DE69426939T2

DE69426939T2 - Verfahren zur herstellung einer anordnung sich verjüngender photopolymerisierter wellenleiter

Info

Publication number: DE69426939T2
Application number: DE69426939T
Authority: DE
Inventors: Wayne Beeson; Michael Ferm; James Mcfarland; Moore Zimmerman
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1993-11-08
Filing date: 1994-10-18
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2014-10-19
Also published as: CN1141088A; CA2174851C; DE69426939D1; KR100380584B1; CA2174851A1; JPH09500981A; SG48338A1; AU1040395A; JP2704047B2; KR960706110A; MY131561A; EP0728327A1; EP0728327B1; TW260756B; US5462700A; WO1995013567A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Arrays aus sich verjüngenden photopolymerisierten Wellenleitern. Wellenleiter, die in der Technik auch als Lichtübertragungsvorrichtungen oder Lichtplastiken bekannt sind, kommen in Anzeigevorrichtungen wie beispielsweise Projektionsanzeigevorrichtungen Off- Screen-Anzeigevorrichtungen sowie Direktsichtanzeigen zum Einsatz. Siehe beispielsweise die US-Patentschriften 3,218,924 und 3,279,314 von Miller sowie die US-Patentschrift 4,767,186·von Bradley, Jr. et al. Derartige Anzeigen werden für verschiedenste Zwecke eingesetzt, u. a. für Computerterminals, Flug- zeugkanzelanzeigen, Instrumentenbretter im Kraftfahrzeugbereich, Fernsehgeräte sowie andere Vorrichtungen, die Text-, Graphik- oder Videoinformationen liefern.
Verfahren zur Herstellung von Wellenleitern zur Verwendung in Anzeigevorrichtungen sind bekannt. So geht beispielsweise aus den US-Patentschriften 3,218,924, 3,279,314 und 4,767,186 hervor, daß Projektionsschirme nach bekannten Verfahren hergestellt werden können, wobei Formpressen, Spritzgießen, Extrudieren, Heißwalzenpressen, Vergießen und Photo- polymerisation aufgezählt werden. Die US-Patentschrift 3,767,445 lehrt ein Verfahren zur Herstellung von integrierten Lichtwellenleitern durcTh Herstellung einer Matritze mit einer der gewünschten Wellenleiterform mit einheitlichem Querschnitt angepaßten Oberfläche, Prägen eines transparenten Kunststoffsubtrats mit der Matritze und Beschichten des geprägten Substrats mit einem hochbrechenden Material.
Die US-Patentschrift 5,230,990 lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiterarrays aus lichtdurchlässigen Kernen mit über die Kernlänge einheitlichem Querschnitt. Dabei stellt man zunächst einen Resistmaster her, indem man eine Photoresistschicht durch eine Photomaske belichtet bzw. bestrahlt, die belichteten Bereiche auflöst und die unbelichteten Bereiche erhitzt, wobei man parallele Reihen von halbkreisförmigen Vorsprüngen erhält. Der Resist wird bis zum Schmelzen erhitzt und durch die Oberflächenspannung in eine Linie mit halbkreisförmigem Querschnitt oder eine Halbkugel gezogen. Somit sind mit diesem Verfahren als Formen lediglich halbkreisförmige Rillen und halbkugelförmige Punkte herstellbar. Dann wird aus dem Resistmaster ein Stempel hergestellt, indem man auf den Resistmaster einen elektrisch leitenden Film aufsputtert, wobei man einen Metallmaster erhält, und dann auf dem Metallmaster einen Metallfilm ausbildet, wobei man einen Stempel mit parallelen Reihen von halbkreisförmigen Vorsprüngen erhält. Der Stempel wird dann zur Herstellung des Lichtwellenleiterarrays verwendet, wobei man ein niedrigbrechendes Material auf dem Stempel belichtet, die gehärtete Schicht entfernt, in die halbkreisförmigen Rillen der gehärteten Schicht ein hochbrechendes Material einbringt und härtet und auf das hochbrechende Material ein niedrigbrechendes Material aufbringt und härtet. Siehe auch die US-Patentschriften 4,902,086, 5,113,471 und 5,136,678.
Die am 31. Oktober 1991 veröffentlichte japanische Offenlegungsschrift 245106 lehrt ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Platte aus einem Substrat mit hochbrechenden Wellenleitern mit über die Länge des Wellenleiters einheitlichem Querschnitt, wobei die Wellenleiter durch niedrigbrechendes Material voneinander getrennt sind. Zur Herstellung der optischen Platte bringt man auf ein Substrat hochbrechendes lichtempfindliches Harz auf, deckt das lichtempfindliche Harz mit einer wenig sauerstoffdurchlässigen Folie ab und belichtet das lichtempfindliche Harz durch eine Photomaske und die wenig sauerstoffdurchlässige Folie mit ultraviolettem Licht, wobei man Wellenleiter mit einheitlichem Querschnitt erhält. Man entfernt das unbelichtete Harz und die wenig sauerstoffdurchlässige Folie und umgibt die Wellenleiter mit niedrigbrechendem Material.
Das Verfahren gemäß der obigen Offenlegungsschrift ist nachteilig, da man dabei Wellenleiter erhält, die bei Verwendung in einer Anzeige unter geringem Kontrast und Änderungen der visuellen Farbart mit sich änderndem Betrachtungswinkel leiden. Für eine gute Lichtsammlung am Eintrittsende der Wellenleiter müssen diese am Eintrittsende dicht gepackt sein, wie die obige Offenlegungsschrift lehrt. Da der Querschnitt einheitlich ist, besteht diese dicht gepackte Anordnung über die gesamte optische Plätte hinweg in Längsrichtung der Wellenleiter. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Entfernung des unbelichteten Materials vom Wandbereich bei der Entwicklung und liefert zudem am Austrittsende der Platte keinen Raum für den Zusatz von konstrastverbessernden Materialien. Darüber hinaus wird durch Wellenleiter mit einheitlichem Querschnitt die Winkelverteilung des durch sie hindurchgehenden Lichts nicht vergrößert. Es ist oftmals höchst wünschenswert, daß die Wellenleiter eine derartige Vergrößerung der Winkelverteilung bewirken, wie die eigene US-Patentschrift 5,481,385 lehrt.
Weitere Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern mit einheitlichem Querschnitt werden in den US-Patentschriften 4,783,136 und 5,138,687, der am 7. März 1990 veröffentlichten europäischen Patentschrift 357396, der am 2. Februar 1993 veröffentlichten japanischen Offenlegungsschrift 24121 und der am 18. Mai 1993 veröffentlichten japanischen Offenhegungsschrift 119203 beschrieben.
Die US-Patentschrift 4,712,854 lehrt zwei Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern, die zur Verbindung mit Lichtleitfasern geeignet sind. Bei dem ersten Verfahren bildet man in einem ersten W-Belichtungsschritt ein Brechungsindexprofil in der Tiefenrichtung des Photopolymerisationsmaterials und in einem zweiten UV-Belichtungsschritt ein Brechungsindexprofil in der Breitenrichtung, wobei man einen Lichtwellenleiter erhält, der gute Anpassungseigenschaften gegenüber einer Lichtleitfaser vom Gradiententyp aufweist. Dieses Verfahren ist nachteilig, da zwei W-Belichtungsschritte erforderlich sind. Außerdem wird kein Reliefbild gebildet, und der Wellenleiter besteht aus einem höherbrechenden Bereich in einer polymeren Endlosfolie oder einem Laminat aus mehreren derartigen Folien. Daher erfolgt die Lichtwellenleiter-Ausbreitung ausschließlich in der Folienebene und niemals senkrecht zur Filmoberfläche.
Die am 19. September 1986 veröffentlichte japanische Offenlegungsschrift 42241 lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiterarrays, bei dem man ein Substrat durch einen Behälter mit Monomerlösung bewegt und dabei die Lösung durch eirfe Photomaske mit ultraviolettem Licht derart bestrahlt, daß sich auf dem Substrat Lichtwellenleiterkörper mit einheitlichem Querschnitt bilden. Hierbei wird die zu belichtende Monomerlösung zwischen der Photomaske und dem Substrat angeordnet, und die Photomaske wird zwischen dem ultravioletten Licht und der Monomerlösung angeordnet. Während der Bestrahlung wird das Substrat senkrecht von der Lichtwelle weg bewegt. Nach dem Herausnehmen des Substrats aus dem Behälter werden die stabförmigen Lichtwellenleiterkörper mit einem Material mit niedrigerem Brechungsindex umgossen, das dann gehärtet wird. Sich verjüngende Lichtwellenleiterkörper erhält man durch 3 Anordnen einer Linse zwischen der Photomaske und der Monomerlösung und Bewegen der Linse unter Änderung der Maskenbildvergrößerung, so daß die Lichtwellenleiterkörper sich vom Substrat weg zur Linse, zur Photomaske und zum ultravioletten Licht hin verjüngen. Dieses Verfahren ist infolge des komplizierten Systems mit bewegter Maske und Linse in der. Anwendung unvorteilhaft. Außerdem kann man mit diesem Verfahren keine verjüngten Lichtwellenleiterkörper herstellen, bei denen der Mittenabstand zwischen Lichteintrittsflächen von benachbarten Körpern im wesentlichen gleich dem Mittenabstand zwischen deren Lichtaustrittsflächen ist. Infolgedessen können die Flächeninhalte der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen des Arrays nicht gleich sein. Wie aus den Diagrammen der zitierten Offenlegungsschrift ersichtlich ist, nimmt der Flächeninhalt des Arrays am verjüngten Ende um das Quadrat des Reduktionsverhältnisses der einzelnen Elemente ab. Dieses Verfahren ist daher für die Herstellung von Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern zur Verwendung in Anzeigeanwendungen wie Flüssigkristallanzeigen (LCDs) ungeeignet, da eine Verringerung der Anzeigegröße höchst unerwünscht ist. Ferner sind die Querschnitte einzelner Elemente in einem mit einer bewegten Linse hergestellten Array nicht einheitlich. Diejenigen, die sich nahe der optischen Achse des Linsensystems befinden, haben ein anderes Querschnittsprofil als diejenigen am Außenrand des Arrays. Dieser Effekt geht auch klar aus den Diagrammen der zitierten Offenlegungsschrift hervor. Infolgedessen haben die einzelnen Elemente des Arrays uneinheitliche optische Eigenschaften, was in Anzeigesystemen, bei denen derartige Uneinheitlichkeiten die Bildqualität verschlechtern würden, höchst unerwünscht ist.
Daher besteht in der Technik Bedarf an einem einfachen Verfahren zur Herstellung eines Arrays aus sich verjüngenden photopolymerisierten Wellenleitern, bei dem der Array aus sich verjüngenden photopolymerisierten Wellenleitern verbesserte Eigenschaften aufweist.

