DD297519A5 - HOLOGRAPHIC LITHOGRAPHIC PROCESS FOR THE OPTICALLY TRANSPARENT DECORATION OF SURFACES AND FOR THE ACHIEVEMENT OF OPTICAL ACTIVITIES - Google Patents

HOLOGRAPHIC LITHOGRAPHIC PROCESS FOR THE OPTICALLY TRANSPARENT DECORATION OF SURFACES AND FOR THE ACHIEVEMENT OF OPTICAL ACTIVITIES Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optisch transparente, in Reflexion farblich brillante Dekorierung von durchsichtigen Traegern wie Brillenlinsen, Fenster- oder Autoscheiben. Gemaesz der Erfindung wird in eine periodisch strukturierte lichtempfindliche Fotoresistschicht zusaetzlich lithografisch ein Dekor hineinbelichtet und durch einen oder mehrere Verfahrensschritte bleibt nur die periodische Gitterstruktur auf der Flaeche des Dekors erhalten. Mit anschlieszendem AEtzverfahren wird die periodische Struktur in die Oberflaeche des Traegers wischfest uebertragen.{optisch transparentes Dekor; Motiv aus periodischen Gitterstrukturen; holografisch-lithografische Strukturierung; Dekorierung von Brillenlinsen; optisch transparentes Dekor auf Autoscheiben}The invention relates to an optically transparent, brilliant color in reflection decoration of transparent carriers such as eyeglass lenses, window or car windows. In accordance with the invention, a decor is additionally lithographically imaged in a periodically structured photosensitive photoresist layer, and by one or more method steps only the periodic lattice structure remains on the surface of the decoration. By subsequent AEtzverfahren the periodic structure in the surface of the carrier is wiped proof. {Optically transparent decoration; Motif of periodic lattice structures; holographic-lithographic structuring; Decoration of spectacle lenses; optically transparent decor on car windows}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung ist anwendbar zur optisch transparenten dekorativen Gestaltung von ebenen und gekrümmtun Flächen und zur Erzielung optischer Wirkeffekte auf diesen (vorzugsweise optischen Flächen wie Brillenlinsen und Fenster). Die Erfindung kann auch auf Autoschoiben, Schmuck-, Mode- und Werbeartikel angewendet werden.The invention is applicable to the optically transparent decorative design of planar and curved surfaces and to achieve optical effects on them (preferably optical surfaces such as spectacle lenses and windows). The invention can also be applied to car covers, jewelery, fashion and promotional items.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, daß periodische Strukturen in der Dimension der Lichtwellenlänge Beugung verursachen (M. C. Kutley, Diffraction Gratings, Academic Press 1982).It is known that periodic structures cause diffraction in the dimension of the wavelength of the light (M.C. Kutley, Diffraction Gratings, Academic Press 1982).

Fällt auf eine periodische Struktur, deren Gitterkonstante etwa die gleiche Ausdehnung wie eine Lichtwellenlänge hat, weißes Licht, so wird das Licht in seine spektralen Farben zerlegt. Die spektrale Zerlegung ist um so größer, je kleiner der Abstand der periodischen Strukturen ist.If a periodic structure whose lattice constant is about the same extent as a wavelength of light has white light, the light is split into its spectral colors. The spectral decomposition is greater, the smaller the distance of the periodic structures.

Die spektrale Zerlegung geschieht an dor Struktur in Transmission und in Reflexion. Besonders in Reflexion zeigen periodische Strukturen briüante Farbwirkungen und andere optische Effekte.The spectral decomposition happens at the structure in transmission and in reflection. Especially in reflection periodic structures show briüante color effects and other optical effects.

Erforderlich sind Gitterkonstanten von 1-2Mm und Tiefen der Strukturen von 0,1 bis 2Mm. Diese relativ kleinon periodischen Strukturen i'ind mit dem Aug.-; nicht direkt erkennbar. Deshalb wird die optische Qualität eines transparenten Trägers durch diese Strukturen nicht verända«». Bi*. her bekannte Methoden zur Dekorierung von transparenten Trägern sind opaque oder durchscheinende bildhafte Darstellungen, eingelassene oder aufgesetrto Schmuckelemente wie geschliffene Steine u.a.Lattice constants of 1-2 μm and depths of the structures of 0.1 to 2 μm are required. These relatively small periodic structures are connected with the eye. not directly recognizable. Therefore, the optical quality of a transparent support is not changed by these structures. Bi*. Her known methods for decorating transparent supports are opaque or translucent pictorial representations, embedded or aufgesetrto decorative elements such as cut stones u.a.

