DE102022210831A1

DE102022210831A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Belichten eines holographischen Materials

Info

Publication number: DE102022210831A1
Application number: DE102022210831.0A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Fiess; Tobias Wilm; Jonas Ott
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2024-04-25

Abstract

Vorrichtung (110) und Verfahren zum Belichten eines holographischen Materials (102), wobei das holographische Material (102) auf eine Maske (104) aufgebracht wird, die wenigstens eine Öffnung (108) zum Belichten des holographischen Materials (102) aufweist, wobei das holographische Material (102) durch die wenigstens eine Öffnung (108) in der Maske (104) belichtet wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Belichten eines holographischen Materials aus.
Einsatzgebiete für holographische optische Elemente, HOEs, sind neuartige Display- oder Sensorsysteme. Mögliche Anwendungsgebiete wie die Datenbrille, transparente Anzeigesysteme oder fluoreszenzbasierte Diagnostiksysteme auf Basis von holographischen Optiken weisen ein großes Potenzial auf und können durch den Einsatz von HOEs realisiert werden.
Die (Serien)Fertigung von HOEs beruht auf komplexen, teuren und störungsanfälligen Sonderaufbauten die Aufnahmewellen in der Zielgröße des HOEs generieren um entweder ein HOE direkt zu belichten oder ein Masterhologramm zu replizieren. Ein anderer Ansatz besteht in der Replikation von Masterhologrammen mit z.B. einem gescannten Laserstrahl.
Wünschenswert ist eine Minimierung von Streulicht bei einer Aufnahme von Hologrammen in einem holographischen Material.
Offenbarung der Erfindung
Dies wird durch das Verfahren und die Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen erreicht.
Das Verfahren zum Belichten eines holographischen Materials sieht vor, dass das holographische Material auf eine Maske aufgebracht wird, die wenigstens eine Öffnung zum Belichten des holographischen Materials aufweist, wobei das holographische Material durch die wenigstens eine Öffnung in der Maske belichtet wird.
Die Maske weist vorzugsweise eine Materialstärke von weniger als 5µm oder weniger als 10µm auf. Dadurch werden Beugungseffekte minimiert und die Maske ist so dick wie nötig, um eine ausreichende Absorption/Intransparenz zu erreichen.
Die Maske wird vorzugsweise auf einen transparenten Träger, insbesondere Glas aufgebracht. Glas ist ein transparenter Träger, durch den hindurch die Belichtung erfolgt. Dies vereinfacht die Verwendung. Silizium als Träger, d.h. ein Si-Wafer, eignet sich zur Steigerung der Intransparenz.
Die Maske wird vorzugsweise auf einen intransparenten Träger, insbesondere Silizium, aufgebracht, wobei der intransparente Träger an wenigstens einer Stelle über seine gesamte Materialsträke hinweg entfernt wird, insbesondere durch Durchätzen auf seine Rückseite.
Die wenigstens eine Öffnung wird in einer Ausführung durch den Träger strukturiert, insbesondere geätzt wird, wobei die Größe der Öffnung kleiner oder gleich einer Wellenlänge eines zum Belichten verwendeten Lichts ist. Dadurch erfolgt die Belichtung ohne Beeinträchtigung durch den Träger hindurch.
Der Träger umfasst in einer Ausführung Glas, wobei die Maske einen photographischen Lack umfasst, wobei der Lack auf das Glas aufgebracht wird, wobei der aufgebrachte Lack an wenigstens einer vorgegebenen Stelle belichtet wird, wobei der aufgebrachte Lack an wenigstens einer unbelichteten Stelle entfernt wird, wobei die Anordnung wenigstens einer vorgegebenen Stelle mit einer insbesondere lithographischen Maske vorgegeben wird. Dadurch wird eine präzise strukturierte Blende hergestellt.
Die insbesondere lithographische Maske, mit der die Anordnung der wenigstens einen vorgegebenen Stelle vorgegeben wird, umfasst in einer Ausführung eine Metallschicht, insbesondere eine Chromschicht, vorzugsweise auf Glas.
Der photographische Lack wird vorzugsweise mit einer Dicke von weniger als 5µm oder weniger als 10µm insbesondere mit 5 µm aufgebracht.
Der aufgebrachte Lack wird in einer Ausführung mit einem Temperaturprofil erhitzt, das eine mit wenigstens 100° C je Minute ansteigende Temperatur und eine darauffolgende insbesondere daran anschließende Temperatur zwischen 700° C und 750° C aufweist. Dadurch wird die Blende besonders effizient insbesondere mittels einer Rapid-Thermal-Processing-Anlage aus veraschtem Photolack hergestellt.
Der Lack wird in einer Ausführung nach Entfernen des unbelichteten Lacks mit einer metallischen Dünnschicht überzogen.
Vorzugsweise umfasst das holographische Material eine Folie, insbesondere eine Polymerfolie, wobei die Folie auf die Maske auflaminiert wird, wobei die Folie nach Belichten entfernt und/oder gebleicht wird. Durch das Bleichen wird das Hologramm fixiert. Durch das Entfernen der Folie ist die Maske für eine weitere Belichtung wiederverwertbar.
Vorzugsweise wird auf zwei Seiten des holographischen Materials je eine Maske angeordnet. Dadurch ist das holographische Material von zwei Seiten vor Streulicht geschützt.
Das Verfahren kann für eine Aufnahmetechnik für Hologramme, z.B. für Matrix-Hologramme mit überlappenden oder gezielt mit einer Lücker versehenen Matrix-Elementen die folgenden weiteren Schritte vorsehen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Maske und das holographische Material zueinander bewegbar angeordnet werden, wobei die Maske und das holographische Material während des Belichtens oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungen relativ zueinander insbesondere elektromotorisch bewegt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Träger vorzugsweise relativ zum holographischen Material fixiert und die Maske oder der Träger oder das holographische Material bewegt wird.
Die Vorrichtung zum Belichten eines holographischen Materials umfasst eine Aufnahme für das holographische Material und eine Maske, die wenigstens eine Öffnung zum Belichten des holographischen Materials aufweist, wobei das holographische Material auf die Maske aufgebracht ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, das holographische Material durch die wenigstens eine Öffnung in der Maske zu belichten.
Die Vorrichtung umfasst in einer Ausführung einen Antrieb, der ausgebildet ist, die Maske oder einen am holographischen Material fixierten Träger für die Maske oder das holographische Material insbesondere während eines Belichtens des holographischen Materials oder zwischen zwei Belichtungen des holographischen Materials zu bewegen.
Die Vorrichtung umfasst in einer Ausführung eine Anlage, die ausgebildet ist, das Verfahren auszuführen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der folgenden Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar. In der Zeichnung zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Belichten eines holographischen Materials,
2 Schritte in einem Verfahren zum Belichten des holographischen Materials,
3 eine schematische Darstellung des holographischen Materials mit einer Maske,
4 eine schematische Darstellung des holographischen Materials mit zwei Masken,
5 eine Maske zur Vorgabe einer Anordnung einer Öffnung zum Belichten des holographischen Materials an wenigstens einer vorgegebenen Stelle.

