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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Prägen und/oder Bedrucken von Grundmaterialien, z. B. Folien.
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Bekannte Drucktechniken zum strukturierten Auftrag von Flüssigkeiten, z. B. Farben, Lacke, leitfähiger Tinten oder funktionaler Polymere, sind beispielsweise Offset-Druck, Siebdruck, Flexo-Druck, Tampon-Druck und Ink-Jet-Druck. Diese Techniken können nicht nur auf einzelnen Substraten, die auch im Englischen als „sheets” bezeichnet werden, sondern auch in einem durchlaufenden Verfahren, also Rolle-zu-Rolle, auf Folien-Rollen aus beispielsweise Metall, Kunststoff oder Papier eingesetzt werden. Keine der genannten Techniken erreicht jedoch Strukturgrößen unter 20 μm Auflösung.
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Beim Prägen von Oberflächen wird die Reliefstruktur eines Prägestempels oder einer Prägewalze in eine Substratoberfläche abgeformt. Unter Anwendung von Hitze spricht man von Heiß-Prägen, wenn es außerdem in einem durchlaufenden Prozess erfolgt, auch von Rolle-zu-Rolle Prägetechnik. Notwendig ist eine Form, auch als „Master” bezeichnet, die abgeformt werden kann. In den meisten Fällen werden dazu Metallschablonen genutzt, die mittels Gravieren, Lasern oder Ätztechniken kleine Strukturen aufweisen. Im Falle der Laser-Strukturierung ist die Auflösung auf den Durchmesser eines fokussierten Laserstrahls begrenzt, der typischerweise im Bereich von 10–50 μm liegt.
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Mit nass-chemischem Ätzen von Metalloberflächen unter Verwendung von lithographisch definierten Masken, auch als Schablonen bezeichnet, kann an ebenen Substratoberflächen eine Strukturauflösung im Bereich einiger Mikrometer erreicht werden. Strukturen unter 1 μm sind nicht präzise und reproduzierbar realisierbar, da Metalle typischerweise eine mikrokristalline Struktur aufweisen.
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Bekannt sind außerdem Techniken zum Strukturieren mit Hilfe von präzise geführten Diamant-Werkzeugen. In diesem Fall können beispielsweise Linienmuster graviert werden, die im Größenbereich von Mikrometern liegen. Ferner sind kleine Rillen mit weniger als 1 μm Tiefe realisierbar. Vorteil dieser Technik ist, dass auch Metallwalzen bearbeitet werden können, bzw. Metallfolien, die nach der Herstellung des Oberflächenreliefs auf eine Prägewalze gespannt werden können. Ein entscheidender Nachteil der Gravurtechniken ist, dass keine beliebigen Formen im Mikrometerbereich herstellbar sind, da das Diamant-Werkzeug nicht beliebig präzise geführt werden kann. Zudem sind die Kosten und die Dauer der Herstellung solcher strukturierter Metallwalzen sehr hoch, wenn es um Strukturen im Mikrometerbereich geht.
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Bekannte Techniken zur Realisierung von Reliefstrukturen unter 1 μm nutzen lithographische Verfahren und geeignete Ätztechniken, nass-chemisch oder trocken-chemisch, in der Plasmakammer, oder reaktives Ionen-Ätzen. Vorteile derartiger Verfahren sind frei wählbare Formen für die Reliefstruktur, eine Strukturauflösung im Bereich von 0,1 μm und ein leichtes Reproduzieren der Struktur sobald eine Foto-Maske für die Definition der Ätzschablone, typischerweise Fotolack, vorhanden ist. Für Strukturgrößen unter 5 μm können diese Strukturierungstechniken aber nur auf festen Substraten angewendet werden. Dies bedeutet, dass auf diese Weise nur ebene Prägestempel realisiert werden können, also keine Prägerolle für einen durchlaufenden Prozess.
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Aus der
DE 199 30 104 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung bekannt, bei dem ein Prägeelement verwendet wird, das zur Erzeugung von Elektrodenbereichen auf eine elektrisch leitfähige Schicht aufgedrückt wird. Als Material für das Prägeelement wird beispielsweise Silizium oder SiO
2 genannt.
