DE10358937A1 - Grid panel, for large visible surface areas, is composed of micro-structured diffraction units to give a two-dimensional diffraction of light rays for a variety of design effects - Google Patents
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Abstract
Description
STAND DER TECHNIKSTATE OF TECHNOLOGY
Die vorliegende Erfindung betrifft Mikro- und Nanostrukturtechnologien und insbesondere Gitteranordnungen für zweidimensionale optische Gitter.The The present invention relates to micro and nanostructure technologies and in particular grating arrangements for two-dimensional optical Grid.
Eindimensionale optische Gitter sind derzeit im wesentlichen nur zum Einbau in Spektrometer für den Bereich der Spektralanalyse bekannt. Sie habe echte zweidimensionale Ausmaße, etwa in Form eines Rechtecks im Bereich von bis zu 20 cm Kantenlänge und bestehen aus hochwertigen Materialien, wobei die Gitterstruktur eine Gitterperiode aufweist, die in der derselben Größenordnung wie die zugehörige Lichtwellenlänge liegt. Das Gitter entsteht meist durch feines, sequentielles Ritzen mittels Diamantspitzen, um Furchen in einem geeigneten Vollmaterial hinein zu generieren. Es liegt dabei eine periodische Anordnung von vielen rechteckförmigen Linien der Maße b1 und b2 vor. Da bei diesen Gittern b1 >> b2 gilt, bezeichnet man diese als eindimensional.dimensional Optical grids are currently essentially only for incorporation into spectrometers for the Area of spectral analysis known. You have real two-dimensional proportions, approximately in the form of a rectangle in the range of up to 20 cm edge length and are made of high quality materials, with the lattice structure has a grating period which is of the same order of magnitude like the associated one Light wavelength lies. The grid is usually created by fine, sequential scribing using diamond tips, around furrows in a suitable solid material into it. There is a periodic arrangement of many rectangular ones Lines of measurements b1 and b2 before. Because with these grids b1 >> b2 applies, they are called one-dimensional.
Die Beugungseffekte, die man am Gitter erzielen kann, sind bekannt. Sie beruhen auf der Überlagerung von Elementarstrahlen, die durch Streuung oder Beugung (Streuung, Reflexion und partielle Transmission) an Strukturelementenden Hindernissen, die hiernach folgend auch als Streu- oder Mesa-Beugungskörper bezeichnet werden, erfolgt. Man kann interessant aussehende Interferenzmuster erzeugen.The Diffraction effects that can be achieved on the grid are known. They are based on the overlay of elementary rays scattered or diffracted (scattering, Reflection and partial transmission) at structural element ends obstacles, hereafter referred to as a stray or mesa diffractive body be done. You can get interesting-looking interference patterns produce.
Im Fall zweidimensionaler Gitter, also wenn b1 und b2 in derselben Größenordnung zueinander und der Größenordnung der Lichtwellenlänge liegen, wird das Licht in den gesamten Halbraum gebeugt. Dies wird theoretisch beispielsweise in Pedrotti, „Optik, eine Einführung", Prentice Hall 1996, S. 479 ff, diskutiert. Eine „kreuzartig zweidimensionale" Figur entsteht als Beugungsbild, anstelle einer „linienartigen eindimensionalen" Figur bei Verwendung eines eindimensionalen Gitters.in the Case of two-dimensional lattice, so if b1 and b2 in the same Magnitude to each other and the order of magnitude the wavelength of light lie, the light is diffracted throughout the half space. this will theoretically for example in Pedrotti, "Optics, an Introduction", Prentice Hall 1996, P. 479 ff., Discussed. A "cruciform two-dimensional figure arises as a diffraction image, instead of a "line-like one-dimensional" figure in use a one-dimensional grid.
Weiter sind zweidimensionale Gitter bekannt, die willkürliche Formen als Beugungselemente anstelle der oben genannten Gitterstege (Rippen) und Furchen (Gittergräben) haben. Eine besondere Ausgestaltung, sind dabei Hologramme, bei denen die Gitteranordnungen so gestaltet sind, dass deren Fouriertransformation ein gewünschtes Bild mit Wiedererkennungswert für das menschliche Auge hat, siehe etwa die Hologramme auf Geldscheinen.Further For example, two-dimensional lattices are known which have arbitrary shapes as diffraction elements instead of the above grid bars (ribs) and furrows (grid trenches) have. A special embodiment, are holograms in which the Grid arrangements are designed so that their Fourier transform a desired one Image with recognition value for the human eye has, see about the holograms on bills.
