WO1998039673A1 - Entspiegelungsschicht sowie verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

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WO1998039673A1
WO1998039673A1 PCT/DE1998/000117 DE9800117W WO9839673A1 WO 1998039673 A1 WO1998039673 A1 WO 1998039673A1 DE 9800117 W DE9800117 W DE 9800117W WO 9839673 A1 WO9839673 A1 WO 9839673A1
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reflective coating
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photoresist layer
exposed
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Andreas Gombert
Hansjörg LERCHENMÜLLER
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/118—Anti-reflection coatings having sub-optical wavelength surface structures designed to provide an enhanced transmittance, e.g. moth-eye structures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/31—Surface property or characteristic of web, sheet or block
    • Y10T428/315—Surface modified glass [e.g., tempered, strengthened, etc.]

Definitions

  • the invention relates to an anti-reflective coating with a carrier layer consisting of an optically transparent material, which has at least on one surface side antireflective properties with regard to the radiation wavelengths incident on the surface. Furthermore, methods according to the invention for producing the antireflection coating are specified.
  • reflective surfaces can be anti-reflective by providing the surface with a suitable roughness. Although the same proportion of the incident light is reflected back into the room by the roughening of the interface surface, light rays incident on the surface become parallel in different directions due to the surface roughness reflected back. In this way, clear mirror images are avoided, that is to say light sources that would normally be reflected at the interface with sharp edges only lead to a fairly homogeneous brightening of the roughened interface. In this way, strong differences in luminance are avoided and the reflections are perceived as being less disturbing.
  • This type of anti-reflective coating is successfully used, for example, on displays with the name Antiglare layer.
  • a major advantage of this anti-reflective technology is the ability to mold the structures using inexpensive embossing processes.
  • a disadvantage of this type of anti-reflective coating is that the hemispherical reflection, i.e. the sum of specular and diffuse reflection in the entire rear area, in the best case is not increased, whereby the background brightness of such prepared glass surfaces of screens is relatively high. Last but not least, this leads to a considerable reduction in the contrast of an image or display present behind such an anti-glare layer.
  • interference layers Another option for anti-reflective optical surfaces is to apply suitable interference layers.
  • the surface to be anti-reflective is coated with one or more thin layers with a suitable refractive index and a suitable thickness.
  • the interference layer structure is designed in such a way that destructive interference phenomena occur in the reflected radiation field in suitable wavelength ranges, which, for example, greatly reduces the brightness of reflections from light sources.
  • their image remains sharp in the reflected beam path. Even with a residual visual reflection of ⁇ 0.4%, the sheep mirror images are sometimes more disturbing than the relatively high brightness of Antiglare surfaces. The contrast ratio is good.
  • interference layers are too expensive to manufacture for most screens and other applications.
  • a third alternative to the anti-reflective treatment of optical surfaces consists in the introduction of so-called sub-wavelength gratings, which leads to a refractive index gradient on the interface of an optically transparent medium, as a result of which an optical effect is produced, as it were, by interference layers.
  • Such a refractive index gradient is realized by surface structures if the structures are smaller than the wavelengths of the incident light.
  • the manufacture of periodic structures by means of holographic exposure in a photoresist layer which is applied to the surface of a transparent medium is expediently suitable for this purpose.
  • Such sub-wavelength surface gratings with periods of 200 to 300 nm are suitable for broadband reflection reduction.
  • Such surfaces which are also known under the term “moth-eye-antireflection-surfaces", are described in an article by MC Hutley, SJ Willson, "The Optical Properties of Moth-Eye-Antireflection-Surfaces", OPTICA ACTA, 1982, Vol. 29, No. 7, page 993-1009, described in detail.
  • the invention is based on the object of developing an antireflection coating with a carrier layer consisting of an optically transparent material and having at least on one surface side antireflective properties with regard to the radiation wavelengths incident on the surface such that, in particular when used on screen surfaces, the contrast ratio does not substantially decrease the reflection behavior at the optical interface is impaired. Discrete reflection images, such as occur with interference layers and reflections on sub-wavelength gratings, should be avoided.
  • the anti-reflective coating according to the invention is said to have, in particular, hemispherical reflection properties which are far below those of normal antiglare layers in terms of reflectance.
  • a method for producing the anti-reflective coating according to the invention is to be specified, with which large-scale anti-reflective coatings can also be produced, despite the low manufacturing costs.
  • Claim 7 is directed to a manufacturing method according to the invention.