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Anlage 110 zum Belichten eines holographischen Materials 102 wiedergegeben.
Die Vorrichtung 110 umfasst eine Aufnahme 112 für das holographische Material 102.
Das holographische Material 102 ist auf ein Maske 104 aufgebracht.
Im Beispiel ist die Maske 104 auf einen Träger 106, insbesondere Glas oder Silizium aufgebracht. Der Träger 106 ist optional.
Die Maske 102 weist wenigstens eine Öffnung 108 zum Belichten des holographischen Materials 102 auf.
Das holographische Material 102 ist auf die Maske 104 aufgebracht.
Die Anlage 110 ist ausgebildet, das holographische Material 102 durch die wenigstens eine Öffnung 108 in der Maske 104 zu belichten.
Die Belichtung erfolgt im Beispiel in herkömmlicher Weise.
Optional umfasst die Vorrichtung 110 einen Antrieb 114.
Der Antrieb 114 ist ausgebildet, die Maske 104 während des Belichtens des holographischen Materials 102 oder zwischen zwei Belichtungen des holographischen Materials 102 zu bewegen.
Mittels geeigneter Ansteuerung des Antriebs 114, zu der die Vorrichtung 110 im Beispiel ausgebildet ist, ist eine Realisierung unterschiedlicher Aufnahmetechniken für Hologramme möglich, z.B. zur Herstellung eines Matrix-Hologramms mit entweder überlappenden oder gezielt mit einer Lücke versehenen Matrix-Elementen
Es kann vorgesehen sein, dass der Träger 106 am holographischen Material 102 fixiert ist. Der Antrieb 114 kann ausgebildet sein, den am holographischen Material 102 fixierten Träger 106 für die Maske 104 zu bewegen. Der Antrieb 114 kann ausgebildet sein das holographische Material 102 zu bewegen.
Die Vorrichtung 110 kann eine in 1 nicht dargestellte Anlage umfassen, die ausgebildet ist, das im folgenden beschriebene Verfahren auszuführen.
In 2 sind Schritte in einem Verfahren zum Belichten des holographischen Materials 102 dargestellt.
In einem Schritt 202 wird das zu belichtende holographische Material 102 bereitgestellt.
In einem Schritt 204 wird die Maske 104 bereitgestellt. Die Maske 104 weist die wenigstens eine Öffnung 108 zum Belichten des holographischen Materials 102 auf.
Optional wird in einem Schritt 206 der Träger 106, insbesondere ein Glas- oder Silizium-Träger, bereitgestellt. Die wenigstens eine Öffnung 108 wird in einer Ausführung durch den Träger 106 geätzt.
In einer Ausführung wird ein photographischer Lack auf den Glas-Träger aufgebracht. Der photographische Lack wird z.B. mit einer Dicke zwischen 1 µm und 5 µm insbesondere mit 5 µm aufgebracht.
Der aufgebrachte Lack wird an wenigstens einer vorgegebenen Stelle belichtet. Der Lack wird z.B. durch eine Maske belichtet, mit der die Anordnung der wenigstens eiben Öffnung an wenigstens einer vorgegebenen Stelle vorgegeben wird. Diese Maske umfasst in einem Beispiel eine Metallschicht, insbesondere eine Chromschicht auf Glas.
Der aufgebrachte Lack wird an wenigstens einer unbelichteten Stelle entfernt.
Es kann vorgesehen sein, dass der aufgebrachte Lack mit einem Temperaturprofil erhitzt wird, das eine mit wenigstens 100° C je Minute ansteigende Temperatur und eine darauffolgende insbesondere daran anschließende Temperatur zwischen 700° C und 750° C aufweist. Dadurch wird der Lack verascht.
Es kann vorgesehen sein, dass der Lack stattdessen nach Entfernen des unbelichteten Lacks mit einer metallischen Dünnschicht überzogen wird.
Dadurch wird der Lack intransparent oder weniger transparent.
In einem optionalen Schritt 208 wird die Maske 104 auf den Träger 106 aufgebracht.
