EP4363197A1 - Strukturvorlage zur fertigung eines prägewerkzeugs zum prägen eines dünnschichtigen elements, verwendung einer strukturvorlage und verfahren zur bereitstellung einer strukturvorlage - Google Patents

Strukturvorlage zur fertigung eines prägewerkzeugs zum prägen eines dünnschichtigen elements, verwendung einer strukturvorlage und verfahren zur bereitstellung einer strukturvorlage

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Publication number
EP4363197A1
EP4363197A1 EP22741461.2A EP22741461A EP4363197A1 EP 4363197 A1 EP4363197 A1 EP 4363197A1 EP 22741461 A EP22741461 A EP 22741461A EP 4363197 A1 EP4363197 A1 EP 4363197A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
structural elements
structural
template
microscopic
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22741461.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Fritz
Ruben Hünig
Moritz Luck
Guillaume Gomard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karlsruher Institut fuer Technologie KIT filed Critical Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Publication of EP4363197A1 publication Critical patent/EP4363197A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/42—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the shape of the moulding surface, e.g. ribs or grooves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
    • B29C2059/023—Microembossing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3842—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining

Definitions

  • Textture template for manufacturing an embossing tool for embossing a thin-film element use of a texture template and method for providing a texture template
  • the present invention relates to a structural template for manufacturing an embossing tool for embossing a thin-layer element, a use of a structural template for manufacturing an embossing tool for embossing a thin-layer element and a method for providing a structural template for manufacturing an embossing tool for embossing a thin-layer element.
  • One aspect of the present invention relates to a structural template for manufacturing an embossing tool for embossing a thin-layer element, the structural template comprising: a substrate having a surface, at least a portion of the surface having a microscopic structure which comprises a large number of microscopic structural elements, the Features of the plurality of features each have a nanoscopic structure, and wherein the plurality of features are arranged on the surface of the substrate with a predetermined degree of disorder.
  • the template according to the invention can be produced easily and inexpensively.
  • the optimal optical properties of certain plant structures such as the rose petal
  • the structural template advantageously has no bumps and/or inhomogeneities.
  • the inventors have recognized that the roll-to-roll embossing, for example of an anti-reflective film, can be improved using the structure of the rose petal, for example, by imitating this structure, but unevenness and inhomogeneities such as leaf veins and / or defects, the petals can be reduced or even avoided in the structure template.
  • a thin-layer element such as a film for coating a solar module, can be ensured and at the same time gloss and diffraction effects of the embossed thin-layer element can be avoided.
  • the antireflection effect can be further improved by providing a nanoscopic structure on the structural elements.
  • a nanoscopic structure on the structure members, the antireflection properties of a thin film member in which the microscopic structure has been embossed can be improved.
  • the nanoscopic structure ensures that foreign particles cannot adhere to the microscopic structure, giving the microscopic structure self-cleaning properties.
  • the disorder in the arrangement of the structural elements means that there is no near or far order in the microscopic structure, which means that diffraction effects and glossiness of the thin-film element into which the microscopic structure has been embossed can be reduced or eliminated.
  • microstructure and “microstructure” can be used interchangeably.
  • nanostructure and “nanostructure” can be used interchangeably.
  • the term "microscopic" means that the proportions or dimensions of the microscopic structure are on the order or range of 1 to 300 microns.
  • nanoscopic is to be understood as meaning that the size ratios or dimensions of the nanoscopic structure are on the order of magnitude or in the range of 100 to 3000 nanometers.
  • the thin-layer element is preferably a film which is used in particular for coating solar modules.
  • the thin-film element can also be a thin embossable plate or disc.
  • the embossing tool is preferably a cylindrical roller, on the casing of which is arranged a metal sheet which has either a large number of negative or positive images of the surface structure of the structural template.
  • the embossing tool can also be a stamp.
  • the embossing tool can be produced using the previously registered invention (file number 102020209 106.4).
  • the structure template is described in relation to an xyz coordinate system, the z-axis describing the vertical direction in the earth's reference system and the x- and y-axis describing the horizontal direction in the earth's reference system.
  • the substrate may comprise or be made of a polymer.
  • the substrate is preferably a fully polymerized photoresist treated by means of wet-chemical dissolution.
  • the substrate can be essentially cuboid or cube-shaped.
  • the surface of the substrate may have an upper side and an opposite lower side in the vertical direction.
  • the substrate can be a silicon wafer.
  • the microscopic structure may be located on the top or bottom of the surface. Part of the top or bottom of the surface may have the microscopic structure.
  • the entire upper side or the entire underside can also have the microscopic structure. In other words, the entire top or the entire underside can be covered with the microscopic structure.
  • the microscopic structure can also extend over the entire surface of the substrate. The entire surface of the substrate can be covered with the microscopic structure. Preferably, only the top surface of the substrate has the microscopic structure. More preferably, the entire top is covered with the microscopic structure.
  • the microscopic structure comprises a multiplicity of microscopic structural elements, the lateral surfaces of which each have a nanoscopic structure.
  • This structure comprising the microstructure of the structural elements and the nanostructure on the lateral surfaces, can be referred to below as a “hierarchical structure”.
  • the hierarchical structure of the microscopic structure and integrated nanostructure is preferably based on the surface structure of certain plant leaves, such as rose petals.
  • a microscopic structural element of the multiplicity of microscopic structural elements is to be understood as meaning a three-dimensional, in particular geometric, object.
  • the geometric object can be freely shaped in three dimensions.
  • the geometric object may have a base and a vertex and protrude from the base toward the vertex.
  • the area of the structural element on which the structural element stands and from which it protrudes is referred to as the base surface.
  • the vertex is the surface opposite the base or the point opposite the base, which has the greatest vertical distance to the base of the structural element.
  • the surface of the structural element between the base and the apex is referred to as the lateral surface of the structural element.
  • a line on the lateral surface that runs essentially in the vertical direction between the apex and the base of the structural element is referred to as a lateral line
  • the structural element can be a cuboid, a cube or a hemisphere, for example.
  • the structural element may be tapered or tapered between the base and the apex.
  • the structural element can be a pyramid or be a cone, in particular an elliptical cone.
  • the plurality of microscopic features is a plurality of microscopic cones.
  • a feature of the plurality of features may be a microscopic cone.
  • Several of the plurality of features can be microscopic cones. All of the variety of structural elements can be microscopic cones.
  • a cone is a geometric object defined by the radius of its base or base and the height of its vertex. In an axial cross section, a cone has a triangular shape. The area between the base and the apex that surrounds the cone is called the lateral area. A line on the lateral surface that runs in the radial and axial directions of the cone between the apex and the base is called the generatrix.
  • a cone can have a circular or elliptical base.
  • the base diameter of a subset or all of the plurality of cones can be between 0.5 and 150 microns, preferably between 1 and 100 microns, more preferably between 3 and 50 microns, and most preferably between 5 and 20 microns.
  • One or more structural elements are preferably designed in such a way that they protrude or protrude from the surface of the substrate essentially in the vertical direction.
  • the structural elements can protrude from the top side of the substrate or from the bottom side of the substrate.
  • All structural elements of the multiplicity of structural elements preferably have a nanoscopic structure. Additionally or alternatively, the nanoscopic structure of a structural element of the multiplicity of structural elements is preferably formed in the lateral surface of the structural element. The nanoscopic structure preferably differs from at least two structural elements, a subset or all structural elements of the multiplicity of structural elements. Each structural element of the multiplicity of structural elements can have a different or an individual nanoscopic structure. Alternatively, all structural elements of the multiplicity of structural elements can have an identical nanoscopic structure.
  • the antireflection effect of the microstructure can be further increased by different nanostructures.
  • the nanoscopic structure preferably comprises elevations and/or depressions which extend in paths between the apex and the base of a structural element along a surface line of the structural element.
  • the nanoscopic structure can include fold-like formations or folds that extend between the apex and the base of a structural element along a surface line of the structural element.
  • the nanoscopic structure is periodic.
  • the nanoscopic structure preferably has a period length between 200 and 3000 nanometers, more preferably a period length between 400 and 2000 nanometers, and even more preferably a period length between 600 and 1800 nanometers.
  • the nanoscopic structure can also include tubular tracks that extend in the radial and axial or vertical direction of a structural element from the apex to the base.
  • the tracks of the nanostructure are preferably arranged on the lateral surface of the structural elements along a lateral line or in a vertical and horizontal direction offset from one another.
  • first tracks can run from the apex to the base
  • four second tracks can then go into the Interstices on the lateral surface between the four first tracks, the four second tracks being vertically and radially offset from the four first tracks
  • eight third tracks can then extend in the interstices on the lateral surface between the four first and the four second tracks, wherein the eight third lanes are offset vertically and radially from the four first lanes and the four second lanes, and so on.
  • the elevations and/or depressions may be cascaded from the apex to the base of a structural element of the plurality of structural elements.
  • the number of elevations and/or depressions along a circumferential direction on the lateral surface of a structural element can be doubled in sections from the apex to the base.
  • the nanoscopic structure can also include cone-like structures, in particular nanocones.
  • the inventors have found that the nanostructures described above lead to an increased anti-reflection effect.
  • the nanoscopic structure preferably has an aspect ratio of from 0.2 to 3, more preferably from 0.3 to 2, and particularly preferably from 0.5 to 1.2.
  • the apex of a structural element of the plurality of structural elements can be rounded or flattened.
  • the crests of all structural elements of the multiplicity of structural elements can be rounded off or flattened.
  • the plurality of structural elements may include rounded and/or flattened apex structural elements.
  • the microstructure Due to the rounding of the apex, the microstructure is less fragile with regard to mechanical loads.
  • the apex of a feature, a subset, or all of the plurality of features may be free of the nanoscopic structure.
  • the apex cannot be encompassed by the nanoscopic structure.
  • the apex can have no nanoscopic structure.
  • the apex cannot be covered by the nanoscopic structure.
  • the plurality of structural elements may include right cones and/or oblique cones and/or truncated cones.
  • a subset of the features of the plurality of features may include all right cones, all oblique cones, or all truncated cones.
  • all structural elements of the plurality of structural elements may include all right cones, all oblique cones, or all truncated cones.
  • the plurality of structural elements may also include a combination of the right cone, oblique cone, and truncated cone types.
  • the structural elements, in particular all structural elements, of the multiplicity of structural elements preferably have a height of 1 to 50 micrometers, in particular 5 to 20 micrometers and/or an aspect ratio of 0.3 to 3, more preferably 0.5 to 1.5, and in particular preferably from 0.7 to 1.3.
  • the aspect ratio can range from 0.5 to 2.
  • the aspect ratio can also be between 0.25 and 3.25.
  • “aspect ratio” means the ratio of height to width.
  • the height can also assume values between 0.5 and 55 microns.
  • optical properties, in particular the antireflection effect, of the microstructure are optimal in these size ranges.
  • the multiplicity of structural elements are arranged on the surface of the substrate with a predetermined degree of disorder.
  • at least a subset of the multiplicity of structural elements is preferably randomly distributed, in particular pseudo-randomly distributed, or arranged according to a random distribution on the surface of the substrate.
  • the random distribution can be a Gaussian distribution, for example, according to which the positions of the individual structure elements of the at least one subset can be distributed on the surface of the substrate and the structure elements can be arranged.
  • the predetermined level of disorder preferably includes at least a subset of the plurality of features on the surface of the substrate being shifted or staggered by a random amount in a random direction relative to a predetermined two-dimensional grid pattern.
  • the predetermined level of disorder preferably includes at least a subset of the plurality of structural elements being shifted or offset at the surface of the substrate by a random amount in a random direction relative to a predetermined two-dimensional lattice arrangement of the plurality of structural elements.
  • the lattice arrangement can be any desired two-dimensional arrangement, in particular a crystal lattice arrangement, in which the lattice sites are distributed uniformly and/or the lattice site distribution follows a periodic pattern.
  • the lattice arrangement is preferably hexagonal. Precisely one structural element or each individual structural element of the plurality of structural elements can be shifted or offset relative to the lattice arrangement.