  • the dependent claims contain the features of the invention, which advantageously form them.
  • an antireflection coating with a carrier layer consisting of an optically transparent material and having at least on one surface side antireflective properties with regard to the radiation wavelengths incident on the surface is designed such that the antireflective surface side has a surface roughness with stochastically distributed structures - the so-called macro structures. and that the macrostructures are additionally modulated with surface structures of a periodic sequence - the so-called microstructures - which have period lengths that are shorter than the wavelengths of the radiation incident on the antireflective surface.
  • the invention is based on the idea of combining the advantages of the reflection properties of the known antiglare layers described above with those of sub-wavelength gratings.
  • the superimposition of macro and micro structures on one and the same optical surface prevents discrete reflection images due to the macro structures on the one hand, and drastically reduces the proportion due to hemispherical reflection on the surface by the micro structures.
  • the anti-reflective coating according to the invention brings about a considerable increase in the contrast ratios, extensive destruction of mirror image reflections and a decisive reduction in hemispherical and specular reflection.
  • the inventive superimposition of macro and micro structures also allows large-scale production of the mirror layer according to the invention, in contrast to the "moth eye structures" known per se, especially since the stains caused by larger areas which are only provided with moth eye structures Macro structure and the associated diffuse surface texture literally concealed, ie is optically pushed into the background.
  • the anti-reflective coating is given a surface roughness by means of which radiation impinging on the surface is completely diffusely reflected.
  • the diffusely reflected radiation components due to the additional microstructuring provided on the surface, have a typical period length of less than 250 nm and a typical structure depth of has greater than 100 nm, as it were the reflection on interference layers in destructive interference.
  • the hemispherical reflection properties of the anti-reflective coating according to the invention are considerably improved, which results in improved contrast ratios, in particular when using screen surfaces or instrument displays.
  • the use of the anti-reflective coating according to the invention is also particularly suitable for solar applications, such as, for example, the glazing of solar cells or similar, photovoltaic systems.
  • the coating can be applied in a variety of ways to a wide variety of optical systems.
  • the anti-reflective coating is particularly suitable for liquid crystal displays and screens in which the coating can be combined with the polarizer in a single film. Reflection measurements have shown that with the aid of the anti-reflective coating according to the invention it is possible to visually reduce both the direct and the hemispherical reflection to clearly below 1%.
  • the anti-reflective layer according to the invention can also be applied directly to glass substrates which are used, for example, as the display surface of a monitor or other instrument display.
  • a method for producing an anti-reflective layer with a carrier layer consisting of an optically transparent material and having at least on one surface side antireflective properties with regard to the radiation wavelengths incident on the surface is designed in such a way that the method is composed of the combination of the following method steps:
  • a first step at least one surface of a flat substrate is provided with a stochastically distributed surface structure, the so-called macrostructures.
  • Macro structures are applied either mechanically, chemically or with the aid of a photoresist layer which is exposed accordingly.
  • the substrate surface can also be coated with a coating which has or forms a surface roughness in the desired manner.
  • a photoresist layer is applied, which is exposed to an interference pattern by superimposing two coherent wave fields, so that surface structures with a periodic sequence, the so-called microstructures, are formed.
  • the photoresist layer exposed in this way is subsequently developed.
  • the substrate surface having macro and micro structures is molded onto an embossing matrix, by means of which the carrier layer consisting of an optically transparent material is structured as part of an embossing process.
  • the production of the macrostructure on a substrate surface can be carried out mechanically, preferably by means of sandblasting, glass bead blasting or by lapping, i.e. by means of grinding processes which lead to the desired surface roughening.
  • wet chemical etching processes offer alternative ways of providing the substrate surface with the desired roughness.
  • Layer deposits on the substrate surface, which have the desired surface roughness, can also lead to the macrostructures.
  • the application of a photoresist layer to the substrate surface provides a further, alternative production method for the macrostructure.
  • the thickness of the photoresist layer to be applied must be chosen to be greater than the structure depth that can be achieved which is obtained by superimposing the macrostructures and microstructures. On the one hand, it is possible to obtain a stochastic structure distribution on the photoresist layer by incoherent or coherent exposure of the photoresist layer using gray value masks.
  • speckle patterns can also be exposed in the photoresist layer.
  • Diffuser glass panes are suitable for this purpose, which are irradiated with coherent light.