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In der
DE 101 58 347 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von nano- und mikrostrukturierten Polymerfolien beschrieben, bei dem eine Walze, auf die die Polymerfolie aufgedrückt wird, mit einem Formwerkzeug umschlungen ist, das mit einem Relief versehen ist. Als Material für das Formwerkzeug ist vernetztes Silikon, PET und Metall angegeben.
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Die
EP 1 110 124 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optischen Kopien, bei dem mittels eines Stempels ein Fotolack strukturiert wird. Der Stempel kann beispielsweise aus einem elastomeren oder polymeren Material bestehen.
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In der
EP 1 192 657 B1 ist ein Verfahren zum Vereinzeln eines Wafers beschrieben, bei dem Gräben auf einer Seite eines Wafers gebildet werden, ein lösbarer Zwischenträger auf der Seite, in der die Gräben gebildet sind, befestigt wird, und der Zwischenträger von der anderen Seite her gedünnt wird, so dass vereinzelte Schaltungschips erhalten werden.
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Die
US 4 722 130 A offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das einen Schritt eines Schleifens oder Polierens der Unterseite eines Halbleiterwafers umfasst, um die Dicke desselben zu reduzieren.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit zu schaffen, Strukturen zum kontinuierlichen Prägen und/oder Drucken im Sub-Mikrometerbereich bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Masterstruktur nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Ausführungsbeispiel einer Masterstruktur zum Prägen und/oder Bedrucken eines Grundmaterials, wobei die Masterstruktur einen monokristallinen Substratbereich aufweist, und der monokristalline Substratbereich auf einer für das Prägen und/oder Drucken des Grundmaterials vorgesehene Oberfläche des monokristallinen Substratbereichs eine Reliefstruktur aufweist, wobei der monokristalline Substratbereich eine derartige Dicke aufweist, dass der monokristalline Substratbereich biegsam und mit einem Krümmungsradius in einem Bereich von 1 mm bis 1 m ausbildbar ist, und wobei die Masterstruktur eine biegsame Trägerfolie aufweist, und der mikrokristalline Substratbereich mit einer der zum Prägen und/oder Bedrucken vorgesehenen Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche auf der Trägerfolie befestigt ist.
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Derartige Masterstrukturen können beispielsweise verwendet werden, um in einem kontinuierlichen Verfahren, auch als durchlaufendes Verfahren bezeichnet, auf Rollen montierte Grundmaterialien, z. B. auf Rollen bereit gestellten Folien, zu prägen und/oder zu bedrucken.
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Die Verwendung von monokristallinen Substratmaterialien, z. B. monokristallinen Halbleitermaterialien, ermöglicht es, Reliefstrukturen mit einer Auflösung in einem Bereich von 0,1 μm bis 1 μm, also in einem Sub-Mikrometerbereich, zu erzeugen.
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Einkristalline Substrate, z. B. einkristallines Silizium, sind präzise strukturierbar. Dabei können bekannte Herstellverfahren der Halbleitertechnologien verwendet werden, um die Reliefstruktur in dem monokristallinen Substratbereich zu erzeugen.
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Einkristalline Substratmaterialien, z. B. einkristallines Silizium, sind sehr formstabil und dauerhaft flexibel, da keine Korngrenzen im Material vorliegen, die einen ungleichmäßigen Ätzprozess oder ein lokales Ausbrechen der Prägeform bewirken könnten.
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Damit sind Sub-Mikrometerstrukturen herstellbar, bei voller Designfreiheit für die jeweiligen Strukturformen bzw. Reliefstrukturen.
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Ferner erfolgt bei Ausführungsbeispielen des Herstellungsverfahrens das Bestücken der Trägerstruktur mit den strukturierten monokristallinen Substratbereichen beispielsweise nicht auf der runden Walzenoberfläche, sondern auf einem ebenen Substrat. Dies ermöglicht einen passgenauen Monatageprozess und reduziert das Risiko für die dünnen strukturierten monokristallinen Substratbereiche, z. B. Silizium-Filme.
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Die Verwendung von biegsamen Strukturmastern bzw. Strukturmastern in Form von Folien vereinfacht den Wechsel zwischen verschiedenen Masterstrukturen, d. h. der Wechsel eines „Prägemasters” erfordert keinen kompletten Walzenwechsel, sondern nur das Aufspannen einer anderen Masterstruktur, z. B. in Form einer Relief-Verbundfolie, die aus dem strukturierten monokristallinen Substratfilm und der Trägerfolie besteht.
