EP1920274A1 - Verfahren zur strukturierung von oberflächen von substraten - Google Patents

Verfahren zur strukturierung von oberflächen von substraten

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EP1920274A1
EP1920274A1 EP06762976A EP06762976A EP1920274A1 EP 1920274 A1 EP1920274 A1 EP 1920274A1 EP 06762976 A EP06762976 A EP 06762976A EP 06762976 A EP06762976 A EP 06762976A EP 1920274 A1 EP1920274 A1 EP 1920274A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
structuring
substrate
substrates
structured
coating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06762976A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Ukelis
Monika Kursawe
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Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
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    • Y10T428/24479—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including variation in thickness
    • Y10T428/24612—Composite web or sheet
    • Y10T428/2462—Composite web or sheet with partial filling of valleys on outer surface

Definitions

  • the present invention relates to methods for structuring surfaces of substrates, wherein a substrate is structured in a first step and in a second step for partially smoothing the
  • Structuring is coated in the sol-gel method, in particular a diffusely scattering surface is obtained. Structured substrates in this way and their use in optical applications are also the subject of the present invention.
  • Structured surfaces play a role in a variety of applications and processes.
  • Surface-structured substrates are also becoming increasingly important in optical applications, e.g. as diffusers or as reflectors.
  • Optical diffusers are scattered surfaces where incident light diffuses diffusely.
  • Common examples of the use of optical diffusers are, for example, focusing screens in photography or projection technology onto which an image is projected. The light that strikes the screen for imaging is scattered by it, ie deflected in different directions. This scattering ensures that the image projected onto the ground-glass screen can be recognized from different directions.
  • the present invention accordingly provides methods for structuring surfaces of substrates, wherein a substrate is structured in a first step and is coated in a second step for partially smoothing the structuring in the sol-gel process, in particular a diffusely scattering surface is obtained.
  • a structured surface in the sense of the present invention is a surface which has a regular or irregular structure, in particular in the form of grooves, depressions or protrusions of any kind.
  • the depressions and bulges can assume any shape and are in the nanometer to millimeter size range.
  • the method according to the invention has the advantage that it is simple to carry out and offers the possibility of producing diffusely scattering structurings.
  • the user is thus given the opportunity to produce the required structured surface for his needs, both process steps are technically easy to handle, easy to perform and easy to control.
  • Suitable applications are all optical systems in which a scattering of the light is needed.
  • the method according to the invention may be suitable for the production of diffusers for liquid crystal displays.
  • a backlight for LCDs which ensures a sufficient contrast.
  • battery-LCD's for example in laptops
  • reflectors that should fulfill at least the following requirements:
  • Suitable substrates in the present invention are glass substrates, ceramic substrates, metal substrates or plastic substrates, preferably glass, metal or ceramic substrates and very particularly preferably glass substrates or metal substrates. Glass substrates or metal substrates having structured surfaces are particularly suitable for optical applications, in particular for LCD 's.
  • Suitable materials for the glass substrates are all known glasses, for example float glass, cast glass from all glass compositions known to those skilled in the art, A, C, D, E, ECR, R or S glasses.
  • metal substrates are, for example, polished or blank drawn metal sheets with a mean roughness of ⁇ 1 micron.
  • Suitable plastic substrates consist for example of PMMA or polycarbonate.
  • Suitable ceramic substrates are all ceramics known to the person skilled in the art, in particular transparent ceramics, which can be structured by one of the methods mentioned below.
  • structuring of the surface of the substrate takes place in a first step.
  • the structuring can be done by the action of particle beams, laser beams, etching or embossing.
  • the structuring method is adapted to the respective substrate in order to achieve optimum structuring.
  • embossing processes are primarily suitable for substrates made of plastics or - A -
  • Metals wherein preferably plastics are structured by means of embossing.
  • Etching methods are particularly suitable for glass or ceramic substrates, wherein all variants of etching methods known to those skilled in the art can be used, e.g. RIE (Reactive Ion Etching).
  • a structuring with particle beams takes place, it being possible for the particle beams to be sandblasting or electron beams.
  • sandblasting means all particle beams whose particles are not to be assigned to the atomic or subatomic size range (for example electrons).