Diese zweidimensionalen optischen Gitter werden insbesondere dann, wenn sie nicht nur parallele Linienstrukturen als Beugungszentren, sondern eine zweidimensionale Matrix aus einzelnen punkthaften Beugungszentren besitzen, zweckmäßigerweise mit lithographischen Verfahren und entsprechender Dünnschichttechnologie hergestellt.These Two-dimensional optical gratings are used in particular when They not only parallel line structures as diffraction centers, but one two-dimensional matrix of individual point-like diffraction centers possess, suitably with lithographic processes and appropriate thin-film technology produced.
Nachteilig an diesen Anordnungen ist, dass sie im Stand der Technik nur relativ kleinräumig hergestellt werden, etwa in Form von experimentell bei Spektroskopen verwendeten Gittern im Bereich bis etwa 20 cm mal 20 cm, oder in Form von Hologrammen im Bereich bis zu etwa 1 × 1 Quadratmeter ( 1 m2). Damit reduzieren sich die ästhetisch durchaus ansprechenden Beugungserscheinungen wie polychrome Interferenzmuster auf kleinere Bereiche.A disadvantage of these arrangements is that they are produced in the prior art only relatively small-scale, such as in the form of lattice experimentally used in spectroscopes in the range up to about 20 cm by 20 cm, or in the form of holograms in the range up to about 1 × 1 Square meters (1 m 2 ). This reduces the aesthetically pleasing diffraction phenomena such as polychrome interference patterns to smaller areas.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, solche Anordnungen diffraktiver Elemente, im folgenden kurz als „Gitteranordnungen" oder „Gitter" bezeichnet, völlig anders einzusetzen.task Therefore, it is the object of the present invention to make such arrangements more diffractive Elements, hereafter referred to as "grid arrangements" or "grid", are completely different use.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF INVENTION
Der Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 löst diese Aufgabe.Of the The subject matter with the features of claim 1 solves this problem.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of respective subject of the invention.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der grundliegenden Erkenntnis, dass ein zweidimensionales Gitter mit beliebigen Anordnungen und Mustern von Beugungszentren beispielsweise auf lithographischem Weg auch großflächig hergestellt werden kann.The present invention is based on the basic knowledge, that a two-dimensional grid with arbitrary arrangements and Patterns of diffraction centers, for example, on lithographic Way made also large area can be.
Der Begriff Gitter ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung in einer allgemeinen Form verwendet, welche die vier Gittertypen (Phasentransmissionsgitter, Phasenreflexionsgitter, Amplitudentransmissionsgitter und Amplitudenreflexionsgitter) einschließt, sowie beliebige Variationen der lateralen Ausdehnung der Mesa (Berge, Stege) und der Mesazwischenräume (Täler, Furchen, Gräben). Es ist also ein Gitter mit lateral beliebig variierender Periode und Tastverhältnis gemeint.Of the Term grid is for the purposes of the present invention in a general form using the four types of lattice (phase transmission grating, Phase reflection grating, amplitude transmission grating and amplitude reflection grating), as well as any variations of the lateral extent of the mesa (mountains, Footbridges) and the Mesazwischenräume (Valleys, Furrows, trenches). It is therefore a lattice with laterally varying periods and duty cycle meant.
Gemäß dem Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung wird eine neue Verwendung einer zweidimensional aufgebauten, optisch wirkenden Vorrichtung in Form eines Gitters offenbart, mit einer Mehrzahl von mit einer gemeinsamen Grundträgerfläche verbundenen Einzelkörpern, wobei die Einzelkörper so gestaltet, angeordnet und zueinander beabstandet sind, dass sie als Beugungszentren für Lichtstrahlen wirken, und wobei die Einzelkörper Strukturelemente aus einem Dünnschichtherstellungsprozess sind, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine gezielt lateral strukturierte Anordnung von zahlreichen, diffraktiven Elementen darstellt, und zur Gestaltung von großen Flächen durch großflächige Beugungsmuster verwendet wird.According to the main aspect In the present invention, a new use of a two-dimensional constructed, optically acting device in the form of a grid disclosed with a plurality of connected to a common base support surface Individual bodies, whereby the single bodies so are designed, arranged and spaced from each other that they as diffraction centers for Light rays act, and wherein the single body structural elements of a Thin-film manufacturing process which is characterized by being a targeted lateral structured arrangement of numerous, diffractive elements represents, and for the design of large areas by large-scale diffraction patterns is used.
