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Die
Erfindung betrifft das Beschichten von Substraten mit optischen
Schichten, insbesondere das Beschichten gewölbter Oberflächen mit
solchen Schichten.
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Das
Beschichten gewölbter
Substrate mit optischen Schichten ist beispielsweise aus der Linsenherstellung
bekannt, bei welcher Linsen mit Vergütungsschichten versehen werden.
Derartige Schichten bedecken jedoch im allgemeinen die gesamte Brechfläche der
Linse.
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Es
besteht aber andererseits Bedarf, gewölbte Oberflächen gegebenenfalls auch in
ihrer flächigen
Erstreckung strukturiert mit optischen Schichten zu versehen, um
beispielsweise bestimmte optische Effekte zu erzielen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Beschichten von
Substraten mit optischen Schichten dahingehend zu verbessern, daß die Schichten
eine laterale Strukturierung, beziehungsweise eine Segmentierung
oder Musterung entlang der zu beschichtenden Substratoberfläche aufweisen.
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Diese
Aufgabe wird in höchst überraschend einfacher
Weise durch ein Verfahren und ein beschichtetes Substrat gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Demgemäß sieht
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit
einer gemusterten, beziehungsweise lateral strukturierten optischen
Beschichtung auf einer gewölbten
Oberfläche vor,
bei welchem auf der gewölbten
Oberfläche
eine Maskierung aufgebracht wird, welche einen Teilbereich der gewölbten Oberfläche bedeckt,
eine optische Beschichtung mit einem Vakuumabscheideverfahren aufgebracht
und die Maskierung entfernt wird.
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Ein
erfindungsgemäßes beschichtetes
Substrat, welches insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbar ist, weist dementsprechend eine gewölbte Fläche. auf, die mit einer gemusterten
optischen Beschichtung derart versehen ist, daß die optische Beschichtung,
insbesondere eine Vakuumbeschichtung, in zumindest einem Teilbereich
dieser Fläche
vorhanden ist und in zumindest einem benachbartem oder angrenzenden
Teilbereich fehlt. Die optische Beschichtung wird dabei bei der Herstellung
des erfindungsgemäßen Substrats
auf dem oder den von der Maskierung ausgesparten Teilbereichen auf
das Substrat aufgebracht und fehlt in den von der Maskierung bedeckten
benachbarten Bereichen.
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Eine
gemusterte Beschichtung im Sinne der Erfindung ist demgemäß eine entlang
ihrer flächigen Erstreckung
segmentierte Beschichtung, wobei die segmentierte Beschichtung zumindest
ein Segment aufweist.
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Mit
der Erfindung werden aufgrund der Maskierung und des Vakuumabscheidens
der optischen Beschichtung gewölbte
Substrate mit gemusterten optischen Beschichtungen bereitgestellt,
bei welchen die Ränder
oder Konturen des Musters gut definiert und scharf sind.
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Hinsichtlich
der Eignung eines Substrats für die
Erfindung bestehen keine Beschränkungen,
sofern das Substrat im Vakuum beschichtbar ist. Geeignet sind beispielsweise
Glas-, Glaskeramik-, Metall- oder Kunststoffsubstrate. Insbesondere
ist dabei daran gedacht, optische Komponenten als Substrate zu verwenden
und diese mittels der Erfindung zu verbessern.
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Für die Abscheidung
sind verschiedene Vakuumabscheideverfahren geeignet. Die Wahl des Abscheideverfahrens
kann dabeivon verschiedenen Auswahlkriterien abhängen, unter anderem von der Wahl
des Beschichtungsmaterials oder der Geometrie der zu beschichtenden
Fläche.
Gemäß einer
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt das Aufbringen
der optischen Beschichtung das Abscheiden einer Schicht mittels
physikalischer Dampfphasenabscheidung (PVD). Dies kann beispielsweise
das Aufdampfen oder das Aufsputtern einer Schicht umfassen. Durch
Aufdampfen können hohe
Abscheideraten erzielt werden und Sputtern eignet sich auch für schwer
verdampfbare Materialien. Auch das Aufbringen einer Schicht mittels
chemischer Dampfphasenabscheidung (CVD) ist möglich. Beispielsweise kann
die Schicht mittels Plasmaimpuls-induzierter chemischer Dampfphasenabscheidung
(PICVD) abgeschieden werden.
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Gemäß noch einer
Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
das Maskieren des Substrats das Aufbringen einer Lackschicht. Um
eine in ihrer flächigen
Erstreckung strukturierte Lackschicht zu erzeugen, kann gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung die Lackschicht beispielsweise mittels
zumindest einer rechnergesteuerten Düse aufgebracht werden. Dazu
geeignet ist insbesondere ein entsprechend angepaßter Druckkopf,
wie er etwa in Tintenstrahldruckern eingesetzt wird. Sowohl ein
Piezo-Jet-, als auch ein Bubble-Jet-Druckkopf können verwendet werden. Auf
diese Weise kann direkt eine in ihrer flächigen Erstreckung strukturierte
Lackschicht als Maskierung oder als Teil der Maskierung der zu beschichtenden
Fläche
durch Aufdrucken hergestellt werden.
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Um
zum Beispiel bei stark gewölbten
Flächen
den Abstand von Druckkopf oder Düse
zur gewölbten
Fläche.
innerhalb tolerierbarer Grenzen zu halten, kann gemäß einer
Weiterbildung dieser Ausführungsformen
der Erfindung der Abstand von Druckkopf oder Düse zur gewölbten Fläche während des Aufbringens der Lackschicht
angepaßt
oder nachgeführt
werden.