  • the photoresist layer pre-exposed in this way can be developed at this stage, which results in a stochastically distributed height profile, the so-called macro structure, on the photoresist layer, which is sufficiently thick, as I said.
  • the above-exposed photoresist layer can also be exposed to a further exposure step without intermediate development, by means of which the microstructuring is exposed into the surface.
  • the pre-exposed and, if necessary, appropriately pretreated photoresist layer is exposed to the interference pattern resulting from the overlay, so that a periodic sequence of so-called microstructures is formed on the stochastically distributed surface structure.
  • a microstructure is modulated onto the macrostructure using the procedure described above.
  • a subsequent development process exposes the entire macro and micro structure on the photoresist layer, provided that the development step for spatial generation of the macro structure has not yet been carried out.
  • the surface structure obtained in this way is transferred to a metal master, typically made of nickel, in a subsequent, preferably galvanic molding process.
  • the metal master or copies of the metal master serve as a stamp for subsequent stamping processes.
  • the surface structures according to the invention are transferred, for example by thermoplastic shaping or by UV curing, to carrier layers, which are typically designed as foils.
  • organic or inorganic coatings or solid polymers are also suitable.
  • Fig. 1 shows the schematic representation of the invention
  • FIG. 2 shows a diagram for the hemispherical reflection of an interface substrate-air which is anti-reflective by the method according to the invention.
  • FIG. 1 A typical surface profile in cross-sectional representation of the anti-reflective coating according to the invention is shown in FIG. 1 in a mere schematic representation.
  • the macrostructure is subject to a stochastic, i.e. non-uniform distribution and corresponds to electromagnetic analogy to the transmission technology Waves in the form of a carrier wave which can be underlaid on the surface structure shown in FIG. 1.
  • the microstructuring is virtually modulated onto the carrier wave or the macrostructure.
  • FIG. 2 shows a diagram which corresponds to a measurement in which the reflection properties of an optically transparent medium with a refractive index of 1.6 have been measured. It can be clearly seen that the hemispherical reflection is clearly below 2% over the entire visible wavelength range and in the adjacent infrared range. Comparative measurements with bare antiglare antireflection coatings have shown that these are orders of magnitude higher than the measured values shown in FIG. 2.

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Abstract

Beschrieben wird eine Entspiegelungsschicht mit einer aus einem optisch transparenten Material bestehenden Trägerschicht, die wenigstens auf einer Oberflächenseite antireflektierende Eigenschaften hinsichtlich der auf die Oberfläche einfallenden Strahlungswellenlängen aufweist. Ferner werden Verfahren zur Herstellung der Schicht beschrieben. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die antireflektierende Oberflächenseite eine Oberflächenrauhigkeit mit stochastisch verteilten Strukturen - den sogenannten Makrostrukturen - aufweist und, daß die Makrostrukturen mit Oberflächenstrukturen periodischer Abfolge zusätzlich moduliert sind - den sogenannten Mikrostrukturen -, die Periodenlängen aufweisen, die kleiner als die Wellenlängen der auf die antireflektierende Oberfläche einfallende Strahlung sind.

Description

Entspiegelungsschicht sowie Verfahren zur Herstellung derselben
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Entspiegelungsschicht mit einer aus einem optisch transparenten Material bestehenden Trägerschicht, die wenigstens auf einer Oberflächenseite antireflektierende Eigenschaften hinsichtlich der auf die Oberfläche einfallenden Strahlungswellenlängen aufweist. Überdies werden erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Entspiegelungsschicht angegeben.
Stand der Technik
An den Grenzflächen transparenter Medien, wie beispielsweise Glas- oder Kunststoffscheiben, die vorzugsweise für Fenster-, Bildschirm- oder Instrumentanzeigeflächen verwendet werden, wird stets ein Teil des auf die Grenzflächen einfallenden Lichtes reflektiert, also in den Raum zurückgespiegelt. Durch die auf der Grenzfläche der transparenten Medien auftretenden Reflexerscheinungen werden die Durchsichteigenschaften sowie das Ablesevermögen bei Bildschirmen oder Anzeigen erheblich beeinträchtigt. Zur Verbesserung der Durchsichteigenschaften beziehungsweise des Ablesevermögens von Bildschirmen ganz allgemeiner Art sind Entspiegelungsmaßnahmen bekannt, die verschiedenartigen Einfluß auf die Reflexionseigenschaften an den Grenzflächen nehmen.
