DE69635126T2

DE69635126T2 - Microreliefelement und seine herstellung

Info

Publication number: DE69635126T2
Application number: DE69635126T
Authority: DE
Inventors: Philip Redcar SUMMERSGILL; Grierson Thomas Middlesbrough HARVEY; George Timothy Middlesbrough RYAN; Neil Middlesbrough CARTER
Original assignee: Epigem Ltd
Current assignee: Epigem Ltd
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2016-05-09
Also published as: KR100415714B1; DE69635126D1; EP0824713A2; US20020114084A1; AU5510496A; ATE303606T1; KR19990008438A; ES2248807T3; US6671095B2; WO1996035971A3; DK0824713T3; JPH11505625A; WO1996035971A2; JP4052666B2; US6348999B1; GB9509487D0; EP0824713B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikro-Reliefelement (MRE) und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Ein MRE, wie hier verstanden, ist eine dreidimensionale Struktur, welche auf der Oberfläche eines gewünschten Substrats gebildet ist und wobei die Struktur geeignet ist, eine spezifische Funktion durchzuführen. Üblicherweise ist die Struktur ein sich wiederholendes Muster, welches über das Substrat bis zu einer definierten Höhe im Bereich von 0,1 bis 1000 Mikrometer hervorsteht. Ein solches MRE kann als aktive Komponente in mikro-optischen, mikro-fluidischen, mikro-elektrischen und mikro-mechanischen Vorrichtungen verwendet werden. Insbesondere kann ein solches MRE als mikro-optisches Element (MOE) verwendet werden, wobei in diesem Fall die Struktur eine Höhe im Bereich von 0,1 bis 1000 Mikrometern, üblicher im Bereich von 0,1 bis 10 Mikrometern, aufweisen kann. Ist das MRE eine Komponente in einer mikro-fluidischen oder mikro-mechanischen Vorrichtung, haben die Strukturen für gewöhnlich eine Höhe im Bereich von 10 bis 1000 Mikrometern.
Ein MOE weist eine Oberflächen-Reliefstruktur auf, deren Zweck es ist, Phasenänderungen auf einem Lichtstrahl hervorzurufen, welcher auf die Struktur einfällt, so dass sich eine vorbestimmte räumliche Verteilung des Lichtes ergibt, wenn das einfallende Licht entweder als Reflexion oder als Transmission gesehen wird. MOEs weisen ebenfalls Strukturen auf, in welchen die Reliefstruktur in einem Licht durchlässigen Material verkörpert ist, nachfolgend vertieftes MOE genannt, wie zum Beispiel eine vertiefte Mikrolinse.
MOEs können für viele Anwendungen verwendet werden, wie beispielsweise Beugungsgitter, Linsen, Strahlarray-Generatoren, Laser-Oberwellenseparatoren, Fokussierspiegel, und Mikrolinsen-Arrays.
Mikrolinsen-Arrays können für optische Leser, Schnittstellen zwischen Laserdioden und optischen Fasern, Streuschirme, Integralphotographie, 3D-Kamera- und Anzeigesysteme, integrierte optische Vorrichtungen und Bildleisten verwendet werden.
Für gewöhnlich wird ein MOE hergestellt, indem die gewünschte Oberflächen-Reliefstruktur in einem photoempfindlichen Material, welches auf das Trägersubstrat beschichtet ist, belichtet und entwickelt wird und dann die Oberflächen-Reliefstruktur in das Substrat durch Plasma- oder chemisches Ätzen übertragen wird. Die herkömmliche Gestaltung und Herstellung von MOEs wird beschrieben in "Synthetic diffractive elements for optical interconnects", M R Taghizadeh et al., Optical Computing and Processing, Bd 2(4), S. 221–242, 1992; "Two-dimensional array of diffractive microlenses fabricated by thin film deposition", J Jahns et al., Appl Opt, Bd 29(7), 931, 1990; Continuous-relief diffractive optical elements for two-dimensional array generation", M T Gale et al., Appl Opt, Bd 32(14), 2526, 1993; "Multilevel-grating array generators: fabrication error analysis and experiments", J M Miller et al., Appl Opt, Bd 32(14), 2519, 1993; und "Fabricating binary optics in infrared and visible materials", M B Stern et al., SPIE, Bd 1751, Miniature and micro-optics, S. 85–95, 1992.
Mikrolinsen-Arrays wurden in der Vergangenheit durch unterschiedliche Verfahren hergestellt, wie beschrieben in "Polymer microlense arrays", P Pantelis und D J McCartney, Pure Appl. Opt., Bd 3, 103 (1994); "The manufacture of microlenses by melting photoresist" D Daley, R F Stevens, M C Hutley und N Davies, Meas. Sci. Technol., Bd 1, 759 (1990); und "Microlens array fabricated in surface relief with high numerical aperture", H W Lau, N Davies, M McCormick, SPIE Bd 1544 Miniature and Micro-optics: Fabrication and System Applications, S. 178 (1991). Mikrolinsen aus Glas wurden durch chemisches Ätzen von Glas, Formen von Glas, Plasmaätzen von Glas hergestellt, um eine Oberflächen-Reliefstruktur herzustellen.
Mikrolinsen aus Polymer wurden hergestellt, indem Inseln von Photolack geschmolzen wurden oder indem photoempfindliches Material direkt mit einem Laserstrahl beschrieben wurde oder indem ein geeignetes Material mit einem Elektronenstrahl beschrieben wurde oder durch Plasmaätzen oder durch Formen.
Ein Mikro-Reliefelement gemäß dem Oberbegriff ist aus US 4 906 315 bekannt.
Leider sind herkömmliche Verfahren zum Herstellen von MREs in dem Bereich von Substraten, die verwendet werden können, und in der Komplexität und Genauigkeit von Reliefstrukturen, die gebildet werden können, begrenzt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zum Herstellen von MREs, insbesondere MOEs, mit einer Vielzahl an Substraten und Komplexität von Gestaltungen zu offenbaren. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass ein breiter Bereich an Höhen von Oberflächenreliefs unter Verwendung des gleichen Verfahrens hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist es, dass kleine seitliche Merkmale erfolgreich reproduziert werden können. Zusätzlich kann das Verfahren verwendet werden, um großflächige MREs herzustellen.
Dementsprechend wird mit der vorliegenden Erfindung als erster Gegenstand ein Mikro-Reliefelement gemäß Anspruch 1 offenbart.
Eine Ausführungsform der Erfindung offenbart eine Struktur zur Verwendung als wenigstens Teil eines mikro-optischen Elementes, dessen Struktur aufweist

(a) eine erste Schicht eines optisch durchlässigen ersten Substrats mit einem ersten Brechungsindex, wobei die erste Schicht eine aufnahmefähige Oberfläche aufweist, die in der Lage ist, ein Relief bildendes Polymer festzuhalten;
(b) einen Überzug, der eine optisch unbedeutende Wirkung aufweist, mit einer maximalen Dicke von weniger als 1,5 μm des Relief bildenden Polymers auf der aufnahmefähigen Oberfläche, wobei das Relief bildende Polymer einen zweiten Brechungsindex aufweist, welcher zu dem ersten Brechungsindex gleich oder unterschiedlich ist; und
(c) ein sich wiederholendes Muster von optisch aktiven Reliefmerkmalen, die aus dem Relief bildenden Polymer gebildet sind und über den Überzug hervorstehen.

Ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Offenbarung eines vertieften MOEs, welches aufweist

(a) eine erste Schicht eines optisch durchlässigen ersten Substrats mit einem ersten Brechungsindex, wobei die erste Schicht eine aufnahmefähige Oberfläche aufweist, die in der Lage ist, ein Relief bildendes Polymer festzuhalten;
(b) einen Überzug, der eine optisch unbedeutende Wirkung aufweist, mit einer maximalen Dicke von weniger als 1,5 μm des Relief bildenden Polymers auf der aufnahmefähigen Oberfläche, wobei das Relief bildende, optisch durchlässige Polymer einen zweiten Brechungsindex aufweist, welcher zu dem ersten Brechungsindex gleich oder unterschiedlich ist;
(c) ein sich wiederholendes Muster von optisch aktiven Reliefmerkmalen, die aus dem Relief bildenden Polymer gebildet sind und über den Überzug hervorstehen; und
(d) eine zweite Schicht eines optisch durchlässigen zweiten Substrats mit einem dritten Brechungsindex, über welchen sich wiederholende Muster von optisch aktiven Reliefmerkmalen übergelegt sind, und wobei der erste, zweite und dritte Brechungsindex nicht alle gleich sein müssen.