Kurze Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wurde nun ein Verfahren zur Herstellung eines Arrays aus sich verjüngenden photopolymerisierten Wellenleitern entwickelt, das den oben angesprochenen technischen Bedarf erfüllt. Eine erste Ausführungsform der Erfindung bildet das Verfahren gemäß Anspruch 2. Eine zweite Ausführungsform der Erfindung bildet das Verfahren gemäß Anspruch 1.
Im Gegensatz zu dem in der japanischen Offenlegungsschrift 42241 beschriebenen Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, da weder eine Bewegung der photopolymerisierbaren Mischung beim Belichten noch ein kompliziertes Linsensystem zur Herstellung von sich verjüngenden Wellenleitern erforderlich ist. Noch wichtiger ist, daß der Flächeninhalt der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen eines Arrays aus derartigen sich verjüngenden Wellenleitern weitgehend unverändert und größtenteils vom Verjüngungsgrad der einzelnen Wellenleiter unabhängig ist. Darüber hinaus ist jeder einzelne Wellenleiter unabhängig von seiner Position im Array weitgehend identisch, was zu einheitlichen optischen Eigenschaften über das gesamte Array führt.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 ein Substrat, das bei der Durchführung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann;
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Photomaske, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann, und Fig. 2A eine Draufsicht auf die Photomaske;
Fig. 3 die Kombination aus dem Substrat gemäß Fig. 1 und der Photomaske gemäß Fig. 2;
Fig. 4 die Kombination gemäß Fig. 3 mit einem photopolymerisierbaren Material, das bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann;
Fig. 5 die Fig. 4 mit einer Deckplatte, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann;
Fig. 6 die Belichtung der Kombination gemäß Fig. 5 mit weitgehend kollimiertem Licht;
Fig. 7 die Kombination gemäß Fig. 6 nach Abnehmen der Photomaske und der Deckplatte;
Fig. 8 die Entfernung von unbelichtetem polymerisierbarem Material von der Kombination gemäß Fig. 7;
Fig. 9 die sich aus Fig. 8 ergebende Kombination;
Fig. 9A die sich aus einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergebende Kombination;
Fig. 10 die Flutbelichtung der Kombination gemäß Fig. 9;
Fig. 11 eine auseinandergezogene Schnittansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern mit geraden Seitenwänden;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Arrays von sich verjüngenden Wellenleitern mit rechteckigen Querschnitten;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Arrays von sich verjüngenden Wellenleitern mit runden Querschnitten;
Fig. 14 eine Schrittansicht eines einzelnen, · nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, sich verjüngenden Wellenleiters mit geraden Seitenwänden;
Fig. 15 eine auseinandergezogene Schnittansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern mit gekrümmten Seitenwänden;
Fig. 16 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Array aus sich verjüngenden Wellenleitern, wobei die zwischen den Wellenleitern liegenden Bereiche ein lichtabsorbierendes schwarzes teilchenförmiges Material enthalten;
Fig. 17 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Array aus sich verjüngenden Wellenleitern, wobei die Austrittsflächen des Wellenleiterarrays mit einer transparenten Schutzschicht abgedeckt sind; und
Fig. 18 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Array aus sich verjüngenden Wellenleitern, wobei die Austrittsflächen des Wellenleiterarrays mit einer transparenten Schutzschicht mit eingebautem Linsenarray abgedeckt sind.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann unter Bezugnahme auf die obigen Figuren besser verständlich. Die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen weder erschöpfend sein noch die Erfindung auf die genau offenbarte Form beschränken. Die Figuren werden zur Beschreibung oder bestmöglichen Erklärung der Prinzipien der Erfindung, ihrer Anwendung und ihres praktischen Nutzens gewählt, um dadurch andere Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung bestmöglich zu nutzen.
Ein Wellenleitersubstrat 2 gemäß Fig. 1 ist bei der Durchführung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbar. Das Wellenleitersubstrat 2 umfaßt ein Substrat 4 und eine fakultative Haftvermittlungsschicht 6. Zumindest ist das Substrat 4 für Licht im Wellenlängenbereich von etwa 400 bis etwa 700 nm durchlässig, da dieser sichtbare Wellenlängenbereich den wünschenswertesten Bereich darstellt, in dem die herzustellenden Lichtwellenleiter arbeiten werden. Vorzugsweise läßt das Substrat 4 auch ultraviolettes Licht im Bereich von etwa 250 bis etwa 400 nm durch, da dies den Bereich darstellt, in dem viele brauchbare Photoinitiatoren Licht absorbieren. Sollte überdies eine Verwendung des Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern im Bereich des nahen Infrarots, von etwa 700 nm bis etwa 2000 nm, wünschenswert sein, so wäre der Einsatz eines Substrats 4 vorzuziehen, das auch in jenem Bereich lichtdurchlässig ist. Der Brechungsindex des Substrats 4 kann im Bereich von etwa 1,45 bis etwa 1,65 liegen. Ganz besonders bevorzugt ist ein Brechungsindex von etwa 1, 50 bis etwa 1, 60. Das Substrat 4 kann aus jedem beliebigen transparenten festen Material bestehen. Bevorzugte Materialien sind im Handel erhältlich; hierzu gehören transparente Polymere, Glas sowie Quarzglas. Als transparente Polymere kommen unter anderem Polyester, Polyacrylate und -methacrylate, Polystyrol und Polycarbonate in Frage. Erwünscht sind dabei Eigenschaften wie mechanische und optische Stabilität bei typischen Betriebstemperaturen der Anzeigevorrichtung. Gegenüber Glas haben transparente Polymere den zusätzlichen Vorteil der strukturellen Flexibilität, wodurch Produkte als große Flächengebilde geformt und dann je nach Bedarf zerschnitten und laminiert werden können. Als Materialien für das Substrat 4 werden Glas und Polyester wie Polyethylenterephthalat bevorzugt. Die Dicke des Substrats 4 kann innerhalb weiter Grenzen variieren. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Substrats 4 etwa 1 Millizoll (25 Mikron) bis etwa 10 Millizoll (250 Mikron).
Bei der Haftvermittlungsschicht 6 handelt es sich vorzugsweise um ein organisches Material, das lichtdurchlässig ist und eine feste Haftung der darauf gebildeten Wellenleiter, insbesondere Wellenleiter aus Polymeren wie beispielsweise photovernetzten Acrylatmonomermaterialien, auf dem Substrat 4 bewirkt. Derartige Materialien sind dem Fachmann gut bekannt und im Handel erhältlich und werden hier nicht sehr ausführlich beschrieben. Handelt es sich beispielsweise bei dem Substrat 4 um Glas und werden die Wellenleiter aus Acrylatmonomermäterialien hergestellt, so kann eine entsprechende Haftvermittlungsschicht 6 hergestellt werden, indem die Glasoberfläche einer Umsetzung mit bestimmten Arten von Silanverbindungen, etwa 3-(Trimethoxysilyl)propylmethacrylat, 3-Acryloxypropyltrichlorsilan sowie Trimethylsilylpropylmethacrylat, unterworfen wird. Handelt es sich beispielsweise bei dem Substrat 4 um Polyethylenterephthalat (PET) und werden die Wellenleiter aus Acrylatmonomermaterialien hergestellt, so kann die Haftvermittlungsschicht 6 durch den Einsatz einer haftvermittelnd vorbehandelten PET-Folie wie Hostaphan 4500 (Hoechst-Celanese) hergestellt werden. Ist z. B. das Substrat 4 mit Emulsion beschichtet und werden die Wellenleiter aus Acrylatmonomermaterialien hergestellt, so kann die Haftvermittlungsschicht 6 aus 3-Acryloxypropyltrichlorsilan (Hüls America A0396)' hergestellt werden. Die Dicke der Haftvermittlungsschicht 6 kann innerhalb weiter Grenzen variieren. In der Regel entspricht die Dicke der Haftvermittlungsschicht 6 der Dicke bei der Endanwendung, wie herkömmlichen Direktsicht-Flachbildschirmanzeigevorrichtungen. Nach den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Dicke der Haftvermittlungsschicht 6 weniger als etwa 1 Mikrometer. Wenn sich herausstellt, daß die Haftung der Wellenleiter auf einem blanken Substrat 4 ausreichend ist, so kann man die Haftungschicht 6 auch weglassen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Photomaske 8 gemäß Fig. 2 verwendbar. Durch die Photomaske 8 wird das räumliche Profil des ultravioletten Lichts gesteuert, d. h. wo es auf die Schicht aus photopolymerisierbarem Material auftrifft. Die Photomaske 8 umfaßt ein transparentes Substrat 10 mit opaken Bereichen 12 und transparenten Bereichen 14 auf einer Oberfläche, die auf die Photomaske 8 gerichtete Strahlung nur auf die gewünschten Bereiche des photopolymerisierbaren Materials fallen lassen. Wie in Fig. 2A gezeigt, weist die Photomaske 8 ein Muster aus opaken Bereichen 12 und transparenten Bereichen 14 auf, die das gewünschte Muster des Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern bilden. Das Muster gemäß Fig. 2A ist nur eines von vielen brauchbaren Mustern und soll lediglich als Beispiel dienen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommen viele andere Muster aus transparenten und opaken Bereichen in Betracht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können im Handel erhältliche Photomasken verwendet werden.
Im ersten Schritt der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung positioniert man die Photomaske 8 in weitgehendem Kontakt mit dem Wellenleitersubstrat 2, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Unter "in weitgehendem Kontakt" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, daß die Photomaske 8 und das Wellenleitersubstrat 2 im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht getrennt werden. Hierfür kommt jedes bekannte Verfahren zur Aufrechterhaltung von weitgehendem Kontakt zwischen zwei Substraten in Betracht. So kann man beispielsweise zwischen die Photomaske 8 und das Wellenleitersubstrat 4 eine Flüssigkeit wie Isopropanol, Methanol oder Wasser einbringen und dann die Photomaske 8 und das Wellenleitersubstrat 2 mit einer Gummiwalze zusammendrücken. Als bekannte Verfahren zur Aufrechterhaltung von weitgehendem Kontakt zwischen zwei Substraten seien ferner mechanische Befestigung, Vakuumkontakt, statischer Kontakt und andere Verfahren, die Abstandsdruck, Weichkontaktdruck und Scannen gestatten, genannt.