  • the size of the particles can be in a range from 1 .mu.m to 4 mm, depending on the desired structuring and the particulate material used.
  • the particles preferably have a size of 5 ⁇ m to 1 mm and in particular of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • Suitable blasting materials are all common materials, e.g. Sand, glass, corundum, plastics, ceramics, nut shells, corncob granules, steel of all grades and composition, metals, e.g. Aluminum and / or mixtures thereof.
  • it is glass or corundum particles, in particular with a particle size of 5 to 100 microns and most preferably with a particle size of 50 to ⁇ O microns.
  • the jet pressure as well as the angle of incidence and the direction of the jet medium also influence the structure of the surface.
  • jet pressures up to 10 bar, preferably up to 6 bar are used, the angle of incidence usually being between 5 and 90 °, preferably between 30 and 80 °.
  • the respective adaptation of the mentioned parameters to the particle materials for setting the desired type and depth of structuring is subject to the general skill of a person skilled in the art.
  • the actual blasting process becomes Achieving the required reproducibility of the structure mutatis mutandis performed by a suitable machine.
  • the structures obtained in this way usually still have edges that can adversely affect the properties in later applications.
  • a smoothing of the structuring by coating in the sol-gel process is carried out in a second step of the method according to the invention.
  • depressions created during structuring are partially refilled and corresponding edges are smoothed by additional coating (see Figure 1).
  • appropriate sols for example of T ⁇ O 2 and SiO 2 sols
  • a refractive index adaptation for controlling the optical effects can be achieved.
  • the second step taking place in the method according to the invention thus serves not only to smooth the structuring produced in the first step but also to adapt the optical properties of the structured surface obtained therewith.
  • Suitable sols for the sol-gel process are all sols known to those skilled in the art, for example sols of compounds of the elements titanium, zirconium, silicon, aluminum and / or mixtures thereof.
  • silicon sols are used. Sols or precursors of this type are known and commercially available.
  • the silicon sols are those in which the SiO 2 particles have been obtained by hydrolytic polycondensation of tetraalkoxysilane, in particular tetraethoxysilane (TEOS), in an aqueous-alcoholic-ammoniacal medium.
  • TEOS tetraethoxysilane
  • aqueous and / or solvent-containing sols prepared in another way can also be used as the coating solution.
  • the coating solution may additionally contain surfactants.
  • the usable coating solutions for the sol-gel process may contain other components, such as leveling agents or complexing agents.
  • the respective solids content in the coating solution is usually in the range of 0.1 to 20 wt .-%, preferably 2 to 10 wt .-%.
  • Coating solutions of the abovementioned types are described, for example, in DE 198 28 231, US Pat. No. 4,775,520, US Pat. No. 5,378,400, DE 196 42 419, EP 1 199 288 or WO 03/027015, the disclosure contents of which are hereby included by reference in the present invention.
  • the coating in the sol-gel process is carried out according to the general principles known to the person skilled in the art, e.g. by dip coating, spraying or by flow curtain.
  • dip coating the structured substrate is immersed in the coating solution; in the spray process, the substrate is coated with the coating medium by means of single-component or multi-component nozzles.
  • the coating is carried out through a free-flowing curtain of the coating medium, under which the substrate to be coated is moved through.
  • the coating is carried out in the sol-gel process by means of dip coating.
  • the prestructured substrate is dipped with a lifting device into a cuvette filled with sol and then withdrawn from the cuvette at a uniform speed.
  • the thickness of the applied layer depends on the depth and structure of the structuring carried out in the first method step. If structuring takes place with the formation of many edges, corners and steps or greater differences in height between the highest and lowest points of the structure, then the proportion of the smoothing layer must be correspondingly greater.
  • An exact coordination of the individual parameters structuring and subsequent smoothing is subject to the skill of the art.
  • the individual parameters are preferably matched to one another in such a way that the structured surface fulfills the conditions mentioned above for an optimal diffuser / reflector. Controlling the thickness of the coating in the
  • the sol-gel process essentially depends on the pulling rate of the structured substrate during coating. The higher the pulling speed, the thicker the layer obtained. Usually, the drawing speeds are in the range of 0.1 to 100 mm / sec, and preferably in the range of 1.6 to 8 mm / sec. Of course, the coating process can also be repeated one or more times until the desired smoothing of the structuring is achieved.