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Ausführungsbeispiele der strukturierten monokristallinen Substratbereiche können nicht nur zum Prägen, sondern auch zum Drucken verwendet werden.
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Ausführungsbeispiele der Masterstruktur, die durch einen Verbund einer Trägerstruktur mit dem strukturierten monokristallinen Substratbereich gebildet werden, sind mechanisch viel stabiler als der strukturierte monokristalline Substratbereich allein oder entsprechend strukturierte monokristalline Substrat-Folien.
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Ausführungsbeispiele der Masterstruktur sind temperaturstabil und können somit auch zum Rolle-zu-Rolle Heiß-Prägen eingesetzt werden.
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Die Verwendung von monokristallinen Halbleiter-Materialien, z. B. Silizium, als Material für den monokristallinen Substratbereich verringern das Risiko unerwünschter Veränderung der zu prägenden Oberflächen bzw. der zu bedruckenden Medien, da Halbleiter-Materialien, insbesondere Silizium, chemisch und biologisch inert sind.
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Mit anderen Worten, Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen auch eine Vorrichtung zum mikrostrukturierten Prägen von Folien-Substraten.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines monokristallinen Substrats mit Prägestruktur vor dem Abdünnen.
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2 zeigt ein Grundmaterial, das mittels der Masterstruktur geprägt wird.
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3 zeigt ein zu bedruckendes Grundmaterial, das mittels der Masterstruktur in ausgewählten Bereichen des Grundmaterials bedruckt wird.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Rolle-zu-Rolle-Prägen und/oder Rolle-zu-Rolle-Bedrucken, bei der beispielsweise eine Masterstruktur nach 2 oder 3 auf der Rolle befestigt ist.
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Dabei werden in der vorliegenden Anmeldung für Objekte und Funktionseinheiten, die gleiche oder ähnliche funktionelle Eigenschaften aufweisen, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Detaillierte Beschreibung
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In der Beschreibung wird der Begriff „Drucken” bzw. „Bedrucken” für Techniken verwendet, bei denen Flüssigkeiten, z. B. Farben, Lacke, leitfähige Tinten, und/oder funktionale Polymere, strukturiert auf ein Zielmaterial oder Grundmaterial aufgetragen werden. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Masterstruktur zum Bedrucken eines Grundmaterials eingesetzt wird, kann die Masterstruktur auch als Druckstruktur oder Druckmaster bezeichnet werden, wobei die Reliefstruktur definiert, in welchen Oberflächenbereichen das Grundmaterial gedruckt wird.
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In der Beschreibung wird der Begriff „Prägen” von Oberflächen für Techniken verwendet, bei denen eine Reliefstruktur in eine Oberfläche eines Grundmaterials oder Zielmaterials abgeformt wird. Bei derartigen Ausführungsbeispielen kann die Masterstruktur auch als Prägestruktur oder Prägemaster bezeichnet werden und die in dem monokristallinen Substratbereich definierte Reliefstruktur auch als Positiv-Reliefstruktur bezeichnet werden, die verwendet wird, um eine der Positiv-Reliefstruktur entsprechende Negativ-Reliefstruktur in die Oberfläche des zu prägenden Grundmaterials abzuformen.