Diese Dekors werden auch für Brillenlinsen verwendet, stören jedoch den Brillenträger durch Einschränkung seines Gesichtsfeldes.These decors are also used for eyeglass lenses, but interfere with the wearer by limiting his field of vision.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung Ist es, ein Verfahren zur Erzeugung von Flächenmuste:n zu finden, welches gestattet, optisch transparente Dekors auf ebenen und gekrümmten Flächen aufzubringen.It is the object of the invention to find a method of producing surface patterns which allows to apply optically transparent decorations on flat and curved surfaces.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Strukturen, die das Licht beugen, sind vergleichsweise klein. Sie haben eine Tiefe von 0,1-2 pm bei einem Abstand in der Größenordnung von 1 μπι; sie sind deshalb für das Auge nicht direkt wahrnehmbar. Aus diesem Grunde wird eine mit einer solchen periodischen Struktur versehene transparente Fläche in ihrer optischen Abbildungsqualität nicht gestört. Zur Reflexion dagegen erscheinen z. B. bei Beleuchtung mit weißem Licht je nach Winkelstellung des Betrachters zur Fläche, die reinen Spektra !farben, oder es treten andere optische Effekte auf.Structures that bend the light are comparatively small. They have a depth of 0.1-2 pm at a distance of the order of 1 μπι; they are therefore not directly perceptible to the eye. For this reason, provided with such a periodic structure transparent surface is not disturbed in their optical imaging quality. For reflection, however, z. For example, when illuminated with white light depending on the angular position of the viewer to the surface, the pure Spektra! Colors, or other optical effects occur.

Deshalb stellen z. B. Motive aus Flächen mit periodischen Gitterstrukturen, vorzugsweise für Brillenlinsen, eine vorteilhafte Dekorierung dar.Therefore, z. B. motifs of surfaces with periodic lattice structures, preferably for spectacle lenses, an advantageous decoration.

Das erflndungsgemfiße Verfahren enthalt folgende Schritte:The inventive method comprises the following steps:

- Aufbringen einer Schicht aus lichtempfindlichem Material auf die Oberfläche des Trägers in herkömmlicher Weise, z. B. Fotoresist.- Applying a layer of photosensitive material on the surface of the support in a conventional manner, for. B. photoresist.

- Lithografisch-holografische Belichtung- Lithographic holographic exposure

Die beschichtete Trägeroberfläche wird mit einer aufliegenden Schablone abgedeckt, die das gewünschte Dekor hindurchläßt (Dekorpositiv). Eine bevorzugte Variante besteht darin, daß die Schablone nur die Transmissionswerte 0 und 1 besitzt; es sind jedoch auch alle Transmissionswerts dazwischen geeignet. Der mit der Schablone versehene Träger wird in einem Interferenzfeld zweier aufgeweiteter kohärenter Lichtbündel in herkömmlicher Weise belichtet. Die periodische Lichtverteilung wird in der lichtempfindlichen Schicht nur an den Stellen gespeichert, an denen die Schablone durchlässig ist. Eine Variante dieses Verfahrensschrittes bezieht darin, die Schablone in einem geeigneten Abstand vor der Trägeroberfläche anzubringen. Durch die Überschneidung der beiden. Interferierenden kohärenten Lichtbündel entstehen in der Projektion 2 leicht versetzte Bilder, die stereoskopisch wirken.The coated carrier surface is covered with a resting template, which lets through the desired decor (decorative positive). A preferred variant is that the template has only the transmission values 0 and 1; however, all transmission values between them are also suitable. The stenciled substrate is exposed in an interference field of two expanded coherent light beams in a conventional manner. The periodic light distribution is stored in the photosensitive layer only at the locations where the stencil is permeable. A variant of this method step involves placing the template at a suitable distance in front of the carrier surface. By the overlap of the two. Interfering coherent light beams result in the projection 2 slightly staggered images that act stereoscopically.