In einem zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren offenbart zum Herstellen eines Mikro-Reliefelements gemäß Anspruch 7.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren offenbart zum Herstellen einer Struktur zur Verwendung als wenigstens Teil eines mikro-optischen Elementes, wobei die Struktur aufweist

(a) eine erste Schicht eines optisch durchlässigen ersten Substrats mit einem ersten Brechungsindex, wobei die erste Schicht eine aufnahmefähige Oberfläche aufweist, die in der Lage ist, ein Relief bildendes Polymer festzuhalten;
(b) einen Überzug, der eine optisch unbedeutende Wirkung aufweist, mit einer maximalen Dicke von weniger als 1,5 μm des Relief bildenden Polymers auf der aufnahmefähigen Oberfläche, wobei das Relief bildende Polymer einen zweiten Brechungsindex aufweist, welcher zu dem ersten Brechungsindex gleich oder unterschiedlich ist; und
(c) ein sich wiederholendes Muster von optisch aktiven Reliefmerkmalen, die aus dem Relief bildenden Polymer gebildet sind und über den Überzug hervorstehen, wobei das Verfahren aufweist
(a) Bilden einer Kontaktlinie zwischen der aufnahmefähigen Oberfläche und einem sich wiederholenden Muster von vertieften Merkmalen in einer Form, welche in einer biegsamen nachdrückenden Schicht gebildet ist;
(b) Aufbringen einer ausreichenden Menge eines Harzes, welches geeignet ist, ausgehärtet zu werden, um das Relief bildende Polymer zu bilden, um im wesentlichen das sich wiederholende Muster von vertieften Merkmalen entlang der Kontaktlinie auszufüllen;
(c) fortschreitendes in Kontakt bringen der aufnahmefähigen Oberfläche mit der biegsamen nachdrückenden Schicht, so dass (1) sich die Kontaktlinie über die aufnahmefähige Oberfläche bewegt; (2) von dem sich wiederholenden Muster vertiefter Merkmale ausreichend von dem Harz aufgenommen wird, um das sich wiederholende Muster vertiefter Merkmale im wesentlichen zu füllen; und (3) nicht mehr als eine ausreichende Menge an Harz, die in der Lage ist, den Überzug zu bilden, die Kontaktlinie passiert;
(d) Aushärten des Harzes, welches das sich wiederholende Muster von vertieften Merkmalen ausfüllt, um das sich wiederholende Muster von optisch aktiven Reliefmerkmalen zu bilden; und danach optional
(e) Entfernen der biegsamen nachdrückenden Schicht von dem sich wiederholenden Muster optisch aktiver Reliefmerkmale.

Ein MRE gemäß der vorliegenden Erfindung kann geeignet sein, als aktive Komponente in einer mikro-optischen, mikro-fluidischen, mikro-elektrischen oder mikro-mechanischen Vorrichtung verwendet zu werden. Die hier vorgesehene Hauptverwendung für ein MRE gemäß der vorliegenden Erfindung ist als mikro-optisches Element (MOE). Bezugnahmen hierin auf Merkmale, die ein MOE gemäß der Erfindung ausmachen, kann auf Merkmale sein, welche gleichermaßen vorteilhaft in anderen Anwendungen von MREs sind, und Bezugnahmen auf MOEs beziehen sich gleichermaßen auf MREs.
Ein solches MOE kann in der Lage sein, mehr als eine optische Funktion auszuführen, zum Beispiel kann ein MOE, welches zur Verwendung als Strahl korrigierende Optik für Diodenlaser bestimmt ist, die Funktionen von Astigmatismuskorrektur, Elliptizitätskorrektur und Strahlkollimation kombinieren.
Des weiteren kann das optisch aktive Reliefmerkmal in Kombination mit der tragenden ersten Schicht in der Lage sein, mehr als eine optische Funktion auszuführen, zum Beispiel kann ein optisch aktives Reliefmerkmal, welches auf einer gestalteten ersten Schicht getragen wird und für Linsengestaltung geeignet ist, chromatische Aberration korrigieren.
Demgemäss wird offensichtlich, dass die erste Schicht und das MRE oder MOE sowie das Reliefmerkmal/die Reliefmerkmale jede gewünschte Geometrie gemäß der gewünschten auszuführenden Funktion aufweisen können. Zum Beispiel kann die erste Schicht, einschließlich eines optionalen Trägersubstrats, eine ebene, hohle oder feste zylindrische Struktur sein oder kann eine Linse oder eine andere optische Komponente aufweisen, wobei das Reliefmerkmal (die Reliefmerkmale) geeignet auf die Oberfläche desselben aufgebracht wird (werden). Alternativ oder zusätzlich kann das Reliefmerkmal (die Reliefmerkmale) eine oder mehrere kontinuierliche, abgestufte oder auf andere Art profilierte Strukturen aufweisen, wie beispielsweise eine Linse, eine gerade oder abgewinkelte Spur oder einen seitlichen, kreisförmigen Ring, ein gerades oder gebogenes Beugungsgitter, eine vielflächige (pyramidenförmige) oder andere optische, fluidische, elektrische oder mechanische Struktur.
Zusätzlich kann das MOE mit einem anderen Material beschichtet sein, um das MOE zu schützen (Anti-Kratz-Beschichtung) oder um Reflektion von dem MOE (Anti-Reflektionsbeschichtung) zu reduzieren. Vorzugsweise sind solche Beschichtungen mehrschichtige Beschichtungen.
Des weiteren kann das MOE eher als Reflektion denn als Transmission wirken. Dies kann erreicht werden, indem das MOE unter Verwendung einer reflektionsfähigen ersten Schicht hergestellt wird, oder indem die Oberfläche des MOEs beschichtet wird, um die Reflektion derselben zu verbessern.
Die erste Schicht kann von einem geeigneten Trägersubstrat getragen werden, welches nachfolgend von der ersten Schicht entfernt werden kann. Es wird jedoch bevorzugt, dass die erste Schicht selbsttragend ist oder mit einer Trägeroberfläche von gewünschter Geometrie für eine gewünschte Anwendung verbunden ist. Geeigneterweise besteht die erste Schicht aus jedem für die beabsichtigte Anwendung geeigneten Material, welches im Stand der Technik bekannt ist, zum Beispiel kann es sich um einen Polymerfilm handeln (insbesondere einen aus Polyester gebildeten Film wie beispielsweise PET oder PEN, oder ein anderes Polymer, wie beispielsweise PVC, Polyimid, PE oder ein bekanntes biologisch abbaubares Polymer, z.B. Poly(hydroxybutyrat)); ein Material, welches aufgrund seiner optischen Transparenz bei bestimmten Wellenlängen gewählt wurde, zum Beispiel ZnSe oder Germanium, welche für den Betrieb im Infrarotbereich zwischen 2 und 15 Mikrometer geeignet sind; Silizium; gegenüber hohen Temperaturen resistentes anorganisches Metalloxid oder Keramik, wie beispielsweise Titandioxid oder Quarz (-glas), z.B. Glas; oder es kann aus natürlichen oder synthetischen Papierprodukten wie beispielsweise holzhaltigem oder synthetischem Karton oder Papier hergestellt sein.
Für bestimmte Anwendungen, zum Beispiel, wenn Halbleiter-Komponenten auf dem MRE befestigt werden, von welchen gewünscht wird, dass Wärme abgeleitet wird, kann die erste Schicht mit einer Schicht aus Diamant oder ähnlichem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit beschichtet sein.
Zusätzlich kann die erste Schicht mit einer elektrisch leitenden Schicht, zum Beispiel Indiumzinkoxid (ITO = indium tin oxide) oder Gold beschichtet sein, so dass ein elektrischer Kontakt mit einer Halbleiter-Komponente, die auf der Oberfläche der ersten Schicht angeordnet ist, hergestellt werden kann.
Die aufnahmefähige Oberfläche der ersten Schicht kann mit einem geeigneten Bindemittel beschichtet sein, zum Beispiel einem Silan-Kopplungsmittel, wenn die erste Schicht aus Glas ist, was dazu dient, das Reliefmerkmal fester auf der ersten Schicht zu verankern.
Das Beschichten der ersten Schicht kann als kontinuierliche Schicht vor dem Bilden der optisch aktiven Reliefstrukturen darauf erreicht werden, wird aber vorteilhafterweise als eine Schicht über den optisch aktiven Reliefstrukturen erreicht, was durch Replikation von der biegsamen nachdrückenden Schicht während des Bildens der optisch aktiven Reliefstrukturen erzeugt werden kann.
Die zweite Schicht kann ebenfalls von einem geeigneten, optional entfernbaren, Substrat getragen werden. Die zweite Schicht kann auf die optisch aktiven Reliefmerkmale auf jede geeignete Weise, zum Beispiel durch Laminierung, überlagert werden. Die zweite Schicht kann ebenfalls mit einem sich wiederholenden Muster vertiefter Merkmale in einer Form ausgestaltet sein, in die ein optisch durchlässiges Polymer gegossen wird, welches das gleiche sein kann wie das optisch durchlässige Relief bildende Polymer, das auf der aufnahmefähigen Oberfläche festgehalten wird und welches so angeordnet sein kann, dass wenigstens einige der Reliefmerkmale der zweiten Schicht mit wenigstens einigen der Reliefmerkmale der ersten Schicht zusammenpassen, so dass diese eine zusammengesetzte optische Komponente bilden können.
Die Auswahl des Relief bildenden Polymers hängt von der beabsichtigten Verwendung des MREs ab und schließt quarzgefüllte, lichtaushärtende Harze ein, wie jene, die in der Zahnmedizin verwendet werden, und jene, die für das schnelle Herstellen von Prototypen durch Stereolithographie verwendet werden, UV-lichtaushärtende Flüssigkristallharze, photokationische Epoxidharze sowie die optisch durchlässigen Harze wie oben beschrieben.
Sofern optisch durchlässig, kann das Relief bildende Polymer aus den im Stand der Technik Bekannten gewählt werden, einschließlich jenen, die als Licht aushärtende Klebstoffe zum Zusammenfügen von optischen Komponenten entwickelt wurden, zum Beispiel jenen, die unter dem Namen LUXTRAK (LUXTRAK ist ein Markenname von Zeneca pic) verkauft werden, jenen, die für die Herstellung von optischen Fasern aus Polymer entwickelt wurden, und jenen, die zum optischen Aufzeichnen unter Verwendung von Photolackpolymeren entwickelt wurden. Insbesondere kann das optisch durchlässige, Relief bildende Polymer aus einem geeigneten Harz gebildet sein, z. B. halogenierten oder deuterierten Siloxanen, Styrolen, Imiden, Acrylaten und Methacrylaten, wie beispielsweise Ethylenglycoldimethacrylat, Tetrafluorpropylmethacrylat, Pentafluorphenylmethacrylat, Tetrachlorethylacrylat, multifunktionale Derivate von Triazin und Phosphazen. Harze und Polymere, welche in hohem Maße fluorierte aliphatische und aromatische Reste enthalten, werden bevorzugt.