  • the multiplicity of structural elements can be a two-dimensional, in particular horizontal, closest packed packing, in particular a closest packed cone packing.
  • predetermined and predetermined refer to the fact that the degree of disorder and the lattice arrangement are specified in the process of providing the structural template according to the invention (see inventive aspect of the method below) and are thus reproducible.
  • the predetermined lattice arrangement can be a two-dimensional crystal lattice with a square unit cell in which all four corners or lattice sites would be occupied by a structural element.
  • all structural elements would be arranged horizontally in a square on the upper side of the substrate or the upper side of the surface of the substrate.
  • the structural elements are arranged with a certain degree of disorder with respect to the grid arrangement. This means that, for example, a structural element horizontally from its lattice site, which the structural element according to the previously take or occupy fixed grid arrangement, can be arranged differently or offset horizontally to this grid space.
  • the position at which the feature may be located on the surface of the substrate may be offset by a random amount in a random direction in the horizontal plane relative to the position of the lattice site that the feature would occupy according to the predetermined lattice arrangement. be postponed. However, all structural elements can also be arranged in a shifted manner.
  • the average deviation in the positioning of the structural elements is preferably between 0 and 50 percent of the lattice constant of the lattice arrangement. More preferably, the average deviation in the positioning of the structural elements is between 10 and 40 percent of the lattice constant of the lattice arrangement. The average deviation in the positioning of the structural elements is particularly preferably between 25 and 30 percent of the lattice constant of the lattice arrangement.
  • the axis of a cone, a subset, or all of the features of the plurality of features may be randomly inclined a few degrees from the base of the features.
  • the axis may preferably be inclined at 40 degrees, more preferably at 10 degrees, or most preferably at 5 degrees.
  • the axis can be tilted between 0 and 45 degrees.
  • the predetermined degree of disorder includes that the geometry of at least two structural elements, in particular of all structural elements, of the plurality of structural elements is different from one another.
  • the structural elements can have different heights and/or radii.
  • the height of the at least two structural elements can preferably differ by 10 percent.
  • the maximum negative deviation of the aspect ratio of the structural elements from the maximum value can preferably be 100 percent.
  • the maximum negative deviation of the aspect ratio of the features from the maximum value can more preferably be 50 percent.
  • the maximum negative deviation of the aspect ratio of the structural elements from the maximum value can particularly preferably be 10 percent.
  • volume density of the structural elements i. H. Volume of the structural elements per average base area of the structural elements, remains constant or only fluctuates by a few percent and on the other hand all minima and maxima of the entire structured surface of the structural template are within a certain corridor or, in other words, value range, for example within -5 Percent to +5 percent of the average maximum or minimum value.
  • value range for example within -5 Percent to +5 percent of the average maximum or minimum value.
  • the multiplicity of structural elements is preferably arranged in such a way that adjacent structural elements, in particular immediately adjacent structural elements, of the multiplicity of structural elements adjoin one another. In this way, the entire area of the surface of the substrate occupied by the microstructure can be covered by structural elements.
  • the microscopic structure preferably has no planar, in particular horizontally planar, surfaces between the structural elements of the multiplicity of structural elements.
  • neighboring structural elements can intersect.
  • the at least one partial area of the surface of the substrate which has the microscopic structure can also be completely covered with the microscopic structural elements be covered by the multitude of structural elements.
  • the pattern template in particular the microstructure, can have a square, in particular horizontal, base area of 1 cm 2 , for example.
  • the plurality of structural elements can include more than two structural elements.
  • the multiplicity of structural elements preferably comprises between 100 and 1,000,000 structural elements per square millimeter.
  • a further aspect according to the invention relates to the use of a structural template as described above for the production of an embossing tool for embossing a thin-layer element.
  • the optimal optical properties of certain plant structures can be imitated and simplified and transferred to an embossable element by using the structural template described above, but the structural template does not have any unevenness and/or inhomogeneities.
  • the structure template By means of the structure template, a cost-effective, precise and fast embossing, especially in a roll-to-roll process, of a thin-layer element, such as a film for coating a solar module, can be ensured and at the same time gloss and diffraction effects of the embossed thin-layer element be reduced or avoided.
  • Another aspect of the invention relates to a method for providing a structural template for manufacturing an embossing tool for embossing a thin-layer element, the method comprising the following steps:
  • Providing data of a microscopic structure which comprises a multiplicity of microscopic structural elements, wherein the structural elements of the multiplicity of structural elements each have a nanoscopic structure and the structural elements of the multiplicity of structural elements are arranged with a degree of disorder in relation to one another, providing a substrate, and
  • this method can be used to provide a structural template, as described above, for example, simply and inexpensively.
  • the structural template provided by the method the optimal optical properties of certain plant structures, such as the rose petal, can be imitated and simplified and transferred to an embossable element, with the structural template having no bumps and/or inhomogeneities.
  • a cost-effective, precise and fast embossing, in particular in a roll-to-roll process, of a thin-layer element, such as a film for coating a solar module, can be ensured and at the same time gloss and diffraction effects of the embossed film element can be reduced or avoided.
  • the data of the microscopic structure in particular the geometry and arrangement of the individual structural elements, can be provided by means of a computer.
  • the computer can be a personal computer, PC or a computer cluster, for example.
  • the computer can also be part of a preparation or production apparatus, with which the microstructure is transferred to the substrate in a third or last step.
  • the provision or production apparatus can be, for example, a photolithograph or 3D printer.
  • Providing the data may include modeling and/or generating the data of the microscopic structure and/or simulating the microscopic structure.
  • the provision can include modeling a digital model of the microscopic structure using software suitable for this, such as a CAD program, and generating the data containing the modeled microstructure.
  • the data describing the microstructure can also be generated and/or provided with a spreadsheet program.
  • the data can be stored on the computer.
  • the microstructure data can also be transmitted over a network for further processing.
  • the surface structure of a rose petal for example, can be simulated and modeled by providing the microstructure data.
  • any detrimental properties such as bumps or defects in the surface structure can be removed during deployment.
  • the data includes the geometric parameters of the microscopic structure, structural parameters of the nanoscopic structure, and random parameters for the degree of disorder.
  • the geometric parameters of the microstructure can include, for example, the height, radius, aspect ratio, and slope of the individual features of the plurality of features.
  • Structural parameters of the nanostructure can include, for example, the curvature and length as well as the positioning on the lateral surface of a structural element of the webs of elevations and/or depressions.
  • the structural parameters of the nanostructure can describe the geometric shape of the nanostructure.
  • the random parameters describe the degree of disorder in the distribution or arrangement of the structural elements of the multiplicity of structural elements.
  • the random parameters, in particular pseudo-random parameters can contain, for example, two-dimensional grid coordinates of the individual structure elements of the plurality of structure elements distributed according to a specific probability distribution or random distribution.
  • the data may, for example, comprise or be a matrix in which each entry indicates the height of a structure element and the row and column index the Specify the grid position of the structure element.
  • a grayscale image can be generated from this matrix, in which the grayscale and the location of each pixel corresponds to the height and the position of a structure element.
  • the multiplicity of structural elements are arranged on the surface of the substrate with a predetermined degree of disorder.
  • at least a subset of the multiplicity of structural elements is randomly distributed, in particular pseudo-randomly distributed, or arranged according to a random distribution on the surface of the substrate.
  • the random distribution can be a Gaussian distribution, for example, according to which the positions of the individual structure elements of the at least one subset can be distributed on the surface of the substrate and the structure elements can be arranged.
  • the degree of disorder includes that at least a subset of the plurality of structural elements is shifted or offset by a randomly distributed amount in a randomly distributed direction relative to a two-dimensional lattice arrangement of the plurality of structural elements, the lattice arrangement being chosen in particular to be hexagonal.
  • the plurality of structural elements can be densely packed.
  • the grid arrangement of the multiplicity of structure elements can be selected, to which the degree of disorder can then be applied, for example using the random parameters mentioned above.
  • the lattice arrangement can be any desired two-dimensional lattice structure, in particular a crystal lattice structure.
  • the degree of disorder can also be created by positioning each individual structural element of the multiplicity of structural elements in a non-regular two-dimensional pattern.
  • the degree of disorder preferably includes the fact that the geometry of at least two structural elements, a subset or all structural elements of the plurality of structural elements is chosen to be different from one another.
  • the height can be set to a range of 5 to 10, 10 to 15, or 15 to 20 microns.
  • the aspect ratio can be set to a range of 0.3 to 3, 0.5 to 1.5 or 0.7 to 1.3.
  • the antireflection properties of the microstructure can be adjusted and increased in a targeted manner.
  • it can be ensured that all minima and maxima of the microstructure lie within a specific corridor or value range, as a result of which macroscopic unevenness, such as can occur across the rose petal, can be avoided.
  • the choice of the nanoscopic structure also has a beneficial influence on the physical properties of the microstructure.
  • the nanostructure contributes to the optical properties of the microstructure being improved and the microstructure having self-cleaning properties, for example according to the surface structure of the rose petal. Due to the nanostructure, foreign particles can no longer stick to the microstructure as easily, or the changed wetting behavior of water on the structure means that particles can be transported away better.
  • the data of the microscopic structure are preferably provided in such a way that adjacent structure elements, in particular immediately adjacent structure elements, of the multiplicity of structure elements adjoin one another, with adjacent structure elements intersecting in particular.
  • the microstructure cannot have any flat areas between the individual structural elements.
  • a substrate can be selected and provided.
  • the substrate can be a negative or positive photoresist, in particular a photoresist.
  • the substrate is preferably a photoresist that hardens or fully polymerizes in the irradiated areas by targeted irradiation with light of a specific wavelength.
  • the hierarchical structure comprising a microstructure containing a nanostructure can be transferred to the substrate using the data provided or generated.
  • the microscopic structure is preferably transferred to the substrate by means of sintering, laser ablation, multiphoton lithography, laser interference lithography, greyscale lithography, etching or a combination of these methods or by means of another suitable method.
  • the transmission may further include providing the provided data of the microscopic structure via a connection, such as a network connection, to a provisioning or manufacturing apparatus, such as a photolithography or 3D printer.
  • the data can be transmitted to this apparatus via the connection.
  • Steps two and three of the method described above can be performed entirely in a photolithographer.
  • the microstructure data can be provided by a computer, i. H. the data can be transferred from the computer to the photolithographer over a connection such as a network.
  • the entire method described above can even run completely and automatically in a photolithographer.
  • an embossing tool in particular for roll-to-roll embossing, can now be used Foil, are manufactured, with the surface structure of the structure template being duplicated and transferred to the embossing surface of the embossing tool.
  • Another aspect of the invention relates to a computer program product that contains instructions that cause a processor of a computer on which the instructions are executed to execute the inventive method described above for providing a structural template for manufacturing an embossing tool for embossing a thin-layer element.
  • FIG. 1 schematic representation of the provision of the data of a microstructure for the production of a structural template according to the invention
  • FIG. 2A irradiation of a substrate with laser light in a photolithographer
  • FIG. 2B the structured substrate from FIG. 2A
  • FIG. 2C a structural template produced according to the method according to the invention based on the substrate from FIG. 2B
  • Figure 3A is a top plan view of one of the plurality of cones of the microstructure with the nanostructure visible;
  • Figure 3B is a side view of the cone of Figure 3A with a rounded apex
  • Figure 4 is a 3D view of the cone of Figure 3B
  • Figure 5 is a scanning electron micrograph of a microstructure produced by the method of the present invention.
  • FIG. 1 schematically shows the provision of data for a microstructure for a structural template according to the invention by means of a computer C.
  • the microstructure 12 below has microscopic cones as structural elements.
  • the computer C shown in FIG. 1 is a PC, but it can also be a computer cluster.
  • the microstructure 12 can be modeled and simulated from the computer C using software, such as a CAD program, for example. With the CAD program, the individual cones of the microstructure 12 together with the nanostructure on the cones can be arranged next to one another in an xy plane and the microstructure 12 can thus be modeled and generated.
