.g. 2, 3, 4, 5) of the interference period (p n ) are shifted in a spatial direction relative to each other. This results in a fully periodic pattern across the extent of the level to be structured, the period of which corresponds to the interference period (p n ). A quasi-periodic dot structure is created or exists when the pixels of a first type and the superimposed pixels of an interference pixel of a different type are each by the same amount, of a whole Multiples of different multiples (e.g. 0.5; 1.3; 2.6) of the interference period (p n ) are shifted in a spatial direction relative to one another. In contrast, a non-periodic dot structure is generated by the pixels of a first type and the pixels of an interference pixel of a different type superimposed thereon or is present when the superimposed first interference pixels and the superimposed second interference pixels have different interference periods and/or the adjacent ones are repetitively offset Pixels arranged in relation to each other of at least one type of interference pixel are twisted, for example applied alternately or successively twisted.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Punktstrukturen, umfassend zumindest eine Vielzahl von ersten Interferenzpixeln zumindest einer ersten Interferenzperiode (pi) und eine Vielzahl von zweiten Interferenzpixeln zumindest einer zweiten Interferenzperiode (p2) quasi-periodisch oder nicht-periodisch, besonders bevorzugt nicht-periodisch ausgebildet, wobei eine solche Punktstruktur vorzugsweise aus der Überlagerung von zumindest einem ersten Interferenzpixel und einem zweiten Interferenzpixel gebildet sind, die jeweils für sich genommen in zumindest eine Raumrichtung benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet sind und hierin jeweils für sich genommen eine periodische oder quasiperiodische Punktstruktur ausbilden. According to a preferred embodiment of the present invention, the point structures, comprising at least a plurality of first interference pixels of at least a first interference period (pi) and a plurality of second interference pixels of at least a second interference period (p 2 ), are quasi-periodic or non-periodic, particularly preferably not -periodically formed, such a point structure preferably being formed from the superimposition of at least a first interference pixel and a second interference pixel, each of which is arranged adjacent to one another in at least one spatial direction in a repetitively offset manner and each of which is a periodic or quasi-periodic point structure form.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass zueinander benachbart angeordnete erste Interferenzpixel (10) und/oder zweite Interferenz pixel (11) variierende Strukturparameter, ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Interferenzperiode des Interferenzpixels, die Strukturtiefe der inversen Zapfen, den Durchmesser der inversen Zapfen, die Form der inversen Zapfen und die Größe der inversen Zapfen, aufweisen. Hierdurch kann vorteilhaft lokal ein hoher Grad an Unordnung, d.h. nicht periodischen Strukturen erzeugt werden, wodurch unerwünschte oder störende optische Effekte, wie Moire-Effekte oder Farbeffekte, die durch Diffraktion an aufgebrachten Mikrostrukturen entstehen, minimiert oder verhindert werden. It can be provided that first interference pixels (10) and/or second interference pixels (11) arranged adjacent to one another have varying structural parameters, selected from the group comprising the interference period of the interference pixel, the structural depth of the inverse cones, the diameter of the inverse cones, the Shape of the inverse cones and the size of the inverse cones. In this way, a high degree of disorder, i.e. non-periodic structures, can advantageously be generated locally, whereby undesirable or disturbing optical effects, such as moiré effects or color effects that arise from diffraction of applied microstructures, are minimized or prevented.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Interferenzperiode der Punktstruktur zumindest eines jeden weiteren Interferenzpixels einer Art, bspw. jedes Interferenzpixel eines ersten Interferenzpixels, jedes Interferenzpixel eines zweiten Interferenzpixels und/oder jedes Interferenzpixel eines dritten Interferenzpixels, im Wesentlichen identisch, d.h. differieren maximal um 0% bis 2,0%, besonders bevorzugt um maximal 0 bis 1 ,0%. Ganz besonders bevorzugt sind die Interferenzperioden identisch.According to a preferred embodiment of the invention, the interference period of the point structure of at least each additional interference pixel of a type, for example each interference pixel of a first interference pixel, each interference pixel of a second interference pixel and/or each interference pixel of a third interference pixel, are essentially identical, i.e. differ by a maximum of 0 % to 2.0%, particularly preferably a maximum of 0 to 1.0%. The interference periods are particularly preferably identical.
Hierdurch können die Parameter der Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung zum Applizieren der Interferenzpixel auf die Ebene des Substrates konstant gehalten werden, was den Aufwand und das Entstehen von Fehlstrukturen minimiert. This allows the parameters of the laser interference structuring device to be used Applying the interference pixels to the plane of the substrate is kept constant, which minimizes the effort and the formation of defective structures.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordneten Interferenzpixel einer Art, bspw. das erste Interferenzpixel, das zweite Interferenzpixel und/oder das dritte Interferenzpixel zum vorhergehenden Interferenzpixel dieser einen Art um eine innerhalb des Interferenzpixels angeordnete (vorzugsweise um eine zentrische) Drehachse (d.h. eine Normale zur Ebene) verdreht, bspw. alternierend oder sukzessive im Verhältnis zum vor-vorhergehenden verdreht. Vorzugsweise wird das nachfolgende Interferenzpixel im Verhältnis zum vorhergehenden Interferenzpixel der Interferenzpixel einer Art im Bereich um 1 ° bis 90°, weiterhin im Bereich um 3° bis 85°, besonders bevorzugt um 5° bis 80°, ganz besonders bevorzugt um 10° bis 75°, insbesondere im Bereich um 15° bis 60° verdreht. Hierdurch wird global über eine Ebene des Substrates, die durch eine Oberfläche des Substrates aufgespannt wird oder innerhalb des Volumens des Substrates, ein hoher Grad an Unordnung, d.h. nicht periodischen Strukturen erzeugt, wodurch ebenfalls unerwünschte oder störende optische Effekte, wie Moire-Effekte oder Farbeffekte, die durch Diffraktion an aufgebrachten Mikrostrukturen entstehen, minimiert oder verhindert werden. Derartige unerwünschte Effekte können bereits minimiert oder gar verhindert werden, wenn das nachfolgende Interferenzpixel im Verhältnis zum vorhergehenden Interferenzpixel der Interferenzpixel einer Art im Bereich um 0,0001 ° bis 5°, weiterhin im Bereich um 0,001° bis 1 °, besonders bevorzugt um 0,001 ° bis 0,1 verdreht, bspw. alternierend oder sukzessive verdreht ist. According to a preferred embodiment of the present invention, the interference pixels of one type, which are arranged adjacently and repetitively offset from one another, for example the first interference pixel, the second interference pixel and/or the third interference pixel, become the previous interference pixel of this one type by an arrangement within the interference pixel (preferably around a centric one ) Axis of rotation (i.e. a normal to the plane) rotated, for example alternately or successively rotated in relation to the previous one. Preferably, in relation to the preceding interference pixel, the subsequent interference pixel is the interference pixel of a type in the range of 1° to 90°, further in the range of 3° to 85°, particularly preferably of 5° to 80°, very particularly preferably of 10° to 75 °, especially twisted in the range of 15° to 60°. As a result, a high degree of disorder, i.e. non-periodic structures, is generated globally across a plane of the substrate, which is spanned by a surface of the substrate or within the volume of the substrate, which also results in undesirable or disturbing optical effects, such as moiré effects or color effects , which arise from diffraction on applied microstructures, can be minimized or prevented. Such undesirable effects can already be minimized or even prevented if the subsequent interference pixel is in the range of 0.0001 ° to 5 °, further in the range of 0.001 ° to 1 °, particularly preferably around 0.001 °, in relation to the previous interference pixel of the interference pixel of a type twisted to 0.1, for example twisted alternately or successively.
Allgemein wird zur Erzeugung geeigneter Anti-Glare-Eigenschaften angestrebt, durch die konkrete Auswahl der Strukturparameter der ersten und zweiten Interferenzpixel und jeder weiteren Art eines Interferenzpixels eine Punktstruktur mit gebrochener Periodizität, also ohne resultierende Periodizität, zu generieren. Bevorzugt sind die erzeugten Punktstrukturen folglich nicht-periodisch angeordnet, wobei vorzugsweise die Interferenzperioden der ersten und der zweiten Interferenzpixel bzw. jeder weiteren Art eines Interferenzpixels verschieden (nicht identisch) zueinander sind. Periodische Effekte, welche das resultierende Bild stören, können so vorteilhaft vermieden werden. In general, in order to generate suitable anti-glare properties, the aim is to generate a point structure with broken periodicity, i.e. without resulting periodicity, through the specific selection of the structural parameters of the first and second interference pixels and any other type of interference pixel. The point structures produced are therefore preferably arranged non-periodically, with the interference periods of the first and second interference pixels or each other type of interference pixel preferably being different (not identical) to one another. Periodic effects that disrupt the resulting image can thus be advantageously avoided.
Aus einer Überlagerung von ersten und zweiten Interferenzpixeln, welche identische Interferenzperioden aufweisen, können periodische Punktstrukturen resultieren, bei denen der unerwünschte Moire-Effekt auftritt. Auch eine nachteilige Änderung des Farbverhaltens wie sie aufgrund von Beugungseffekten an den eingeführten Strukturen auftreten können, werden durch einen hohen Grad an Unordnung vermieden. A superposition of first and second interference pixels, which have identical interference periods, can result in periodic point structures in which the undesirable moiré effect occurs. A disadvantageous change in color behavior, such as can occur due to diffraction effects on the introduced structures, is also avoided by a high degree of disorder.
Die vorhandene Punktstruktur führt zu einem Streuungsverhalten des auftreffenden Lichtes, wobei es sich um eine Vielzahl von minimalen Ablenkungsprozessen der Photonen an den eingebrachten Punktstrukturen handelt. Eine vorhandene Periodizität der Punktstrukturen kann somit eine Verstärkung von Ablenkungen der Photonen, also des Lichtes, in bestimmte Richtungen führen, wodurch ein Flitter oder Glitzer-Effekt erzeugt würde. Während dieser Effekt für bestimmte Anwendungen gewünscht ist, so soll er doch für viele weitere Anwendungen vermieden werden. Die Generierung von nicht-periodischen Strukturen führt hier vorteilhaft zu einer Reduzierung bzw. Vermeidung dieser Glitzereffekte. The existing point structure leads to a scattering behavior of the incident light, which involves a large number of minimal deflection processes of the photons at the point structures introduced. An existing periodicity of the point structures can lead to an increase in deflections of the photons, i.e. the light, in certain directions, which would create a spangle or glitter effect. While this effect is desirable for certain applications, it should be avoided for many other applications. The generation of non-periodic structures advantageously leads to a reduction or avoidance of these glittering effects.
Im vorgenannten Fall liegt der Versatz zwischen dem Interferenz pixel einer ersten Art und dem Interferenzpixel einer zweiten Art, bspw. dem zweiten Interferenz pixel und dem ersten Interferenzpixel im Bereich von 5% < x < 50%, vorzugsweise im Bereich von 10% < x < 50%, insbesondere im Bereich von 20% < x < 50%, besonders bevorzugt im Bereich von 25% < x < 45% der Interferenzperiode. Ist die periodische Punktstruktur derart ausgebildet, dass ein Interferenzpixel einer weiteren Art vorgesehen ist, zumindest ein drittes Interferenzpixel, so ist dieses zu dem Interferenzpixel der vorhergehenden Art derart überlagert angeordnet, dass der Versatz zwischen dem Interferenz pixel der weiteren Art, bspw. dem dritten Interferenzpixel und dem zweiten Interferenzpixel im Bereich von 5% < x < 50%, vorzugsweise im Bereich von 10% < x < 50%, insbesondere im Bereich von 20% < x < 50%, besonders bevorzugt im Bereich von 25% < x < 45% der Interferenzperiode liegt. Ein Versatz, welcher unterhalb der Interferenzperiode liegt, führt zu einer Erhöhung der Strukturdichte bzw. Dichte der Punktstruktur, woraus also ein erhöhter Streuquerschnitt und vorteilhaft ein größerer Streueffekt bzw. eine stärkere Verminderung der gerichteten Reflexion resultiert. In the aforementioned case, the offset between the interference pixel of a first type and the interference pixel of a second type, for example the second interference pixel and the first interference pixel, is in the range of 5% < x < 50%, preferably in the range of 10% < x < 50%, in particular in the range of 20% <x <50%, particularly preferably in the range of 25% <x <45% of the interference period. If the periodic point structure is designed in such a way that an interference pixel of a further type is provided, at least a third interference pixel, this is arranged superimposed on the interference pixel of the previous type in such a way that the offset between the interference pixel of the further type, for example the third interference pixel and the second interference pixel in the range of 5% <x <50%, preferably in the range of 10% <x <50%, in particular in the range of 20% <x <50%, particularly preferably in the range of 25% <x <45 % of the interference period. An offset that is below the interference period leads to an increase in the structure density or density of the point structure, which results in an increased scattering cross section and advantageously a larger scattering effect or a greater reduction in directed reflection.
Nach einer bevorzugten Variante sind wenigstens 10 Interferenzpixel auf der Oberfläche des Substrates angeordnet. Der Versatz zwischen den unterschiedlichen Interferenzpixeln ist dabei bevorzugt nicht identisch. According to a preferred variant, at least 10 interference pixels are arranged on the surface of the substrate. The offset between the different interference pixels is preferably not identical.
Nach einer besonders bevorzugten Variante sind wenigstens 30 Interferenzpixel aus wenigstens drei inversen Zapfen in einer Ebene, vorzugsweise auf der Oberfläche, des Substrates angeordnet. Der Versatz und in einer Variante, bei der der Versatz groß ist, auch der Abstand zwischen den benachbarten Interferenzpixeln weist dabei wenigstens fünf, vorzugsweise wenigstens zehn, unterschiedliche Werte auf. Eine derart inhomogene Verteilung der Interferenz pixel vermindert periodische Effekte und verhindert oder reduziert das Auftreten von unerwünschten Begleiterscheinungen, wie beispielsweise das Auftreten des unerwünschten Moire-Effektes. According to a particularly preferred variant, at least 30 interference pixels made up of at least three inverse cones are arranged in a plane, preferably on the surface, of the substrate. The offset and, in a variant in which the offset is large, also the distance between the neighboring interference pixels has at least five, preferably at least ten, different values. Such an inhomogeneous one Distribution of the interference pixels reduces periodic effects and prevents or reduces the occurrence of undesirable side effects, such as the occurrence of the undesirable moiré effect.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das strukturierte Substrat, insbesondere die auf der Oberfläche des Substrates applizierte Punktstruktur zumindest eine weitere Art eines Interferenzpixel mit einer weiteren Interferenzperiode (pn), bspw. ein drittes Interferenzpixel (12) mit einer dritten Interferenzperiode (p3) auf, wobei das weitere, bspw. das dritte Interferenzpixel (12) entsprechend der vorgenannten Ansprüche zu dem ersten Interferenzpixel (10) und zweiten Interferenzpixel (11) überlagert angeordnet ist. Hierdurch können in der Ebene des zu strukturierenden Substrates vorteilhaft weitere Defekte (d.h. Punktstrukturen im Mikro- und Submikrometerbereich) erzeugt werden. Eine höhere Anzahl an inversen Zapfen erhöht die Anzahl der Streuzentren und reduziert die gerichtete Reflektion. Vorteilhaft kann hierdurch auch der Grad an Unordnung, d.h. nicht periodischen Strukturen erhöht werden, wodurch unerwünschte oder störende optische Effekte, wie Moire-Effekte oder Farbeffekte, die durch Diffraktion an aufgebrachten Mikrostrukturen entstehen, minimiert oder verhindert werden. Darüber hinaus reduziert oder vermeidet dies beispielsweise bei dem Einsatz von Displays das Auftreten eines sog. Glitzer- bzw. Glitter-Effektes, der in Folge von Oberflächenstrukturen größer oder gleich von Displaypixeln auftritt. Bei einem Glitzer- bzw. Glitter- Effekt leuchtet ein Displaypixel nur einen Teil des Oberflächenmerkmals aus, so dass Streueffekte entstehen, die man makroskopisch als periodisches Muster wahrnimmt. According to a preferred embodiment of the present invention, the structured substrate, in particular the dot structure applied to the surface of the substrate, has at least one further type of interference pixel with a further interference period (p n ), for example a third interference pixel (12) with a third interference period (p 3 ), wherein the further, for example the third interference pixel (12) is arranged superimposed on the first interference pixel (10) and second interference pixel (11) in accordance with the aforementioned claims. As a result, further defects (ie point structures in the micro- and sub-micrometer range) can advantageously be generated in the plane of the substrate to be structured. A higher number of inverse cones increases the number of scattering centers and reduces directional reflection. This can also advantageously increase the degree of disorder, ie non-periodic structures, thereby minimizing or preventing undesirable or disturbing optical effects, such as moiré effects or color effects that arise from diffraction of applied microstructures. In addition, when using displays, for example, this reduces or avoids the occurrence of a so-called glitter effect, which occurs as a result of surface structures larger than or equal to display pixels. With a glitter effect, a display pixel only illuminates part of the surface feature, creating scattering effects that are perceived macroscopically as a periodic pattern.
Insbesondere handelt es sich bei der hierin definierten Punktstruktur um eine antiperiodische Punktstruktur aus inversen Zapfen mit mittleren Abmessungen im Mikrometerbereich, wobei die Struktur eines Interferenzpixels insbesondere einen mittleren Abstand bezogen auf den jeweiligen Sattelpunkt bzw. Höhenmittelpunkt zweier benachbarter Zapfen eines Interferenzpixels von 1 pm bis 50 pm, besonders bevorzugt 5 pm bis 50 pm, ganz besonders bevorzugt von 10 pm bis 30 pm aufweist. Dieser bevorzugt antiperiodischen Punktstruktur im Mikrometerbereich kann eine weitere Struktur im Nanometerbereich überlagert sein, wobei die mittlere Abmessung der überlagernden Struktur bevorzugt Abmessungen im Bereich der Laserwellenlänge A, bzw. A/2, insbesondere von 100 nm bis 1.000 nm, besonders bevorzugt von 200 nm bis 500 nm aufweist. Im Sinne der Erfindung wird eine solche Struktur auch als hierarchische Struktur bezeichnet. In particular, the point structure defined here is an antiperiodic point structure made of inverse cones with average dimensions in the micrometer range, the structure of an interference pixel in particular having an average distance based on the respective saddle point or height center of two adjacent cones of an interference pixel of 1 pm to 50 pm , particularly preferably 5 pm to 50 pm, very particularly preferably from 10 pm to 30 pm. A further structure in the nanometer range can be superimposed on this preferably antiperiodic point structure in the micrometer range, the average dimension of the superimposed structure preferably having dimensions in the range of the laser wavelength A or A/2, in particular from 100 nm to 1,000 nm, particularly preferably from 200 nm to 500 nm. For the purposes of the invention, such a structure is also referred to as a hierarchical structure.
Dabei bezeichnet eine hierarchische Strukturierung eine Struktur, bei welcher eine erste Struktur mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, insbesondere im Mikrometerbereich, welche einem Interferenzmuster entspricht, von einer weiteren Struktur überlagert ist, welche Abmessungen aufweist, die unterhalb der Abmessungen der ersten Struktur liegen und welche bspw. durch einen Selbstorganisationsprozess ausgebildet ist. Bevorzugt befinden sich die Abmessungen der weiteren Struktur, die Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagernde Struktur im Nanometerbereich, welche bspw. durch einen Selbstorganisationsprozess ausgebildet ist, im Bereich von 1% bis 30%, besonders bevorzugt im Bereich von 1% bis 10% der Abmessungen der ersten Struktur, welche einem Interferenzmuster entspricht. A hierarchical structuring refers to a structure in which a first structure with dimensions in the micrometer or submicrometer range, in particular in the Micrometer range, which corresponds to an interference pattern, is overlaid by a further structure which has dimensions that are below the dimensions of the first structure and which is formed, for example, by a self-organization process. The dimensions of the further structure, the structure in the nanometer range superimposing the dot structure in the micrometer range, which is formed, for example, by a self-organization process, are preferably in the range from 1% to 30%, particularly preferably in the range from 1% to 10% of the dimensions of the first Structure that corresponds to an interference pattern.
Insbesondere weist die, die Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagernde Struktur im Nanometerbereich eine periodische Wellenstruktur, vorzugsweise eine vollperiodische Wellenstruktur auf, wobei das Material auf der Oberfläche des Substrats im Bereich der sich überlagernden Struktur eine Abfolge von Wellenbergen und Wellentälern aufweist, deren Periodizität im Submikrometerbereich, bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm, besonders bevorzugt von 200 nm bis 500 nm liegt. Hierdurch können in der strukturierten Ebene, insbesondere auf der Oberfläche des Substrats zusätzlich vorteilhaft Antireflexionseigenschaften eingebracht werden. Durch die Strukturen im Nanometerbereich wird gewährleistet, dass Licht, das auf das Substrat eintrifft, weniger reflektiert bzw. unter einem so flachen Winkel reflektiert, dass es bei normaler Betrachtung der Materialoberfläche nicht „störend“ wirkt. In particular, the structure overlying the dot structure in the micrometer range has a periodic wave structure in the nanometer range, preferably a fully periodic wave structure, wherein the material on the surface of the substrate in the area of the superimposed structure has a sequence of wave crests and troughs, the periodicity of which is preferably in the submicrometer range is in the range from 100 nm to 1,000 nm, particularly preferably from 200 nm to 500 nm. In this way, additional anti-reflection properties can advantageously be introduced in the structured plane, in particular on the surface of the substrate. The structures in the nanometer range ensure that light that hits the substrate is reflected less or is reflected at such a flat angle that it does not appear “disturbing” when the material surface is viewed normally.
Vorzugsweise ist eine hierin beschriebene überlagernde Struktur im Nanometerbereich oder im Submikrometerbereich, bevorzugt eine Säulen- oder Wellenstruktur im Submikrometerbereich oder im Nanometerbereich, ausschließlich in den inversen Zapfen angeordnet. Preferably, an overlaying structure described herein in the nanometer range or in the submicrometer range, preferably a column or wave structure in the submicrometer range or in the nanometer range, is arranged exclusively in the inverse pegs.
Bevorzugt weist eine solche Säulenstruktur eine Periodizität im Submikrometerbereich auf, welche bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 1.000 nm, vorzugsweise von 100 bis 1.000 nm, besonders bevorzugt von 200 nm bis 500 nm liegt. Hierdurch können in der strukturierten Ebene, insbesondere auf der Oberfläche des Substrats zusätzlich vorteilhaft Antireflexionseigenschaften eingebracht werden. Such a column structure preferably has a periodicity in the submicrometer range, which is preferably in the range from 50 nm to 1,000 nm, preferably from 100 to 1,000 nm, particularly preferably from 200 nm to 500 nm. In this way, additional anti-reflection properties can advantageously be introduced in the structured plane, in particular on the surface of the substrate.