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1 zeigt einen Querschnitt eines monokristallinen Substrats 100, das auf einer ersten für das Prägen und/oder Drucken eines Grundmaterials vorgesehenen Oberfläche 110 einen ersten Graben 112, einen zweiten Graben 114, einen dritten Graben 116 und einen vierten Graben 118 aufweist, und eine der ersten Oberfläche gegenüber liegenden zweite Oberfläche 120. Der erste Graben 112 weist gegenüber der Oberfläche 110 eine Tiefe d1 und eine Breite b1 auf, der zweite Graben 114 eine Gesamttiefe d2, eine Gesamtbreite b2, der dritte Graben eine Tiefe d3 und eine Breite b3 auf. Der vierte Graben 118 weist beispielsweise dieselbe Tiefe d3 und dieselbe Breite b3 wie der dritte Graben auf. Der zweite Graben 114 weist zudem eine Stufe 115 auf, so dass er in einem ersten flacheren Bereich eine Tiefe d4 und eine Breite b4 aufweist, und in einem zweiten tieferen Bereich eine Breite b5 und eine zusätzliche Tiefe oder Tiefenunterschied zum ersten flacheren Bereich von d5 aufweist. Die Oberfläche 110 kann auch als Null-Niveau bezeichnet werden, der erste flache Bereich des zweiten Grabens als erstes Tiefenniveau, der tiefere Bereich des zweiten Grabens als zweites Tiefenniveau, der Bereich des ersten Grabens in der Tiefe d1 als drittes Tiefenniveau, und der Bereich des dritten und vierten Grabens mit der Tiefe d3 auch als viertes Tiefenniveau bezeichnet werden.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen Reliefstrukturen, deren Strukturauflösung in einem Bereich von 0,1 μm oder größer, beispielsweise in einem Bereich von 0,1 μm bis 1 μm, liegt. Dabei bezeichnet der Begriff Strukturauflösung die kleinstmögliche Ausdehnung eines Grabens oder einer Stufe eines Grabens in horizontaler Richtung, z. B. b4, und/oder vertikaler Richtung, z. B. d4.
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Das monokristalline Substrat kann beispielsweise ein monokristallines Halbleiter-Substrat, insbesondere ein monokristallines Siliziumsubstrat, sein. Das monokristalline Substrat kann beispielsweise in Form einer Prägefolie aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial bereitgestellt werden und die Reliefstruktur der Prägefolie beispielsweise durch einen Trockenätzprozess oder einen nass-chemischen Ätzprozess hergestellt werden.
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Dabei kann die Reliefstruktur an der Oberseite 110 der Prägefolie geometrische Formen in der Größenordnung von 0,1 μm bis 10 μm bezüglich der lateralen Ausdehnung und der Tiefe aufweisen, und die zu prägenden Muster auch frei wählbare Kurvengeometrien enthalten. Die Reliefstrukturen oder Gräben können wahlweise senkrechte, schräge oder verrundete Kanten aufweisen. Ferner können die Reliefstrukturen auf der Prägefolie variable und frei wählbare Tiefen aufweisen, d. h. Strukturen in unterschiedlicher Prägetiefe d1, d2, d4, d3.
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Dabei wird das monokristalline Substrat als ebenes Substrat, z. B. als Wafer bereitgestellt, das eine Dicke aufweist, in der das monokristalline Substrat nicht oder nicht so biegsam ist, das es beispielsweise auf einer Walze befestigt werden kann. Nach dem Erzeugen der Reliefstruktur auf der ersten Oberseite 110 des monokristallinen Substrats 100 wird das monokristalline Substrat auf der zweiten Seite 120, der Rückseite 120, abgedünnt, bis das monokristalline Substrat biegsam wird, und damit, z. B. auf einer Walze oder Rolle befestigt werden kann.
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Mit anderen Worten, gemäß einem Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für erfindungsgemäße Masterstrukturen werden die zu prägenden Strukturen, die Reliefstrukturen, zunächst auf der Oberfläche 110 eines Halbleiter-Substrats, z. B. einem Silizium-Wafer durch Lithographie und Plasma-Ätztechniken hergestellt, die Definition der Reliefstruktur erfolgt also auf einem ebenen Substrat. Die Ätztiefe in dem Silizium d1, d2, d3, d4 ergibt später die Höhe der Reliefstruktur und nach dem Prägevorgang die Tiefe des zu prägenden Grundmaterials, z. B. einer zu prägenden Substratfolie.
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Der oberflächlich strukturierte Silizium-Wafer wird dann von der Rückseite 120 her abgedünnt bis er eine Dicke von etwa 5 μm bis 100 μm aufweist. Der Silizium-Wafer ist dadurch zu einer dünnen Silizium-Folie geworden, die durch das Abdünnen biegsam geworden ist und damit beispielsweise um eine zylindrische Walze gewickelt werden kann.