  • the structured substrate can be calcined. Calcination removes the residual solvent content from the applied layer.
  • the calcination temperatures are usually from 300 to 700 ° C., in particular from 500 to 600 ° C.
  • the structured surface is additionally coated with a metal layer.
  • This additional step follows the coating in the sol-gel process and can be carried out at any time afterwards.
  • the coating with a metal layer may be wet-chemically, e.g. by suitable reduction methods, in the CVD and / or PVD method, the PVD methods being preferred.
  • Suitable metals for the additional metal layer are, for example, aluminum, silver, chromium, nickel or other reflective metal layers.
  • the metal layer is aluminum.
  • the thickness of the additional metal layer depends on the material and the desired properties and is usually in the range of 10 to 150 nm and in particular in the range of 30 to 100 nm.
  • substrates with a structured surface prepared by one of the processes according to the invention.
  • Another object of the present invention is the use of structured surface substrates obtainable according to the methods described above as diffusers and / or reflectors in optical applications.
  • the optical applications may be any of the optical applications known to those skilled in the art, e.g. cameras of all types, projection devices and screens, liquid crystal displays, magnification systems, e.g. Microscopes, etc.
  • the substrates according to the invention are preferably used in liquid crystal displays.
  • the structured substrates according to the present invention can be used particularly advantageously, e.g. as a reflective background to replace a backlight and thus reduce the power consumption of the display. Further fields of application of the structured substrates according to the present invention will be apparent to those skilled in the art without inventive step.
  • Example 1 A glass plate having a thickness of 1 mm is filled with glass beads of a
  • Size range from 10 to 50 microns at a jet pressure of 2 bar and irradiated from a distance of 200 mm.
  • the plate is dedusted and a total of three times in an aqueous-alcoholic SiO 2 sol (solids content: 3
  • the plate is in each case for 10

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Strukturierung von Oberflächen von Substraten, wobei ein Substrat in einem ersten Schritt strukturiert wird und in einem zweiten Schritt zur teilweisen Glättung der Strukturierung im Sol-Gel-Verfahren beschichtet wird, wobei insbesondere eine diffus streuende Oberfläche erhalten wird. Auf diese Weise strukturierte Substrate sowie deren Verwendung in optischen Anwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

Verfahren zur Strukturierung von Oberflächen von Substraten
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Strukturierung von Oberflächen von Substraten, wobei ein Substrat in einem ersten Schritt strukturiert wird und in einem zweiten Schritt zur teilweisen Glättung der
Strukturierung im Sol-Gel-Verfahren beschichtet wird, wobei insbesondere eine diffus streuende Oberfläche erhalten wird. Auf diese Weise strukturierte Substrate sowie deren Verwendung in optischen Anwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Strukturierte Oberflächen spielen bei einer Reihe von Anwendungen und Prozessen eine Rolle. Zunehmend erlangen oberflächenstrukturierte Substrate auch in optischen Anwendungen Bedeutung, z.B. als Diffusoren oder als Reflektoren. Bei optischen Diffusoren handelt es sich um Streuflächen, an denen einfallendes Licht diffus gestreut wird. Gängige Beispiele für den Einsatz optischer Diffusoren sind beispielsweise Mattscheiben in der Fotografie- oder Projektionstechnik, auf die ein Bild projiziert wird. Das Licht, das zur Bilderzeugung auf die Mattscheibe trifft, wird von diesem gestreut, also in unterschiedliche Richtungen abgelenkt. Durch diese Streuung wird erreicht, dass das auf die Mattscheibe projizierte Bild aus unterschiedlichen Richtungen erkennbar ist. Es besteht daher ein Bedarf an Verfahren, mit denen diffus streuende Oberflächen bereitgestellt werden können.
Es bestand daher die Aufgabe, Verfahren zur Strukturierung einer
Substratoberfläche bereit zu stellen, die einfach handhabbar sind und die die Bereitstellung strukturierter Oberflächen für eine große Bandbreite von Anwendungen ermöglichen.