Durch die Strukturen im Submikrometerbereich oder im Nanometerbereich wird gewährleistet, dass Licht, das auf das Substrat eintrifft, weniger reflektiert wird bzw. unter einem so flachen Winkel reflektiert wird, dass es bei normaler Betrachtung der Materialoberfläche nicht „störend“ wirkt. Insbesondere wirken derart kleine Strukturen so, dass die Reflektion reduziert wird. Es kann somit ein Substrat erzeugt werden, welches sowohl Anti-Glare-Eigenschaften als auch Antireflexionseigenschaften aufweist. Die überlagerte Struktur im Submikrometerbereich oder im Nanometerbereich kommt dabei somit nur in der Punktstruktur vor, welche mit einer größeren Interferenzperiode erzeugt wird. Eine solche Struktur hat den Vorteil, dass sie effizient erzeugbar ist, insbesondere unter Ausnutzen von Selbstorganisationsprozessen. Dadurch kann eine Strukturierung vorteilhaft wirtschaftlicher realisiert werden. The structures in the submicrometer or nanometer range ensure that light that hits the substrate is reflected less or is reflected at such a flat angle that it does not appear “disturbing” when the material surface is viewed normally. In particular, such small structures have the effect of reducing reflection. A substrate can thus be produced which has both anti-glare properties and anti-reflection properties. The superimposed structure in the submicrometer range or in the nanometer range only occurs in the point structure, which is generated with a larger interference period. Such a structure has the advantage that it can be created efficiently, especially by exploiting self-organization processes. This means that structuring can advantageously be implemented more economically.
Die periodische Punktstruktur im Nanometerbereich ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass das strukturierte Substrat bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 1 .000 nm elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 550 nm, bevorzugt bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 750 nm von mehr als 500 nm, ganz besonders bevorzugt bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 600 nm von mehr als 450 nm transmittiert. In Abhängigkeit der Strukturtiefe der inversen Zapfen können somit insbesondere Wellenlängen im roten und/oder gelben Lichtspektrum, im grünen Lichtspektrum bis hin ins blaue Lichtspektrum in das Substrat transmittieren. The periodic dot structure in the nanometer range is preferably designed in such a way that the structured substrate receives electromagnetic radiation with a wavelength of more than 550 nm with a periodic dot structure of less than 1,000 nm, preferably more than with a periodic dot structure of less than 750 nm 500 nm, most preferably with a periodic dot structure of less than 600 nm transmitted by more than 450 nm. Depending on the structural depth of the inverse cones, wavelengths in the red and/or yellow light spectrum, in the green light spectrum and even in the blue light spectrum can therefore transmit into the substrate.
Im Sinne der Erfindung beziehen sich Antireflexionseigenschaften hierin auf das vermehrte Transmittieren, bzw. Beugen von einfallender elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts, insbesondere mit Wellenlängen im Bereich von 400 nm bis 780 nm als auch auf den Bereich von Infrarotstrahlung, bzw. In the sense of the invention, anti-reflection properties refer to the increased transmission or diffraction of incident electromagnetic radiation with wavelengths in the range of visible light, in particular with wavelengths in the range from 400 nm to 780 nm, as well as in the range of infrared radiation, or
Wärmestrahlung, insbesondere mit Wellenlängen im Bereich von 780 nm bis 1 mm. Dabei zeichnet sich das Substrat dadurch aus, dass die von ihm umfasste periodische Punktstruktur vorzugsweise Abmessungen im Submikrometerbereich, besonders bevorzugt im Nanometerbereich aufweist. Ganz besonders bevorzugt sind die Abmessungen der periodischen Punktstruktur im Bereich der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts. So sind die Abmessungen der periodischen Punktstruktur bevorzugt im Bereich von 630 nm bis 700 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem Licht, im Bereich von 590 nm bis 630 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem und orangenem Licht, im Bereich von 560 nm bis 590 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem und gelben Licht, im Bereich von 500 nm bis 560 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem und grünem Licht, im Bereich von 475 nm bis 500 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem und türkisem Licht, im Bereich von 450 nm bis 475 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem, türkisem und blauem Licht, im Bereich von 425 nm bis 450 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem, türkisem, blauem und indigofarbenem Licht, im Bereich von 400 nm bis 425 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem, türkisem, blauem, indigofarbenem und violettem Licht. Somit lassen sich durch das Verändern der Abmessungen der periodischen Punktstruktur die Antireflexionseigenschaften des Substrats kontrollieren. Thermal radiation, especially with wavelengths in the range from 780 nm to 1 mm. The substrate is characterized in that the periodic dot structure it comprises preferably has dimensions in the submicrometer range, particularly preferably in the nanometer range. The dimensions of the periodic point structure are particularly preferred in the range of the wavelength of electromagnetic radiation in the range of visible light. The dimensions of the periodic dot structure are preferably in the range of 630 nm to 700 nm for transmitting or diffracting red light, in the range of 590 nm to 630 nm for transmitting or diffracting red and orange light, in the range of 560 nm to 590 nm for transmitting or diffracting red, orange and yellow light, in the range from 500 nm to 560 nm for transmitting or diffracting red, orange, yellow and green light, in the range from 475 nm to 500 nm for transmitting or bending red, orange, yellow, green and turquoise light, in the range of 450 nm to 475 nm for transmitting or bending red, orange, yellow, green, turquoise and blue light, in the range of 425 nm to 450 nm for transmitting or bending red, orange, yellow, green, turquoise, blue and indigo light, in the range from 400 nm to 425 nm for transmitting or bending red, orange, yellow, green, turquoise , blue, indigo and violet light. Thus, by changing the Dimensions of the periodic dot structure control the anti-reflection properties of the substrate.
In einer Ausgestaltung der Erfindung eignet sich das hierin offenbarte Verfahren und die hierin offenbarte Vorrichtung zum Erzeugen eines Substrates, das eine periodische Punktstruktur im Nanometerbereich, welche bspw. mittels Laserinterferenzstrukturierung erzeugt wurde, umfasst und welches sich durch Antireflexionseigenschaften auszeichnet. Im Sinne der Erfindung beziehen sich Antireflexionseigenschaften hierin auch auf das vermehrte Transmittieren, bzw. Beugen von einfallender elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen im Bereich des nicht sichtbaren Lichts, insbesondere im Bereich von Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung), insbesondere mit Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 380 nm. Dabei zeichnet sich das Substrat dadurch aus, dass die von ihm umfasste periodische Punktstruktur vorzugsweise Abmessungen im Nanometerbereich aufweist. Vorteilhaft ist ein so strukturiertes Substrat in Bereichen einsetzbar, in denen ein Schutz vor UV-Strahlung notwendig ist. In one embodiment of the invention, the method disclosed herein and the device disclosed herein are suitable for producing a substrate which comprises a periodic dot structure in the nanometer range, which was generated, for example, by means of laser interference structuring, and which is characterized by anti-reflection properties. In the sense of the invention, anti-reflection properties also refer to the increased transmission or diffraction of incident electromagnetic radiation with wavelengths in the range of invisible light, in particular in the range of ultraviolet radiation (UV radiation), in particular with wavelengths in the range from 100 nm to 380 nm. The substrate is characterized in that the periodic point structure it comprises preferably has dimensions in the nanometer range. A substrate structured in this way can advantageously be used in areas where protection from UV radiation is necessary.
Die mittlere Strukturtiefe dieser, die Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagernden, Struktur im Nanometerbereich liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 500 nm. The average structure depth of this structure in the nanometer range, which superimposes the dot structure in the micrometer range, is preferably in the range from 10 to 500 nm.
Aufgrund der Dimensionierung der, die Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagernden, Struktur im Nanometerbereich im Verhältnis zur Punktstruktur im Mikrometerbereich bietet es sich an, diese periodische Nanometerstruktur, vorzugsweise eine vollperiodische Wellenstruktur nach dem Applizieren der Punktstruktur im Mikrometerbereich zu applizieren, da anderenfalls die überlagernde Struktur im Nanometerbereich durch das Applizieren der weitaus größeren Punktstruktur im Mikrometerbereich zerstört werden könnte. Due to the dimensioning of the nanometer-range structure overlying the point structure in the micrometer range in relation to the point structure in the micrometer range, it is advisable to apply this periodic nanometer structure, preferably a fully periodic wave structure, after applying the point structure in the micrometer range, otherwise the overlying structure in the nanometer range could be destroyed by applying the much larger dot structure in the micrometer range.
Die Wellenstruktur, die die periodische Punktstruktur aus inversen Zapfen mit mittleren Abmessungen im Mikrometerbereich überlagert, kann während des Strukturierungsprozesses, d.h. beim Auftreffen eines Laserpulses in das zu strukturierende Substrat als Folge des Auftretens eines Bereiches hoher Intensität ausgebildet werden, wobei die Strukturierung durch einen Selbstorganisationsprozess erfolgt, welcher durch das zumindest teilweise Aufschmelzen des Substratmaterials mittels eines Laserpulses in einem Bereich hoher Intensität angeregt wird. Insbesondere wird die Wellenstruktur unter Ausnutzen von laser-induzierten periodischen Oberflächenstrukturen (engl. Laser-induced Periodic Surface Structures - LIPSS) erzeugt, wobei das Auftreten dieser Oberflächenstrukturen an das Erzeugen der Punktstrukturen mittels interferierender Laserstrahlen gekoppelt ist. Alternativ dazu kann die Wellenstruktur, die die erfindungsgemäße Punktstruktur aus inversen Zapfen mit mittleren Abmessungen im Mikrometerbereich überlagert, auch durch ein nachfolgendes Applizieren eines weiteren Interferenzpixels auf die Oberfläche des (vorstrukturierten) Substrates erfolgen, wobei die mit dem weiteren Interferenzpixel generierten Strukturen eine Strukturperiode bezogen auf die Zapfen, die durch das weitere Interferenzpixel gebildet sind, im statistischen Mittel im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm, bevorzugt im Bereich von 200 nm bis 500 nm aufweisen. The wave structure, which superimposes the periodic point structure of inverse cones with average dimensions in the micrometer range, can be formed during the structuring process, ie when a laser pulse hits the substrate to be structured as a result of the appearance of a high intensity region, the structuring being carried out by a self-organization process , which is excited by the at least partial melting of the substrate material by means of a laser pulse in a region of high intensity. In particular, the wave structure is generated using laser-induced periodic surface structures (Laser-induced Periodic Surface Structures - LIPSS), whereby the appearance of these surface structures is coupled to the generation of the point structures using interfering laser beams. Alternatively, the wave structure, which superimposes the point structure according to the invention made of inverse cones with average dimensions in the micrometer range, can also be achieved by subsequently applying a further interference pixel to the surface of the (pre-structured) substrate, the structures generated with the further interference pixel being related to a structure period the cones, which are formed by the further interference pixel, have a statistical average in the range from 100 nm to 1,000 nm, preferably in the range from 200 nm to 500 nm.
Für hierarchische Strukturen gibt es zahlreiche technische Anwendungsgebiete, wie bspw. im Bereich der Herstellung von Substraten mit hydrophoben oder superhydrophoben sowie hydrophilen oder superhydrophilen Oberflächen und Substrate mit Anti-Icing, oder Anti- Fogging Eigenschaften neben den eingangs genannten Substraten mit Anti-Glare- Eigenschaften. There are numerous technical areas of application for hierarchical structures, such as in the area of producing substrates with hydrophobic or superhydrophobic as well as hydrophilic or superhydrophilic surfaces and substrates with anti-icing or anti-fogging properties in addition to the substrates with anti-glare properties mentioned above .
Vorteilhaft ist somit eine flächige Strukturierung eines Substrats, bspw. mit Anti-Glare- Eigenschaften durch interferierende Laserstrahlen und unter Ausnutzen von laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen möglich, ohne eine lange Bearbeitungszeit oder eine hohe Anzahl an sukzessiv ausführbaren Prozessschritten in Kauf nehmen zu müssen. Die Erfindung ermöglicht somit ein simultanes Erzeugen von hierarchischen Strukturen, welche im technischen Bereich sowohl im Bereich von Substraten mit Antireflexionseigenschaften, als auch im Bereich von selbstreinigenden, hydrophoben oder superhydrophoben, sowie hydrophilen oder superhydrophilen Substraten mit Antireflexionseigenschaften und/oder anti-fogging Eigenschaften einsetzbar sind. A flat structuring of a substrate, for example with anti-glare properties through interfering laser beams and using laser-induced periodic surface structures, is therefore advantageously possible without having to accept a long processing time or a large number of process steps that can be carried out successively. The invention thus enables simultaneous creation of hierarchical structures, which can be used in the technical field both in the field of substrates with anti-reflection properties and in the field of self-cleaning, hydrophobic or superhydrophobic, as well as hydrophilic or superhydrophilic substrates with anti-reflection properties and / or anti-fogging properties .
Weiterhin eignet sich das erfindungsgemäß strukturierte Substrat zur weiteren Bearbeitung, beispielsweise einer chemischen und/oder physikalischen Behandlung an. Insbesondere eignen sich chemische Sprühbeschichtungen und/oder Sol-Gel-Prozesse, um die hierin definierten Eigenschaften, die mit der erfindungsgemäßen Strukturierung erhalten werden, zu steigern oder die Eigenschaften des strukturierten Substrates durch das Aufbringen anderer von Schichten (bspw. Antireflexionseigenschaften und/oder hydrophoben oder superhydrophoben und/oder hydrophilen oder superhydrophilen Eigenschaften) zu modifizieren. Furthermore, the substrate structured according to the invention is suitable for further processing, for example chemical and/or physical treatment. Chemical spray coatings and/or sol-gel processes are particularly suitable for increasing the properties defined herein that are obtained with the structuring according to the invention or for improving the properties of the structured substrate by applying other layers (e.g. anti-reflection properties and/or hydrophobic ones or superhydrophobic and/or hydrophilic or superhydrophilic properties).
Es kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, dass die strukturierten Substrate durch Ätzen mit Säuren (bspw. Flusssäure) oder durch das Auslaugen der Oberfläche in basischen Lösungen nachträglich modifiziert werden. Vorzugsweise kann eine selektive Ätzung erfolgen. So greifen Säuren oder Basen bevorzugt in den erzeugten StrukturtälernZ-minima, also in den inversen Zapfen, an. Darüber hinaus lässt sich der Ätzengrad oder die Ätzgeschwindigkeit über die Dichte der Mikrostrukturen (Bedeckungsgrad an Zapfen pro Flächeneinheit, der durch die Anzahl und den Durchmesser der inversen Zapfen bedingt ist) einstellen. It can also be provided that the structured substrates are subsequently modified by etching with acids (e.g. hydrofluoric acid) or by leaching the surface in basic solutions. Preferably, a selective etching take place. Acids or bases attack preferentially in the structural valleys created in the Z minima, i.e. in the inverse cones. In addition, the degree of etching or the etching speed can be adjusted via the density of the microstructures (degree of coverage of pins per unit area, which is determined by the number and diameter of the inverse pins).
Bei der Laserinterferenzstrukturierung werden die Interferenzmaxima bzw. Bereiche hoher Intensität des Interferenzbildes von mehreren überlagerten Laser(teil-)strahlen in dreidimensionale Punktstrukturen in Form von inversen Zapfen auf einer Oberfläche des Substrats oder in einer Ebene innerhalb des Volumens des Substrates überführt. During laser interference structuring, the interference maxima or high-intensity regions of the interference image are converted from several superimposed laser (partial) beams into three-dimensional point structures in the form of inverse cones on a surface of the substrate or in a plane within the volume of the substrate.
Die physikalischen/ chemischen Effekte zur Erzeugung der Punktstrukturen treten dabei erst ab einer bestimmten Energieschwelle, also ab einer bestimmten Intensitätsschwelle, auf. Diese Energieschwelle begrenzt die Größe des Interferenzpixels, da eine Abnahme der Intensität der Maxima hin zu den Rändern der überlagerten Laser(teil-)strahlen erfolgt. Wenn die Intensität an den Rändern zu schwach ist, so erfolgt in diesen Bereichen keine Strukturierung im Sinne der Erfindung. The physical/chemical effects for producing the point structures only occur from a certain energy threshold, i.e. from a certain intensity threshold. This energy threshold limits the size of the interference pixel, since the intensity of the maxima decreases towards the edges of the superimposed laser (partial) beams. If the intensity at the edges is too weak, there will be no structuring in these areas in the sense of the invention.
Das Interferenzbild hängt dabei von den Eigenschaften der überlagerten Laser(teil-)strahlen ab. So kann die Strukturtiefe durch den Energieeintrag, also auch durch die Wellenlänge des Laser(teil-)strahles beeinflusst werden Die Eigenschaften der resultierenden Punktstruktur bei einer Bestrahlung mit einer bestimmten Pulslänge, also die Eigenschaften der einzelnen Interferenzpixel, sind aber auch von den Eigenschaften des Substrates abhängig. The interference pattern depends on the properties of the superimposed laser (partial) beams. The structure depth can be influenced by the energy input, i.e. also by the wavelength of the laser (partial) beam. The properties of the resulting point structure when irradiated with a certain pulse length, i.e. the properties of the individual interference pixels, also depend on the properties of the substrate dependent.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Applizieren eines Interferenzpixels, bspw. eines ersten, eines zweiten und/oder eines dritten Interferenzpixels auf die Oberfläche eines Substrates mittels Laserinterferenzstrukturierung durch eine Bestrahlung des Substrates mit mehreren Laser(teil-)strahlen in einem Winkel zur Oberfläche des Substrates von 45° bis 90° (senkrecht), bevorzugt in einem Winkel von 60° bis 90°, besonders bevorzugt in einem Winkel von 75° bis 90°, bspw. jeweils in einem Winkelbereich von/bis 76°, 77°, 78°, 79°, 80°, 81°, 82°, 83°, 84°, 85°, 86°, 87°, 88°, 99°, 90°. Ganz besonders bevorzugt erfolgt das Applizieren eines Interferenzpixels auf die Oberfläche eines Substrates im Wesentlichen senkrecht entlang einer Normalen zur Oberfläche, d.h. in einem Winkel von 90° ± 1 °. According to a preferred embodiment of the present invention, an interference pixel, for example a first, a second and/or a third interference pixel, is applied to the surface of a substrate by means of laser interference structuring by irradiating the substrate with several laser (partial) beams at an angle to Surface of the substrate from 45° to 90° (vertical), preferably at an angle of 60° to 90°, particularly preferably at an angle of 75° to 90°, for example in each case in an angular range from/to 76°, 77° , 78°, 79°, 80°, 81°, 82°, 83°, 84°, 85°, 86°, 87°, 88°, 99°, 90°. Very particularly preferably, an interference pixel is applied to the surface of a substrate essentially perpendicularly along a normal to the surface, i.e. at an angle of 90° ± 1°.
Display Die Erfindung betrifft auch ein Display, aufweisend eine ansteuerbare, lichtemittierende Schicht und ein Frontglas. Das Frontglas weist dabei ein erfindungsgemäßes strukturiertes Substrat auf oder wird durch ein solches erfindungsgemäß strukturiertes Substrat gebildet. display The invention also relates to a display having a controllable, light-emitting layer and a front glass. The front glass has a structured substrate according to the invention or is formed by such a substrate structured according to the invention.
Ein solches Display kann dabei beispielsweise als eine große Leinwand oder als ein Computerbildschirm oder als ein Tablet oder als eine analoge bzw. elektronische Uhr, insbesondere Armbanduhr ausgebildet sein bzw. dafür eingesetzt werden. Vorteilhaft kann ein solches Display effizient strukturiert werden. Dabei können vorteilhaft gute Anti-Glare- Eigenschaften, vorzugsweise in Verbindung mit vorteilhaften Antireflexionseigenschaften, des Substrates realisiert werden. Such a display can, for example, be designed or used as a large screen or as a computer screen or as a tablet or as an analog or electronic watch, in particular a wristwatch. Such a display can advantageously be structured efficiently. Good anti-glare properties, preferably in conjunction with advantageous anti-reflection properties, of the substrate can be advantageously achieved.
Laserstrahlungsquelle (1) Laser radiation source (1)
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Laserstrahlungsquelle (1), die einen Laserstrahl emittiert. Das Strahlungsprofil des emittierten Laserstrahls entspricht entweder einem Gauß-Profil, oder einem Top-Hat-Profil, besonders bevorzugt einem Top-Hat-Profil. Das Top-Hat-Profil ist hilfreich, um eine zu strukturierende Oberfläche eines Substrates homogener zu strukturieren bzw. abzudecken und um ggf. eine schnellere Strukturierungsgeschwindigkeit zu ermöglichen. The device according to the invention consists of a laser radiation source (1) which emits a laser beam. The radiation profile of the emitted laser beam corresponds either to a Gaussian profile or a top hat profile, particularly preferably a top hat profile. The top hat profile is helpful in order to structure or cover a surface of a substrate to be structured more homogeneously and, if necessary, to enable a faster structuring speed.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Laserstrahlungsquelle (1) um eine Quelle, die einen gepulsten Laserstrahl erzeugt. Die Pulsweite der gepulsten Laserstrahlungsquelle liegt dabei beispielsweise im Bereich von 10 Femtosekunden bis 1 Nanosekunde, insbesondere 50 Femtosekunden bis 1 Nanosekunde, ganz besonders bevorzugt 50 Femtosekunden bis weniger als 100 Pikosekunden, noch mehr bevorzugt 10 Pikosekunden bis 100 Pikosekunden. In a particularly preferred embodiment, the laser radiation source (1) is a source that generates a pulsed laser beam. The pulse width of the pulsed laser radiation source is, for example, in the range from 10 femtoseconds to 1 nanosecond, in particular 50 femtoseconds to 1 nanosecond, very particularly preferably 50 femtoseconds to less than 100 picoseconds, even more preferably 10 picoseconds to 100 picoseconds.
Mit Laserstrahl, Laser(teil-)strahl oder Teilstrahl ist, wenn nicht ausdrücklich anderes angegeben ist, kein idealisierter Strahl der geometrischen Optik gemeint, sondern ein realer Lichtstrahl, wie beispielsweise ein Laserstrahl, der keinen infinitesimal kleinen, sondern einen ausgedehnten Strahlquerschnitt (Gauß-Verteilungsprofil oder ein intrinsischer TopHat- Strahl) aufweist. Unless expressly stated otherwise, the term laser beam, laser (partial) beam or partial beam does not mean an idealized beam of geometric optics, but rather a real light beam, such as a laser beam, which does not have an infinitesimally small beam cross-section, but rather an extensive beam cross-section (Gaussian distribution profile or an intrinsic TopHat beam).
