EP4544359A1 - Verfahren für die replikation eines hologrammes mittels einer optischen klebefolie - Google Patents
Verfahren für die replikation eines hologrammes mittels einer optischen klebefolieInfo
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- EP4544359A1 EP4544359A1 EP23735263.8A EP23735263A EP4544359A1 EP 4544359 A1 EP4544359 A1 EP 4544359A1 EP 23735263 A EP23735263 A EP 23735263A EP 4544359 A1 EP4544359 A1 EP 4544359A1
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- light
- master
- adhesive film
- optical adhesive
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- G03H2250/35—Adhesive layer
Definitions
- the invention relates to a method for replicating a hologram into a light-sensitive composite web.
- the method according to the invention preferably includes the provision of a master element comprising a substrate body and at least one master hologram, the application of a light-sensitive composite web to a surface of the master element, the exposure of the master element in order to replicate the at least one master hologram into the light-sensitive composite web and the detachment of the exposed composite web from the master element.
- the method further includes temporarily applying an optical adhesive film between the photosensitive composite web and the surface of the master element.
- the optical adhesive film provides optical contact between the master element and the light-sensitive composite web during exposure.
- the invention relates to a method for replicating a hologram in a light-sensitive composite web using a coupling element, an optical adhesive film being inserted between the composite web and the coupling element.
- the invention relates to the field of replication of holograms.
- HOEs typically refer to optical components in which holographic properties are used to achieve a specific beam path of light, such as transmission, reflection, diffraction, scattering and/or deflection, etc. This means that desired optical functionalities can be implemented in a compact manner in any substrate.
- the holographic properties preferably exploit the wave character of light, in particular coherence and interference effects. Both the intensity and the phase of the light are taken into account.
- Such holographic elements are used in many areas, such as: B. in transparent displays (e.g. in shop windows, refrigerated cabinets, vehicle windows), for lighting applications, such as information or warning signals in glass surfaces, light-sensitive detection systems, for example for interior monitoring (eye tracking in vehicles or presence status tracking of people indoors).
- transparent displays e.g. in shop windows, refrigerated cabinets, vehicle windows
- lighting applications such as information or warning signals in glass surfaces
- light-sensitive detection systems for example for interior monitoring (eye tracking in vehicles or presence status tracking of people indoors).
- Holograms are created by the interference of a reference beam with light reflected or diffracted from the surface of an object (object rays).
- object rays Traditionally, three-dimensional objects have been used to create unique, customized holograms.
- Commercially available HOEs are often used Mass-produced reproduction process. Such reproduction processes usually use a master hologram, which identifies the image to be copied.
- the master holograms used are often stored in a substrate body that carries the master hologram.
- the substrate body is preferably transparent and can have various shapes, for example a cuboid shape, a plate or a roller.
- the combination of the master hologram with the substrate body forms a master element.
- the master element is exposed to a coherent light source to replicate the image from the master hologram into a light-sensitive composite.
- the photosensitive composite may be provided in the form of a flowing web comprising a photosensitive material and one or more support or protective layers.
- the photosensitive web is preferably transported through various work stations to produce the HOEs.
- the composite web is placed on a surface of the master element.
- the coherent light can traverse the composite web before reaching the master hologram and being reflected back into the composite web.
- the coherent light can first be directed at the master hologram, through which it is diffracted before it reaches the composite web.
- object and reference beams interfere with each other in the light-sensitive material and form the replicated hologram.
- the replication process is sensitive to unwanted stray light, which can also interfere with the object and/or reference beams. If, for example, irregularities or gaps arise at the interface between the composite web and the surface of the master element, the reference and/or object beams can be internally reflected. This can lead to either light loss or unwanted interference that affects the quality of the replicated hologram. Providing sufficient optical contact between the master element and the composite web is therefore highly relevant for the quality of the replicated hologram.
- the coupling element is transparent at least for the wavelength of the exposure beam and can take on various shapes, such as a cuboid shape, a plate, a pyramid, a roller, etc.
- the coupling element can also be placed on the composite web so that the light first passes through the material of the Coupling element is broken in order to achieve a desired approach angle on the composite web.
- the light can be internally reflected. This also leads to unwanted interference or losses. Therefore, in such constellations, almost perfect optical contact between the coupling element and the composite web is also desirable in order to generate high-quality replicated holograms.
- WO 9619754 A1 teaches a method for replicating a master hologram from a hollow drum-shaped master element into a composite web.
- the composite web flows over a curved surface of the rotating master element. It was found that image artifacts were caused by internal reflections at air/glass or air/substrate interfaces when the optical contact between the components was not sufficient.
- an index match liquid such as xylene is continuously applied to the surface of the master element. The liquid fills gaps between the master element and the composite membrane.
- the composite web is dipped in an index match liquid before exposure. After exposure, the liquid must be removed from the composite web before it can be rolled up or further processed.
- xylene is a highly flammable irritant and is suspected of being carcinogenic, so its use requires a higher level of system complexity to ensure explosion protection, environmental protection and occupational safety.
- the complexity and effort of the HOE production process increases due to the necessary removal of the index match liquid.
- JP2000250386A also discloses the use of an index match liquid to improve optical contact between a master element and a photosensitive composite sheet.
- the index match liquid must not be too volatile as it must remain in a liquid state for the duration of coating and exposure.
- the index match liquid is dried from the exposed composite web before further processing. This is again accompanied by a significant increase in system complexity.
- a liquid index match must be very thin so that the molecular movement in the liquid film does not change the phase position of the light passing through it, which in turn would have a negative effect on the quality of the holograms.
- the index match fluid is also typically lost upon removal, so it cannot be reused. This further increases the cost of the entire process.
- Semi-volatile index match liquids that do not dry quickly may remain on the surfaces of the master hologram or other components for a longer period of time. This may require cleaning of the master hologram to avoid accumulation of liquids and contaminants. This cleaning step can be complex, particularly if the master hologram has a non-smooth surface (for example a relief pattern).
- the prior art offers only limited solutions to protect the surfaces of master holograms when they come into contact with liquid or resinous materials.
- optically transparent layers is known to protect a master hologram from contamination during an exposure process.
- DE 10 2006 016 139 A1 the use of a transparent release layer between a resinous (non-solid) photosensitive layer and a master hologram is known.
- the release layer is intended to facilitate removal of the resinous photosensitive layer from the master hologram.
- it is intended to keep the difference in refractive index between the photosensitive layer and the release layer low or to avoid it completely.
- the release layer should therefore have no optical effect.
- the release layer can serve as a cover layer for the relief structure of the master hologram.
- the release layer is a coating that is permanently applied to a surface of the master hologram.
- DE 102006 016 139 A1 also describes the use of an adhesive layer that connects the replicated hologram to a substrate. In contrast to the release layer, the adhesive layer remains as a permanent part of the product from which the hologram can no longer be removed.
- OCAs optical clearance adhesives
- KR20150001411A teaches an example of such an OCA for use in an LCD screen.
- the OCA includes an adhesive and prevents the formation of an air gap between the backlight and the LCD screen.
- US10611937B2 teaches an adhesive layer that serves to firmly bond a glass layer to a sensor film of a screen.
- the adhesive layer includes an OCA to ensure good optical performance of the screen.
- Such an adhesive layer is intended to permanently bond the layers of the screen together to ensure a long service life of the product. Removal of the adhesive layer is not intended.
- a transparent multilayer microfluidic arrangement is also known from DE 10 2019 112 254 A1.
- the different layers of the arrangement are connected to one another using a transparent adhesive.
- Microfluidic channels are created by sandwiching a wall structure between a transparent, flexible top layer and a base layer.
- the optical refractive indices of the layer materials are selected to make the layer structure imperceptible. This is intended to make it easier to read out the microfluidic results.
- a hot glue is suggested to create the adhesive layer.
- the adhesive layer is exposed to UV radiation to adjust its local adhesive properties. This adhesive layer is also configured for a permanent connection.
- the object of the invention is to provide a method for replicating a hologram from a master element into a light-sensitive composite web without the disadvantages of the prior art.
- the invention in a first aspect, relates to a method for replicating a hologram into a light-sensitive composite web, comprising the following steps: a. Providing a master element comprising a substrate body and at least one master hologram, b. Application of a light-sensitive composite web to a surface of the master element, c. Exposure of the master element in order to replicate the at least one master hologram into the light-sensitive composite web, and d. Detaching the exposed composite web from the master element.