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Die Ätztechnik kann so ausgeführt werden, dass außer dem Prägerelief bzw. der Reliefstruktur auch tiefere Gräben auf der Wafer-Oberfläche hergestellt werden, die ein automatisches Vereinzeln des Wafer-Substrats in kleinere Teil-Flächen
130 ermöglicht. In anderen Worten, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Gräben
116 und
118 die Randbereiche eines einstückigen monokristallinen Substratbereichs
130. Dabei sind die Tiefen d3 der Gräben
116,
118 zum Vereinzeln tiefer als die Gesamttiefen oder maximalen Tiefen aller anderen Gräben d1, d2, die Bestandteil der Reliefstruktur sind und später dem Prägen und/oder Bedrucken dienen, so dass bei der Herstellung durch ein Abdünnen des monokristallinen Substrats bzw. des monokristallinen Wafers auf eine Dicke d3 das Gesamt-Substrat
100 automatisch in Teil-Substrate oder monokristalline Substratbereiche
130 vereinzelt wird und die in
1 strichpunktiert dargestellte Linie
122 die zweite Oberfläche oder Rückseite der abgedünnten strukturierten monokristallinen Substratbereiche
130 bildet. Das Abdünnen kann beispielsweise durch mechanisches Abdünnen, z. B. Schleifen und/oder nass-chemisches Ätzen oder Trockenätzen erfolgen, wie beispielsweise in der Patentschrift
EP 1 192 657 B1 beschrieben.
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In anderen Ausführungsbeispielen wird das monokristalline Substrat nicht auf die Dicke d3 abgedünnt, sondern auf eine größere Dicke als d3, und der monokristalline Substratbereich 130 wird durch mechanisches Vereinzeln, z. B. Ritzen, Sägen oder Brechen in den durch die Gräben 116, 118 definierten dünneren Bereichen bewirkt.
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Anders ausgedrückt, erfolgt die Herstellung des monokristallinen Substratbereichs in bestimmten Ausführungsbeispielen mittels Rückdünnens eines oberflächlich strukturierten Silizium-Wafers 100 und anschließendem Vereinzeln des Wafers in Teilstücke.
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Die Dicken derartiger abgedünnter, geprägter einkristalliner Substratbereiche 130 oder Prägefolien können in einem Bereich von 1 μm bis 100 μm liegen.
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Der monokristalline Substratbereich 130 kann eine beliebige Anzahl von Gräben mit einer beliebigen Anzahl von Stufen aufweisen, und selbst laterale Dimensionen von weniger als 5 μm, beispielsweise auch weniger als 3 μm, jedoch auch größer als 5 μm aufweisen.
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Die strukturierten monokristallinen Substratbereiche 130 können auch als Substrat-Film oder Substrat-Folie bezeichnet werden, da sie nach dem Abdünnen biegsam sind. Bei der Verwendung von monokristallinen Silizium-Substraten können die monokristallinen Substratbereiche nach dem Abdünnen auch als strukturierter Silizium-Film oder strukturierte Silizium-Folie bzw. Folienstücke bezeichnet werden.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird ein oder mehrere strukturierte monokristalline Substratbereiche 130 direkt auf einer Walze befestigt. In anderen Worten, in derartigen Ausführungsbeispielen bilden eine oder mehrere monokristalline strukturierte Substratbereiche allein schon die Masterstruktur.
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In anderen Ausführungsbeispielen werden die strukturierten monokristallinen Substratbereiche 130 auf einer Trägerstruktur, z. B. einer Trägerfolie, befestigt, um diese dünnen strukturierten monokristallinen Substratbereiche 130 vor Bruch zu schützen, und deren Handhabung einfacher zu gestalten.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Substratbereichs 130, der über die zweite Oberfläche 122 mit einer Trägerstruktur 220 verbunden ist. In anderen Worten zeigt 2 ein Ausführungsbeispiel einer Masterstruktur 200, die eine Trägerstruktur 220 aufweist, auf der der strukturierte monokristalline Substratbereich 130 befestigt ist. 2 zeigt ferner einen Querschnitt eines zu prägenden Grundmaterials 210, in dessen Oberfläche die Reliefstruktur des monokristallinen Substratbereichs 130 mit den Gräben 112 und 114 eingeprägt wird.
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3 zeigt das Ausführungsbeispiel des strukturierten Substratbereichs 130 aus 2, der hier jedoch zum Bedrucken verwendet wird. Somit zeigt 3 ferner einen Querschnitt eines zu bedruckenden Grundmaterials 310, das mittels der Masterstruktur 200, auf deren Oberfläche 110 eine Flüssigkeit aufgebracht ist, abhängig von der Reliefstruktur selektiv bedruckt wird.