Eine andere Variante des lithografischen Verfahrensschrittes besteht darin, die Schablone in einem der beiden aufgeweiteten kohärenten Lichtbündel des Interferenzfeldes so anzubringen, daß die Projektion des Dekorpositivs auf der Trägeroberfläche in der gewünschten Position liegt und dann mit dem Interferenzfeld beider Bündel zu belichten. Auf diese Weise kann bei Verwendung von aufgeweiteten kohärenten Kugelwellen als interferierende Lichtbündel eine Maßstabsveränderung des Dekormotivs erreicht werden.Another variant of the lithographic process step is to attach the template in one of the two expanded coherent light beams of the interference field so that the projection of the decorative positive on the support surface is in the desired position and then exposed to the interference field of both bundles. In this way, when using expanded coherent spherical waves as interfering light beams, a scale change of the decorative motif can be achieved.

- Speicherung der Lichtverteilung- Storage of light distribution

Die Speicherung (Fixierung) der Lichtverteilung geschieht in herkömmlicher Weiso, abhängig von der Art der verwendeten lichtempfindlichen Schicht, z.B. bei Fotoresist durch Entwickeln der Schicht.The storage (fixation) of the light distribution is done in a conventional manner, depending on the type of photosensitive layer used, e.g. in photoresist by developing the layer.

Ein bevorzugter Verfahrensschritt besteht darin, die lithografische Motivbegrenzung nach der holografischen Strukturisrung anzubringen. Dabei werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:A preferred method step is to apply the lithographic motif boundary after holographic structuring. The following process steps are carried out:

• Beschichten des Trägers• Coating the carrier

• Belichten der gesamten Trägeroberfläche mit einer periodischen GitterstrukturExposing the entire support surface with a periodic lattice structure

• 1. Entwicklung (Speicherung) der Lichtverteilung• 1. Development (storage) of the light distribution

• Abdecken der Trägeroberfläche mit einer Schablone, die die zum Motiv gehörenden Flächenteile abdeckt (Dekornegativ)Covering the surface of the support with a template that covers the surface parts belonging to the motif (decorative negative)

• Belichten mit kohärentem oder inkohärentem Licht, das im Empfindlichkeitsbereich der Schicht liegt (Nachbelichtung)• Exposing with coherent or incoherent light within the sensitivity range of the layer (reexposure)

• Entfernen der Teile der lichtempfindlichen strukturierten Schicht, die nicht zum Motiv gehören, z. B. durch eine 2.Entwicklung des Fotoresists.• Remove the parts of the photosensitive structured layer that are not part of the motif, eg. B. by a 2ndDeveloplung of the photoresist.

Durch diese Verfahrensschritte können auf periodisch vorstrukturierte Träger verschiedene Motive in einem nachträglichen Lithografieprozeß aufbebracht werden, wobei die Lichtquelle eine inkohärente Quelle sein kann.By means of these method steps, various motifs can be applied to periodically pre-structured carriers in a subsequent lithographic process, whereby the light source can be an incoherent source.

Ein weiterer Verfahrensschritt kann ferner einen Härtungsprozoeß der periodisch strukturierten Schicht enthalten, dem ein Erosionsprozeß folgt, welchem die entwickelte Schicht und die darunter liegende Oberfläche des Trägers ausgesetzt werden, wodurch die Oberflächenstruktur des darunterliegenden Trägers dem Interferenzbild entsprechend periodisch geformt wird. Oer Erosionsvorgang kann beispielsweise ein chemischer oder biologischer Ätzvorgang oder eine lonenstrahlerosion sein. Das periodische Gittermuster kann aus einer Anzahl geradliniger Interferenzstreifen bestehen, kann ggf. auch 2 Gruppen von Interferenzstreifen enthalten, die sich kreuzen. Die Interferenzstreifer, können auch gekrümmt sein. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die periodische Struktur des Dekors mit einer zusätzlichen Metallschicht versehen werden, die -in dünner Schicht aufgebracht - die dekorative Wirkung erhöht und trotzdem optische Transparenz gewährleistet.A further process step may further comprise a curing process of the periodically structured layer followed by an erosion process to which the developed layer and the underlying surface of the support are exposed, whereby the surface structure of the underlying support is periodically shaped according to the interference image. The erosion process can be, for example, a chemical or biological etching process or an ion beam erosion. The periodic grid pattern may consist of a number of rectilinear interference fringes, may optionally also contain 2 groups of interference fringes crossing each other. The interference fringes can also be curved. According to a further feature of the invention, the periodic structure of the decoration can be provided with an additional metal layer which, when applied in a thin layer, increases the decorative effect and nevertheless ensures optical transparency.