- the method according to the invention comprises a temporary application of an optical adhesive film between the light-sensitive composite web and the surface of the master element, which preferably provides optical contact between the master element and the light-sensitive composite web during exposure of the master element.
- the invention relates to a method for replicating a hologram into a photosensitive composite web, comprising the following steps: a. Providing a master element comprising a substrate body and at least one master hologram, b. Application of a light-sensitive composite web to a surface of the master element, c. Applying a coupling element to the photosensitive composite web, so that the photosensitive composite web is positioned between a surface of the coupling element and the surface of the master element, i.e. Exposure of the master element using the coupling element in order to replicate the at least one master hologram in the light-sensitive composite web, e. Detaching the coupling element from the exposed composite web and f. Detaching the exposed composite web from the master element. Furthermore, the method includes a temporary application of an optical adhesive film between the light-sensitive composite web and the surface of the coupling element, which preferably provides optical contact between the coupling element and the light-sensitive composite web during the exposure of the master element.
- the method according to the invention has the advantage of ensuring an almost error-free optical contact between a master element (or a coupling element) and the light-sensitive composite web, without the need for additional steps for cleaning or evaporation of an index match liquid.
- an optical adhesive film that can be removed without leaving any residue can produce a smooth, gap-free transition between the master element (or the coupling element) and the composite web, so that essentially no unwanted reflections or scattering occur at interfaces of the components. This reduces optical losses and reduces the possible occurrence of optical interference that could leave undesirable patterns in the replicated hologram.
- the optical adhesive film can sufficiently adhere to both the master element and the light-sensitive composite web in order to prevent bubbles or air gaps from occurring. At the same time, the optical adhesive film is only temporarily applied to the master element, so that the surface of the master element has no liability for any contamination.
- the “optical adhesive film” is preferably a solid in which the Brownian motion is sufficiently small, which prevents the phase of the light from “wobbling” and thus results in a more stable interference field in the hologram copy within the exposure time. In this way, the microstructures do not blur, which maximizes the diffraction efficiency of the holograms. The sharpness and contrast of the hologram created is also significantly improved.
- the optical adhesive film is preferably designed so that it adheres to a surface of the composite web and an adjacent surface of the master element and/or coupling element.
- the optical adhesive film of the invention is preferably further different from the adhesive layers of the prior art such as DE 10 2006 016 139 A1, KR20150001411A, US10611937B2 and DE 10 2019 112 254 A1, which are designed for permanent bonding.
- the optical adhesive film is provided in the form of a foil or film.
- the material of the optical adhesive film does not initially form a film or foil when it is applied (e.g. by spraying) to the surface of a process component.
- the optical adhesive film preferably already has a defined width and thickness before it is placed on or between process components.
- the optical adhesive film according to the invention therefore differs from protective or release layers as known from DE 10 2006 016 139 A1, which are permanently applied to a surface of the master hologram by means of a coating.
- the optical adhesive film is provided in roll form, although other embodiments such as a loop or a series of individual stickers are also possible.
- a further advantage of the method according to the invention is that the materials used for the optical adhesive film can have identical or similar optical properties to those materials which are used for the substrate of the master element (or the coupling element) and/or the composite web.
- the similar or identical properties include transparency, haze, stress birefringence properties and/or refractive index.
- the use of identical or similar materials enables a very close adaptation of the refractive index of the optical adhesive film to the refractive indices of the adjacent process components, so that a transition between the adjacent refractive indices can be ensured without jumps in the refractive index. Reflections at the interface between the master element (or the coupling element), the optical adhesive film and/or the light-sensitive composite web will thereby be largely eliminated or significantly minimized.
- the exposure can also be easily integrated into a continuous manufacturing process, preferably into a roll-to-roll process.
- the optical adhesive film can be shaped analogously to the composite web and moved through the process in an analogous manner, for example with the help of rollers. This enables easy synchronization of the optical adhesive film with the composite web. It is also possible and may be preferred for the optical adhesive film and/or the light-sensitive composite web to be applied to the surface of the master element or the surface of the coupling element by a laminating roller.
- the optical adhesive film is preferably in mechanical contact with the light-sensitive composite web and the master element and/or coupling element.
- the optical adhesive film is separated from both the light-sensitive composite web and the Master element and/or coupling element removed.
- the optical adhesive film is therefore preferably not a permanent part of the light-sensitive composite web, the master element or the coupling element.
- Optical adhesive films can be precisely specified in terms of their layer thickness, layer thickness homogeneity and waviness.
- the optical adhesive film can, for example, advantageously be provided with a desired, constant thickness so that the intensity of the light used to expose the composite web remains uniform throughout.
- the dosage may vary over time and there is no guarantee that the fluid will be evenly distributed over the desired surfaces.
- a similar problem can occur when applying hot glue, as these are also dosed in liquid form.
- a distance between a composite web and a master element and/or coupling element can be bridged particularly precisely.
- optical adhesive film with a correspondingly specifiable layer thickness, layer thickness homogeneity and waviness also leads to high process stability of the copying process.
- surfaces of the optical adhesive film can be designed to be essentially free of waviness. This avoids fluctuations in the thickness of the adhesive film, which could blur the interference field of the object and reference beams and lead to deviations in the optical function of the replicated hologram from the master hologram.
- an optical adhesive film can also be made safer for the user. This is because such an adhesive film usually does not contain any highly toxic substances and is non-volatile, so no special safety measures (such as gas extraction or insulation) are required.
- Volatile index match fluids generally cannot be recovered after use. This means that they either evaporate or do not have the required degree of purity, which only allows them to be reused after complex redistillation. This increases the cost of materials or the technical equipment and makes the process more expensive.
- the optical adhesive film can be reused for a variety of applications.
- a single loop of the adhesive film can advantageously go through the process.
- a loop preferably represents a closed arrangement of the optical adhesive film, in which the same optical adhesive film is used multiple times for exposure.
- an optical adhesive film can also be continuously delivered from a provided unwinding roller to an exposure station. As long as there is no more adhesive film on the unwinding roller is present, it can be filled or exchanged. It may also be preferred that a used optical adhesive film is rewound after exposure by means of a winding roll in order to be reused or recycled.
- the method according to the invention can therefore advantageously be designed to save resources in various ways.
- the method according to the invention is also extremely gentle on materials, clean and leaves no residue on the process components, such as the master element or the coupling element. This is preferably due to the relatively weak adhesive strength of the optical adhesive film and the fact that it can be removed continuously or intermittently from the surfaces of the process components. In this way, fresh optical adhesive film can also be applied to the surfaces continuously or intermittently.
- the optical adhesive film therefore preferably does not represent a sticky, permanent process component that could accumulate dust or residue. Residues on the exposed composite web are also avoided, so that the hologram produced can be seamlessly integrated into an end product - preferably without a further cleaning step. This improves the efficiency of the process and eliminates unnecessary work steps.
- the light-sensitive composite web or at least one outer layer thereof, can be designed either as a solid or as a non-solid.
- the photosensitive material may be solid and/or enclosed between solid support layers such as polycarbonate films.
- the solid support layers can be applied to the surface of a process component, which can also be completely smooth (without a relief pattern).
- a process component which can also be completely smooth (without a relief pattern).
- By temporarily placing the optical adhesive sheet between the solid surfaces sufficient attractive electrostatic forces can be created between them to ensure stable contact and no relative movement between the composite sheet and the adjacent component. This significantly improves the quality of the replication process.
- an outer layer of the photosensitive composite sheet comprise a non-solid, such as a semi-solid or resinous material
- a solid carrier layer of the composite web can be brought into contact with the optical adhesive film.
- the optical adhesive film is used to bring the non-solid surface into contact with a process component and is subsequently removed from the non-solid surface after it has been fixed and/or has been cured.
- the optical adhesive film is therefore versatile and is suitable for a number of different embodiments of the light-sensitive composite web.
- a method in which the optical adhesive film is applied between the photosensitive composite sheet and the coupling element solves the same technical problem as a method in which the optical adhesive sheet is applied between the photosensitive composite sheet and the master element.
- the optical adhesive film primarily improves the optical contact between exposed transparent components through which the exposure light is passed. This reduces unwanted reflections, scattering or losses and improves the quality of the reproduced hologram. Both processes are therefore interconnected in such a way that they realize a single general inventive idea.
