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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtbauteils, bei dem auf ein Substrat abwechselnd Schichten aus zwei verschiedenen Werkstoffen aufgetragen werden.
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Derartige Schichtbauteile können durch die Auswahl der Werkstoffe und der Anzahl der Schichten so beeinflusst werden, dass sie bestimmte Eigenschaften besitzen, die für technische Anwendungen erforderlich sind. Ein derartiges Schichtbauteil kann beispielsweise als dielektrischer Spiegel eingesetzt werden, der ein bestimmtes Reflexionsspektrum aufweist.
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In der Veröffentlichung C. Bronnbauer, J. Hornich, N, Gasparini, F. Guo, B., Hartmeier, N. A. Luechinger, C. Pflaum, C. J. Brabec, and K. Forberich: Printable Dielectric Mirrors with Easily Adjustable and Well-Defined Reflection Maxima for Semitransparent Organic Solar Cells, Adv. Opt. Mat., DOI: 10.1002/adom.201500216 werden gedruckte dielektrische Spiegel beschrieben, deren Prinzip darauf beruht, dass Schichten aus zwei verschiedenen Werkstoffen abwechselnd aufgebracht werden, wobei ein Werkstoff einen hohen Brechungsindex und der andere Werkstoff einen niedrigen Brechungsindex aufweist. Dielektrische Spiegel werden üblicherweise durch Gasphasenabscheidung unter Vakuum, durch Elektronenstrahlverdampfung oder durch Magnetronsputtern hergestellt. In der zuvor erwähnten Veröffentlichung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtbauteils erläutert, bei dem die einzelnen Schichten mittels eines Rakels (doctor blading) aufgetragen werden. Allerdings ist es bei diesem Verfahren erforderlich, die für die Herstellung einer Schicht benötigte Tinte nach dem Drucken jeder einzelnen Schicht zu wechseln und das Druckwerkzeug zu säubern.
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In ähnlicher Weise wird in der
EP 2 116 872 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtbauteils beschrieben, bei dem einzelne Schichten abwechselnd hergestellt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtbauteils anzugeben, das einfach und zuverlässig durchgeführt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass erste Schichten durch Drucken einer ersten Tinte mittels eines ersten Druckkopfs und zweite Schichten durch Drucken einer zweiten Tinte mittels eines zweiten Druckkopfs hergestellt werden und dass das Substrat zum Drucken einer Schicht zu dem ersten oder zweiten Druckkopf bewegt wird.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beseitigt das bisher bestehende Problem, dass nach dem Drucken jeder einzelnen Schicht das Druckwerkzeug, beispielsweise ein Druckkopf, gereinigt und mit der jeweils anderen Tinte befüllt werden muss. In Praxis tat dabei das Problem auf, dass die Tinte durch die Unterbrechung der Strömung der Tinte in dem Druckkopf antrocknete, so dass es schwierig war, eine gleichmäßige und defektfreie Schicht zu erzeugen. Die Erfindung überwindet dieses Problem, indem für jede Tinte ein separater Druckkopf verwendet wird, so dass zwei aus verschiedenen Werkstoffen bestehende Schichten nacheinander mittels der beiden Druckköpfe gedruckt werden, wobei der erste Druckkopf die erste Tinte und der zweite Druckkopf die zweite Tinte enthält. Auf diese Weise kann das Herstellen der Schichten durch abwechselndes Drucken der beiden Tinten in einem kontinuierlichen Verfahren erfolgen, ohne dass eine Unterbrechung des Verfahrens erforderlich ist, beispielsweise durch Austauschen und/oder Reinigen eines Druckkopfs.