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Die
Erfindung sieht demgemäß auch ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von gewölbten und/oder
mehrflächigen
Substraten vor, bei welchen mittels eines rechnergesteuerten Druckkopfs
Lack auf die zu beschichtende Fläche
aufgetragen wird, wobei mittels einer geeigneten Einrichtung der
Abstand der zumindest einen Düse
des Druckkopfs zur gewölbten
und/oder mehrflächigen
Substratoberfläche
rechnergesteuert nachgeführt
wird. Damit wird eine dreidimensionale Steuerung des Lackauftrag-Vorgangs erreicht.
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Um
insbesondere scharfe Konturen der gemusterten Lackschicht zu erzeugen
und einen gleichbleibendes Druckbild zu gewährleisten, sind verschiedene
Maßnahmen
beim Lackauftrag von Vorteil. Beispielsweise kann der Lack gekühlt werden. Wird
eine Düse,
etwa als Bestandteil eines Druckkopfs für den Lackauftrag verwendet,
kann es auch vorteilhaft sein, den Lack in einem mit der Düse verbundenen
Vorratsbehälter
oder einer Zuführleitung oder
durch die Düse
zu kühlen,
um das Abdampfen des Lösungsmittels
des Lacks vor dem Auftrag zu vermindern und damit ein Zusetzen der
Druckeinrichtung zu verhindern. Eine weitere Möglichkeit, ein Zusetzen der
Düse oder
des Druckkopfs zu verhindern, ist das Bedrucken des Substrats in
einer geeigneten Atmosphäre.
Die Atmosphäre
kann dazu beispielsweise komprimiert und/oder lösemittelhaltig sein, um ein
Austrocknen zu verhindern.
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Sobald
der Lack aufgetragen ist, ist es wiederum wünschenswert, den Lack möglichst
schnell zu verfestigen um ein Verlaufen auf der gewölbten Oberfläche zu verhindern
und dadurch eine hohe Konturschärfe
zu erreichen. Weiterhin ist es wünschenswert,
enthaltenes Lösungsmittel
zu entfernen, um das Ausgasen der Lackschicht in der Vakuumkammer
zu reduzieren. Eine geeignete Maßnahme für diese Zwecke ist, den Lack
auf ein erwärmtes Substrat
aufzutragen, um das Abdampfen des Lösungsmittels zu beschleunigen.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann das Maskieren des Substrats auch das Beschichten
mit Photolack und das Belichten und Entwickeln des Photolacks umfassen.
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Gemäß noch einer
Ausführungsform
des Verfahrens wird Abziehlack zur Maskierung verwendet. Dieser
läßt sich
nach erfolgter Beschichtung vom Substrat leicht lösen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß das
Maskieren des Substrats das Aufbringen eines Stoplacks umfaßt, wie
er etwa in der Leiterplattentechnik als Lötstoplack eingesetzt wird.
Dieser Lack hat sich als besonders vakuumtauglich und thermisch
stabil unter der beim Beschichten auftretenden Temperaturbelastung
erwiesen.
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Noch
eine Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß das
Maskieren des Substrats das Anordnen einer mechanischen Maske umfaßt. Diese
ist wiederverwendbar und geeignet zur Abdeckung größerer Flächen, ohne
im Vakuum auszugasen. Als Maske kann beispielsweise eine vorgeformte
und entsprechend des Musters der abzuscheidenden optischen Beschichtung
zugeschnittene Metall- oder Kunststofffolie verwendet werden. Als
Kunststoff für eine
solche Maske ist aufgrund seiner niedrigen Ausgasrate und Temperaturbeständigkeit
beispielsweise Polyimid, wie etwa Kapton® geeignet.
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Die
verschiedenen Maskierungsverfahren können insbesondere auch vorteilhaft
miteinander kombiniert werden. So sieht eine vorteilhafte Weiterbildung
der Erfindung vor, daß das
Maskieren des Substrats das Aufbringen einer ersten Maskierung und
einer zweiten, mit der ersten Maskierung überlappenden Maskierung umfaßt. Auf
diese Weise kann beispielsweise eine genau strukturierte Lackschicht-Maskierung mit scharfen,
gut definierten Rändern
mit einer anderen, gröberen
Maskierung für größere abzudeckende
Bereiche kombiniert werden. So kann eine Vormaskierung mit Abziehlack
oder einer mechanischen Maske, wie etwa eine Metall- oder Polyimidfolie
(z.B. eine Kapton®-Folie) zusammen mit einer
Lackmaskierung mit genauen Konturen für die Ränder des abzudeckenden Bereichs
eingesetzt werden.
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Das
Entfernen der Maskierung nach dem Abscheiden der optischen Beschichtung
kann gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung das Auflösen
oder Anlösen
einer Lackmaskierung umfassen. Durch das Auf- oder Anlösen der
Lackmaskierung wird dann auch die auf der Lackschicht befindliche
abgeschiedene optische Beschichtung abgehoben, so daß eine entsprechend
der Maskierung gemusterte optische Beschichtung auf den nicht von der
Maskierung abgedeckten Teilbereichen der gewölbten Fläche des Substrats verbleibt.
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Eine
weitere Möglichkeit,
um die Maskierung und die darauf befindliche optische Beschichtung
zu entfernen, ist das Aufquellender Lackmaskierung. Beispielsweise
kann die Lackschicht dazu mit einer geeigneten Lauge behandelt werden.
Durch das Aufquellen reißt
die Lackschicht vom Substrat ab und löst sich zusammen mit der darauf
vorhandenen optischen Beschichtung.
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Eine
erfindungsgemäß herstellbare
optische Beschichtung kann auch mehrere Lagen aufweisen. Beispielsweise
kann eine solche mehrlagige Schicht als optische Interferenzschicht
dienen.