Mit Top-Hat-Profil oder Top-Hat-Intensitätsverteilung ist eine Intensitätsverteilung gemeint, die sich zumindest hinsichtlich einer Richtung im Wesentlichen durch eine Rechteckfunktion (rect (x)) beschreiben lässt. Dabei sind reale Intensitätsverteilungen, die Abweichungen von einer Rechteckfunktion im Prozentbereich beziehungsweise geneigte Flanken aufweisen, ebenfalls als Top-Hat- Verteilung oder Top-Hat-Profil bezeichnet. Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung eines Top-Hat-Profils sind dem Fachmann bestens bekannt und bspw. in EP 2 663 892 beschrieben. Ebenso sind bereits optische Elemente zur Transformation des Intensitätsprofils eines Laserstrahls bekannt. Beispielsweise können mittels diffraktiven und/oder refraktiven Optiken Laserstrahlen mit gaußförmigem Intensitätsprofil in Laserstrahlen transformiert werden, welche in einer oder mehreren definierten Ebenen ein Top-Hat-förmiges Intensitäts profil aufweisen, wie zum Beispiel ein Gauss-to-Top Hat Focus Beam Shaper der Firma TOPAG Lasertechnik GmbH, siehe z.B. DE102010005774A1. Derartige Laserstrahlen mit Top-Hat-förmigem Intensitätsprofilen sind besonders attraktiv für die Lasermaterialbearbeitung, insbesondere bei der Verwendung von Laserpulsen, die kürzer als 50 ps sind, da mit der im Wesentlichen konstanten Energie- bzw. Leistungsdichte hierbei besonders gute und reproduzierbare Bearbeitungsergebnisse erzielt werden können. By top hat profile or top hat intensity distribution is meant an intensity distribution that can be essentially described, at least with regard to one direction, by a rectangular function (rect (x)). Real intensity distributions that have deviations from a rectangular function in the percentage range or inclined edges are also referred to as top hat distribution or top hat profile. Procedure and Devices for generating a top hat profile are well known to those skilled in the art and are described, for example, in EP 2 663 892. Optical elements for transforming the intensity profile of a laser beam are also already known. For example, using diffractive and/or refractive optics, laser beams with a Gaussian intensity profile can be transformed into laser beams which have a top hat-shaped intensity profile in one or more defined planes, such as a Gauss-to-Top Hat Focus Beam Shaper from the company TOPAG Lasertechnik GmbH, see e.g. DE102010005774A1. Such laser beams with top-hat-shaped intensity profiles are particularly attractive for laser material processing, especially when using laser pulses that are shorter than 50 ps, since particularly good and reproducible processing results can be achieved with the essentially constant energy or power density .
Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltene Laserstrahlungsquelle (1) kann eine Intensität von 0,01 bis 5 J/cm2, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 J/cm2, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 J/cm2. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Intensität der Laserstrahlungsquelle in einem Bereich flexibel wählbar. Der Strahldurchmesser spielt für das Erzeugen des Interferenzmusters auf dem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, keine Rolle. Durch die bevorzugte Anordnung der optischen Elemente im Strahlengang des Lasers ist keine Einheit zur Kontrolle der Intensität des Laserstrahls notwendig. The laser radiation source (1) contained in the device according to the invention can have an intensity of 0.01 to 5 J/cm 2 , particularly preferably 0.1 to 2 J/cm 2 , very particularly preferably 0.1 to 0.5 J/cm 2 . The device according to the invention allows the intensity of the laser radiation source to be flexibly selected in a range. The beam diameter plays no role in generating the interference pattern on the substrate, preferably a flat and/or transparent substrate. Due to the preferred arrangement of the optical elements in the beam path of the laser, no unit for controlling the intensity of the laser beam is necessary.
Um ein strukturiertes Substrat mit Anti-Glare-Eigenschaften (wie hierin definiert) zu erzeugen eignen sich insbesondere Pulsenergien im Bereich von 50 pJ bis 20 mJ, besonders bevorzugt 300 pJ bis 800 pJ. In order to produce a structured substrate with anti-glare properties (as defined herein), pulse energies in the range from 50 pJ to 20 mJ, particularly preferably 300 pJ to 800 pJ, are particularly suitable.
Die Laserstrahlungsquelle ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Wellenlängen im Bereich von 200 nm bis 15 pm (bspw. CO2-Laser im Bereich von 10,6 pm), ganz besonders bevorzugt im Bereich von 266 nm bis 1.064 nm zu emittieren. Als Laserstrahlungsquelle eignen sich beispielsweise UV-Laserstrahlquellen, Laserstrahlquellen (155 bis 355 nm), die grünes Licht (532 nm), Diodenlaser (typischerweise 800 bis 1.000 nm) oder Laserstrahlquellen, die im nahen infrarot (typischerweise 1.064 nm) Strahlung emittieren, insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich von 200 bis 650 nm Wellenlänge. Für die Mikroverarbeitung geeignete Laser sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise HeNe-Laser, HeAg-Laser (ca. 224 nm), NeCu-Laser (ca. 249 nm), Nd:YAG Laser (ca. 355 nm), YAG- Laser (ca. 532 nm), InGaN-Laser (ca. 532 nm). Optische Elemente The laser radiation source is preferably set up to emit wavelengths in the range from 200 nm to 15 pm (e.g. CO2 laser in the range from 10.6 pm), most preferably in the range from 266 nm to 1,064 nm. Suitable laser radiation sources include, for example, UV laser beam sources, laser beam sources (155 to 355 nm) that emit green light (532 nm), diode lasers (typically 800 to 1,000 nm) or laser beam sources that emit radiation in the near infrared (typically 1,064 nm), in particular with a wavelength in the range of 200 to 650 nm wavelength. Lasers suitable for microprocessing are known to those skilled in the art and include, for example, HeNe lasers, HeAg lasers (approx. 224 nm), NeCu lasers (approx. 249 nm), Nd:YAG lasers (approx. 355 nm), YAG lasers (approx. 532 nm), InGaN laser (approx. 532 nm). Optical elements
Die Strukturierung kann durch die Anordnung einer Vielzahl an optischen Elementen realisiert werden. Bei diesen Elementen handelt es sich primär um Prismen und Linsen. The structuring can be realized by arranging a large number of optical elements. These elements are primarily prisms and lenses.
Diese Linsen können refraktiv oder diffraktiv sein. Es können sphärische, asphärische oder zylindrische Linsen verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden zylindrische Linsen verwendet. Dadurch ist es möglich, die Überlappungsbereiche der Teilstrahlen (hierin auch als Interferenzpixel bezeichnet) in eine Raumrichtung zu komprimieren und in eine andere zu strecken. Wenn die Linsen nicht sphärisch/asphärisch sind, sondern zylindrisch, hat dies den Vorteil, dass die Strahlen zugleich verformt werden können. Dadurch kann der Bearbeitungsspot (d.h. das auf dem Substrat erzeugte Interferenzmuster) von einem Punkt zu einer Linie verformt werden, die das Interferenzmuster enthält. Mit ausreichender Energie des Lasers kann diese Linie im Bereich von 10-15 mm lang sein (und ca. 100 pm dick sein). These lenses can be refractive or diffractive. Spherical, aspherical or cylindrical lenses can be used. In a preferred embodiment, cylindrical lenses are used. This makes it possible to compress the overlap areas of the partial beams (herein also referred to as interference pixels) in one spatial direction and stretch them in another. If the lenses are not spherical/aspherical but cylindrical, this has the advantage that the beams can be deformed at the same time. This allows the processing spot (i.e., the interference pattern created on the substrate) to be deformed from a point to a line containing the interference pattern. With sufficient energy from the laser, this line can be in the range of 10-15 mm long (and approximately 100 pm thick).
Des Weiteren können Spatial Light Modulators (SLM) zur Strahlformung eingesetzt werden. Dem Fachmann ist die Verwendung von SLMs zur räumlichen Modulation der Phase oder der Intensität oder der Phase und Intensität eines einfallenden Lichtstrahls bekannt. Die Anwendung von Liquid Crystal on Silicon (LCoS)-SLM zur Strahlteilung ist in der Literatur beschrieben und auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung denkbar. Darüber hinaus können SLMs auch zur Fokussierung der Teilstrahlen auf dem Substrat verwendet werden. Die Ansteuerung eines solchen SLMs kann optisch, elektronisch, oder akustisch erfolgen. Spatial Light Modulators (SLM) can also be used to shape the beam. The use of SLMs to spatially modulate the phase or intensity or the phase and intensity of an incident light beam is known to those skilled in the art. The use of Liquid Crystal on Silicon (LCoS)-SLM for beam splitting is described in the literature and is also conceivable in the device according to the invention. In addition, SLMs can also be used to focus the partial beams on the substrate. Such an SLM can be controlled optically, electronically or acoustically.
Alle im Folgenden erläuterten optischen Elemente sind im Strahlengang (3) des Lasers angeordnet. Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Strahlengang des Lasers den Verlauf sowohl des von der Laserstrahlungsquelle emittierten Laserstrahls als auch den Verlauf der durch ein Strahlteilerelement aufgeteilten Teilstrahlen. Als optische Achse des Strahlengangs (3) wird jedoch die optische Achse des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls verstanden. Sofern nicht anders erläutert, sind alle optischen Elemente senkrecht zur optischen Achse des Strahlengangs (3) angeordnet. All optical elements explained below are arranged in the beam path (3) of the laser. For the purposes of the invention, the beam path of the laser refers to the course of both the laser beam emitted by the laser radiation source and the course of the partial beams split by a beam splitter element. However, the optical axis of the beam path (3) is understood to be the optical axis of the laser beam emitted by the laser radiation source (1). Unless otherwise explained, all optical elements are arranged perpendicular to the optical axis of the beam path (3).
Strahlteilerelement (2) Beam splitter element (2)
Im Strahlengang (3) des Lasers, hinter der Laserstrahlungsquelle (1), befindet sich vorzugsweise ein Strahlteilerelement (2). Das Strahlteilerelement (2) kann ein diffraktives oder ein refraktives Strahlteilerelement sein. Diffraktive Strahlteilerelemente werden auch nur kurz als diffraktives optisches Element (DOE) bezeichnet. Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein diffraktives Strahlteilerelement ein optisches Element, welches Mikro- oder Nanostrukturen, vorzugsweise Mikrostrukturen enthält. Ein refraktives Strahlteilerelement bezeichnet im Sinne der Erfindung ein transparentes optisches Element, wie z. B. ein Prisma. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Strahlteilerelement (2) um ein refraktives Strahlteilerelement. A beam splitter element (2) is preferably located in the beam path (3) of the laser, behind the laser radiation source (1). The beam splitter element (2) can be a diffractive or a refractive beam splitter element. Diffractive beam splitter elements are also only used briefly referred to as a diffractive optical element (DOE). For the purposes of the invention, a diffractive beam splitter element refers to an optical element which contains micro- or nanostructures, preferably microstructures. For the purposes of the invention, a refractive beam splitter element refers to a transparent optical element, such as. B. a prism. The beam splitter element (2) is preferably a refractive beam splitter element.
In einer weiteren Ausgestaltung teilt das Strahlteilerelement (2) den emittierten Laserstrahl in zumindest 2, vorzugsweise zumindest 3, besonders bevorzugt zumindest 3, insbesondere 4 bis 10, also 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Teilstrahlen auf. In a further embodiment, the beam splitter element (2) divides the emitted laser beam into at least 2, preferably at least 3, particularly preferably at least 3, in particular 4 to 10, i.e. 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 partial beams.
Das Strahlteilerelement (2) ist entlang seiner optischen Achse, insbesondere im Strahlengang des von der Laserstrahlungsquelle emittierten Laserstrahls frei beweglich. D. h., es kann entlang seiner optischen Achse auf die Laserstrahlungsquelle zu oder von ihr wegbewegt werden. Durch die Bewegung des Strahlteilerelements (2) verändert sich die Aufweitung der zumindest 3 Teilstrahlen, sodass diese mit unterschiedlichen Abständen zueinander auf ein Fokussierelement auftreffen. Dadurch kann der Winkel 9, in dem die Teilstrahlen auf das Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, auftreffen, verändert werden. Somit ergibt sich bei einer Überlagerung von vier Teilstrahlen eine nahtlose Änderung der Strukturperiode A zu The beam splitter element (2) is freely movable along its optical axis, in particular in the beam path of the laser beam emitted by the laser radiation source. That is, it can be moved toward or away from the laser radiation source along its optical axis. The movement of the beam splitter element (2) changes the expansion of the at least 3 partial beams, so that they impinge on a focusing element at different distances from one another. This allows the angle 9 at which the partial beams impinge on the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, to be changed. This results in a seamless change in the structural period A when four partial beams are superimposed
2 A = -= - ?.sin9 wobei die Wellenlänge des emittierten Laserstrahls ist. 2 A = -= - ?.sin9 where is the wavelength of the emitted laser beam.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Strahlteilerelement als rotierendes Element ausgebildet. Dies erlaubt es vorteilhaft, dass die Polarisation der Teilstrahlen modifiziert werden können. According to a preferred embodiment of the present invention, the beam splitter element is designed as a rotating element. This advantageously allows the polarization of the partial beams to be modified.
Besonders bevorzugt beträgt der Winkel 9, in dem die Teilstrahlen auf das Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, auftreffen, 0,1 ° bis 90°. Particularly preferably, the angle 9 at which the partial beams impinge on the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, is 0.1° to 90°.
Der Winkel 9 ist ferner abhängig von den Abständen der optischen Elemente untereinander, insbesondere vom Abstand der optischen Elemente zum Strahlteilerelement, ganz besonders vom Abstand des Fokussierelements zum Strahlteilerelement. Abhängig von der gewünschten Strukturperiode, welche auf, bzw. im flächigen und/oder transparenten Substrat zu erzeugen ist, kann die Position des Strahlteilerelements so eingestellt bzw. berechnet werden, dass die gewünschte Strukturperiode einstellbar ist. Dabei wird die Position der von der Vorrichtung umfassten optischen Elemente, insbesondere die Position des Fokussierelements derart im Verhältnis zum Strahlteilerelement berücksichtigt, dass bei einem größeren oder kleineren Abstand der optischen Elemente die Position des Strahlteilerelements entsprechend anpassbar ist. The angle 9 is also dependent on the distances between the optical elements, in particular on the distance between the optical elements and the beam splitter element, and especially on the distance between the focusing element and the beam splitter element. Depending on the desired structure period that is to be created on or in the flat and/or transparent substrate, the position of the beam splitter element can be adjusted or can be calculated so that the desired structure period can be set. The position of the optical elements comprised by the device, in particular the position of the focusing element in relation to the beam splitter element, is taken into account in such a way that if the distance between the optical elements is greater or smaller, the position of the beam splitter element can be adjusted accordingly.
Um ein strukturiertes Substrat mit Anti-Glare-Eigenschaften zu generieren hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn ein Abstand vom Strahlteilerelement (2) zum Umlenkelement (7) von 10 bis 50 mm eingestellt ist. In order to generate a structured substrate with anti-glare properties, it has proven to be particularly advantageous if a distance from the beam splitter element (2) to the deflection element (7) is set to 10 to 50 mm.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung auch eine Messeinrichtung, insbesondere eine Messeinrichtung, die mittels eines Lasers oder eines optischen Sensors arbeitet, die zum Messen der Position des Strahlteilerelements und gegebenenfalls des Abstandes des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen, insbesondere zur Position des Fokussierelements eingerichtet ist. According to a preferred embodiment of the invention, the device also comprises a measuring device, in particular a measuring device that works by means of a laser or an optical sensor, which is used to measure the position of the beam splitter element and, if necessary, the distance of the beam splitter element to the other optical elements, in particular to the position of the Focusing element is set up.
Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mit der Meseinrichtung signaltechnisch verbundene Steuereinrichtung umfassen, die insbesondere mit einer Recheneinheit derart verbunden ist, mit der die gemessenen Position des Strahlteilerelements mit einem ersten vorbestimmten Vergleichswert vergleichbar ist, wobei die Steuereinrichtung programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass, falls der Abstand des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen, insbesondere zur Position des Fokussierelements und/oder des Umlenkelements (7) größer ist als der erste vorbestimmte Vergleichswert ist, dann über die Steuereinrichtung ein Steuersignal erzeugt wird, mit dem zumindest eine Position eines optischen Elements, insbesondere des Strahlteilerelements (2) derart verändert wird, insbesondere des Strahlteilerelements (2) im Verhältnis zum Umlenkelement (7), dass die gewünschte Strukturperiode auf dem Substrat erzeugt wird. Furthermore, the device according to the invention can comprise a control device which is connected in terms of signals to the measuring device and which is in particular connected to a computing unit in such a way that the measured position of the beam splitter element is comparable to a first predetermined comparison value, the control device being set up in terms of programming in such a way that, if the If the distance of the beam splitter element to the further optical elements, in particular to the position of the focusing element and/or the deflection element (7), is greater than the first predetermined comparison value, then a control signal is generated via the control device, with which at least one position of an optical element, in particular of the beam splitter element (2) is changed in such a way, in particular of the beam splitter element (2) in relation to the deflection element (7), that the desired structure period is generated on the substrate.
In diesem Zusammenhang kann auch das Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich insbesondere nach Schritt (a) die folgenden Schritte umfassen: In this context, the method for producing a substrate with a dot structure in the micrometer or submicrometer range, in particular after step (a), can also include the following steps:
(i) Messen der Position des Strahlteilerelements (2) und gegebenenfalls des Abstandes des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen, insbesondere zur Position des Fokussierelements (4) und/oder des Umlenkelements (7), (i) measuring the position of the beam splitter element (2) and, if necessary, the distance of the beam splitter element to the other optical elements, in particular to the position of the focusing element (4) and/or the deflection element (7),
(ii) Vergleichen der gemessenen Position des Strahlteilerelements mit einem ersten vorbestimmten Vergleichswert, und (iii) falls die gemessene Abstand des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen, insbesondere zur Position des Fokussierelements (4) und/oder des Umlenkelements (7) größer ist als der erste vorbestimmte Vergleichswert: Verändern der Position des optischen Elements, insbesondere des Strahlteilerelements (2) derart (insbesondere im Verhältnis zu den anderen optischen Elementen, besonders bevorzugt des Strahlteilerelements (2) im Verhältnis zum Umlenkelement (7)), dass die gewünschte Strukturperiode auf dem Substrat erzeugt wird. (ii) comparing the measured position of the beam splitter element with a first predetermined comparison value, and (iii) if the measured distance of the beam splitter element to the further optical elements, in particular to the position of the focusing element (4) and/or the deflection element (7), is greater than the first predetermined comparison value: changing the position of the optical element, in particular of the beam splitter element (iii) 2) such (in particular in relation to the other optical elements, particularly preferably the beam splitter element (2) in relation to the deflection element (7)) that the desired structure period is generated on the substrate.
Das Unterteilen des Laserstrahls im Strahlteilerelement (2) kann sowohl durch ein teilweise reflektives Strahlteilerelement, beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel, als auch ein transmissives Strahlteilerelement, beispielsweise ein dichroitisches Prisma, erfolgen. The laser beam can be divided in the beam splitter element (2) both by a partially reflective beam splitter element, for example a semi-transparent mirror, and by a transmissive beam splitter element, for example a dichroic prism.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind dem Strahlteilerelement (2) weitere Strahlteilerelemente im Strahlengang des Lasers nachgeordnet. Diese Strahlteilerelemente sind derart angeordnet, dass sie jeden der zumindest drei Teilstrahlen in zumindest zwei weitere Teilstrahlen aufteilen. Dadurch kann eine höhere Anzahl an Teilstrahlen erzeugt werden, die auf das Substrat, bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat, gelenkt werden, sodass sie auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats interferieren. Dadurch kann die Strukturperiode des Interferenzmusters eingestellt werden. In a preferred embodiment, further beam splitter elements are arranged downstream of the beam splitter element (2) in the beam path of the laser. These beam splitter elements are arranged in such a way that they divide each of the at least three partial beams into at least two further partial beams. This allows a higher number of partial beams to be generated, which are directed onto the substrate, preferably a flat and/or transparent substrate, so that they interfere on the surface or inside the substrate. This allows the structure period of the interference pattern to be adjusted.
Fokussierelement (4) Focusing element (4)
Des Weiteren ist im Strahlengang (3) des Lasers dem Strahlteilerelement (2) nachgeordnet ein Fokussierelement (4) angeordnet, das derart eingerichtet ist, dass es die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren eines zu strukturierenden Substrats (5) in einem Interferenzbereich interferieren. Das Fokussierelement (4) fokussiert die zumindest drei Teilstrahlen in einer Raumrichtung, ohne die zumindest drei Teilstrahlen in der Raumrichtung senkrecht dazu zu fokussieren. Furthermore, in the beam path (3) of the laser, a focusing element (4) is arranged downstream of the beam splitter element (2), which is set up in such a way that the partial beams pass through it in such a way that the partial beams are on the surface or inside a substrate to be structured (5 ) interfere in an interference area. The focusing element (4) focuses the at least three partial beams in a spatial direction without focusing the at least three partial beams in the spatial direction perpendicular thereto.
Beispielsweise kann das Fokussierelement (4) eine fokussierende optische Linse sein. Unter fokussieren versteht man im Sinne der Erfindung das Bündeln der zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren eines Substrates, bevorzugt eines flächigen und/oder transparenten Substrates. For example, the focusing element (4) can be a focusing optical lens. For the purposes of the invention, focusing is understood to mean bundling the at least three partial beams on the surface or inside a substrate, preferably a flat and/or transparent substrate.
Das Fokussierelement (4) kann im Strahlengang (3) frei beweglich sein. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Fokussierelement (4) im Strahlengang bzw. entlang der optischen Achse fixiert. Es versteht sich, dass die hierin definierten optischen Elemente bspw. zur Strahlteilung und zur Ausrichtung der Teilstrahlen in Richtung auf ein entsprechend zu strukturierendes Substrat in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können. The focusing element (4) can be freely movable in the beam path (3). According to a preferred embodiment of the present invention, the focusing element (4) is fixed in the beam path or along the optical axis. It is understood that the optical elements defined herein can be arranged in a common housing, for example for beam splitting and for aligning the partial beams in the direction of a substrate to be structured accordingly.