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Daneben weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass das Substrat zu dem jeweiligen Druckkopf, d. h. entweder zu dem ersten Druckkopf oder zu dem zweiten Druckkopf, bewegt wird. Die beiden Druckköpfe können somit vorzugsweise stationär angeordnet sein, wobei das Substrat zu dem jeweiligen Druckkopf bewegt wird, um eine Schicht durch Auftragen der ersten oder der zweiten Tinte zu erzeugen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut zur Herstellung eines Schichtbauteils, dessen erste Schichten aus einem einen hohen Brechungsindex aufweisenden in der ersten Tinte enthaltenen ersten Werkstoff und dessen zweite Schichten aus einem einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden in der zweiten Tinte enthaltenen zweiten Werkstoff gedruckt werden. Besonders bevorzugt werden die beiden Werkstoffe so gewählt, dass ein dielektrischer Spiegel mit bestimmten, gewünschten Eigenschaften hergestellt werden kann. Insbesondere kann durch die Auswahl eines Werkstoffpaars das Reflexionsspektrum und/oder das Reflexionsmaximum eines gedruckten dielektrischen Spiegels festgelegt werden. Durch Festlegen der Anzahl der alternierend aufgebrachten Schichten kann der Reflexionsgrad beeinflusst und eingestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass das Substrat auf einer Transportvorrichtung befestigt wird, die mittels eines Antriebs bewegt wird. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird das Substrat abwechselnd zu dem ersten und dem zweiten Druckkopf bewegt. Grundsätzlich ist natürlich auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei der das Substrat während der Herstellung der Schichten ortsfest ist und die Druckköpfe abwechselnd zu dem Substrat bewegt werden.
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Besonders bevorzugt wird es bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, dass ein umlaufendes Band als Transportvorrichtung verwendet wird, so dass das Substrat an dem umlaufenden Band befestigt werden kann. Bei einem Umlauf des Bands gelangt das Substrat nacheinander zu den beiden Druckköpfen, wo jeweils eine Schicht durch Auftragen der Tinte erzeugt wird. Vorzugsweise wird das umlaufende Band stets in derselben Drehrichtung bewegt. Allerdings ist auch ein alternatives Verfahren möglich, bei dem das umlaufende Band abwechselnd in eine Drehrichtung und in die entgegengesetzte Drehrichtung bewegt wird, so dass das an dem Band angebrachte Substrat zwischen den beiden Druckköpfen hin und her bewegt wird. Das Vorsehen des umlaufenden Bands weist den Vorteil auf, dass ein Aufwickeln des Substrats nicht erforderlich ist, wodurch die Gefahr des Auftretens von Defekten verringert wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es bevorzugt, dass ein Tintenstrahldruckkopf oder eine Schlitzdüse als Druckkopf verwendet wird. Vorzugsweise werden zwei Druckköpfe des gleichen Typs verwendet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Schichtdicke einer Schicht durch Einstellen der Breite der Schlitzdüse oder durch Festlegen der Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats eingestellt werden. Dementsprechend ist es möglich, aufeinanderfolgende Schichten mit unterschiedlicher Dicke zu erzeugen.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass eine gedruckte Schicht durch Wärmezufuhr und/oder durch Bestrahlen mit einer Lichtquelle nachbehandelt wird. Zum Zuführen von Wärme kann ein Ofen oder eine andere Heizvorrichtung als Nachbehandlungsstation vorgesehen sein. Mittels der Lichtquelle kann eine lichtaushärtbare Tinte ausgehärtet werden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es selbstverständlich auch möglich, mehr als zwei Druckköpfe zu verwenden. Beispielsweise können drei, vier oder fünf Druckköpfe vorgesehen sein, in denen jeweils unterschiedliche Tinten aufgenommen sind. Das bewegbare Substrat kann jeweils zu einem bestimmten Druckkopf bewegt werden, um durch Auftragen der Tinte eine Schicht aus einem bestimmten Werkstoff herzustellen. Schichten aus zwei alternierend aufgetragenen Schichten werden auch als ABAB-Schichten bezeichnet.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schichtbauteils mit auf einem Substrat abwechselnd aufgetragenen Schichten aus zwei verschiedenen Werkstoffen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen ersten Druckkopf zum Drucken einer ersten Tinte und einen zweiten Druckkopf zum Drucken einer zweiten Tinte und einen Antrieb zum Bewegen des Substrats aufweist.