Verfahren der vorliegenden Erfindung erfüllen das komplexe
Anforderungsprofil in überraschender weise. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind demgemäss Verfahren zur Strukturierung von Oberflächen von Substraten, wobei ein Substrat in einem ersten Schritt strukturiert wird und in einem zweiten Schritt zur teilweisen Glättung der Strukturierung im Sol-Gel-Verfahren beschichtet wird, wobei insbesondere eine diffus streuende Oberfläche erhalten wird.
Eine strukturierte Oberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Oberfläche, die eine regel- oder unregelmäßige Struktur, insbesondere in Form von Rillen, Vertiefungen oder Ausbuchtungen jeder Art, aufweist. Die Vertiefungen und Ausbuchtungen können dabei jede beliebige Form annehmen und liegen im Nanometer- bis Millimeter-Größenbereich.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es einfach auszuführen ist und dabei die Möglichkeit bietet, diffus streuende Strukturierungen zu erzeugen. Dem Anwender wird damit die Möglichkeit gegeben, die für seine Bedürfnisse erforderliche strukturierte Oberfläche herzustellen, wobei beide Verfahrensschritte technisch gut handhabbar, einfach durchzuführen und gut steuerbar sind. Als Anwendungen eignen sich alle optischen Systeme, bei denen eine Streuung des Lichtes benötigt wird.
In einer speziellen Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Diffusoren für Flüssigkristalldisplays eignen. Im Allgemeinen wird für LCD's eine Hintergrundbeleuchtung eingesetzt, die für einen ausreichenden Kontrast sorgt. Insbesondere bei batteriegestützten LCD's, beispielsweise in Notebooks, macht sich der damit verbundene Energieverbrauch negativ bemerkbar, weil die Laufzeit der Batterie zusätzlich begrenzt wird. Aus diesem Grund ist man an einer Entwicklung von LCD's interessiert, die ohne eine Hintergrundbeleuchtung auskommen. Hierzu ist der Einsatz von Reflektoren nötig, die mindestens folgende Anforderungen erfüllen sollten:
- Einfallendes Licht soll gleichmäßig über die gesamte Fläche des Displays im Blickwinkelbereich des Betrachters verteilt werden - Außerhalb des Blickwinkelbereichs soll möglichst keine Reflektion erfolgen
- Durch die Strukturierung sollen keine Interferenzerscheinungen auftreten.
Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung derartig strukturierter Oberflächen denkbar.
Als Substrate eignen sich in der vorliegenden Erfindung Glassubstrate, Keramiksubstrate, Metallsubstrate oder Kunststoffsubstrate, vorzugsweise handelt es sich um Glas-, Metall- oder Keramiksubstrate und ganz besonders bevorzugt um Glassubstrate oder Metallsubstrate. Glassubstrate oder Metallsubstrate mit strukturierten Oberflächen eignen sich in besonderer Weise für optische Anwendungen, insbesondere für LCD's.
Als Material für die Glassubstrate eignen sich alle bekannten Gläser, beispielsweise Floatglas, Gussglas aus allen dem Fachmann bekannten Glaszusammensetzungen, A-, C-, D-, E-, ECR-, R- oder S-Gläser. Als Metallsubstrate eignen sich beispielsweise polierte oder blank gezogene Metallbleche mit einem mittleren Rauhwert von < 1 μm.
Geeignete Kunststoffsubstrate bestehen beispielweise aus PMMA oder Polycarbonat. Als Keramiksubstrate eignen sich alle dem Fachmann bekannten Keramiken, insbesondere transparente Keramiken, die sich mit einer der nachfolgend genannten Methoden strukturieren lassen.
In dem zweistufigen Verfahren der vorliegenden Erfindung erfolgt in einem ersten Schritt eine Strukturierung der Oberfläche des Substrates. Die Strukturierung kann dabei durch Einwirkung von Partikelstrahlen, Laserstrahlen, Ätzverfahren oder durch Prägeverfahren erfolgen. Idealerweise wird das Strukturierungsverfahren an das jeweilige Substrat angepasst, um eine optimale Strukturierung zu erreichen. So eignen sich Prägeverfahren vornehmlich bei Substraten aus Kunststoffen oder - A -
Metallen, wobei vorzugsweise Kunststoffe mit Hilfe von Prägeverfahren strukturiert werden. Ätzverfahren eignen sich insbesondere für Glas- oder Keramiksubstrate, wobei alle dem Fachmann bekannten Varianten von Ätzverfahren eingesetzt werden können, z.B. RIE (Reactive Ion Etching).