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Um die 2 und 3 übersichtlicher zu gestalten, wurden die Abmessungen d1–d5, b1–b5 aus 1 nicht noch einmal eingezeichnet.
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Bei Ausführungsbeispielen eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung der Masterstruktur kann die glatte Rückseite 122 der Prägefolie 130 eine lötfähige Metallisierungsschicht aufweisen, und der Verbund 200 aus Prägefolie 130 und Trägerfolie 220 durch eine Lötverbindung realisiert werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Verbund 200 aus Prägefolie 130 und Trägerfolie 220 durch eine Klebeverbindung realisiert werden.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Verbund 200 aus Prägefolie 130 und Trägerfolie 220 durch Einschmelzen der Prägefolie 130, z. B. einer Siliziumfolie 130, in die Trägerfolie 220 realisiert.
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In Ausführungsbeispielen kann ein einstückiger monokristalliner Substratbereich 130 eine Oberfläche der Trägerstruktur 220 teilweise oder ganz bedecken. Dabei können weitere Ausführungsbeispiele der Masterstruktur mehrere einstückige monokristalline Substratbereiche aufweisen, die jeweils auf einer für das Prägen und/oder Bedrucken des Grundmaterials 210 vorgesehenen Oberfläche 110 eine Reliefstruktur aufweisen, wobei die einstückigen Masterstrukturen dieselbe oder unterschiedliche Reliefstrukturen aufweisen können.
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Ferner können die einstückigen monokristallinen Substratbereiche in zwei oder mehr Reihen so nebeneinander auf der Oberfläche der Trägerstruktur angeordnet sein, dass aufeinander folgende Trennlinien zwischen den einstückigen monokristallinen Substratbereichen zueinander versetzt sind.
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Auf weiteren Ausführungsbeispielen können auf der Trägerstruktur neben den zuvor beschriebenen monokristallinen Substratbereichen auch andere Bereiche, beispielsweise nicht-monokristalline Bereiche angeordnet sein, die zum Prägen und/oder Bedrucken des Grundmaterials eingesetzt werden oder auch unstrukturierte Bereiche aufweisen.
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In anderen Worten, die Prägefolie 130 kann flächendeckend oder nur in Teilstücken auf der Trägerfolie 220 montiert sein. Ferner können Teilstücke der Prägefolie in zwei oder mehr Reihen auf der Trägerfolie montiert werden, wobei die Trennlinien zwischen den Einzelstücken der Reihen nicht in einer Linie liegen. Die Trägerstruktur bzw. die Trägerfolie 220 kann beispielsweise aus Metall oder Kunststoff bestehen bzw. Metall oder Kunststoff aufweisen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Systems 400 zum kontinuierlichen Prägen und/oder Bedrucken eines Grundmaterials 210 oder 310 (siehe 2 und 3) mit einer Rolle 410, einer Gegendruckrolle 420, einer Rolle 430, auf der das zu prägende und/oder zu bedruckende Grundmaterial aufgewickelt ist und eine Aufnehmerrolle 440, auf der das geprägte und/oder bedruckte Grundmaterial wieder aufgewickelt wird. In anderen Worten, 4 zeigt eine schematische Darstellung eines kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle Verfahrens, bei dem das zu prägende und/oder zu bedruckende Grundmaterial 210, 310 kontinuierlich von der Rolle 430 abgerollt wird, zwischen der Rolle 410 und der Gegendruckrolle 420 kontinuierlich geprägt und/oder bedruckt und am Ende wiederum kontinuierlich auf der Aufnehmerrolle 440 aufgerollt wird.
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Auf der Rolle 410 ist die Masterstruktur 200 umfangsmäßig befestigt, so dass das strukturierte monokristalline Substrat 130 mit der Reliefstruktur nach außen angeordnet auf der Walze bzw. Rolle befestigt ist. Dabei ist die Gegendruckrolle 420 so in Bezug auf die Rolle 410 angeordnet, dass wenn die Folie 210, 310 zwischen der Rolle und der Gegendruckrolle durchgeführt wird, die Folie bzw. die Oberfläche der Folie 210, 310 entsprechend der Reliefstruktur des monokristallinen Substratbereichs der Masterstruktur 200 geprägt und/oder bedruckt wird.