So können spiegelnde Oberfläche unter anderem dadurch entspiegelt werden, daß die Oberfläche mit einer geeigneten Rauhigkeit versehen wird. Zwar wird durch das Aufrauhen der Grenzflächenoberfläche derselbe Anteil des einfallenden Lichtes in den Raum zurückreflektiert, jedoch werden parallel auf die Oberfläche einfallende Lichtstrahlen durch die Oberflächenrauhigkeit in verschiedene Richtungen zurückreflektiert. Auf diese Weise werden klare Spiegelbilder vermieden, das heißt Lichtquellen, die normalerweise mit scharfen Kanten abgebildet an der Grenzfläche reflektiert würden, führen lediglich zu einer recht homogenen Aufhellung der auf gerauhten Grenzfläche. Auf diese Weise werden starke Leuchtdichteunterschiede vermieden und die Reflexe werden weit weniger störend empfunden.
Diese Art der Entspiegelung wird erfolgreich beispielsweise bei Displays mit der Bezeichnung Antiglare-Schicht eingesetzt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Entspiegelungstechnik liegt in der Abformbarkeit der Strukturen durch preisgünstige Prägeprozesse. Nachteilhaft bei dieser Art der Entspiegelung ist jedoch, daß die hemisphärische Reflexion, d.h. die Summe aus spiegelnder und diffuser Reflexion in den gesamten rückwärtigen Raumbereich, im günstigsten Fall nicht erhöht wird, wodurch die Untergrundhelligkeit derartig präparierter Glasoberflächen von Bildschirmen relativ hoch ist. Dies führt nicht zuletzt zu einer erheblichen Reduzierung des Kontrastes eines hinter einer solchen Antiglare-Schicht vorhandenen Bildes bzw. Anzeige.
Eine weitere Möglichkeit optische Flächen zu entspiegeln, besteht durch das Aufbringen geeigneter Interferenzschichten. Dabei wird die zu entspiegelnde Oberfläche mit einer oder mehreren dünnen Schichten mit geeignetem Brechungsindex und geeigneter Dicke beschichtet. Die Interferenzschichtstruktur ist dabei derart ausgebildet, daß in geeigneten Wellenlängenbereichen destruktive Interferenzerscheinungen im reflektierten Strahlungsfeld auftreten, wodurch beispielsweise Reflexe von Lichtquellen in ihrer Helligkeit stark reduziert werden. Jedoch verbleibt ihre Abbildung im reflektierten Strahlengang, im Unterschied zu der vorstehend genannten Antiglare-Schicht, scharf. Selbst bei einer visuellen Restreflexion < 0,4% wirken die schafen Spiegelbilder bisweilen störender als die relativ hohe Helligkeit von Antiglare-Oberflächen. Das Kontrastverhältnis ist gut. Für die meisten Bildschirme und weiteren Anwendungen sind jedoch Interferenzschichten in der Herstellung zu teuer. Eine dritte Alternative zur Entspiegelung optischer Flächen besteht im Einbringen sogenannter Subwellenlängengitter, die auf der Grenzfläche eines optisch transparenten Mediums zu einem Brechzahlgradienten führt, wodurch eine optische Wirkung gleichsam der von Interferenzschichten erzeugt wird. Ein solcher Brechungsindexgradient wird durch Oberflächenstrukturen realisiert, sofern die Strukturen kleiner als die Wellenlängen des einfallenden Lichtes sind. Hierfür eignen sich günstigerweise die Herstellung periodischer Strukturen mittels holographischer Belichtung in einer Photoresistschicht, die auf der Oberfläche eines transparenten Mediums aufgebracht ist.
Beispiele derartiger Subwellenlängengitter sind den Druckschriften DE 38 31 503 C2 und DE 2 422 298 A1 entnehmbar.
Derartige Subwellenlängen-Oberflächengitter mit Perioden von 200 bis 300 nm eignen sich für die breitbandige Reflexionsminderung. Derartige Oberflächen, die auch unter dem Begriff "moth-eye-antireflection-surfaces" bekannt sind, sind in einem Artikel von M. C. Hutley, S. J. Willson, "The Optical Properties of Moth-Eye- Antireflection-Surfaces", OPTICA ACTA, 1982, Vol. 29, Nr. 7, Seite 993-1009, ausführlich beschrieben. Zwar besteht der große Vorteil derartige "Mottenaugen- Schichten" in der mittels Prägeprozessen preisgünstig zu vervielfältigenden Herstellungsweise, gleichsam der von Antiglare-Strukturen, doch ist die großflächige Herstellung derartiger Strukturen sehr schwierig, aufgrund der nur sehr engen optischen Toleranzbereiche hinsichtlich der Varianz von Strukturtiefen und einem sehr hohen Aspektverhältnis, d.h. sehr hohem Verhältnis aus Strukturtiefe und Periode der Strukturen, durch die sich verfälschende Farbeffekte einstellen können. Überdies bilden sich an derartigen Oberflächenvergütungen die Bilder von Lichtquellen ebenso scharf im reflektierten Bild ab, wie es bei Interferenzschichten der Fall ist.
Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entspiegelungschicht mit einer aus einem optisch transparenten Material bestehenden Trägerschicht, die wenigstens auf einer Oberflächenseite antireflektierende Eigenschaften hinsichtlich der auf die Oberfläche einfallenden Strahlungswellenlängen aufweist, derart weiterzubilden, daß insbesondere beim Einsatz bei Bildschirmoberflächen das Kontrastverhältnis im wesentlichen nicht durch das Reflexionsverhalten an der optischen Grenzfläche beeinträchtigt wird. Diskrete Reflexionsbilder, wie sie bei Interferenzschichten und Reflexionen an Subwellenlängengittern auftreten, sollen vermieden werden. Die erfindungsgemäße Entspiegelungsschicht soll insbesondere hemisphärische Reflexionseigenschaften aufweisen, die im Reflexionsgrad weit unter denen von normalen Antiglare-Schichten liegen. Überdies soll ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Entspiegelungsschicht angegeben werden, mit dem auch großflächige Entspiegelungsschichten herstellbar sind, bei trotz geringen Herstellkosten.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Anspruch 7 richtet sich auf ein erfindungsgemäßes Herstellverfahren. Die abhängigen Ansprüche enthalten die jeweiligen Erfindungsgedanken vorteilhaft ausbildende Merkmale.
Erfindungsgemäß ist eine Entspiegelungsschicht mit einer aus einem optisch transparenten Material bestehenden Trägerschicht, die wenigstens auf einer Oberflächenseite antireflektierende Eigenschaften hinsichtlich der auf die Oberfläche einfallenden Strahlungswellenlängen aufweist, derart ausgebildet, daß die antireflektierende Oberflächenseite eine Oberflächenrauhigkeit mit stochastisch verteilten Strukturen - den sogenannten Makrostrukturen - aufweist, und, daß die Makrostrukturen mit Oberflächenstrukturen periodischer Abfolge zusätzlich moduliert sind - den sogenannten MikroStrukturen -, die Periodenlängen aufweisen, die kleiner als die Wellenlängen der auf die antireflektierende Oberfläche einfallende Strahlung sind. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Vorteile der Reflexionseigenschaften der vorstehend beschriebenen, bekannten Antiglare-Schichten mit denen von Subwellenlängengittern zu vereinen. Durch die Überlagerung von Makro- und MikroStrukturen auf ein und derselben optischen Oberfläche werden zum einen diskrete Reflexionsbilder aufgrund der Makrostrukturen verhindert, und zum anderen der Anteil durch hemisphärische Reflexion an der Oberfläche durch die MikroStrukturen drastisch verringert. Insbesondere im Einsatz auf Monitordisplayoberflächen bewirkt die erfindungsgemäße Entspiegelungsschicht eine erhebliche Erhöhung der Kontrastverhältnisse, eine weitgehende Zerstörung von Spiegelbildreflexen und eine entscheidende Reduzierung von hemisphärischer und spiegelnder Reflexion.
Durch die erfindungsgemäße Überlagerung von Makro- und MikroStrukturen ist auch eine großflächige Herstellung der erfindungsgemäßen Spiegelschicht im Unterschied zu den an sich bekannten "Mottenaugen-Strukturen" möglich, zumal die bei größeren Flächen, die nur mit Mottenaugen-Strukturen versehen sind, auftretende Fleckigkeit durch die Makrostruktur und die damit einhergehende diffuse Oberflächenbeschaffenheit regelrecht wegkaschiert, d.h. optisch in den Hintergrund gedrängt wird.