Besonders vorteilhaft ist daher eine Verwendung, bei der diese Vorrichtung als Bauelement bei einer Bautätigkeit zur Errichtung oder Renovierung von Gebäudefassaden eingesetzt wird, oder bei der mobile Systeme mit relativ großen, sichtbaren Flächen erfindungsgemäß ausgestattet werden, etwa die Karosserieflächen von Kraftfahrzeugen (PKW, LKW incl. Anhängern, Busse, Bahnen), oder die großen Flächen von Flugzeugen.Especially therefore advantageous is a use in which this device as a component in a construction activity used for the construction or renovation of building facades, or equipped in the mobile systems with relatively large, visible surfaces according to the invention be, such as the body surfaces of motor vehicles (cars, trucks incl. trailers, buses, trains), or the big ones surfaces of aircraft.
Weiter wird vorgeschlagen, diese Anordnung mit Gitterwirkung als modulweise replizierbares, flächenhaftes, architektonisch verwendbares Bauelement mit geeigneter Schutzabdeckung gegen die Witterungseinflüsse herzustellen. Damit lassen sich dann weite Fassadenflächen bestücken. Dazu enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung Verbindungselemente, mit denen sie mit anderen Vorrichtungen der gleichen Art randseitig zu einem Panel-Bauelement verbunden werden kann. Dafür kommen bspw. Steckbare Rastungen, andere verriegelbare Steckverbindungen oder andere, im Stand der Technik bekannte Verbindungselemente wie etwa einrastende, in Frage. Ein Panel zur Abdeckung einer Fläche von einem Quadratmeter besteht beispielsweise aus einer zusammengesetzten Anordnung aus einer 10 × 10 Matrix aus erfindungsgemäßen Beugungsvorrichtungen, die jeweils quadratische Gestalt haben mit einer Kantenlänge von 10 cm.Further It is proposed that this arrangement with grid effect as a module replicable, areal, architecturally usable component with suitable protective cover against the weather manufacture. This can then be used to equip wide façade surfaces. To contains the device according to the invention Connecting elements with which they are compatible with other devices same type edge to be connected to a panel component can. Therefore come, for example. Plug-in detents, other lockable connectors or other known in the art connecting elements such as about latching, in question. A panel to cover an area of one Square meters, for example, consists of a compound Arrangement of a 10 × 10 Matrix of diffraction devices according to the invention, each having a square shape with an edge length of 10 centimeters.
Wenn dabei noch preisgünstige Ausgangsstoffe und Rohmaterialien verwendet werden, ist damit der Weg frei für ein preisgünstig herstellbares Massenprodukt, das architektonisch vorteilhaft eingesetzt werden kann, um damit interessante Beugungsmuster zu erzielen oder bei langsamer Änderung des Betrachtungswinkels schöne Farbeffekte großflächig erkennen zu können.If while still inexpensive Starting materials and raw materials are used, is thus the Way for free a cheap producible mass product that used architecturally advantageous can be used to achieve interesting diffraction patterns or at slow change the viewing angle beautiful Detect color effects over a large area to be able to.
Einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung folgend werden sogenannte Billigmaterialien zur Herstellung der Gitter verwendet, wobei:
- a) das Material für die Grundträgerfläche vorgewählt ist aus der Gruppe: organische oder anorganische Gläser, Kunststoffe, insbesondere Polymere, Metalle,
- b1) das Material für die Einzelkörper so gewählt ist, dass es allgemein als ätzbare Schicht oder als Opferschicht in einem Ätzprozess selektiv zu einem der vorgewählten Materialien geeignet ist, oder
- b2) das Material für die Einzelkörper so gewählt ist, dass es selektives Wachstum erlaubt, insbesondere durch Anwenden von Galvanik in tiefenlithographisch geformtem Polymethylmethacrylat (PMMA).