- applying preferably means that one process component (eg master element, coupling element and/or light-sensitive composite web) is brought into direct or indirect contact with another.
- a protective layer and/or optical adhesive film can be present between the process components.
- An "apply” is also preferably used within the meaning of the invention to indicate that one process component exerts a mechanical force on another, for example by resting on it and applying its weight (as in the case of a coupling element that rests on a photosensitive composite web ) or exerts a frictional force, as in the case of a rotating cylindrical master element that has a photosensitive composite sheet to it causes to move along with the master element.
- the force transmission can also take place the other way around, so that the light-sensitive composite web causes a movement or rotation of the master element.
- a “process component” is preferably a fixed, movable or consumable component or material that is used in the exposure process.
- the process component is configured to interact with the light in the exposure process, for example through reflection, transmission or diffraction, to adjust the exposure process.
- optical components such as master elements or coupling elements, as well as a light-sensitive composite web, represent a process component in the sense of the invention.
- the “surface” of a process component may refer to the surface of the process component that is brought into contact with another process component.
- the "surface” of a process component can preferably also refer to its outermost layer, particularly in the case of a process component with a layer structure.
- the surface of the photosensitive composite sheet may be a top support sheet, while the surface of a master element may refer to a top cover that serves to protect the master hologram.
- a “detachment” is a separation, preferably the separation of the process components so that they are no longer in contact with one another, preferably neither in direct nor indirect contact.
- an increasing air gap is introduced between the process components, for example when the composite web is detached from a master element or coupling element.
- optical contact should preferably allow a beam of light to be transmitted between process components without experiencing significant reflections or even total internal reflections. Direct material contact between the process components is possible, but not necessary.
- an optical adhesive film is provided, which mediates the contact.
- optical contact between the light-sensitive composite web and another process component is provided by an optical adhesive film.
- This preferably means that the light-sensitive composite web and the further component are in mechanical contact with the optical adhesive film.
- This preferably means that the optical adhesive film adheres physically, chemically or electrostatically to a surface of the light-sensitive composite web or the further component.
- “Adhesion” or “adhesion” of the optical adhesive film to the light-sensitive composite web and/or the further process component preferably includes the presence of attractive forces between the optical adhesive film and the component in question.
- the process components preferably adhere more strongly to the optical adhesive film than to each other. Additionally, the adhesion is preferably sufficient to prevent movement between the process components between which optical contact is provided.
- a “composite” in the sense of the invention is preferably a multilayer material that consists of two or more different components with different physical properties that are connected to one another at an interface.
- the bond between the individual components is such that it cannot be separated by minor force and is therefore considered permanent.
- the layers of the composite web must not be separated by a force of less than 10 N/cm, preferably less than 50 N/cm, more preferably less than 100 N/cm.
- the composite can, for example, consist of a material that is enclosed between two transparent carrier films.
- the photosensitive composite can be provided with one or more protective films that are present during exposure or are removed before exposure.
- the composite web can comprise a stack of layers, each of which is light-sensitive to different spectral ranges.
- a “composite web” within the meaning of the invention is preferably a composite material with a length that is at least twice, preferably at least five times and even more preferably at least twenty times its width.
- the thickness of the composite web is preferably adjusted so that it has a certain flexibility so that it can, for example, be partially wrapped around a roller.
- the composite web preferably has a thickness of up to 1000 pm, preferably up to 500 pm, particularly preferably up to 100 pm.
- the composite sheet includes a light-sensitive material. Preferably it closes Composite web sandwiches the light-sensitive material between two transparent carrier films that have a similar refractive index to the light-sensitive material.
- the refractive index of the carrier films and the light-sensitive material is preferably between 1.4 and 1.6.
- the photosensitive composite sheet comprises a photosensitive material on a single carrier sheet such that a surface of the photosensitive material is uncovered.
- the light-sensitive material can be, for example, a light-sensitive photopolymer or a dichroic gelatin with a preferred layer thickness between 1 - 500 pm.
- the light-sensitive material can be light-sensitive or wavelength-selective for the entire visible spectrum.
- light sensitivity preferably refers to the suitability of a material for holography.
- a material is preferably considered suitable for holography if, through exposure to sufficient coherent light, the interference fields of the light can be stored as microstructures in the material.
- the suitability for holography is primarily related to the size of the resulting microstructures.
- the resulting microstructures are preferably as large as the light/dark structures of an interference field.
- exposure is preferably understood to mean the targeted directing of electromagnetic rays, preferably in the wavelength range between 400 and 1600 nm, onto a correspondingly sensitive surface, preferably to form a hologram.
- Various methods of exposing a hologram are known, including transmissive or reflective techniques for producing volume holograms. Examples of this are explained in more detail later in this text.
- a “master element” is preferably a three-dimensional unit which comprises at least one master hologram in a form which ensures that a movement of the master element directly leads to a corresponding movement of the master hologram.
- a master element can also include a plurality of master holograms, for example 2, 3, 5, or more.
- the master element has a length and width that approximately correspond to that of the master hologram.
- the master element is at least twice, preferably five times and particularly preferably at least twenty times as high as the master hologram.
- the master element preferably comprises a substrate body which either encloses or carries the at least one master hologram.
- the master element may include a transparent top cover for protecting a master hologram present between the cover and the substrate body.
- the top cover has a refractive index selected to transmit light through it, the master hologram and the substrate body without to be significantly broken.
- the top cover can be, for example, a transparent film or a glass layer.
- the substrate body of the master elements can preferably be formed from a material which is an optical plastic, preferably selected from the group: polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin polymers (COP) and cycloolefin copolymers (COC) and/or a optical glass, preferably selected from the group: borosilicate glass, quartz glass, B270, N-BK7, N-SF2, P-SF68, P-SK57Q1, P-SK58A and P-BK7.
- PMMA polymethyl methacrylate
- PC polycarbonate
- COP cycloolefin polymers
- COC cycloolefin copolymers
- both the substrate body and any cover of the master element have a refractive index between 1.4 and 1.6.
- the choice of material for the substrate body may depend on the desired exposure angle or refractive index. It may also be preferred that a substrate body is colored in order, for example, to filter light in a wavelength-selective manner in order to generate a hologram with a specific wavelength. In this way, a broadband light source can be used to expose different master holograms.
- the surface of the master element comprises glass, PC, TAC or PMMA.
- the material of the surface can be in the form of a film or plate to protect the master hologram.
- the material of the surface can also be the material of the substrate body itself and, for example, have a cuboid shape or cylindrical shape.
- an optical adhesive film is placed on a substrate or on a cover of a master element can depend on the direction from which the master hologram is to be exposed. In some cases, the optical adhesive film may be attached to one side or base of the master element.
- the affected surface of the master element is preferably smooth, which means in particular that it does not include a relief pattern.
- the master hologram preferably comprises a volume hologram. For the replication of the volume hologram, the quality of the reproduction depends primarily on the optical and not on the mechanical contact between the master hologram and the light-sensitive material used. If the surface of the master element is smooth, the optical adhesive film is also easier to apply and remove without leaving residue, for example in the recesses of a relief pattern.
- the “width” refers to a dimension in a horizontal plane transverse to a composite web flow direction.
- the “length” refers to a dimension in a horizontal plane along a composite sheet flow direction.
- the “height” refers to a dimension in a vertical plane orthogonal to the plane formed by the latitude and longitude.
- a “substrate body” in the sense of the invention is preferably a three-dimensional block of material that carries or encloses the master hologram.
- the substrate body is preferably transparent.
- the substrate body has multiple surfaces, including a flat surface that may be horizontally oriented.
- the substrate body is prismatic, i.e. it has a constant cross section of any shape, for example square, polygonal, elliptical or circular.
- the ends of the substrate body, which have the shape of the cross section can be referred to as the “base area”.
- the elongated surface of the substrate body, which lies between the two ends, can be referred to as the “outer surface”.
- the shape of an axially rotatable cylinder is preferred.
- the shape of a rotatable prismatic substrate body or master element, preferably a cylinder can also be referred to as a “roller”.
- the term “transparent” or “transparency” preferably refers to a property of a material whereby it is essentially transparent to light.