Um den gewünschten Effekt der diffusen Reflexion durch die Makrostrukturen zu erreichen, sind statistisch auf die Oberfläche der Entspiegelungsschicht aufzubringende Strukturen mit einer durchschnittlichen Strukturgröße, typischerweise in der Größenordnung des 10-100fachen der Wellenlänge der auf die Oberfläche einfallenden Strahlung. Durch die rein statistische Verteilung der Makrostrukturen erhält die Entspiegelungsschicht eine Oberflächenrauheit, durch die an der Oberfläche auftreffende Strahlung vollständig diffus reflektiert wird. Um die Nachteile der vorstehend beschriebenen, nicht verringerten hemisphärischen Reflexion zu vermeiden, gelangen die diffus reflektierten Strahlungsanteile, bedingt durch die zusätzlich an der Oberfläche vorgesehenen Mikrostrukturierung, die eine typische Periodenlänge von kleiner als 250 nm und eine typische Strukturtiefe von größer als 100 nm aufweist, gleichsam der Reflexion an Interferenzschichten in destruktive Interferenz. Aufgrund der destruktiven Interferenzerscheinungen werden die hemisphärischen Reflexionseigenschaften der erfindungsgemäßen Entspiegelungsschicht erheblich verbessert, wodurch sich insbesondere im Einsatz von Bildschirmoberflächen bzw. Instrumentendisplays verbesserteontrastverhältnisse ergeben. Auch eignet sich der Einsatz der erfindungsgemäßen Entspiegelungsschicht insbesondere für solare Anwendungen, wie beispielsweise die Verglasung von Solarzellen oder ähnlichen, photovoltaisch arbeitenden Systeme.
Durch die bevorzugte Ausführungsform der Entspiegelungsschicht auf einer Trägerfolie, die beispielsweise einseitig klebend ausgebildet sein kann, kann die Schicht auf die unterschiedlichsten optischen Systeme vielseitig angebracht werden. Insbesondere eignet sich die Entspiegelungsschicht für Flüssigkristallanzeigen und - bildschirme, bei denen die Schicht zusammen mit dem Polarisator in einer einzigen Folie kombiniert werden kann. Reflexionsmessungen haben ergeben, daß es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Entspiegelungsschicht möglich ist, sowohl die direkte als auch die hemisphärische Reflexion visuell auf deutlich unter 1 % zu verringern.
Neben der Verwendung von Folien als transparente Trägerschicht, kann die erfindungsgemäße Entspiegelungsschicht auch direkt auf Glassubstrate aufgebracht werden, die beispielsweise als Displayoberfläche eines Monitors oder einer sonstigen Instrumentenanzeige dienen.
Ferner ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Entspiegelungsschicht mit einer, aus einem optisch transparenten Material bestehenden Trägerschicht, die wenigstens auf einer Oberflächenseite antireflektierende Eigenschaften hinsichtlich der auf die Oberfläche einfallenden Strahlungswellenlängen aufweist, derart ausgebildet, daß sich das Verfahren aus der Kombination folgender Verfahrensschritte zusammensetzt: In einem ersten Schritt wird wenigstens eine Oberfläche eines flächigen Substrats mit einer stochastisch verteilten Oberflächenstruktur, den sogenannten Makrostrukturen versehen.
Das Aufbringen von Makrostrukturen erfolgt entweder auf mechanischem, chemischem Weg oder mit Hilfe einer Photoresistschicht, die entsprechend belichtet wird, Alternativ kann auch die Substratoberfläche mit einer Beschichtung überzogen werden, die eine Oberflächenrauhigkeit in der gewünschten Weise aufweist oder bildet.
Ferner wird auf die vorstehend vorbehandelte Substratoberfläche, falls auf ihr noch keine Photoresistschicht aufgebracht worden ist, eine Photoresistschicht aufgetragen, die mit einem Interferenzmuster durch Überlagerung zweier kohärenter Wellenfelder belichtet wird, so daß Oberflächenstrukturen mit periodischer Abfolge, den sogenannten MikroStrukturen entstehen. Die derart belichtete Photoresistschicht wird nachfolgend entwickelt. Im weiteren wird die Makro- und MikroStrukturen aufweisende Substratoberfläche auf eine Prägematrix abgeformt, mittels der die aus einem optisch transparenten Material bestehende Trägerschicht im Rahmen eines Prägeprozesses strukturiert wird.
Die Herstellung der Makrostruktur auf einer Substratoberfläche kann auf mechanischem Wege vorzugsweise mittels Sandstrahlen, Glasperlstrahlen oder durch Läppen, d.h. mittels Schleifverfahren, die zur gewünschten Oberflächenaufrauhung führen, erfolgen.