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Eine
weitere Möglichkeit
einer optischen Beschichtung auf der gewölbten Fläche ist eine Beschichtung,
die eine teil- oder
vollreflektierende Reflexionsschicht umfaßt. Auch kann eine solche Schicht
als farbig reflektierende Schicht ausgebildet sein. Zur Erzielung
von Farbeffekten kann das Substrat erfindungsgemäß auch mit einer gemusterten
optischen Schicht versehen werden, die eine Farb- oder Absorptionsschicht
umfaßt.
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Für die Anwendung
der Erfindung ist eine Vielzahl von Substraten geeignet. Eine spezielle
Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß ein
Lampenkolben als Substrat dient und beschichtet wird. Mit einer
erfindungsgemäßen gemusterten
optischen Beschichtung auf einem Lampenkolben kann dann beispielsweise
in vorteilhafter Weise das Lichtfeld des Lampenkolbens in gut definierter
Weise beeinflußt
werden.
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Eine
weitere spezielle Ausführungsform sieht
vor, daß eine
Linse als Substrat beschichtet wird. Auch mit einer solchen Linse
mit gemusterter optischer Beschichtung kann beispielsweise das Lichtfeld
einer Lampe gezielt beeinflußt
werden.
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Eine
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht außerdem
vor, nacheinander unterschiedliche Teilbereiche der gewölbten Fläche durch Maskierung
und Vakuumbeschichtung mit einer optischen Schicht zu versehen.
Insbesondere ist dabei auch die Herstellung einer gemusterten optischen Beschichtung
möglich,
die Teilbereiche mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufweist.
Dazu können
vorteilhaft die Teilbereiche mit unterschiedlichen optischen Beschichtungen
versehen werden. Mit einem erfindungsgemäßen beschichteten Substrat,
dessen gewölbte
Fläche
mehrere Teilbereiche mit unterschiedlichen Beschichtungen aufweist,
kann so zum Beispiel eine gezielte unterschiedliche Beeinflussung
des hindurchtretenden oder reflektierten Lichts in unterschiedlichen
Richtungen oder Raumwinkelsegmenten oder -bereichen erreicht werden.
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Um
beispielsweise das Lichtfeld einer optischen Einrichtung unter Verwendung
eines erfindungsgemäßen beschichteten
Substrats in gewünschter
Weise zu beeinflussen, kann ein ringförmiger Teilbereich der gewölbten Fläche des
Substrats mit der optischen Schicht versehen sein.
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Eine
weitere Anwendungsmöglichkeit
ist eine gemusterte Beschichtung, die eine sichtbare Information
umfaßt.
Diese Information kann vom Betrachter wahrgenommen werden und beispielsweise als
Herkunftshinweis dienen. So kann die Beschichtung ein sichtbares
Symbol oder Logo oder einen Schriftzug darstellen. Um das Lichtfeld
wenig oder nicht dadurch zu beeinflussen, kann die Information enthaltende Beschichtung
auch in einem für
die Beleuchtung weniger relevanten Bereich als transparente oder
teiltransparente Beschichtung ausgeführt werden.
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Als
praktische Anwendung der Erfindung ist an einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
gedacht, welcher ein erfindungsgemäßes beschichtetes Substrat umfaßt. Das
Substrat als Bestandteil des Scheinwerfers kann beispielsweise einen
Lampenkolben und/oder eine Projektionslinse umfassen. So kann das
Lichtfeld des Scheinwerfers mittels eines solchen erfindungsgemäßen Lampenkolbens
oder einer erfindungsgemäß beschichteten
Projektionslinse unter anderem dahingehend beeinflußt werden,
daß Blendeffekte
für die
Fahrer entgegenkommender Fahrzeuge abgeschwächt werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher
erläutert,
wobei gleiche und ähnliche
Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale
verschiedener Ausführungsbeispiele
miteinander kombiniert werden können.
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Es
zeigen:
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1A bis 1D Verfahrensschritte zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen beschichteten Substrats
mit gewölbter
Oberfläche,
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2 eine Variante des in 1D dargestellten beschichteten
Substrats,
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3A bis 3D Verfahrensschritte zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen beschichteten Substrats mit
gewölbter
Oberfläche
gemäß weiterer Ausführungsformen
der Erfindung,
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4A und 4B Verfahrensschritte zur Maskierung
eines Substrats gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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5 bis 7 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen beschichteten
Substraten mit mehreren optischen Beschichtungen,
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8 und 9 Aufsichten auf Beispiele erfindungsgemäß mit einer
optischen Beschichtung versehene Linsen 101,
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10 ein Anwendungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäß beschichtete
Linse,
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11 ein Beispiel für die Beeinflussung
des Lichtfelds eines Leuchtmittels mittels eines erfindungsgemäß beschichteten
Lampenkolbens, und
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12 ein weiteres Beispiel
für die
Beeinflussung des Lichtfelds eines Leuchtmittels mittels eines erfindungsgemäß beschichteten
Lampenkolbens.
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Anhand
der 1A bis 1D, welche schematische Querschnittansichten
eines Substrats 1 mit gewölbter Oberfläche darstellen,
werden Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäß beschichteten
Substrats 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer gemusterten
optischen Beschichtung auf einer gewölbten Oberfläche, wie
es anhand der 1A bis 1D illustriert wird, basiert
darauf, daß
- – auf
der gewölbten
Oberfläche 3 des
Substrats 1 eine Maskierung aufgebracht wird, welche einen
Teilbereich der gewölbten
Oberfläche 3 bedeckt,
- – eine
optische Beschichtung mit einem Vakuumabscheideverfahren aufgebracht
und
- – die
Maskierung entfernt wird.