- a transparent material in the sense of the invention is transmissive for at least part of the electromagnetic spectrum, preferably with a wavelength between 300 nm - 25 pm, particularly preferably between 400 nm - 780 nm.
- a transparent material for example a transparent substrate body, transparent to light of a wavelength range with which the master holograms are exposed.
- a transparent material can also be colored in such a way that it selects the light radiation of a specific wavelength.
- a “master hologram” in the sense of the invention is preferably a holographic-optical element comprising at least one hologram to be replicated.
- the master hologram is designed for an optical function (e.g. diffraction, reflection, transmission and/or refraction) for one or a plurality of wavelengths.
- several holograms e.g. B. each diffract light of one wavelength and / or multiplex holograms that diffract light of several wavelengths are arranged as hologram stacks.
- the master hologram can be, for example, a diffractive optical element (DOE). Diffractive optical elements (DOEs) use a surface relief profile with a microstructure for their optical function.
- DOE diffractive optical elements
- the microstructure can also be in the volume of the element, for example.
- the master hologram preferably comprises a volume hologram.
- the process for producing the master hologram can preferably be referred to as “hologram origination” or “hologram mastering”.
- the master hologram can be created using an analog or digital process.
- a first coherent beam, the object beam is reflected from an object and onto a recording material that is simultaneously exposed to a second coherent beam, the reference beam.
- the object beam and the reference beam interfere and produce an interference pattern on or in the recording material.
- This interference pattern is recorded by light-sensitive material, so that after processing the shape of a surface relief pattern is created on a surface of the material or a spatially varying refractive index in the material, which is usually only a few micrometers thick.
- the master hologram can be illuminated with light diffracted from the recorded surface relief pattern or refractive index pattern. This diffracted beam contains the image of the original object. The master hologram can then be used as a new object when creating additional copies with the same image.
- a "coupling element” is preferably a three-dimensional block of transparent material with a refractive index and dimensions that are configured to direct the exposure beams towards and/or away from the master holograms.
- the coupling element can preferably have different optically accessible surfaces. Preferably, at least one side surface and one underside of the coupling element is visually accessible.
- the coupling element can have the shape of a cuboid block, a (flat) plate, a pyramid or a prism.
- the coupling element is prismatic, ie it has a constant cross section of any shape, for example square, polygonal, elliptical or circular.
- the ends of the coupling element which have the shape of the cross section, can be referred to as the “base area”.
- the elongated surface of the coupling element, which lies between the two ends, can be referred to as the “outer surface”.
- the shape of an axially rotatable cylinder is preferred.
- the shape of a rotatable prismatic coupling element, preferably a cylinder can also be referred to as a “roller”.
- the coupling element can preferably be formed from an optical plastic or optical glass, with preferred materials mentioned above with regard to the substrate body of the master element being able to be used in preferred forms.
- the surface of the coupling element comprises glass, PC, TAC or PMMA.
- the material of the surface can be in the form of a film or a plate in the case of a multi-layer coupling element.
- the material of the surface can also be the material of a monolithic coupling element and, for example, have a cuboid or cylindrical shape.
- the surface of the coupling element has an anti-reflective coating. This allows reflection losses on the surface of the coupling element to be largely eliminated.
- the coupling element can be arranged in different orientations with respect to the master element, with the light-sensitive composite web preferably being positioned between the coupling element and the master element during exposure. If one assumes a cuboid coupling element and master element with top, bottom and side surfaces, the coupling element can be arranged above the master element, for example. In this case, it may be preferred that the composite web is guided between an upper side of the master element and an underside of the coupling element.
- a reference beam can be directed obliquely downwards onto a side surface of the coupling element, which is present as a block or cuboid above the master element. The reference beam is refracted by the coupling element and the refracted reference beam reaches the master hologram through the composite web.
- the refraction caused by the coupling element can be used, for example, to achieve an acute angle of incidence required for an edge-lit hologram.
- a master hologram can reflect the refracted reference beam so that an object beam from the master hologram passes through the composite web.
- the object beam and reference beam interfere in the light-sensitive material of the composite web to produce a reflection hologram.
- the optical adhesive film and/or the light-sensitive composite web is applied to the surface of the master element and/or the coupling element by means of lamination.
- a “lamination” within the meaning of the invention is preferably a process for connecting two components, the connection preferably not being permanent.
- One of the two components preferably comprises a rigid, flat surface and is preferably firmly attached.
- the other of the two components is preferably flexible and can flow during lamination.
- the lamination is preferably designed in such a way that the light-sensitive composite web and/or the optical adhesive film continuously covers a rigid surface, preferably of a master element and/or coupling element, so that there are no gaps, bubbles or folds.
- lamination is carried out using a lamination roller, which can preferably exert pressure.
- Lamination can be done at room temperature (20°C).
- the lamination roller can also be heated to a lamination temperature above room temperature, for example selected from a range of 20 ° - 200 ° C, preferably 40 - 100 ° C.
- the lamination (for example a lamination pressure or a lamination temperature) is preferably designed such that a gap-free but detachable (temporary) connection is produced between the light-sensitive composite web and/or the optical adhesive film and a relevant surface (for example a master element and/or coupling element). .
- the optical adhesive film and/or the light-sensitive composite web is applied to the surface of the master element and/or the coupling element by bringing a flowing light-sensitive composite web into contact with a partial circle of a curved surface.
- the curved surface is part of the lateral surface of a rotatable cylinder, the pitch circle preferably having an opening angle between 1° - 45°, more preferably between 2° - 20°.
- the light-sensitive composite web and/or the optical adhesive film temporarily assumes the shape of the lateral surface during exposure.
- the method includes the step of detaching the optical adhesive film from the master element, the coupling element and/or from the light-sensitive composite web.
- the detachment is preferably carried out continuously or intermittently.
- the optical adhesive film can be continuously moved through a device in time with the composite web. If the composite railway instead, is kept stationary for each exposure step and is only moved after a master hologram has been completely exposed (e.g.
- the optical adhesive film is preferably also kept stationary during the exposure step and is removed after the master hologram has been completely exposed.ln
- a refractive index difference between the surface of the master element and the optical adhesive film and/or between the optical adhesive film and a surface of the photosensitive composite web is not more than 0.2, preferably not more than 0.1 and more preferably not more than 0.05.
- the refractive index of the optical adhesive film By adjusting the refractive index of the optical adhesive film to be identical to or very close to the refractive index of the adjacent process component, it is possible to achieve excellent optical contact without internal reflections at the interfaces. The quality of the reproduced hologram can thereby be improved as losses and optical interference are minimized.
- the difference between the refractive index of the optical adhesive film and an adjacent surface of the coupling element is preferably not more than 0.2, more preferably not more than 0. 1 and more preferably not more than 0.05.
- a refractive index of the optical adhesive film lies between the refractive index of the surface of the master element and the refractive index of a surface of the light-sensitive composite web. If the optical adhesive film is arranged between the photosensitive composite web and a coupling element, the refractive index of the optical adhesive film is preferably between that of the photosensitive composite web and that of the coupling element.
- the term "between” preferably also includes the values of the refractive indices of the adjacent process components themselves. This arrangement enables a smooth or trouble-free transition of light rays between the various process components with minimal reflections and/or aberrations at interfaces.
- the refractive indices can be selected, for example, as follows, starting from a substrate body of a master element.
- the photosensitive composite web can, for example, comprise a carrier film made of triacetate (TAC), which has a refractive index of 1.48. Unless otherwise stated, the refractive indices mentioned in this text are measured according to ISO 489.
- TAC triacetate
- the optical adhesive film preferably has a refractive index of 1.48 +/- 0.2, preferably +/- 0.1, even more preferably +/- 0.05, so that The values mentioned above allow a particularly smooth optical transition.
- the optical adhesive film can preferably have a refractive index of 1.58 +/- 0.2, preferably +/- 0.1, even more preferably +/- 0.05, so that a particularly smooth optical transition is also ensured.
- the light-sensitive composite web has a PC carrier film and has contact with the optical adhesive film, which in turn is in contact with a TAC protective layer of a master element
- the refractive index of the optical adhesive film is between that of PC and TAC, which means that the optical adhesive film preferably has a refractive index between 1.48 and 1.58.
- the substrate body may comprise Borofloat-33, which has a refractive index of 1.48.
- the materials of the further layers can be selected to adapt to this index.