  • CAD program CAD program
  • the cones of the microscopic structure 12 have all been arranged to form a square lattice, with the individual rows of cones of the microscopic structure 12 being offset from one another by one lattice position.
  • the creation of the microstructure can also run fully automatically according to user specifications.
  • the microstructure 12 can be computer generated according to user specifications.
  • the data defining the microstructure 12 of the cones is generated or provided by the CAD program (step S1) and can be stored. Furthermore, the data can be made available for further processing, for example via a network connection, if required.
  • the data contain, for example, the geometric parameters of the cones (radius r, height h) and the nanostructure on the cones, the spatial arrangement of the cones (coordinates (x_i,y_i)), which corresponds to a square grid arrangement in Figure 1, and the random distribution (ZV(x_i,y_i)) the cone relative to its respective lattice site with the coordinates x_i, y_i.
  • the cones may be Gaussian distributed relative to the chosen grid arrangement.
  • the microstructure 12 modeled according to FIG. 1 comprises cones each having a radius of 0.5 microns and a height of 10 microns each.
  • the data of the microstructure 12 can also be provided manually, for example using a spreadsheet program (step S1).
  • a substrate is now selected as a function of the transfer process or production method (step S2).
  • the microstructure 12 is then applied to the surface of the substrate by means of a provision or production apparatus 20 transferred and thus provided or produced a structural template according to the invention (step S3).
  • the three-dimensional dimensions and positions of a hierarchical micro- and nanostructure can be generated according to the design rules of plant structures, which have special anti-reflection properties.
  • the data of cones with a height of 5 to 20 microns and an aspect ratio (height to width) of 0.5 to 2 can be selected, provided and generated in a CAD or spreadsheet program.
  • the tips of the cones can be chosen to be rounded.
  • the nanostructure can include fold-like formations that run radially from the tip to the base and support the anti-reflection effect.
  • the data may include the configuration that any or all cones (not nanostructure) are arranged with a plant-like disorder in the x-y plane.
  • any or all cones (not nanostructure) are arranged with a plant-like disorder in the x-y plane.
  • the cones can be shifted from their square or hexagonal lattice site by small, randomly distributed amounts in randomly distributed directions, so that there is no short-range order more exists.
  • the shape of each cone may vary slightly and be random, for example by -10 to +10 percent in height and aspect ratio.
  • the individual or all cones can be tilted randomly and by a few degrees.
  • the cones can be arranged such that the entire area available to the microstructure 12 is covered by cones.
  • the parameters described above can be used to ensure that the volume density of the cones (cone volume per average cone base area) remains constant or only fluctuates by a few percentage points. Furthermore, it can be ensured that all minima and maxima of the entire structured surface of the microstructure are within a specific corridor or value range are, for example, within -5 to +5 percent of the average maximum or minimum value. In this way, macroscopic unevenness in the microstructure 12 can be avoided so that, in particular, precise and rapid roll-to-roll embossing by means of the structure template, which can be generated using the model data of the microstructure 12, is possible.
  • the structure template can be produced in the preparation apparatus or production apparatus 20 by means of direct laser writing (DLW) or two-photon lithography. After that, the structural template produced, in particular only on a small scale, can be scaled up to industrial dimensions using the invention previously made by the inventors (reference number 10 2020 209 106.4).
  • DLW direct laser writing
  • two-photon lithography two-photon lithography
  • FIGS. 2A, 2B and 2C show schematically the process of providing a structure template according to the invention (step S3) using previously provided data which depict a model of the microstructure which is to be transferred to a substrate.
  • a variant of multiphoton lithography is used here to provide or generate the structural template.
  • a cuboid substrate 10 (shown here in cross section) having a surface 10A is selected and provided.
  • the substrate 10 is made of a photoresist material which can be structured by irradiation with light Li of a specific wavelength, for example UV light, in that it hardens at the irradiated points in the volume of the substrate, for example by polymerisation.
  • the substrate can be structured according to a desired microscopic cone structure, which is available in data form, for example as a table.
  • the substrate 10 In order to produce the microscopic cone structure including the integral nanostructure on the upper side of the surface 10A of the substrate 10, the substrate 10, as shown schematically in FIG. dotted line Li). Masks or stencils (not shown here) can also be used for patterning in the plane, the masks being applied to the photoresist before exposure or irradiation Substrate 10 are arranged.
  • FIG. 2B shows the substrate 10 from FIG. 2A, the volume of which was structured by irradiation with laser light and has the microscopic cone structure 12 (hatched area) inside, with each cone 14 having a nanostructure (not shown here).
  • the cones 14 of the microstructure 12 are shown here as truncated, straight cones with a flattened apex.
  • the cones extend with their apexes in the vertical direction, i. H. z-direction, and thus in the exposure or irradiation direction.
  • the cone axes are oriented vertically.
  • the cones can also extend downwards, in the negative z-direction.
  • the substrate 10 has been completely polymerized, whereas in the non-hatched areas, the substrate 10 is in its initial state.
  • the non-hatched areas can be removed wet-chemically with an appropriate agent (see FIG. 2C).
  • FIG. 2C shows the completed structural template 1 (in cross section) based on the structured substrate 10 from FIG. 2B.
  • the non-hatched areas shown in FIG. 2B were dissolved or removed wet-chemically.
  • the resulting top surface 10A of the cured substrate 10 has the nanostructure-integrated microscopic cone structure 12 (not shown).
  • this nanoscopic surface structure 16 of the cone 14 of the microstructure 12 is shown using an example.
  • FIG. 3A a top view of a cone 14 of a microstructure 12 is shown and in Figure 3B a side view of the cone 14 is shown.
  • the cone 14 shown has a nanostructure 16 on its lateral surface 14M (in FIG. 3B) from the base 14B or the base of the cone to the apex 14S.
  • the nanostructure 16 extends radially outwards in the form of a beam.
  • the nanostructure 16 shown can be modeled and simplified on the structure of plants, such as a rose petal.
  • the nanostructure 16 is exposed fold or tube-like, convex elevations 16A together, which run along different generatrices 14L (dashed line) of the cone 14.
  • the elevations can be arranged next to one another along a peripheral line on the lateral surface 14M, so that there is a depression or a trench between directly adjacent elevations, which also extends from the apex to the base of the cone 14 .
  • the elevations 16A can also run in different sections of the lateral surface.
  • four lines of bumps can run from the apex to the base.
  • the next four tracks can start slightly below the apex 14S and run between the first four tracks to the base. Between these four second courses, eight more courses can go down a section towards the base, and so on.
  • the elevations 16A can be shifted relative to one another vertically and radially along the lateral surface 14M, so that the number of elevations 16A below the apex 14S increases by a factor of 2. What was described for the elevations 16A also applies to, in particular concave, depressions or trenches in the lateral surface 14M of the cones 14.
  • FIG. 3B shows a side view of the cone 14 from FIG. 3A, but here the apex 14S is rounded and the apex 14S has no nanostructure 16 . In other words, the apex 14S is not encompassed by or covered by the nanoscopic structure 16 .
  • the apex 14S can also be pointed or flat.
  • FIG. 4 shows, in particular, the above-described cascading arrangement of tracks of convex elevations 16A, as a result of which the fold-like nanostructure 16 is produced.
  • the nanostructure 16 can also comprise concave depressions or even a combination of elevations and depressions.
  • FIG. 5 shows a recording of the microscopic cone structure 12, which cannot be represented in any other way, through a scanning electron microscope.
  • the photograph shows a section of the microstructure 12 of approximately 80 by 50 micrometers.
  • a structural template can be provided for manufacturing an improved embossing tool, as a result of which the embossing of a thin-layer element, such as an anti-reflective film, can be improved.
  • the structural template can be produced simply and inexpensively. Using this structural template, the optimal optical properties of certain plant structures, such as rose petals, can be imitated and simplified and transferred to an embossable element, with the structural template having no unevenness and/or inhomogeneities.
  • the structure template By means of the structure template, a cost-effective, precise and fast embossing, especially in a roll-to-roll process, of a thin-layer element, such as a film for coating a solar module, can be ensured and at the same time gloss and diffraction effects of the embossed thin-layer element be reduced or avoided.
  • the antireflection effect can be further improved by providing a nanoscopic structure on the structural elements of the microstructure.
  • the antireflection properties of a thin film member in which the microscopic structure has been embossed can be improved.
  • the nanoscopic structure ensures that foreign particles cannot adhere to the microscopic structure, giving the microscopic structure self-cleaning properties.
  • the disorder in the arrangement of the structural elements means that there is no near or far order in the microscopic structure, which means that diffraction effects and glossiness of the thin-film element into which the microscopic structure has been embossed can be reduced or eliminated.

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Abstract

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Strukturvorlage (1) zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements, wobei die Strukturvorlage (1) umfasst: ein Substrat (10) mit einer Oberfläche (10A), wobei zumindest ein Teilbereich der Oberfläche (10A) eine mikroskopische Struktur (12) aufweist, die eine Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen (14) umfasst, wobei die Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen (14) jeweils eine nanoskopische Struktur (16) aufweisen, und wobei die Vielzahl von Strukturelementen (14) an der Oberfläche (10A) des Substrats (10) mit einem vorbestimmten Maß an Unordnung angeordnet ist. Weitere Aspekte betreffen eine Verwendung der Strukturvorlage zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements, ein Verfahren zum Bereitstellen einer Strukturvorlage zum Fertigen eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements sowie ein Computerprogrammprodukt.

Description

Anmelder: Karlsruher Institut für Technologie
„Strukturvorlage zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements, Verwendung einer Strukturvorlage und Verfahren zur Bereitstellung einer Strukturvorlage“
Unser Zeichen: K 7135WO - hy / psn
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strukturvorlage zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements, eine Verwendung einer Strukturvorlage zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements und ein Verfahren zur Bereitstellung einer Strukturvorlage zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements.
Derzeit existieren auf dem Markt keine transparenten, breitbandigen und winkeltoleranten Antireflexbeschichtungen zum Beispiel für Solarmodule. Alle unter Verwendung herkömmlicher Antireflex-Methoden, wie zum Beispiel Dünnschichten, Nanostrukturierung, Mikrostrukturierung oder einer Kombination davon, hergestellten Beschichtungen weisen Glanz- und/oder Beugungseffekte auf.
Es ist bekannt, dass pflanzliche Oberflächen, wie zum Beispiel die Oberfläche von Rosenblütenblättern, besonders gute Eigenschaften haben. Die Oberfläche eines Rosenblütenblattes hat breitbandige und winkelunabhängige Antireflexeigenschaften. Sie weist ferner keinerlei Glanz oder Beugungseffekte auf.
Mit ihrer beim Deutschen Patent- und Markenamt zum Patent angemeldeten Erfindung (Aktenzeichen 102020209106.4), auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen und der Inhalt in diese Beschreibung aufgenommen wird, haben die Erfinder herausgefunden, wie sich die Oberflächenstruktur zum Beispiel eines Rosenblütenblattes vielfach und großflächig auf ein Prägewerkzeug übertragen lässt, um zum Beispiel eine Antireflexfolie in einem Rolle-zu-Rolle-Prägeverfahren herzustellen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Strukturvorlage zum Fertigen eines verbesserten Prägewerkzeuges bereitzustellen, wodurch das Prägen eines dünnschichtigen Elements, wie zum Beispiel einer Antireflexfolie, verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Strukturvorlage zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements, wobei die Strukturvorlage umfasst: ein Substrat mit einer Oberfläche, wobei zumindest ein Teilbereich der Oberfläche eine mikroskopische Struktur aufweist, die eine Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen umfasst, wobei die Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen jeweils eine nanoskopische Struktur aufweisen, und wobei die Vielzahl von Strukturelementen an der Oberfläche des Substrats mit einem vorbestimmten Maß an Unordnung angeordnet ist.