In einem Schritt 210 wird das holographische Material 102 auf die Maske 104 aufgebracht.
In einer Ausführung umfasst das holographische Material 102 eine Folie, wobei die Folie auf die Maske 104 auflaminiert wird. Die Folie ist z.B. eine Polymerfolie.
In einem Schritt 212 wird das holographische Material 102 durch die wenigstens eine Öffnung 108 in der Maske 104 belichtet.
In einer Ausführung wird die Folie nach Belichten entfernt. In einer Ausführung wird die Folie nach Belichten gebleicht. In einer Ausführung wird die Folie nach dem Belichten entfernt und dann gebleicht. Die Maske 104 wird in einer Ausführung nach dem Entfernen der Folie zum Belichten eines anderen holographischen Materials wiederverwendet.
In 3 ist ein Beispiel für die Anordnung des holographischen Materials 102 auf der Maske 104 dargestellt, wobei die Maske 102 auf dem Träger 106 angeordnet ist. Die Maske 104 ist zwischen dem holographischen Material 102 und dem Träger 106 angeordnet. Die Maske 104 umfasst mehrere Öffnungen 108.
In dem holographischen Material 102 ist ein Hologramm 300 dargestellt.
In 3 ist eine erste Wellenfront 302 und eine zweite Wellenfront 304 zum Belichten zur Aufnahme eines Transmissions-Hologramms dargestellt, die auf derselben Seite des Trägers 106 eintreffen. Eine Beeinflussung des Hologramms 300 durch Streulicht 306 wird durch die Maske 104 vermieden.
Das unbelichtete holographische Material 102 umfasst z.B. 15 µm dickes Photopolymer und 50 µm dicke Trägerfolie. Das holographische Material 102 ist z.B. auf 5 µm dickem strukturiertem, d.h. mit den Öffnungen 108 versehenen, Lack aufgebracht. Dadurch ergibt sich eine scharfe Apertur, welche die beiden Wellenfronten begrenzt. Das Hologramm entsteht in einem sich überscheidenden Bereich der beiden Wellenfronten im holographischen Material 102 und wird damit in seinen Ausmaßen durch die Apertur begrenzt.
Es kann vorgesehen sein, dass auf zwei Seiten des holographischen Materials 102 je eine Maske 104 angeordnet wird.
In 4 ist ein Beispiel für die Anordnung des holographischen Materials 102 auf zwei Masken 104 dargestellt, wobei auf je einer Seite des holographischen Materials 102 je eine Maske 104 anageordnet ist. Die Masken 104 sind im Beispiel auf einander gegenüberliegenden Seiten des holographischen Materials 102 zwischen einem jeweiligen Träger 106 und dem holographischen Material 102 angeordnet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Maske 104 und das holographische Material 102 zueinander bewegbar angeordnet werden.
Die Maske 104 und das holographische Material 102 werden z.B. während des Belichtens oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungen relativ zueinander insbesondere elektromotorisch bewegt.
Es kann vorgesehen sein, dass der Träger 106 relativ zum holographischen Material 102 fixiert wird und die Maske 104 oder der Träger 106 oder das holographische Material 102 bewegt wird.
In 5 ist eine Maske 500 zur Vorgabe einer Anordnung von Öffnungen zum Belichten des holographischen Materials 102 an vorgegebenen Stellen dargestellt.
Im Beispiel ist eine lithografische Maske mit verschiedenen Strukturen in einer Draufsicht dargestellt, in der schraffierte Bereiche die Bereiche darstellen, an welchen sich nach der Belichtung kein Photolack mehr befindet und damit eine Apertur, d.h. eine Öffnung 108, für die Aufnahmewellenfronten entsteht. Mit der Maske 500 lassen sich z.B. an den in 5 dargestellten Stellen, die in 5 dargestellten quadratischen, runden, rechteckförmigen oder dreieckförmigen Hologramme herstellen.