Neben der mechanischen Aufrauhung bieten beispielsweise naßchemische Ätzverfahren alternative Wege, die Substratoberfläche mit der gewünschten Rauhigkeit zu versehen. Auch können Schichtablagerungen auf die Substratoberfläche, die die gewünschten Oberflächenrauhigkeiten aufweisen, zu den Makrostrukturen führen. Neben der direkten Behandlung der Substratoberfläche sieht das Aufbringen einer Photoresistschicht auf die Substratoberfläche eine weitere, alternative Herstellungsweise für die Makrostruktur vor. Die Dicke der aufzutragenden Photoresistschicht muß dabei größer gewählt werden als die erzielbare Strukturtiefe, die man in Überlagerunge der Makrostrukturen und MikroStrukturen erhält. So ist es zum einen möglich, durch inkohärente oder kohärente Belichtung der Photoresistschicht unter Verwendung von Grauwertmasken eine stochastische Strukturverteilung auf der Photoresistschicht zu erhalten. Alternativ oder in Ergänzung zu der vorstehenden Belichtungsvariante können auch Specklemuster in die Photoresistschicht einbelichtet werden. Hierzu eignen sich Diffusor- Glasscheiben, die mit kohärentem Licht bestrahlt werden. Die auf diese Weise vorbelichtete Photoresistschicht kann in diesem Stadium entwickelt werden, wodurch sich auf der Photoresistschicht, die wie gesagt genügend dick ausgebildet ist, ein stochastisch verteiltes Höhenprofil, die sogenannte Makrostruktur, ergibt.
Ebenso kann auch die vorstehend belichtete Photoresistschicht ohne Zwischenentwicklung einem weiteren Belichtungsschritt ausgesetzt werden, durch den die Mikrostrukturierung in die Oberfläche einbelichtet wird. Unter Zuhilfenahme zweier in Überlagerung gebrachter, kohärenter Wellenfelder wird die vorbelichtete, und gegebenenfalls entsprechend vorbehandelte Photoresistschicht mit dem sich aus der Überlagerung ergebenden Interferenzmuster belichtet, so daß sich auf der stochastisch verteilten Oberflächenstruktur eine periodische Abfolge sogenannter MikroStrukturen bilden.
Gleichsam dem aus der Übertragungstechnik elektromagnetischer Wellen bekannten Prinzip der modulierten Trägerfrequenz, wird mit der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise auf die Makrostruktur eine MikroStruktur aufmoduliert. Ein nachgeschalteter Entwicklungsprozeß legt, sofern der Entwicklungsschritt zur räumlichen Erzeugung der Makrostruktur noch nicht durchgeführt worden ist, die gesamte Makro- und Mikrostruktur auf der Photoresistschicht räumlich frei. Die auf diese Weise erhaltene Oberflächenstruktur wird in einem nachfolgenden, vorzugsweise galvanischem Abformvorgang auf einen typischerweise aus Nickel bestehenden Metallmasters übertragen. Der Metallmaster oder Kopien des Metallmasters dienen als Prägestempel für anschließende Prägeprozesse. Bei diesen anschließenden Prägeprozessen werden die erfindungsgemäßen Oberflächenstrukturen beispielsweise durch thermoplastische Formgebung oder durch UV-Aushärtung auf Trägerschichten übertragen, die typischerweise als Folien ausgebildet sind. Neben Folien bieten sich auch organische oder anorganische Beschichtungen oder auch feste Polymere an.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 die schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen
Oberflächenstruktur sowie
Fig. 2 Diagrammdarstellung zur hemisphärischen Reflexion einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entspiegelten Grenzflächesubstrat-Luft.
Kurze Beschreibung eine Ausführunqsbeispiels
Aus Fig. 1 ist in bloßer schematischer Darstellung ein typisches Oberflächenprofil in Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen Entspiegelungsschicht dargestellt. Die Makrostruktur unterliegt einer stochastischen, das heißt ungleichförmigen Verteilung und entspricht in Analogie zur Übertragungstechnik elektromagnetischer Wellen der Form einer Trägerwelle, die der in Fig. 1 dargestellten Oberflächenstruktur unterlegt werden kann. Auf die Trägerwelle, respektive auf die Makrostruktur ist die Mikrostrukturierung quasi aufmoduliert.