Vorzugsweise wird das optisch durchlässige, Relief bildende Polymer so gewählt, dass es so nah wie möglich gleiche und entgegengesetzte Wärmeausdehnungs- und thermo-optische Koeffizienten aufweist. Der Vorteil davon ist, dass dadurch Steigerungen in der optischen Weglänge (und somit Phasenänderung) aufgrund der Wärmeausdehnung des Materials durch Minderungen in seinem Brechungsindex kompensiert werden. Dieser Vorteil erfordert, dass das optisch aktive Relief daran gehindert wird, sich seitlich durch die Wirkung des Substratmaterials auszudehnen. Dies ist der Fall, wenn der Überzug dünn ist. In "Temperature dependence of index of refraction of polymeric waveguides", R Moshrefzadeh, M D Radcliffe, T C Lee und S K Mohapatra, J Lightwave Tech, Bd 10 (4), 420 (1992) wird eine Anzahl von Polymermaterialien mit negativen thermo-optischen Koeffizienten, positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten der gleichen Stärke beschrieben. Beispielsweise hat PMMA einen thermo-optischen Koeffizienten von –1.1 × 10^–4 K^–1.
Vorzugsweise hat das optisch durchlässigen Polymer einen Brechungsindex, welcher mit dem ersten Brechungsindex zusammenpasst, z.B. 1,51 bei 633 nm, wenn die erste Schicht Bk7 Borosilikatglas ist, oder 1,46 bei 633 nm, wenn die erste Schicht Quarz ist.
Der Brechungsindex des optisch durchlässigen, Relief bildenden Polymers kann durch das Einschließen von geeigneten Additiven in das Polymer modifiziert werden. Insbesondere kann der Brechungsindex des Polymers durch Hinzufügen geeigneter Mengen von Ethylenglycoldimethacrylat angepasst werden, was den Brechungsindex (wie gemessen bei 1,32 oder 1,55 μm) um einen absoluten Mehrwert von 0,02, wenn bei einer Menge zu 30 Gew.-% hinzugefügt, steigern kann.
Des weiteren kann ein Fehler in der Tiefe der optisch aktiven Reliefmerkmale (im Vergleich zu der gewünschten Tiefe) korrigiert werden, indem der Brechungsindex des optisch durchlässigen, Relief bildenden Polymers um einen gleichen Brechungswert erhöht oder gemindert wird.
Ein weiterer Vorteil des Steuerns des Brechungsindexes des optisch durchlässigen, Relief bildenden Polymers ist es, dass die Wellenlänge des Betriebs des MOEs als Ergebnis verändert wird. Folglich kann eine Array von MOEs durch die gleiche biegsame nachdrückende Schicht hergestellt werden, um ein MOE zu erhalten, welches mit hoher Wirksamkeit bei der gewählten Wellenlänge operiert. Das Ändern des Brechungsindexes von 1,45 auf 1,55 für ein MOE, welches dazu bestimmt ist, zum Beispiel bei 633 nm zu operieren, würde eine maximale Wirksamkeit des Betriebs bei 677 nm zur Folge haben.
Der Überzug des Reliefs bildenden Polymers wird reproduzierbar gesteuert, um eine Dicke zu erhalten, die der Funktion des MREs entspricht, und kann selbst dann, wenn ein minimaler Überzug gewünscht ist, nützlich dazu dienen, die aufnahmefähige Oberfläche zu ebnen. In einigen Fällen, z.B. in mikro-mechanischen Vorrichtungen, kann ein relativ dicker und gleichförmiger Überzug wünschenswert sein, zum Beispiel, um das Relief bildende Polymer fest auf der ersten Schicht zu befestigen. In anderen Fällen, zum Beispiel, wenn das MRE ein MOE ist, ist es wünschenswert, die Dicke des Überzug zu minimieren, so dass es die optische Funktion des MOEs nicht wesentlich stört, d.h., der Überzug optisch unbedeutend ist. Der optisch unbedeutende Überzug hat eine maximale Dicke von weniger als 1,5 μm, vorzugsweise weniger als 1 μm, und insbesondere weniger als 0,5 μm über der Oberfläche des ersten Substrats. Die mittlere Dicke des optisch unbedeutenden Überzugs beträgt vorzugsweise weniger als 1 μm und insbesondere weniger als 0,5 μm. Die Änderung der Dicke des Überzugs, optisch unbedeutend oder nicht, über der Oberfläche beträgt weniger als ± 0,75 μm, insbesondere weniger als ± 0,5 μm und ganz besonders weniger als ± 0,25 μm. Dies hat den besonderen Vorteil, dass Wellenfrontfehler minimiert werden.
Die optische Leistung des MOEs hängt von der Phasendifferenz ab, die zwischen Teilen des Lichtstrahls, welcher sich durch unterschiedliche Bereiche des Oberflächenreliefmusters bewegt, entsteht. Die Phasendifferenz wird definiert durch das Produkt der Tiefe der Merkmale unter der Oberfläche des MOEs und des Brechungsindexes des Materials, in welchem das MOE hergestellt wird. Ein Vorteil, der daraus entsteht, dass weniger als 1 Mikrometer Überzug zwischen der ersten Schicht und dem optisch aktiven Relief vorhanden ist, ist, dass diese Höhe wohl definiert ist. Folglich funktioniert das MOE wie gestaltet. Ebenfalls wichtig ist die Flachheit der zwischengeschalteten Oberfläche zwischen den optisch aktiven Reliefmerkmalen des MOEs. Eine verbesserte Leistung ergibt sich, wenn die zwischengeschaltete Oberfläche flacher ist als die Wellenlänge des verwendeten Lichts. Mit einem minimalen Überzug ist die zwischengeschaltete Oberfläche ebenso flach wie die erste Schicht, auf welcher diese hergestellt wird. Ein weiterer Vorteil eines minimalen Überzug ist es, dass dieser optische Verluste des Teils reduziert, welche sich aus Absorption von Licht durch das Material ergeben, indem die Gesamtdicke des Materials, die erforderlich ist, um das Oberflächenreliefmuster zu definieren, minimiert wird.
Ein sehr bedeutender Vorteil des Herstellens von optisch aktiven Reliefmerkmalen aus Polymer auf Glas oder einem anderen Material mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist es, dass die Wärmestabilität der MOE-Komponente als Ergebnis der Pitch-Erhaltung solcher optisch aktiver Reliefmerkmale verbessert wird und indem das Volumen dieses Materials, welches einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, minimiert wird.
Um das Aushärten des Harzes zu erleichtern, wird bevorzugt, einen Initiator zu verwenden, beispielsweise einen Wärme- und/oder Photoinitiator, und insbesondere einen Initiator, welcher bei der Betriebswellenlänge des MOEs kein Licht absorbiert. Üblicherweise, sofern verwendet, ist der Initiator in dem Harz zu einer Konzentration von 0,1 bis 3,0 Gew.-%, und vorzugsweise 0,5 bis 2,0 Gew.-%, vorhanden. Geeignete Photoinitiatoren enthalten 2-Methyl-1-[4-methylthio)phenyl)-2-morpholinopropanon-1 (Irgacure 907), 1-Hydroxycyclohexyl-phenylketon (Irgacure 184), Isopropylthioxanthon (Quantacure ITX), Campherchinon/Dimethylaminoethylmethacrylat. Ebenso ist tert-Butylperoxy-2-ethylhexanoat (Inetrox TB-PEH) ein geeigneter Wärmeinitiator.
Wenn sich die Kontaktlinie über die Oberfläche der ersten Schicht bewegt, wird das Harz wirksam über die Oberfläche geschoben und fließt in das sich wiederholende Muster vertiefter Merkmale in einer Form. Die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Kontaktlinie über die Oberfläche vorwärts bewegt, hängt, unter anderem, von den charakteristischen Eigenschaften des Harzes ab. Üblicherweise weist das Harz eine Viskosität von 0,1 bis 100 Poise und noch üblicher 10 bis 100 Poise auf.
Das Harz kann vollständig innerhalb eines Form-Merkmals festgehalten werden, wenn sich die Kontaktlinie von dem Form-Merkmal wegbewegt, wobei in diesem Fall das Harz zu jedem geeigneten nachfolgenden Zeitpunkt ausgehärtet werden kann. Jedoch kann das Harz oft einen Elastizitätsgrad in dem nicht-ausgehärteten Zustand aufweisen, in welchem Fall, wenn sich die Kontaktlinie von dem Form-Merkmal wegbewegt, das darin befindliche Harz dazu tendiert, zu entspannen und aus dem Form-Merkmal zu entweichen. Wenn das Reliefmerkmal ein Teil eines MOEs ist, dann kann diese Entspannung des Harzes die Wirksamkeit des MOEs reduzieren. Um der Entspannung des Harzes entgegenzuwirken, wird das Harz ausgehärtet, bevor sich die Kontaktlinie vollständig von diesem wegbewegt.
Demzufolge und vorzugsweise deswegen enthält das Harz einen Photoinitiator, welcher durch eine bestimmte Wellenlänge des Lichts, insbesondere UV-Licht, aktiviert wird. Es kann dann eine geeignete Lichtquelle verwendet werden, um das Harz auszuhärten, bevor der entlang der Kontaktlinie aufgebrachte Druck entfernt wird und bevor sich das Harz aus dem zurückhaltenden Merkmal entspannt. Es wird besonders bevorzugt, dass die biegsame nachdrückende Schicht gegenüber dem verwendeten Licht transparent ist und dass das Licht durch die biegsame nachdrückende Schicht auf das Harz scheint. Um das Licht im Wesentlichen an der Spitze zu fokussieren und somit zum Beispiel vorzeitiges Aushärten des Harzes zu vermeiden, kann es erforderlich sein, dass der Einfallwinkel des Lichtes auf die Kontaktlinie von Polymer zu Polymer angepasst werden muss. Alternativ kann, für einen gegebenen Einfallwinkel und wenn die erste Schicht wenigstens teilweise für das Licht durchlässig ist, die erste Schicht so gewählt werden, dass sie eine solche Dicke aufweist, dass die innere Brechung des einfallenden Lichts so wirkt, dass das Licht an der Kontaktlinie fokussiert wird. Zusätzlich kann, wenn die erste Schicht wenigstens teilweise für das Licht durchlässig und von einer geeigneten Dicke ist, ein verspiegelter Träger unter der ersten Schicht angeordnet werden, wodurch bewirkt wird, dass das übertragene Licht zurück auf die Kontaktlinie reflektiert wird.