Im zweiten Schritt der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bringt man auf das Wellenleitersubstrat eine weitgehend einheitlich dicke Schicht aus einer photopolymerisierbaren Mischung so auf, daß das Wellenleitersubstrat zwischen der photopolymerisierbaren Mischung und der Photomaske positioniert ist, wobei die photopolymerisierbare Mischung ein reaktives Monomer oder ein Gemisch aus derartigen Monomeren und einen Photoinitiator oder eine Mischung aus derartigen Photoinitiatoren enthält und der Photoinitiator in einer so großen Menge vorhanden ist, daß sich bei einem nachfolgenden Schritt über die Dicke der photopolymerisierbaren Mischung ein Gradient von weitgehend kollimiertem ultraviolettem Licht einstellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein beliebiges bekanntes Verfahren zum Aufbringen einer weitgehend einheitlich dicken Schicht aus einem photopolymerisierbaren Material zur Anwendung kommen. Unter "im wesentlichen einheitlich dick" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, daß die Dicke über die Mischungsfläche um weniger als etwa 10 Prozent, vorzugsweise weniger als etwa 5 Prozent, variiert. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, handelt es sich bei der Dicke der photopolymerisierbaren Mischung um die gewünschte Endlänge eines photopolymerisierten, sich verjüngenden Wellenleiters, die wiederum durch den minimalen Querabstand über die Wellenleitereintrittsfläche bestimmt wird. Vorzugsweise beträgt die Länge eines photopolymerisierten, sich verjüngenden Wellenleiters oder die Dicke der photopolymerisierbaren Mischung etwa 1 bis etwa 4000 Mikrometer, besonders bevorzugt etwa 15 bis etwa 1600 Mikrometer und ganz besonders bevorzugt etwa 50 bis etwa 400 Mikrometer.
Als Verfahren zum Aufbringen einer weitgehend einheitlich dicken Schicht aus photopolymerisierbarem Material seien Aufschleudern, Walzenauftrag, Aufrakeln, Teilbeschichten mit einem Schlitz, Extrudieren und dergleichen genannt. Eine andere Methode wird in den Fig. 4 und 5 erläutert. Auf dem Wellenleitersubstrat 2 sind Abstandshalter 16 positioniert. Die Höhe der Abstandshalter 16 entspricht der gewünschten Endlänge des photopolymerisierten, sich verjüngenden Wellenleiters. Dann wird die photopolymerisierbare Mischung 18 so auf das Wellenleitersubstrat 2 aufgebracht, daß das Wellenleitersubstrat 2 zwischen der photopolymerisierbaren Mischung 18 und der Photomaske 8 liegt.
Das photopolymerisierbare Material 18 enthält zwei wesentliche Bestandteile. Bei dem ersten wesentlichen Bestandteil handelt es sich um ein photopolymerisierbares Monomer, insbesondere ein ethylenisch ungesättigtes Monomer, das ein transparentes festes Polymermaterial liefert. Zu den bevorzugten festen Polymermaterialien mit einem Brechungsindex zwischen etwa 1,45 und etwa 1,65 zählen handelsübliches Polymethylmethacrylat, · Polycarbonat, Polyester, Polystyrol und durch Photopolymerisation von Acrylat- und Methacrylatmonomeren gebildete Polymere. Zu den besonders bevorzugten Materialien mit einem Brechungsindex zwischen etwa 1,50 und etwa 1,60 zählen durch Photopolymerisation von Acrylatmonomerenmischungen aus Urethanacrylaten und -methacrylaten, Esteracrylaten und -methacrylaten, Epoxyacrylaten und - methacrylaten, (Poly)Ethylenglykolacrylaten und - methacrylaten und vinylgruppenhaltigen organischen Monomeren gebildete Polymere. Man kann in der photopolymerisierbaren Mischung ein Monomerengemisch einsetzen, um eine Feinabstimmung der Eigenschaften der Zusammensetzung zu erzielen, etwa die Feinabstimmung der Vernetzungsdichte, der Viskosität, der Haftung, der Härtungsgeschwindigkeit und des Brechungsindex, und um Verfärbung, Rißbildung und Delaminierungseigenschaften des aus der Zusammensetzung gebildeten Photopolymers zu verringern.
Beispiele für brauchbare, besonders bevorzugte Monomere sind Methylmethacrylat; n-Butylacrylat (BA); 2-Ethylhexylacrylat (EHA); Isodecylacrylat; 2-Hydroxy- ethylacrylat; 2-Hydroxypropylacrylat; Cyclohexylacrylat (CHA); 1, 4-Butandioldiacrylat; ethoxyliertes Bisphenol- A-diäcrylat; Neopentylglykoldiacrylat (NPGDA); Diethylenglykoldiacrylat (DEGDA); Diethylenglykoldimethacrylat (PEGDMA); 1, 6-Hexandioldiacrylat (HDDA); Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA); Pentaerythrittriacrylat (PETA); Pentaerythrittetraacrylat (PETTA).; Phenoxyethylacrylat (PEA); f3-Carboxylethylacrylat (β-CEA); Isobornylacrylat (IBOA); Tetrahydrofurfurylacrylat (THFFA); Propylenglykolmonoacrylat (MPPGA); 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat (EOEOEA); N-Vinylpyrrolidon (NVP); 1, 6-Hexandioldimethacrylat (HDDMA); Triethylenglykoldiacrylat (TEGDA) oder -dimethacrylat (TEGDMA); Tetraethylenglykoldiacrylat (TTEGDA) oder -dimethacrylat (TTEGDMA); Polyethylenglykoldiacrylat (PEGDA) oder -dimethacrylat (PEGDMA); Dipropylenglykoldiacrylat (DPGDA); Tripropylenglykoldiacrylat (TPGDA); ethoxyliertes Neopentylglykoidiacrylat (NPEOGDA); propoxyliertes Neopentyl- glykoldiacrylat (NPPOGDA); aliphatisches Diacrylat (ADA); alkoxyliertes aliphatisches Diacrylat (AADA); aliphatisches Carbonatdiacrylat (ACDA); Trimethylolpropantrimethacrylat (·TMPTMA); ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat (TMPEOTA); propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat (TMPPOTA); glycerylproxyliertes Triacrylat (GPTA); Tris(2-hydroxyethyl) - isocyanurattriacrylat (THEICTA); Dipentaerythritpentaacrylat (DPEPA); Ditrimethylolpropantetraacrylat (DTMPTTA) sowie alkoxyliertes Tetraacrylat (ATTA).
Besonders geeignet sind Mischungen, in denen es sich bei mindestens einem Monomer um ein multifunktionelles Monomer wie ein Diacrylat oder Triacrylat handelt, da diese in dem abreagierten Photopolymer durch Vernetzung ein Netzwerk bilden. Ganz besonders bevorzugt für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren sind durch die Photopolymerisation von Mischungen aus ethoxyliertem Bisphenol-A-diacrylat und Trimethylolpropantriacrylat gebildete, vernetzte Polymere. Der Brechungsindex der ganz besonders bevorzugten Materialien liegt im Bereich von etwa 1,53 bis etwa 1,56. Ob der Brechungsindex des transparenten festen Materials über das gesamte Wellenleiterelement homogen ist, ist nicht wesentlich. Es kann günstig sein, Brechungsindexinhomogenitäten herbeizuführen, etwa Streifen oder streuende Teilchen oder Gebiete, da diese Inhomogenitäten zu einer weiteren Steigerung der Divergenz von Licht aus dem Ausgang des Wellenleiterarrays führen können.
Die Monomermenge im photopolymerisierbaren Material kann innerhalb weiter Grenzen variieren. Die Monomermenge oder die Gesamtmenge eines Monomerengemischs beträgt üblicherweise etwa 60 bis etwa 99,8 Gewichtsprozent, bezogen auf das photopolymerisierbare Material, vorzugsweise etwa 80 bis etwa 99 Gewichtsprozent, bezogen auf das photopolymerisierbare Material, und besonders bevorzugt etwa 85 bis etwa 99 Gewichtsprozent, bezogen auf das photopolymerisierbare Material.
Als weitere wesentliche Komponente enthält das polymerisierbare Material 18 einen Photoinitiator, der durch aktinische Strahlung aktiviert wird und dabei aktivierte Spezies erzeugt, die zur Photopolymerisation des Monomers führen. Das Photoinitiatorsystem enthält. einen Photoinitiator und vorzugsweise einen herkömmlichen Sensibilisator, durch den die spektrale Empfindlichkeit in spektral nützliche Bereiche, z. B. den Bereich des nahen Ultravioletts und des sichtbaren Spektrums, ausgedehnt wird, in dem Lasererregung stattfindet und viele allgemein übliche optische Materialien durchlässig sind. Gewöhnlich handelt es sich bei dem Photoinitiator um einen Radikale erzeugenden Additionspolymerisationsinitiator, der durch aktinisches Licht aktiviert wird und bei und unter Zimmertemperatur (z. B. etwa 20ºC bis etwa 25ºC) vorzugsweise thermisch inaktiv ist.
Beispielhaft für derartige Initiatoren sind die in der US-Patentschrift 4,943,112 und den dort zitierten Literaturstellen beschriebenen Initiatoren. Bevorzugte Radikalinitiatoren sind 1-Hydroxycyclohexylphenylketon (Irgacure 184), Benzoin, Benzoinethylether, Benzolnisopropylether, Benzophenon, Benzidimethylketal (Irgacure 651), α,α-Diethyloxyacetophenon, α;α- Dimethyloxy-a-hydroxyacetophenon (Darocur 1173), 1-[4- (2-Hydroxyethoxy)phenyl]-2-hydroxy-2-methylpropan-1-on (Darocur 2959), 2-Methyl-1-[4-methylthio)phenyl]-2- morpholinopropan-1-on (Irgacure 907), 2-Benzyl-2- dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butan-1-on (Irgacure 369), Poly(1-[4-(1-methylvinyl)phenyl]-2-hydroxy- 2-methylpropan-1-on} (Esacure KIP), [4-(4- Methylphenylthio)phenyl]phenylmethanon (Quantacure BMS), Dicampherchinon sowie 50% 1-Hydroxycyclohexylphenylketon und 50% Benzophenon (Irgacure 500).
Zu den besonders bevorzugten Photoinitiatoren zählen Benzidimethylketal (Irgacure 651), a,α-Diethyloxyacetophenon, α,α-Dimethyloxy-α-hydroxyacetophenon (Darocur 1173), 1-Hydroxycyclohexyl-phenylketon (Irgacure 184), 1-[4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl]-2- hydroxy-2-methylpropan-1-on (Darocur 2959), 2-Methyl-1- [4-(methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1-on (Irgacure 907), 2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)butan-1-on (Irgacure 369) sowie 50% 1-Hydroxycyclohexylphenylketon und 50% Benzophenon (Irgacure 500). Ganz besonders bevorzugt werden jene Photoinitiatoren, die bei, Bestrahlung nicht zur Vergilbung neigen und daher bei Einwirkung einer Temperatur von 190ºC über einen Zeitraum von 24 Stunden eine Verfärbutig der Zusammensetzung auf der Gardner-Farbskala von höchstens 8, bestimmt gemäß ASTM D1544-80, ergeben. Zu derartigen Photoinitiatoren gehören Benzidimethylketal (Irgacure 651), α,α-Dimethyloxy-α-hydroxyacetophenon (Darocur 1173), 1-Hydroxycyclohexyl-phenylketon (Irgacure 184), 1-[4-(2- Hydroxyethoxy)phenyl]-2-hydroxy-2-methylpropan-1-on (Darocur 2959) sowie 50% 1-Hydroxycyclohexylphenylketon und 50% Benzophenon (Irgacure 500).
Die Menge an Photoinitiator, deren Anwesenheit zur Bildung eines Gradienten von weitgehend kollimiertem ultraviolettem Licht über die Dicke der photopolymerisierbaren Mischung 18 in einem nachfolgenden Schritt erforderlich ist, beträgt etwa 0,1 bis etwa 12 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des photopolymerisierbaren Materials. Die Menge an Photoinitiator beträgt vorzugsweise etwa 0,5 bis etwa 12 Gewichtsprozent, und besonders bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 8 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des photopolymerisierbaren Materials. Freilich wird der gewünschte Gradient nicht nur durch die Konzentration des Initiators beeinflußt, sondern auch durch die Wahl der in der Belichtungsquelle vorhandenen Bestrahlungswellenlängen, deren Regelung dem Fachmann offensteht.
Neben den wesentlichen Bestandteilen kann das photopolymerisierbare Material auch verschiedene fakultative Bestandteile enthalten, wie Stabilisatoren, Inhibitoren, Weichmacher, optische Aufheller, Trennmittel, Kettenübertragungsmittel, andere photopolymerisierbare Monomere und dergleichen.
Das photopolymerisierbare Material enthält vorzugsweise einen Stabilisator zur Verhinderung oder Verringerung eines Abbaus, der zu Eigenschafts- Verschlechterung wie Rißbildung und Delaminierung nach thermischer Alterung bei 190ºC an der Luft über einen Zeitraum von 24 h gemäß ASTM D 4538-90A und sich danach ergebender Vergilbung (Verfärbung von mehr als 8 auf der Gardner-Farbskala gemäß ASTM D 1544-80) führt. Derartige Stabilisatoren sind u. a. UV-Absorber, Lichtschutzmittel und Antioxidantien.