- the respective refractive index is between 1.4 and 1.6.
- the photosensitive composite web comprises a carrier film and a photosensitive material, the photosensitive material being present as a layer on the carrier film.
- the photosensitive material is present as a layer on the carrier film.
- one side of the photosensitive material remains uncovered.
- this is light-sensitive material soft and/or deformable, especially in liquid or resinous form.
- the photosensitive material can adhere to a solid surface and optionally be deformed, for example to replicate a surface relief pattern.
- the uncovered side of the light-sensitive material is brought into contact with the surface of the master element during exposure.
- no optical adhesive film is used between the light-sensitive material and the master element.
- the optical adhesive film can be inserted between the side of the carrier film facing away from the master element and a coupling element.
- the master element has a surface relief that can be transferred into the light-sensitive composite web through the contact.
- further layers for example a second carrier film or a protective coating, can then be applied to the exposed and preferably cured photosensitive material in order to enclose the photosensitive material.
- the optical adhesive film comprises at least one adhesive layer.
- the at least one adhesive layer preferably has a peel force relative to the surface of the master element and/or the coupling element and/or a surface of the light-sensitive composite web of less than 3 N/cm (Newton per centimeter), preferably less than 1 N/cm.
- the peeling force of the adhesive layer of the optical adhesive film relative to the surface of the master element and/or the coupling element and/or a surface of the light-sensitive composite web is at least 0.01 N/cm, preferably at least 0.1 N/cm.
- the aforementioned parameters for the peel force represent an optimum between an easy, residue-free removal of the optical adhesive film from the respective component and the simultaneous elimination of an optical interface between the components. Furthermore, it was found that these peeling forces sufficiently suppress relative movements such as vibrations between the components. While the prior art transparent adhesives can help improve the quality of reconstruction of a hologram, the optical adhesive film of the present invention improves the quality of replication. Because she is sufficiently adhesive to reduce optical losses at the interface between the components, but can also be removed so that the composite web can be moved from a master element to another process station.
- the material and design of the adhesive layer is selected so that it adheres to and does not repel the material of the composite web, the master element and/or the coupling element with which it is to be brought into contact.
- the adhesive layer preferably adheres to all transparent polymers and glasses, in particular to the above-mentioned preferred materials for a master element, coupling element or a composite web.
- the adhesive layer preferably adheres to a solid and/or resinous photosensitive material, particularly preferably a photopolymer.
- the optical adhesive film does not serve to facilitate the detachment of the composite web from the respective process component, but rather to improve the optical contact. This may also include additional improvement of mechanical or electrostatic contact.
- the peel force of the optical adhesive film or one of its layers can be measured, for example, after a 180 degree peel test.
- the measurement is carried out in accordance with ASTM D903, in which six inches of adhesive strip is applied to a clean substrate surface. The substrate is clamped. A free end of the adhesive strip is folded back 180 degrees and pulled with a dynamometer. The force in Newtons required to remove each centimeter of the adhesive strip from the substrate is the peel force.
- the peel force of an adhesive material with respect to a substrate surface preferably depends not only on the material composition of the adhesive material and the substrate, but also on the process conditions under which the adhesive material was applied to its carrier, if any, and to the substrate surface.
- a stronger bond with a carrier layer can be achieved if high pressure, temperature and/or additional crosslinking of the adhesive material is applied to the carrier layer when the carrier layer is applied.
- an additional adhesion promoter layer can be introduced in order to specifically increase the adhesion of the adhesive material to the carrier layer.
- This effect can be exploited, on the one hand, to improve the integrity of a multilayer optical adhesive film and at the same time to keep peeling forces of the multilayer adhesive film in relation to process components such as a composite web, a coupling element or a master element low.
- the preferred peel force is low. This means that the optical adhesive film adheres sufficiently to ensure optical contact during exposure, but at the same time can be easily removed without tearing or leaving residue on the composite web or adjacent process components.
- the optical adhesive film can advantageously be made extremely thin. High mechanical strength is not necessary to prevent damage or tearing when detached from the respective surface.
- a relatively low adhesive force or peel force of the optical adhesive film facilitates reuse of the optical adhesive film, for example by providing a loop, as explained above.
- the optical adhesive film comprises at least one adhesive layer, wherein the at least one adhesive layer has an elastic modulus of up to 50 MPa.
- the modulus of elasticity can be determined, for example, by a test based on DIN EN ISO 725, ASTM D5026 or ASTM D882 or DIN EN 15870. That is, the optical adhesive film preferably has a certain degree of elasticity. This is particularly useful for wrapping the optical adhesive film around transport rollers and the surfaces of the optical components with which it is used.
- the sufficiently elastic optical adhesive film is less likely to be pinched, damaged and/or torn during transport by the method. In addition, plastic deformations can be avoided, which can lead to irregularities in the optical contact.
- the adhesive layer preferably has a transmission of at least 80%, the transmission preferably being measured without Fresnel correction. This preferably means that the measured transmission is reduced by the magnitude of the two Fresnel reflections on the front and back of the material.
- the transmission without Fresnel reflections is preferably approx. 8% higher than with an uncorrected method.
- the transmission measurement can be carried out at the Brewster angle with p-polarized light, since there is no interface reflection for p-polarized light at the Brewster angle.
- Transmission preferably refers to the permeability of a medium to light waves without changing the wavelength.
- the percent transmission is preferably the percentage of the intensity of the light transmitted compared to the light incident on the medium.
- the transmission can be measured, for example, according to DIN EN ISO 13468.
- the adhesive layer is therefore preferably transparent to light over the wavelength spectrum 400 - 780 nm and has minimal light scattering.
- the adhesive layer is preferably colorless. However, a yellowish or gray appearance is also permissible.
- Such an adhesive layer can be used for a variety of applications and is therefore preferable to a color filtering adhesive layer which is red, blue, green, etc.
- the adhesive layer preferably has a haze of up to 2%. It is desirable that the level of haze is minimized. This leads to a reduction in the losses of the light used for exposure as well as a reduction in unwanted reflections.
- haze preferably refers to transmission haze, measured according to ASTM D1003.
- Haze preferably refers to a scattering of light when passing through a transparent material, which can lead to the creation of additional disruptive interference fields and thus to additional but undesirable micro-optical structures in the replicated hologram. Haze can be inherent to the material, a result of the molding process, a result of the surface structure or the result of environmental factors such as surface abrasion.
- the adhesive layer has a brightness fluctuation between crossed polarizers of up to 20% across its width. This reduces the optical losses caused by the adhesive layer and increases the quality of the replicated hologram.
- the adhesive layer further comprises an adhesive material based on acrylic, EVOH, rubber, silicone or mixtures thereof.
- an adhesive material based on acrylic, EVOH, rubber, silicone or mixtures thereof.
- a preferably low peel force, high transparency, sufficient elasticity and mechanical strength can advantageously be achieved.
- these materials can be easily formed into adhesive films with suitable thicknesses.
- Methods for producing adhesive materials based on the aforementioned materials are known to those skilled in the art. Such methods are described in the specialist literature, for example in “Adhesive tapes, self-adhesive films and labels” by Georg Krüger, ISBN 3446422811.
- the adhesive material comprises at least one polymerizable resin, wherein the polymerizable resin is preferably based on acrylic, EVOH, rubber, silicone or mixtures thereof, and at least one polymerization agent.
- the polymerizing agent is preferably selected to initiate polymerization of the monomers present in the polymerizable resin.
- the polymerization agent preferably comprises a crosslinker and/or a crosslinking catalyst. Examples of monomers of a first type which are present in the polymerizable resin (e.g. acrylic resin) and can be polymerized by the polymerizing agent are (meth)acrylic acid ester monomers.
- the polymerizable resin may also include monomers of a second type which have crosslinkable functional groups so that they can react with the monomers of the first type.
- crosslinkable functional groups are hydroxyl groups, carboxyl groups, glycidyl groups, isocyanate groups or a nitrogen-containing functional group and the like.
- the crosslinker and/or crosslinking catalyst is selected taking into account the crosslinkable functional groups present in the polymerizable resin.
- the adhesive strength of the composition can be adjusted by adding a crosslinker of a suitable type and amount. The person skilled in the art is aware of suitable components and methods for producing an adhesive material with the preferred optical and mechanical properties.
- the adhesive layer has a thickness of 50 pm to 250 pm.