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Gemäß dieser
ersten, in den 1A bis 1D gezeigten Ausführungsform
der Erfindung wird das Substrat 1 durch das Aufbringen
eines Lacks 13 maskiert, wobei das Aufbringen des Lacks 13 mittels rechnergesteuerter
Düsen 9 erfolgt.
Nach dieser Ausführungsform
des Verfahrens wird dazu der Lack 13 mittels eines Druckkopfs 7 mit
Düsen 9 aufgedruckt,
der an einen in 1A nicht
dargestellten Rechner angeschlossen ist. Der Druckkopf, sowie eine
Einrichtung zur Bewegung des Druckkopfs 7 werden vom Rechner
gesteuert.
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Für das Substrat
kann ein beliebiges, mittels eines Vakuumabscheideverfahrens beschichtbares Material
verwendet werden. Gedacht ist diesbezüglich beispielsweise an Glas,
Glaskeramik, Keramik, Kunststoff und/oder Metall. Als Substrat 1 kann
beispielsweise, wie in den 1A bis 1D gezeigt, ein Lampenkolben 100 verwendet
werden. Auch für
die erfindungsgemäße Beschichtung
einer Linse als Substrat gibt es vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.
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Der
Lack 13 kann beispielsweise ein Photolack, ein Abziehlack
oder auch ein Stoplack, wie insbesondere ein Lötstoplack aus der Leiterplattenfertigung
sein.
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Als
Druckkopf 7 ist insbesondere ein Tintenstrahldruckkopf
geeignet. Mit einem derartigen Druckkopf kann eine gemusterte Lackschicht 5 mit besonders
scharfen, gut definierten Rändern
hergestellt werden.
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Um
den Abstand von Druckkopf 7, beziehungsweise dessen Düsen 9 zur
gewölbten
Fläche 3 während des
Aufbringens des Lacks 13 innerhalb tolerierbarer Grenzen
zur Erzeugung scharfrandiger Muster der Lackschicht 5 zu
halten, kann gemäß einer
Variante dieser Ausführungsform
zusätzlich
dieser Abstand mittels einer geeigneten rechnergesteuerten Einrichtung
angepaßt
oder nachgeführt
werden.
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Es
können
zur Verbesserung des Lackauftrags auch verschiedene weitere Maßnahmen
vorgenommen werden. So kann der Lack 13 im Vorratsbehälter 11 und/oder
der Zuführleitung
zu den Düsen 9 und/oder
auch in der Düse,
insbesondere mittels einer gekühlten
Düse gekühlt werden,
um das Abdampfen des Lösungsmittels
des Lacks vor dem Auftrag zu vermindern und damit ein Zusetzen der
Düse des
Druckkopfs 7 zu verhindern. Das Bedrucken kann außerdem in
einer geeigneten Umgebung, wie etwas einer komprimierten und/oder
lösemittelhaltigen
Atmosphäre
erfolgen.
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Um
das nach dem Bedrucken im Lack der Lackschicht 5 enthaltene
Lösungsmittel
möglichst schnell
zu entfernen und die Lackschicht zu verfestigen, sowie um zur Erzielung
einer hohen Konturschärfe
ein Verlaufen zu verhindern, kann das Substrat beispielsweise beim
Bedrucken auch vorerwärmt sein.
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1B zeigt eine weitere Phase
des Herstellungsprozesses. Die Maskierung des Substrats 1 mit
der Lackschicht 5 ist abgeschlossen. Durch die Musterung
der Lackschicht 5 sind Teilbereiche 15 der gewölbten Oberfläche 3 des
Substrats 1 durch den Lack der Lackschicht 5 maskiert,
wohingegen andere Teilbereiche 17 offen bleiben.
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Das
mit der gemusterten Lackschicht 5 versehene Substrat 1 wird
in einer Vakuumkammer 19 gegenüber oder in einer symbolisch
dargestellten Beschichtungsquelle 21 angeordnet. Mittels
der Beschichtungsquelle 21 wird dann in der evakuierten Beschichtungskammer 19 eine
Vakuumabscheidung einer optischen Schicht auf der mit der gemusterten Lackschicht 5 versehenen
gewölbten
Fläche 3 des Substrats 1 vorgenommen.
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Das
Vakuumabscheiden einer optischen Beschichtung kann beispielsweise
das Abscheiden einer Schicht mittels physikalischer Dampfphasenabscheidung
umfassen.
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Die
Beschichtungsquelle 21 kann gemäß einer Weiterbildung dazu
eine Verdampfungseinrichtung umfassen, wobei dann das Aufbringen
der optischen Beschichtung das Aufbringen einer Schicht durch Aufdampfen
umfaßt.
Gemäß einer
anderen Weiterbildung umfaßt
das Aufbringen der optischen Beschichtung das Aufsputtern einer
Schicht. Demgemäß umfaßt dabei
die Beschichtungsquelle 21 eine Sputterquelle.
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Ebenso
kann eine optische Beschichtung oder ein Bestandteil dieser Beschichtung
auch durch chemische Dampfphasenabscheidung mittels einer entsprechend
eingerichteten Beschichtungsquelle 21 auf der Fläche 3 abgeschieden
werden. Eine bevorzugte Weiterbildung dieser Ausführungsform
sieht dabei vor, daß die
Schicht mittels Plasmaimpuls-induzierter chemischer Dampfphasenabscheidung (PICVD)
erfolgt. Dazu umfaßt
die Beschichtungsquelle 21 beispielsweise einen Gaseinlaß für geeignete
Precursor-Gase,
beziehungsweise gasförmigen Edukten
und eine Einrichtung zur Erzeugung von gepulsten elektromagnetischen Wellen,
mit welchen in der Precursor-Gasatmosphäre ein gepulstes Plasma erzeugt
wird. Im Plasma entstehen Reaktionsprodukte, die sich auf der Fläche 3 anlagern
und eventuell miteinander reagieren, so daß eine. Schicht auf der Fläche 3 abgeschieden
wird.