Der Druck wird entlang der Kontaktlinie durch alle geeigneten Mittel aufgebracht. Geeigneterweise wird der Druck unter Verwendung einer sich vorwärts bewegenden Schiene oder einer biegsamen Klinge, welche entlang der Oberfläche gezogen wird, unter einer Druckbeanspruchung aufgebracht oder unter Verwendung einer Walze unter Druckbeanspruchung, welche dann bei Vorwärtsbewegung oder Rotation das Harz in der Walzenspalte zurückhalten kann, die von der Schiene, der Klinge oder der Walze zwischen der biegsamen nachdrückenden Schicht und der Oberfläche gebildet wurde. Es wird dementsprechend bevorzugt, dass das Harz an der Walzenspalte ausgehärtet wird, wenn die Kontaktlinie über die Oberfläche fortschreitet.
Die biegsame nachdrückende Schicht ist vorzugsweise ein Polymerfilm, in welchen das sich wiederholende Muster vertiefter Merkmale geprägt wurde. Ein solcher geprägter Film ist vorzugsweise gegenüber UV-Licht transparent, weist hochqualitative Oberflächenlösungseigenschaften auf und ist in der Lage, während des Formprozesses dimensional intakt zu bleiben. Geeigneterweise kann ein solcher geprägter Film hergestellt werden durch (a) Bilden eines Originalmusters, welches eine profilierte metallisierte Fläche aufweist, welche dem benötigten Reliefmerkmal entspricht, (b) Elektroformung einer Schicht aus einem ersten Metall auf einer metallisierten Fläche, um ein Original aus Metall zu bilden, (c) Lösen des Metalloriginals von dem Originalmuster, (d) Wiederholen des Elektroformungsprozesses, um eine prägende Originalplatte aus Metall zu bilden und (e) Prägen der Reliefstruktur in einen Polymerfilm, um so die gewünschten Formmerkmale zu bilden.
Vorteilhafterweise kann, wenn dieser transparent ist, der geprägte Film optisch ausgerichtet sein, so dass die Formmerkmale genau auf der aufnahmefähigen Oberfläche der ersten Schicht ausgerichtet sind. Somit können die Formmerkmale leichter auf der aufnahmefähigen Oberfläche ausgerichtet werden, z.B. um eine gewünschte Achse eines bestehenden Merkmals auf der aufnahmefähigen Oberfläche. Insbesondere, wenn die erste Schicht selber eine Linse ist, kann die optische Achse der Linse mit jener eines optisch aktiven Reliefmerkmals, welches unter Verwendung der Formmerkmale gebildet wurde, ausgerichtet werden, so dass die optische Leistung der Verbundkomponente optimiert wird.
Zusätzlich kann der geprägte Film, sofern dieser auf der aufnahmefähigen Schicht zurückgehalten wird, als Schutzschicht dienen, welche zu einem späteren Zeitpunkt entfernt werden kann.
Ein weiterer Vorteil des Herstellens des MOEs durch das oben genannte Verfahren ist, dass der Brechungsindex des Relief bildenden Polymers verändert werden kann, um die optische Leistung des MOEs zu verbessern oder zu modifizieren. Dies ist ebenfalls ein Vorteil, da optische Komponenten mit unterschiedlichen Betriebswellenlängen aus der gleichen Originalplatte hergestellt werden können.
Ein weiterer Vorteil des Herstellens des MOEs durch das oben beschriebene Verfahren ist es, dass das Originalmuster auf eine Vielzahl verfügbarer Techniken in einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden kann und nicht darauf begrenzt ist, aus einem Material mit guten optischen Eigenschaften hergestellt zu werden. Zum Beispiel kann das ursprüngliche Originalmuster hergestellt werden durch Musteraufbringung von Photolack durch direkten Elektronenstrahl, herkömmliche Photolithographie, Silizium-Mikromaterialbearbeitung (K E Peterson, Proc IEEE, Bd 70, 420 (1982)), Schreiben mit Laserstrahl (E C Harvey, P T Rumsby, M C Gower, S Mihailov, D Thomas, Excimer Lasers for Micromachining, Proc of IEE Colloquium on Microengineering and Optics, Feb 1994, digest Nr. 1994/043, paper 1; D W Thomas et al, Laser ablation of electronic materials, European Mat Res Soc Monographs, Bd 4, Ed, E Fogarassy und S Lazare, S.221 (1992); H Schmidt, Micromachining by lasers, Conf on Lasers and Electro-optics (CLEO EUROPE 94), Amsterdam, Sept 1994, Paper CMB1); Plasmaätzen (D L Flamm in Plasma etching – an introduction ed by D M Manos und D L Flamm, Academic Press Inc, London (1989), Kapitel 2); und Einpunkt-Diamantdrehung.
Ein weiterer Vorteil des Herstellens des MOEs durch das oben genannte Verfahren ist es, dass die biegsame nachdrückende Schicht mit jedem geeigneten Material zu jedem gewünschten Zweck behandelt werden kann, zum Beispiel einem Maskier- oder Rastermittel, einem Grundierungsmittel oder einem Mittel, welches alle gewünschten optischen, elektrischen, mechanischen oder Fluideigenschaften verleiht, wie z. B. Tinte, Keim- (Katalysator) Material, Metallvorläufer, einem elektrisch leitenden (Vorläufer) Mittel oder einer biologischen Kultur oder ähnlichem, das durch Kontaktreproduktion auf die erste Schicht oder den Überzug je nach Wunsch übermittelt werden kann, z. B. auf ausgewählte Bereiche derselben/desselben auf oder um die Reliefmerkmale herum, unter Verwendung einer Modifikation bekannter Techniken, wie zum Beispiel in Appl. Phys. Lett. 68(7), 1022–23, 1996 beschrieben.
Des Weiteren können Mikrolinsen mit Reliefmerkmalen, welche einen breiten Bereich von Längenverhältnissen, d.h. Seitenverhältnissen, haben, hergestellt werden, zum Beispiel mit einem Längenverhältnis bis zu 20, geeignet bis zu 10 oder bis zu 15, abhängig von dem Relief bildenden Polymer und der Gestaltung des Reliefmerkmals.
Ein Vorteil des Herstellens eines MOEs in Form eines Mikrolinsen-Arrays durch das oben genannte Verfahren ist es, dass die Gestaltung der Oberfläche jeder Linse durch die Form und nicht durch den Herstellungsvorgang bestimmt wird. Dies ist gegensätzlich zu dem herkömmlichen Verfahren des Herstellens von Mikrolinsen-Arrays, das auf Oberflächenspannung eines geschmolzenen Materials beruht, um die Mikrolinsen zu gestalten. Durch das herkömmliche Verfahren wird der maximale Biegungsradius jeder Linse und somit die F-Anzahl der Linsen, die hergestellt werden können, begrenzt. Das oben genannte Verfahren kann verwendet werden, um beispielsweise asphärische Linsengestaltungen herzustellen, welche verbesserte Linsenleistung (weniger sphärische Aberration) bieten.
Ein weiterer Vorteil des Herstellens eines Mikrolinsen-Arrays durch das oben genannte Verfahren ist es, dass zum Beispiel eine zweite optisch funktionale Oberfläche oder ein optisch beugendes Element auf der Oberfläche jeder der Linsen in dem Array zur gleichen Zeit gebildet werden kann, wenn die Linse selber durch die Verwendung einer Form definiert ist, welche das geeignete Oberflächenprofil oder die Beugungsstruktur auf ihrer Innenfläche aufweist. Folglich wird eine profilierte oder kombinierte lichtbrechende beugende Linse hergestellt. Eine solche kombinierte Linse leistet eine gleiche optische Funktion wie eine achromatische Dupletlinse (der Kombination aus einer Linse mit negativer Streuung und einer Linse mit positiver Streuung).
Ein weiterer Vorteil des oben genannten Verfahrens ist es, dass große Flächen von Mikrorelief-Arrays auf einmal hergestellt werden können, insbesondere Mikrolinsen-Arrays, welche oft für die Verwendung als Bildschirm erforderlich sind. Mikrorelief-Arrays können sich wiederholende Abschnitte gleicher oder unterschiedlicher Reliefmerkmale aufweisen.
Aufgrund der Submikrometer-Auflösung des oben genannten Verfahrens können Mikrolinsen mit geringen Durchmessern und Pitches hergestellt werden.
Ein weiterer Vorteil des oben genannten Verfahrens ist es, dass ein Satz von im wesentlichen identischen Strukturen hergestellt werden kann. Diese können in verbundener oder nicht verbundener Anordnung verwendet werden.