- the thickness can be adjusted depending on the desired properties of the optical adhesive film. With a smaller thickness, for example, the transparency of the optical adhesive film can be increased, while higher thicknesses can provide improved compensation for any irregularities in the surfaces to be connected and ensure increased mechanical strength.
- the aforementioned parameter range has proven to be particularly advantageous for a variety of applications.
- the adhesive material comprises a crosslinker.
- a crosslinker can advantageously reduce the peeling force required to remove the optical adhesive film from the surfaces in question.
- the crosslinker preferably also prevented adhesive residue from remaining on the surfaces.
- a small amount of a crosslinker in an adhesive composition can increase the adhesive strength of the adhesive up to a certain concentration. Above such a threshold concentration, for example 0.2%, increasing the crosslinker can reduce the adhesive strength.
- the proportion of crosslinker used can therefore advantageously adjust the adhesive properties of the adhesive material.
- a “crosslink” is preferably a bond or a short sequence of bonds that connects one polymer chain to another. These compounds can be in the form of covalent or ionic bonds and the polymers can be either synthetic polymers or natural polymers (such as proteins).
- a “crosslinker” is preferably an additive that promotes the formation of such crosslinks between the polymers present in the adhesive material.
- crosslinkers are an isocyanate crosslinker, an epoxy crosslinker, an aziridine crosslinker, a metal chelate crosslinker or a modified silane such as amino-bis-silane.
- a silane compound can be used as a crosslinker for acrylic resin.
- a crosslinker is preferably present in the adhesive material in a concentration of at least 0.1% by weight, preferably at least 0.2% by weight, particularly preferably 0.2-0.9% by weight.
- concentrations preferred peel forces of the optical adhesive film on different surfaces could be achieved in a preferred range of 0.3 - 1.6 N/cm.
- These preferred crosslinker concentrations are particularly advantageous for an acrylate-based crosslinker.
- concentration of a crosslinker may depend on its crosslinking activity, the base material or the surface, as will be explained in more detail later in this text.
- the optical adhesive film has a single-layer layer structure, the layer structure having exactly one adhesive layer.
- the exactly one adhesive layer is preferably adhesive on both sides in order to provide optical contact. In this way, the optical adhesive film can be kept particularly thin and possible optical interfaces within the optical adhesive film can be avoided.
- the optical adhesive film preferably has a tensile strength of at least 1 MPa, more preferably at least 2 MPa. The tensile strength is preferably determined by a test method according to ASTM D882 or DIN EN ISO 725.
- the optical adhesive film can be kept extremely thin and transparent, while on the other hand it has sufficient strength for various processes such as transport, application and / or lamination and can be removed without leaving any residue without the risk of damage.
- the optical adhesive film has at least one carrier layer.
- Such an optical adhesive film has a multi-layer structure, with the carrier layer being coated on at least one side with an adhesive layer.
- the backing layer is preferably non-adhesive.
- the carrier layer can only be coated on one side with an adhesive layer.
- the optical adhesive film comprises two adhesive layers, each adhesive layer preferably being applied directly to the carrier layer. It is particularly preferred that the carrier layer is coated on both sides with an adhesive layer, so that the optical adhesive film comprises three layers. Such an optical adhesive film can adhere to two surfaces at the same time, which means that particularly good optical contact can be achieved and the risk of air gaps or unwanted reflections is reduced.
- a multilayer (e.g. two-layer and/or three-layer) optical adhesive film it is preferred that one or all of the adhesive layers have a tensile strength of at least 1 MPa, preferably up to 2 MPa. This ensures sufficient force transfer so that shear forces within the multi-layer structure do not lead to relative movements between the layers.
- the at least one adhesive layer is applied directly to the carrier layer.
- the peeling force of the adhesive layer relative to the carrier layer is greater than the peeling force of the adhesive layer relative to the surface of the master element and/or the coupling element and/or a surface of the light-sensitive composite web and/or a protective film. This will ensures that the adhesive layer remains adhered to the backing layer throughout the entire process and avoids leaving adhesive residue on process components.
- the different peeling forces of the adhesive layer compared to a carrier layer of the adhesive film or surface of process components can preferably be influenced by the selection of the materials and/or process conditions under which the adhesive layer is applied to a carrier layer can.
- the carrier layer is prepared on the side on which the adhesive layer is applied by applying an adhesion promoter (primer).
- the adhesive material can be applied to the carrier film and, in addition to crosslinking the adhesive material, a bond to a primer layer of the carrier film can also be created.
- the adhesive layer adheres more firmly to the carrier layer than to a material laminated to the adhesive layer after crosslinking, even if it consists of the same material as the carrier film.
- the surface of the carrier film that is to be coated with the adhesive layer is treated before coating, for example by plasma treatment or corona treatment.
- a surface treatment can also advantageously increase the adhesion between the carrier film and the adhesive layer.
- the process conditions under which the adhesive layer is applied to the carrier layer are selected such that the adhesion of the adhesive layer to the carrier layer is increased.
- the temporary application of the optical adhesive film to the surface of the master or coupling element is preferably carried out under other process conditions that ensure a lower peel force on the surface of the process components. In this way, the effect of process conditions such as pressure, temperature and light can be exploited to ensure the integrity of a multilayer optical adhesive film during its use.
- the carrier layer preferably has a tensile strength of at least 5 MPa.
- a carrier layer is particularly suitable as a stabilizer for the optical adhesive film and can be pulled with greater force or subjected to greater frictional force without tearing.
- the tear strength and thus the processability of the optical adhesive film as web material can be safely increased, thereby significantly minimizing the risk of leaving residues on the relevant surfaces. This enables particularly reliable elimination of air gaps at the interface between the surface in question and the optical adhesive film and improved optical contact.
- the carrier layer - analogous to the at least one adhesive layer - has a transmission of at least 80%, the transmission preferably being measured without Fresnel correction.
- the optical adhesive film can be transparent to light - especially in a wavelength range of 400-780 nm - and have minimal light scattering. It may also be preferred that the carrier layer has a haze of up to 1.5% in order to reduce light losses and desired reflections. In particular, it is preferred that the carrier layer has a brightness fluctuation between crossed polarizers of up to 30% across a width of the carrier layer in order to reduce the optical losses caused by the carrier layer.
- the carrier layer comprises one or more of the following materials: polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, cellulose acetate, triacetate (TAC), cellulose hydrate, cellulose nitrate, cycloolefin polymers, polystyrene, polyepoxides, polysulfone, cellulose triacetate (CTA ), polyamide, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinyl butyral, polydicyclopentadiene, or mixtures thereof.
- the carrier layer particularly preferably comprises polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), cellulose acetate, triacetate (TAC), polymethyl methacrylate or mixtures thereof.
- the thickness of the carrier layer is preferably 6 pm to 100 pm. It has been found that a thickness of at least 6 pm can provide the preferred tensile strength of at least 5 MPa for a variety of materials while being highly transparent.
- the use of thinner carrier layers also ensures an overall thinner optical adhesive film. With larger thicknesses, however, the carrier film is even more tear-resistant. Up to a thickness of around 100 pm, particularly high transmission and low haze can still be guaranteed. The aforementioned parameter range has therefore proven to be particularly advantageous for a variety of applications.
- the optical adhesive film is provided with at least one protective film.
- the at least one protective film is removed before the step of temporarily applying the optical adhesive film between the photosensitive composite web and the surface of the master element.
- the protective film can protect the surface quality of the optical adhesive layer, maintain its smoothness and low haze.
- the protective film also protects the adhesive layer from particles that may be present in the replication process and allows the optical adhesive film to be delivered in roll form. It can also simplify the handling of the optical adhesive layer, especially when rolling up, unrolling and transporting.
- the protective film comprises one or more of the following materials: polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, cellulose acetate, triacetate (TAC), cellulose hydrate, cellulose nitrate, cycloolefin polymers, polystyrene, polyepoxides, polysulfone, cellulose triacetate (CTA ), polyamide, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinyl butyral, polydicyclopentadiene, silicone paper or mixtures thereof.
- the protective film particularly preferably comprises polyethylene, polypropylene, silicone paper or mixtures thereof.
- the thickness of the protective film is preferably 10 pm to 50 pm.
- the at least one protective film is present directly on the at least one adhesive layer.