Vorteilhafterweise lässt sich die erfindungsgemäße Strukturvorlage einfach und kostengünstig hersteilen. Mittels dieser Strukturvorlage lassen sich die optimalen optischen Eigenschaften bestimmter Pflanzenstrukturen, wie des Rosenblütenblattes, nachahmen und vereinfachen und auf ein prägbares Element übertragen, wobei vorteilhafterweise die Strukturvorlage aber keine Unebenheiten und/oder Inhomogenitäten aufweist. Die Erfinder haben nämlich erkannt, dass das Rolle-zu- Rolle-Prägen zum Beispiel einer Antireflexfolie anhand der Struktur zum Beispiel des Rosenblütenblattes verbessert werden kann, indem diese Struktur zwar nachgeahmt wird, aber Unebenheiten und Inhomogenitäten wie Blattadern und/oder Defekte, die Blütenblätter aufweisen können, bei der Strukturvorlage reduziert oder gar vermieden werden.
Mittels der Strukturvorlage kann ein kostengünstiges, präzises und schnelles Prägen, insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess, eines dünnschichtigen Elements, wie zum Beispiel einer Folie zum Beschichten eines Solarmoduls, sichergestellt werden und gleichzeitig können Glanz- und Beugungseffekte des geprägten dünnschichtigen Elements vermieden werden.
Insbesondere kann durch das Vorsehen einer nanoskopischen Struktur auf den Strukturelementen die Antireflex-Wirkung weiter verbessert werden. Mit anderen Worten, durch das Vorsehen einer nanoskopischen Struktur auf den Strukturelementen können die Antireflexeigenschaften eines dünnschichtigen Elements, in das die mikroskopische Struktur geprägt worden ist, verbessert werden. Zudem bewirkt die nanoskopische Struktur, dass Fremdpartikel nicht an der mikroskopischen Struktur anhaften können, wodurch die mikroskopische Struktur selbstreinigende Eigenschaften erhält. Durch die Unordnung in der Anordnung der Strukturelemente kommt es zu keiner Nah- oder Fernordnung in der mikroskopischen Struktur, wodurch sich Beugungseffekte und Glanz des dünnschichtigen Elements, in das die mikroskopische Struktur geprägt worden ist, reduzieren oder eliminieren lassen.
Im Folgenden können die Begriffe „mikroskopische Struktur“ und „Mikrostruktur“ austauschbar verwendet werden. Zudem können die Begriffe „nanoskopische Struktur“ und „Nanostruktur“ austauschbar verwendet werden.
Im Rahmen dieser Beschreibung ist unter dem Begriff „mikroskopisch“ zu verstehen, dass sich die Größenverhältnisse oder Abmessungen der mikroskopischen Struktur in der Größenordnung oder dem Bereich von 1 bis 300 Mikrometern befinden.
Hingegen ist unter dem Begriff „nanoskopisch“ zu verstehen, dass sich die Größenverhältnisse oder Abmessungen der nanoskopischen Struktur in der Größenordnung oder dem Bereich von 100 bis 3000 Nanometern befinden.
Das dünnschichtige Element ist bevorzugt eine Folie, die insbesondere zur Beschichtung von Solarmodulen dient. Das dünnschichtige Element kann auch eine dünne prägbare Platte oder Scheibe sein.
Das Prägewerkzeug ist bevorzugt eine zylindrische Walze, auf dessen Mantel ein Blech angeordnet ist, das entweder eine Vielzahl von negativen oder positiven Abbildern der Oberflächenstruktur der Strukturvorlage aufweist. Das Prägewerkzeug kann auch ein Stempel sein. Das Prägewerkzeug kann mittels der zuvor angemeldeten Erfindung (Aktenzeichen 102020209 106.4) hergestellt werden.
Im Folgenden wird die Strukturvorlage in Bezug auf ein xyz-Koordinatensystem beschrieben, wobei die z-Achse die vertikale Richtung im Bezugssystem der Erde beschreibt und die x- bzw. y-Achse die horizontale Richtung im Bezugssystem der Erde beschreibt.
Das Substrat kann ein Polymer umfassen oder aus einem Polymer sein. Das Substrat ist vorzugsweise ein auspolymerisiertes und mittels nasschemischen Auflösens behandelter Fotolack.
Das Substrat kann im Wesentlichen quaderförmig oder würfelförmig sein. Die Oberfläche des Substrats kann in vertikaler Richtung eine Oberseite und eine gegenüberliegende Unterseite haben.
Das Substrat kann ein Siliziumwafer sein.
Die mikroskopische Struktur kann zum Beispiel an der Oberseite oder Unterseite der Oberfläche angeordnet sein. Ein Teil der Oberseite oder der Unterseite der Oberfläche kann die mikroskopische Struktur aufweisen. Auch die gesamte Oberseite oder die gesamte Unterseite kann die mikroskopische Struktur aufweisen. Mit anderen Worten kann die gesamte Oberseite oder die gesamte Unterseite mit der mikroskopischen Struktur bedeckt sein. Die mikroskopische Struktur kann sich auch über die gesamte Oberfläche des Substrats erstrecken. Die gesamte Oberfläche des Substrats kann mit der mikroskopischen Struktur bedeckt sein. Vorzugsweise weist nur die Oberseite der Oberfläche des Substrats die mikroskopische Struktur auf. Weiter vorzugsweise ist die gesamte Oberseite mit der mikroskopischen Struktur bedeckt.
Erfindungsgemäß umfasst die mikroskopische Struktur eine Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen, deren Mantelflächen jeweils eine nanoskopische Struktur aufweisen. Diese Struktur umfassend die Mikrostruktur der Strukturelemente und die Nanostruktur auf den Mantelflächen kann im Folgenden als „hierarchische Struktur“ bezeichnet werden.
Die hierarchische Struktur der mikroskopischen Struktur und integrierten Nanostruktur ist bevorzugt der Oberflächenstruktur bestimmter Pflanzenblätter, wie zum Beispiel des Rosenblütenblattes, nachempfunden.
Im Rahmen dieser Beschreibung ist unter einem mikroskopischen Strukturelement der Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen ein dreidimensionales, insbesondere geometrisches, Objekt zu verstehen. Das geometrische Objekt kann insbesondere frei dreidimensional geformt sein. Das geometrische Objekt kann eine Grundfläche bzw. Basis und einen Scheitel aufweisen und von der Basis in Richtung des Scheitels vorspringen. Als Grundfläche oder Basis wird die Fläche des Strukturelements bezeichnet, auf der das Strukturelement standfähig ist und von der es vorspringt. Als Scheitel wird die der Grundfläche bzw. Basis gegenüberliegende Fläche oder der der Grundfläche bzw. Basis gegenüberliegende Punkt bezeichnet, die oder der den größten senkrechten Abstand zur Grundfläche bzw. Basis der Strukturelements hat. Als Mantelfläche des Strukturelements wird die Oberfläche des Strukturelements zwischen Basis und Scheitel bezeichnet. Eine Linie auf der Mantelfläche, die im Wesentlichen in vertikaler Richtung zwischen dem Scheitel und der Basis des Strukturelements verläuft, wird als Mantellinien bezeichnet
Dementsprechend kann das Strukturelement zum Beispiel ein Quader, ein Würfel oder eine Halbkugel sein. Das Strukturelement kann zwischen der Basis und dem Scheitel konisch oder sich verjüngend zulaufen. Das Strukturelement kann eine Pyramide oder ein Kegel, insbesondere ein elliptischer Kegel, sein.
Vorzugsweise ist die Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen eine Vielzahl von mikroskopischen Kegeln. Ein Strukturelement der Vielzahl von Strukturelementen kann ein mikroskopischer Kegel sein. Mehrere der Vielzahl von Strukturelementen können mikroskopische Kegel sein. Alle der Vielzahl von Strukturelementen können mikroskopische Kegel sein.
Ein Kegel ist ein geometrisches Objekt, das durch den Radius seiner Grundfläche oder Basis und der Höhe seines Scheitels definiert wird. In einem axialen Querschnitt hat ein Kegel Dreiecksgestalt. Die Fläche zwischen Basis und Scheitel, die den Kegel umgibt, wird als Mantelfläche bezeichnet. Eine Linie auf der Mantelfläche, die in radialer und axialer Richtung des Kegels zwischen dem Scheitel und der Basis verläuft, wird als Mantellinien bezeichnet. Ein Kegel kann eine kreisförmige oder elliptische Grundfläche bzw. Basis haben.
Der Basisdurchmesser einer Teilmenge oder aller der Vielzahl von Kegeln kann zwischen 0,5 und 150 Mikrometern, bevorzugt zwischen 1 und 100 Mikrometern, bevorzugter zwischen 3 und 50 Mikrometern, und besonders bevorzugt zwischen 5 und 20 Mikrometern sein.
Ein oder mehrere Strukturelemente, insbesondere alle, der Vielzahl von Strukturelementen sind bevorzugt derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen in vertikaler Richtung von der Oberfläche des Substrats hervorragen oder vorspringen. Die Strukturelemente können zum Beispiel von der Oberseite des Substrats oder von der Unterseite des Substrats vorspringen.
Vorzugsweise weisen alle Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen eine nanoskopische Struktur auf. Zusätzlich oder alternativ ist die nanoskopische Struktur eines Strukturelements der Vielzahl von Strukturelementsn bevorzugt in der Mantelfläche des Strukturelements ausgebildet. Vorzugsweise unterscheidet sich die nanoskopische Struktur von zumindest zwei Strukturelementen, einer Teilmenge oder aller Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen. Jedes Strukturelement der Vielzahl von Strukturelementen kann eine andere oder eine individuelle nanoskopische Struktur aufweisen. Alternativ können alle Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen eine identische nanoskopische Struktur aufweisen.
Vorteilhafterweise lässt sich durch unterschiedliche Nanostrukturen die Antireflexwirkung der Mikrostruktur noch weiter steigern.
Vorzugsweise umfasst die nanoskopische Struktur Erhebungen und/oder Vertiefungen, die sich in Bahnen zwischen dem Scheitel und der Basis eines Strukturelements entlang einer Mantellinie des Strukturelements erstrecken. Insbesondere kann die nanoskopische Struktur faltenartige Gebilde oder Falten umfassen, die sich zwischen dem Scheitel und der Basis eines Strukturelements entlang einer Mantellinie des Strukturelements erstrecken.
Diese faltenartigen Gebilde oder Falten können vom Scheitel zur Basis auseinanderlaufen. Hierdurch kann ein spektral unselektives Verhalten garantiert werden.
Weiter vorzugsweise ist die nanoskopische Struktur periodisch. Die nanoskopische Struktur weist bevorzugt eine Periodenlänge zwischen 200 und 3000 Nanometern, bevorzugter eine Periodenlänge zwischen 400 und 2000 Nanometern, und noch bevorzugter eine Periodenlänge zwischen 600 und 1800 Nanometern auf.
Die nanoskopische Struktur kann auch schlauchartige Bahnen umfassen, die sich in radialer und axialer bzw. vertikaler Richtung eines Strukturelements vom Scheitel zur Basis erstrecken. Die Bahnen der Nanostruktur sind vorzugsweise entlang einer Mantellinie bzw. in vertikaler und horizontaler Richtung zueinander versetzt auf der Mantelfläche der Strukturelemente angeordnet. Zum Beispiel können vier erste Bahnen vom Scheitel zur Basis verlaufen, vier zweite Bahnen können dann in den Zwischenräumen auf der Mantelfläche zwischen den vier ersten Bahnen verlaufen, wobei die vier zweiten Bahnen vertikal und radial zu den vier ersten Bahnen versetzt sind, acht dritte Bahnen können dann in den Zwischenräumen auf der Mantelfläche zwischen den vier ersten und den vier zweiten Bahnen verlaufen, wobei die acht dritten Bahnen vertikal und radial zu den vier ersten und den vier zweiten Bahnen versetzt sind, und so weiter. Die Erhebungen und/oder Vertiefungen können vom Scheitel bis zur Basis eines Strukturelements der Vielzahl von Strukturelementen kaskadisch angeordnet sein. Die Anzahl der Erhebungen und/oder Vertiefungen entlang einer Umfangsrichtung auf der Mantelfläche eines Strukturelements kann sich abschnittsweise vom Scheitel bis zur Basis jeweils verdoppeln.