Zu den UV-Absorbern zählen Hydroxyphenylbenzotriazole wie 2-[2-Hydroxy-3, 5-di(1, 1-dimethylbenzyl)phenyl]- 2-H-benzotriazol (Tinuvin 900), α-(3-(3- (2H-Benzotriazol-2- yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl)-1-oxopropyl)-ωhydroxy-poly(oxy-1,2-ethandiyl) (Tinuvin 1130) und 2-[2- Hydroxy-3, 5-di(1,1-dimethylpropyl)phenyl]-2-H-benzotriazol (Tinuvin 238) sowie Hydroxybenzophenone wie 4-Methoxy-2- hydroxybenzophenon und 4-n-Octoxy-2-hydroxybenzophenon. Zu den Lichtstabilisatoren zählen gehinderte Amine wie 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin, 4-Hydroxy-1,2,2,6,6- pentamethylpiperidin, 4-Benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin, Bis(2, 2,6, 6-tetramethyl-4-piperidinyl)sebacat (Tinuvin 770), Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)- sebacat (Tinuvin 292), Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4- piperidinyl)-2-n-butyl-2-(3, 5-di-tert.-butyl-4-hydroxybenzyl)malonat (Tinuvin 144j sowie Polyester der Bernsteinsäure mit N-j3-Hydroxyethyl-2,2,6,6-tetramethyl-4- hydroxypiperidin (Tinüvin 622). Zu den Antioxidantien gehören substituierte Phenole wie 1,3,5-Trimethyl-2,4,6- tris(3, 5-di-tert.-butyl)-4-hydroxybenzyl)benzol, 1,1, 3-Tris- (2-methyl-4-hydroxy-5-tert.-butyl)phenyl)butan, 4,4'- Butyliden-bis-(6-tert.-butyl-3-methyl)phenol, 4,4' -Thiobis- (6-tert.-butyl-3-methyl)phenol, Tris-(3, 5-di-tert.-butyl-4- hydroxybenzyl)isocyanurat, Cetyl-3, 5-di-tert.-butyl-4-hydroxybenzol (Cyasorb UV2908), 3, 5-Ditert.-butyl-4-hydroxybenzoesäure, 1,3, 5-Tris-(tert.-butyl-3-hydroxy-2, 6-dimethylbenzyl) (Cyasorb 1790), Stearyl-3-(3, 5-di-tert.-butyl-4- hydroxyphenyl)proprionat (Irganox 1076), Pentaerythrittetrabis(3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) (Irganox 1010) sowie Thiodiethylen-bis-(3, 5-di-tert. -butyl-4-hydroxy) - hydrocinnamat (Irganox 1035).
Als Stabilisatoren werden erfindungsgemäß Antioxidantien bevorzugt. Bevorzugte Antioxidantien wählt man aus der Reihe der substituierten Phenole wie 1,3,5- Trimethyl-2, 4, 6-tris(3, 5-di-tert.-butyl)-4-hydroxybenzyl) - benzol, 1, 1, 3-Tris-(2-methyl-4-hydroxy-5-tert.-butylphenyl)butan, 4,4'-Butyliden-bis-(6-tert.-butyl-3-methyl- phenol, 4, 4'-Thiobis-(6-tert.-butyl-3-methylphenol, Tris- (3, 5-di-tert.-butyl-4-hydroxybenzyl)isocyanurat, Cetyl-3, 5- di-tert.-butyl-4-hydroxybenzol (Cyasorb W2908), 3, 5-Ditert.-butyl-4-hydroxybenzoesäure, 1,3, 5-Tris-(tert.-butyl-3- hydroxy-2, 6-dimethylbenzyl) (Cyäsorb 1790), Stearyl-3-(3,5- di-tert.-butyl-4-hydroxyphenyl)proprionat (Irganox 1076), Pentaerythrittetrabis(3, 5-di-tert.butyl-4-hydroxyphenyl) (Irganox 1010) sowie Thiodiethylen-bis-(3, 5-di-tert.-butyl- 4-hydroxy)hydrocinnamat (Irganox 1035) aus. Zu den ganz besonders bevorzugten Stabilisatoren zählen Penta- erythrittetrabis(3, 5-di-tert.-butyl-4-hydroxyphenyl) (Irganox 1010), Thiodiethylen-bis-(3, 5-di-tert.-butyl-4- hydroxy)hydrocinnamat (Irganox 1035) sowie Stearyl-3-(3,5- di-tert.butyl-4-hydroxyphenyl)proprionat (Irganox 1076).
Die Menge an Stabilisatoren in der Zusammensetzung kann stark variieren und beträgt in der Regel etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das photopolymerisierbare Material, bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das photopolymerisierbare Material, und besonders bevorzugt etwa 0,2 bis etwa 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das photopolymerisierbare Material.
Dann wird die Abdeckplatte 20 auf die photopolymerisierbare Mischung 18 aufgebracht und heruntergedrückt, bis sie mit den Abstandshaltern 16 in Kontakt kommt, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die Abdeckplatte 20 umfaßt ein Abdecksubstrat 22 und eine Trennschicht 24. Das Abdecksubstrat 22 kann aus einem beliebigen Material bestehen, wie Glas, Quarz, Quarzglas, Polymerfolie oder Metallblech. Bei der Trennschicht 24 kann es sich um ein fluoriertes Polymer wie Teflon AF®, ein Polysiloxan oder einen unbehandelten Polymerfilm wie Polyethylenterephthalat handeln.
Nach der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man kein Wellenleitersubstrat 2 und bringt das photopolymerisierbare Material 18 direkt auf die Photomaske 8 auf (nicht gezeigt).
Im nächsten Schritt beider Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens hält man die photopolymerisierbare Mischung gegenüber dem weitgehend kollimierten ultravioletten Licht weitgehend stationär und bestrahlt die photopolymerisierbare Mischung durch die transparenten Bereiche der Photomaske mit weitgehend kollimiertem ultraviolettem Licht so lange, daß man einen Array aus sich verjüngenden photopolymerisierten Wellenleitern erhält, wobei: (i) das verjüngte Ende jedes Wellenleiters sich vom Substrat bzw. von der Photomaske nach außen hin erstreckt, (ii) jeder der Wellenleiter eine an das Substrat bzw. die Photomaske angrenzende Lichteintrittsfläche und eine von der Lichteintrittsfläche entfernte Lichtaustrittsfläche aufweist und (iii) der Flächeninhalt der Lichteintrittsfläche jedes der Wellenleiter größer als der Flächeninhalt seiner Lichtaustrittsfläche ist. Die Anordnung gemäß Fig. 5, wird dann mit weitgehend kollimierter aktinischer Strahlung 26 belichtet, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Unter "weitgehend kollimiert" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, daß das aus der Lichtquelle austretende Licht um höchstens 10 Grad von der optischen Achse des Belichtungssystems divergiert.
Das photopolymerisierbare Material wird mit aktinischer Strahlung der erforderlichen Wellenlänge und Intensität über den erforderlichen Zeitraum bestrahlt. Unter "aktinischer Strahlung" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung Licht im sichtbaren, UV- oder Infrarotbereich des Spektrums sowie Elektronenstrahlung, Ionen- oder Neutronenstrahlung oder Röntgenstrahlung zu verstehen. Aktinische Strahlung kann in Form von inkohärentem Licht oder kohärentem Licht, wie beispielsweise Licht aus einem Laser, vorliegen.
Die Quellen aktinischen Lichts sowie die Bestrahlungsprozeduren, -zeiten, -wellenlängen und -intensitäten können je nach dem gewünschten Polymerisationsgrad, dem Brechungsindex des Photopolymers und anderen, dem Fachmann geläufigen Faktoren stark variieren. Derartige herkömmliche Photopolymerisationsverfahren und deren Arbeitsparameter sind an sich gut bekannt. Siehe beispielsweise S. P. Pappas, Hrsg.: "Radiation Curing: Science and Technology", Plenum Press, New York, NY, USA; D. R. Randell, Hrsg.: "Radiation Curing of Polymers, II, Royal Society of Chemistry, Cambridge, Mass, USA; und C. E. Hoyle und J. F. Kristle, Hrsg.: "Radiation Curing of Polymeric Materials", American Chemical Society. Daher erübrigt sich hier eine nähere Beschreibung dieser Verfahren.
Die Quellen aktinischer Strahlung und die Wellenlänge der Strahlung können stark variieren, und es kommen herkömmliche Wellenlängen und Quellen in Betracht. Vorzugsweise erfolgt die photochemische Anregung mit relativ kurzwelliger (oder energiereicher) Strahlung, so daß das polymerisierbare Material nicht durch die in der Regel vor der Verarbeitung angetroffene Strahlungseinwirkung (z. B. Raumbeleuchtung) vorzeitig polymerisiert wird. So ist eine Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (Wellenlänge 300-400 nm) und kurzwelligem ultraviolettem Licht (Wellenlänge 190-300 nm) bevorzugt. Als Quellen eignen sich Xenon- oder Quecksilber-Xenon-Hochdruckbogenlampen mit den entsprechenden optischen Filtern zur Auswahl der für die Verarbeitung gewünschten Wellenlängen. Außerdem kommt für die Ausübung der vorliegenden Erfindung kurzwellige kohärente Strahlung in Betracht. Wünschenswert ist ein Argonionenlaser, der im UV-Modus bei mehreren Wellenlängen nahe 350 nm arbeitet. Wünschenswert ist außerdem ein frequenzverdoppelter Argonionenlaser mit einer Leistungsabgabe nahe 257 nm. Außerdem kommen auch Elektronen- oder Ionenstrahlung in Betracht. Als aktinische Strahlung ganz besonders bevorzugt ist ultraviolettes Licht im Bereich von 300-400 nm, wie es von einer Quecksilber-, Xenon- oder Quecksilber-Xenon-Lampe erzeugt wird. Weitgehend kollimierte aktinische Strahlung 26 geht durch die transparenten Bereiche 14 der Photomaske 8 hindurch und löst in den belichteten Bereichen 28 der photopolymerisierbaren Mischung 18, die auf die transparenten Bereiche 14 der Photomaske 8 ausgerichtet sind, eine Photopolymerisationsreaktion aus, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. In den Bereichen der photopolymerisierbaren Mischung 18, die durch opake Bereiche 12 der Photomaske 8 vor der weitgehend kollimierten aktinischen Strahlung 26 geschützt werden, tritt keine bzw. in einigen Fällen nur eine geringfügige Photoreaktion auf.
Damit die belichteten Bereiche 28 die richtige sich verjüngende Form aufweisen, muß die optische Absorption der photopolymerisierbaren Mischung 18 bei den Wellenlängen des ultravioletten Lichts so hoch sein, daß sich bei der Belichtung mit aktimischer Strahlung ein Gradient aktinischer Strahlung über den Film einstellt. Das heißt, daß die in der photopolymerisierbaren Mischung 18 zur Initiierung der Photoreaktion verfügbare Menge an aktinischer Strahlung sich von der Seite der Photomaske 8 zur Seite der Abdeckplatte 20 infolge der endlichen Absorption der photopolymerisierbaren Mischung 18 verringert. Durch diesen Gradienten aktinischer Strahlung ergibt sich ein Gradient des Ausmaßes der über die Dicke der photopolymerisierbaren Mischung 18 auftretenden Photopolymerisationsreaktion, was zu der einzigartigen, sich verjüngenden Geometrie der entwickelten Wellenleiterstrukturen führt, einer Geometrie, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht zugänglich ist.
Der Gradient des Ausmaßes der über die Dicke der photopolymerisierbaren Mischung 18 auftretenden Photopolymerisation kann weiter durch Gegenwart von in der photopolymerisierbaren Mischung 18 gelöstem Sauerstoffgas beeinflußt werden, wobei die Photopolymerisationsreaktion durch den Sauerstoff eingeschränkt oder abgebrochen wird, außer in denjenigen Bereichen, in denen der gesamte Sauerstoff von den bei dem Photopolymerisationsprozeß erzeugten Radikalen verbraucht worden ist. Eine derartige Wirkung von gelöstem Sauerstoffgas auf den Verlauf von Photopolymerisationsreaktionen ist dem Fachmann gut bekannt. Ferner kann die erforderliche Geometrie der Photopolymerstrukturen auch durch den Prozeß der Selbstfokussierung beeinflußt werden. Das heißt, daß das in nächster Nähe der Photomaske 8 auf die Oberfläche der photopolymerisierbaren Mischung 18 fallende Licht eine Photopolymerisation an dieser Oberfläche initiiert, und das verfestigte Polymermaterial bewirkt infolge seines im Vergleich zum flüssigen Monomer höheren Brechungsindex eine Brechung des durch dieses tretenden Lichts. So wird das Luftbild von Licht, das näher der Abdeckplattenseite der Schicht auf die photopolymerisierbare Mischung fällt, durch von dem photomaskennäheren, bereits polymerisierten Material bewirkte Brechung verändert. Dieser Effekt kann zu einer Verschmälerung der so gebildeten polymerisierten Struktur von der Maskenseite, auf die das abbildende Licht gerichtet war, zur Abdeckplatte 20 hin führen.