In optischen Systemen, in welchen Mikrolinsen-Arrays verwendet werden, ist manchmal ein optisches Element erforderlich, welches aus zwei identischen Mikrolinsen-Arrays, die Rücken an Rücken angeordnet sind, bestehen, welche durch einen festgelegten Abstand bezogen auf die Brennweite der Mikrolinsen-Arrays getrennt sind und wobei die zwei Arrays in Bezug zueinander ausgerichtet sind. Ein Vorteil des oben genannten Verfahrens ist, dass aufgrund der Tatsache, dass die gleiche Form zum Bilden jedes Arrays verwendet werden kann, die zwei Arrays identisch sind. Eine genaue Trennung der zwei Arrays kann erreicht werden, indem die Dicke der zwischenliegenden ersten Schicht und der Brennweiten von jedem Array angepasst werden können, indem der Brechungsindex des zweiten Arrays geändert wird, bis der Abstand, welcher die Arrays trennt, im wesentlichen die Summe ihrer Brennweiten ist. Des weiteren kann, da für das Verfahren eine optisch transparente biegsame nachdrückende Schicht verwendet werden kann, das zweite Mikrolinsen-Array genau an dem Rücken der ersten Schicht ausgerichtet werden, indem durch die biegsame nachdrückende Schicht hindurch gesehen wird.
Das Konzept sowie Anwendungen zum Herstellen von Arrays von Leuchtdioden (LEDs = light emitting diodes) mit integrierten Streuungs-Mikrolinsen, die durch ein unterschiedliches Verfahren hergestellt wurden, wurde kürzlich in "Arrays of light emitting diodes with integrated diffractive microlenses for board-to-board optical interconnect applications: design, modelling and experimental assessment", B Dhoedt, P D Dobbelaere, J Blondelle, P V Daele, P Demeester, H Neefs, J V Campenhout, R Baets, Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO Europe 94); Amsterdam, 28. Aug. bis 02. Sept, paper CTh164 (1994) beschrieben. Das oben genannte Verfahren kann ebenfalls mit einem transparenten geprägten Film verwendet werden, um MOEs auf der Oberfläche eines Substrats zu bilden, welches schon Halbleiter Vorrichtungen aufweist, die Licht aussenden oder erkennen (z.B. Laserdioden, Leuchtdioden, Photodioden und Vertical Cavity Laser), derart, dass die MOE-Merkmale genau mit den Halbleiter Vorrichtungen ausgerichtet werden.
Das oben genannte Verfahren kann ebenfalls verwendet werden um MREs herzustellen, welche Ausrichtungsschichten für Flüssigkristall-Zellen sind. Einige Arten von Flüssigkristall-Materialien, insbesondere ferroelektrische Flüssigkristalle, benötigen Ausrichtungsschichten in der Zelle, um das Flüssigkristall auf eine bestimmte Weise auszurichten. Herkömmlich kann die Ausrichtungsschicht produziert werden, indem physikalische Muster auf die Glasoberfläche aufgebracht werden, zum Beispiel, indem die Oberfläche in der gewünschten Richtung gerieben wird. Alternativ wird eine dünne Schicht eines Materials, wie zum Beispiel MgF₂, auf die Oberfläche aufgedampft. Der Zweck dieser Ausrichtungsschicht ist es, das Flüssigkristall-Material mit einer geringen Neigung bezogen auf das Normal der Oberfläche auszurichten. Indem der Aufdampfungswinkel geändert wird, kann der Neigungswinkel geändert werden. Der gegenwärtige Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der Oberflächenbereich durch die Größe der Kammer des Aufdampfens begrenzt wird. Ein Vorteil des oben genannten Verfahrens ist es, dass ein größerer Oberflächenbereich unter Verwendung eines geprägten Films, der aus mehreren Originalplatten hergestellt wurde, strukturiert werden kann. Alternativ können Ausrichtungsstrukturen für Flüssigkristalle, zum Beispiel in Form einer Vielzahl von MREs mit hohem Längenverhältnis, die Relief "haaren" im Bereich von 200 nm Höhe und 20 nm Breite ähneln, hergestellt werden. Vorteilhafterweise besteht die Fähigkeit, den Überzug zu minimieren, darin, dass weniger Material vorhanden ist, das die Elektrode abdeckt, die verwendet wird, um ein elektrisches Feld auf die Flüssigkristallzellen anzuwenden, was potentiell geringere Schaltströme zur Folge hat.
Die vorliegende Erfindung wird auf nicht begrenzende Weise unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungsfiguren dargestellt.
1 zeigt einen Ausschnitt des Bildes, das von einem 16 × 16 MOE Strahlarray-Generator erzeugt wurde.
2 zeigt die Intensitätsänderung mit der Temperatur für einen 4 × 4 Strahlarray-Generator.
3a stellt einen Teil einer Nickelplatte zum Herstellen von Form-Merkmalen in einer biegsamen nachdrückenden Schicht dar, die verwendet wird, um ein MOE herzustellen.
3b stellt einen Teil des MOEs dar, das von der biegsamen nachdrückenden Schicht hergestellt wurde, die unter Verwendung der in 3a dargestellten Nickelplatte hergestellt wurde.
4a und 4b sind SEMs, die eine Auswahl an Oberflächenreliefs darstellen.
5 ist ein SEM eines Reliefmerkmals in der Form eines Mikrolinsen-Arrays.
6 ist eine Spur einer Tencor Alpha-step Oberflächenprofilierungsmaschine, welche die Überzugdicke eines MOEs aufzeigt.
1 wurde von einem MOE wie in Beispiel A beschrieben hergestellt.
In 2 stellt Linie (1) die Temperaturveränderung dar, welcher der 4 × 4 Strahlenarray-Generator, wie in Beispiel 1 beschrieben, unterzogen wurde. Linie (2) stellt die optische Reaktion der Ausstattung dar, ohne dass irgendeine Abtastung vorhanden ist. Linie (3) stellt die optische Reaktion des auf Glas hergestellten MOEs dar. Linie (4) stellt die optische Reaktion des auf Film hergestellten MOEs dar. Linie (5) stellt die optische Reaktion dar, wenn ein Bereich eines PET-Films ohne darauf befindlichem MOE angestrahlt wurde.
3a zeigt einen Teil einer Nickelplatte wie in Beispiel B verwendet.
3b zeigt einen Teil eines Mikrolinsen-Arrays, welches entsprechend Beispiel B von einer biegsamen nachdrückenden Schicht hergestellt wurde, in welcher die Form-Merkmale unter Verwendung der in 3a dargestellten Nickelplatte gebildet wurden.
4a und 4b zeigen die verschiedenen in Beispiel D hergestellten MREs.
5 zeigt ein hexagonales Mikrolinsen-Array von 125 Mikrometer Pitch und 204 Mikrometern Brennweite in Luft wie in Beispiel E hergestellt.
6 wurde von einem MOE wie in Beispiel F beschrieben hergestellt. Im Bereich (1) wurde der Polymerfilm von dem Glas entfernt, um eine Bezugsebene zu bieten.
Die vorliegende Erfindung wird des Weiteren auf nicht begrenzende Weise durch Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele beschrieben.
Herstellung einer biegsamen nachdrückenden Schicht in Form eines geprägten Films (Beispiele 1.1 und 1.2 sind nicht Hauptgegenstand der Patentansprüche).
Beispiel 1.1
In dem folgenden Beispiel wird die Herstellung eines geprägten Polymerfilms mit einer behandelten Ablöseoberfläche beschrieben.
Eine Nassbeschichtung aus reinem fluorierten Dimethacrylatharz, Dicke 20 μm, wurde auf ein 100 μm dickes Polyestersubstrat (Melinex Qualität 506) aufgebracht. Die Beschichtung wurde teilweise ausgehärtet, indem diese für 2 Sek. einer UV-Strahlung (während in Luft) von einem Fisons F300 Ultraviolett-Lampensystem, welches 300 W/inch liefert, belichtet wurde.
Das beschichtete Polyester wurde dann in eine Walzenspalte zwischen einer Walze aus Stahl mit einem Durchmesser von 400 mm, welche eine Nickelprägeplatte trug, die Oberflächenrelief-Mikrostrukturen (z. B. 125 μm Pitch Mikrolinsen-Arrays) enthielt, und einer Walze mit einem Durchmesser von 150 mm gegeben, die mit Silikonkautschuk mit einer Härte von 70 Shore beschichtet war. Das beschichtete Polymer trat in den Walzenspalt ein, so dass die beschichtete Seite gegen die Platte gedrückt wurde. Die Walzenspalt-Last wurde auf 159 kg (350 lb) über eine Spurbreite von 400 mm gesteuert. Die Geschwindigkeit der Trommel mit Durchmesser von 400 mm wurde auf 3,3 cm.s^–1 festgelegt.
Beim Austreten aus dem Walzenspalt liefen das beschichtete Polyester und die Nickelplatte durch eine UV-Quelle, wie oben beschrieben, wodurch die Beschichtung vollständig ausgehärtet wurde, während diese in Kontakt mit der Platte war, um den geprägten Polymerfilm zu bilden. Der geprägte Film wurde dann von der Nickelplatte entfernt und bei 80°C während 16 Stunden in einem Ofen gebacken.
Eine Ablöseschicht aus Ablösematerial, Freekote FRP (Dexter Corporation) wurde dann auf den geprägten Film durch Waschen mit einer Lösung des Lösematerials und anschließendem Trocknen mit Druckluft aufgebracht. Dieser Vorgang wurde vier Mal wiederholt.
Beispiel 1.2
In dem nachfolgenden Beispiel wird die Herstellung eines geprägten Films beschrieben, welcher in sich ein Ablösematerial enthält.
Eine Nassbeschichtung von 20 μm wurde auf 100 μm Polyestersubstrat (Melinex Qualität 506) aufgebracht, welche die nachfolgende Formulierung aufweist:
97,5 Teile Ebercryl 150 (Epoxidacrylat von UCB Ltd.)
2,5 Teile Ebercryl 350 (Epoxidacrylat von UCB Ltd.)
20 Teile LG 156 (PMMA)
2 Teile Irgacure 651
gemischt in Lösung 20% w/w in MEK. Dies ergab eine Trockendichte von 20 μm.
Dieses beschichtete Substrat wurde auf die gleiche Art wie in Beispiel 1.1 beschrieben hergestellt, mit Ausnahme des Backens und der nachfolgenden Aufbringung eines Ablösematerials.