Claims

Verfahren zum Belichten eines holographischen Materials (102), dadurch gekennzeichnet, dass das holographische Material (102) auf eine Maske (104) aufgebracht wird (210), die wenigstens eine Öffnung (108) zum Belichten des holographischen Materials (102) aufweist, wobei das holographische Material (102) durch die wenigstens eine Öffnung (108) in der Maske (104) belichtet wird (212).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske eine Materialstärke von weniger als 5µm oder weniger als 10µm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (104) auf einen transparenten Träger (106), insbesondere Glas aufgebracht wird (208).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (104) auf einen intransparenten Träger, insbesondere Silizium, aufgebracht wird (208), wobei der intransparente Träger an wenigstens einer Stelle über seine gesamte Materialsträke hinweg entfernt wird, insbesondere durch Durchätzen auf seine Rückseite.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (108) durch den Träger (106) strukturiert, insbesondere geätzt wird, wobei die Größe der Öffnung kleiner oder gleich einer Wellenlänge eines zum Belichten verwendeten Lichts ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (106) Glas umfasst, wobei die Maske (104) einen photographischen Lack umfasst, wobei der Lack auf das Glas aufgebracht wird, wobei der aufgebrachte Lack an wenigstens einer vorgegebenen Stelle belichtet wird, wobei der aufgebrachte Lack an wenigstens einer unbelichteten Stelle entfernt wird, wobei die Anordnung wenigstens einer vorgegebenen Stelle mit einer insbesondere lithographischen Maske vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die insbesondere lithographische Maske, mit der die Anordnung der wenigstens einen vorgegebenen Stelle vorgegeben wird, eine Metallschicht umfasst, insbesondere eine Chromschicht auf Glas.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der photographische Lack mit einer Dicke von weniger als 5µm oder weniger als 10µm insbesondere mit 5 µm aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgebrachte Lack mit einem Temperaturprofil erhitzt wird, das eine mit wenigstens 100° C je Minute ansteigende Temperatur und eine darauffolgende insbesondere daran anschließende Temperatur zwischen 700° C und 750° C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack nach Entfernen des unbelichteten Lacks mit einer metallischen Dünnschicht überzogen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das holographische Material (102) eine Folie, insbesondere eine Polymerfolie umfasst, wobei die Folie auf die Maske (104) auflaminiert wird, und dass die Folie nach Belichten entfernt und/oder gebleicht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei Seiten des holographischen Materials (102) je eine Maske (104) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (104) und das holographische Material (102) zueinander bewegbar angeordnet werden, wobei die Maske (104) und das holographische Material (102) während des Belichtens oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungen relativ zueinander insbesondere elektromotorisch bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (106) relativ zum holographischen Material (102) fixiert wird und die Maske (104) oder der Träger (106) oder das holographische Material (102) bewegt wird.
Vorrichtung (110) zum Belichten eines holographischen Materials (102), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (110) eine Aufnahme (112) für das holographische Material (102) und eine Maske (104), die wenigstens eine Öffnung (108) zum Belichten des holographischen Materials (102) aufweist, umfasst, wobei das holographische Material (102) auf die Maske (104) aufgebracht ist, wobei die Vorrichtung (110) ausgebildet ist, das holographische Material (102) durch die wenigstens eine Öffnung (108) in der Maske (104) zu belichten.
Vorrichtung (110) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (110) einen Antrieb (114) umfasst, der ausgebildet ist, die Maske (104) oder einen am holographischen Material (102) fixierten Träger (106) für die Maske (104) oder das holographische Material (102) insbesondere während eines Belichtens des holographischen Materials (102) oder zwischen zwei Belichtungen des holographischen Materials (102) zu bewegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Anlage umfasst, die ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.