- the peeling force required to remove the protective film from the adhesive layer is preferably not more than 0.2 N/cm, particularly preferably not more than 0.1 N/cm.
- the optical adhesive film is provided with protective films on both sides. It may be preferred that only one or both protective films are removed before exposure. For example, it may be preferred that the protective film is removed on the side that faces the master element and/or coupling element.
- optical adhesive film It is preferred to remove the protective films from both sides of the optical adhesive film so that the adhesive properties of the optical adhesive film can help improve the optical contact at both its interfaces with the adjacent process component.
- the optical contact between the light-sensitive composite web and the coupling element and/or master element is thereby improved.
- the optical adhesive film is temporarily applied between the light-sensitive composite web and the surface of the master element or the coupling element using at least one roller.
- the at least one roller is preferably selected from the group comprising: unwinding roller, transport roller, unwinding roller and/or lamination roller.
- the optical adhesive film can, for example, circulate between two transport rollers which are arranged such that the path of the optical adhesive film contacts the surface of a master element.
- the optical adhesive film may flow between an unwind and a rewind roller so that its path contacts the surface of a master element.
- the master element can be brought into a path of the optical adhesive film between an unrolling and a rolling roller, so that the optical adhesive film comes into contact with a part of the surface of the master element.
- the optical adhesive film (as well as the composite web) preferably takes the form an area of a lateral surface of the master element temporarily.
- the optical adhesive film is preferably guided over the rotating master element and a speed of the optical adhesive film, the composite web and the master element are preferably synchronized with one another.
- Such an arrangement is particularly advantageous in the context of a roll-to-roll hologram reproduction process, whereby the rotation speed of the various rollers can be adjusted.
- Such a process is fast, economical and is preferably suitable for continuous mass production of HOEs.
- a lamination roller can roll over an extended optical adhesive film and, for example, bring it into contact with the flat top side of a master element.
- air gaps can be eliminated and a particularly seamless application can be achieved.
- the optical adhesive film is introduced during the exposure step between the light-sensitive composite web and the surface of the master element by means of a coupling element.
- a second optical adhesive film is introduced between the light-sensitive composite web and the coupling element during exposure, as shown, for example, in Figures 5, 6 and 8.
- the surface of the master element and/or the surface of the coupling element is curved, with the master element and/or the coupling element preferably being designed as an axially rotatable cylinder or roller.
- the optical adhesive film preferably adheres temporarily over a relatively short length to the surface of the master element, for example to the lateral surface of a cylindrical master element and/or coupling element.
- the temporary adhesion of the optical adhesive film preferably takes place over a length between 1 - 20 mm, particularly preferably between 2 - 10 mm. This length may depend on the radius of the cross section of the cylinder.
- the area of adhesive and optical contact between the optical adhesive film and the master and/or coupling element can also be measured in the form of the opening angle of the cross section of the cylinder, around the arc of which the optical adhesive film is applied.
- this angle is between 1° - 45°, more preferably between 2° - 20°.
- the risk of the optical adhesive film tearing is significantly reduced and air gaps are sufficiently eliminated.
- a particularly low force is required to achieve the optical To move the adhesive film through a continuous process, including continuously peeling the adhesive film from the curved surface.
- the steps of the method are controlled by a control unit.
- the control unit controls the transport speed of the optical adhesive film and the photosensitive composite web so that they are synchronized with one another during exposure.
- control unit preferably refers to any computer unit with a processor, a processor chip, a microprocessor or a microcontroller that enables automatic control of the components of the device, e.g. B. a rotation speed of an unwinding roller, winding roller, lamination roller, transport roller, the movements/rotation of a master element, the movements/rotation of a coupling element, a lamination temperature, a lamination pressure, an orientation and/or scanning speed of a light source, a wavelength of the light source, a fixation intensity etc.
- the components of the control unit can be configured conventionally or individually for the respective implementation.
- the control unit comprises a processor, a memory and computer code (software/firmware) for controlling the components of the device.
- the control unit may also include a programmable circuit board, a microcontroller or other device for receiving and processing data signals from the components of the device, for example from sensors relating to the identity or type of a master element, as well as other relevant sensory information.
- the control unit preferably further includes a computer-usable or computer-readable medium, such as a hard drive, a random access memory (RAM), a read-only memory (ROM), a flash memory, etc., on which a computer software or code is installed.
- the computer code or software that controls the components of the device can be written in any programming language or model-based development environment, such as: B. without limitation in C/C++, C#, Objective-C, Java, Basic/VisualBasic, MATLAB, Python, Simulink, StateFlow, Lab View or Assembler.
- control unit is configured to” perform a particular process step, such as exposing a master element at a specific angle by changing the speed of one or more drive motors, may include custom or standard software installed on the control unit and initiates and regulates these operating steps.
- the exposure for replicating a master hologram using the method according to the invention can be carried out based on various techniques.
- Hologram- Reproduction processes can be divided into relief holograms and volume holograms.
- Relief holograms are formed by physical contact between a deformable sensitive layer and a master hologram, such that the diffraction pattern of the master hologram is impressed into the sensitive layer.
- a volume hologram is preferably written into a sensitive layer by the interference of two light beams (a so-called reference beam and an object beam).
- a volume hologram is preferably written into the composite web. This can preferably be done using a transmission or reflection technique. Interference between object and reference beams within the hologram volume preferably creates a sequence of Brag levels.
- a volume hologram therefore preferably has a non-negligible extent in the direction of propagation of the light rays, with the Bragg condition applying to the reconstruction on a volume hologram. For this reason, volume holograms have wavelength and/or angle selectivity. The ability of volume holograms to store multiple images at the same time allows, among other things, the production of colored holograms or white holograms.
- Light sources that emit the three primary colors blue, green and red can be used to record the holograms.
- the three beams of rays preferably simultaneously illuminate a part of the composite web.
- three holograms are stored in the volume hologram at the same time.
- each partial hologram can be reconstructed solely using the color with which it was recorded.
- the three reconstructed color separations therefore overlap to form a colored, true-to-original image, provided the color components are correctly weighted.
- Reflection holograms are reflective holograms that reflect light arriving from the light source and therefore act like a mirror.
- an incident direction of the reference beam preferably an incident light beam from the light source
- the object in this case the master hologram
- a reference beam penetrates the composite web and is then reflected by the master hologram back into the light-sensitive layer of the composite web.
- the reference beam and object beam overlap different beam directions in order to generate the replicated hologram.
- the master hologram can preferably be applied to a surface of the master element or be integrated in the substrate body.
- a light source for illuminating a reflection hologram can be arranged so that the reference beam is incident on the composite web in a desired direction, preferably in a direction that is desired in the later reconstruction.
- the light source is oriented with respect to the master element such that the composite web is located between the light source and the master element.
- the light source can, for example, be aligned above the master element in such a way that the reference beam falls downwards onto the composite web in a predetermined direction.
- the angle at which the reference beam hits the master hologram can be adjusted by a transparent coupling element, which diffracts the light at a desired angle.
- the reference beam is preferably at least partially reflected back into the composite web by the master element in the form of an object beam.
- the reference beam and the object beam enter the photopolymer composite from opposite sides and interfere in its light-sensitive layer to replicate the hologram.
- Transmission holograms are transmissive holograms in which the light from a light source is transmitted and diffracted by it.
- an incident direction of the reference beam preferably an incident light beam from the light source
- the object in this case the master hologram
- An incident beam penetrates the master hologram and is separated into an (undiffracted) reference beam and an object beam.
- the reference beam and object beam with the same beam direction are superimposed to produce the replicated hologram.
- the light source in such a way that the composite web can be exposed by a reference beam and object beam from the same side.
- the light source is preferably oriented with respect to the master element in such a way that a light beam first passes through the master element and the master hologram before reaching the composite web.
- the light source can preferably be arranged so that it passes from a side surface through a transparent master element.
- the light source can also preferably be arranged so that it falls onto the composite web through an upper and/or lower surface of the master element.
- the incident light beam is preferably refracted by the master element in such a way that a reference beam and an object beam are created, the object beam preferably corresponding to the portion of the light that is diffracted by the master hologram.
- the object beam preferably interferes with the undiffracted reference beam in the composite web to replicate the hologram.
- one or more master elements may be used to expose the composite web to replicate a transmission hologram therein.