- a) the material for the base support surface is selected from the group: organic or inorganic glasses, plastics, in particular polymers, metals,
- b1) the material for the individual bodies is chosen such that it is generally suitable as an etchable layer or as a sacrificial layer in an etching process selective to one of the preselected materials, or
- b2) the material for the individual bodies is chosen so that it allows selective growth, in particular by applying electroplating in deep lithographic molded polymethyl methacrylate (PMMA).
Wenn die Einzelkörper der erfindungsgemäßen Vorrichtung in regelmässiger Matrixform aus parallelen Zeilen und parallelen Spalten angeordnet sind, erleichtert sich deren Herstellung und Ansteuerung.If the single bodies the device according to the invention in regular Matrix form of parallel rows and parallel columns are arranged, facilitates their production and control.
Vorteilhaft können die Materialen für die Grundträgerflächen, auf denen eine jeweilige Vielzahl von Einzelkörpern steht, durch Wahl bspw. von Glas, Plexiglas, Kunststoffen, insbesondere Polymeren, tatsächlich so gewählt werden, dass zumindest der Materialwert der Grundträgerfläche eines Moduls mit einer Kantenlänge bspw. von knapp 25 cm sehr niedrig liegt.Advantageous can the materials for the basic support surfaces, on which is a respective plurality of individual bodies, by choice eg. of glass, Plexiglas, plastics, especially polymers, in fact so chosen be that at least the material value of the basic support surface of a Module with one edge length For example, from just under 25 cm is very low.
Als Material für die diffraktiven Elemente – die Einzelkörper – empfiehlt sich grundsätzlich ein solches Material, das eine gewisse, langzeitstabile Formfestigkeit besitzt und gleichzeitig gut geeignet ist, um in einem Ätzprozess gegebenenfalls auch als Opferschicht zu dienen. Dabei kommen verschiedene Polymere wie z.B. thermotrope Hauptketten-Flüssigkristalline-Polymere, und in besonderer Weise auch handelsüblicher Fotolack in Frage, der gleichmäßig aufgetragen werden kann, um eine einheitliche Schichtdicke zu bilden.When Material for the diffractive elements - the Single body - recommends basically Such a material, which has a certain, long-term stable dimensional stability owns and at the same time is well suited to in an etching process if necessary also serve as a sacrificial layer. There are different ones Polymers such as e.g. thermotropic backbone liquid crystalline polymers, and in a special way also commercially available photoresist in question, applied evenly can be used to form a uniform layer thickness.
Um eine hohe Festigkeit der Einzelkörper zu erreichen, können diese Stellen zuvor komplett aus dielektrischen Materialien z.B. aus geeigneten Silizium-Stickstoffverbindungen, etwa Si3N4, oder Siliziumoxide, besonders Siliziumdioxid (SiO2) gefertigt werden.In order to achieve a high strength of the individual bodies, these locations can previously be made entirely of dielectric materials, for example of suitable silicon-nitrogen compounds, such as Si 3 N 4 , or silicon oxides, especially silicon dioxide (SiO 2 ).
Alternativ kann das Material für die Einzelkörper so gewählt werden, dass es selektives Wachstum erlaubt, insbesondere durch Anwenden von Galvanik in tiefenlithographisch geformtem Polymethylmethacrylat – Acrylglas (PMMA).alternative can the material for the single bodies so chosen be that it allows selective growth, in particular by Using electroplating in deep lithographic polymethyl methacrylate - acrylic glass (PMMA).
ZEICHNUNGENDRAWINGS
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die genannten Einzelkörper dienen als Beugungskörper im Sinne der Erzielung von Beugungseffekten.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained. The mentioned single body serve as a diffraction body in the sense of achieving diffraction effects.
Es zeigen:It demonstrate:
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Components.