Im letzten Schritt der beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die photopolymerisierbare Mischung, die beim Belichtungsschritt mit weitgehend kollimierter aktinischer Strahlung nicht bestrahlt wurde, entfernt. Die Photomaske 8, die Abstandshalter 16 und die Abdeckplatte 20 mit der · Trennschicht 24 werden abgenommen, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Die nichtumgesetzten Monomere werden in einem Behälter 32 mit einem geeigneten Lösungsmittel 30 wie Aceton, Methanol oder Isopropanol abgewaschen, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, wobei auf dem Wellenleitersubstrat 2 ein Muster aus photopolymerisierten Bereichen 28 zurückbleibt. Je nach den gewählten Monomeren kann man gegebenenfalls auch auf Wasser basierende Lösungsmittel verwenden. Die bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbleibende Endstruktur besteht aus photopolymerisierten Bereichen 28 auf dem Wellenleitersubstrat 2, wie in Fig. 9 dargestellt. Bei der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bleibt das Muster aus photopolymerisierten Bereichen 28 auf der Photomaske 8 zurück, wie in Fig. 9A dargestellt. Die den Array aus sich verjüngenden photopolymerisierten Wellenleitern 28 enthaltende Endstruktur kann gegebenenfalls nach der Entwicklung mit ultraviolettem Licht 34 flutbelichtet werden, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, um das Photopolymermaterial weiter zu härten.
In einer kommerziellen Chargenproduktionslinie kann man bei Verwendung eines Substrats dieses in einer ersten Station mit der Photomaske in Berührung bringen. Dieser Verbund wird dann zu einer zweiten Station befördert, in der sich eine Quelle von kollimiertem ultraviolettem Licht befindet. Auf das Substrat bzw. die Photomaske wird eine photopolymerisierbare Mischung aufgebracht und durch die transparenten Bereiche der Photomaske mit der weitgehend kollimierten aktinischen Strahlung belichtet. Der belichtete Verbund wird dann zu einer dritten Station befördert, in der die Photomaske und unbelichtete photopolymerisierbare Mischung entfernt werden.
In einer kommerziellen kontinuierlich arbeitenden Produktionslinie kann man eine photopolymerisierbare Mischung zwischen einem flexiblen Substrat und einer flexiblen Abdeckplatte (nicht gezeigt) extrudieren. Dieser Verbund läuft dann durch zwei Walzen, wobei eine Walze eine Photomaske mit darauf befindlichen opaken und transparenten Bereichen und eine innerhalb der Walze angeordnete Quelle aktinischer Strahlung aufweist. Die photopolymerisierbare Mischung wird dann durch die transparenten Bereiche der Photomaske mit der weitgehend kollimierten aktinischen Strahlung belichtet. Danach wird die Abdeckplatte von dem belichteten Verbund abgenommen und der belichtete Verbund zur Entfernung von unbelichteter Mischung um eine weitere Walze durch ein Lösungsmittelbad geführt.
Fig. 11 zeigt eine auseinandergezogene Schnittansicht einer Bildanzeigeeinrichtung 36 aus einem Array von sich verjüngenden photopolymerisierten Wellenleitern 28, wie sie in Fig. 10 dargestellt sind. Die Bildanzeigeeinrichtung 36 besteht aus dem Substrat 4, der Haftvermittlungsschicht 6 und einem Array von sich verjüngenden Wellenleitern 28. Die sich verjüngenden Wellenleiter 28 weisen eine Lichteintrittsfläche 38, eine Lichtaustrittsfläche,40 und Seitenwände 42 auf und sind durch Zwischenbereiche 44, die einen niedrigeren Brechungsindex als die Wellenleiter aufweisen, voneinander getrennt. Die Eintrittsfläche 38 jedes sich verjüngenden Wellenleiters 28 grenzt an die Haftvermittlungsschicht 6 an und ist größer als die Austrittsfläche 40 jedes Wellenleiters 28, was eine sich verjüngende Struktur ergibt. Die Struktur und die Positionierung von sich verjüngenden Wellenleitern 28 ist kritisch.
Wie in Fig. 11 gezeigt, ist der Flächeninhalt der Lichteintrittsfläche 38 jedes sich verjüngenden Wellenleiters 28 größer als der Flächeninhalt seiner Lichtaustrittsfläche 40, und der Mittenabstand zwischen den Lichteintrittsflächen 38 von benachbarten Wellenleitern 28 im Array ist zumindest weitgehend gleich dem Mittenabstand zwischen deren Lichtaustrittsflächen 40, so daß die Winkelverteilung von aus den Lichtaustrittsflächen 40 von Wellenleitern 28 austretendem Licht größer ist als die Winkelverteilung von in die Lichteintrittsflächen 38 von Wellenleitern 28 ein- tretendem Licht. Damit die Auflösung des von einer Moduliereinrichtung wie einer LCD (nicht gezeigt) erzeugten Bilds sich beim Durchlaufen der Bildanzeigeeinrichtung 36 nicht verschlechtert, ist der Mittenabstand zwischen den Lichteintrittsflächen 38 von benachbarten Wellenleitern 28 vorzugsweise zumindest gleich dem Mittenabstand zwischen benachbarten Pixeln der Moduliereinrichtung. In Figur · 11 sind die Seitenwände 42 in gerader Ausführung gezeigt. Die Seitenwände 42 können jedoch gerade oder gekrümmt ausgebildet sein.
Der Querschnitt eines sich verjüngenden Wellenleiters 28 in einer zur Oberfläche der Bildanzeigeeinrichtung 36 parallel liegenden Ebene kann beliebig geformt sein, beispielsweise als Quadrat, Rechteck, beliebiges gleichseitiges Polygon, Kreis oder Oval. Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern 28 mit rechteckigen Querschnitten. Fig. 13 zeigt eine analoge Ansicht eines Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern 28 mit kreisförmigen Querschnitten. Beispiele für Formen für den gesamten Wellenleiter 28 sind u. a. gerade kreisförmige Kegel, gerade ovale Kegel, gerade quadratische Pyramiden und gerade rechteckige Pyramiden, die alle ganz oder abgeschnitten sein können.
Die optischen Eigenschaften eines Arrays von sich verjüngenden Wellenleitern 28, d. h. Kontrast und Änderung der Farbart in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel, werden durch Form, Größe und physikalische Anordnung der einzelnen Wellenleiter 28 bestimmt. In Fig. 11 ist der Mittenabstand zwischen Lichteintrittsflächen 38 von benachbarten Wellenleitern 28 zumindest weitgehend gleich dem Mittenabstand zwischen Lichtaustrittsflächen 40 von benachbarten Wellenleitern 28. Deshalb wird ein optisches Bild, das an den Lichteintrittsflächen 38 in den Array eintritt, nach dem Durchlaufen des Arrays weder vergrößert noch verkleinert.
Die sich verjüngenden Wellenleiter 28 der in Fig. 11, Fig. 12 und Figur, 13 gezeigten Arrays werden aus einem transparenten festen Material, das einen höheren Brechungsindex als die Zwischenbereiche 44 zwischen den Wellenleitern aufweist, gebildet. Lichtstrahlen, die durch die Lichteintrittsfläche 38 (siehe Fig. 11) in den Wellenleiter 28 eintreten und danach mit Winkeln, die größer als der (durch das Snellsche Gesetz definierte) kritische Winkel sind, auf die Seitenwände 42 des Wellenleiters einfallen, werden einmal oder mehrmals von den Seitenwänden 42 totalreflektiert und treten in den meisten Fällen durch die Lichtaustrittsfläche 40 aus dem Wellenleiter 28 aus. Einige wenige Lichtstrahlen können durch die Seitenwände 42 hindurchtreten oder zu der Lichteintrittsfläche 38 zurückreflektiert werden. Die Betriebsfunktion des sich verjüngenden Wellenleiters 28 unterscheidet sich von einer Linse dadurch, daß bei einer Linse keine Totalreflexion vorkommt.
Da der Wellenleiter 28 so verjüngt ist, daß der Flächeninhalt der Lichtaustrittsfläche 40 kleiner ist als der Flächeninhalt der Lichteintrittsfläche 38, ist die Winkelverteilung des aus der Lichtaustrittsfläche 40 austretenden Lichts größer als die Winkelverteilung des in die Lichteintrittsfläche 38 eintretenden Lichts. Die Bildanzeigeeinrichtung 36 mit einem Array von sich verjüngenden Wellenleitern 28, die an der Austrittsfläche einer Moduliereinrichtung angeordnet sind, verändert die Winkelverteilung von aus der Moduliereinrichtung autretendem Licht derart, daß das Bild von der Moduliereinrichtung unter größeren Winkeln betrachtet werden kann. Vorzugsweise beträgt der Flächeninhalt der Lichtaustrittsfläche 40 jedes Wellenleiters 28 etwa 1 bis etwa 60 Prozent des Flächeninhalts der Lichteintrittsfläche 38. Besonders bevorzugt beträgt der Flächeninhalt der Lichtaustrittsfläche 40 etwa 3 bis etwa 40 Prozent des Flächeninhalts der Lichteintrittsfläche 38. Ganz besonders bevorzugt beträgt der Flächeninhalt der Lichtaustrittsfläche 40 etwa 4 bis etwa 20 Prozent des Flächeninhalts der Lichteintrittsfläche 38.
Damit die Bildanzeigeeinrichtung 36 einen hohen Lichtgesamtdurchsatz aufweist, ist die Summe der Flächeninhalte für alle Wellenleiter-Lichteintritts- flächen 38 vorzugsweise größer als 40 Prozent des Gesamtflächeninhalts des Substrats 4 des Arrays.
Besonders bevorzugt ist die Summe der Flächeninhalte für alle Wellenleiter-Lichteintrittsflächen 38 in der Bildanzeigeeinrichtung 36 größer als 60 Prozent des Gesamtflächeninhalts des Substrats 4 des Arrays. Ganz besonders bevorzugt ist die Summe der Flächeninhalte für alle Wellenleiter-Lichteintrittsflächen 38 in der Bildanzeigeeinrichtung 36 größer als 80 Prozent des Gesamtflächeninhalts des Substrats 4 des Arrays.
Der Brechungsindex der Zwischenbereiche 44 zwischen den sich verjüngenden Wellenleitern 28 muß kleiner als der Brechungsindex der sich verjüngenden Wellenleiter 28 sein. Bevorzugte Materialien für die Zwischenbereiche sind u. a. Luft mit einem Brechungsindex von 1,00 und Fluorpolymermaterialien mit einem Brechungsindex im Bereich von etwa 1,30 bis etwa 1,40. Ganz besonders bevorzugt ist Luft.
In Fig. 14 ist ein einzelner sich verjüngender Wellenleiter 28 mit Lichteintrittsfläche 38, Licht- 0 austrittsfläche 40 und geraden, Seitenwänden 42 gezeigt. Werden die sich verjüngenden geraden Seitenwände 42 in der Zeichnung verlängert, bis sie sich schneiden, so bilden sie den Verjüngungswinkel 46. Erwünschte Werte für den Verjüngungswinkel 46 liegen im Bereich von etwa 2 Grad bis etwa 14 Grad. Besonders bevorzugte Werte für den Verjüngungswinkel 46. liegen im Bereich von etwa 4 Grad bis etwa 12 Grad. Ganz besonders bevorzugte Werte für den Verjüngungswinkel 46 liegen im Bereich von etwa 6 Grad bis etwa 10 Grad.