In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Fokussierelement (4) um eine sphärische Linse. Die sphärische Linse ist derart eingerichtet, dass sie die einfallenden zumindest drei Teilstrahlen derart durchlaufen, dass sie auf der Oberfläche oder im Inneren des zu strukturierenden Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, in einem Interferenzbereich interferieren. Die Weite des Interferenzbereichs beträgt vorzugsweise 1 bis 600 pm, besonders bevorzugt 10 bis 400 pm, ganz besonders bevorzugt 20 bis 200 pm. Hierdurch kann zugleich eine hohe Strukturierungsrate, beispielsweise wie hierin definiert, eingestellt werden. In a preferred embodiment, the focusing element (4) is a spherical lens. The spherical lens is set up in such a way that the incident at least three partial beams pass through it in such a way that they interfere in an interference region on the surface or in the interior of the substrate (5) to be structured, preferably a flat and/or transparent substrate. The width of the interference range is preferably 1 to 600 pm, particularly preferably 10 to 400 pm, very particularly preferably 20 to 200 pm. In this way, a high structuring rate, for example as defined herein, can be set at the same time.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Fokussierelement (4) um eine zylindrische Linse. Die zylindrische Linse ist derart eingerichtet, dass der Bereich, in dem sich die zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, überlagern, in eine Raumrichtung gedehnt wird. Dadurch nimmt der Bereich des Substrats, auf dem das Interferenzmuster erzeugt werden kann, eine elliptische Form an. Die große Halbachse dieser Ellipse kann eine Länge von 20 pm bis 15 mm erreichen. Damit vergrößert sich der in einer Bestrahlung strukturierbare Bereich. In a particularly preferred embodiment, the focusing element (4) is a cylindrical lens. The cylindrical lens is set up in such a way that the area in which the at least three partial beams overlap on the surface or in the interior of the substrate (5), preferably flat and/or transparent substrate, is stretched in a spatial direction. As a result, the area of the substrate on which the interference pattern can be generated takes on an elliptical shape. The semimajor axis of this ellipse can reach a length of 20 pm to 15 mm. This increases the area that can be structured during irradiation.
Erstes Umlenkelement (7) First deflection element (7)
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung befindet sich vor dem Fokussierelement (4) und nach dem Strahlteilerelement (2) angeordnet ein Umlenkelement (7), das vorzugsweise im Strahlengang (3) des Lasers angeordnet ist. Dieses Umlenkelement (7) wird zum Aufweiten der Abstände zwischen den zumindest drei Teilstrahlen genutzt und kann damit ebenfalls den Winkel, in dem die Teilstrahlen auf das Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, auftreffen, verändern. Es ist derart eingerichtet, dass es die Divergenz der zumindest drei Teilstrahlen erhöht und damit den Bereich, in dem die zumindest drei Teilstrahlen interferieren, entlang der optischen Achse des Strahlengangs (3) von der Laserstrahlungsquelle (1) wegzubewegen. Unter Aufweiten der Abstände zwischen den zumindest drei Teilstrahlen wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass sich der Winkel der jeweiligen Teilstrahlen zur optischen Achse des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls vergrößert. In a particularly preferred embodiment, a deflection element (7), which is preferably arranged in the beam path (3) of the laser, is located in front of the focusing element (4) and after the beam splitter element (2). This deflection element (7) is used to expand the distances between the at least three partial beams and can therefore also change the angle at which the partial beams impinge on the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate. It is set up in such a way that it increases the divergence of the at least three partial beams and thus moves the area in which the at least three partial beams interfere along the optical axis of the beam path (3) away from the laser radiation source (1). For the purposes of the invention, expanding the distances between the at least three partial beams means that the angle of the respective partial beams to the optical axis of the laser beam emitted by the laser radiation source (1) increases.
Das Aufweiten und die dadurch erfolgende Umlenkung der Teilstrahlen hat den Vorteil, dass die Teilstrahlen durch das Fokussierelement (4) stärker gebündelt werden können. Somit ergibt sich eine höhere Intensität in dem Bereich, in dem die zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren. The expansion and the resulting deflection of the partial beams has the advantage that the partial beams can be focused more strongly by the focusing element (4). This results in a higher intensity in the area in which the at least three partial beams interfere on the surface or in the interior of the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate.
Durch die geeignete Wahl des Umlenkelements kann auf eine Einheit zur Kontrolle der Intensität des Laserstrahls verzichtet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung wird ein Umlenkelement (7) verwendet, dass durch die Aufweitung der zumindest drei Teilstrahlen das Fokussieren der zumindest drei Teilstrahlen auf dem Substrat (5) mittels eines Fokussierelements (4) erlaubt, wobei die Intensität der Interferenzpunkte auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, ohne eine zusätzliche Einstellung der Intensität der Laserstrahlungsquelle (1) erreicht werden kann. Dies hat den Vorteil, dass zur Strukturierung des Substrates unter Erzeugen der Punktstruktur auch Laserstrahlungsquellen mit niedriger Intensität (Leistung pro Fläche) genutzt werden können, wodurch die optischen Elemente vor Verschleiß geschützt sind. By choosing a suitable deflection element, a unit for controlling the intensity of the laser beam can be dispensed with. In a preferred embodiment of the device, a deflection element (7) is used which, by expanding the at least three partial beams, allows the at least three partial beams to be focused on the substrate (5) by means of a focusing element (4), the intensity of the interference points on the surface or inside the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, can be achieved without additional adjustment of the intensity of the laser radiation source (1). This has the advantage that laser radiation sources with low intensity (power per area) can also be used to structure the substrate to create the point structure, whereby the optical elements are protected from wear.
Weiteres Umlenkelement (6) Additional deflection element (6)
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass im Strahlengang (3) der Laserstrahlungsquelle (1) dem Strahlteilerelement (3) nachgeordnet ein weiteres Umlenkelement (6) angeordnet ist, das die Teilstrahlen derart umlenkt, dass sie nach Austritt aus dem weiteren Umlenkelement (6) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dadurch kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass der Bearbeitungspunkt, also der Punkt in dem die zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren, bei Verschiebung des Strahlteilerelements im Strahlengang des Lasers entlang seiner optischen Achse konstant bleibt. Unter dem Begriff „im Wesentlichen parallel“ soll im Rahmen dieser Schrift ein Winkelversatz von zwischen +15° und -15°, insbesondere lediglich von zwischen +10° und - 10°, ganz besonders bevorzugt von zwischen +5° und -5° zwischen den beiden Teilstrahlen, insbesondere aber natürlich kein Winkelversatz, also 0°, verstanden werden. Das weitere Umlenkelement (6) kann eine konventionelle, refraktive Linse sein. Alternativ kann das weitere Umlenkelement (6) aber auch als diffraktive Linse (z. B. Fresnel-Linse) ausgestaltet sein. Diffraktive Linsen haben den Vorteil, dass diese wesentlich dünner und leichter sind, was eine Miniaturisierung der hierin offenbarten Vorrichtung vereinfacht. Furthermore, it can be provided that a further deflection element (6) is arranged in the beam path (3) of the laser radiation source (1) downstream of the beam splitter element (3), which deflects the partial beams in such a way that after they emerge from the further deflection element (6). Essentially parallel to each other. As a result, the device can be set up in such a way that the processing point, i.e. the point at which the at least three partial beams on the surface or in the interior of the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, interfere, when the beam splitter element is displaced along the beam path of the laser optical axis remains constant. In the context of this document, the term “essentially parallel” is intended to mean an angular offset of between +15° and -15°, in particular only between +10° and -10°, most preferably between +5° and -5° between the two partial beams, but in particular of course no angular offset, i.e. 0°, can be understood. The further deflection element (6) can be a conventional, refractive lens. Alternatively, the further deflection element (6) can also be designed as a diffractive lens (e.g. Fresnel lens). Diffractive lenses have the advantage of being significantly thinner and lighter, which simplifies miniaturization of the device disclosed herein.
Durch geeignete Auswahl der Brechungsindices der optischen Elemente (4), (6) und (7) können die Abstände zwischen optischen Elementen und Substrat, sowie die Strukturperiode A eingestellt werden. Alle optischen Elemente mit Ausnahme des Strahlteilerelements (2) können vorzugsweise innerhalb des Strahlengangs (3) des Lasers fixiert sein. Diese besonders bevorzugte Ausführungsform bietet daher den Vorteil, dass zur Anpassung des Interferenzbereichs oder des Interferenzwinkels lediglich ein Element, nämlich das Strahlteilerelement (2), bewegt werden muss. Das erspart Arbeitsschritte bei der Einrichtung der Vorrichtung, wie Kalibrierung der Vorrichtung auf die gewünschte Strukturperiode. Des Weiteren beugt eine fixe Einstellung, d.h. wobei vorzugsweise alle optischen Elemente innerhalb des Strahlengangs (3) des Lasers fixiert sind, der optischen Elemente deren Verschleiß vor. By appropriately selecting the refractive indices of the optical elements (4), (6) and (7), the distances between optical elements and substrate, as well as the structure period A, can be adjusted. All optical elements with the exception of the beam splitter element (2) can preferably be fixed within the beam path (3) of the laser. This particularly preferred embodiment therefore offers the advantage that only one element, namely the beam splitter element (2), has to be moved to adapt the interference range or the interference angle. This saves steps when setting up the device, such as calibrating the device to the desired structure period. Furthermore, a fixed setting, i.e. preferably all optical elements are fixed within the beam path (3) of the laser, prevents the optical elements from wearing out.
Polarisationselement (8) Polarization element (8)
Vorzugsweise ist im Strahlengang vor dem Strahlteiler (2) ein Polarisationselement (8) angeordnet. Dadurch kann die Polarisation des Strahls vorteilhaft modifiziert werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im Strahlengang vor dem Strahlteiler ein zirkulares Polarisationselement angeordnet. Unter Verwendung von zirkular polarisiertem Licht können spezielle Selbstorganisationsprozesse angeregt werden, durch die ein Erzeugen von Säulenstrukturen realisiert wird. Diese Säulenstrukturen sind quasi-periodisch und weisen vorzugsweise eine Strukturperiode von 50 nm bis 1000 nm, bevorzugt von 100 nm bis 500 nm auf. A polarization element (8) is preferably arranged in the beam path in front of the beam splitter (2). This allows the polarization of the beam to be advantageously modified. According to an advantageous embodiment, a circular polarization element is arranged in the beam path in front of the beam splitter. Using circularly polarized light, special self-organization processes can be stimulated, through which column structures can be created. These column structures are quasi-periodic and preferably have a structure period of 50 nm to 1000 nm, preferably 100 nm to 500 nm.
Derartige Säulenstrukturen erfordern im Stand der Technik ultrakurze Pulse mit Pulsdauern von unter 5 ps. Aufgrund der Interferenztechnologie können die entsprechenden Schwellwerte zum Auftreten der Selbstorganisationsprozesse zur Erzeugung der Säulenstruktur in den Maxima jedoch leichter erzeugt werden. Es sind dadurch weniger hohe Anforderungen an die Laser zu stellen, sodass eine Verwendung von längeren Laserpulsen von 10 bis 100 ps nutzbar sind. Durch die hierin beschriebene Technologie der Interferenzstrukturierung können solche Säulenstrukturen besonders schnell und effizient erzeugt werden. Es können somit Anti-Glare-Eigenschaften und auch Antireflexions- Eigenschaften effizient auf Oberflächen oder im Volumen von Substraten erzeugt werden. Die Vorteile der Interferenzstrukturierung, wie beispielsweise ein schnelles Strukturieren von Oberflächen kann dabei mit den Vorteilen der zu Antireflektion führenden Strukturen im Submikrometer oder Nanometerbereich, insbesondere der Säulenstrukturen oder Linienstrukturen im Nanometerbereich, kombiniert werden. Es können damit vorteilhaft strukturierte Substrate mit Anti-Glare-Eigenschaften sowie auch mit Antireflexionseigenschaften erzeugt werden. In the prior art, such column structures require ultra-short pulses with pulse durations of less than 5 ps. However, due to the interference technology, the corresponding threshold values for the occurrence of the self-organization processes to generate the columnar structure in the maxima can be generated more easily. This means that fewer demands are placed on the lasers, so that longer laser pulses of 10 to 100 ps can be used. Using the interference structuring technology described here, such column structures can be generated particularly quickly and efficiently. Anti-glare properties and anti-reflection properties can therefore be efficiently generated on surfaces or in the volume of substrates. The advantages of interference structuring, such as rapid structuring of surfaces, can be combined with the advantages of structures in the submicrometer or nanometer range that lead to anti-reflection, in particular the column structures or line structures in the nanometer range. This can advantageously be used to produce structured substrates with anti-glare properties as well as anti-reflection properties.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein solches zirkulares Polarisationselement dynamisch gedreht werden, so dass die entstehenden Strukturierungen auf oder in dem Substrat mit der Drehung dynamisch modifiziert werden. According to an advantageous embodiment, such a circular polarization element can be rotated dynamically, so that the resulting structures on or in the substrate are dynamically modified with the rotation.
Vorzugsweise ist ein Polarisationselement in wenigstens einem der zumindest 2, vorzugsweise zumindest drei Teilstrahlen angeordnet. Dadurch kann vorteilhaft die Polarisation der Teilstrahlen zueinander und somit das Interferenzmuster angepasst werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein solches Polarisationselement dynamisch gedreht werden, sodass die entstehenden Strukturierungen mit der Drehung auf oder in dem Substrat dynamisch modifiziert werden. Insbesondere können so die Anordnung und auch die Stärke der Minima und Maxima innerhalb des Interferenzmusters dynamisch angepasst werden. Bei einem Rastern über die Oberfläche weisen die entstehenden Global-Strukturen weniger Homogenität auf. Es können so vorteilhaft Strukturen erzeugt werden, welche eine weniger stark ausgeprägte Periodizität aufweisen, wodurch die Anti-Glare-Eigenschaften verbessert und unerwünschte Effekte, wie beispielsweise den Moire-Effekt, reduziert werden. Preferably, a polarization element is arranged in at least one of the at least 2, preferably at least three, partial beams. This makes it possible to advantageously adapt the polarization of the partial beams to one another and thus the interference pattern. According to an advantageous embodiment, such a polarization element can be dynamically rotated, so that the resulting structures are dynamically modified with the rotation on or in the substrate. In particular, the arrangement and also the strength of the minima and maxima within the interference pattern can be dynamically adjusted. When scanning over the surface, the resulting global structures have less homogeneity. In this way, structures can advantageously be produced which have a less pronounced periodicity, thereby improving the anti-glare properties and reducing undesirable effects, such as the moiré effect.
In einer weiteren Ausführungsform befindet sich hinter dem Umlenkelement, besonders bevorzugt in einem Aufbau mit zwei Umlenkelementen (6), (7) hinter dem weiteren Umlenkelement (6), und vor dem Fokussierelement (4) in zumindest einem der Strahlengänge der zumindest 2 Teilstrahlen ein Polarisationselement (8). Die Polarisationselemente können die Polarisation der Teilstrahlen zueinander modifizieren. Dadurch lässt sich das resultierende Interferenzmuster, das die zumindest 2 Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Volumen eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, abbilden, modifizieren. Durch die Anordnung eines Polarisationselement (8) in zumindest einem der Strahlengänge der Teilstrahlen, vorzugsweise nicht in jedem Strahlengang der Teilstrahlen, vorzugsweise in einem Strahlengang bis (n-1) Strahlengängen, wobei n die Anzahl der erzeugten Teilstrahlen im Applikationsverfahrens, kann vorteilhaft die Polarisationsebene zumindest eines Teilstrahls im Strahlengang gedreht und somit das Muster eines Interferenzpixels in der Ebene des Substrates „gestört“ werden. In a further embodiment, behind the deflection element, particularly preferably in a structure with two deflection elements (6), (7) is located behind the further deflection element (6), and in front of the focusing element (4) in at least one of the beam paths of the at least 2 partial beams Polarization element (8). The polarization elements can modify the polarization of the partial beams relative to one another. This allows the resulting interference pattern, which the at least 2 partial beams image on the surface or in the volume of a substrate, preferably a flat and/or transparent substrate, to be modified. By arranging a polarization element (8) in at least one of the beam paths of the partial beams, preferably not in every beam path of the partial beams, preferably in a beam path up to (n-1) beam paths, where n is the number of partial beams generated in the application process, the polarization plane can advantageously be at least a partial beam rotated in the beam path and thus “disturbed” the pattern of an interference pixel in the plane of the substrate.
Insbesondere können somit die interferierenden Teilstrahlen nicht polarisiert, linear polarisiert, zirkular polarisiert, elliptisch polarisiert, radial polarisiert oder azimutal polarisiert sein. In particular, the interfering partial beams can therefore be non-polarized, linearly polarized, circularly polarized, elliptically polarized, radially polarized or azimuthally polarized.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass sowohl ein zirkulares Polarisationselement vor dem Strahlteiler angeordnet ist und auch wenigstens ein Polarisationselement in wenigstens einem Teilstrahl angeordnet ist. A particularly advantageous embodiment provides that both a circular polarization element is arranged in front of the beam splitter and also at least one polarization element is arranged in at least one partial beam.
Alternativ ist nur ein zirkulares Polarisationselement vor dem Strahlteiler angeordnet und kein weiteres Polarisationselement in den Teilstrahlen vorgesehen. Alternatively, only one circular polarization element is arranged in front of the beam splitter and no further polarization element is provided in the partial beams.
Optisches Element zur Strahlformung Optical element for beam shaping
In einer weiteren Ausgestaltung besitzt die Laserstrahlungsquelle (1) ein Strahlungsprofil, das einem Gauß-Profil, wie oben beschrieben, entspricht. In einer solchen Ausführungsform kann sich hinter der Laserstrahlungsquelle (1) und vor dem Strahlteilerelement (2) ein weiteres optisches Element zur Strahlformung befinden. Dieses Element dient dazu, das Strahlungsprofil der Laserstrahlungsquelle einem Top-Hat-Profil anzugleichen. In a further embodiment, the laser radiation source (1) has a radiation profile that corresponds to a Gaussian profile, as described above. In such an embodiment, a further optical element for beam shaping can be located behind the laser radiation source (1) and in front of the beam splitter element (2). This element serves to adapt the radiation profile of the laser radiation source to a top hat profile.
Es kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch ein optisches Element mit einer konkav parabolisch oder planar reflektierenden Oberfläche vorgesehen sein, wobei das optische Element beispielsweise um mindestens eine Achse drehbar oder entlang des Strahlengangs (3) verschiebbar ausgebildet ist. Hierdurch kann gegebenenfalls auf ein zusätzliches im Strahlengang (3) positioniertes Fokussierelement (4) bzw. ein weiteres Umlenkelement (6) verzichtet werden. Beispielsweise können durch dieses optische Element Laserstrahlen oder Teillaserstrahlen auf die Oberfläche des Fokussierelements (4) oder ein weiteres fokussierendes optisches Element gerichtet werden, bevor die Strahlen zur Ausbildung von Strukturelementen das zu strukturierende Substrat erreichen. An optical element with a concave, parabolic or planar reflecting surface can also be provided in the device according to the invention, the optical element being designed, for example, to be rotatable about at least one axis or displaceable along the beam path (3). This makes it possible to dispense with an additional focusing element (4) or a further deflection element (6) positioned in the beam path (3). For example, laser beams or partial laser beams can be directed through this optical element onto the surface of the focusing element (4) or a further focusing optical element before the beams reach the substrate to be structured to form structural elements.
Alternativ kann beispielsweise auch zumindest ein optisches Element mit einer konkav parabolisch oder planar reflektierenden Oberfläche vorgesehen sein, welches beispielsweise um mindestens eine Achse drehbar oder entlang des Strahlengangs (3) verschiebbar ausgebildet ist, wobei dieses optische Element dem ersten Umlenkelement (7) und dem weiteren Umlenkelement (6) im Strahlengang nachgeordnet positioniert ist. So können beispielsweise die Teilstrahlen im Strahlengang umgelenkt werden (Umlenkspiegel) oder derart im Strahlengang fokussiert werden, dass das zu strukturierende Substrat während der Bearbeitung ortsfest positioniert sein kann (sog. Fokussierspiegel bzw. Galvo-Spiegel (Laserscanner) (9)). Alternatively, for example, at least one optical element can be provided with a concave parabolic or planar reflecting surface, which is designed to be rotatable about at least one axis or displaceable along the beam path (3), for example, this optical element being the first deflection element (7) and the further Deflection element (6) is positioned downstream in the beam path. For example, the partial beams can be deflected in the beam path (deflection mirror) or be focused in the beam path in such a way that the substrate to be structured can be positioned in a fixed position during processing (so-called focusing mirror or galvo mirror (laser scanner) (9)).
Ebenfalls denkbar ist auch eine Ausführungsform, welche einen Polygonscanner umfasst. In dieser Ausgestaltung umfasst zumindest ein optisches Element ein sich periodisch drehendes Prisma, bevorzugt ein sich periodisch drehendes Spiegelprisma, insbesondere einen Polygonspiegel oder auch Polygonrad, sowie ein dem sich periodisch drehenden Prisma im Strahlengang nachgeordnetes Fokussierelement (4). Das Fokussierelement ist derart eingerichtet, dass es die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren eines zu strukturierenden Substrats (5) in einem Interferenzbereich interferieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das optische Element weiterhin zumindest weiteres Umlenkelement, beispielsweise ein reflektierendes Umlenkelement zum Umlenken der Teilstrahlen im Strahlengang. Das zumindest eine weitere Umlenkelement kann dem sich periodisch drehenden Prisma im Strahlengang vor- und/oder nachgeordnet sein. Das zumindest eine weitere Umlenkelement ist dem Fokussierelement im Strahlengang vorgeordnet. An embodiment that includes a polygon scanner is also conceivable. In this embodiment, at least one optical element comprises a periodically rotating prism, preferably a periodically rotating mirror prism, in particular a polygonal mirror or polygonal wheel, and a focusing element (4) arranged downstream of the periodically rotating prism in the beam path. The focusing element is set up in such a way that the partial beams pass through it in such a way that the partial beams interfere in an interference region on the surface or inside a substrate (5) to be structured. In a preferred embodiment, the optical element further comprises at least another deflecting element, for example a reflecting deflecting element for deflecting the partial beams in the beam path. The at least one further deflection element can be arranged upstream and/or downstream of the periodically rotating prism in the beam path. The at least one further deflection element is arranged upstream of the focusing element in the beam path.