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Vorzugsweise weist der Antrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein als Transportvorrichtung für das Substrat dienendes umlaufendes Band auf.
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Vorzugsweise sind die Druckköpfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Tintenstrahldruckköpfe oder Schlitzdüsen ausgebildet.
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Vorzugsweise ist einem Druckkopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Wärmequelle und/oder eine Lichtquelle als Nachbehandlungsstation zugeordnet.
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Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuerung auf, die dazu ausgebildet ist, das Substrat durch Steuern des Antriebs des umlaufenden Bands zu dem ersten oder dem zweiten Druckkopf zu bewegen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 die Vorrichtung von 1 in einer anderen Position,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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4 eine geschnittene Ansicht eines durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Schichtbauteils.
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1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Schichtbauteils. Die Vorrichtung 1 umfasst ein endloses Band 2, das um eine erste Rolle 3 und eine zweite Rolle 4 geführt ist. Die zweite Rolle 4 weist einen Antrieb 5 auf. Wenn der Antrieb 5 eingeschaltet wird, wird das endlose Band 2, das um die erste Rolle 3 und die zweite Rolle 4 geführt ist, entsprechend der Drehrichtung des Antriebs 5 bewegt.
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Das endlose Band 2 dient als Transportvorrichtung für ein Substrat 6, das auf der Außenseite des endlosen Bands 2 angebracht ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 6 als Folie ausgebildet.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Druckkopf 7 und einen zweiten Druckkopf 8, die in einem festgelegten geringen Abstand von dem endlosen Band 2 in Bewegungsrichtung des endlosen Bands 2 voneinander beabstandet angeordnet sind.
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In 1 erkennt man, dass dem ersten Druckkopf 7 eine Nachbehandlungsstation 9 und dem zweiten Druckkopf 8 eine Nachbehandlungsstation 10 zugeordnet ist. Die beiden Nachbehandlungsstationen 9, 10 weisen jeweils eine Wärmequelle auf, um von einem Druckkopf 7, 8 aufgetragene Tinte zu trocknen.
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In der Ansicht von 1 befindet sich das Substrat 6 unterhalb des ersten Druckkopfs 7. In diesem Zustand wird die erste Tinte, die in diesem Ausführungsbeispiel TiO2 als ersten Werkstoff enthält, mittels des ersten Druckkopfs 7 auf das Substrat 6 aufgebracht. Anschließend steuert eine Steuerung 11 den Antrieb 5 der zweiten Rolle 4 so an, dass diese in der durch den Pfeil 12 angegebenen Drehrichtung bewegt wird. Dementsprechend wird das auf dem endlosen Band 2 angeordnete Substrat 6 zu der Nachbehandlungsstation 9 bewegt, um die aufgetragene erste Tinte durch Wärmezufuhr zu trocknen, wodurch eine Schicht aus TiO2 entsteht.
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Anschließend wird der Antrieb 5 durch die Steuerung 11 so gesteuert, dass das endlose Band 2 weiter bewegt wird, bis sich das Substrat 6 an dem zweiten Druckkopf 8 befindet. Dieser Zustand ist in 2 gezeigt. Der zweite Druckkopf 8 druckt die den zweiten Werkstoff enthaltende zweite Tinte auf die zuvor erzeugte Schicht. Der zweite Werkstoff ist in diesem Fall SiO2, das einen im Vergleich zu TiO2 niedrigen Brechungsindex besitzt. Anschließend wird das Substrat 6 weiter zu der Nachbehandlungsstation 10 bewegt, so dass durch Trocknen eine aus SiO2 bestehende Schicht entsteht. Um danach eine weitere Schicht der ersten Tinte, die aus dem den hohen Brechungsindex aufweisenden ersten Werkstoff besteht, zu drucken, wird der Antrieb 5 durch die Steuerung 11 weiter in Richtung des Pfeils 12 gedreht, so dass das auf dem endlosen Band 2 aufgebrachte Substrat 6 die zweite Rolle 4 und die erste Rolle 3 passiert und wieder den ersten Druckkopf 7 erreicht. Auf diese Weise kann eine beliebige Anzahl von ersten und zweiten Schichten durch Drucken der ersten bzw. zweiten Tinte in einem kontinuierlichen Verfahren erzeugt werden. Die Steuerung 11 ist dazu ausgebildet, den Antrieb 5 so zu steuern, dass das in einem Umlauf bewegte Substrat 6 an die entsprechenden Positionen, d. h. zu dem ersten und zweiten Druckkopf 7, 8 bzw. zu den entsprechende Nachbehandlungsstationen 9, 10 bewegt wird.