Die Länge 48 von sich verjüngendem Wellenleiter 28 hängt von der Abmessung 50 ab, bei der es sich um den minimalen Querabstand über die Wellenleiter-Lichteintrittsfläche 38 handelt. Hat die Lichteintrittsfläche 38 beispielsweise die Form eines Quadrats, so handelt es sich bei der Abmessung 50 um die Länge einer Seite des Quadrats. Hat die Lichteintrittsfläche 38 eine rechteckige Form, so handelt es sich bei der Abmessung 50 um die kleinere der beiden Seitenabmessungen des Rechtecks. Die jeweiligen Werte für die Abmessung 50 können je nach dem Mittenabstand zwischen benachbarten Pixeln einer Moduliereinrichtung innerhalb weiter Grenzen variieren. Damit die Auflösung des von einer Moduliereinrichtung erzeugten Bilds nicht verschlechtert wird, sollte die Abmessung 50 kleiner gleich dem Mittenabstand zwischen benachbarten Pixeln einer Moduliereinrichtung sein. Wenn zum Beispiel der Mittenabstand zwischen benachbarten Pixeln in einer Moduliereinrichtung 200 Mikrometer beträgt, dann liegt die Abmessung 50 im allgemeinen im Bereich von etwa Mikrometer bis etwa 200 Mikrometer, besonders bevorzugt im Bereich von etwa 15 Mikrometer bis etwa 200 Mikrometer und ganz besonders bevorzugt im Bereich von etwa 25 Mikrometer bis etwa 100 Mikrometer.
Nach der Wahl der Abmessung 50 kann die Länge 48 durch das Verhältnis von Länge 48 zu Abmessung 50 angegeben werden. Das Verhältnis von Länge 48 zu Abmessung 50 kann je nachdem, wie stark man die Winkelverteilung von aus der Lichtaustrittsfläche 40 austretendem Licht im Vergleich zur Winkelverteilung von in die Lichteintrittsfläche 38 eintretendem Licht vergrößern will, innerhalb weiter Grenzen variieren. Das Verhältnis von Länge 48 zu Abmessung 50 beträgt in der Regel etwa 0,25 bis etwa 20. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis von Länge 48 zu Abmessung 50 etwa 1 bis etwa 8. Ganz besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis von Länge 48 zu Abmessung 50 etwa 2 bis etwa 4.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 15 gezeigt. Die Bildanzeigeeinrichtung 36 besteht aus einem Substrat 4, einer Haftvermittlungsschicht 6 und einzelnen sich verjüngenden Wellenleitern 28. Die Wellenleiter 28 haben anstelle der geraden Seitenwände gemäß Fig. 11 gekrümmte Seitenwände 52. Die bevorzugten Beziehungen zwischen dem Flächeninhalt der Lichtaustrittsfläche 54 und dem Flächeninhalt der Lichteintrittsfläche 56 entsprechen den bevorzugten weiter oben für sich verjüngende Wellenleiter 28 mit geraden Seitenwänden angegebenen Beziehungen. Insbesondere beträgt der Flächeninhalt der Lichtaustrittsfläche 54 jedes Wellenleiters 28 vorzugsweise etwa 1 bis etwa 60 Prozent des Flächeninhalts der Lichteintrittsfläche 56. Besonders bevorzugt beträgt der Flächeninhalt der Lichtaustrittsfläche 54 etwa 3 bis etwa 40 Prozent des Flächeninhalts der Lichteintrittsfläche 56. Ganz besonders bevorzugt beträgt der Flächeninhalt der Lichtaustrittsfläche 54 etwa 4 bis etwa 20 Prozent des Flächeninhalts der Lichteintrittsfläche 56.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Zwischenbereiche 44 zwischen sich verjüngenden Wellenleitern 28 mit einem lichtabsorbierenden Material, wie zum Beispiel mit lichtabsorbierendem schwarzem teilchenförmigem Material 58, gefüllt sind, ist in Fig. 16 gezeigt. Durch Verwendung eines lichtabsorbierenden Materials in den Zwischenbereichen 44 weist die Direktsicht- Anzeigevorrichtung einen höheren Kontrast auf, und es wird weniger Umgebungslicht zum Betrachter zurückreflektiert. Vorzugsweise verwendet man für die Zwischenbereiche 44 statt eines kontinuierlichen schwarzen Materials lichtabsorbierende Teilchen 58, damit die Fläche von schwarzem Material, das mit den Seitenwänden 42 der Wellenleiter in Kontakt steht, möglichst klein ist. Ein kontinuierliches schwarzes Material in den Zwischenbereichen 44 würde zu übermäßigem Absorptionsverlust bei dem durch die Wellenleiter 28 übertragenen Licht führen. Zur Bildung der lichtabsorbierenden schwarzen Teilchen 58 kann ein beliebiges lichtabsorbierendes Material verwendet werden. Diese Materialien sind an ihrer schwarzen Farbe zu erkennen.
Als lichtabsorbierendes schwarzes teilchenförmiges Material eignen sich beispielsweise Flammrußpulver, Mischungen aus Ruß und Toner sowie Mischungen aus Ruß und Fluorpolymer. Bei Betrachtung der Lichtaustrittsseite eines Arrays von sich verjüngenden photopolymerisierten Wellenleitern läßt das lichtabsorbierende schwarze teilchenförmige Material den Array dunkel mattschwarz erscheinen und sorgt für gute Lichtdurchlässigkeit und geringe Reflexion.
Bei einer Ausführungsform wird das lichtabsorbierende schwarze teilchenförmige Material 58 in den Zwischenbereichen 44 zwischen Wellenleitern 28 durch ein das lichtabsorbierende schwarze teilchenförmige Material enthaltendes niedrigbrechendes Polymer festgehalten. Es ist möglich, Suspensionen oder Emulsionen des lichtabsorbierenden schwarzen teilchenförmigen Materials herzustellen. In diesen Fällen sollte das Trägermaterial für die schwarzen Teilchen vorzugsweise einen Brechungsindex aufweisen, der unter dem Brechungsindex der einzelnen sich verjüngenden Wellenleiter liegt. Dieses Füllmaterial mit niedrigerem Brechungsindex gestattet die Totalreflexion von Licht, das sich: durch die sich verjüngenden Wellenleiter ausbreitet. Besonders bevorzugt ist der Brechungsindex um mindestens 0,1 Einheiten kleiner als der Index des bevorzugten Materials für die sich verjüngenden Wellenleiter. Ganz besonders bevorzugt ist der Brechungsindex um mindestens 0,2 Einheiten kleiner als der Index des bevorzugten Materials für die sich verjüngenden Wellenleiter. So kann man beispielsweise einen Array aus sich verjüngenden photopolymerisierten Wellenleitern mit einer Suspension aus amorphem Teflon AF® von der DuPont Corporation und Flammrußpulver in Lösungsmittel beschichten. Nach Abdampfen des Lösungsmittels dient das Teflon als optischer Puffer. Im Rahmen eines anderen Beispiels kann man eine Emulsion von Fluorpolymer und Flammrußpulver in Wasser verwenden. Im Rahmen eines anderen Beispiels kann man ein niedrigbrechendes, fluoriertes, mit Flammenrußpulver vermischtes Polyurethanharz verwenden. Die Mischungen aus lichtabsorbierendem schwarzem teilchenförmigem Material werden in der Regel durch Erhitzen oder IR gehärtet, wonach die Oberfläche durch Polieren gereinigt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 17 enthält eine über den Austrittsenden der sich verjüngenden Wellenleiter 28 angeordnete Schutzschicht 60. Die Schutzschicht 60 verhindert eine mechanische Beschädigung der Austrittsflächen der Wellenleiter 28 und dient außerdem dazu, das lichtabsorbierende teilchenförmige Material 58 in den Zwischenbereichen 44 zwischen den Wellenleitern 28 zu halten. Als Schutzschicht 60 kann eine extrudierte oder laminierte Deckschicht dienen. Man kann auch vor dem Füllen der Zwischnräume 44 mit einem lichtabsorbierenden schwarzen teilchenförmigen Material 58 auf den Austrittsflächen von Wellenleitern 28 eine Schutzschicht aufbringen. Die Schutzschicht 60 besteht aus einem transparenten Unterlagenmaterial 62, wie zum Beispiel dem Material, das zur Bildung des Substrats 4 verwendet wird, und gegebenenfalls und vorzugsweise aus dem Antireflexfilm 64, der aus einem Material wie Magnesiumfluorid besteht und Umgebungslicht-Spiegelreflexionen von der Oberfläche der Bildanzeigeeinrichtung 36 verringert. Eine Antireflexbeschichtung kann auch direkt auf die Lichtaustrittsenden der sich verjüngenden Wellenleiter 28 und die Zwischenbereiche 44 aufgedampft werden. Als Antireflexbeschichtungen eignen sich beispielsweise die in den eigenen US-Patentschriften 5,061,769, 5,118,579, 5,139,879 sowie 5,178,955 von Aharoni et al. beschriebenen Fluorpolymere.
In Fig. 18 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, in der eine Schutzschicht 66 verwendet wird, die ein Array von negativen Linsen 68 enthält. Jede Linse 68 ist auf dem Substrat 70 ausgebildet und auf das Lichtaustrittsende 40 des sich verjüngenden Wellenleiters 28 ausgerichtet. Die Linse 68 besteht aus einem Material, das einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als die Deckschicht 72. Der Vorteil des Einbaus eines Arrays von negativen Linsen in der Bildanzeigeeinrichtung 36 besteht darin, daß die erhaltene Anzeige einen vergrößerten Betrachtungswinkel aufweist.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Array aus sich verjüngenden Wellenleitern kann als Bildanzeigeeinrichtung in den Direktsicht- Flachbildschirmanzeigevorrichtungen gemäß der eigenen US-Patentschrift 5,481,385 eingesetzt werden. Derartige Anzeigevorrichtungen werden in Computerterminals, Fernsehgeräten, Flugzeugkanzelanzeigen, Kraftfahrzeuginstrumentenbrettern sowie anderen, Text-, Gtaphik- oder Videoinformationen liefernden Vorrichtungen eingesetzt. Darüber hinaus kann der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Array aus sich verjüngenden Wellenleitern zur Veränderung oder Verbesserung der optischen Eigenschaften anderer Informationsanzeigeeinrichtungen wie Straßenschilder, Kathodenstrahlröhrenanzeigen,· Anzeigen mit nicht- spannungsführender Vorderseite (dead front) sowie andere Text-, Graphik- oder Videoinformationsanzeigen, die nicht in die Kategorie der Flachbildschirmvorrichtungen fallen, oder zur Veränderung oder Verbesserung der Helligkeit oder der optischen Eigenschaften von Beleuchtungssystemen verwendet werden.
Bei einem alternativen Verfahren zur kommerziellen Produktion kann man das oben beschriebene photochemische Herstellungsverfahren im kleinen Maßstab zur Herstellung von Masters für sich verjüngende Wellenleiter anwenden. Der Master für sich verjüngende Wellenleiter wird dann zur Herstellung einer invertierten Form für sich verjüngende Wellenleiter verwendet. Das Verfahren zur Herstellung einer derartigen invertierten Form für sich verjüngende Wellenleiter ist dem Fachmann gut bekannt (siehe z. B. Michael T. Gale et al., "Continuous-relief Diffractive Optical Elements for Two-dimensional Array Generation" in Applied Optics, Band 32, Nr. 14, S. 2526 (1993)). Die Herstellung der Form erfolgt in der Regel durch stromlose Abscheidung von Nickelmetall. Ausgehend von dieser Form können weitere Metallformen hergestellt werden. Jede Folgegeneration von Formen liefert die der vorhergehenden Form entgegengesetzte Profilpolarität. Zur Herstellung der sich verjüngenden Wellenleiter kann man dann eine Form mit der dem Master entgegengesetzten Profilpolarität mit einer photopolymerisierbaren Mischung füllen und die Mischung mit aktinischer Strahlung belichten. Die erhaltene Struktur wird dann von der Form getrennt und stellt eine weitgehend genaue Nachbildung des Originalmasters für sich verjüngende Wellenleiter dar. Die nachgebildete Struktur kann freistehend oder auf einem Substrat, wie Glas oder Polyesterfolie, angefertigt werden, wobei man im letzteren Fall das Substrat vor der Polymerisation auf die photopolymerisierbare Mischung und die Form aufbringt. Die Entscheidung für den Einsatz der Technik der Nachbildung von einer Form richtet sich nach den genauen Abmessungen des anzufertigenden Wellenleiterarrays sowie nach dem Produktionsmaßstab. Die im vorliegenden Verfahren beschriebenen Folgeschritte können nun entweder auf die ursprünglichen oder die nachgebildeten Arrays aus sich verjüngenden Wellen- leitern angewandt werden.
Die folgenden Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie einzuschränken.