Mit
Bezug zu
Die
Einzelmodule
Mit
weiterem Bezug zu
Zwei
Einzelmodule
Mit
Bezug zu
Die
Einzelkörper
Die
Kantenmaße
dieser Einzelkörper,
der Beugungskörpers
Im folgenden werden grundlegende Leitlinien für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Beugungskörpervorrichtung gegeben. Zunächst ist dabei festzustellen, dass die Basis der Herstellung übliche, im Stand der Technik bekannte Dünnschichtherstellungsprozesse sind, bei denen dünne Schichten durch Aufdampfen, Aufschleudern, Tauchbeschichtung, Sputtern, Galvanisieren, etc. hergestellt werden, und die durch weitere lithografische Herstellungsprozesse dann kleinräumig und meist in planparallelem Aufbau zu den vorher aufgebrachten Schichten strukturiert werden können, je nach dem, wie groß die Strukturen in der Fotomaske sind. Insoweit wird vollständig auf Lehrbücher verwiesen, die die vorgenannten Techniken beschreiben.in the The following are basic guidelines for the manufacture of a diffractive body device according to the invention given. First It should be noted that the basis of the production usual, in The prior art known thin film manufacturing processes are where thin ones Layers by vapor deposition, spin coating, dip coating, sputtering, Galvanizing, etc. are produced, and by further lithographic Manufacturing processes then small-scale and usually in plane-parallel construction to the previously applied layers can be structured depending on how big the Structures in the photomask are. In that regard is completely on textbooks referenced, which describe the aforementioned techniques.
Herstellungsverfahren:Production method:
Im folgenden werden grundlegende Leitlinien für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Beugungskörpervorrichtung gegeben. Zunächst ist dabei festzustellen, dass die Basis der Herstellung übliche, im Stand der Technik bekannte Dünnschichtherstellungsprozesse sind, bei denen dünne Schichten durch Aufdampfen, Aufschleudern, Tauchbeschichtung, Sputtern, Galvanisieren, etc. hergestellt werden, und die durch weitere lithografische bzw. fotolithografische Herstellungsprozesse dann kleinräumig und meist in oberflächenmikromechanischem planparallelem Aufbau zu den vorher aufgebrachten Schichten strukturiert werden können, je nach dem, wie groß die Strukturen in der Fotomaske sind. Insoweit wird vollständig auf Lehrbücher verwiesen, die die vorgenannten Techniken beschreiben.in the The following are basic guidelines for the manufacture of a diffractive body device according to the invention given. First It should be noted that the basis of the production usual, in The prior art known thin film manufacturing processes are where thin ones Layers by vapor deposition, spin coating, dip coating, sputtering, Galvanizing, etc. are produced, and by further lithographic or photolithographic manufacturing processes then small-scale and mostly in surface micromechanical plane-parallel structure to the previously applied layers structured can be depending on how big the Structures in the photomask are. In that regard is completely on textbooks referenced, which describe the aforementioned techniques.
Herstellungsverfahren
auf der Basis der Oberflächenmikromechanik:
Im
folgenden werden die wichtigsten Herstellungsmerkmale exemplarisch
für das
in
- I. Für
eine Verwendung als Fassadenelement und zur Herstellung von Einzelmodulen
quadratischer Form mit einer Kantenlänge von knapp 12,5 cm wird
als Grundträgerfläche
30 eine dünne Glasscheibe als Glassubstrat mit diesen Abmessungen verwendet. Anstelle von anorganischem Glas kann auch ein anderes transparentes Material, organische Gläser (z.B. Plexiglas), transparente Kunststoffe bzw. Polymere evtl. unter Beimischung einer Abtönfarbe verwendet werden. - IIa). In einem zweiten Schritt erfolgt das Aufbringen einer ätzbaren
Gitterschicht – oder
im Falle von gewollten Unterätzungen,
um eine gewisse Beweglichkeit der Einzelkörper zu er zielen, einer Opferschicht – mit definierter
Dicke, die im wesentlichen durch die Höhe der in
3 dargestellten Beugungskörper – diffraktiven Elemente –31 vorgegeben ist. Die Höhe der Opferschicht sollte wenigstens so hoch sein, dass ein gut sichtbarer Beugungseffekt entstehen kann, etwa eine Höhe von mindestens 50 Nanometern, oder mindestens circa einem Viertel der Wellenlänge.