Beispiel 2.1
In dem nachfolgenden Beispiel wird die Herstellung von MREs auf einen starren Substrat unter Verwendung des zuvor gemäß Beispiel 1.1 hergestellten geprägten Films beschrieben.
Ein starres Substrat aus Glas wurde hergestellt, indem dies gründlich in einer 30 %-igen Dekon 90 Lösung in Wasser gewaschen wurde, mit heißem Wasser gespült wurde, mit Aceton gewaschen wurde und schließlich mit Isopropanol gewaschen wurde. Das Substrat wurde dann in einem Ofen bei 150°C während 15 Minuten getrocknet.
Das Substrat wurde dann auf einem flachen Montagebett angeordnet und durch Vakuum gesichert.
Das Montagebett wurde mit Mitteln ausgestattet, um eine mit Gummi bedeckte Walzenspalt-Walze mit einem Durchmesser von 75 mm entlang der Länge des Montagebetts durchlaufen zu lassen, welche einen sich fortbewegenden Walzenspalt-Bereich bildet, auf welchen eine UV-Quelle fokussiert war.
Ein geprägter Film wie in Beispiel 1.1 beschrieben wurde mit der Vorderseite nach unten oben auf dem Glassubstrat platziert und an einem Ende mit einem einseitigen Klebeband befestigt.
Eine Menge an Harz (LUXTRAK 0208), die ausreichend ist, um die Form-Merkmale in dem geprägten Polymer zu füllen, wurde zwischen dem Glassubstrat und dem geprägten Polymer als Wulst in Bewegungsrichtung des Montagebetts und an dem befestigten Ende des geprägten Films platziert. Die durchlaufende Walze wurde dann 3 mm vor dem Wulst aus Harz angeordnet und mit einer nach unten gerichteten Last von 40 kg über eine Spurbreite von 80 mm angewendet.
Die UV-Quelle wurde eingeschaltet und die Walzenspalt-Walze wurde mit einer Geschwindigkeit von 1 cm.s^–1 entlang dem Montagebett über den geprägten Film/das Glassubstrat vorwärts bewegt. Das Harz wurde in die Form-Merkmale gequetscht und durch die UV-Quelle ausgehärtet. Nach dem Aushärten wurde das geprägte Polymer abgezogen, wobei das ausgehärtete Harz an dem Glassubstrat befestigt verbleibt. Es wurde ein 100 %-iger Transfer erzielt, obwohl einige Flecken von übrig gebliebenem Ablösematerial sichtbar waren.
Beispiel 2.2
Das Beispiel 2.1 wurde wiederholt unter Verwendung des geprägten Films wie in Beispiel 1.2 zubereitet, dem LUXTRAK-Harz wie in Beispiel 2.1 beschrieben und einem fluorierten Dimethacrylatharz der folgenden Formulierung:
Fluordimethacrylat: 97 Gew.-%
Photoinitiator (Irgacure 651): 2 Gew.-%
Wärmeinitiator (Interox TBPEH): 1 Gew.-%
100 %-iger Transfer wurde für das LUXTRAK-Harz erhalten und ungefähr 80–90% für das Fluorpolymer-Harz. Es waren keine Flecken sichtbar.
Beispiel A
Unter Verwendung des in Beispiel 2.2 beschriebenen Verfahrens wurde eine Anzahl synthetischer MOEs, welche üblicherweise als computererzeugte Hologramme bekannt sind, mit einer Tiefe von 0,6 Mikrometer und einer kleinsten Seitenabmessung von 1,5 Mikrometer in LUXTRAK LCR 0208 auf einem Glassubstrat hergestellt.
Das gewählte MOE war so gestaltet, dass ein Array von nahezu gleicher optischer Leistung in dem Fernfeld hinter dem Element erzeugt wurde, wenn dieses mit einem Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 670 nm bestrahlt wurde. Der Laserstrahl stammte von einem Diodenlaser, könnte aber ebenfalls von jeder anderen Art von Laserquelle erzeugt werden.
Die Herstellung des Originalmusters entsprach der Beschreibung in "Synthetic diffractive elements for optical interconnects", M R Taghizadeh und J Turunen, Optical Computing and Processing, Bd. 2 (4), S. 221–242, 1992. Es bestand aus einer binären (2 Ebenen) Oberflächenreliefstruktur, die auf einem Quarz-Wafer hergestellt wurde. Der Durchmesser des Wafers war groß genug, um zu ermöglichen, dass 12 MOEs, die jeweils eine Größe von 15 mm mal 15 mm haben, auf dieser einen Wafer-Oberfläche definiert wurden. Die Oberfläche des Originals aus Quarz wurde leitend gemacht, indem eine 10 nm dicke Schicht aus Chrom und anschließend eine 60 nm dicke Schicht aus Silber aufgedampft wurde. Eine Nickelplatte wurde dann aus dem Original aus Quarz durch einen Elektroformungsvorgang gezüchtet.
Die Funktionen jedes der hergestellten MOEs waren 2 × 2, 4 × 2, 4 × 4, 8 × 8, 8 × 16, 16 × 16 und 16 × 32 Strahlarray-Generatoren. 1 zeigt das Muster, das hergestellt wird, wenn das 16 × 16 MOE durch den Strahl aus einem Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 676 nm bestrahlt wurde. Dieses Bild wurde unter Verwendung einer Electrophysics Microviewer Vidikonkamera, die mit einem Bildaufnahmesystem verbunden ist, aufgenommen.
Die Intensität eines der Strahlen in dem Beugungsmuster erster Ordnung eines 4 × 4 Strahlarray-Generator-MOEs, das in LUXTRAK LCR 0208 Harz auf einem Glassubstrat hergestellt wurde, wurde als Funktion der Temperatur mit jener verglichen, die das gleiche MOE aufwies, das in Urethanacrylat (Harcross Harz 6217) auf einem "Melinex"-Filmsubstrat hergestellt wurde. In 2 sind die Ergebnisse dieses Experiments dargestellt. Der gebeugte Strahl von dem MOE, das auf dem Film hergestellt wurde, variierte bis zu 10% über dem Temperaturbereich 25°C bis 85°C. Im Vergleich dazu variierte der gebeugte Strahl von dem MOE, das auf dem Glas hergestellt wurde, nur um einige Prozent. Eine große Abweichung wurde ebenfalls beobachtet, wenn der Strahl durch den Film lief, aber außerhalb der Bereiche mit Muster. Dies zeigt, dass das mechanische Wärmeverhalten des Substrats eine große Wirkung auf die Leistung des MOEs hat.
Beispiel B
Beispiel A wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass das hergestellte MOE als ein Mikrolinsen-Array wirkt. In diesem Beispiel wurde das ursprüngliche Original durch direktes Elektronenstrahl-Schreiben von Photolack gefolgt von Trockenätzen des Musters in Quarz hergestellt. Das MOE enthielt 16 Ebenen von Oberflächenreliefs (16 Phasenebenen), um sich auf diese Weise genauer einem kontinuierlichen Oberflächenprofil anzunähern. Der Vorteil hiervon ist es, dass die optische Wirksamkeit des MOEs höher ist als jene eines äquivalenten Binärphasen-MOEs. Als Ergebnis der zusätzlichen Phasenebenen war die kleinste Größe der Seitenmerkmale in dem Oberflächenrelief ungefähr 200 nm. Dies ist wesentlich kleiner als die kleinste seitliche Merkmalgröße auf dem binären Oberflächenrelief. Der UV-Prägevorgang, der zur Herstellung des MOEs verwendet wurde, weist die Fähigkeit auf, genau die erforderlichen sehr kleinen Merkmale zu reproduzieren. Dies ist ein bedeutender Vorteil gegenüber anderen Arten von Prägeverfahren (z. B. Heißprägewalzen oder Spritzgießen). 3 zeigt zum Vergleich eine 800 Mikrometer Apertur Mikrolinse auf der Nickelplatte sowie die gleiche Linse, die in einem 2 Mikrometer dicken Urethanacrylat-Harz (Harcross 6217) auf 100 Mikrometer dickem ICI Melinex-Film gebildet wurde.
Beispiel C
Beispiel A wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass das hergestellte mikro-optische Element (MOE) ein Oberflächenrelief-Beugungsgitter mit Periode 1,1 μm (kleinste Merkmalgröße 0,55 μm) und einer Tiefe von 130 nm ist. Das Gittermuster bestand aus einem Ring von ungefähr 30 mm Durchmesser und ungefähr 2 mm Breite. Die Oberfläche des MOEs wurde mit 70 nm Aluminium durch Aufdampfen beschichtet, um es in hohem Maße reflektierend zu machen. Die Oberfläche des Gitters wurde durch das Glassubstrat unter Verwendung von Licht aus einem He-Ne-Laser bei 633 nm bestrahlt. Die Strahlungsintensität des Lichts, das von dem Gitter in eine der ersten Beugungsordnungen reflektiert wurde, wurde gemessen und mit der Menge des Lichts verglichen, die von einem angrenzenden metallisierten Bereich auf dem MOE reflektiert wurde, auf dem kein Gitter vorhanden war. Dieses Verhältnis, ebenfalls als Effizienz bekannt, betrug 39 ± 0,5%. Das Experiment wurde wiederholt unter Verwendung von zwei anderen Proben, die auf die gleiche Art hergestellt wurden. Deren Beugungseffizienzen wurden jeweils mit 39 ± 0,5% und 37 ± 0,5 gemessen. Die Effizienz steht in direktem Zusammenhang mit der Genauigkeit, mit welcher der Replikationsvorgang die Periode und Tiefe der Gitterstruktur reproduziert. Eine schlechte Replikation des Oberflächenreliefs hat Effizienzen von weniger als 10% zur Folge.