Die nanoskopische Struktur kann auch kegelartige Strukturen, insbesondere Nanokegel, umfassen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die oben beschriebenen Nanostrukturen zu einer gesteigerten Antireflexwirkung führen.
Die nanoskopische Struktur weist bevorzugt ein Aspektverhältnis von 0,2 bis 3, weiter bevorzugt von 0,3 bis 2, und besonders bevorzugt von 0,5 bis 1 ,2 auf.
Der Scheitel eines Strukturelements der Vielzahl von Strukturelementen kann abgerundet oder abgeflacht sein. Insbesondere können die Scheitel aller Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen abgerundet oder abgeflacht sein. Die Vielzahl von Strukturelementen kann Strukturelemente mit abgerundetem und/oder abgeflachtem Scheitel umfassen.
Durch die Abrundung des Scheitels ist die Mikrostruktur weniger fragil im Hinblick auf mechanische Belastungen.
Der Scheitel eines Strukturelements, einer Teilmenge oder aller Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen kann frei von der nanoskopischen Struktur sein. Der Scheitel kann nicht von der nanoskopischen Struktur umfasst sein. Der Scheitel kann keine nanoskopische Struktur aufweisen. Der Scheitel kann nicht von der nanoskopischen Struktur bedeckt sein.
Die Vielzahl von Strukturelementen kann gerade Kegel und/oder schiefe Kegel und/oder Kegelstümpfe umfassen. Eine Teilmenge der Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen kann ausschließlich gerade Kegel, ausschließlich schiefe Kegel oder ausschließlich Kegelstümpfe umfassen. Alternativ können alle Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen ausschließlich gerade Kegel, ausschließlich schiefe Kegel oder ausschließlich Kegelstümpfe umfassen. Die Vielzahl von Strukturelementen kann auch eine Kombination der Kegelarten, gerader Kegel, schiefer Kegel und Kegelstumpf, umfassen.
Vorzugsweise weisen die Strukturelemente, insbesondere alle Strukturelemente, der Vielzahl von Strukturelementen eine Höhe von 1 bis 50 Mikrometern, insbesondere 5 bis 20 Mikrometern und/oder ein Aspektverhältnis von 0,3 bis 3, bevorzugter von 0,5 bis 1 ,5, und besonders bevorzugt von 0,7 bis 1 ,3 auf. Insbesondere kann das Aspektverhältnis im Bereich von 0,5 bis 2 liegen. Das Aspektverhältnis kann auch zwischen 0,25 und 3,25 liegen. Unter „Aspektverhältnis“ ist im Folgenden das Verhältnis von Höhe zu Breite zu verstehen. Die Höhe kann auch Werte zwischen 0,5 und 55 Mikrometern annehmen.
In diesen Größenbereichen sind die optischen Eigenschaften, insbesondere die Antireflexwirkung, der Mikrostruktur optimal.
Erfindungsgemäß ist die Vielzahl von Strukturelementen an der Oberfläche des Substrats mit einem vorbestimmten Maß an Unordnung angeordnet. Vorzugsweise ist hierbei zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Strukturelementen an der Oberfläche des Substrats zufallsverteilt, insbesondere pseudozufallsverteilt, oder gemäß einer Zufallsverteilung angeordnet. Die Zufallsverteilung kann zum Beispiel eine Gaußverteilung sein, nach der die Positionen der einzelnen Strukturelemente der zumindest einen Teilmenge an der Oberfläche des Substrats verteilt und die Strukturelemente angeordnet sein können. Zusätzlich oder alternativ umfasst das vorbestimmte Maß an Unordnung vorzugsweise, dass zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Strukturelementen an der Oberfläche des Substrats um einen zufallsverteilten Betrag in einer zufallsverteilten Richtung relativ zu einer vorher festgelegten zweidimensionalen Gittermuster verschoben oder versetzt angeordnet ist. Mit anderen Worten umfasst das vorbestimmte Maß an Unordnung vorzugsweise, dass zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Strukturelementen an der Oberfläche des Substrats um einen zufallsverteilten Betrag in einer zufallsverteilten Richtung relativ zu einer vorher festgelegten zweidimensionalen Gitteranordnung der Vielzahl von Strukturelementen verschoben oder versetzt angeordnet ist. Die Gitteranordnung kann prinzipiell jede beliebige zweidimensionale Anordnung, insbesondere Kristallgitteranordnung, sein, bei der die Gitterplätze gleichmäßig verteilt sind und/oder die Gitterplatzverteilung einem periodischen Muster folgt. Bevorzugt ist die Gitteranordnung hexagonal. Genau ein Strukturelement oder aber jedes einzelne Strukturelement der Vielzahl von Strukturelementen kann relativ zu der Gitteranordnung verschoben oder versetzt angeordnet sein. Die Vielzahl von Strukturelementen kann eine zweidimensionale, insbesondere horizontale, dichtest gepackte Packung, insbesondere dichtest gepackte Kegelpackung, sein. Die Bezeichnungen „vorbestimmt“ und „vorher festgelegt“ beziehen sich darauf, dass das Maß an Unordnung und die Gitteranordnung im Bereitstellungsprozess der erfindungsgemäßen Strukturvorlage (siehe erfindungsgemäßen Aspekt des Verfahrens weiter unten) vorgegeben werden und so reproduzierbar sind.
Zum Beispiel kann die vorher festgelegte Gitteranordnung ein zweidimensionales Kristallgitter mit einer quadratischen Einheitszelle sein, bei der alle vier Ecken bzw. Gitterplätze mit einem Strukturelement besetzt wären. Nach dieser Gitteranordnung wären alle Strukturelemente an der Oberseite des Substrats bzw. der oberen Seite der Oberfläche des Substrats horizontal quadratisch angeordnet. Erfindungsgemäß sind die Strukturelemente in Bezug auf die Gitteranordnung mit einem gewissen Maß an Unordnung angeordnet. Das bedeutet, dass zum Beispiel ein Strukturelement horizontal von seinem Gitterplatz, den das Strukturelement gemäß der vorher festgelegten Gitteranordnung einnehmen bzw. besetzen würde, abweichend oder horizontal zu diesem Gitterplatz versetzt angeordnet sein kann. Die Position, an der das Strukturelement an der Oberfläche des Substrats angeordnet sein kann, kann um einen zufälligen Betrag in eine zufällige Richtung in der horizontalen Ebene relativ zu der Position des Gitterplatzes, den das Strukturelement gemäß der vorher festgelegten Gitteranordnung einnehmen bzw. besetzen würde, versschoben sein. Es können aber auch alle Strukturelemente verschoben angeordnet sein.
Vorzugsweise liegt die mittlere Abweichung der Positionierung der Strukturelemente zwischen 0 und 50 Prozent der Gitterkonstante der Gitteranordnung. Bevorzugter liegt die mittlere Abweichung der Positionierung der Strukturelemente zwischen 10 und 40 Prozent der Gitterkonstante der Gitteranordnung. Besonders bevorzugt liegt die mittlere Abweichung der Positionierung der Strukturelemente zwischen 25 und 30 Prozent der Gitterkonstante der Gitteranordnung.
Ferner kann die Achse eines Kegels, einer Teilmenge oder aller Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen zufällig um wenige Grad gegenüber der Basis bzw. Grundfläche der Strukturelemente geneigt sein. Die Achse kann bevorzugt um 40 Grad, bevorzugter um 10 Grad, oder besonders bevorzugt um 5 Grad geneigt sein. Die Achse kann zwischen 0 und 45 Grad geneigt sein.
Durch diese Neigungswerte können Überhänge der Strukturelemente vermieden werden, die sowohl optisch als auch prozesstechnisch problematisch sein können. Das heißt, Strukturelemente mit einem hohen Aspektverhältnis können nicht so weit gekippt werden wie flachere Strukturelemente.
Weiter vorzugsweise umfasst das vorbestimmte Maß an Unordnung, dass die Geometrie von zumindest zwei Strukturelementen, insbesondere von allen Strukturelementen, der Vielzahl von Strukturelementen voneinander verschieden ist. Die Strukturelemente können verschiedene Höhen und/oder Radien haben.
Hierdurch wird die Antireflexwirkung, die die Mikrostruktur bewirkt, noch weiter verbessert.
Bevorzugt kann sich die Höhe der zumindest zwei Strukturelemente um 10 Prozent unterscheiden. Die maximale negative Abweichung des Aspektverhältnisses der Strukturelemente vom Maximalwert kann bevorzugt 100 Prozent betragen. Die maximale negative Abweichung des Aspektverhältnisses der Strukturelemente vom Maximalwert kann bevorzugter 50 Prozent betragen. Die maximale negative Abweichung des Aspektverhältnisses der Strukturelemente vom Maximalwert kann besonders bevorzugt 10 Prozent betragen.
Hierdurch wird sichergestellt, dass zum einen die Volumendichte der Strukturelemente, d. h. Volumen der Strukturelemente pro durchschnittliche Grundfläche der Strukturelemente, konstant bleibt bzw. nur um wenige Prozent schwankt und zum anderen sämtliche Minima und Maxima der gesamten strukturierten Oberfläche der Strukturvorlage innerhalb eines bestimmten Korridors oder, mit anderen Worten, Wertebereichs liegen, zum Beispiel innerhalb von -5 Prozent bis +5 Prozent des durchschnittlichen Maxim umwertes bzw. Minimumwertes. Als Folge lassen sich Unebenheiten, die das Prägen beeinträchtigen, reduzieren und kontrollieren.
Vorzugsweise ist die Vielzahl von Strukturelementen derart angeordnet, dass benachbarte Strukturelemente, insbesondere nächstbenachbarte Strukturelemente, der Vielzahl von Strukturelementen aneinander angrenzen. Auf diese Weise kann die gesamte von der Mikrostruktur eingenommene Fläche der Oberfläche des Substrats von Strukturelementen bedeckt sein. Alternativ oder zusätzlich weist die mikroskopische Struktur vorzugsweise keine planaren, insbesondere horizontal planaren, Flächen zwischen den Strukturelementen der Vielzahl von Strukturelementen auf.
Ferner können benachbarte Strukturelemente ineinander schneiden.
Der zumindest eine Teilbereich der Oberfläche des Substrats, der die mikroskopische Struktur aufweist, kann auch vollständig mit den mikroskopischen Strukturelementen der Vielzahl von Strukturelementen überdeckt sein.
Die Strukturvorlage, insbesondere die Mikrostruktur, kann zum Beispiel eine quadratische, insbesondere horizontale, Grundfläche von 1 cm2 haben.
Die Vielzahl von Strukturelementen kann mehr als zwei Strukturelemente umfassen. Die Vielzahl von Strukturelementen umfasst bevorzugt zwischen 100 und 1 000 000 Strukturelemente pro Quadratmillimeter.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft eine Verwendung einer Strukturvorlage, wie sie oben beschrieben wurde, zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements.
Vorteilhafterweise lassen sich durch die Verwendung der oben beschriebenen Strukturvorlage die optimalen optischen Eigenschaften bestimmter Pflanzenstrukturen, wie des Rosenblütenblattes, nachahmen und vereinfachen und auf ein prägbares Element übertragen, wobei die Strukturvorlage aber keine Unebenheiten und/oder Inhomogenitäten aufweist. Mittels der Strukturvorlage kann ein kostengünstiges, präzises und schnelles Prägen, insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess, eines dünnschichtigen Elements, wie zum Beispiel einer Folie zum Beschichten eines Solarmoduls, sichergestellt werden und gleichzeitig können Glanz- und Beugungseffekte des geprägten dünnschichtigen Elements reduziert oder vermieden werden.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Strukturvorlage zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen von Daten einer mikroskopischen Struktur, die eine Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen umfasst, wobei die Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen jeweils eine nanoskopische Struktur aufweisen und die Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen mit einem Maß an Unordnung zueinander angeordnet sind, Bereitstellen eines Substrats, und
Übertragen der mikroskopischen Struktur auf das Substrat anhand der Daten.