AusfGhrungsbelsplelAusfGhrungsbelsplel Eine bevorzugte Form der erfinderischen Lösung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Es zeigenA preferred form of the inventive solution will be explained below using an exemplary embodiment. Show it Fig. 1: beschichtete Grillenlinse in einem InterferenzfeldFig. 1: coated grilling lens in an interference field Fig.2: periodisch strukturierte Brillenlinse in einem lithografischen Nachbelichtungaprozeß2: Periodically structured spectacle lens in a lithographic Nachbelichtungaprozeß Fig. 3: periodisch strukturiertes Motiv auf einer !Brillenlinse.Fig. 3: periodically structured motif on a spectacle lens.

Entsprechend Fig. 1 ist eine lichtempfindliche Schicht 1, bestehend aus Positivfotoresist, auf die Oberfläche einer Brillenlinse 2 aufgebracht worden. Zwei kollimierte kohärent«) Lichtbündel A und B eines Lasers mit der Wellenlänge I = 0,458μηη werden unter dem Winkel α auf die Schicht 1 gerichtet. IEs entstehen in bekannter Weise Interferenzstreifen mit dor Gitterkonstante1, a photosensitive layer 1 consisting of positive photoresist has been applied to the surface of a spectacle lens 2. Two collimated coherent light beams A and B of a laser with the wavelength I = 0.458 μm are directed onto the layer 1 at the angle α. IEs arise in a known manner interference fringes with dor lattice constant

d = —;—.DerWinkelawirdsogew£hlt,daßd = 1,6pm entsteht. Ein anschließender Entwicklungsprozeß mit kommerziellem 2sinad = -; -. The angle is so that d = 1.6pm. A subsequent development process with commercial 2sina

Entwickler löst aus der Schicht die belichteten Teile heraus, so daß eine periodische Struktur 3 entsteht, in der Fig. 2 dargestellt.Developer dissolves out of the layer the exposed parts, so that a periodic structure 3 is formed, shown in FIG.

Fig. 2 zeigt den nachfolgenden lithografischen Verfahrensschritt. Eine Schablone 4 wird über die Oberfläche der Brillenlinse 2 gelegt, die das Motiv opaque enthält (Dekornegativ). In einem anschließenden Belichtungsrjrozeß, der mit einer kommerziellen Quecksilberlampe ausgeführt wird, wird die Oberfläche der Brillenlinse mit Ausnahme der Flächenteile des Motivs gleichmäßig nachbelichtet. In einem anschließenden zweiten Entwicklungsprozoeß mit dem gleichen Entwickler wird die nachbelichtete Fotoresistschicht entfernt, bis auf die Flächenteile des Motivs.Fig. 2 shows the following lithographic process step. A template 4 is placed over the surface of the spectacle lens 2, which contains the motif opaque (Dekornegativ). In a subsequent exposure process performed with a commercial mercury lamp, the surface of the spectacle lens is uniformly post-exposed except for the surface portions of the subject. In a subsequent second development process with the same developer, the post-exposed photoresist layer is removed except for the surface portions of the motif.

Fig. 3 zeigt das verfahrensgemäß entstandene Motiv auf einer Brillenlinse. Das Motiv ist optisch transparent und in Reflexion zeigt es ein brillantes Farbspiel. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt kann es durch einen Erosionsvorgang, z. B. lonenstrahlätzung, wischfest in did Oberfläche der Brillenlinse übertragen werden.Fig. 3 shows the method according to the resulting motif on a spectacle lens. The motif is optically transparent and in reflection it shows a brilliant play of colors. In a subsequent process step, it can by an erosion process, for. As ion beam etching, smudge-proof in did surface of the spectacle lens to be transmitted.