HERSTELLUNGSBEISPIEL I

Es wurde ein Array aus sich verjüngenden Wellenleitern auf einer dünnen Kunststoffolie hergestellt, was sowohl wegen seiner Dünnheit als auch wegen seiner Wirtschaftlichkeit höchst wünschenswert war. Es wurde eine photolithographisch erzeugte Maske (12,7 cm · 12,7 cm · 0,23 cm; 5 Zoll · 5 Zoll · 0,09 Zoll) mit einem zweidimensionalen Raster aus 45 Mikrometer breiten leeren Quadraten auf 50- Mikrometer-Mittelpunkten verwendet. Die 5 Mikrometer breiten Zwischenbereiche zwischen Quadraten waren für ultraviolette und sichtbare Strahlung opak. Auf diese Maske wurden einige Tropfen Methanol aufgebracht, wonach eine 100 Mikrometer dicke Polyethylen- terephthalat-Folie (PET-Folie) aufgepreßt wurde. Diese PET-Folie war mit einer Ultradünnfolienoberflächenbehandlung versehen worden, durch die die Folie reaktiv wird und an polymerisierender Monomerlösung haften kann. Derartige oberflächenaktivierte Folien sind dem Fachmann bekannt. Durch die Oberflächenspannung des Methanols haftete die Folie schonend, aber fest an der Maske. Die Maske und die oberflächenaktivierte PET-Folie bildeten die Substrat-Unterbaugruppe für den Array.
Auf eine separate blanke Glasplatte mit den Abmessungen 12,7 cm · 12,7 cm · 0,64 cm (5 Zoll · Zoll · 0,25 Zoll) wurde mit einem Haftklebstoff eine PET-Folie aufgeklebt. Dies bildete die Trennfolien- Unterbaugruppe. Die Trennfolien-Unterbaugruppe wurde mit der Folienseite nach oben auf einer schwarzen Metallplattform mit Gewindelöchern plaziert. Um die Ränder auf der Oberseite der Trennfolie herum wurden 1 cm · 3 cm · 200 Mikrometer dicke Metallabstandshalter plaziert. Auf die Mitte der Trennfolie wurde ungefähr 1 Milliliter einer photopolymerisierbaren Moriomerlösung aufgebracht. Diese Monomerlösung bestand aus 62 Teilen ethoxyliertem Bisphenol-A-diacrylat, 31 Teilen Trimethylolpropantriacrylat, 1 Teil des Antioxidans Pentaerythrittetrabis(3, 5-di-tert.-butyl-4-hydroxyphenyl) (Irganox 1010), 2 Teilen des Photoinitiators α,α-Dimethyloxy-α-hydroxyacetophenon (Darocur 1173), 2 Teilen des Photoinitiators Benzidimethylketal (Irgacure 651) und 2 Teilen des Photoinitiators aus 50% 1-Hydroxycyclohexylphenylketon und 50% Benzophenon (Irgacure 500). Die Substrat-Unterbaugruppe für den Array wurde dann mit der PET-Folienseite nach unten auf die Monomerlösung aufgebracht. Auf diese gesamte Fertigungsbaugruppe wurde eine klare Glasplatte mit den Abmessungen 12,7 cm · 12,7 cm · 0,64 cm (5 Zoll · 5 Zoll · 0,25 Zoll) aufgelegt, und die Platten wurden mit Metallklammern und Schrauben vollständig und gleichmäßig zusammengepreßt, was eine 200 Mikrometer dicke Schicht aus Monomerlösung zwischen der Trennfolie und dem Arraysubstrat ergab.
An diesem Punkt wurde die gesamte Fertigungsbaugruppe unter die Kollimationslinse eines Belichtungssystems mit ultravioletter/sichtbarer Strahlung (UV-Vis) gebracht. Das UV-Vis-System enthielt eine 1000-Watt-Quecksilber-Xenon-Lampe und versorgte die gesamte, 12,7 cm · 12,7 cm (5 Zoll · 5 Zoll) große Fläche der Fertigungsbaugruppe mit gleichmäßiger, kollimierter und homogener Vollspektrumsstrahlung mit einer Intensität von 85 mW/cm². Die Probe wurde 0,76 Sekunden lang bestrahlt. Die Fertigungsbaugruppe wurde dann auseinandergebaut, und die PET-Folie mit dem nunmehr ausgebildeten, aber in den Zwischenbereichen zwischen Elementen immer noch mit Monomerlösung bedeckten Array aus verjüngenden Lichtwellenleitern wurde verkehrt herum in ein Isopropanolbad gelegt und zehn Minuten stehengelassen. Isopropanol war zwar ein relativ schlechtes Lösungsmittel für das Monomer, aber vorteilhaft, da es die gleichmäßige und sanfte Entwicklung der reflektierenden Wände der Elemente der Lichtwellenleiter ermöglichte. Nach der Entfernung des Restmonomers wurden die sich verjüngenden Lichtwellenleiter in einem Stickstoffgasstrom getrocknet, in ein mit Stickstoffgas gespültes Gehäuse eingeschlossen und unter der UV-Vis-Strahlung weitere 20 Sekunden lang ausgehärtet.
Die Beurteilung der sich verjüngenden Lichtwellenleiter erfolgte mittels Elektronenmikroskopie und optischer Mikroskopie. Dabei ergab sich, daß die einzelnen Lichtwellenleiter die Form abgeschnittener gerader quadratischer Pyramiden hatten. Die Elemente waren 200 Mikrometer hoch. Die Breite der kleineren Austrittsfläche der Lichtwellenleiter betrug 20 Mikrometer. Die reflektierenden Seitenwände waren sehr glatt und in einer Tiefe von 160 Mikrometern unterhalb der Austrittsfläche miteinander verbunden. Die Eintrittsfläche der Wellenleiter befand sich an der Grenzfläche zwischen dem 100 Mikrometer dicken PET- Arraysubstrat und war 50 Mikrometer breit, obwohl in diesem Beispiel die Eintrittsflächen wie beschrieben völlig miteinander verschmolzen waren. Der Verjüngungswinkel der Lichtwellenleiter betrug somit 12 Grad.

BEISPIEL II

Es wurde von obigem Herstellungsbeispiel I ausgegangen. Die sich verjüngenden Lichtwellenleiter wurden reichlich mit Flammrußpulver, einem lichtabsorbierenden Material, bedeckt. Das Flammrußpulver hatte eine mittlere Teilchengröße, die weit kleiner war als die 50-Mikrometer-Abmessungen der Lichtwellenleiter. Das Pulver wurde dann vorsichtig mit einem weichen Instrument, im vorliegenden Fall mit einem behandschuhten Finger, glatt in den Zwischenbereichen des Arrays aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern verteilt. Der Überschuß wurde mit demselben Instrument entfernt. Die Lichtwellenleiter waren so robust, daß der Flammruß ohne sichtbare Beschädigungen verteilt werden konnte. Bei der Betrachtung der Austrittsseite des Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern erschien der Array durch den Flammruß als dunkles Mattschwarz. Der geschwärzte Anteil der sichtbaren Oberfläche wurde zu 85 Prozent bestimmt.
Zur Durchführung einer Transmissionsmessung wurde ein Helium-Neon-Laserstrahl mit einer Gaußschen Modenform und einem vollen Divergenzwinkel von 6 Grad durch den Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern geschickt. Bei einer Lichtausbreitungsrichtung von der Lichteintrittsseite zur Lichtaustrittsseite der Wellenleiter betrug die Transmission 60%.
Ein weiteres Experiment wurde an einem separaten Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern ausgeführt. Hierbei wurde die Hälfte des Arrays mit Flammrußpulver gefüllt, die andere Hälfte dagegen mit einem schwarzen Flüssig-Epoxidharz. Nach dem Trocknen des Epoxidharzes wurden die beiden Proben verglichen. Der mit Flammruß gefüllte Arraybereich erschien bei Betrachtung von der Lichteintrittsseite zur Lichtaustrittsseite sehr durchlässig und zeigte eine Transmission von 60 Prozent. Der mit schwarzem Epoxidharz gefüllte Bereich erschien bei der Betrachtung von der Lichteintrittsseite zur Lichtaustrittsseite wesentlich weniger durchlässig und zeigte eine Transmission von etwa 15 Prozent. Daraus ging hervor, daß die Wahl des lichtabsorbierenden Materials für die Ermöglichung einer erfolgreichen Lichtausbreitung durch den Array aus sich verjüngenden Wellenleitern hindurch sehr kritisch war. Dort, wo es sich bei dem lichtabsorbierenden Material um Flammrußpulver handelte, kam das Pulver nur mit einem kleinen Teil der Gesamtfläche der Seitenwände der Wellenleiter in direkten Kontakt und ermöglichte eine ungehinderte Totalreflexion. Licht wurde durch die Wellenleiter übertragen, indem es in die Eintrittsenden der Wellenleiter eintrat, von den Seitenwänden der Wellenleiter reflektiert wurde und durch die Austrittsflächen hindurch austrat. Bei einem schwarzen Epoxidharz als lichtabsorbierendes Material war dessen Brechungsindex an die reflektierenden Seitenwände angepaßt, was zur Folge hatte, daß das Licht durch die Seitenwände hindurch gekoppelt und von dem lichtabsorbierenden Material absorbiert wurde.