Vorteilhafterweise kann mit diesem Verfahren eine Strukturvorlage, wie sie zum Beispiel oben beschrieben wurde, einfach und kostengünstig bereitgestellt werden. Mittels der durch das Verfahren bereitgestellten Strukturvorlage lassen sich die optimalen optischen Eigenschaften bestimmter Pflanzenstrukturen, wie des Rosenblütenblattes, nachahmen und vereinfachen und auf ein prägbares Element übertragen, wobei die Strukturvorlage aber keine Unebenheiten und/oder Inhomogenitäten aufweist. Mittels der durch das Verfahren bereitgestellten Strukturvorlage kann ein kostengünstiges, präzises und schnelles Prägen, insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess, eines dünnschichtigen Elements, wie zum Beispiel einer Folie zum Beschichten eines Solarmoduls, sichergestellt werden und gleichzeitig können Glanz- und Beugungseffekte des geprägten dünnschichtigen Elements reduziert oder vermieden werden.
Alle oben in Bezug auf die erfindungsgemäße Strukturvorlage und ihre Merkmale gemachten Ausführungen können auch auf die durch das Verfahren bereitgestellte Strukturvorlage und die einzelnen Verfahrensschritte übertragen werden.
In einem ersten Schritt des Verfahrens können, mittels eines Computers, die Daten der mikroskopischen Struktur, insbesondere die Geometrie und Anordnung der einzelnen Strukturelemente, bereitgestellt werden. Der Computer kann hierbei zum Beispiel ein Personal Computer, PC, oder ein Computer Cluster sein. Der Computer kann auch Bestandteil eines Bereitstellungs- bzw. Fertigungsapparats sein, mit dem in einem dritten oder letzten Schritt die Mikrostruktur auf das Substrat übertragen wird. Der Bereitstellungs- bzw. Fertigungsapparat kann zum Beispiel ein Photolithograph oder 3D-Drucker sein.
Das Bereitstellen der Daten kann Modellieren und/oder Erzeugen der Daten der mikroskopischen Struktur und/oder Simulieren der mikroskopischen Struktur einschließen. Das Bereitstellen kann umfassen, dass ein digitales Modell der mikroskopischen Struktur mit einer dafür geeigneten Software, wie zum Beispiel einem CAD-Programm, modelliert wird und die Daten, die die modellierte Mikrostruktur enthalten, erzeugt werden. Die Daten, die die Mikrostruktur beschreiben, können auch mit einem Tabellenkalkulationsprogramm erzeugt und/oder bereitgestellt werden. Die Daten können auf dem Computer abgelegt werden. Zur weiteren Verarbeitung können die Daten der Mikrostruktur auch über ein Netzwerk übertragen werden.
Vorteilhafterweise kann durch das Bereitstellen der Daten der Mikrostruktur zum Beispiel die Oberflächenstruktur eines Rosenblütenblattes simuliert und modelliert werden. Außerdem können alle nachteiligen Eigenschaften wie Unebenheiten oder Defekte in der Oberflächenstruktur während des Bereitstellens entfernt werden.
Vorzugsweise umfassen die Daten die geometrischen Parameter der mikroskopischen Struktur, Strukturparameter der nanoskopischen Struktur und Zufallsparameter für das Maß an Unordnung. Die geometrischen Parameter der Mikrostruktur können zum Beispiel die Höhe, Radius, Aspektverhältnis und Neigung der einzelnen Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen enthalten. Strukturparameter der Nanostruktur können zum Beispiel die Wölbung und Länge sowie die Positionierung auf der Mantelfläche eines Strukturelements der Bahnen aus Erhebungen und/oder Vertiefungen umfassen. Mit anderen Worten können die Strukturparameter der Nanostruktur die geometrische Form der Nanostruktur beschreiben. Die Zufallsparameter beschreiben das Maß an Unordnung in der Verteilung bzw. Anordnung der Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen. Die Zufallsparameter, insbesondere Pseudozufallsparameter, können zum Beispiel nach einer bestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilung oder Zufallsverteilung verteilte zweidimensionale Gitterkoordinaten der einzelnen Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen enthalten.
Die Daten können zum Beispiel eine Matrix umfassen oder sein, bei der jeder Eintrag die Höhe eines Strukturelements angibt und der Zeilen- und Spaltenindex die Gitterposition des Strukturelements angeben. Aus dieser Matrix kann ein Graustufenbild erzeugt werden, bei dem die Graustufe und der Ort eines jeden Pixels der Höhe und der Position eines Strukturelements entspricht.
Erfindungsgemäß wird die Vielzahl von Strukturelementen an der Oberfläche des Substrats mit einem vorbestimmten Maß an Unordnung angeordnet. Vorzugsweise wird hierbei zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Strukturelementen an der Oberfläche des Substrats zufallsverteilt, insbesondere pseudozufallsverteilt, oder gemäß einer Zufallsverteilung angeordnet. Die Zufallsverteilung kann zum Beispiel eine Gaußverteilung sein, nach der die Positionen der einzelnen Strukturelemente der zumindest einen Teilmenge an der Oberfläche des Substrats verteilt und die Strukturelemente angeordnet werden können.
Vorzugsweise umfasst das Maß an Unordnung, dass zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Strukturelementen um einen zufallsverteilten Betrag in einer zufallsverteilten Richtung relativ zu einer zweidimensionalen Gitteranordnung der Vielzahl von Strukturelementen verschoben oder versetzt angeordnet wird, wobei die Gitteranordnung insbesondere hexagonal gewählt wird. Die Vielzahl von Strukturelementen kann dichtgepackt sein. Während des Bereitstellens der Daten kann die Gitteranordnung der Vielzahl von Strukturelementen gewählt werden, auf die dann das Maß an Unordnung zum Beispiel anhand der obengenannten Zufallsparameter angewendet werden kann. Die Gitteranordnung kann jede beliebige zweidimensionale Gitterstruktur, insbesondere Kristallgitterstruktur, sein. Das Maß an Unordnung kann aber auch dadurch erzeugt werden, dass jedes einzelne Strukturelement der Vielzahl von Strukturelementen in einem nicht regelmäßigen zweidimensionalen Muster positioniert wird.
Vorzugsweise umfasst das Maß an Unordnung, dass die Geometrie von zumindest zwei Strukturelementen, einer Teilmenge oder allen Strukturelementen der Vielzahl von Strukturelementen voneinander verschieden gewählt wird.
Weiter vorzugsweise wird die Höhe der Strukturelemente, insbesondere aller Strukturelemente, der Vielzahl von Strukturelementen auf einen Bereich von 1 bis 50, insbesondere 5 bis 20 Mikrometer festgelegt und/oder das Aspektverhältnis auf einen Bereich von 0,3 bis 3, insbesondere von 0,5 bis 2 festgelegt, wobei die Höhe und/oder das Aspektverhältnis der einzelnen Kegel in einem Bereich von -10 bis +10 Prozent variiert werden kann. Die Höhe kann auf einen Bereich von 5 bis 10, 10 bis 15 oder 15 bis 20 Mikrometer festgelegt werden. Das Aspektverhältnis kann auf einen Bereich von 0,3 bis 3, 0,5 bis 1 ,5 oder 0,7 bis 1 ,3 festgelegt werden.
Durch die Wahl einer Geometrie der Strukturelemente und eines Maßes an Unordnung können die Antireflexeigenschaften der Mikrostruktur gezielt eingestellt und gesteigert werden. Außerdem kann sichergestellt werden, dass sämtliche Minima und Maxima der Mikrostruktur innerhalb eines bestimmten Korridors bzw. Wertebereichs liegen, wodurch makroskopische Unebenheiten, wie sie zum Beispiel über das Rosenblütenblatt hinweg auftreten können, vermieden werden können. Auch die Wahl der nanoskopischen Struktur hat einen vorteilhaften Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften der Mikrostruktur. So trägt die Nanostruktur dazu bei, dass die optischen Eigenschaften der Mikrostruktur verbessert werden und die Mikrostruktur über selbstreinigende Eigenschaften zum Beispiel gemäß der Oberflächenstruktur des Rosenblütenblattes verfügt. Aufgrund der Nanostruktur können Fremdpartikel nicht mehr so einfach an der Mikrostruktur haften bleiben bzw. durch das veränderte Benetzungsverhalten von Wasser auf der Struktur können Partikel besser abtransportiert werden.
Bevorzugt werden die Daten der mikroskopischen Struktur derart bereitgestellt, dass benachbarte Strukturelemente, insbesondere nächstbenachbarte Strukturelemente, der Vielzahl von Strukturelementen aneinander angrenzen, wobei benachbarte Strukturelemente insbesondere ineinander schneiden. Die Mikrostruktur kann keine flachen Bereiche zwischen den einzelnen Strukturelementen aufweisen.
Hierdurch kann erreicht werden, dass der gesamte von der Mikrostruktur umfasste Bereich mit Strukturelementen bedeckt ist, wodurch die Antireflexeigenschaften der Mikrostruktur weiter erhöht werden können. In einem zweiten Schritt kann ein Substrat ausgewählt und bereitgestellt werden. Das Substrat kann ein negatives oder positives Photoresist, insbesondere ein Fotolack, sein. Das Substrat ist bevorzugt ein Photoresist, das durch gezieltes Bestrahlen mit Licht einer bestimmten Wellenlänge in den bestrahlten Bereichen aushärtet bzw. auspolymerisiert.
In einem dritten Schritt kann die hierarchische Struktur aus Mikrostruktur mit enthaltener Nanostruktur auf das Substrat anhand der bereitgestellten bzw. erzeugten Daten übertragen werden.
Vorzugsweise wird das Übertragen der mikroskopischen Struktur auf das Substrat mittels Sintern, Laserablation, Multiphotonenlithographie, Laserinterferenzlithographie, Graustufenlithographie, Ätzen oder einer Kombination dieser Verfahren oder mittels eines anderen geeigneten Verfahrens durchgeführt.
Das Übertragen kann ferner einschließen, dass die bereitgestellten Daten der mikroskopischen Struktur über eine Verbindung, wie zum Beispiel eine Netzwerkverbindung, einem Bereitstellungs- bzw. Fertigungsapparat, wie zum Beispiel einem Photolithographen oder 3D-Drucker, bereitgestellt werden. Die Daten können an diesen Apparat über die Verbindung übermittelt werden.
Die oben beschriebenen Schritte zwei und drei des Verfahrens können vollständig in einem Photolithographen ablaufen. Hierzu können die Daten der Mikrostruktur von einem Computer bereitgestellt werden, d. h. die Daten können von dem Computer über eine Verbindung, wie zum Beispiel ein Netzwerk, an den Photolithographen übertragen werden. Das gesamte oben beschriebene Verfahren kann sogar vollständig und automatisiert in einem Photolithographen ablaufen.
Des Weiteren kann nun mittels der zuvor angemeldeten Erfindung (Aktenzeichen 10 2020 209 106.4) anhand der durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellten Strukturvorlage ein Prägewerkzeug, insbesondere für das Rolle-zu-Rolle-Prägen einer Folie, gefertigt werden, wobei die Oberflächenstruktur der Strukturvorlage vervielfältigt und auf die Prägefläche des Prägewerkzeugs übertragen wird.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft ein Computerprogrammprodukt, das Instruktionen enthält, die einen Prozessor eines Computers, auf dem die Instruktionen ausgeführt werden, dazu veranlassen, das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung einer Strukturvorlage zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements auszuführen.
Es folgt die Beschreibung der Zeichnungen, die der Veranschaulichung einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und der Beschreibung weiterer oder alternativer Merkmale dienen. Es versteht sich, dass in den Zeichnungen dargestellte Einzelmerkmale zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden können.