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Das
mit der mittels Vakuumabscheidung beschichtete Substrat 1 ist
in 1C dargestellt. Das Substrat
weist entsprechend der bisherigen Verfahrensschritte nun eine Maskierung
in Form einer gemusterten Lackschicht 5 auf der gewölbten Fläche 3 auf,
durch welche Teilbereiche 15 der Fläche 3 maskiert und
andere Teilbereiche 17 offen sind. Über der Fläche 3 samt Maskierung
ist eine optische Beschichtung 23 mittels Vakuumabscheidung
aufgebracht. Diese Beschichtung ist in den von der gemusterten Lackschicht 5 offen
gelassenen Teilbereichen 17 in Kontakt mit dem Substrat 14,
beziehungsweise dessen Fläche 3.
Als nächster
Schritt wird nun die Maskierung entfernt. Dazu kann die Lackschicht
beispielsweise mittels eines geeigneten Lösungsmittels angelöst oder
aufgelöst
werden. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, die Lackschicht aufquellen zu lassen. Beispielsweise
kann dazu eine Lauge, wie etwa Kali- oder Natronlauge verwendet
werden. Das Entfernen der Lackschicht durch Aufquellen eignet sich
insbesondere bei der Verwendung von Stoplack, der überdies
eine gute Temperaturbeständigkeit
und geringe Ausgasrate im Vakuum aufweist.
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In
beiden Fällen
löst sich
die gemusterte Lackschicht 5 von der gewölbten Fläche 3,
so daß auch
die auf der Lackschicht 5 in den Bereichen 15 befindliche
optische Beschichtung 23 entfernt wird und nur die optische
Beschichtung 23 in den von der gemusterten Lackschicht 5 freigelassenen
Teilbereichen 17 auf der Fläche 3 verbleibt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen beschichteten
Substrats als Erzeugnis dieser Ausführungsform des Verfahrens ist
in 1D dargestellt. Dieses
beschichtete Substrat 1 weist dementsprechend eine gewölbte Fläche 3 auf,
die mit einer gemusterten optischen Beschichtung 25 derart versehen
ist, daß die
optische Beschichtung 25 in zumindest einem Teilbereich 27 dieser
Fläche 3 vorhanden
ist und in zumindest einem benachbartem Teilbereich 29 fehlt.
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Die
gemusterte optische Beschichtung 25 wurde dabei wie vorstehend
beschrieben durch Entfernen der Lackschicht 5 zusammen
mit der optischen Beschichtung 23 auf den maskierten Bereichen 15 erzeugt.
Die von der gemusterten optischen Beschichtung 25 bedeckten
Teilbereiche 27 entsprechen dementsprechend den von der
gemusterten Lackschicht 5 offen gelassenen Bereichen der
gewölbten
Fläche 3,
während
die benachbarten Teilbereiche 29, auf welchen die optische
Beschichtung 25 fehlt, den von der gemusterten Lackschicht 5 vormals bedeckten
Bereichen 15 entsprechen.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen beschichteten
Substrats 1, welches mit einer Variante des anhand der 1A bis 1D dargestellten Verfahrensschritte erhalten
werden kann.
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Im
Unterschied zu dem in 1D gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das in 2 dargestellte beschichtete
Substrat 1 eine mehrlagige gemusterte optische Beschichtung 25 mit
Lagen 31, 32, 33 auf. Eine solche mehrlagige
optische Beschichtung 25 kann aufgebracht werden, indem
mit einer geeigneten Beschichtungsquelle 21 in der in 1B gezeigten Vakuum- oder Beschichtungskammer 19 sequentiell
mehrere Lagen 31, 32, 33 abgeschieden
werden. Beispielsweise kann mittels einer als PICVD-Einrichtung
ausgebildeten Beschichtungsquelle 21 eine mehrlagige gemusterte
optische Beschichtung 25 aufgebracht werden, indem für jede Schicht
die Zusammensetzung der Gasatmosphäre verändert wird.
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Selbstverständlich ist
die Anzahl der in 3 dargestellten
Lagen der Beschichtung 25 lediglich beispielhaft. Wird
etwa eine Interferenzfilter-Schicht abgeschieden, können auch
mehr als drei Lagen 31, 32, 33 vorhanden
sein. Eine wie in 2 dargestellte dreilagige
Schicht ist, um nur ein Beispiel zu nennen, als gemusterte Vergütung geeignet.
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Allgemein
kann eine gemusterte optische Beschichtung 25, wie sie
in den 1D oder 2 dargestellt ist, je nach
Einsatzzweck beispielsweise eine teil- oder vollreflektierende Reflexionsschicht,
eine farbig reflektierende optische Schicht, eine Interferenzschicht
und/oder auch eine Farb- oder Absorbtionsschicht umfassen.
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Die 3A bis 3D zeigen Verfahrensschritte zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen beschichteten
Substrats mit gewölbter
Oberfläche
gemäß verschiedener
Varianten einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung. Gemäß dieser
Ausführungsform des
Verfahrens, wie es anhand der 3A bis 3D dargestellt wird, umfaßt dabei
das Maskieren des Substrats 1 das Aufbringen einer ersten
Maskierung 35 und einer zweiten, mit der ersten Maskierung überlappenden
Maskierung 37.