Vorzugsweise erfolgt eine Strukturierung mit Partikelstrahlen, wobei es sich bei den Partikelstrahlen um Sandstrahlen oder Elektronenstrahlen handeln kann. Unter Sandstrahlen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung alle Partikelstrahlen verstanden, deren Partikel nicht dem atomaren oder subatomaren Größenbereich (z.B. Elektronen) zuzuordnen sind. Die Größe der Partikel kann dabei in einem Bereich von 1 μm bis 4 mm liegen, abhängig von der gewünschten Strukturierung und dem eingesetzten Partikelmaterial. Bevorzugt weisen die Partikel eine Größe von 5 μm bis 1 mm und insbesondere von 20 μm bis 200 μm auf.
Als Strahlmaterialien kommen alle gängigen Materialien in Frage, z.B. Sand, Glas, Korund, Kunststoffe, Keramiken, Nussschalen, Maiskolbengranulat, Stahl jeglicher Güte und Zusammensetzung, Metalle, wie z.B. Aluminium und/oder Mischungen hieraus. Vorzugsweise handelt es sich um Glas- oder Korundpartikel, insbesondere mit einer Korngröße von 5 bis 100 μm und ganz besonders bevorzugt mit einer Korngröße von 50 bis βO μm.
Der Strahldruck sowie der Auftreffwinkel und die Richtung des Strahlmediums beeinflussen ebenfalls die Struktur der Oberfläche.
Üblicherweise werden Strahldrücke bis 10 bar, vorzugsweise bis 6 bar eingesetzt, wobei der Auftreffwinkel üblicherweise zwischen 5 und 90°, vorzugsweise zwischen 30 und 80° liegt. Die jeweilige Anpassung der genannten Parameter an die Partikelmaterialien zur Einstellung der gewünschten Art und Tiefe der Strukturierung unterliegt dem allgemeinen Können eines Fachmanns. Der eigentliche Strahlvorgang wird zur Erreichung der erforderlichen Reproduzierbarkeit der Struktur sinngemäß durch eine geeignete Maschine durchgeführt.
Die auf diese Weise erhaltenen Strukturen weisen in der Regel noch Kanten auf, die die Eigenschaften in den späteren Anwendungen negativ beeinflussen können. Aus diesem Grund wird in einem zweiten Schritt der erfindungsgemäßen Verfahren eine Glättung der Strukturierung durch Beschichtung im Sol-Gel-Verfahren vorgenommen. Durch diese Glättung werden bei der Strukturierung erzeugte Vertiefungen teilweise wieder aufgefüllt und entsprechende Kanten durch zusätzliche Beschichtung geglättet (siehe Abbildung 1 ). Darüber hinaus kann durch geeignete Mischung entsprechender Sole, z.B. von TΪO2 und Siθ2-Solen, in den Sol- Gel-Verfahren eine Brechzahlanpassung zur Steuerung der optischen Effekte erzielt werden. Der in den erfindungsgemäßen Verfahren erfolgende zweite Schritt dient damit nicht nur der Glättung der im ersten Schritt erzeugten Strukturierung, sondern kann auch der Anpassung der optischen Eigenschaften der damit erhaltenen strukturierten Oberfläche dienen.
Als Sole für das Sol-Gel-Verfahren eignen sich alle dem Fachmann bekannten Sole, z.B. Sole von Verbindungen der Elemente Titan, Zirkonium, Silizium, Aluminium und/oder Mischungen hieraus. Vorzugsweise werden Silizium-Sole eingesetzt. Sole bzw. Vorstufen dieses Typs sind bekannt und kommerziell erhältlich. Üblicherweise handelt es sich bei den Silizium-Solen um jene, bei denen die Siθ2-Partikel durch hydrolytische Polykondensation von Tetraalkoxysilan, insbesondere Tetraethoxysilan (TEOS), in einem wässrig-alkoholischen- ammoniakalischen Medium erhalten worden sind. Selbstverständlich können auch auf andere Weise hergestellte wässrige und/oder lösemittelhaltige Sole als Beschichtungslösung eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die Beschichtungslösung zusätzlich Tenside enthalten. Weiterhin können die einsetzbaren Beschichtungslösungen für das Sol-Gel-Verfahren weitere Komponenten enthalten, wie z.B. Verlaufsmittel oder Komplexbildner.