In the following, the most important manufacturing characteristics are exemplary for the in
- I. For use as a facade element and for the production of single modules square shape with an edge length of almost 12.5 cm is used as a basic support surface
30 a thin glass plate as a glass substrate with these dimensions used. Instead of inorganic glass, it is also possible to use another transparent material, organic glasses (eg Plexiglas), transparent plastics or polymers possibly with the addition of a tinting ink. - IIa). In a second step, the application of an etchable grid layer - or in the case of intentional undercuts, to a certain mobility of the individual body to he aim, a sacrificial layer - with a defined thickness, which is essentially determined by the height of in
3 illustrated diffraction bodies - diffractive elements -31 is predetermined. The height of the sacrificial layer should be at least so high that a highly visible diffraction effect can occur, such as a height of at least 50 nanometers, or at least about a quarter of the wavelength.
Der Einfachheit halber wird im folgenden nicht zwischen ätzbarer Gitterschicht und Opferschicht unterschieden, beides soll unter dem Begriff „Opferschicht" verstanden werden.Of the For the sake of simplicity, the following will not distinguish between etchable Grid layer and sacrificial layer distinguished, both should be under the term "sacrificial layer".
Diese
Opferschicht soll die Beugungskörper
Als Materialien der Opferschicht kommen in erster Linie solche Materialien in Frage, die sich gegenüber allen anderen verwendeten Materialien selektiv ätzen lassen und die gegenüber Witterung, Feuchtigkeit und Temperaturunterschieden relativ unempfindlich sind, eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen und kein nennenswertes plastisches Fließen aufweisen (ohne Hysterese). Beispielsweise kommen Materialien, etwa Polymethylmethacrylat, Siliziumdioxid oder ein UV-Fotolack in Frage, solange er sich mit einer definierten Dicke auftragen lässt.When Materials of the sacrificial layer come primarily such materials in question, facing each other all other materials used can be selectively etched and weathered, moisture and temperature differences are relatively insensitive, a sufficient have mechanical strength and no appreciable plastic Flow have (without hysteresis). For example, come materials, such as Polymethyl methacrylate, silica or a UV photoresist in question, as long as it can be applied with a defined thickness.
Beispielhaft sei ferner die Materialklasse der thermotropen Hauptketten-Flüssigkristalline-Polymere genannt. Diese Materialklasse lässt sich mit bestimmten organischen Lösungsmitteln einerseits gut lösen (Opferschichteigenschaft) und erfüllt auf der anderen Seite auch relativ hohe, mechanische Stabilitätskriterien,.
- II.b). Alternativ zu IIa) wird eine Variante
angegeben, welche Beugungskörper
31 mit erhöhter Festigkeit liefert. Im wesentlichen wird dabei der Prozessschritt IIa) wie folgt ersetzt. Dazu wird ein tiefenlithographiefähiger Photolack (z.B. PMMA) aufgebracht, in welchem die Formen aller Einzelkörper31 durch Belichten und Entwickeln als Negativ definiert werden. Durch selektives Auffüllen beispielsweise durch galvanische Prozesse, werden stabile Beugungskörper etwa als Quader oder Zylinderformen definiert. Nachfolgend werden die weiter unten folgenden Prozessschritte IV, V, und VI angewandt, wobei der verbleibende Photolack (Opferschicht) nasschemisch entfernt wird. - III. In einem weiteren Schritt werden vorzugsweise am Rand eines jeden Einzelmoduls umlaufende Abstandhalter aufgebracht, beispielsweise aus dem selben Material wie die vorgenannte Opferschicht, um in einem weiteren (späteren) Schritt das Anbringen einer äußeren Schutzschicht bewirken zu können, die sich flächig über die gesamte Modulfläche erstreckt, um eine hermetische Versiegelung gegen Staub und Feuchtigkeit sowie einen Spannungsschutz zu realisieren. Diese Schutzschicht kann beispielsweise auf die vorgenannten Abstandhalter, die besonders bevorzugt als umlaufende Randbegrenzung vorliegt, durch Kleben aufgebracht werden.
- IV. In einem nächsten
Schritt wird die vertikale Strukturierung vorgenommen, indem ein Ätzvorgang
senkrecht zur Grundplatte
30 hin vorgenommen wird. Anschließend werden selektiv die oben beschriebenen Teile der Opferschicht entfernt.