Es zeigen: Figur 1 schematische Darstellung der Bereitstellung der Daten einer Mikrostruktur zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strukturvorlage,
Figur 2A Bestrahlung eines Substrats mit Laserlicht in einem Photolithographen, Figur 2B das strukturierte Substrat aus Figur 2A, Figur 2C eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Strukturvorlage basierend auf dem Substrat aus Figur 2B,
Figur 3A eine Draufsicht eines Kegels der Vielzahl von Kegeln der Mikrostruktur mit sichtbarer Nanostruktur,
Figur 3B eine Seitenansicht des Kegels aus Figur 3A mit abgerundetem Scheitel, Figur 4 eine 3D-Ansicht des Kegels aus Figur 3B, und Figur 5 eine Elektronenrastermikroskop-Aufnahme einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Mikrostruktur.
Figur 1 zeigt schematisch die Bereitstellung von Daten für eine Mikrostruktur für eine erfindungsgemäße Strukturvorlage mittels eines Computers C. Im Folgenden weist die Mikrostruktur 12 mikroskopische Kegel als Strukturelemente auf. Der in Figur 1 gezeigte Computer C ist ein PC, kann aber auch ein Computercluster sein. Aus dem Computer C kann die Mikrostruktur 12 über eine Software, wie zum Beispiel ein CAD-Programm modelliert und simuliert werden. Mit dem CAD-Programm können die einzelnen Kegel der Mikrostruktur 12 samt Nanostruktur auf den Kegeln in einer x-y-Ebene nebeneinander angeordnet werden und so die Mikrostruktur 12 modelliert und erzeugt werden. In Figur 1 wurden die Kegel der mikroskopischen Struktur 12 alle zu einem quadratischen Gitter angeordnet, wobei die einzelnen Kegelreihen der mikroskopischen Struktur 12 jeweils um einen Gitterplatz zueinander versetzt sind. Das Erzeugen der Mikrostruktur kann nach Benutzervorgaben auch vollautomatisch ablaufen. Die Mikrostruktur 12 kann nach Benutzervorgaben computergeneriert sein.
Die Daten, die die Mikrostruktur 12 der Kegel definieren, werden von dem CAD- Programm erzeugt bzw. bereitgestellt (Schritt S1 ) und können gespeichert werden. Ferner können die Daten bei Bedarf zur weiteren Verarbeitung zum Beispiel über eine Netzwerkverbindung bereitgestellt werden. Die Daten enthalten zum Beispiel die geometrischen Parameter der Kegel (Radius r, Höhe h) und der Nanostruktur auf den Kegeln, die räumliche Anordnung der Kegel (Koordinaten (x_i,y_i)), die in Figur 1 einer quadratischen Gitteranordnung entspricht, sowie die Zufallsverteilung (ZV(x_i,y_i)) der Kegel relativ zu ihrem jeweiligen Gitterplatz mit den Koordinaten x_i, y_i. Die Kegel können zum Beispiel relativ zur gewählten Gitteranordnung Gauß-verteilt sein. Die gemäß Figur 1 modellierte Mikrostruktur 12 umfasst Kegel mit einem Radius von jeweils 0,5 Mikrometern und einer Höhe von jeweils 10 Mikrometern.
Die Daten der Mikrostruktur 12 können auch manuell, zum Beispiel mittels eines Tabellenkalkulationsprogrammes, bereitgestellt werden (Schritt S1 ).
Nun wird in Abhängigkeit des Übertragungsprozesses bzw. Fertigungsverfahrens ein Substrat ausgewählt (Schritt S2).
Daraufhin wird anhand der bereitgestellten Daten die Mikrostruktur 12 auf die Oberfläche des Substrats mittels eines Bereitstellungs- bzw. Fertigungsapparates 20 übertragen und somit eine erfindungsgemäße Strukturvorlage bereitgestellt bzw. hergestellt (Schritt S3).
Anders gesagt: An dem Computer C können die dreidimensionalen Abmessungen und Positionen einer hierarchischen Mikro- und Nanostruktur nach Design-Regeln von Pflanzenstrukturen erzeugt werden, die besondere Antireflexeigenschaften haben. Hierbei können in einem CAD- oder Tabellenkalkulationsprogramm die Daten von Kegeln mit einer Höhe von 5 bis 20 Mikrometern und einem Aspektverhältnis (Höhe zu Breite) von 0,5 bis 2 gewählt, bereitgestellt und erzeugt werden. Die Kegelspitzen können hierbei als abgerundet gewählt werden. Die Nanostruktur kann zum Beispiel faltenartige Gebilde umfassen, die radial von der Spitze zur Basis verlaufen und die Antireflexwirkung unterstützen.
Weiter können die Daten die Konfiguration einschließen, dass einzelne oder alle Kegel (nicht Nanostruktur) mit einer Unordnung nach Pflanzenvorbild in der x-y-Ebene angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung können Beugungsmuster und Glanzeffekte eliminiert werden. Ausgehend von einer zum Beispiel quadratischen oder auch hexagonalen Positionierung der Kegel auf der Ebene, die streng periodisch wäre und somit zu Beugungseffekten führen würde, können die Kegel um kleine, zufallsverteilte Beträge in zufallsverteilte Richtungen von ihrem quadratischen oder hexagonalen Gitterplatz verschoben werden, sodass keine Nahordnung mehr besteht. Die Form der einzelnen Kegel kann leicht variieren und zufallsverteilt sein, zum Beispiel um -10 bis +10 Prozent in Höhe und Aspektverhältnis. Zudem können die einzelnen oder alle Kegel zufällig und um wenige Grad geneigt werden. Die Kegel können derart angeordnet werden, dass die gesamte, der Mikrostruktur 12 zur Verfügung stehende Fläche von Kegeln bedeckt ist.
Durch die oben beschriebenen Parameter kann sichergestellt werden, dass die Volumendichte der Kegel (Kegelvolumen pro durchschnittlicher Kegelgrundfläche) konstant bleibt bzw. nur um wenige Prozentpunkte schwankt. Ferner kann sichergestellt werden, dass sämtliche Minima und Maxima der gesamten strukturierten Fläche der Mikrostruktur innerhalb eines bestimmten Korridors bzw. Wertebereichs liegen, zum Beispiel innerhalb von -5 bis +5 Prozent des durchschnittlichen Maximal- bzw. Minimalwertes. So können makroskopische Unebenheiten in der Mikrostruktur 12 vermieden werden, damit insbesondere ein präzises und schnelles Rolle-zu-Rolle- Prägen mittels der Strukturvorlage, die anhand der Modelldaten der Mikrostruktur 12 erzeugt werden kann, möglich ist.
Die Strukturvorlage kann in dem Bereitstellungsapparat bzw. Fertigungsapparat 20 mittels direkten Laserschreibens (DLW) bzw. Zweiphotonenlithographie hergestellt werden. Danach kann die, insbesondere nur auf kleinem Maßstab, erzeugte Strukturvorlage auf industrielle Dimensionen mittels der zuvor von den Erfindern gemachten Erfindung (Aktenzeichen 10 2020 209 106.4) hochskaliert werden.
Die Figuren 2A, 2B und 2C zeigen schematisch den Bereitstellungsprozess einer erfindungsgemäßen Strukturvorlage (Schritt S3) anhand von zuvor bereitgestellten Daten, die ein Modell der Mikrostruktur abbilden, die auf ein Substrat übertragen werden soll. Für die Bereitstellung bzw. Erzeugung der Strukturvorlage wird hier eine Variante der Multiphotonenlithographie verwendet.
Als erstes wird ein quaderförmiges Substrat 10 (hier im Querschnitt dargestellt) mit einer Oberfläche 10A gewählt und bereitgestellt. Das Substrat 10 ist hierbei aus einem Photoresistmaterial, das durch Bestrahlung mit Licht Li einer bestimmten Wellenlänge, zum Beispiel UV-Licht, strukturiert werden kann, indem es an den bestrahlten Stellen im Volumen des Substrats aushärtet, zum Beispiel durch Polymerisierung. So kann das Substrat gemäß einer gewünschten mikroskopischen Kegelstruktur, die in Datenform, zum Beispiel als Tabelle, vorliegt, strukturiert werden.
Um die mikroskopische Kegelstruktur samt integraler Nanostruktur an der Oberseite der Oberfläche 10A des Substrats 10 zu erzeugen, wird das Substrat 10, wie in Figur 2A schematisch gezeigt, zum Beispiel mit einem Laser L von unten (in z-Richtung) bestrahlt bzw. belichtet (gepunktete Linie Li). Es können auch Masken oder Schablonen (hier nicht gezeigt) zur Strukturierung in der Ebene verwendet werden, wobei die Masken vor der Belichtung oder Bestrahlung des Photoresists an dem Substrat 10 angeordnet werden.
In Figur 2B ist das Substrat 10 aus Figur 2A gezeigt, dessen Volumen durch die Bestrahlung mit Laserlicht strukturiert wurde und im Inneren die mikroskopische Kegelstruktur 12 (schraffierter Bereich) aufweist, wobei jeder Kegel 14 eine Nanostruktur (hier nicht gezeigt) besitzt. Der Einfachheit halber sind die Kegel 14 der Mikrostruktur 12 hier als stumpfe, gerade Kegel mit abgeflachtem Scheitel dargestellt. Die Kegel erstrecken sich mit ihren Scheiteln in vertikaler Richtung, d. h. z-Richtung, und damit in Belichtungs- bzw. Bestrahlungsrichtung. Die Kegelachsen sind vertikal orientiert. Die Kegel können sich auch nach unten, in negativer z-Richtung, erstrecken.
In den schraffierten Bereichen ist das Substrat 10 vollständig polymerisiert worden, wohingegen in den nichtschraffierten Bereichen das Substrat 10 in seinem Ausgangszustand ist. Die nichtschraffierten Bereiche können mit einem entsprechenden Mittel nasschemisch entfernt werden (siehe Figur 2C).
In Figur 2C ist die fertiggestellte Strukturvorlage 1 (im Querschnitt) basierend auf dem strukturierten Substrat 10 aus Figur 2B gezeigt. Die in Figur 2B gezeigten nichtschraffierten Bereiche wurden nasschemisch aufgelöst bzw. entfernt. Die resultierende Oberseite der Oberfläche 10A des gehärteten Substrats 10 weist die mikroskopische Kegelstruktur 12 mit integrierter Nanostruktur (nicht gezeigt) auf.
In den Figuren 3A und 3B ist diese nanoskopische Oberflächenstruktur 16 der Kegel 14 der Mikrostruktur 12 anhand eines Beispiels gezeigt.
In Figur 3A ist eine Draufsicht eines Kegels 14 einer Mikrostruktur 12 gezeigt und in Figur 3B ist eine Seitenansicht des Kegels 14 gezeigt. Der gezeigte Kegel 14 weist auf seiner Mantelfläche 14M (in Figur 3B) von der Basis 14B bzw. der Grundfläche des Kegels bis hin zum Scheitel 14S eine Nanostruktur 16 auf. In der Draufsicht von Figur 3A verläuft die Nanostruktur 16 strahlförmig radial nach außen. Die gezeigte Nanostruktur 16 kann der Struktur von Pflanzen, wie von einem Rosenblütenblatt, nachempfunden und vereinfacht sein. Vorliegend setzt sich die Nanostruktur 16 aus falten- oder schlauchartigen, konvexen Erhebungen 16A zusammen, die entlang von verschiedenen Mantellinien 14L (gestrichelte Linie) des Kegels 14 verlaufen. Die Erhebungen können entlang einer Umfangslinie auf der Mantelfläche 14M nebeneinander angeordnet sein, sodass zwischen direkt benachbarten Erhebungen eine Vertiefung oder ein Graben besteht, der sich ebenfalls vom Scheitel zur Basis des Kegels 14 erstreckt. Wie in Figur 3A gezeigt können die Erhebungen 16A auch in unterschiedlichen Abschnitten der Mantelfläche verlaufen. Wie gezeigt können vier Bahnen aus Erhebungen vom Scheitel bis zur Basis verlaufen. Die nächsten vier Bahnen können etwas unterhalb des Scheitels 14S beginnen und zwischen den vier ersten Bahnen zur Basis verlaufen. Zwischen diesen vier zweiten Bahnen können acht weitere Bahnen einen Abschnitt tiefer zur Basis hin verlaufen, und so weiter. Mit anderen Worten können die Erhebungen 16A vertikal und radial entlang der Mantelfläche 14M zueinander verschoben sein, sodass sich die Anzahl der Erhebungen 16A unterhalb des Scheitels 14S um einen Faktor 2 erhöht. Das für die Erhebungen 16A Beschriebene gilt auch für, insbesondere konkave, Vertiefungen bzw. Gräben in der Mantelfläche 14M der Kegel 14.