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3A zeigt zunächst das
Maskieren des Substrats 1 durch Aufdrucken einer Lackschicht 5 mittels
rechnergesteuerter Düsen 9 eines
Druckkopfs 7, wie es in ähnlicher Weise auch anhand
von 1A dargestellt ist.
Bei dem in 3A gezeigten
Ausführungsbeispiel
wird dabei eine optische Linse 101 als Substrat 1 verwendet.
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Im
Unterschied zu der anhand der 1A bis 1D gezeigten Ausführungsform
wird nur ein konturnaher Bereich der zu maskierenden Teilbereiche 15 bedruckt,
um eine erste Maskierung 35 zu erzeugen, die zur Herstellung
scharfer Konturen des Musters der später aufzubringenden optischen
Beschichtung dient. Die übrige
Fläche
des oder der Teilbereiche 15 wird mit einer zweiten, mit
der Lackschicht 5, beziehungsweise der ersten Maskierung 35 überlappenden
Maskierung 37 versehen. Die 3B bis 3D zeigen Beispiele solcher überlappender
erster und zweiter Maskierungen 35, 37.
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Bei
dem in 3B gezeigten
Beispiel umfaßt das
Maskieren des Substrats das Anordnen einer vorgeformten mechanischen
Maske 39, die in diesem Beispiel als zweite Maskierung
für den
Teilbereich 15 der gewölbten
Fläche 3 dient.
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Beispielsweise
kann die Maske 39 eine Konturmaske aus einer Kunststoff-
oder Metallfolie oder eine andersartige Schablone sein. Die Verwendung einer
solchen Maske ist beispielsweise von Vorteil, wenn ein übermäßiges Ausgasen
der Lackschicht 5 im Vakuum vermieden werden soll. Durch
die Verwendung einer weiteren Maske -wie hier einer mechanischen
Maskierung- kann die aufgetragene Lackmenge deutlich verringert
werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
zeigen die 3C und 3D. Auch bei diesen Beispielen
dient eine Lackschicht 5 als erste Maskierung 35.
Als zweite, mit der ersten Maskierung 35 überlappende
zweite Maskierung dient eine zweite Lackschicht 6. Bei
dem in 3C gezeigten
Beispiel wird die zweite Lackschicht 6, welche den innen
liegenden Teil der Maskierung des Teilbereichs 15 bildet,
nach dem Aufbringen der Lackschicht 5 aufgetragen. Die
Lackschicht 5 bildet hierbei die Kontur des oder der Teilbereiche 15.
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Ebenso
läßt sich
aber auch, wie anhand von 3D gezeigt
ist, erst der innen liegende Teil des Bereichs 15 mit einer
Maskierung 37 aus einer Lackschicht 6 und danach
der konturbildende Randbereich mit einer weiteren, mit der Maskierung 37 überlappenden
Maskierung 35 versehen. Für die Maskierungen 35, 37,
beziehungsweise die Lackschichten 5, 6 können sowohl
gleichartige, als auch verschiedene Lacke verwendet werden. Beispielsweise
kann für die äußere Maskierung 35 ein
Stoplack verwendet werden, der besonders gut und genau aufgetragen werden
kann und vergleichsweise temperaturbeständig ist. Als innere Maskierung 37 kann
dann ein Abziehlack verwendet werden, der leicht von der gewölbten Fläche 3 abziehbar
ist.
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Das
gemäß den 3A bis 3D maskierte Substrat 1 kann
dann wie anhand der 1B bis 1D dargestellt, beschichtet
und die Maskierung samt darauf abgeschiedener optischer Beschichtung
entfernt werden, um ein beschichtetes Substrat 1, wie in 1D oder 2 gezeigt, zu erhalten. Dabei kann die Maske 39 des
in 3B gezeigten Beispiels
auch alternativ erst dann vor der Fläche 3 angeordnet werden,
wenn das Substrat in der Vakuumkammer 19 positioniert ist.
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Noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
zur Maskierung der Fläche 3 zeigen
die 4A und 4B. Auch hier ist eine optische
Linse 101 als Substrat 1 für die Beschichtung mit einer
gemusterten optischen Schicht vorgesehen. Die Maskierung erfolgt
bei diesem Beispiel durch Beschichten mit Photolack und anschließendem Belichten
und Entwickeln des Photolacks. Das Beschichten erfolgt bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
durch einen flächigen Auftrag
des Photolacks 40. Der Auftrag kann beispielsweise in üblicher
Weise durch Aufwalzen geschehen. Anschließend wird der Photolack 40 entsprechend der
gewünschten
Musterung der Maskierung belichtet und entwickelt, so daß eine wie
in 4B schematisch dargestellte
gemusterte Lackschicht 5 als Maskierung der gewölbten Fläche 3 des
Substrats 1 erhalten wird.
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Anschließend kann
das so maskierte Substrat wie anhand der 1B bis 1D erläutert weiterbehandelt
werden, um ein erfindungsgemäßes beschichtetes
Substrat mit gemusterter optischer Beschichtung zu erhalten.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
zeigen eine einzelne optische Beschichtung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es selbstverständlich
aber auch möglich,
mehrere verschiedene oder gleichartige optische Beschichtungen aufzutragen,
die insbesondere auch alle gemustert sein können. Solche Ausführungsbeispiele
sind in den 5 bis 7 dargestellt.
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In 5 ist ein Ausführungsbeispiel
eines Lampenkolbens 100 als Substrat 1 dargestellt,
auf dessen gewölbter
Außenfläche nacheinander
zwei optische Beschichtungen 251, 252 unter Verwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wie beispielsweise anhand der 1A bis 1D beschrieben aufgebracht
wurden. Die Schichten 251, 252 bedecken jeweils
Teilbereiche 271, beziehungsweise 272 der gewölbten Fläche 3,
wobei die jeweilige Beschichtung 251, 252 in den
zu den Teilbereichen 271, beziehungsweise 272 angrenzenden
Bereichen fehlt. Die beiden gemusterten optischen Schichten 251, 252 überlappen
außerdem
bei dem in 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel.