Ein solcher Aufbau erlaubt vorteilhaft das schnelle Abtasten einer Oberfläche eines Substrats, sodass eine hohe Strukturierungsrate von bis zu 3 m2/min, insbesondere im Bereich von 0,05 bis 2 m2/min, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1 m2/min, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,9 m2/min erreichbar ist. Die genaue Strukturierungsrate ist dabei insbesondere von der verfügbaren Laserleistung abhängig. Mit zukünftigen Technologien, welche eine höhere Laserleistung aufweisen, sind demzufolge noch höhere Strukturierungsraten erreichbar. Such a structure advantageously allows the rapid scanning of a surface of a substrate, so that a high structuring rate of up to 3 m 2 /min, in particular in the range from 0.05 to 2 m 2 /min, particularly preferably in the range from 0.1 to 1 m 2 /min, very particularly preferably in the range from 0.1 to 0.9 m 2 /min can be achieved. The exact structuring rate depends in particular on the available laser power. With future technologies that have higher laser power, even higher structuring rates can be achieved.
Haltevorrichtung für das Substrat Holding device for the substrate
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Substrat (5), bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat, in der xy-Ebene beweglich. Durch Bewegung des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, in der xy-Ebene kann eine flächige Bearbeitung mittels Laserinterferenzstrukturierung gewährleistet werden. Dabei wird in jedem Bearbeitungsschritt (d.h. Laserpuls, der auf das zu strukturierende Substrat trifft) ein sogenannter Interferenzpixel erzeugt, der eine Größe D abhängig vom Einfallswinkel und der Intensitätsverteilung des Laserstrahls, sowie den Fokussierungseigenschaften der optischen Elemente besitzt. Der Abstand zwischen den verschiedenen Interferenzpixeln, die Pixeldichte Pd, wird durch die Wiederholrate der Laserstrahlungsquelle (1) bestimmt. Ist die Pixeldichte Pd kleiner als die Größe der Interferenzpixel D, so ist eine flächige, homogene Bearbeitung möglich. In a further embodiment, the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, is movable in the xy plane. By moving the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, in the xy plane, flat processing using laser interference structuring can be ensured. In each processing step (ie laser pulse that hits the substrate to be structured), a so-called interference pixel is generated, which has a size D depending on the angle of incidence and the intensity distribution of the laser beam, as well as the focusing properties of the optical elements. The distance between the different interference pixels, the pixel density Pd, is determined by the repetition rate of the laser radiation source (1). Is the If the pixel density Pd is smaller than the size of the interference pixels D, flat, homogeneous processing is possible.
Verfahren Proceedings
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erzeugung eines strukturierten Substrates (wie hierin definiert), insbesondere eines Substrats mit Anti-Glare-Eigenschaften. Das Verfahren zum Herstellen eines strukturierten Substrats, insbesondere mit einer Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich, vorzugsweise aufweisend Anti-Glare- Eigenschaften, umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Substrates (5), vorzugsweise umfassend ein transparentes Material, b) Applizieren zumindest eines ersten Interferenzpixels (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) auf eine Ebene des Substrates (5), insbesondere mittels Laserablation, c) Applizieren zumindest eines zweiten Interferenzpixels (11) mit einer zweiten Interferenzperiode (p2) auf die Ebene des Substrates (5), insbesondere mittels Laserablation, wobei das erste und das zweite Interferenzpixel jeweils unabhängig voneinander ein periodisches Gitter von zumindest drei inversen Zapfen mit einer ersten Interferenzperiode (pi) bzw. einer zweiten Interferenzperiode (p2) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktstruktur durch überlagertes Applizieren des zweiten Interferenzpixels (11) mit dem ersten Interferenzpixel (10) innerhalb einer Ebene auf einer Oberfläche oder im Volumen des Substrates gebildet wird, wobei das Verhältnis der ersten Interferenzperiode (pi) zur zweiten Interferenzperiode (p2) im Bereich von 20:1 bis 1 :20, vorzugsweise im Bereich von 10:1 bis 1 :10, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 1 :5, insbesondere 3:1 bis 1 :3 liegt, dabei erfolgt das Applizieren des ersten Interferenzpixels (10), des zweiten ersten Interferenzpixels (11) und jedes weiteren Interferenzpixels vorzugsweise mittels Laserinterferenzstrukturierung. Gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung von strukturierten Substraten, die sich durch ausgeprägte Anti-Glare-Eigenschaften auszeichnen, hat das hierin beschriebene Verfahren unter Applizieren periodischer Grundstrukturen, insbesondere mittel Laserablation, den Vorteil, dass auf komplexe Vor- und Nachbearbeitungsprozesse (wie bspw. beim Ätzen oder Partikelstrahlen) verzichtet werden kann. Dadurch, dass die Prozessparameter genau eingestellt werden können, ist das Applizieren identischer lokaler als auch globaler Strukturen (bspw. durch Hinterlegung eines definierten Ablaufschemas zum Strukturieren) darüber hinaus leicht wiederholbar bzw. auf andere Proben (desselben oder anderen Substratmaterials) leicht übertragbar. Zudem lassen sich der Grad der Strukturierung und damit die mit der Struktur verbundenen Eigenschaften durch die Strukturparameter leicht einstellen. The present invention also relates to a method for producing a structured substrate (as defined herein), in particular a substrate with anti-glare properties. The method for producing a structured substrate, in particular with a dot structure in the micro- or sub-micrometer range, preferably having anti-glare properties, comprises the following steps: a) providing a substrate (5), preferably comprising a transparent material, b) applying at least a first interference pixel (10) with a first interference period (pi) on a plane of the substrate (5), in particular by means of laser ablation, c) applying at least a second interference pixel (11) with a second interference period (p 2 ) to the plane of the substrate ( 5), in particular by means of laser ablation, wherein the first and second interference pixels each independently have a periodic grid of at least three inverse cones with a first interference period (pi) or a second interference period (p 2 ), characterized in that the point structure is characterized by superimposed application of the second interference pixel (11) with the first interference pixel (10) is formed within a plane on a surface or in the volume of the substrate, the ratio of the first interference period (pi) to the second interference period (p 2 ) being in the range of 20: 1 to 1:20, preferably in the range from 10:1 to 1:10, particularly preferably in the range from 5:1 to 1:5, in particular 3:1 to 1:3, the first interference pixel (10 ), the second first interference pixel (11) and each further interference pixel, preferably by means of laser interference structuring. Compared to conventional methods for producing structured substrates, which are characterized by pronounced anti-glare properties, the method described here by applying periodic basic structures, in particular by means of laser ablation, has the advantage that complex pre- and post-processing processes (such as etching or particle beams) can be dispensed with. Because the process parameters can be set precisely, the application of identical local and global structures (e.g. by storing a defined flow chart for structuring) is also easily repeatable or easily transferable to other samples (of the same or different substrate material). In addition, the degree of structuring and thus the properties associated with the structure can be easily adjusted using the structure parameters.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Applizieren der Interferenzpixel derart, dass die Periode der Punktstruktur des ersten Interferenzpixels und die Periode der Punktstruktur des zweiten Interferenzpixels identisch sind. According to a preferred embodiment of the method, the interference pixels are applied in such a way that the period of the dot structure of the first interference pixel and the period of the dot structure of the second interference pixel are identical.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren nach Schritt c) das Applizieren zumindest einer weiteren Art eines Interferenzpixel mit einer weiteren Interferenzperiode (pn), bspw. ein drittes Interferenzpixel (12) mit einer dritten Interferenzperiode (p3) auf die Ebene des Substrates, insbesondere die Oberfläche des Substrates (5), insbesondere mittels Laserablation, wobei das weitere, bspw. das dritte Interferenzpixel (12) entsprechend der hierin definierten Merkmale zu dem ersten Interferenzpixel (10) und zweiten Interferenzpixel (11) überlagert angeordnet wird. Dabei liegt das Verhältnis der weiteren Interferenzperiode (pn) zu den anderen Interferenzperioden im vorzugsweise im Bereich von 20:1 bis 1 :20, vorzugsweise im Bereich von 10:1 bis 1 :10, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 1 :5, insbesondere 3:1 bis 1 :3, wodurch die hierin definierten Eigenschaften, insbesondere die Anti-Glare-Eigenschaften des Substrates optimiert werden können. According to a preferred embodiment of the present invention, the method according to step c) comprises applying at least one further type of interference pixel with a further interference period (p n ), for example a third interference pixel (12) with a third interference period (p 3 ) to the plane of the substrate, in particular the surface of the substrate (5), in particular by means of laser ablation, the further, for example the third interference pixel (12) being arranged superimposed on the first interference pixel (10) and second interference pixel (11) in accordance with the features defined herein. The ratio of the further interference period (p n ) to the other interference periods is preferably in the range from 20:1 to 1:20, preferably in the range from 10:1 to 1:10, particularly preferably in the range from 5:1 to 1 :5, in particular 3:1 to 1:3, whereby the properties defined herein, in particular the anti-glare properties of the substrate, can be optimized.
Nach einer weiteren Ausführung des Verfahrens werden wenigsten 10, bevorzugt wenigstens 30, Interferenzpixel nacheinander auf die Ebene des Substrates appliziert. Somit umfasst das Verfahren nach Schritt c) wenigstens das Applizieren von wenigstens acht weiteren Interferenzpixeln (12) mit weiteren Interferenzperioden (pn). Dabei liegt das Verhältnis der weiteren Interferenzperiode (pn) zu den anderen Interferenzperioden im vorzugsweise im Bereich von 20:1 bis 1 :20, vorzugsweise im Bereich von 10:1 bis 1 :10, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 1 :5, insbesondere 3:1 bis 1 :3, wodurch die hierin definierten Eigenschaften, insbesondere die Anti-Glare-Eigenschaften des Substrates optimiert werden können. According to a further embodiment of the method, at least 10, preferably at least 30, interference pixels are applied one after the other to the plane of the substrate. The method according to step c) thus comprises at least the application of at least eight further interference pixels (12) with further interference periods (p n ). The ratio of the further interference period (p n ) to the other interference periods is preferably in the range from 20:1 to 1:20, preferably in the range from 10:1 to 1:10, particularly preferably in the range from 5:1 to 1 :5, especially 3:1 to 1:3, which means the Properties defined herein, in particular the anti-glare properties of the substrate, can be optimized.
Um den Versatz der nacheinander aufgebrachten Interferenzpixel festzulegen, wird nach einer vorteilhaften Variante ein Wert eines Zufallsgenerators mit einem vorgegebenen Versatz multipliziert bzw. korreliert. So können inhomogene Muster mit einer lokalen Periodizität innerhalb der Interferenzpixel allerdings mit einer globalen Inhomogenität erzeugt werden. Dies verbessert vorteilhaft die Anti-Glare-Eigenschaften des strukturierten Substrates und führt vorteilhaft zu einer Reduzierung von unerwünschten Effekten, wie beispielsweise dem Moire-Effekt. In order to determine the offset of the interference pixels applied one after the other, according to an advantageous variant, a value from a random generator is multiplied or correlated with a predetermined offset. In this way, inhomogeneous patterns with a local periodicity within the interference pixels but with a global inhomogeneity can be generated. This advantageously improves the anti-glare properties of the structured substrate and advantageously leads to a reduction in undesirable effects, such as the moiré effect.
Eine mögliche Variante sieht vor, dass der Versatz bei einem Applizieren von wenigstens 10, bevorzugt wenigstens 30 Interferenzpixeln, so gewählt wird, dass wenigstens fünf unterschiedliche Werte des Versatzes zwischen benachbarten Interferenzpixeln auftreten. Die dadurch auftretende Inhomogenität der Struktur verbessert weiterhin die Anti-Glare- Eigenschaften des strukturierten Substrates und führt vorteilhaft zu einer Reduzierung von unerwünschten Effekten, wie beispielsweise dem Moire-Effekt. A possible variant provides that the offset is selected when applying at least 10, preferably at least 30 interference pixels, so that at least five different values of the offset occur between adjacent interference pixels. The resulting inhomogeneity of the structure further improves the anti-glare properties of the structured substrate and advantageously leads to a reduction in undesirable effects, such as the moiré effect.
Die Erfinder haben überdies herausgefunden, dass eine Modifikation der Strukturparameter ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Interferenzperiode des Interferenzpixels, die Strukturtiefe der inversen Zapfen, den Durchmesser der inversen Zapfen, die Form der inversen Zapfen und die Größe der inversen Zapfen zu einer hierin bevorzugten Asymmetrie (Nicht-Periodizität) innerhalb der globalen Punktstruktur und somit zu einer erwünschten Asymmetrie der aufgerauten Struktur beiträgt. So kann vorgesehen sein, dass die vorgenannten Strukturparameter einzelner, benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordneter Pixel einer Art eines Interferenzpixels, bspw. die Pixel des ersten Interferenzpixels alternierend oder sukzessive, bspw. graduell modifiziert werden. So bietet es sich beispielsweise an, die Strukturtiefe eines jeden nachfolgenden Pixels zum benachbarten, vorhergehenden Pixel graduell zu erhöhen und ab einem anderen Pixel graduell wieder zu verringern. Hierzu eignet sich im Verfahren, dass ein jedes nachfolgendes Pixel mit einer variierenden, bspw. graduell ansteigenden Pulsenergie (im Bereich wie hierin definiert) und/oder einer graduell ansteigenden Pulsdauer bzw. Pulsweite (wie hierin definiert) auf der Oberfläche des Substrates oder im Volumen des Substrates appliziert wird. Auch kann vorgesehen sein, dass ein einzelner Strukturparameter beim Applizieren eines Pixels einer Art eines Interferenzpixels innerhalb eines Bereichs stochastisch variiert wird. Beispielsweise kann in dem Verfahren das Verdrehen eines nachfolgenden Pixels zum benachbarten, vorhergehenden Pixel nicht sukzessiv (also gleichförmig erfolgt), sondern innerhalb des hierin definierten Winkelbereichs alternierend erfolgen, bspw. zunächst in eine Richtung und dann in eine andere oder dieselbe Richtung jeweils mit der gleichen oder einer anderen Winkelverschiebung. The inventors have also found that a modification of the structural parameters selected from the group comprising the interference period of the interference pixel, the structural depth of the inverse cones, the diameter of the inverse cones, the shape of the inverse cones and the size of the inverse cones results in an asymmetry preferred herein ( Non-periodicity) within the global point structure and thus contributes to a desired asymmetry of the roughened structure. It can thus be provided that the aforementioned structural parameters of individual pixels of a type of interference pixel arranged adjacently and repetitively offset from one another, for example the pixels of the first interference pixel, are modified alternately or successively, for example gradually. For example, it makes sense to gradually increase the structure depth of each subsequent pixel to the neighboring, previous pixel and gradually reduce it again from another pixel onwards. It is suitable for this purpose in the method that each subsequent pixel has a varying, for example gradually increasing, pulse energy (in the range as defined herein) and/or a gradually increasing pulse duration or pulse width (as defined herein) on the surface of the substrate or in the volume of the substrate is applied. Provision can also be made for a single structural parameter to be varied stochastically within a region when a pixel of a type of interference pixel is applied. For example, in the method, the rotation of a subsequent pixel to the neighboring, previous pixel cannot occur successively (i.e. uniformly), but rather occur alternately within the angular range defined herein, for example first in one direction and then in another or the same direction, each with the same or a different angular displacement.
Um ein Aufrauen der Oberfläche des zu strukturierenden Substrates mit möglichst inhomogener Verteilung der Strukturmerkmale, also der globalen Punktstruktur zu erzielen, kann vorgesehen sein, zumindest einen Teilstrahl, d.h. ein solcher Teil des Laserstrahls der in Folge des Durchlaufens des Laserstrahls, der aus der Laserstrahlenquelle austritt, durch das Strahlteilerelement gebildet wird, in dessen Strahlengang zu modifizieren, zu „stören“ und/oder dessen Polarisationsebene zu drehen. In order to achieve a roughening of the surface of the substrate to be structured with the most inhomogeneous distribution of the structural features, i.e. the global point structure, it can be provided that at least a partial beam, i.e. such a part of the laser beam, which emerges from the laser beam source as a result of the laser beam passing through , formed by the beam splitter element, to modify, “disturb” its beam path and/or rotate its polarization plane.
So kann beispielsweise ein Diffusor (17) vorgesehen sein, der in zumindest einem Strahlengang eines Teilstrahls angeordnet ist, vorzugsweise nicht in jedem Strahlengang der Teilstrahlen, vorzugsweise in einem Strahlengang bis (n-1) Strahlengängen, wobei n die Anzahl der erzeugten Teilstrahlen im Applikationsverfahren ist. Beispielsweise eignen sich hierfür Rotations-Diffusoren. Der Einsatz eines Diffusors in zumindest einem Strahlengang eines Laserteilstrahls hat den Vorteil, dass das Interferenzmuster des Interferenzpixels leicht gestört bzw. aufgebrochen wird. Das Interferenzmuster des Interferenzpixels ist jedoch weiterhin periodisch. Es handelt sich hierbei um einen weglängenabhängigen Effekt, der das Interferenzmuster des Interferenzpixels umso ausgeprägter beeinflusst, je weiter der Diffusor vom zu strukturierenden Substrat entfernt angeordnet ist. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Diffusor im Strahlengang zumindest eines Teilstrahls in einem Bereich nach dem Strahlteilerelement und unmittelbar nach dem Fokussierelement, vorzugsweise unmittelbar vor dem Fokussierelement oder unmittelbar nach dem Fokussierelement angeordnet. Ganz besonders bevorzugt ist der Diffusor unmittelbar vor dem Fokussierelement angeordnet. For example, a diffuser (17) can be provided which is arranged in at least one beam path of a partial beam, preferably not in every beam path of the partial beams, preferably in a beam path up to (n-1) beam paths, where n is the number of partial beams generated in the application process is. For example, rotation diffusers are suitable for this. The use of a diffuser in at least one beam path of a partial laser beam has the advantage that the interference pattern of the interference pixel is easily disturbed or broken up. However, the interference pattern of the interference pixel is still periodic. This is a path length-dependent effect that influences the interference pattern of the interference pixel more pronounced the further away the diffuser is from the substrate to be structured. According to a preferred embodiment of the invention, the diffuser is arranged in the beam path of at least one partial beam in an area after the beam splitter element and immediately after the focusing element, preferably immediately before the focusing element or immediately after the focusing element. The diffuser is particularly preferably arranged directly in front of the focusing element.
Um die Polarisationsebene zumindest eines Teilstrahls zu drehen kann im Strahlengang nach dem Strahlteilerelement ein polarisationsdrehendes Element vorgesehen sein. Polarisationsdrehende Elemente sind dem Fachmann bekannt und sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine rotierende Lambda-Halbe-Platte, eine stationär einstellbare Lambda-Halbe-Platte, eine rotierende Lambda- Viertel-Platte, Radialpolarisatoren, Kegelpolarisatoren, doppelbrechende Platten, Polarisationsstrahlteiler. Vorzugsweise ist das polarisationsdrehende Element eine rotierende Lambda-Halbe-Platte, eine stationär einstellbare Lambda-Halbe-Platte, eine rotierende Lambda-Viertel-Platte. Vorzugsweise ist das polarisationsdrehende Element im Strahlengang zumindest eines Laser(teil-)strahls im Bereich nach dem Strahlteilerelement und unmittelbar nach dem Fokussierelement, vorzugsweise unmittelbar vor dem Fokussierelement oder unmittelbar nach dem Fokussierelement angeordnet. Ganz besonders bevorzugt ist der Diffusor unmittelbar vor dem Fokussierelement angeordnet. In order to rotate the polarization plane of at least one partial beam, a polarization-rotating element can be provided in the beam path after the beam splitter element. Polarization rotating elements are known to those skilled in the art and are, for example, selected from the group comprising a rotating lambda half plate, a stationary adjustable lambda half plate, a rotating lambda quarter plate, radial polarizers, cone polarizers, birefringent plates, polarization beam splitters. Preferably, the polarization rotating element is a rotating lambda half plate, a stationary adjustable lambda half plate, a rotating lambda quarter plate. Preferably, the polarization rotating element is in the beam path of at least one laser (partial) beam in the area after the beam splitter element and immediately after Focusing element, preferably arranged immediately before the focusing element or immediately after the focusing element. The diffuser is particularly preferably arranged directly in front of the focusing element.
Es kann vorgesehen sein, dass das strukturierte Substrat nach dem Strukturierungsverfahren nachbehandelt, beispielsweise thermisch nachbehandelt (getempert) wird, um Strukturdefekte, die durch die Laserstrukturierung auf der Oberfläche oder im Volumen des Substrates entstehen können, zu heilen. So kann beispielsweise ein strukturiertes Glassubstrat nach dem Strukturierungsverfahren bei einer Temperatur zwischen 100°C und 700°C, vorzugsweise zwischen 150° und 450°C, jedoch bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg), vorzugsweise bei Temperaturen von 50°C bis 100°C unterhalb der Glasübergangstemperatur (untere Kühltemperatur des Transformationsbereichs), getempert werden. Beispielsweise liegt die Glasübergangstemperatur bei Borosilikatgläsern und Kalk-Natron-Gläsern um 500°C, bei Bleigläsern um 400°C und bei Aluminosilikatgläsern (bspw. Gorillaglas) bei etwa 800°C. Die spezifischen Werte für die Glasübergangstemperatur eines Substrates können einschlägigen Tabellenwerken entnommen oder durch dem Fachmann bekannte Verfahren, wie bspw. die dynamisch-mechanische Analyse (DMA), die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) oder die dielektrische Relaxationsspektroskopie bestimmt werden. Darüber hinaus kann durch das thermische Nachbehandeln die Molekularstruktur des Substrates so beeinflusst werden, dass dessen Härte, insbesondere an der Oberfläche des Substrates höher ist als in seinen Kernschichten. So kommt es durch solche strukturellen Umwandlungsprozesse bspw. zu Unterschieden in der Dichte des Glases zwischen dessen inneren und äußeren Schichten. Eine solche thermische Nachbehandlung zur Erhöhung der Härte des Substrates hat darüber hinaus den Vorteil, dass ein zunächst nicht nachbehandeltes Substrat, dass eine geringere Härte aufweist als das nachbehandelte Substrat mit einem Verfahren zu dessen Strukturierung leichter bearbeitet/strukturiert werden kann, bspw. sind geringere Energien und Laserpulsdauern erforderlich als bei einem nachbehandelten Substrat. Eine derartige thermische Nachbehandlung eignet sich auch für Polymere, bspw. Polyvinylchlorid (Temperempfehlung: 60°C), Acrylonitril, Styrol oder Polymethylmethacrylat (80°C), Polyvinylidenfluorid (150°C), Polysulfon (165°C), Polyphenylensulfid (200°C), Polyetheretherketon (200°C), insbesondere Beispiele wie Acrylglas/Plexiglas® (70-80°C). Dabei weiß der Fachmann, dass die Glasübergangstemperatur (Tg) von Poymeren jedoch weitaus niedriger liegt, als die für Glas. It can be provided that the structured substrate is post-treated according to the structuring process, for example thermally post-treated (annealed), in order to heal structural defects that can arise on the surface or in the volume of the substrate as a result of the laser structuring. For example, a structured glass substrate can be formed using the structuring process at a temperature between 100 ° C and 700 ° C, preferably between 150 ° and 450 ° C, but at a temperature below the glass transition temperature (T g ), preferably at temperatures from 50 ° C to 100 ° C below the glass transition temperature (lower cooling temperature of the transformation range). For example, the glass transition temperature for borosilicate glasses and soda-lime glasses is around 500°C, for lead glasses it is around 400°C and for aluminosilicate glasses (e.g. gorilla glass) it is around 800°C. The specific values for the glass transition temperature of a substrate can be found in relevant tables or determined by methods known to those skilled in the art, such as dynamic mechanical analysis (DMA), dynamic differential calorimetry (DSC) or dielectric relaxation spectroscopy. In addition, the thermal post-treatment can influence the molecular structure of the substrate in such a way that its hardness, particularly on the surface of the substrate, is higher than in its core layers. Such structural transformation processes, for example, lead to differences in the density of the glass between its inner and outer layers. Such a thermal post-treatment to increase the hardness of the substrate also has the advantage that a substrate that is not initially post-treated and has a lower hardness than the post-treated substrate can be processed/structured more easily using a method for structuring it, for example lower energies and laser pulse durations are required than for a post-treated substrate. Such a thermal aftertreatment is also suitable for polymers, for example polyvinyl chloride (temperature recommendation: 60°C), acrylonitrile, styrene or polymethyl methacrylate (80°C), polyvinylidene fluoride (150°C), polysulfone (165°C), polyphenylene sulfide (200°C). C), polyetheretherketone (200°C), especially examples such as acrylic glass/Plexiglass® (70-80°C). The person skilled in the art knows that the glass transition temperature (T g ) of polymers is much lower than that of glass.