In Fig. 2 ist eine Diagrammdarstellung zu entnehmen, die einer Messung entspricht, bei der die Reflexionseigenschaften eines optisch transparenten Mediums mit einem Brechungsindex von 1 ,6 vermessen worden sind. Deutlich ist zu erkennen, daß die hemisphärische Reflexion über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich sowie in den angrenzenden Infrarotbereich deutlich unter 2% liegt. Vergleichsmessungen mit blosen Antiglare-Entspiegelungsschichten haben gezeigt, daß diese um Größenordnungen über den gemessenen, in der Fig. 2 dargestellten Werten liegen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Entspiegelungsschicht mit einer aus einem optisch transparenten Material bestehenden Trägerschicht, die wenigstens auf einer Oberflächenseite antireflektierende Eigenschaften hinsichtlich der auf die Oberfläche einfallenden Strahlungswellenlängen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die antireflektierende Oberflächenseite eine Oberflächenrauhigkeit mit stochastisch verteilten Strukturen - den sogenannten Makrostrukturen - aufweist und, daß die Makrostrukturen mit Oberflächenstrukturen periodischer Abfolge - den sogenannten MikroStrukturen - zusätzlich moduliert sind, die Periodenlängen aufweisen, die kleiner als die Wellenlängen der auf die antireflektierende Oberfläche einfallende Strahlung sind.
2. Entspiegelungsschicht nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Makrostrukturen eine durchschnittliche Strukturgröße in der Größenordnung des 10 bis 100-fachen der Wellenlänge der Strahlung beträgt.
3. Entspiegelungsschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht als Folie ausgebildet ist.
4. Entspiegelungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie einseitig klebend ausgebildet ist.
5. Entspiegelungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodenlänge der MikroStrukturen kleiner als 250 nm ist.
6. Entspiegelungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturtiefe der MikroStrukturen größer als 100 nm beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung einer Entspiegelungsschicht mit einer, aus einem optisch transparenten Material bestehenden Trägerschicht, die wenigstens auf einer Oberflächenseite antireflektierende Eigenschaften hinsichtlich der auf die Oberfläche einfallenden Strahlungswellenlängen aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte:
- eine Oberfläche eines flächigen Substrats wird auf mechanischem oder chemischem Weg derart aufgerauht, oder
- mit einer Photoresistschicht überzogen, die derart belichtet wird, oder
- mit einer Beschichtung versehen, die eine Oberflächenrauhigkeit bildet oder aufweist, daß stochastisch verteilte Strukturen - sogenannte Makrostrukturen - entstehen,
- auf die Oberfläche des flächigen Substrates wird, falls noch nicht vorhanden, eine Photoresistschicht aufgebracht, die mit einem Interferenzmuster durch Überlagerung zweier kohärenter Wellenfelder belichtet wird, so daß Oberflächenstrukturen mit periodischer Abfolge - sogenannte MikroStrukturen - entstehen,
- die belichtete Photoresistschicht wird entwickelt, und
- die Makro- und MikroStrukturen aufweisende Substratoberfläche wird auf eine Prägematrix abgeformt, mittels der die aus einem optisch transparenten Material bestehende Trägerschicht im Rahmen eines Prägeprozesses strukturiert wird:
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Weg derOberflächenaufrauhung mittels Sandstrahlen oder Glasperlstrahlen erfolgt.
9. Verfahren nach nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenaufrauhung durch Läppen bzw.
Schleifen der Oberfläche erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der chemische Weg der Oberflächenaufrauhung mittels naßchemischen Ätzens erfogt.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sol-Gel- Schicht auf die Oberfläche aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrenschritte nach den Ansprüchen 7 bis 10 in beliebiger Weise kombiniert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Makrostruktur die mit einer Photoresistschicht überzogene Oberfläche des flächigen Substrats mittels einer Grauwertverteilung aufweisenden Maske belichtet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Makrostruktur die mit einer Photoresistschicht überzogene Oberfläche des flächigen Substrats mit einem Specklemuster, das eine stochastische Intensitätsverteilung enthält, belichtet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Specklemuster mittels Durchstrahlung einer Diffusor-Glasscheibe mit kohärentem Licht erzeugt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Abformen der die Makro- und MikroStrukturen aufweisenden Substratoberfläche auf die Prägematrix mittels Galvanoformung erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Prägeprozeß mittels thermoplastischen Prägens oder Prägens mit Strahlungshärtung, insbesondere UV-Aushärtung erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Prägeprozeß der die Makro- und MikroStrukturen aufweisenden Substratoberfläche auf die Prägematrix mittels Sprizgußverfahren erfolgt.
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