Die Dicke des Überzugs wurde unter Verwendung einer Tencor Alpha-step Oberflächenprofilierungsmaschine gemessen. Die Dicke betrug 0,5 μm.
Das Experiment wurde mit dem gleichen Gittermuster wiederholt, aber unter Verwendung eines Stücks der innen ablösebeschichteten "Polymerplatte" (beschrieben in Beispiel 1.2), die für die Herstellung der Kopie auf Glas (d.h. des vorherigen Musters) verwendet wurde. Erneut wurde die Probe so angeordnet, dass durch das Substrat ausgelesen werden konnte. Die Beugungseffizienz wurde mit 37% gemessen.
Dieses Experiment zeigt, dass keine messbare Minderung der Effizienz aufgrund der Verwendung der zwischengelegten Polymerplatte vorhanden ist.
Das Experiment wurde wiederholt mit dem gleichen Gittermuster, aber unter Verwendung einer Probe, die durch Beschichten mit einer 2 μm dicken Beschichtung aus Urethanacrylat (Harcross 6217) auf einem 175 μm dicken PET-Film (ICI MELINEX) und UV-Prägen hergestellt wurde. Die Beugungseffizienz wurde mit 36 ± 0,5% gemessen. Dieses Experiment zeigt, dass keine Minderung der Effizienz dadurch vorhanden ist, dass die Formulierung des Polymerplattenmaterials ein internes Ablösemittel enthält.
Das Experiment wurde mit dem gleichen Gittermuster wiederholt, aber unter Verwendung einer 0,5 mm dicken Polycarbonatfolie (LEXAN) als Substrat. Die Beugungseffizienz wurde mit 36 ± 0,5% gemessen. Dieses Experiment zeigt, dass alternative starre Substratmaterialien verwendet werden können, und dass bei den daraus entstehenden Teilen keine bedeutende Minderung der Effizienz besteht.
In allen oben genannten Experimenten ist die Effizienz des in diesem Beispiel hergestellten MOEs wesentlich größer als jene, die bei der gleichen Oberflächenrelief-Gitterstruktur gemessen wurde, die aus der gleichen Original-Nickelplatte durch vergleichbare Techniken des Heißprägewalzens (Effizienz 11%) und Spritzgießens (Effizienz 4%) hergestellt wurde.
Beispiel D
Unter Verwendung des zuvor in Beispiel 1.2 beschriebenen Verfahrens wurde ein geprägter Film mit einer Anzahl von kontinuierlichen Oberflächenrelief-Mikrostrukturen hergestellt. Die Strukturen beinhalteten 12 Mikrometer hohe Treppen, Pyramiden von unterschiedlicher Größe, Rillen, Spuren, Gefälle, halbkugelförmige Strukturen und Schächte. 4 zeigt eine SEM-Photographie von einigen der Strukturen, die gemäß Beispiel 2.2 als LUXTRAK LCR 0208 auf Glas gebildet sind. Die Möglichkeit, solche tiefen Reliefmerkmale bilden zu können, ist ein Vorteil, da mehr Phaseninformationen auf Licht eingeprägt werden können, welches von diesen gebeugt wird, und folglich wird die optische Funktion der Reliefmerkmale verbessert.
Beispiel E
Eine Nickelprägeplatte wurde wie folgt hergestellt:
Ein quadratisches Glasstück von 100 mm wurde gereinigt und getrocknet. Das Glassubstrat wurde in einem Dampfbad aus Shipley Microprimer Lösung für 2 Minuten angeordnet, um das Anhaften der anschließenden Photolackschicht zu verbessern. Photolack AZ 4562 wurde auf das Glassubstrat mit einer Geschwindigkeit von 2000 U/min für 20 Sek. drehbeschichtet und die Probe für 10 Minuten bei 90°C auf einer Hotplate vorgebacken (softbake). Die Dicke der Photolackschicht wurde mit 9,9 Mikrometer unter Verwendung einer Tencor Alpha-step Maschine gemessen. Die Probe wurde 35 Sek. durch Kontakt über eine Photomaske belichtet, welche ein Muster von 125 Mikrometer Pitch Mikrolinsen mit einem Durchmesser von 120 Mikrometer enthielt. Das Photolack-Bild wurde während 7,5 Minuten in einer 1:4 Mischung aus AZ Entwicklerlösung und Wasser entwickelt. Die Belichtungs- und Entwicklungsbedingungen waren derart gewählt, dass sichergestellt wurde, dass der gesamte Photolack zwischen allen Mikrolinsen-Inseln entfernt wurde. Schließlich wurden die Mikrolinsen gebildet, indem die Probe auf einer Hotplate für 45 sek. bei 150°C angeordnet wurde. Dadurch wurde das Photolackmaterial zum Schmelzen gebracht und Oberflächenspannung zog die Photolack-Inseln in halbkugelförmige Mikrolinsen.
Die Oberfläche der Mikrolinsen-Probe wurde leitend gemacht, indem dünne Chrom- und Silberschichten auf diese aufgedampft wurden. Ein Original aus Nickel wurde dann aus der Probe elektrogeformt. Das Nickeloriginal wurde zum Züchten einer Prägeplatte verwendet, welche verwendet wurde, um einen geprägten Film wie zuvor beschrieben herzustellen.
Unter Verwendung des zuvor beschriebenen Laminierverfahrens wurde ein mikro-optisches Linsen-Array wie in 5 dargestellt auf einem 2 mm dicken Glassubstrat unter Verwendung von fluoriertem Dimethacrylatharz hergestellt.
Beispiel F
Ein Mikrolinsen-Array wurde auf einem 1,1 mm dicken Borosilikatglas-Substrat (B270 Glas) unter Verwendung der Prägeplatte, deren Herstellung in Beispiel E beschrieben wurde, hergestellt. Das verwendete Material war Luxtrax LCR 0208 UV-aushärtendes Acrylatharz. Die optischen Eigenschaften des Harzes auf Glaskopie wurden gemessen, um deren optische Leistung mit jener der ursprünglichen geschmolzenen Photolacklinsen zu vergleichen. Die Brennweite über den Bereich von 70 mm mal 70 mm der Mikrolinsen wurde mit 204,4 μm mit einer Standardabweichung von 1,5 μm festgestellt. Das Strehlverhältnis wurde mit 0,82 gemessen (ein Strehlverhältnis von 1 zeigt eine begrenzte Beugungsleistung an). Bei der Linsengestaltung wurde festgestellt, dass diese nur 0,55 einer Wellenlängenabweichung von sphärisch bei einer Bestrahlung mit Licht bei 633 nm aufzeigt. Diese Parameter sind vergleichbar mit jenen, die für gleichartige Mikrolinsen aus geschmolzenem Photolack gemessen werden, was zeigt, dass Aberrationen nicht während des Reproduktionsvorgangs eingeführt werden, sondern originalgetreu von Aberrationen reproduziert werden, die in den Mikrolinsen aus geschmolzenem Photolack vorhanden sind.
Die Dicke des Überzugs auf dieser Probe wurde unter Verwendung einer Tencor Alpha-step Oberflächenprofilierungsmaschine gemessen. Die erhaltene Spur ist in 6 dargestellt. Die Dicke wurde mit kleiner als 0,4 μm festgestellt. (Es wird darauf hingewiesen, dass die Höhe der Reliefstruktur auf die Ebene blanken Glases zurückkehrt (Polymer wurde zu Bezugszwecken angrenzend an den Reliefstrukturrand entfernt)).
Beispiel G
Das in Beispiel E beschriebene Verfahren wurde verwendet, um Mikrolinsen auf der ebenen Seite von plano-konvexen Glaslinsen mit 25 mm Durchmesser herzustellen. Um die Linsen dauerhaft während des Laminier-/Prägevorgangs lokalisieren zu können, wurden diese in einem Array auf einer Montageplatte aus Polypropylen montiert, wobei in dieser Aussparungen maschinell hergestellt wurden unter Verwendung eines Werkzeugs, das den gleichen Krümmungsradius aufweist wie die Linsen. Die Verwendung der transparenten Polymerplatte ermöglichte, dass das geprägte Muster genau auf den einzelnen Linsen zentriert wurde. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass das sich ergebende Teil kein weiteres Schneiden erfordert.
Beispiel H
Das in Beispiel E beschriebene Verfahren wurde verwendet, um ein Mikrolinsen-Array auf einem 300 μm dicken Glassubstrat zu bilden. Ein Substrat dieser Dicke wurde so gewählt, dass die Brennebene des Mikrolinsen-Arrays mit der Rückfläche des Glassubstrats zusammenfällt. Die Brennweite des Linsen-Arrays in Glas ist gleich zu der Brennweite in Luft (204 μm) multipliziert mit dem Brechungsindex des Substrats (in diesem Fall ungefähr 1,5). Geringfügige Äderungen in der Brennweite hätten durchgeführt werden können, indem der Brechungsindex des Polymerharzes durch Hinzufügen eines Indexmodifikators zu der Formulierulierung geändert worden wäre. Jedoch war dies in diesem Beispiel nicht erforderlich, da die Brennweite in Glas ungefähr 300 μm betrug.
Zwei Proben wurden hergestellt und die Linsen-Arrays wurden so platziert, dass ihre unbeschichteten Seiten in Kontakt waren. Bei Ausrichten der Linsen-Arrays derart, dass die Mikrolinsen übereinander gelegt waren, funktionierten die Linsen-Arrays als 1:1 Relaislinse und waren in der Lage, Objekte, die unter ihnen angeordnet waren, abzubilden.
Es ist schwierig, dünnes Glas handzuhaben, und dieses bricht leicht, demzufolge wäre es schwierig gewesen, dieses Beispiel unter Verwendung eines Vorgangs zu erreichen, welcher eine hohe Last erfordert.