Weiterhin können
die beiden Schichten 251 und 252 bei dem in 5 gezeigten Beispiel hinsichtlich
ihres Schichtmaterials auch gleichartig sein.
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Die
Schichten 251, 252 können sich aber zum Beispiel
in ihrer Dicke unterscheiden, so daß die Schichten unterschiedliche
optische Effekte bewirken.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde zuerst die gemusterte optische Schicht 251 aufgebracht,
die einen kreisförmigen
Bereich um die Symmetrieachse 43 des Lampenkolbens 100,
beziehungsweise des Substrats bedeckt und dementsprechend als runder
Fleck gemustert ist. Anschließend wurde
die zweite Beschichtung 251 aufgebracht, die so gemustert
ist, daß ein
ringförmiger
Teilbereich 272 der gewölbten
Fläche 3 mit
der optischen Beschichtung versehen, beziehungsweise von dieser
bedeckt ist. Dieses ringförmige
Muster der optischen Beschichtung 252 überlappt bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
mit dem Rand der kreisförmig gemusterten
Schicht 251.
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6 zeigt in Querschnittansicht
durch das Substrat 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit mehreren
optischen Beschichtungen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine erste
optische Beschichtung 26 auf dem Substrat 1 aufgebracht,
die nicht gemustert ist und die gesamte gewölbte Fläche 3 bedeckt. Darauf
befindet sich eine erfindungsgemäß aufgebrachte
gemusterte optische Beschichtung 25, die ähnlich wie
die in 5 gezeigte optische
Beschichtung 252 dergestalt gemustert ist, daß sie einen
ringförmigen Bereich 27 um
die Symmetrieachse des Substrats bedeckt und ein runder Bereich
um die Symmetrieachse 43 frei bleibt, beziehungsweise nicht
von der Schicht 25 bedeckt ist.
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Bei
dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind zwei gemusterte optische Beschichtungen 251, 252 mit
unterschiedlichen optischen Eigenschaften auf der Fläche 3 abgeschieden
worden. Diese Beschichtungen bedecken jeweils unterschiedliche,
nicht überlappende
Teilbereiche 271, 272, ohne daß zwischen den Schichten 251, 252 ein
Spalt vorhanden ist. Die Schichten 251, 252 können beispielsweise
unterschiedlich reflektierend oder absorbierend sein.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die Schichten 251, 252 gut definiert mit scharfen Konturen
abgeschieden werden. Die Musterung der Schichten kann damit beispielsweise
so genau plaziert werden, daß die
beiden Schichten 251, 252 wie in diesem Beispiel
ohne Zwischenraum oder ohne einen wesentlichen Spalt aneinander
angrenzen. Damit entsprechen der oder die von der einen gemusterten
optischen Beschichtung 251 bzw. 252 bedeckten
Teilbereiche 271, 272 den von jeweils anderen gemusterten
optischen Beschichtung 251, 252 frei gelassenen
Teilbereichen 292, beziehungsweise 291.
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Die 8 und 9 zeigen Aufsichten auf weitere Beispiele
erfindungsgemäß mit einer
optischen Beschichtung versehene Linsen 101 als Substrate 1. Bei
diesen Ausführungsbeispielen
umfaßt
die gemusterte optische Beschichtung, jeweils eine sichtbare Information.
Als sichtbare Information ist in den 8 und 9 ein Schriftzug dargestellt,
die Information kann aber auch ein Logo oder ein Symbol umfassen.
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Bei
dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel
wird der Schriftzug auf der gewölbten
Seite 3 der Linse 101 durch die unbeschichteten
Teilbereiche 29 der gewölbten
Fläche 3 gebildet,
in denen die in Form des Schriftzug gemusterte optischen Beschichtung 25 fehlt.
Ebenso ist aber auch eine gemusterte Beschichtung 25 möglich, wie
sie in 9 dargestellt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird der Schriftzug durch die beschichteten Teilbereiche 27 der entsprechend
dem Schriftzug gemusterten optischen Beschichtung gebildet.
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Die
erfindungsgemäße, mit
einem Logo oder Schriftzug gemusterte optische Beschichtung 25 auf den
Linsen 101 der 8 und 9 kann insbesondere eine
teil- oder vollreflektierende Reflexionsschicht, eine farbig reflektierende
optische Beschichtung, eine Interferenzschicht, und/oder eine Farb-
oder Absorptionsschicht umfassen..
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10 zeigt ein Anwendungsbeispiel
für erfindungsgemäß beschichtete
Linsen, wie sie beispielsweise in den 8 oder
9 dargestellt sind. 10 zeigt
die Frontansicht eines Kraftfahrzeugs 105 mit Scheinwerfern 110.
Die Scheinwerfer 110 des Kraftfahrzeugs 105 weisen
jeweils erfindungsgemäß beschichtete
Substrate 1 in Form von beschichteten Projektionslinsen 101 auf.