In Figur 3B ist eine Seitenansicht des Kegels 14 aus Figur 3A gezeigt, wobei hier aber der Scheitel 14S abgerundet ist und der Scheitel 14S keine Nanostruktur 16 aufweist. Anders gesagt, der Scheitel 14S ist nicht von der nanoskopischen Struktur 16 umfasst oder von dieser bedeckt. Der Scheitel 14S kann auch spitz oder flach sein.
In Figur 4 ist eine 3D-Ansicht in Graustufen, die sich nicht anders darstellen lässt, des Kegels 14 aus Figur 3B gezeigt. Hier ist die nanoskopische Struktur 16 besonders gut erkennbar. Figur 4 zeigt insbesondere die oben beschriebene, kaskadische Anordnung von Bahnen aus konvexen Erhebungen 16A, wodurch die faltenartige Nanostruktur 16 entsteht. Analog kann die Nanostruktur 16 auch konkave Vertiefungen umfassen oder sogar eine Kombination aus Erhebungen und Vertiefungen.
Figur 5 zeigt eine Aufnahme der mikroskopischen Kegelstruktur 12, die sich nicht anders darstellen lässt, durch ein Elektronenrastermikroskop. Die Aufnahme zeigt einen Ausschnitt der Mikrostruktur 12 von circa 80 mal 50 Mikrometern. Zusammengefasst kann mit der vorliegenden Erfindung gemäß der unabhängigen Ansprüche eine Strukturvorlage zum Fertigen eines verbesserten Prägewerkzeuges bereitgestellt werden, wodurch das Prägen eines dünnschichtigen Elements, wie zum Beispiel einer Antireflexfolie, verbessert werden kann. Ferner lässt sich die Strukturvorlage einfach und kostengünstig herstellen. Mittels dieser Strukturvorlage lassen sich die optimalen optischen Eigenschaften bestimmter Pflanzenstrukturen, wie des Rosenblütenblattes, nachahmen und vereinfachen und auf ein prägbares Element übertragen, wobei die Strukturvorlage aber keine Unebenheiten und/oder Inhomogenitäten aufweist. Mittels der Strukturvorlage kann ein kostengünstiges, präzises und schnelles Prägen, insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess, eines dünnschichtigen Elements, wie zum Beispiel einer Folie zum Beschichten eines Solarmoduls, sichergestellt werden und gleichzeitig können Glanz- und Beugungseffekte des geprägten dünnschichtigen Elements reduziert oder vermieden werden. Insbesondere kann durch das Vorsehen einer nanoskopischen Struktur auf den Strukturelementen der Mikrostruktur die Antireflex-Wirkung weiter verbessert werden. Mit anderen Worten, durch das Vorsehen einer nanoskopischen Struktur auf den Strukturelementen können die Antireflexeigenschaften eines dünnschichtigen Elements, in das die mikroskopische Struktur geprägt worden ist, verbessert werden. Zudem bewirkt die nanoskopische Struktur, dass Fremdpartikel nicht an der mikroskopischen Struktur anhaften können, wodurch die mikroskopische Struktur selbstreinigende Eigenschaften erhält. Durch die Unordnung in der Anordnung der Strukturelemente kommt es zu keiner Nah- oder Fernordnung in der mikroskopischen Struktur, wodurch sich Beugungseffekte und Glanz des dünnschichtigen Elements, in das die mikroskopische Struktur geprägt worden ist, reduzieren oder eliminieren lassen. Bezugszeichenliste
1 Strukturvorlage 10 Substrat
10A Oberfläche des Substrats 12 mikroskopische Struktur 14 Strukturelemente 14M Mantelfläche eines Strukturelements 14L Mantellinie eines Strukturelements
14S Scheitel eines Strukturelements 14B Basis eines Strukturelements 16 nanoskopische Struktur 16A Erhebungen und/oder Vertiefungen 20 Bereitstellungs- bzw. Fertigungsapparat
C Computer L Laser Li Licht

Claims

Patentansprüche
1. Strukturvorlage (1 ) zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements, wobei die Strukturvorlage (1) umfasst: ein Substrat (10) mit einer Oberfläche (10A), wobei zumindest ein Teilbereich der Oberfläche (10A) eine mikroskopische Struktur (12) aufweist, die eine Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen (14) umfasst, wobei die Strukturelemente der Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen (14) jeweils eine nanoskopische Struktur (16) aufweisen, und wobei die Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen (14) an der Oberfläche (10A) des Substrats (10) mit einem vorbestimmten Maß an Unordnung angeordnet ist.
2. Strukturvorlage (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen (14) eine Vielzahl von mikroskopischen Kegeln ist.
3. Strukturvorlage (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei alle Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen (14) eine nanoskopische Struktur (16) aufweisen, und/oder wobei die nanoskopische Struktur (16) eines Strukturelements der Vielzahl von Strukturelementen (14) in der Mantelfläche (14M) des Strukturelements ausgebildet ist.
4. Strukturvorlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei alle Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen (14) eine identische nanoskopische Struktur (16) aufweisen, oder wobei sich die nanoskopische Struktur (16) von zumindest zwei Strukturelementen, insbesondere von allen Strukturelementen, der Vielzahl von Strukturelementen (14) unterscheidet.
5. Strukturvorlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die nanoskopische Struktur (16) Erhebungen und/oder Vertiefungen (16A) umfasst, die sich in Bahnen zwischen dem Scheitel (14S) und der Basis (14B) eines Strukturelements der Vielzahl von Strukturelementen (14) entlang einer Mantellinie (14L) des Strukturelements erstrecken, wobei die nanoskopische Struktur (16) insbesondere Falten (16A) umfasst, die sich zwischen dem Scheitel (14S) und der Basis (14B) eines Strukturelements der Vielzahl von Strukturelementen (12) entlang einer Mantellinie (14L) des Strukturelements erstrecken.
6. Strukturvorlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Scheitel (14S) eines Strukturelements, insbesondere aller Strukturelemente, der Vielzahl von Strukturelementen (14) abgerundet oder abgeflacht ist.
7. Strukturvorlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen (14) eine Höhe von 1 bis 50 Mikrometer, insbesondere 5 bis 20 Mikrometer und/oder ein Aspektverhältnis von 0,3 bis 3, insbesondere von 0,5 bis 2 aufweisen.
8. Strukturvorlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Strukturelementen (14) gerade Kegel und/oder schiefe Kegel und/oder Kegelstümpfe umfasst.
9. Strukturvorlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Strukturelementen (14) an der Oberfläche (10A) des Substrats (10) zufallsverteilt oder gemäß einer Zufallsverteilung angeordnet ist, und/oder wobei das vorbestimmte Maß an Unordnung umfasst, dass zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Strukturelementen (14) an der Oberfläche (10A) des Substrats (10) um einen zufallsverteilten Betrag in einer zufallsverteilten Richtung relativ zu einer vorher festgelegten zweidimensionalen Gitteranordnung der Vielzahl von Strukturelementen (14) verschoben oder versetzt angeordnet ist, wobei die Gitteranordnung insbesondere hexagonal ist.
10. Strukturvorlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das vorbestimmte Maß an Unordnung umfasst, dass die Geometrie von zumindest zwei Strukturelementen, insbesondere von allen Strukturelementen, der Vielzahl von Strukturelementen (14) voneinander verschieden ist.
11 . Strukturvorlage (1 ) nach Anspruch 10, wobei sich die Höhe und/oder das Aspektverhältnis der zumindest zwei Strukturelemente um 10 Prozent unterscheidet.
12. Strukturvorlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Strukturelementen (14) derart angeordnet ist, dass benachbarte Strukturelemente, insbesondere nächstbenachbarte Strukturelemente, der Vielzahl von Strukturelementen (14) aneinander angrenzen, und/oder wobei die mikroskopische Struktur (12) keine planaren Flächen zwischen den Strukturelementen der Vielzahl von Strukturelementen (14) aufweist, und/oder wobei der zumindest eine Teilbereich der Oberfläche (10A) des Substrats (10), der die mikroskopische Struktur (12) aufweist, vollständig mit den mikroskopischen Strukturelementen der Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen (14) überdeckt ist.
13. Strukturvorlage (1 ) nach Anspruch 12, wobei benachbarte Strukturelemente ineinander schneiden, wobei insbesondere die Mantelflächen (14M) benachbarter Strukturelemente ineinander schneiden.
14. Verwendung einer Strukturvorlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements.
15. Verfahren zur Bereitstellung einer Strukturvorlage (1) zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen (S1 ) von Daten einer mikroskopischen Struktur (12), die eine Vielzahl von mikroskopischen Strukturelementen (14) umfasst, wobei die Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen (14) jeweils eine nanoskopische Struktur (16) aufweisen und die Strukturelemente der Vielzahl von Strukturelementen (14) mit einem Maß an Unordnung zueinander angeordnet sind, Bereitstellen (S2) eines Substrats (10), und
Übertragen (S3) der mikroskopischen Struktur (12) auf das Substrat (10) anhand der Daten.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Daten die geometrischen Parameter der mikroskopischen Struktur (12), Strukturparameter der nanoskopischen Struktur (16) und Zufallsparameter für das Maß an Unordnung umfassen.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Strukturelementen (14) an der Oberfläche (10A) des Substrats (10) zufallsverteilt, insbesondere pseudozufallsverteilt, oder gemäß einer Zufallsverteilung angeordnet wird, und/oder wobei das Maß an Unordnung umfasst, dass zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Strukturelementen (14) um einen zufallsverteilten Betrag in einer zufallsverteilten Richtung relativ zu einer zweidimensionalen Gitteranordnung der Vielzahl von Strukturelementen (14) verschoben oder versetzt angeordnet wird, wobei die Gitteranordnung insbesondere hexagonal gewählt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Maß an Unordnung umfasst, dass die Geometrie von zumindest zwei Strukturelementen der Vielzahl von Strukturelementen (14) voneinander verschieden gewählt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Höhe der Strukturelemente, insbesondere aller Strukturelemente, der Vielzahl von Strukturelementen (14) auf einen Bereich von 1 bis 50, insbesondere 5 bis 20 Mikrometer und/oder das Aspektverhältnis auf einen Bereich von 0,3 bis 3, insbesondere 0,5 bis 2 festgelegt wird, wobei die Höhe und/oder das Aspektverhältnis der einzelnen, insbesondere aller, Strukturelemente in einem Bereich von -10 bis +10 Prozent variiert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Daten der mikroskopischen Struktur (12) derart bereitgestellt werden, dass benachbarte Strukturelemente, insbesondere nächstbenachbarte Strukturelemente, der Vielzahl von Strukturelementen (14) aneinander angrenzen, wobei benachbarte Strukturelemente insbesondere ineinander schneiden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei das Übertragen der mikroskopischen Struktur (12) auf das Substrat (10) mittels Sintern, Laserinterferenzlithographie, Graustufenlithographie, Laserablation,
Multiphotonenlithographie, Ätzen oder einer Kombination dieser Verfahren durchgeführt wird.
22. Computerprogrammprodukt, das Instruktionen enthält, die einen Prozessor eines Computers, auf dem die Instruktionen ausgeführt werden, dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21 zur Bereitstellung einer Strukturvorlage (1) zur Fertigung eines Prägewerkzeuges zum Prägen eines dünnschichtigen Elements auszuführen.
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