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Die 1 und 2 sind Seitenansichten. Sowohl das Substrat 6 als auch das endlose Band 2 und die Druckköpfe 7, 8 weisen eine festgelegte Breite auf, so dass flächige Schichtbauteile mit einer gewünschten Breite hergestellt werden können.
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3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel und zeigt eine Vorrichtung 13, die in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel einen ersten Druckkopf 7, einen zweiten Druckkopf 8 sowie Nachbehandlungsstationen 9, 10 aufweist. Ein Substrat 14, das als Folie ausgebildet ist, ist auf einem Träger 15 angebracht. Der Träger 15 bildet mit einem Linearantrieb 16 eine Transportvorrichtung für das Substrat 14. Der Linearantrieb 16 ist in diesem Fall als Spindelantrieb ausgebildet und ermöglicht eine Bewegung des das Substrat 14 haltenden Trägers 15 in Richtung des Doppelpfeils 17. Mittels des Linearantriebs 16 kann das Substrat 14 zu den Druckköpfen 7, 8 bzw. zu den Nachbehandlungsstationen 9, 10 bewegt werden. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel führt das Substrat 14 keine Drehbewegung, sondern eine hin und her gehende Bewegung aus. Durch abwechselndes Aufbringen der ersten und der zweiten Tinte durch die Druckköpfe 7, 8 kann ein Mehrschichtbauteil, insbesondere ein dielektrischer Spiegel, in einem kontinuierlichen, automatischen Verfahren hergestellt werden.
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4 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt ein mehrere Schichten aufweisendes Bauteil 18, umfassend das Substrat 6, eine darauf aufgebrachte erste Schicht 19, die durch Drucken der ersten Tinte hergestellt ist und eine darauf aufgebrachte zweite Schicht 20, die durch Drucken der zweiten Tinte hergestellt ist. In 4 erkennt man, dass das Schichtbauteil 18 insgesamt vier erste Schichten 19 und vier zweite Schichten 20 aufweist, die abwechselnd angeordnet sind. Derartige Schichtbauteile mit alternierend angeordneten Schichten werden als ABAB-Schichten bezeichnet. Alle ersten Schichten 19 können dieselbe Dicke aufweisen. Durch eine entsprechende Ansteuerung des ersten Druckkopfs 7 ist allerdings auch die Herstellung unterschiedlich dicker erster Schichten 19 möglich. Dasselbe gilt sinngemäß für die zweiten Schichten 20.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- endloses Band
- 3
- erste Rolle
- 4
- zweite Rolle
- 5
- Antrieb
- 6
- Substrat
- 7
- erster Druckkopf
- 8
- zweiter Druckkopf
- 9
- Nachbehandlungsstation
- 10
- Nachbehandlungsstation
- 11
- Steuerung
- 12
- Pfeil
- 13
- Vorrichtung
- 14
- Substrat
- 15
- Träger
- 16
- Linearantrieb
- 17
- Doppelpfeil
- 18
- Substrat
- 19
- erste Schicht
- 20
- zweite Schicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- C. Bronnbauer, J. Hornich, N, Gasparini, F. Guo, B., Hartmeier, N. A. Luechinger, C. Pflaum, C. J. Brabec, and K. Forberich: Printable Dielectric Mirrors with Easily Adjustable and Well-Defined Reflection Maxima for Semitransparent Organic Solar Cells, Adv. Opt. Mat., DOI: 10.1002/adom.201500216 [0003]