Der jeweilige Feststoffanteil in der Beschichtungslösung liegt üblicherweise im Bereich von 0.1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise bei 2 bis 10 Gew.-%.
Beschichtungslösungen der oben genannten Arten sind beispielsweise in DE 198 28 231 , US 4,775,520, US 5,378,400, DE 196 42 419, EP 1 199 288 oder WO 03/027015 beschrieben, deren Offenbarungsgehalte hiermit unter Bezugnahme in die vorliegende Erfindung mit eingeschlossen sind. Die Beschichtung im Sol-Gel-Verfahren erfolgt nach den allgemeinen und dem Fachmann bekannten Prinzipien, z.B. durch Tauchbeschichtung, Sprühverfahren oder mittels Fließvorhang. Bei der Tauchbeschichtung wird das strukturierte Substrat in die Beschichtungslösung eingetaucht, bei den Sprühverfahren erfolgt eine Beschichtung des Substrates mit dem Beschichtungsmedium mittels Ein- oder Mehrstoffdüsen. Bei Verwendung eines Fließvorhangs erfolgt die Beschichtung durch einen frei fließenden Vorhang des Beschichtungsmediums, unter dem das zu beschichtende Substrat hindurch bewegt wird. Vorzugsweise erfolgt die Beschichtung im Sol-Gel-Verfahren mittels Tauchbeschichtung. Dazu wird in der einfachsten Ausführungsform das vorstrukturierte Substrat mit einer Hubvorrichtung in eine mit SoI gefüllte Küvette getaucht und anschließend mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit aus der Küvette herausgezogen.
Die Dicke der aufgebrachten Schicht richtet sich nach der Tiefe und Struktur der im ersten Verfahrensschritt vorgenommenen Strukturierung. Erfolgt eine Strukturierung unter Ausbildung vieler Kanten, Ecken und Stufen bzw. größer Höhenunterschiede zwischen den höchsten und tiefsten Punkten der Struktur, so ist der Anteil der glättenden Schicht entsprechend größer zu wählen. Eine genaue Abstimmung der einzelnen Parameter bei der Strukturierung und der anschließenden Glättung unterliegt dem Fachwissen des Fachmanns. Vorzugsweise werden die einzelnen Parameter so aufeinander abgestimmt, dass die strukturierte Oberfläche die eingangs genannten Bedingungen für einen optimalen Diffusor/Reflektor erfüllt. Die Steuerung der Dicke bei der Beschichtung im
Sol-Gel-Verfahren hängt im Falle der Tauchbeschichtung im wesentlichen von der Ziehgeschwindigkeit des strukturierten Substrates beim Beschichten ab. Je größer die Ziehgeschwindigkeit ist, desto dicker ist die erhaltene Schicht. Üblicherweise liegen die Ziehgeschwindigkeiten im Bereich von 0.1 bis 100 mm/sec und vorzugsweise im Bereich von 1.6 bis 8 mm/sec. Selbstverständlich kann der Beschichtungsvorgang auch ein- oder mehrfach wiederholt werden, bis die gewünschte Glättung der Strukturierung erreicht ist.
Zur Verdichtung und Verfestigung der aufgebrachten Schicht kann das strukturierte Substrat kalziniert werden. Durch die Kalzinierung werden die restlichen Lösemittelanteile aus der aufgebrachten Schicht entfernt. Die Kalzinierungstemperaturen liegen üblicherweise bei 300 bis 7000C, insbesondere bei 500 bis 6000C.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die strukturierte Oberfläche zusätzlich mit einer Metallschicht beschichtet. Dieser zusätzliche Schritt schließt sich an die Beschichtung im Sol-Gel- Verfahren an und kann jederzeit nachträglich vorgenommen werden. Die Beschichtung mit einer Metallschicht kann nasschemisch, z.B. durch geeignete Reduktionsverfahren, im CVD- und/oder PVD-Verfahren erfolgen, wobei die PVD-Verfahren bevorzugt sind.