Über die Frequenz der Laserstrahlungsquelle (1), f, und die Geschwindigkeit der Bewegung der Haltevorrichtung, v, lässt sich die Pixeldichte Pd, also der Abstand in der ein Interferenzpixel mit der Weite D auf dem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, aufgebracht werden kann, einstellen zu: pd = V/f The pixel density Pd, i.e. the distance in the a, can be determined via the frequency of the laser radiation source (1), f, and the speed of movement of the holding device, v Interference pixels with the width D can be applied to the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, set to: p d = V /f
Ist die Weite des Interferenzpixels, D, größer als die Pixeldichte Pd, so überlagern sich benachbarte Interferenzpixel in einem Bereich. Dieser Bereich ist dem Fachmann als Pulsüberlapp, OV, bekannt. Er kann berechnet werden zu: ov = ^D~ Pd D If the width of the interference pixel, D, is greater than the pixel density Pd, neighboring interference pixels overlap in one area. This area is known to those skilled in the art as pulse overlap, OV. It can be calculated as: ov = ^ D ~ Pd D
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden bei dem Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats dieselben Interferenzpixel mehrfach bestrahlt. Dadurch ist es möglich, die Tiefe der entstandenen Mikrostrukturen zu erhöhen und/oder mit geringeren Energien genau einzustellen, ohne das Substrat zu hohen Energiedichten auszusetzen. In a particularly preferred embodiment, in the method for producing a structured substrate, preferably a flat and/or transparent substrate, the same interference pixels are irradiated several times. This makes it possible to increase the depth of the resulting microstructures and/or to adjust it precisely with lower energies without exposing the substrate to high energy densities.
Insbesondere eignet sich die Mehrfachbestrahlung eines Substrats zur Herstellung von hierarchischen Strukturen. So bewirkt die Mehrfachbestrahlung desselben Interferenzpixels ein zumindest teilweises Aufschmelzen des Substratmaterials, wobei sich während des Strukturierungsprozesses, d.h. beim Auftreffen eines Laserpulses, als Folge des Auftretens eines Bereiches hoher Intensität eine Wellenstruktur ausbildet. Dabei bildet sich die Strukturierung, insbesondere die Wellenstruktur durch einen Selbstorganisationsprozess aus. Insbesondere überlagert die Wellenstruktur eine periodische Punktstruktur im Mikrooder Submikrometerbereich, welche mittels Laserinterferenzstrukturierung erzeugbar ist. Somit ist mit einem Verfahrensschritt eine hierarchische Strukturierung in einem Substrat erzeugbar. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt daher die Mehrfachbestrahlung, vorzugsweise 2-fache bis 400-fache, insbesondere 20-fache bis 300- fache, besonders bevorzugt 50-fache bis 200-fache Bestrahlung desselben Interferenzpixels auf dem Substrat, wodurch eine Wellenstruktur (wie hierin definiert) ausgebildet wird, insbesondere eine periodische Punktstruktur aus sich überlagernden Strukturen ausgebildet wird, wobei mindestens eine Struktur Abmessungen im Submikrometerbereich, insbesondere eine quasi-periodische Wellenstruktur aufweist, und wobei zumindest eine Struktur aus inversen Zapfen gebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Zeitversatz zwischen den einzelnen Pulsen dabei im Bereich der Pulsdauer des Laserpulses, bevorzugt im Bereich von 1fs bis 100ns, besonders bevorzugt im Bereich von 10 fs bis 1 ns, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10 fs bis 15 ps. Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung Multiple irradiation of a substrate is particularly suitable for producing hierarchical structures. Multiple irradiation of the same interference pixel causes at least partial melting of the substrate material, with a wave structure being formed during the structuring process, ie when a laser pulse hits it, as a result of the appearance of a region of high intensity. The structuring, in particular the wave structure, is formed through a self-organization process. In particular, the wave structure superimposes a periodic point structure in the micrometer or submicrometer range, which can be generated using laser interference structuring. A hierarchical structuring in a substrate can thus be created in one process step. According to a preferred embodiment of the invention, multiple irradiation, preferably 2-fold to 400-fold, in particular 20-fold to 300-fold, particularly preferably 50-fold to 200-fold, is carried out on the same interference pixel on the substrate, whereby a wave structure (like defined herein), in particular a periodic point structure is formed from superimposed structures, with at least one structure having dimensions in the submicrometer range, in particular a quasi-periodic wave structure, and with at least one structure being formed from inverse cones. The time offset between the individual pulses is particularly preferred in the range of the pulse duration of the laser pulse, preferably in the range from 1 fs to 100 ns, particularly preferably in the range from 10 fs to 1 ns, very particularly preferably in the range from 10 fs to 15 ps. Laser interference structuring device
Als Beispiel für eine Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung zur Erzeugung eines strukturierten Substrates, insbesondere eines Substrats mit Anti-Glare-Eigenschaften betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung zur direkten Laserinterferenzstrukturierung eines Substrats, beispielhaft sind hierin flächige und/oder transparente Substrate zu nennen, umfassend As an example of a laser interference structuring device for producing a structured substrate, in particular a substrate with anti-glare properties, the present invention also relates to a laser interference structuring device for direct laser interference structuring of a substrate, examples of which include flat and/or transparent substrates
- eine Laserstrahlungsquelle (1) zum Emittieren eines Laserstrahls, - a laser radiation source (1) for emitting a laser beam,
- ein Strahlteilerelement (2), das im Strahlengang (3) des Laserstrahls, insbesondere im Strahlengang (3) des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls, angeordnet ist, - a beam splitter element (2) which is arranged in the beam path (3) of the laser beam, in particular in the beam path (3) of the laser beam emitted by the laser radiation source (1),
- ein Fokussierelement (4), das derart eingerichtet ist, dass dieses die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Volumen eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats (5) in einem Interferenzbereich interferierbar sind, wobei der Strahlteiler (2) entlang seiner optischen Achse im Strahlengang (3) frei beweglich ist, und wobei der Strahlteiler (2) dazu eingerichtet ist, den einfallenden Laserstrahl, der von der Laserstrahlungsquelle (1) ausgesandt wird, in zumindest 3, vorzugsweise zumindest 4 Teilstrahlen, insbesondere 4 bis 8, also 4, 5, 6, 7, oder 8 Teilstrahlen, aufzuteilen. - a focusing element (4), which is set up in such a way that the partial beams pass through it in such a way that the partial beams can be interfered with in an interference region on the surface or in the volume of a substrate, preferably a flat and/or transparent substrate (5), the beam splitter (2) is freely movable along its optical axis in the beam path (3), and wherein the beam splitter (2) is designed to divide the incident laser beam, which is emitted by the laser radiation source (1), into at least 3, preferably at least 4 partial beams, in particular 4 to 8, i.e. 4, 5, 6, 7, or 8 partial beams.
Besonders bevorzugt ist der Strahlteiler (2) derart eingerichtet, dass dieser den einfallenden Laserstrahl in ein geradzahliges Vielfaches, d.h. 4, 6 oder 8 Teilstrahlen, ganz besonders bevorzugt 4 Teilstrahlen aufteilt. The beam splitter (2) is particularly preferably set up in such a way that it divides the incident laser beam into an even multiple, i.e. 4, 6 or 8 partial beams, most preferably 4 partial beams.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann ein Strahlteiler (2) derart vorgesehen sein, dass dieser einen ersten Strahlteiler und zumindest einen, dem ersten Strahlteiler nachgeordneten weiteren Strahlteiler umfasst, wobei der erste Strahlteiler den einfallenden Laserstrahl in zumindest 2 Teilstrahlen aufteilt und der weitere Strahlteiler in zumindest einem Strahlengang eines Teilstrahls angeordnet ist und diesen Teilstrahl beim Durchlaufen in zumindest 2 Teilstrahlen aufteilt. Alternatively or in addition to this, a beam splitter (2) can be provided such that it comprises a first beam splitter and at least one further beam splitter arranged downstream of the first beam splitter, the first beam splitter dividing the incident laser beam into at least 2 partial beams and the further beam splitter into at least one Beam path of a partial beam is arranged and divides this partial beam into at least 2 partial beams as it passes through.
Zur Laserinterferenzstrukturierung des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, wird hierbei der von der Laserstrahlungsquelle emittierte Laserstrahl durch das Strahlteilerelement (2) in zumindest 3, bevorzugt zumindest 4 Teilstrahlen aufgeteilt. Aus dem Stand der Technik sind lediglich Zweistrahlinterferenzen (d.h. Strukturierung mittels Interferenz von zwei Teilstrahlen) bekannt. Derartige Zweistrahlinterferenzen erzeugen jedoch nur Linienstrukturen auf dem Substrat. For laser interference structuring of the substrate (5), preferably flat and/or transparent substrate, the laser beam emitted by the laser radiation source is divided by the beam splitter element (2) into at least 3, preferably at least 4 partial beams. Only two-beam interference is known from the prior art (ie structuring by means of interference of two partial beams). However, such two-beam interference only creates line structures on the substrate.
Im Anschluss werden die Teilstrahlen durch das Fokussierelement (4) so umgelenkt, dass sie auf der Oberfläche oder im Inneren eines Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, in einem Interferenzbereich interferieren. The partial beams are then deflected by the focusing element (4) in such a way that they interfere in an interference region on the surface or inside of a substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate.
Dadurch kann eine zweidimensionale, periodische Punktstruktur mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich erzeugt werden, deren Strukturperiode durch die Verschiebung des Strahlteilerelements (2) entlang seiner optischen Achse frei einstellbar ist. Eine flächige Bearbeitung eines Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, ist möglich. This makes it possible to create a two-dimensional, periodic point structure with dimensions in the micro and submicrometer range, the structure period of which can be freely adjusted by moving the beam splitter element (2) along its optical axis. A flat processing of a substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, is possible.
Als Vorteil der hierin definierten Vorrichtung kann genannt werden, dass durch diese Vorrichtung und dem mit ihrer Hilfe realisierbaren Verfahren bei der Strukturierung von Substraten, insbesondere bei der Erzeugung einer Struktur mit Antireflexionseigenschaften auf die Verwendung von Chemikalien und deren aufwändige Entsorgung verzichtet werden kann. Darüber hinaus kann somit auch auf die Aufreinigung der Substrate verzichtet werden. The advantage of the device defined herein is that this device and the method that can be implemented with its help in the structuring of substrates, in particular in the production of a structure with anti-reflection properties, makes it possible to dispense with the use of chemicals and their time-consuming disposal. In addition, the cleaning of the substrates can be dispensed with.
Des Weiteren können eine breite Anzahl von Substraten, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substraten, insbesondere transparente Materialien mit der Vorrichtung bearbeitet werden. Da das Verfahren nicht vom Brechungsindex oder der Haftung bestimmter Beschichtungsmaterialien auf dem Substrat abhängig ist, ist dieses Verfahren also flexibler als herkömmliche chemische Verfahren. Furthermore, a wide number of substrates, preferably flat and/or transparent substrates, in particular transparent materials, can be processed with the device. Since the process does not depend on the refractive index or the adhesion of certain coating materials to the substrate, this process is more flexible than conventional chemical processes.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, wie bspw. der WO 2019/166836 A1 ist die Bearbeitungszeit nach diesem Verfahren deutlich geringer, da die Periodizität der Strukturen durch die Interferenz der einfallenden, zumindest 3, vorzugsweise zumindest 4 Teilstrahlen in einem Interferenzbereich gewährleistet wird, und nicht durch zeitintensivere Selbstorganisationsprozesse zustande kommt. Zudem ist gegenüber herkömmlichen Verfahren von Vorteil, dass die Form (strukturelle Ausgestaltung; Geometrie) der erzeugten Mikro-/Nanostrukturen kontrolliert werden kann. Durch die Anzahl der interferierenden (Teil-)Strahlen, deren Polarisation, sowie durch die Einstellung der Prozessparameter, können die Strukturen in der Geometrie gesteuert werden und dadurch die Antireflexionseigenschaften gezielt beeinflusst werden. Ferner ist die Stabilität der so erzeugten Punktstruktur zu erwähnen, die im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungen beständiger ist, da sie sich nicht über die Zeit und die einsatzbedingte Materialbeanspruchung vom zu beschichtenden Substrat lösen kann. Compared to conventional methods, such as WO 2019/166836 A1, the processing time according to this method is significantly shorter, since the periodicity of the structures is ensured by the interference of the incident, at least 3, preferably at least 4 partial beams in an interference region, and not comes about through more time-consuming self-organization processes. Another advantage over conventional methods is that the shape (structural design; geometry) of the micro/nanostructures produced can be controlled. The structures in the geometry can be controlled by the number of interfering (partial) beams, their polarization, and the setting of the process parameters, thereby specifically influencing the anti-reflection properties. Furthermore, the stability of the dot structure created in this way should be mentioned, which is more durable compared to conventional coatings because it cannot detach from the substrate to be coated over time and the use-related stress on the material.
Wird die Strukturierung im Volumen, d.h. im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, insbesondere in dem transparenten Material vorgenommen, so ist die entstandene Strukturierung (d.h. die Punktstruktur des strukturierten Substrates) unempfindlicher gegen Stöße und Abrieb als herkömmliche Beschichtungen. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Strukturierung (hierin auch als Texturierung bezeichnet) im Inneren des Materials (d.h. unterhalb der Oberfläche) nicht zwingend Antireflexionseigenschaften erzeugt. Die Texturierung im Inneren des Materials ist jedoch für andere Anwendungsgebiete interessant, wie Produktschutz, optische Datenspeicherung, Dekoration, usw. If the structuring is carried out in the volume, i.e. in the interior of the substrate, preferably flat and/or transparent substrate, in particular in the transparent material, the resulting structuring (i.e. the dot structure of the structured substrate) is less sensitive to impacts and abrasion than conventional coatings. The inventors have discovered that structuring (also referred to herein as texturing) inside the material (i.e. below the surface) does not necessarily produce anti-reflection properties. However, the texturing inside the material is interesting for other areas of application, such as product protection, optical data storage, decoration, etc.
Von besonderem Vorteil ist, dass durch den hierin offenbarten Aufbau der Vorrichtung bzw. die Anordnung der optischen Komponente Substrate mit sehr hohen Strukturierungsraten von bis zu 4,0 m2/min, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 4,0 m2/min, besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 3,5 m2/min, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 3,0 m2/min strukturiert werden können. Dies ist dadurch gewährleistet, dass der Bereich, in dem die zumindest drei Teilstrahlen überlagert werden, durch eine bevorzugte Auswahl optischer Elemente aufgeweitet werden kann, wodurch in einem Bearbeitungsschritt eine große Fläche bestrahlt werden kann. Im Gegensatz zu dem Fachmann bekannten Verfahren wie dem direkten Laserschreiben ist keine starke Fokussierung zum Erzeugen von hochauflösenden Merkmalen notwendig. It is particularly advantageous that the structure of the device disclosed herein or the arrangement of the optical component enables substrates with very high structuring rates of up to 4.0 m 2 /min, in particular in the range from 0.01 to 4.0 m 2 / min, particularly preferably in the range from 0.05 to 3.5 m 2 /min, very particularly preferably in the range from 0.1 to 3.0 m 2 /min. This is ensured by the fact that the area in which the at least three partial beams are superimposed can be expanded by a preferred selection of optical elements, whereby a large area can be irradiated in one processing step. In contrast to methods known to those skilled in the art, such as direct laser writing, no strong focusing is necessary to produce high-resolution features.
Verwendung use
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung des strukturierten Substrats als Anti-Glare-Verglasung von Monitoren, Bildschirmen und Displays oder in Photovoltaikanlagen. Hierin kann das strukturierte Substrat bspw. auch eine Folie sein, die zur nachträglichen Aufbringung einer hierin definierten Struktur auf bestehende Systeme dient. The present invention also includes the use of the structured substrate as anti-glare glazing for monitors, screens and displays or in photovoltaic systems. Here, the structured substrate can also be, for example, a film that is used to subsequently apply a structure defined herein to existing systems.
Zudem ist die Verwendung des hierin definierten strukturierten Substrats als Negativform zur indirekten Aufbringung oder Erzeugung von Strukturen auf einem anderen Substrat vorgesehen. AUSFÜHRUNGSBEISPIELE In addition, the structured substrate defined herein is intended to be used as a negative mold for indirectly applying or producing structures on another substrate. EXAMPLES OF EMBODIMENTS
Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele wird die vorliegende Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken. Insbesondere sind in den einzelnen Figuren gezeigte und zu dem jeweiligen Beispiel beschriebene Merkmale nicht auf das jeweilige Einzelbeispiel beschränkt. The present invention is explained in more detail using the following figures and exemplary embodiments, without restricting the invention to these. In particular, features shown in the individual figures and described for the respective example are not limited to the respective individual example.
Dabei zeigt This shows
Fig. 1: einen kumulativen Aufbau der Punktstruktur aus einer Überlagerung mehrerer Interferenzpixel, Fig. 1: a cumulative structure of the point structure from a superposition of several interference pixels,
Fig. 2: eine Punktstruktur, welche aus der Überlagerung von mehreren ersten und zweiten Interferenzpixeln gebildet ist, 2: a point structure which is formed from the superposition of several first and second interference pixels,
Fig. 3: verschiedene Muster einer Punktstruktur die durch benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnete Pixel einer Art eines Interferenzpixels appliziert werden. Fig. 3: different patterns of a dot structure which are applied by adjacent, repetitively offset pixels of a type of interference pixel.
Fig. 4: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 4: a schematic perspective view of a device according to the invention.
Fig. 5: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Umlenkelement (6) zur Parallelisierung der Teilstrahlen enthält. Fig. 5: a schematic perspective view of a device according to the invention, which contains a deflection element (6) for parallelizing the partial beams.
Fig. 6: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Umlenkelement (7) zur Aufweitung des Winkels der Teilstrahlen zur optischen Achse des Strahlengangs (3) enthält. Zusätzlich ist in Fig. 6B ein Diffusor (17) in einem Strahlengang eines Teilstrahls angeordnet. Fig. 6: a schematic perspective view of a device according to the invention, which contains a deflection element (7) for widening the angle of the partial beams to the optical axis of the beam path (3). In addition, in FIG. 6B a diffuser (17) is arranged in a beam path of a partial beam.
Fig. 7A: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die optische Elemente (6) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, die die Teilstrahlen auf das Fokussierelement (4) umlenken, enthält. Fig. 7A: a schematic perspective view of a device according to the invention, which contains optical elements (6) with a planar, reflecting surface that deflect the partial beams onto the focusing element (4).
Fig. 7B: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die als optisches Element zur Strahlformung einen Galvo-Spiegel (9) umfasst, was eine ortsfeste Positionierung des zu strukturierenden Substrats während des Prozesses der Strukturierung erlaubt. Fig. 7B: a schematic perspective view of a device according to the invention, which comprises a galvo mirror (9) as an optical element for beam shaping, which allows a stationary positioning of the substrate to be structured during the structuring process.
Fig. 8: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung ein Polarisationselement (8), welches den Phasenverlauf der Teilstrahlen zueinander verschiebt oder den Strahl vor der Aufspaltung in Teilstrahlen modifiziert, enthält, wobei A) das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah an der Laserstrahlungsquelle (1) positioniert ist. Fig. 8: a schematic perspective view of a device according to the invention, the device containing a polarization element (8), which shifts the phase profile of the partial beams relative to one another or modifies the beam before splitting into partial beams, where A) the beam splitter element (2) is positioned in the beam path (3) close to the laser radiation source (1).
B) das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah am Umlenkelement (7) positioniert ist. B) the beam splitter element (2) is positioned in the beam path (3) close to the deflection element (7).
C) das Polarisationselement (8) vor dem Strahlteilerelement (2) positioniert ist.C) the polarization element (8) is positioned in front of the beam splitter element (2).
Fig. 9: eine schematische Ansicht der sich auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats ergebenden Interferenzpixel mit der Weite D, und die Verteilung der einzelnen Interferenzpixel auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, wobei die Interferenzpixel zueinander verschoben sind mit der Pixeldichte Pd. Fig. 9: a schematic view of the interference pixels resulting on the surface or inside the substrate with the width D, and the distribution of the individual interference pixels on the surface or inside the substrate, the interference pixels being shifted relative to one another with the pixel density Pd.