Claims (12)

1. Verfahren zur Dekorierung von optischen Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß auf Teilen dor optischon Fläche eine optisch transparente periodische Struktur aufgebracht wird, die in ihrer Gesamtheit ein Dekor darstellt.1. A method for decorating optical surfaces, characterized in that on parts of the optical surface optically transparent periodic structure is applied, which represents a decor in its entirety. 2. Verfahren nach Anspruch 1, angewendet auf die optische Oberfläche eines Trägers, die mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß eine Schablone oder ein Diapositiv vor den beschichteten Träger gebi acht wird, deren durchlässige Teile das Dekor (Motiv) bilden, daß durch diese Schablone hindurch die Schicht mit einem periodischen Interferenzmuster belichtet wird und daß danach in bekannter Weise eine Entwicklung und ggf. eine Fixierung erfolgt.2. Method according to claim 1, applied to the optical surface of a support provided with a photosensitive layer, characterized in that a stencil or a transparency is formed in front of the coated support, the permeable parts of which form the decoration (motif), that through this template, the layer is exposed with a periodic interference pattern and that then in a known manner, a development and possibly a fixation takes place. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Schicht aus einem Positivresist besteht.3. The method according to claim 2, characterized in that the photosensitive layer consists of a positive resist. 4. Verfahren nach Anspruch 2-3, dadurch gekennzeichnet, daß die entwickelte Schicht und die darunterliegende Oberfläche des Trägers einem Erosionsvorgang unterzogen werden.4. The method according to claim 2-3, characterized in that the developed layer and the underlying surface of the carrier are subjected to an erosion process. 5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Struktur aus Interferenzstreifen gebildet wird, die sich unter einem Winkel im Bereich 30-90° kreuzen.5. The method according to claim 2 to 5, characterized in that the periodic structure of interference fringes is formed, which intersect at an angle in the range 30-90 °. 6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in nur einem Strahlengang der beiden belichtenden Interferenzbündel eine Schablone mit Dekor angeordnet ist.6. The method according to claim 2 to 5, characterized in that a template is arranged with decor in only one beam path of the two exposing interference fringes. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, angewendet auf optische Träger, auf deren Oberfläche eine lichtempfindliche Schicht aufgebracht ist und die mit einem periodischen Interferenzmuster ganzflächig belichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Belichtung der Trägeroberfläche durch eine Schablone hindurch erfolgt, die nur das Dekor abdeckt (Motivnegativ), daß danach eine Entwicklung erfolgt, so daß die Oberflächenstruktur dar entwickelten Schicht dem Interferenzmuster und deren flächenhafte Form dem Dekor entspricht.7. The method according to claim 1 and 3, applied to optical carriers, on the surface of a photosensitive layer is applied and which are exposed over the entire surface with a periodic interference pattern, characterized in that a second exposure of the carrier surface is carried out through a template, the only Decor covering (Motivnegativ), that thereafter a development takes place, so that the surface structure of the developed layer corresponds to the interference pattern and its planar shape of the decor. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aufbelichtete Interferenzmuster zunächst entwickelt wird und danach die lithografische Belichtung über die Schablone erfolgt.8. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the imprinted interference pattern is first developed and then the lithographic exposure takes place via the template. 9. Verfa' /en nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die periodischen Abstände der Gitteistrukturen im Bereich von 0,5 bis 4μητι liegen.9. Verfa 's according to claim 1-8, characterized in that the periodic distances of Gitteistrukturen in the range of 0.5 to 4μητι lie. 10. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch transparente Motiv nach einem der Ansprüche 2-9 hergestellt wurde.10. An article according to claim 1, characterized in that the optically transparent motif was produced according to one of claims 2-9. 11. Gegenstand nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine Brillenlinse ist.11. An article according to claim 1-10, characterized in that the object is a spectacle lens. 12. Gegenstand nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine Kraftfahrzeugscheibe ist.12. An article according to claim 1-10, characterized in that the object is a vehicle window. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
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