BEISPIEL III

Es wurde von obigem Beispiel II ausgegangen. Der Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern mit Zwischenbereichen mit Flammrußpulverfüllung wurde mit einem Stück PET-Folie, die mit einem Haftklebstoff versehen worden war, zusammenlaminiert. Der Haftklebstoff bildete mit der Austrittsfläche der Lichtwellenleiter eine indexangepaßte Grenzfläche. Der Array aus Wellenleitern zeigte weiterhin wie in obigem Beipiel II eine Transmission von 60 Prozent. Der Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitetn wurde nun mit einer Schutzschicht versehen und konnte ohne Beschädigung der Wellenleiter und ohne Verlust an dem pulverigen lichtabsorbierenden Material gewaschen, gebogen und gehandhabt werden.

BEISPIEL IV

Es wurde von obigem Beispiel II ausgegangen.
Der Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern mit Zwischenbereichen mit Flammrußpulverfüllung wurde mit einem Stück wärmeaktivierter Kunststoff-Kaschierfolie, die typischerweise zur Kaschierung von Identifikationskarten verwendet wird, zusammenlaminiert. Die Kaschierfolie bildete mit der Austrittsfläche der Lichtwellenleiter eine indexangepaßte Grenzfläche. Der Array aus Wellenleitern zeigte weiterhin wie in obigem Beipiel II eine Transmission von 60 Prozent. Der Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern wurde nun mit einer Schutzschicht versehen und konnte ohne Beschädigung der Wellenleiter und ohne Verlust an dem pulverigen lichtabsorbierenden Material gewaschen, gebogen und gehandhabt werden.

BEISPIEL V

Es wurde von obigem Beispiel IV ausgegangen. Von der Lichtaustrittsfläche aus gesehen stellte die laminierte Schutzfolie eine kontinuierliche Luft- Kunststoff-Grenzfläche bereit, die bewirkte, daß aus dem Rücken des Betrachters kommendes Licht in das Auge des Betrachters zurückreflektiert wurde. Das Beispiel war mit einer Schicht aus der gleichen photopolymerisierbaren Monomerlösung wie in obigem Beispiel I überdeckt. Auf den Array und die Monomerlösung wurde dann eine Glasplatte mit einer Antireflexionsbeschichtung gelegt. Nach der Härtung der Monomerlösung mit UV-Vis-Strahlung erschien der Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern mit einer auflaminierten Schutzfolie aus Kunststoff und einer weiteren antireflektiv beschichteten Glasplatte wesentlich dunkler. Dies war auf die Verringerung des die Augen des Betrachters erreichenden reflektierten Streulichts zurückzuführen.

BEISPIEL VI

Es wurde von obigem Beispiel IV ausgegangen.
Der geschützte Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern mit schwarzem Absorptionsmaterial wurde vor einem Helium-Neon-Laserstrahl mit einer Gaußschen Modenform und einem vollen Divergenzwinkel von 6 Grad angeordnet. Der Laserstrahl breitete sich von der Lichteintrittsseite zur Lichtaustrittsseite aus. Dann wurde auf einem zerstreuenden Sichtschirm beobachtet, daß das austretende Licht in ein breites Muster transformiert wurde. Dieses Muster wurde mit Video-Bildfanggeräten und Computersoftware analysiert. Die Analyse zeigte, daß dieser Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern bewirkte, daß Licht in ein breites, um den mittigen Laserstrahlfleck herum zentriertes Austrittsmuster transformiert wird. Aufgrund der Verwendung eines einzelnen Laserstrahls und der Geometrie der Wellenleiter enthielt das Austrittsmuster eine vierzählige Symmetrie und 8 Flecken ungefähr gleicher Intensität. Die Vollwinkelverteilung der Bereiche mit maximaler Fleckintensität betrug 40 Grad. Das gesamte Austrittsmuster des Arrays aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern zeigte über einen Vollwinkel von etwa 60 Grad eine relativ gleichmäßig abnehmende Änderung der Lichtaustrittsintensität, obwohl der Eintrittslaserstrahl lediglich eine Divergenz von 6 Grad aufwies.
Ein Lambertscher Strahler bot Gelegenheit zur Prüfung der absoluten Anzeigeeigenschaften des Arrays aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern. Die Intensität des sich kollinear mit dem Laserstrahl ausbreitenden Lichts wurde auf 1 normiert. Bei einem Vollwinkel von 40 Grad lieferte der Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern 50 Prozent der Intensität des idealen Lambertschen Strahlers. Bei einem Vollwinkel von 60 Grad lieferte der Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern 17 Prozent der Intensität des idealen Lambertschen Strahlers. Es ist zu beachten, daß der Lambertsche Strahler durch einen Mechanismus intensiver Streuung wirkt und in der Vorwärtsrichtung nur 47 Prozent des auf eine Oberfläche einfallenden Lichts durchließ.

BEISPIEL VII

Es wurde von obigem Herstellungsbeispiel I ausgegangen. Zur Herstellung einer schwarzen Füllmischung wurden 5 Teile Flammruß (Degussa Corporation) mit 20 Teilen Fluorolink-T, 80 Teilen Fluorolink-B (Ausimont Corporation) und 0,005 Teilen Dibutylzinndilaurat als Härter vermischt. Diese Mischung aus fluorierten. Polyurethanen besaß einen Brechungsindex, der etwa 0,2 Einheiten unter dem Brechungsindex der photopolymerisierten sich verjüngenden Wellenleiter lag. Diese Mischung wurde dann mit einem weichen Instrument, im vorliegenden Fall einem behandschuhten Finger, auf die Zwischenbereiche des Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern aufgebracht. Der Überschuß wurde mit demselben Instrument entfernt und außerdem, mit Löschpapier abgereinigt. Es stellte sich heraus, daß die Oberseite der Kegel von der schwarzen Mischung frei war. Der Array aus sich verjüngenden Wellenleitern mit Zwischenbereichen, die mit der schwarzen Füllmischung gefüllt waren, wurde dann in einem Ofen bei 50 Grad Celsius 2 Stunden aushärten gelassen.
Bei Betrachtung der Austrittsseite des Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern erschien der Array durch die schwarze Füllmischung als dunkles Mattschwarz. Der geschwärzte Anteil der sichtbaren Oberfläche wurde zu 85 Prozent bestimmt.
Zur Durchführung einer Transmissionsmessung wurde ein Helium-Neon-Laserstrahl mit einer Gaußschen Modenform und einem vollen Divergenzwinkel von 6 Grad durch den Array aus sich verjüngenden Lichtwellenleitern geschickt. Bei einer Lichtausbreitungsrichtung von der Lichteintrittsseite zur Lichtaustrittsseite der Wellenleiter betrug die Transmission 57%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern, bei dem man:

(a) auf eine Photomaske (8) mit opaken Bereichen (12) und transparenten Bereichen (14) eine weitgehend einheitliche dicke Schicht aus einer photopolymerisierbaren Mischung (18), enthaltend mindestens ein reaktives Monomer und einen Photoinitiator, aufbringt;

(b) die photopolymerisierbare Mischung durch die Photomaske mit weitgehend kollimierter aktinischer Strahlung (26) bestrahlt, wobei man die Mischung in einer gegenüber der aktinischen Strahlung weitgehend fixierten Ebene hält, und dadurch unter Polymerisation der Mischung einen Array aus sich verjüngänden Wellenleitern erhält, wobei

die photopolymerisierbare Mischung den Photoinitiator in einer so großen Menge enthält, daß sich ein solcher Gradient der Intensität der aktinischen Strahlung über die Dicke der photopolymerisierbaren Mischung einstellt, daß die zur Initiierung der Photoreaktion zur Verfügung stehende Menge an aktinischer Strahlung von der Photomaskenseite zur gegenüberliegenden Seite der Mischung hin abnimmt, und

jeder Wellenleiter sich von der Photomaske nach außen hin verjüngt, und eine an die Photomaske angrenzende Lichteintrittsfläche (38) und eine von der Lichteintrittsfläche entfernte Lichtaustrittsfläche (40) aufweist, wobei der Flächeninhalt der Lichteintrittsfläche jedes Wellenleiters größer als der Flächeninhalt seiner Lichtaustrittsfläche ist, und jeder Wellenleiter unabhängig von seiner Position im Array weitgehend identisch ist; und

(c) die polymerisierbare Mischung, die von der aktinischen Strahlung nicht weitgehend polymerisiert wird, entfernt.

2. Verfahren zur Herstellung eines Arrays aus sich verjüngenden Wellenleitern, bei dem man:

(a) auf ein Substrat (2) eine photopolymerisierbare Mischung (18), enthaltend mindestens ein reaktives Monomer und einen Photoinitiator, aufbringt und eine Photomaske (8) mit opaken Bereichen (12) und transparenten Bereichen (14) in weitgehendem Kontakt mit dem Substrat positioniert;

(b) die photopolymerisierbare Mischung durch die Photomäske mit weitgehend kollimierter aktinischer Strahlung (26) bestrahlt, wobei man die Mischung in einer gegenüber der aktinischen Strahlung weitgehend fixierten Ebene hält, und dadurch unter Polymerisation der Mischung einen Array aus sich verjüngenden Wellenleitern erhält, wobei

jeder Wellenleiter sich von der Photomaske nach außen hin verjüngt und eine an die Photomaske angrenzende Lichteintrittsfläche (38) und eine von der Lichteintrittsfläche entfernte Lichtaustrittsfläche (40) aufweist, wobei der Flächeninhalt der Lichteintrittsfläche jedes Wellenleiters größer als der, Flächeninhalt seiner Lichtaustrittsfläche ist, und jeder Wellenleiter unabhängig von seiner Position im Array weitgehend identisch ist;

(c) die polymerisierbare Mischung, die von der aktinischen Strahlung nicht weitgehend polymerisiert wird, entfernt und

(d) zwischen die sich verjüngenden Wellenleiter (28) ein lichtabsorbierendes Material einbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man nach der Polymerisation die Photomaske von dem Array aus sich verjüngenden Wellenleitern abnimmt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man vor Schritt (b) auf die weitgegend einheitlich dicke Schicht aus photopolymerisierbarer Mischung (18) eine Deckplatte (20) aufbringt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man als aktinische Strahlung (26) ultraviolettes Licht verwendet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehe nden Ansprüche, bei dem man das Monomer aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Isodecylacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, Cyclohexylacrylat, 1, 4-Butandiolacrylat, ethoxyliertem Bisphenol- A-acrylat, Neopentylglykoldiacrylat, Diethylenglykoldiacrylat, Diethylenglykoldimethacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Pentaeryrthrittriacrylat, Pentaerythrittetraacrylat und deren Gemischen auswählt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man als Monomer eine Mischung aus ethoxyliertem Bisphenol-A-acrylat und Trimethylolpropantriacrylat einsetzt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man den Photoinitiator aus der Gruppe bestehend aus Benzidimethylketal; α,α- Diethyloxyacetophenonon; α,α-Dimethyloxyloxy-α-hydroxyacetophenon; 50% 1-Hydroxycyclohexylphenylketen und 50% Benzophenon; 1-Hydroxycyclohexylphenylketon; 1-[4-(2- Hydroxyethoxy)phenyl]-2-hydroxy-2-methylpropan-1-on; 2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1- on und 2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl) - butan-1-on auswählt.

9. . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man den Photoinitiator aus der Gruppe bestehend aus Benzidimethylketal; α,α- Dimethyloxy-α-hydroxyacetophenon; 50% 1-Hydroxycyclohexylphenylketon und 50% Benzophenon; 1-Hydroxycyclohexylphenylketon und 1-[4-(2-Hydroxyethoxy)- phenyl]-2-hydroxy-2-methylpropan-1-on auswählt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man den Photoinitiator in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 12 Gewichtsprozent, bezogen - auf die Gesamtmenge der photopolymerisierbaren Mischung, einsetzt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man den Photoinitiator in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 8 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge der photopolymerisierbaren Mischung, einsetzt.