Fig. 10: eine schematische perspektivische Ansicht des strukturierten Substrats (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich, und symbolisch die Transmission von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen größer als die Strukturperiode der erzeugten Strukturen, sowie die Beugung von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im Bereich oder kleiner der erzeugten Strukturen. Fig. 10: a schematic perspective view of the structured substrate (5) with the generated periodic point structures, consisting of inverse cones, with dimensions in the micro- and sub-micrometer range, and symbolically the transmission of incident electromagnetic waves with wavelengths greater than the structure period of the generated structures , as well as the diffraction of incident electromagnetic waves with wavelengths in the range or smaller of the structures created.
Fig. 11 : eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die als optisches Element einen Galvospiegel (9) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, die die Teilstrahlen auf das Fokussierelement (4) umlenken, sowie ein Polygonrad (9.1) enthält. Fig. 11: a schematic perspective view of a device according to the invention, which contains as an optical element a galvo mirror (9) with a planar, reflecting surface, which deflects the partial beams onto the focusing element (4), and a polygon wheel (9.1).
Fig. 12: Eine grafische Darstellung des Diffraktionswinkels von einfallendem Licht über der Wellenlänge des einfallenden Lichts für strukturierte Substrate mit drei unterschiedlichen Strukturweiten. Fig. 12: A graphical representation of the diffraction angle of incident light versus the wavelength of the incident light for structured substrates with three different feature widths.
Fig. 13: eine schematische perspektivische Ansicht des strukturierten Substrats (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit Abmessungen im Mikrometerbereich, der eine periodische Wellenstruktur im Submikrometerbereich überlagert ist. Fig. 13: a schematic perspective view of the structured substrate (5) with the periodic point structures created, consisting of inverse cones, with dimensions in the micrometer range, on which a periodic wave structure in the submicrometer range is superimposed.
Fig. 1 visualisiert den kumulativen Aufbau der Punktstruktur aus einer Überlagerung mehrerer Interferenzpixel (10, 11 , 12, 13). Jedes Interferenzpixel (10, 11 , 12, 13) besteht aus mehreren mittels Laserinterferenzstrukturierung in das Substrat eingebrachten inversen Zapfen (14). Fig. 1 visualizes the cumulative structure of the point structure from a superposition of several interference pixels (10, 11, 12, 13). Each interference pixel (10, 11, 12, 13) consists of several inverse cones (14) introduced into the substrate using laser interference structuring.
In Teilbild (A) ist das erste Interferenzpixel (10) gezeigt, welches mehrere inverse Zapfen (14, 14.1) aufweist. Teilbild (B) visualisiert eine Überlagerung aus dem ersten Interferenzpixel (10) und dem zweiten Interferenzpixel (11), wobei diese Überlagerung aus inversen Zapfen (14.1) des ersten Interferenzpixels (10) und aus inversen Zapfen (14.2) des zweiten Interferenzpixels (11) besteht. Partial image (A) shows the first interference pixel (10), which has several inverse cones (14, 14.1). Partial image (B) visualizes an overlay of the first Interference pixel (10) and the second interference pixel (11), this superposition consisting of inverse cones (14.1) of the first interference pixel (10) and inverse cones (14.2) of the second interference pixel (11).
Dabei besteht ein Versatz (15) zwischen dem ersten Interferenzpixel (10) und dem zweiten Interferenzpixel (11), wodurch die inversen Zapfen (14.2) des zweiten Interferenzpixels (11) um diesen Versatz (15) gegenüber den inversen Zapfen (14.1) des ersten Interferenzpixels (10) verschoben sind. There is an offset (15) between the first interference pixel (10) and the second interference pixel (11), whereby the inverse pegs (14.2) of the second interference pixel (11) are offset (15) by this offset (15) compared to the inverse pegs (14.1) of the first Interference pixels (10) are shifted.
Teilfigur (C) visualisiert eine Überlagerung, bei der zusätzlich ein drittes Interferenzpixel (12) mit den ersten beiden Interferenzpixeln (10, 11) überlagert ist. Die überlagerte Struktur in Teilbild (C) weist somit inverse Zapfen (14.1) des ersten Interferenzpixels (10), inverse Zapfen (14.2) des zweiten Interferenzpixels (11) sowie inverse Zapfen (14.3) des dritten Interferenzpixels (12) auf. Das dritte Interferenzpixel (12) ist in diesem Ausführungsbeispiel zum zweiten Interferenzpixel (11) in derselben Raumrichtung entlang der x-Achse verschoben, wie das zweite Interferenzpixel (11) zum ersten Interferenzpixel (10). Partial figure (C) visualizes an overlay in which a third interference pixel (12) is also superimposed on the first two interference pixels (10, 11). The superimposed structure in partial image (C) thus has inverse pegs (14.1) of the first interference pixel (10), inverse pegs (14.2) of the second interference pixel (11) and inverse pegs (14.3) of the third interference pixel (12). In this exemplary embodiment, the third interference pixel (12) is shifted to the second interference pixel (11) in the same spatial direction along the x-axis as the second interference pixel (11) to the first interference pixel (10).
Teilbild (D) zeigt eine Überlagerung, bei der weiterhin ein viertes Interferenzpixel (13) überlagert ist, wobei dies gegenüber dem dritten Interferenzpixel (12) in einer anderen Raumrichtung entlang der y-Achse verschoben ist. Somit weist der Ausschnitt in Teilbild (D) eine Punktstruktur aus einer Überlagerung aus vier Interferenzpixeln (10, 11 , 12, 13) auf. Partial image (D) shows an overlay in which a fourth interference pixel (13) is also superimposed, this being shifted in a different spatial direction along the y-axis compared to the third interference pixel (12). The section in partial image (D) therefore has a dot structure consisting of an overlay of four interference pixels (10, 11, 12, 13).
Die Graphen, welche unterhalb der Interferenz pixel (10, 11 , 12, 13) angeordnet sind, dienen der Visualisierung der periodischen Strukturen innerhalb eines Interferenzpixels (10, 11 , 12, 13). Aufgrund der Entstehung der Interferenzpixel (10, 11 , 12, 13) über den Prozess der Laserinterferenzstrukturierung, also entsprechend des Interferenzbildes der Laser(teil- strahlen), weist jedes einzelne Interferenzpixel (10, 11 , 12, 13), welches innerhalb eines Beleuchtungs- oder Bestrahlungsprozesses innerhalb einer ausgewählten Pulsdauer entstanden ist, eine periodische Anordnung der inversen Zapfen (14) auf. Der Abstand der inversen Zapfen (14.1) des ersten Interferenzpixels (10), der aus dem Abstand der Intensitätsmaxima des das erste Interferenzpixel (10) erzeugenden Interferenzbildes resultiert, stellt die Interferenzperiode (pi) dar. Die Intensität entspricht dabei der zur Erzeugung der inversen Zapfen (14.1) notwendigen Intensität im Interferenzmuster der Laser(teil-)strahlen. Somit entspricht der Abstand der Intensitätsmaxima des Interferenzbildes der Interferenzperiode (pi). Das zweite Interferenzpixel (11) weist dabei eine zweite Interferenzperiode (P2) auf. Fig. 2 zeigt eine Punktstruktur (16), welche aus der Überlagerung von mehreren ersten Interferenzpixeln (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) und mehreren zweiten Interferenzpixeln (11) mit einer zweiten Interferenzperiode (p2) gebildet ist. Die ersten Interferenzpixel (10) weisen dabei inverse Zapfen (14.1) auf, welche hier mit einer vertikalen Musterfüllung dargestellt sind. Die zweiten Interferenzpixel (11) weisen inverse Zapfen (14.2) auf, welche mit einer horizontalen Musterfüllung dargestellt sind. Die Interferenzperiode (pi) des ersten Interferenzpixels (10) ist kleiner als die zweite Interferenzperiode (p2) des zweiten Interferenzpixels (11). The graphs, which are arranged below the interference pixels (10, 11, 12, 13), serve to visualize the periodic structures within an interference pixel (10, 11, 12, 13). Due to the creation of the interference pixels (10, 11, 12, 13) via the process of laser interference structuring, i.e. according to the interference image of the laser (partial beams), each individual interference pixel (10, 11, 12, 13), which is within an illumination - or irradiation process within a selected pulse duration, a periodic arrangement of the inverse cones (14). The distance between the inverse cones (14.1) of the first interference pixel (10), which results from the distance between the intensity maxima of the interference image generating the first interference pixel (10), represents the interference period (pi). The intensity corresponds to that for generating the inverse cones (14.1) necessary intensity in the interference pattern of the laser (partial) beams. The distance between the intensity maxima of the interference image therefore corresponds to the interference period (pi). The second interference pixel (11) has a second interference period (P2). Fig. 2 shows a point structure (16), which is formed from the superposition of several first interference pixels (10) with a first interference period (pi) and several second interference pixels (11) with a second interference period (p 2 ). The first interference pixels (10) have inverse cones (14.1), which are shown here with a vertical pattern filling. The second interference pixels (11) have inverse cones (14.2), which are shown with a horizontal pattern filling. The interference period (pi) of the first interference pixel (10) is smaller than the second interference period (p 2 ) of the second interference pixel (11).
In einer optionalen Einstellung der Interferenzpixel (10, 11) derart, dass die Anzahl der inversen Zapfen (14.1 , 14.2) innerhalb der Interferenzpixel (10, 11) identisch ist, variiert folglich die Fläche der Interferenzpixel (10, 11), was hier durch die Kreise visualisiert ist. Eines der ersten Interferenzpixel (10) ist hier durch sämtliche inverse Zapfen (14.1) mit vertikaler Musterfüllung innerhalb des kleineren Kreises schematisch dargestellt. Eines der zweiten Interferenzpixel ist wiederum durch die inversen Zapfen (14.2), die mit einer horizontalen Musterstrukturierung dargestellt sind, innerhalb des größeren Kreises visualisiert. In an optional setting of the interference pixels (10, 11) such that the number of inverse cones (14.1, 14.2) within the interference pixels (10, 11) is identical, the area of the interference pixels (10, 11) consequently varies, which is the case here the circles are visualized. One of the first interference pixels (10) is shown schematically here by all inverse cones (14.1) with vertical pattern filling within the smaller circle. One of the second interference pixels is in turn visualized within the larger circle by the inverse cones (14.2), which are shown with a horizontal pattern structure.
Dabei sind die mehreren ersten Interferenzpixel (10) benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet und die mehreren ersten Interferenzpixel (10) bilden dadurch ein Muster mit der Interferenzperiode (pi). Weiterhin sind die mehreren der zweiten Interferenzpixel (11) benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet und die mehreren der zweiten Interferenzpixel (11) bilden somit ein Muster mit der sich von der ersten Interferenzperiode (pi) unterscheidenden zweiten Interferenzperiode (p2). The plurality of first interference pixels (10) are arranged adjacent to one another in a repetitive manner and the plurality of first interference pixels (10) thereby form a pattern with the interference period (pi). Furthermore, the plurality of the second interference pixels (11) are arranged adjacently and repetitively offset from one another and the plurality of the second interference pixels (11) thus form a pattern with the second interference period (p 2 ) which differs from the first interference period (pi).
Der unterhalb der Punktstruktur (16) angeordnete Graph visualisiert die Anordnung der inversen Zapfen (14.1 , 14.2) entlang einer Linie durch die Punktstruktur (16). Die Maxima der Intensität entsprechen dabei dem Mittelpunkt der inversen Zapfen (14.1 , 14.2). Wie in Fig. 1 dient dieser Graph der Darstellung des Prinzips. Die Intensität entspricht dabei dem zur Erzeugung der inversen Zapfen (14.1 , 14.2) notwendigen Intensität im Interferenzmuster der Laser(teil-)strahlen. The graph arranged below the dot structure (16) visualizes the arrangement of the inverse cones (14.1, 14.2) along a line through the dot structure (16). The intensity maxima correspond to the center of the inverse cones (14.1, 14.2). As in Fig. 1, this graph serves to illustrate the principle. The intensity corresponds to the intensity in the interference pattern of the laser (partial) beams necessary to generate the inverse cones (14.1, 14.2).
Fig. 3 zeigt (unabhängig voneinander) zwei verschiedene Muster einer Punktstruktur die durch benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnete Pixel einer Art eines Interferenzpixels (dargestellt durch einen gestrichelten Kreis) auf der Oberfläche eines Substrates appliziert sind und innerhalb dieser Oberfläche inverse Zapfen (14.1) ausbilden. Das obere Muster zeigt eine Punktstruktur, bei der sich die Interferenzperiode jedes Pixel zu dem benachbarten, vorhergehenden und dem benachbarten, nachfolgenden Pixel einer Art eines Interferenzpixels unterscheidet. Das untere Muster zeigt eine Punktstruktur, bei der jedes Pixel zu dem vorhergehenden und dem benachbarten, nachfolgenden Pixel verdreht ist. Fig. 3 shows (independently) two different patterns of a dot structure which are applied to the surface of a substrate by pixels of a type of interference pixel (represented by a dashed circle) which are arranged adjacently and repetitively offset from one another and which form inverse cones (14.1) within this surface. The top pattern shows a dot structure in which the interference period of each pixel increases distinguishes between the adjacent, preceding and the adjacent, subsequent pixels of a type of interference pixel. The bottom pattern shows a dot structure in which each pixel is twisted to the preceding and adjacent subsequent pixels.
Fig. 4 visualisiert in einem ersten Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Vorrichtung, umfassend eine Laserstrahlungsquelle (1) zum Emittieren eines Laserstrahls. Im Strahlengang (3) des Laserstrahls hinter der Laserstrahlungsquelle (1) angeordnet, befindet sich ein Strahlteilerelement (2), welches im Strahlengang (3) beweglich angeordnet ist. Im Strahlengang (3) des Laserstrahls hinter dem Strahlteilerelement (2) angeordnet, befindet sich ein Fokussierelement (4). Im Strahlengang (3) des Laserstrahls hinter dem Fokussierelement (4) angeordnet, befindet sich eine Haltevorrichtung, auf der ein Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, gelagert ist. 4 visualizes the device according to the invention in a first exemplary embodiment, comprising a laser radiation source (1) for emitting a laser beam. Arranged in the beam path (3) of the laser beam behind the laser radiation source (1), there is a beam splitter element (2), which is movably arranged in the beam path (3). A focusing element (4) is located in the beam path (3) of the laser beam behind the beam splitter element (2). Arranged in the beam path (3) of the laser beam behind the focusing element (4) is a holding device on which a substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, is mounted.
In dieser Ausgestaltung emittiert die Laserstrahlungsquelle (1) einen gepulsten Laserstrahl. Es handelt sich hier bei der Laserstrahlungsquelle um einen UV Laser mit einer Wellenlänge von 355 nm Wellenlänge und einer Pulsdauer von 12 ps. Das Strahlungsprofil der Laserstrahlungsquelle entspricht in dieser Ausführungsform einem Top-Hat-Profil. In this embodiment, the laser radiation source (1) emits a pulsed laser beam. The laser radiation source here is a UV laser with a wavelength of 355 nm and a pulse duration of 12 ps. The radiation profile of the laser radiation source corresponds to a top hat profile in this embodiment.
In diesem Ausführungsbeispiel entspricht das Strahlteilerelement (2) einem diffraktiven Strahlteilerelement. Ein diffraktives Strahlteilerelement ist hier ein Strahlteilerelement, welches Mikro- oder Nanostrukturen enthält. Das Strahlteilerelement (2) unterteilt den Laserstrahl in 4 Teilstrahlen. In this exemplary embodiment, the beam splitter element (2) corresponds to a diffractive beam splitter element. Here, a diffractive beam splitter element is a beam splitter element that contains micro- or nanostructures. The beam splitter element (2) divides the laser beam into 4 partial beams.
Das Fokussierelement (4) entspricht in diesem Ausführungsbeispiel einer refraktiven, sphärischen Linse, die die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Teilstrahlen so auf das Substrat (5), bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat, lenkt, dass sie dort in einem Interferenzbereich interferieren. Der Interferenzwinkel 0 entspricht in dieser Ausgestaltung 27,2°, woraus eine Strukturperiode von 550 nm für die periodische Punktstruktur bei dem gleichen Polarisationszustand resultiert. In this exemplary embodiment, the focusing element (4) corresponds to a refractive, spherical lens, which directs the partial beams, which run essentially parallel to one another, onto the substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, in such a way that they interfere there in an interference region. In this embodiment, the interference angle 0 corresponds to 27.2°, which results in a structure period of 550 nm for the periodic point structure in the same polarization state.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das flächige Substrat einmal bestrahlt, sodass sich eine Bearbeitungsdauer pro Struktureinheit, d. h. pro Interferenzpixel, von 12 ps ergibt.According to this exemplary embodiment, the flat substrate is irradiated once, so that there is a processing time per structural unit, i.e. H. per interference pixel, of 12 ps.
Bei dem Substrat (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, handelt es sich um ein Glas, ganz speziell ein Quarzglas, welches auf einer Haltevorrichtung gelagert ist, sodass es in der xy-Ebene, senkrecht zum Strahlengang des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls beweglich ist. Fig. 5 visualisiert in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Vorrichtung wie in Fig. 4 beschrieben, zusätzlich umfassend ein Umlenkelement (6), welches sich im Strahlengang (3) des Lasers nach dem Strahlteilerelement (2) und dem Fokussierelement (4) befindet. The substrate (5), preferably a flat and/or transparent substrate, is a glass, especially a quartz glass, which is mounted on a holding device so that it is in the xy plane, perpendicular to the beam path of the laser radiation source ( 1) emitted laser beam is movable. In a further exemplary embodiment, Fig. 5 visualizes the device as described in Fig. 4, additionally comprising a deflection element (6), which is located in the beam path (3) of the laser after the beam splitter element (2) and the focusing element (4).
In dieser Ausgestaltung ist das Umlenkelement eine konventionelle, refraktive, konvexe Linse. Die Teilstrahlen treffen derart auf das Umlenkelement (6) auf, dass sie nach Durchlaufen des Umlenkelements im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dadurch lässt sich der Punkt, in dem die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats interferieren, einstellen. In this embodiment, the deflection element is a conventional, refractive, convex lens. The partial beams impinge on the deflection element (6) in such a way that they run essentially parallel to one another after passing through the deflection element. This allows the point at which the partial beams interfere on the surface or inside the substrate to be adjusted.
Fig. 6A und Fig. 6B visualisieren in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung basierend auf dem in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigten Aufbau. Zusätzlich umfasst dieser Aufbau ein weiteres Umlenkelement (7), welches im Strahlengang (3) des Lasers zwischen dem Strahlteilerelement (2) und dem Umlenkelement (6) angeordnet ist. 6A and 6B visualize, in a further exemplary embodiment, a device based on the structure shown in FIGS. 4 and 5. In addition, this structure includes a further deflection element (7), which is arranged in the beam path (3) of the laser between the beam splitter element (2) and the deflection element (6).
In dieser Ausgestaltung ist das weitere Umlenkelement (7) eine konventionelle, refraktive, konkave Linse. Die Teilstrahlen treffen derart auf das weitere Umlenkelement auf, sodass ihr Winkel zur optischen Achse des Strahlengangs aufgeweitet wird. Dadurch lässt sich der Interferenzwinkel, mit dem die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren, verändern.In this embodiment, the further deflection element (7) is a conventional, refractive, concave lens. The partial beams hit the further deflection element in such a way that their angle to the optical axis of the beam path is widened. This makes it possible to change the interference angle with which the partial beams interfere on the surface or inside the substrate, preferably a flat and/or transparent substrate.
In dieser Ausgestaltung sind alle optischen Elemente abgesehen vom Strahlteilerelement (2) entlang der optischen Achse des Strahlengangs (3) fixiert. Der Interferenzwinkel der Teilstrahlen auf dem Substrat wird über eine Verschiebung des Strahlteilerelements (2) entlang der optischen Achse des Strahlengangs eingestellt. In this embodiment, all optical elements apart from the beam splitter element (2) are fixed along the optical axis of the beam path (3). The interference angle of the partial beams on the substrate is adjusted by moving the beam splitter element (2) along the optical axis of the beam path.
In Ergänzung zu Fig. 6A ist in der Anordnung gemäß Fig. 6B in einem Strahlengang eines Teilstrahls ein Diffusor (17) angeordnet. Hierdurch kann das Interferenzmuster des Interferenzpixels leicht gestört bzw. aufgebrochen werden (was in Fig. 6B derart dargestellt ist, dass der obere Teilstrahl nach Verlassen des Diffusors dicker dargestellt ist, als der untere Teilstrahl). In addition to FIG. 6A, in the arrangement according to FIG. 6B, a diffuser (17) is arranged in a beam path of a partial beam. As a result, the interference pattern of the interference pixel can be easily disturbed or broken up (which is shown in FIG. 6B in such a way that the upper partial beam is shown to be thicker than the lower partial beam after leaving the diffuser).
Fig. 7A zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in Fig. 6, umfassend die optischen Elemente (6) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, die derart eingerichtet sind, dass sie die Teilstrahlen auf das Fokussierelement (4) umlenken.7A shows, in a further exemplary embodiment, a device as in FIG. 6, comprising the optical elements (6) with a planar, reflecting surface, which are set up in such a way that they deflect the partial beams onto the focusing element (4).
In dieser Ausgestaltung werden die zumindest drei Teilstrahlen durch Verschiebung der optischen Elemente (6) in einem bevorzugten Winkel auf das Substrat gelenkt. Dadurch kann auf ein Umlenkelement in Form einer Linse (Bezugszeichen (6) in Fig. 6) verzichtet werden. In this embodiment, the at least three partial beams are directed onto the substrate at a preferred angle by moving the optical elements (6). Through this A deflection element in the form of a lens (reference number (6) in Fig. 6) can be dispensed with.
Fig. 8 visualisiert in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in Fig. 6, zusätzlich umfassend je ein Polarisationselement (8) pro Teilstrahl, welche im Strahlengang (3) des Laserstrahls zwischen dem Umlenkelement (6) und dem Fokussierelement (4) angeordnet sind oder ein Polarisationselement (8) vor dem Strahlteilerelement (2). In a further exemplary embodiment, Fig. 8 visualizes a device as in Fig. 6, additionally comprising one polarization element (8) per partial beam, which are arranged in the beam path (3) of the laser beam between the deflection element (6) and the focusing element (4). a polarization element (8) in front of the beam splitter element (2).
Das Polarisationselement ist in Fig. 8A und Fig. 8B derart angeordnet, dass es die Polarisierung der einzelnen Teilstrahlen zueinander so verändert, dass sich eine Veränderung des Interferenzmusters ergibt. The polarization element is arranged in FIGS. 8A and 8B in such a way that it changes the polarization of the individual partial beams relative to one another in such a way that a change in the interference pattern results.