Als Metall für die zusätzliche Metallschicht eignen sich beispielsweise Aluminium, Silber, Chrom, Nickel oder andere spiegelnde Metallschichten. Vorzugsweise handelt es sich bei der Metallschicht um Aluminium. Die Dicke der zusätzlichen Metallschicht richtet sich nach dem Material und den gewünschten Eigenschaften und liegt üblicherweise im Bereich von 10 bis 150 nm und insbesondere im Bereich von 30 bis 100 nm.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Substrate mit strukturierter Oberfläche, hergestellt nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Substraten mit strukturierter Oberfläche, die gemäß den oben beschriebenen Verfahren erhältlich sind, als Diffusoren und/oder Reflektoren in optischen Anwendungen. Bei den optischen Anwendungen kann es sich um alle dem Fachmann bekannten optischen Anwendungen handeln, z.B. um Kameras jeder Bauart, Projektionsgeräte und -leinwände, Flüssigkristalldisplays, Vergrößerungssysteme, z.B. Mikroskope etc. Vorzugsweise finden die erfindungsgemäßen Substrate Anwendung in Flüssigkristalldisplays. Dort lassen sich die strukturierten Substrate gemäß der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft einsetzen, z.B. als reflektierenden Hintergrund, um eine Hintergrundbeleuchtung zu ersetzen und damit den Energieverbrauch des Displays verringern zu können. Weitere Anwendungsgebiete der strukturierten Substrate gemäß der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann ohne erfinderisches Zutun.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch zu begrenzen.
Beispiele
Beispiel 1 : Eine Glasplatte mit einer Dicke von 1 mm wird mit Glasperlen eines
Größenbereichs von 10 bis 50 μm bei einem Strahldruck von 2 bar und aus einer Entfernung von 200 mm bestrahlt. Die Platte wird entstaubt und insgesamt dreimal in ein wässrig-alkoholisches Siθ2-Sol (Feststoffgehalt: 3
Gew.-%) mit einer Ziehgeschwindigkeit von 4 mm/sec eingetaucht.
Zwischen den einzelnen Tauchschritten wird die Platte jeweils für 10
Minuten bei Raumtemperatur getrocknet. Nach dem Beschichten und Trocknen wird eine Aluminiumschicht mit einer
Schichtdicke von 70 nm auf das strukturierte und beschichtete Substrat aufgebracht.
Man erhält eine Glasplatte mit einer strukturierten Oberfläche mit diffus streuenden Eigenschaften.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Strukturierung von Oberflächen von Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat in einem ersten Schritt strukturiert wird und in einem zweiten Schritt zur teilweisen Glättung der
Strukturierung im Sol-Gel-Verfahren beschichtet wird
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine diffus streuende Oberfläche erhalten wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung durch Einwirkung von Partikelstrahlen, Laserstrahlen, Ätzverfahren oder durch Prägeverfahren erfolgt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Partikelstrahlen um Sandstrahlen oder Elektronenstrahlen handelt.
5. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den im Sol-Gel-Verfahren eingesetzten Solen um Sole von Verbindungen der Elemente Titan, Zirkonium, Aluminium, Silicium und/oder Mischungen hieraus handelt.
6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung im Sol-Gel-Verfahren mittels
Tauchbeschichtung, Sprühverfahren oder mittels Fließvorhang erfolgt.
7. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche zusätzlich mit einer Metallschicht beschichtet wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit einer Metallschicht nasschemisch, im CVD- und/oder PVD-Verfahren erfolgt.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Metall um Aluminium, Silber, Chrom, Nickel oder andere spiegelnde Metallschichten handelt.
10. Substrate mit strukturierter Oberfläche, hergestellt nach einem oder mehreren der Verfahren 1 bis 9.
11. Substrate gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Substrat um ein Glassubstrat, Keramiksubstrat, Metallsubstrat oder Kunststoff Substrat handelt.
12. Verwendung von Substraten mit strukturierter Oberfläche, hergestellt nach einem oder mehreren der Verfahren 1 bis 9, als Diffusoren und/oder Reflektoren in optischen Anwendungen.
13. Verwendung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den optischen Anwendungen um Flüssigkristalldisplays handelt.
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