Die optische Beschichtung 25 kann dabei auf einer oder
beiden Brechflächen
der Linsen 101 vorhanden sein. Die optischen Beschichtungen 25 auf
den Projektionslinsen 101 sind insbesondere in Form einer
sichtbaren Information ähnlich
den in 8 oder 9 gezeigten Ausführungsbeispielen
gemustert. Insbesondere kann bei diesem Ausführungsbeispiel die Beschichtung
in Form eines Logos gemustert sein, wobei das durch die Beschichtung 25 gebildete
Logo in 10 lediglich
beispielhaft in Form eines kursiven "L" symbolisiert
ist. Beispielsweise können
die gemusterten Beschichtungen 25 in Form des Logos oder
Schriftzugs des Herstellers des Kraftfahrzeugs gemustert sein. Dieses
Logo ist dann bei ausgeschaltetem Scheinwerfer oder bei leichter
Beleuchtung, etwa bei Einschaltung des Standlichts sichtbar und
ergibt einen reizvollen dekorativen Effekt.
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Zusätzlich oder
alternativ können
auch Leuchtmittel mit erfindungsgemäß beschichteten Lampenkolben,
wie sie etwa in den 1D, 2, 5 bis 7 schematisch
dargestellt sind, verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel für ein Leuchtmittel
mit vorteilhaften Beleuchtungseigenschaften, insbesondere auch für den Automobilbereich
zeigt 11.
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Das
Leuchtmittel in Form einer Lampe 112 umfaßt einen
Lampenkolben 100. Der Lampenkolben 100 weist beispielhaft
eine langgestreckte zylindrische Form mit abgerundeten Enden auf.
Die gewölbte
Außenseite
des Lampenkolbens 100 ist mit einer optischen Beschichtung 25 versehen,
die dergestalt gemustert ist, daß sie einen Teilbereich 27 der gewölbten Oberfläche 3 des
Lampenkolbens 100 bedeckt, wobei benachbarte Teilbereiche 29 frei
bleiben. Die optische Beschichtung 25 kann beispielsweise
eine mehrlagige Interferenz-Filterschicht umfassen, welche eine
Farbtönung
des emittierten Lichts bewirkt. Aufgrund dieses Musters der Beschichtung
wird damit in einem Sektor oder Raumwinkelbereich des vom Leuchtmittel
erzeugten Lichtfelds eine Farb- und Abtönwirkung erreicht, beispielsweise
um Blendeffekte zu reduzieren.
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12 zeigt ein weiteres Beispiel
für ein Leuchtmittel
mit beschichtetem Lampenkolben, wie er vorteilhaft beispielsweise
für Kraftfahrzeugscheinwerfer
verwendet werden kann. Das Leuchtmittel in Form einer Lampe 112 umfaßt einen
Lampenkolben 100. Dessen gewölbte Außenseite ist mit optischen Beschichtungen 251, 252 versehen,
die ringförmige Bereiche
um eine Achse 113 bedecken, wobei bei diesem Beispiel ein
kreisförmiger
Bereich 29 um die Achse 113 frei bleibt, beziehungsweise
von den ringförmig
gemusterten optischen Beschichtungen nicht bedeckt wird.
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Die
optischen Schichten 251, 252 können beispielsweise jeweils
eine Interferenzschicht mit mehreren Lagen, wie sie etwa schematisch
in 2 gezeigt ist, umfassen.
Mit den optischen Schichten kann dann eine Farb- und/oder Helligkeitsfilterung des
aus dem Lampenkolben 100 emittierten Lichts vorgenommen
werden.
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Aufgrund
der Musterung der optischen Schichten 251, 252 wird
das vom Leuchtmittel erzeugte Lichtfeld beeinflußt. Die in 11 beispielhaft gezeigte Anordnung führt bei
unterschiedlich farbfilternden oder abtönenden optischen Schichten 251, 252 beispielsweise
zu unterschiedlich gefärbten und/oder
hellen Raumwinkelbereichen 115, 116, 117 um
die Achse 113. Diesen Effekt kann man sich beispielsweise
für die
Beeinflussung des Lichtfelds eines Kraftfahrzeugscheinwerfers zunutze
machen, etwa, um Blendeffekte zu vermeiden.
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Die
Form der Musterung der in 11 und 12 gezeigten Ausführungsbeispiels
ist selbstverständlich
rein beispielhaft. Die optischen Schichten 251, 252 können beispielsweise
auch asymmetrisch ringförmig
sein oder beliebige andere Formen von Teilbereichen der gewölbten Außenfläche des
Lampenkolbens bedecken. Die Form der optischen Schichten und die
Anzahl der verschiedenen Schichten kann dabei insbesondere an die
gewünschte Form
des Lichtfelds angepaßt
werden.
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Es
ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend
beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern
vielmehr in vielfältiger
Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen
Ausführungsbeispiele
auch miteinander kombiniert werden.
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- 1
- Substrat
mit gewölbter
Oberfläche
- 3
- gewölbte Oberfläche von 1
- 5,
6
- Lackschicht
- 7
- Druckkopf
- 9
- Düse von 7
- 11
- Tank
von 7
- 13
- Lack
- 15
- maskierter
Teilbereich von 3
- 17
- offener,
nicht maskierter Teilbereich von 3
- 19
- Vakuum-
oder Beschichtungskammer
- 21
- Beschichtungsquelle
- 23
- optische
Beschichtung
- 25,251,
252,
- gemusterte
optische Beschichtung
- 26
- optische
Beschichtung
- 27,271,
272
- von 25 bedeckter
Teilbereich von 3
- 29,291,
292
- zu 27 benachbarter,
unbeschichteter Teilbereich von 3
- 31,32,
33
- Lagen
von 25
- 35,37
- einander überlappende
Maskierungen
- 39
- mechanische
Maske
- 40
- Photolack
- 43
- Symmetrieachse
- 100
- Lampenkolben
- 101
- Linse
- 105
- Kraftfahrzeug
- 110
- Scheinwerfer
- 112
- Lampe
- 113
- Achse
- 115,116,
117
- Raumwinkelbereich