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Der in 4 mit dem Bezugszeichen 450 bezeichnete Ausschnitt entspricht im Wesentlichen der Darstellung aus den 2 und 3. Im Gegensatz zu den 2 und 3 ist das Grundmaterial 210, 310 in 4 nicht schraffiert gezeichnet. In den 2 und 3 wurde die Krümmung der Masterstruktur 200 aufgrund ihrer umfangsmäßigen Befestigung auf der Rolle 410 vernachlässigt.
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Bei Ausführungsbeispielen des Systems kann die Haltevorrichtung für die Masterstruktur 200 auf der Rolle 410 eine Klebeverbindung oder eine mechanische Einspannvorrichtung sein.
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In Ausführungsbeispielen, bei denen das Grundmaterial 210, 310 durch die Masterstruktur geprägt wird, die Masterstruktur also eine Prägestruktur bildet, kann die Rolle 410 auch als Prägerolle oder Prägewalze 410 bezeichnet werden, während in Ausführungsbeispielen, in denen das Grundmaterial 210, 310 mittels der Masterstruktur 200 bedruckt wird, die Masterstruktur als eine Druckstruktur bildet, die Rolle 410 auch als Druckwalze oder Druckrolle bezeichnet werden.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Fixierung der Masterstruktur 200 auf der Rolle 410 mittels Unterdruck erfolgen oder elektrostatisch oder elektromagnetisch.
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In bestimmten Ausführungsbeispielen ist der strukturierte monokristalline Substratbereich 130, die Trägerstruktur 220 bzw. die gesamte Masterstruktur 200 derart ausgebildet, dass diese auf eine Rolle 410 mit einem Durchmesser in einem Bereich von 5 mm bis 1 m aufgebracht werden können.
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In weiteren Ausführungsbeispielen können mehrere Masterstrukturen, also Verbundstrukturen aus Trägerstrukturen mit darauf befestigten strukturierten monokristallinen Substratbereichen auf die Rolle 410 aufgebracht werden bzw. darauf umfangsmäßig befestigt werden. Die Drehrichtung der Rollen 410–440 sowie die Bewegungsrichtung des abgerollten Grundmaterials 210, 310 sind durch entsprechende Pfeile in 4 dargestellt.
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Aus den vorhergehenden Erläuterungen ist ersichtlich, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Realisierung eines Rolle-zu-Rolle Prägeprozesses und/oder Druckprozesses für durchlaufende Substratfolien oder andere Grundmaterialien ermöglichen, wobei beliebig geformte Strukturen insbesondere in einem Größenbereich von 0,1 μm bis 1 μm als Reliefstruktur herstellbar sind.
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Die Erläuterungen in Bezug auf Ausführungsbeispiele für eine Prägestruktur gelten entsprechend auch für Ausführungsbeispiele einer Druckstruktur, und umgekehrt.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen somit auch Vorrichtungen und Verfahren zum Prägen und/oder Drucken von sensiblen Substraten in einem durchlaufenden Prozess, wobei der Prägekörper bzw. Druckkörper ein Verbund aus einer flexiblen und mikro-strukturierten Prägefolie und einer Trägerfolie ist, wobei die Trägerfolie über eine Haltevorrichtung auf einer Prägewalze bzw. Druckwalze montiert werden kann, und die Prägefolie bzw. Druckfolie aus einem einkristallinen Material besteht, das eine oberflächliche Reliefstruktur aufweist. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können beispielsweise für das Prägen von spezifischen Mikrostrukturen und Folien-Oberflächen, die ein spezifisches Benetzungsverhalten gegenüber Flüssigkeiten haben, z. B. Oberflächen, die den Lotus-Effekt zeigen, bei denen also Wasser abperlt, verwendet werden. Weitere Anwendungsgebiete von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind das Prägen von spezifischen Mikrostrukturen an Folien-Oberflächen, die für Sicherheitsmerkmale bei Wertpapieren oder Geldscheinen genutzt werden, z. B. Hologramme, Beugungsgitter mittels geprägter Beugungsoptischer Strukturen, oder das Drucken von flüssigen Materialien, die eine definierte Benetzung für weitere Flüssigkeiten erzeugen, z. B. für das Auftragen von flüssigen, halbleitenden, leitenden oder isolierenden Polymeren bei der Herstellung von gedruckten elektronischen Schaltungen.