- II.b). Alternative to IIa), a variant is given which diffraction bodies
31 delivers with increased strength. Essentially, the process step IIa) is replaced as follows. For this purpose, a deep lithography photoresist (eg PMMA) is applied, in which the forms of all individual bodies31 be defined as negative by exposure and development. By selective filling, for example, by galvanic processes, stable diffraction bodies are defined approximately as cuboids or cylindrical shapes. Subsequently, the process steps IV, V, and VI below are applied, whereby the remaining photoresist (sacrificial layer) is removed wet-chemically. - III. In a further step, peripheral spacers are preferably applied to the edge of each individual module, for example of the same material as the aforementioned sacrificial layer, in order to be able to attach an outer protective layer in a further (later) step, which extends over the entire module surface to provide a hermetic seal against dust and moisture as well as voltage protection. This protective layer can be applied by gluing, for example, to the abovementioned spacers, which are particularly preferably in the form of peripheral boundary.
- IV. In a next step, the vertical structuring is done by etching perpendicular to the base plate
30 is made. Subsequently, the above-described parts of the sacrificial layer are selectively removed.
Optional kann je nach späterer Verwendung des so gefertigten Moduls noch ein hermetischer Abdichtungslack über den gesamten Randbereich des Moduls gebracht werden, damit das Modulinnere einen langzeitstabilen, verwitterungsresistenten Zustand behält.optional may be later Using the thus manufactured module still a hermetic sealing paint over the entire edge area of the module are brought, so that the module interior maintains a long term stable, weather resistant condition.
Dann
werden die somit hergestellten Module zusammengesteckt, wie es in
In
optionaler Weise kann dieses gesamte Panel
Die erfindungsgemäße Beugungskörperanordnung kann, soviel wird dem Fachmann auf dem Gebiet der Dünnschichtherstellung und Mikrostrukturierung klar sein, auf vielen verschiedenen Wegen hergestellt werden. Charakteristisch für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist daher lediglich die Verwendung solcher Materialen, die ein vernünftiges Preis/Leistungsverhältnis für eine großflächige Verwendung im Fenster oder Fassadenbereich zulassen, und die Anpassung des lithographischen Prozesses an die relativ kleinen Abmessungen der Beugungskörper.The Diffraction body arrangement according to the invention can, so much is the expert in the field of thin film production and microstructuring be made in many different ways become. Characteristic of the production process according to the invention is therefore only the use of such materials, which is a reasonable Price-performance ratio for one large area use in the window or facade area, and the adaptation of the lithographic process to the relatively small dimensions of the diffraction bodies.
Im
allgemeinen und besonders in dem Fall einer angestrebten Hologrammwirkung
empfiehlt sich eine rechnerische Optimierung gezielt auf diesen
gewünschten
Anwendungszweck. Bei dieser Optimierung sollten folgende Aspekte
eine besondere Berücksichtigung
finden:
Die Orientierung der Fassade bzgl. der Himmelsrichtung
und der Lage des Gebäudes
bzgl. der geografischen Breite und der Winkelbereiche, unter denen das
Gebäude
von Passanten in den meisten Fällen gesehen
wird. Diese Einflussfaktoren können
mit einer quantitativen Wichtung belegt werden, um ein gewünschtes
Optimum zu erreichen. Eine geringe, außentemperaturbedingte Variation
der Beugungskörperkrümmungen
ruft dabei noch periodische Farbverschiebungen über längere Zeiträume hervor.In general and especially in the case of a desired hologram effect, a mathematical optimization is specifically recommended for this desired application. In this optimization, the following aspects should be given special consideration:
The orientation of the facade in terms of the direction and location of the building in terms of the latitude and the angular areas under which the building is seen in most cases by passers-by. These influencing factors can be assigned a quantitative weighting in order to achieve a desired optimum. A slight, outside temperature-induced variation of the diffraction body curvatures still causes periodic color shifts over longer periods of time.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention based on preferred embodiments As described above, it is not limited thereto on diverse Modifiable way.