Diese Ausgestaltung ist in zwei unterschiedlichen Konfigurationen dargestellt. In Fig. 8A ist das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah an der Laserstrahlungsquelle (1) positioniert. In Fig. 8B ist das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah am Umlenkelement (7) positioniert. Auf diese Weise lässt sich das Interferenzmuster der interferierenden Teilstrahlen auf der Oberfläche des Substrats (5) stufenlos einstellen, ohne dass die anderen optischen Elemente im Aufbau oder das Substrat bewegt werden müssen.This embodiment is shown in two different configurations. In Fig. 8A, the beam splitter element (2) is positioned in the beam path (3) close to the laser radiation source (1). In Fig. 8B, the beam splitter element (2) is positioned in the beam path (3) close to the deflection element (7). In this way, the interference pattern of the interfering partial beams on the surface of the substrate (5) can be adjusted continuously without the other optical elements in the structure or the substrate having to be moved.
In Fig. 8C ist eine Ausgestaltung dargestellt, bei der ein Polarisationselement (8) vor dem Strahlteilerelement (2) angeordnet ist, sodass der Strahl bereits vor der Aufspaltung in Teilstrahlen (3) modifiziert wird. Dabei wird vorzugsweise ein zirkulares Polarisationselement (8) eingesetzt. Es können mittels der Interferenz von zirkular polarisiertem Licht vorteilhaft Selbstorganisationsprozesse initiiert werden. 8C shows an embodiment in which a polarization element (8) is arranged in front of the beam splitter element (2), so that the beam is modified before it is split into partial beams (3). A circular polarization element (8) is preferably used. Self-organization processes can advantageously be initiated by means of the interference of circularly polarized light.
Zusätzlich wäre es auch denkbar, dass die Anordnung ein zusätzliches optisches Element zur Strahlformung enthält, das im Strahlengang (3) des Laserstrahls der Laserstrahlungsquelle (1) nachgeordnet ist. In dieser Ausgestaltung entspricht das Strahlungsprofil der Laserstrahlungsquelle einem Gauß-Profil. Das optische Element zur Strahlformung wandelt dieses Profil in ein Top-Hat-Profil um. In addition, it would also be conceivable for the arrangement to contain an additional optical element for beam shaping, which is arranged downstream of the laser radiation source (1) in the beam path (3) of the laser beam. In this embodiment, the radiation profile of the laser radiation source corresponds to a Gaussian profile. The optical beam shaping element converts this profile into a top hat profile.
Fig. 9 enthält eine schematische Ansicht der sich auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats ergebenden Interferenzpixel mit der Weite D, und die Verteilung der einzelnen Interferenzpixel auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, wobei die Interferenzpixel zueinander verschoben sind mit der Pixeldichte Pd. 9 contains a schematic view of the interference pixels resulting on the surface or inside the substrate with the width D, and the distribution of the individual interference pixels on the surface or inside the substrate, the interference pixels being shifted relative to one another with the pixel density Pd.
In dieser Ausgestaltung ist die Pixeldichte Pd kleiner als die Weite eines Interferenzpixels, D. Dadurch kann durch Bewegen des Substrats (5) mittels eines gepulsten Laserstrahls eine flächige homogene periodische Punktstruktur auf der Oberfläche oder im Inneren eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, erzeugt werden. In this embodiment, the pixel density P d is smaller than the width of an interference pixel, D. As a result, by moving the substrate (5) using a pulsed laser beam, a flat homogeneous periodic point structure can be generated on the surface or in the interior of a substrate, preferably flat and/or transparent substrate.
Fig. 10 visualisiert das durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte strukturierte Substrat (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich. Es wird zudem symbolisch die Transmission von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen größer als die Strukturperiode der erzeugten Strukturen, sowie die Beugung von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im Bereich oder kleiner der erzeugten Strukturen verdeutlicht. Fig. 10 visualizes the structured substrate (5) produced by the method according to the invention with the periodic point structures produced, consisting of inverse cones, with dimensions in the micro and submicrometer range. It also symbolically illustrates the transmission of incident electromagnetic waves with wavelengths larger than the structural period of the generated structures, as well as the diffraction of incident electromagnetic waves with wavelengths in the range or smaller of the generated structures.
Fig. 11 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in Fig. 7B, umfassend das optische Element (9.1) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, wobei es sich um ein Polygonrad handelt, welches derart eingerichtet ist, dass es um eine eingezeichnete Achse rotiert. Dabei werden die einfallenden Teilstrahlen derart abgelenkt, dass sie auf einen Galvospiegel (9) treffen, welcher die Strahlen über ein Fokussierelement (4) auf das Substrat lenkt. Die Rotation des Polygonrads bewirkt dabei, dass der Punkt, in dem die Strahlen auf dem Substrat gebündelt werden während des Belichtungsprozesses entlang einer Linie beweglich ist. Die Teilstrahlen scannen also das Substrat, was zu einer erhöhten Prozessgeschwindigkeit führt. In a further exemplary embodiment, Fig. 11 shows a device as in Fig. 7B, comprising the optical element (9.1) with a planar, reflecting surface, which is a polygonal wheel which is set up in such a way that it rotates about an axis shown . The incident partial beams are deflected in such a way that they hit a galvo mirror (9), which directs the beams onto the substrate via a focusing element (4). The rotation of the polygon wheel causes the point at which the rays are focused on the substrate to move along a line during the exposure process. The partial beams scan the substrate, which leads to increased process speed.
Fig. 12 zeigt in einer grafischen Darstellung die Transmissions- bzw. Beugungsfähigkeit von einem strukturierten Substrat abhängig von der Strukturweite auf. Dabei wird der Diffraktionswinkel von Licht in Abhängigkeit von dessen Wellenlänge für Strukturen mit drei unterschiedlichen Strukturweiten gezeigt. Ist die Wellenlänge des einfallenden Lichts größer als die Strukturweite, so wird das Licht vollständig transmittiert. Bei Wellenlängen im Bereich der Strukturweite oder kleiner kommt es zur Diffraktion. Die Diffraktionswinkel können aus der Grafik entnommen werden. Fig. 12 shows a graphic representation of the transmission or diffraction ability of a structured substrate depending on the structure width. The diffraction angle of light is shown depending on its wavelength for structures with three different structural widths. If the wavelength of the incident light is greater than the structure width, the light is completely transmitted. At wavelengths in the range of the structural width or smaller, diffraction occurs. The diffraction angles can be seen from the graphic.
Fig. 13 visualisiert das durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte strukturierte Substrat (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit Abmessungen im Mikrometerbereich. Dieser periodischen Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagert ist eine periodische Wellenstruktur im Submikrometerbereich, welche ebenfalls durch das hierin beschriebene erfindungsgemäße Verfahren in einem Produktionsschritt erzeugbar ist. BEZUGSZEICHENLISTE Fig. 13 visualizes the structured substrate (5) produced by the method according to the invention with the periodic point structures produced, consisting of inverse cones, with dimensions in the micrometer range. Superimposed on this periodic point structure in the micrometer range is a periodic wave structure in the submicrometer range, which can also be generated in one production step by the method according to the invention described herein. REFERENCE SYMBOL LIST
1 Laserstrahlungsquelle 1 laser radiation source
2 Strahlteilerelement 2 beam splitter element
3 Strahlengang 3 beam path
3.1 Strahlengang eines ersten Teilstrahls 3.1 Beam path of a first partial beam
3.2 Strahlengang eines zweiten Teilstrahls 3.2 Beam path of a second partial beam
4 Fokussierelement 4 focusing element
5 Substrat 5 substrate
6 weiteres Umlenkelement 6 further deflection element
7 Umlenkelement 7 deflection element
8 Polarisationselement 8 polarization element
9 Fokussierspiegel bzw. Galvo-Spiegel 9 focusing mirrors or galvo mirrors
9.1 Polygonrad 9.1 Polygon wheel
10 erstes Interferenzpixel 10 first interference pixels
11 zweites Interferenzpixel 11 second interference pixel
12 drittes Interferenzpixel 12 third interference pixel
13 viertes Interferenzpixel 13 fourth interference pixel
14 inverse Zapfen 14 inverse cones
14.1 inverse Zapfen des ersten Interferenzpixels 14.1 inverse cones of the first interference pixel
14.2 inverse Zapfen des zweiten Interferenzpixels 14.2 inverse cones of the second interference pixel
14.3 inverse Zapfen des dritten Interferenzpixels 14.3 inverse cones of the third interference pixel
14.4 inverse Zapfen des vierten Interferenzpixels 14.4 inverse cones of the fourth interference pixel
15 Versatz 15 offset
16 Punkt Struktur 16 point structure
17 Diffusor 17 diffuser
Pi erste Interferenzperiode p2 zweite Interferenzperiode Pi first interference period p 2 second interference period
0 Interferenzwinkel 0 interference angle

Claims

PATENTANSPRÜCHE Strukturiertes Substrat, aufweisend eine Punktstruktur (16) im Mikro- oder Submikrometerbereich, wobei die Punktstruktur aus inversen Zapfen (14) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktstruktur aus der Überlagerung zumindest eines ersten Interferenzpixels (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) und eines zweiten Interferenzpixels (11) mit einer zweiten Interferenzperiode (P2) innerhalb einer Ebene auf einer Oberfläche oder im Volumen des Substrates (5) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel (10) und das zweite Interferenzpixel (11) jeweils unabhängig voneinander ein periodisches Gitter von zumindest drei inversen PATENT CLAIMS Structured substrate, having a dot structure (16) in the micro- or sub-micrometer range, the dot structure being formed from inverse pegs (14), characterized in that the dot structure is formed from the superposition of at least one first interference pixel (10) with a first interference period (pi ) and a second interference pixel (11) with a second interference period (P2) is formed within a plane on a surface or in the volume of the substrate (5), the first interference pixel (10) and the second interference pixel (11) each being independent of one another periodic grid of at least three inverses
Zapfen (14) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) bzw. einer zweiten Interferenzperiode (p2) aufweisen, wobei das Verhältnis der ersten Interferenzperiode (pi) zur zweiten Interferenzperiode (p2) im Bereich von 20:1 bis 1 :20 liegt. Strukturiertes Substrat nach Anspruch 1 , wobei die Reflexion der Oberfläche des Substrates in unterschiedlichen Richtungen maximal um den Faktor 100 variiert. Strukturiertes Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens 30 Interferenzpixel (10, 11 , 12) aus wenigsten drei Inversen Zapfen (14) in einer Ebene des Substrates (5) angeordnet sind, wobei der Versatz (15) zwischen den benachbartenCones (14) with a first interference period (pi) or a second interference period (p 2 ), wherein the ratio of the first interference period (pi) to the second interference period (p 2 ) is in the range of 20:1 to 1:20. Structured substrate according to claim 1, wherein the reflection of the surface of the substrate varies in different directions by a maximum of a factor of 100. Structured substrate according to claim 1 or 2, wherein at least 30 interference pixels (10, 11, 12) from at least three inverse cones (14) are arranged in a plane of the substrate (5), the offset (15) between the adjacent ones
Interferenzpixeln (10, 11 , 12) wenigstens fünf unterschiedliche Werte aufweist. Strukturiertes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mehrere erste Interferenzpixel (10) und/oder mehrere zweite Interferenzpixel (11) jeweils unabhängig voneinander in zumindest eine Raumrichtung benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet sind. Strukturiertes Substrat nach Anspruch 4, wobei zueinander benachbart angeordnete erste Interferenzpixel (10) und/oder zweite Interferenzpixel (11) variierende Strukturparameter ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Interferenzperiode des Interferenzpixels, die Strukturtiefe der inversen Zapfen, den Durchmesser der inversen Zapfen, die Form der inversen Zapfen und die Größe der inversen Zapfen aufweisen. Strukturiertes Substrat nach Anspruch 4, wobei die mehreren ersten Interferenzpixel (10) und/oder mehreren zweiten Interferenzpixel (11) in die zumindest eine Raumrichtung ein erstes periodisches Muster mit der ersten Interferenzperiode (pi) und/oder ein zweites periodisches Muster mit der zweiten Interferenzperiode (p2) ausbilden. Strukturiertes Substrat nach Anspruch 4, wobei die benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordneten Interferenzpixel verdreht um eine innerhalb des Interferenzpixels angeordnete Drehachse zueinander ausgerichtet sind. Strukturiertes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Interferenzperiode (pi) und die zweite Interferenzperiode (p2) identisch sind. Strukturiertes Substrat nach Anspruch 8, wobei der Versatz zwischen dem zweiten Interferenzpixel (10) und dem ersten Interferenzpixel (11) im Bereich von 5% < x < 50% der Interferenzperiode liegt. Strukturiertes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die inversen Zapfen (14) innerhalb eines Interferenzpixels (10, 11) periodisch mit einem Abstand im Bereich von 50 nm bis 50 pm angeordnet sind. Strukturiertes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Punktstruktur (16) zumindest ein drittes Interferenzpixel (12) mit einer dritten Interferenzperiode (p2) aufweist, wobei das dritte Interferenzpixel (12) entsprechend der vorgenannten Ansprüche überlagert zu dem ersten Interferenzpixel (10) und dem zweiten Interferenzpixel (11) angeordnet ist. Strukturiertes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die inversen Zapfen (14) der Punktstruktur (16) als Mikrometerstruktur mit einem mittleren Abstand bezogen auf den jeweiligen Sattelpunkt zweier benachbarter Zapfen eines Interferenzpixels von 1 pm bis 50 pm ausgebildet sind, wobei dieser Punktstruktur (16) eine weitere Struktur im Nanometerbereich überlagert ist. Interference pixels (10, 11, 12) have at least five different values. Structured substrate according to one of claims 1 to 3, wherein a plurality of first interference pixels (10) and/or a plurality of second interference pixels (11) are each arranged independently of one another in at least one spatial direction and repetitively offset from one another. Structured substrate according to claim 4, wherein first interference pixels (10) and/or second interference pixels (11) arranged adjacent to one another have varying structure parameters selected from the group comprising the interference period of Interference pixels, the structure depth of the inverse cones, the diameter of the inverse cones, the shape of the inverse cones and the size of the inverse cones. Structured substrate according to claim 4, wherein the plurality of first interference pixels (10) and/or a plurality of second interference pixels (11) in the at least one spatial direction form a first periodic pattern with the first interference period (pi) and/or a second periodic pattern with the second interference period (p 2 ). Structured substrate according to claim 4, wherein the interference pixels arranged adjacently and repetitively offset from one another are rotated relative to one another and aligned with one another about an axis of rotation arranged within the interference pixel. Structured substrate according to one of claims 1 to 7, wherein the first interference period (pi) and the second interference period (p 2 ) are identical. Structured substrate according to claim 8, wherein the offset between the second interference pixel (10) and the first interference pixel (11) is in the range of 5% < x < 50% of the interference period. Structured substrate according to one of claims 1 to 9, wherein the inverse cones (14) are arranged periodically within an interference pixel (10, 11) at a distance in the range of 50 nm to 50 pm. Structured substrate according to one of claims 1 to 10, wherein the dot structure (16) has at least a third interference pixel (12) with a third interference period (p 2 ), the third interference pixel (12) being superimposed on the first interference pixel ( 10) and the second interference pixel (11) is arranged. Structured substrate according to one of claims 1 to 10, wherein the inverse pegs (14) of the point structure (16) are in the form of a micrometer structure with an average distance based on the respective saddle point of two adjacent pegs Interference pixels from 1 pm to 50 pm are formed, with this point structure (16) being superimposed on a further structure in the nanometer range.
13. Strukturiertes Substrat nach Anspruch 12, wobei die überlagerte Struktur im Nanometerbereich eine Interferenzperiode von 50 nm bis 1000 nm aufweist und wobei die weitere Struktur im Nanometerbereich als Säulenstruktur oder Linienstruktur ausgebildet ist. 13. Structured substrate according to claim 12, wherein the superimposed structure in the nanometer range has an interference period of 50 nm to 1000 nm and wherein the further structure in the nanometer range is designed as a column structure or line structure.
14. Strukturiertes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Substrat eine physikalische und/oder chemische Beschichtung aufweist. 14. Structured substrate according to one of claims 1 to 13, wherein the substrate has a physical and / or chemical coating.
15. Strukturiertes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das strukturierte Substrat ein transparentes Material umfasst, wobei das transparente Material insbesondere aus der Gruppe umfassend Glas, feste Polymere, transparente Keramiken oder Mischungen daraus ausgewählt ist. 15. Structured substrate according to one of claims 1 to 14, wherein the structured substrate comprises a transparent material, the transparent material being selected in particular from the group comprising glass, solid polymers, transparent ceramics or mixtures thereof.
16. Strukturiertes Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat Anti-Glare-Eigenschaften aufweist. 16. Structured substrate according to one of the preceding claims, wherein the substrate has anti-glare properties.
17. Display zur Anzeige von Informationen, aufweisend eine ansteuerbare, lichtemittierende Schicht und ein Frontglas, wobei das Frontglas ein strukturiertes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist oder daraus gebildet ist. 17. Display for displaying information, comprising a controllable, light-emitting layer and a front glass, the front glass having a structured substrate according to one of claims 1 to 15 or being formed therefrom.
18. Verfahren zum Herstellen eines Substrats (5) mit einer Punktstruktur (16) im Mikro- oder Submikrometerbereich gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, vorzugsweise mittels Laserinterferenzstrukturierung, insbesondere aufweisend Anti-Glare-Eigenschaften, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Substrates (5), vorzugsweise umfassend ein transparentes Material, b) Applizieren zumindest eines ersten Interferenzpixels (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) auf eine Ebene des Substrates (5), c) Applizieren zumindest eines zweiten Interferenzpixels (11) mit einer zweiten Interferenzperiode (p2) auf die Ebene des Substrates (5), wobei das erste und das zweite Interferenzpixel (10,11) jeweils unabhängig voneinander ein periodisches Gitter von zumindest drei inversen Zapfen (14) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) bzw. einer zweiten Interferenzperiode (p2) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktstruktur durch überlagertes Applizieren des zweiten Interferenzpixels (11) mit dem ersten Interferenzpixel (10) innerhalb einer Ebene auf einer Oberfläche oder im Volumen des Substrates gebildet wird, wobei das Verhältnis der ersten Interferenzperiode (pi) zur zweiten Interferenzperiode (p2) im Bereich von 20:1 bis 1 :20 liegt. Verfahren nach Anspruch 18, wobei wenigstens 10 Interferenzpixel (10, 11 , 12) nacheinander auf die Ebene des Substrates (5) appliziert werden und der Versatz (15) zwischen den nacheinander applizierten Interferenzpixeln (10, 11 , 12) mittels eines Zufallsgenerators ermittelt werden. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Periode der Punktstruktur des ersten Interferenzpixels (10) und des zweiten Interferenzpixels (11) identisch sind. Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung zur direkten Laserinterferenzstrukturierung eines Substrats, umfassend eine Laserstrahlungsquelle (1) zum Emittieren eines Laserstrahls, ein Strahlteilerelement (2), das im Strahlengang (3) des Laserstrahls angeordnet ist, ein Fokussierelement (4), das derart eingerichtet ist, dass es die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Volumen eines Substrats (5) in einem Interferenzbereich interferierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (2) entlang seiner optischen Achse im Strahlengang (3) frei beweglich ist, der Strahlteiler (2) dazu eingerichtet ist, den einfallenden Laserstrahl, der von der Laserstrahlungsquelle (1) ausgesandt wird, in zumindest 3 Teilstrahlen aufzuteilen. Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung nach Anspruch 21 , wobei im Strahlengang vor dem Strahlteiler (2) ein Polarisationselement (8) angeordnet ist, wobei das Polarisationselement (8) derart angeordnet und eingerichtet ist, dass der aus dem18. A method for producing a substrate (5) with a dot structure (16) in the micro- or sub-micrometer range according to one of claims 1 to 17, preferably by means of laser interference structuring, in particular having anti-glare properties, comprising the following steps: a) providing a Substrate (5), preferably comprising a transparent material, b) applying at least a first interference pixel (10) with a first interference period (pi) to a plane of the substrate (5), c) applying at least a second interference pixel (11) with a second Interference period (p 2 ) on the plane of the substrate (5), wherein the first and second interference pixels (10, 11) each independently have a periodic grid of at least three inverse cones (14) with a first interference period (pi) and a second interference period (p 2 ), respectively, characterized in that the point structure is formed by superimposing the second interference pixel (11) with the first interference pixel (10) within a plane on a surface or in the volume of the substrate, the ratio of the first interference period (pi) to the second interference period (p 2 ) being in the range of 20 :1 to 1:20. Method according to claim 18, wherein at least 10 interference pixels (10, 11, 12) are applied one after the other to the plane of the substrate (5) and the offset (15) between the successively applied interference pixels (10, 11, 12) are determined using a random generator . Method according to claim 18 or 19, wherein the period of the dot structure of the first interference pixel (10) and the second interference pixel (11) are identical. Laser interference structuring device for direct laser interference structuring of a substrate, comprising a laser radiation source (1) for emitting a laser beam, a beam splitter element (2) which is arranged in the beam path (3) of the laser beam, a focusing element (4) which is set up in such a way that it focuses the partial beams pass through in such a way that the partial beams can be interfered with in an interference region on the surface or in the volume of a substrate (5), characterized in that the beam splitter (2) is freely movable along its optical axis in the beam path (3), the beam splitter (2) is designed to divide the incident laser beam, which is emitted by the laser radiation source (1), into at least 3 partial beams. Laser interference structuring device according to claim 21, wherein a polarization element (8) is arranged in the beam path in front of the beam splitter (2), wherein the Polarization element (8) is arranged and set up in such a way that the
Polarisationselement (8) austretende und auf den Strahlteiler (2) auftreffende Laserstrahl zirkular polarisiert ist. 23. Verwendung des strukturierten Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 17 inThe laser beam emerging from the polarization element (8) and striking the beam splitter (2) is circularly polarized. 23. Use of the structured substrate according to one of claims 1 to 17 in
Photovoltaikanlagen. Photovoltaic systems.
24. Verwendung des strukturierten Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 17 als Anti- Glare-Verglasung von Monitoren, Bildschirmen und Displays. 24. Use of the structured substrate according to one of claims 1 to 17 as anti-glare glazing for monitors, screens and displays.
25. Verwendung des strukturierten Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 17 als Negativform zur indirekten Aufbringung oder Erzeugung von Strukturen auf einem anderen Substrat. 25. Use of the structured substrate according to one of claims 1 to 17 as a negative mold for indirectly applying or producing structures on another substrate.
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