Beispiel I
Ein Mikrolinsen-Array wurde auf die gleiche Art wie in Beispiel E beschrieben hergestellt. Das Mikrolinsen-Array wurde dann auf einem flachen Montagebett angeordnet und durch Vakuum gesichert, so dass die Mikrolinsen auf der oberen Fläche waren. Das Montagebett wurde mit Mitteln ausgestattet, um eine mit Gummi bedeckte Walzenspalt-Walze mit einem Durchmesser von 75 mm entlang der Länge des Montagebetts durchlaufen zu lassen, wodurch ein sich fortbewegender Walzenspalt-Bereich gebildet wird, auf welchen eine UV-Quelle fokussiert werden konnte.
Ein laminierendes Polyestersubstrat, "Melinex" Qualität 400, wurde oben auf den Mikrolinsen platziert und an einem Ende mit einem einseitigen Klebeband befestigt. Eine Menge eines Harzes mit einem unterschiedlichen Brechungsindex, in diesem Fall ein Fluordimethacrylat mit 25 Gew.-% hinzugefügtem Ethylenglycoldimethacrylat, welche ausreicht, um die Mikrolinsen einzuschließen, wurde zwischen den Mikrolinsen und dem laminierenden Polyestersubstrat in einem Wulst in Bewegungsrichtung des Montagebetts und an dem befestigten Ende des geprägten Films platziert.
Die durchlaufende Walze wurde dann 3 mm vor dem Wulst aus Harz angeordnet und mit einer nach unten gerichteten Last von 40 kg über eine Spurbreite von 80 mm angewendet. Die UV-Quelle wurde eingeschaltet und die Walzenspalt-Walze wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,6 m.Minute^–1 entlang dem Montagebett über das Laminat bewegt. Das Harz hat die Hohlräume, die zwischen den Mikrolinsen und dem laminierenden Substrat gebildet waren, ausgefüllt und wurde von der UV-Quelle ausgehärtet. Nach Aushärten wurde das laminierende Substrat abgezogen.
Der Zweck dieses Vorgangs war es, die Mikrolinsen in ein Material mit höherem Index einzutauchen, derart, dass die Brennweite der Mikrolinsen verglichen mit ihrer Brennweite in Luft gesteigert wurde.
Beispiel J
Ein geprägter Film, welcher ein 500 Mikrometer Pitch Mikrolinsen-Array trägt, wurde unter Verwendung des in Beispiel 1.1 beschriebenen Verfahrens hergestellt. Die Nickelprägeplatte wurde als männlich ausgewählt, so dass der geprägte Film weiblich war. Der geprägte Film wurde mit Tinte beschichtet, so dass Tinte auf die zwischenliegenden Bereiche, die sich zwischen den Form-Merkmalen erstrecken, übertragen wurde. Der geprägte Film wurde dann verwendet, um die Mikrolinsen wie zuvor herzustellen. Gleichzeitig mit dem Bilden der Mikrolinsen auf dem Glassubstrat wurde Tinte auf die nichtbelegte Glasfläche zwischen den Mikrolinsen übertragen.
Der Vorteil dieses Vorgangs ist es, dass Übersprecheffekte zwischen den Linsen reduziert werden, wenn die Linsen in einem optischen System verwendet werden.

Claims

Mikro-Reliefelement zur Verwendung in mikro-optischen, mikro-fluidischen, mikro-elektrischen oder mikro-mechanischen Anwendungen, welches aufweist: (a) ein erstes Substrat, welches später entfernt werden kann, wobei eine erste Schicht auf dem ersten Substrat eine aufnahmefähige Oberfläche aufweist, die in der Lage ist, ein Relief bildendes Polymer festzuhalten, (b) einen Überzug mit einer gewünschten Dicke eines ein Relief bildenden Polymers, welcher aus lichtaushärtendem Harz besteht; und (c) ein sich wiederholendes Muster von Relief-Merkmalen, die durch das Relief bildende Polymer gebildet werden, und welches über den Überzug hervorsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug eine maximale Dicke von 1,5 μm aufweist und in der Dicke um weniger als ± 0,75 μm abweicht.
Mikro-Reliefelement gemäß Anspruch 1, welches ein mikro-optisches Element ist, wobei (a) das erste Substrat optisch durchlässig ist und einen ersten Brechungsindex aufweist; (b) das Relief bildende Polymer optisch durchlässig ist und einen zweiten Brechungsindex aufweist, und der Überzug eine optisch unbedeutende Wirkung besitzt; und (c) das sich wiederholende Muster von Relief-Merkmalen optisch aktiv ist; und optional zusätzlich eine optisch durchlässige zweite Schicht vorgesehen ist mit einem dritten Brechungsindex, welche über die Relief-Merkmale übergelagert ist, und wobei die ersten, zweiten und dritten Brechungsindizes nicht alle gleich sind in einer Weise, dass sich wiederholende Muster von optisch aktiven Relief-Merkmalen in der zweiten Schicht des zweiten Substrats eingebettet sind.
Mikro-Reliefelement gemäß Anspruch 2, welches ein optisches Verbundelement ist, das aufweist: eine erste Schicht eines optisch durchlässigen ersten Substrats, welches einen ersten Brechungsindex, ein sich wiederholendes Muster vertiefter Merkmale sowie eine aufnahmefähige Oberfläche aufweist; eine Überzugsschicht eines ein Relief bildenden Polymers mit einem zweiten Brechungsindex, wobei die Überzugsschicht auf der aufnahmefähigen Fläche der ersten Schicht gehalten wird; und eine zweite Schicht mit einem sich wiederholenden Muster vertiefter Merkmale, das aus einem optisch durchlässigen Polymer und wenigstens einem optisch aktiven Relief-Merkmal gebildet ist, um die erste Schicht in Bezug auf die optisch aktiven Relief-Merkmale auszurichten, wobei die zweite Schicht so angeordnet ist, dass wenigstens einige der vertieften Merkmale der zweiten Schicht mit wenigstens einigen der vertieften Merkmale der ersten Schicht zusammenpassen, und wobei die erste Schicht eine Linse sein kann.
Mikro-Reliefelement gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die aufnahmefähige Fläche der ersten Schicht eine Beschichtung eines Mittels oder Materials aufweist, das so ausgewählt oder angepasst ist, dass es Haftungs-, (innere) Entspannungs-, Antireflektions-, Wärmedissipations-, Wärmeausdehnungs-, und/oder thermo-optische, elektrisch leitende, optisch modifizierende, Reflektions-Eigenschaften verleiht.
Mikro-Reliefelement gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Relief-Merkmale ein Streckungsverhältnis von bis zu 20 aufweisen.
Menge von Mikro-Reliefelementen, welche eine Vielzahl von Elementen wie in irgend einem der Ansprüche 1 bis 5 beschrieben aufweist, die im wesentlichen identisch sind und in einer verbundenen oder nicht verbundenen Anordnung sind.
Verfahren zum Herstellen eines Mikro-Reliefelements, welches aufweist Bereitstellen eines ersten Substrats, einer ersten Schicht auf dem ersten Substrat mit einer aufnahmefähigen Fläche, welche in der Lage ist, ein Relief bildendes Polymer zu halten, und dann: (a) Aufbringen einer ausreichenden Menge von lichtaushärtendem Harz, um ein sich wiederholendes Muster vertiefter Merkmale in einer Form im wesentlichen zu füllen; (b) schrittweises Inkontaktbringen der aufnahmefähigen Fläche mit dem Harz, wobei Druck entlang einer Kontaktlinie angewendet wird, derart, dass (1) sich die Kontaktlinie entlang der aufnahmefähigen Fläche bewegt; (2) ausreichend Harz von den vertieften Merkmalen aufgenommen wird, um die vertieften Merkmale im wesentlichen zu füllen; und (3) nicht mehr als eine Menge an Harz, welche in der Lage ist, einen Überzug von gewünschter Dicke zu bilden, der eine maximale Dicke von weniger als 1,5 μm aufweist und in der Dicke um weniger als ± 0,75 μm abweicht, die Kontaktlinie passiert; (c) Lichtaushärten des Harzes, welches die vertieften Merkmale füllt, bevor der Druck, der auf die Kontaktlinie angewendet wird, gelöst wird, und bevor das Harz aus den vertieften Merkmalen entspannt, um ein sich wiederholendes Muster von Relief-Merkmalen eines Relief bildenden Polymers zu bilden; und danach optional (d) Entfernen des ersten Substrats.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei entlang der Kontaktlinie mit einer Druckbeanspruchung Druck aufgebracht wird mittels einer Walze, welche entlang der Fläche rotiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Kontaktlinie in einer biegsamen nachdrückenden Schicht gebildet wird und dazu gebracht wird, sich über die aufnahmefähige Fläche zu bewegen, indem fortschreitend die aufnahmefähige Fläche mit der biegsamen nachdrückenden Schicht in Kontakt gebracht wird, wobei Druck entlang der Kontaktlinie aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die biegsame nachdrückende Schicht einen Polymerfilm mit wenigstens einem Form-Merkmal aufweist, transparent gegenüber aushärtendem Licht ist, hochqualitative Oberflächenlösungseigenschaften aufweist und in der Lage ist, während des Formgebungsprozesses in ihren Abmessungen stabil zu bleiben.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei eine biegsame nachdrückende Schicht, welche einen geprägten Film aufweist, gebildet wird durch (a) Bilden eines Originalmusters, welches eine profilierte metallisierte Fläche aufweist, welche dem benötigten Relief-Merkmal entspricht, (b) Elektroformung einer Schicht aus einem ersten Metall auf der metallisierten Fläche, um ein Original aus Metall zu bilden, (c) Lösen des Metalloriginals von dem Originalmuster, (d) Wiederholen des Elektroformungsprozesses, um eine prägende Originalplatte aus Metall zu bilden und (e) Verwendung der Platte in einem Verfahren gemäß irgend einem der Ansprüche 7 bis 9.