Beispielsweise kann die Dimensionierung der Fläche der Einzelmodule an Herstellungsanlagen angepasst werden, die bereits existieren und vorher zur Herstellung von IC- Bauteilen, Festplatten im Computerbereich, etc, verwendet wurden.For example can the sizing of the area the individual modules are adapted to manufacturing plants that already exist and previously for the production of IC components, hard disks in the computer field, etc, were used.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich Gitter in zwei Klassen einteilen lassen: Reflexionsgitter und Transmissionsgitter. In beiden Fällen wird weiter unterteilt, je nach dem, ob Phasenunterschiede oder Amplitudenunterschiede involviert sind.It It should be noted that grids are divided into two classes leave: reflection grille and transmission grating. In both cases will divided further, depending on whether phase differences or amplitude differences are involved.
Demnach
gibt es Phasentransmissionsgitter, Phasenreflexionsgitter, Amplitudentransmissionsgitter
und Amplitudenreflexionsgitter. Dies ist in
In
diesem Zusammenhang steht das Wort „Reflexion" hierin nicht zwingend für spiegelnde
Elemente. Es deutet darauf hin, dass das Beugungsmuster auf derselben
Seite des Gitters beobachtet wird, auf der auch das Licht einfällt (vergl.
Amplitudentransmissionsgitter
weisen lichtundurchlässige
Elemente
Die
Querschnittsform der Mesa-Beugungskörper
Wenn
die Grundträgerfläche nicht
eben sein soll, sondern eine beliebig gekrümmte Form aufweisen soll, beispielsweise,
um sie der individuellen Form von PKW-Karosserieteilen anzupassen,
so kann es zweckmäßig sein,
die erfindungsgemäße Beugungsvorrichtung
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10358937A DE10358937A1 (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Grid panel, for large visible surface areas, is composed of micro-structured diffraction units to give a two-dimensional diffraction of light rays for a variety of design effects |
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DE10358937A DE10358937A1 (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Grid panel, for large visible surface areas, is composed of micro-structured diffraction units to give a two-dimensional diffraction of light rays for a variety of design effects |
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Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=34672805
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10358937A Ceased DE10358937A1 (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Grid panel, for large visible surface areas, is composed of micro-structured diffraction units to give a two-dimensional diffraction of light rays for a variety of design effects |
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Country | Link |
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DE (1) | DE10358937A1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3840262A1 (en) * | 1988-11-30 | 1990-05-31 | Helmut Frank Ottomar P Mueller | Transparent wall element for buildings |
DE3917503A1 (en) * | 1989-05-30 | 1990-12-06 | Helmut Frank Ottomar P Mueller | EXTERNAL WALL ELEMENT FOR BUILDING |
DE4117146A1 (en) * | 1991-05-25 | 1992-11-26 | Mueller Helmut Frank Ottomar P | DAYLIGHT LIGHTING DEVICE |
DE29801103U1 (en) * | 1998-01-23 | 1999-05-20 | Hoermann Kg | Decorative surface element for decorating a door leaf |
US6002521A (en) * | 1996-11-14 | 1999-12-14 | Thinking Lightly, Inc. | Light dispersive insulated glazing unit |
WO2001075489A1 (en) * | 2000-04-03 | 2001-10-11 | 3M Innovative Properties Company | Methods of making wire grid optical elements by preferential deposition of material on a substrate |
-
2003
- 2003-12-15 DE DE10358937A patent/DE10358937A1/en not_active Ceased
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3840262A1 (en) * | 1988-11-30 | 1990-05-31 | Helmut Frank Ottomar P Mueller | Transparent wall element for buildings |
DE3917503A1 (en) * | 1989-05-30 | 1990-12-06 | Helmut Frank Ottomar P Mueller | EXTERNAL WALL ELEMENT FOR BUILDING |
DE4117146A1 (en) * | 1991-05-25 | 1992-11-26 | Mueller Helmut Frank Ottomar P | DAYLIGHT LIGHTING DEVICE |
US6002521A (en) * | 1996-11-14 | 1999-12-14 | Thinking Lightly, Inc. | Light dispersive insulated glazing unit |
DE29801103U1 (en) * | 1998-01-23 | 1999-05-20 | Hoermann Kg | Decorative surface element for decorating a door leaf |
WO2001075489A1 (en) * | 2000-04-03 | 2001-10-11 | 3M Innovative Properties Company | Methods of making wire grid optical elements by preferential deposition of material on a substrate |
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Legal Events
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