- the replicated transmission hologram may be designed to be edge-lit so that the holographic image can be reconstructed by light from a substantially lateral direction.
- the replicated transmission hologram can can also be configured to be backlit so that the holographic image can be reconstructed using light incident essentially from back to front.
- one or more master elements be used to expose the composite web and replicate a reflection hologram therein.
- Such a hologram can be used, for example, in a glass pane with light sources hidden at the edges.
- the replicated reflection hologram can also be configured to be front-lit.
- Such a hologram can advantageously produce a holographic image when illuminated by ambient light and viewed relatively orthogonally at eye level.
- Multiple such holograms can also be used in a sheet of glass, for example of the type disclosed in WO2020157312A1, to produce a holographic image when viewed orthogonally by reflecting light from hidden light sources along a predetermined path. It may also be advantageous for one or more master elements to be used to expose the composite web to produce a hologram that includes both a reflection hologram and a transmission hologram.
- the process components can be arranged in various ways to produce high quality reflection and transmission holograms as desired.
- the optical adhesive film can therefore be used in a variety of ways.
- Various techniques for exposing the composite web with a master element and optionally a coupling element using different reference beam angles and for generating different types of holograms are explained below and in the detailed description using the illustrations as examples. The techniques can be combined with each other and with other embodiments of the method.
- An important advantage is that an optical adhesive film according to the invention ensures almost perfect optical contact between the composite web and optical components such as a master element and/or coupling element in a wide variety of constellations for replicating a hologram.
- an optical adhesive film is inserted between part of a lateral surface of a cylindrical master element and a light-sensitive composite web. It may be preferred that no coupling element is used during the exposure.
- a cylindrical coupling element is used in combination with the cylindrical master element in a roll-to-roll method for exposure.
- the master element and the coupling element are rotatably mounted, their rotation preferably being synchronized.
- the optical adhesive film and the light-sensitive composite web can run synchronously between the master element and the coupling element.
- a second optical adhesive film is placed between the light-sensitive composite web and the coupling element, so that an arrangement consisting of: cylindrical coupling element / second optical adhesive film / photosensitive composite web / first optical adhesive film / cylindrical master element is formed.
- the exposure of such an arrangement can take place from a lateral surface or base surface of the coupling element, so that a reference beam is refracted towards the master hologram.
- Such an exposure method can be suitable, for example, for producing a reflection hologram.
- the exposure can also take place, for example, from a lateral surface or base surface of the master element in order to generate a transmission hologram. Because both the master element and the coupling element are designed as rotatable cylinders or rollers, the exposure process can take place quickly and continuously.
- a master element but not a coupling element, is used during the exposure, the master element having a flat surface and preferably being cuboid or plate-shaped.
- an optical adhesive film is applied to the flat surface of the master element, for example by lamination with a lamination roller.
- the photosensitive composite web is applied to the optical adhesive film, for example by lamination with the same or another lamination roller.
- the lamination ensures good optical contact between the light-sensitive composite web and the surface of the master element.
- Such an arrangement can offer a larger contact area, compared to an arcuate contact over a circular segment of a cylindrical master element. Such an arrangement can therefore be advantageous for the production of series in which, for example, a plurality of holograms are replicated from a plate-shaped master element.
- both a master element and a coupling element are used during exposure, with preferably only the master element or the coupling element being cylindrical.
- the non-cylindrical component can preferably have a flat surface and, for example, be cuboid or plate-shaped.
- the cylindrical component can be used to laminate the optical adhesive film and/or the photosensitive composite sheet to the flat surface of the master element or the coupling element.
- the master element can have the shape of a cuboid.
- a first optical adhesive film can be applied to the upper flat surface of the master element, preferably by lamination.
- a photosensitive composite sheet can be applied to the top of the first optical adhesive film, preferably also by lamination.
- a second optical adhesive film can be placed on the top of the photosensitive composite web are applied, preferably by lamination.
- a cylindrical coupling element - which is preferably used for the lamination of one or more of the aforementioned layers - is arranged above the second optical adhesive film, so that optical contact is established between the lateral surface of the coupling element and all of the aforementioned process components up to and including the master element.
- the exposure can be carried out, for example, by directing a reference beam onto the lateral surface or the base surface of the coupling element.
- the reference beam is refracted within the coupling element in such a way that it emerges along the optical contact line and is reflected by a master hologram in the master element.
- the exposure can also take place from the master element, with the light then being directed away from the composite web by the coupling element.
- the functions of the cuboid and cylindrical components can be swapped, i.e. the coupling element can be cuboid while the master element is cylindrical.
- a master element and a coupling element are used during the exposure, wherein preferably both the master element and the coupling element have a flat surface and are preferably in the form of a cuboid, block, plate or pyramid.
- the exposure process is carried out with a block-shaped master element, a first optical adhesive film, a light-sensitive composite web, a second optical adhesive film and a block-shaped coupling element, which are in optical contact with one another in the order mentioned.
- the coupling element is preferably also in optical contact with the master element, mediated by intermediate layers (first optical adhesive film, light-sensitive composite web, second optical adhesive film).
- the intermediate layers are preferably applied to the respective surface of the master element or coupling element by lamination, for example with the help of a separate lamination roller.
- Fig. 1 is a schematic representation of a single-layer optical adhesive film, which is provided with protective films on both sides.
- Fig. 2 is a schematic representation of a three-layer optical adhesive film, comprising a carrier layer and two adhesive layers, which is provided with protective films on both sides.
- Fig. 3 shows an example of the peel force of preferred adhesive layers with different crosslinker concentrations compared to different surface materials.
- Fig. 4 shows schematically a preferred arrangement for replicating a hologram, in which an optical adhesive film is inserted between a cylindrical master element and a light-sensitive composite web.
- Fig. 5 shows schematically a preferred arrangement for replicating a hologram by means of a cylindrical master element and cylindrical coupling element, in which an optical adhesive film is inserted both between the master element and the light-sensitive composite web and between the coupling element and the light-sensitive composite web.
- Fig. 6 shows schematically a preferred arrangement for replicating a hologram by means of a cuboid master element and cylindrical coupling element, in which an optical adhesive film is inserted both between the master element and the light-sensitive composite web and between the coupling element and the light-sensitive composite web.
- Fig. 7 shows schematically a preferred arrangement for replicating a hologram using a cuboid master element without a coupling element, in which an optical adhesive film is inserted between the master element and the light-sensitive composite web.
- Fig. 8 shows schematically a preferred arrangement for replicating a hologram by means of a cuboid master element and cuboid coupling element, in which an optical adhesive film is inserted both between the master element and the light-sensitive composite web and between the coupling element and the light-sensitive composite web.
- FIG. 9 shows schematically a preferred arrangement for replicating a reflection hologram by means of a cylindrical master element by exposure to a lateral surface, in which an optical adhesive film is introduced between the master element and the light-sensitive composite web.
- Fig. 10 shows schematically an arrangement for replicating an edge-lit hologram by means of a cylindrical master element by exposure to a base area, in which a optical adhesive film is inserted between the master element and the light-sensitive composite web.
- Fig. 11 shows schematically an arrangement for replicating a plurality of holograms, which are integrated in a plate-shaped master element, and a cylindrical coupling element, an optical adhesive film being inserted between the coupling element and the composite web.
- Figure 11A is a schematic representation of the application of the photosensitive composite sheet to the surface of the master element.
- 11B is a schematic representation of the application of the optical adhesive film between the cylindrical coupling element and the photosensitive composite sheet applied to the master element in order to establish optical contact between the coupling element and the photosensitive composite sheet.
- Fig. 11C is a schematic representation of the detachment of the coupling element from the exposed composite web.
- Figure 1 shows a single-layer optical adhesive layer 2 for use in a method according to the invention.
- the optical adhesive layer 2 comprises exactly one adhesive layer 15.
- the adhesive layer 15 is provided with protective films 6 and 7 on both sides.
- the material of the adhesive layer 15 is a weakly adhesive adhesive.
- Such an adhesive can preferably be removed from the surface of a relevant process component with a peel force of not more than 3 N/cm, preferably 1 N/cm.
- the tensile strength of the adhesive layer 15 is at least 1 MPa, preferably at least 2 MPa
- the single-layer optical adhesive film 2 has an elastic modulus of less than 50 MPa.
- such an optical adhesive film 2 can be kept extremely thin and transparent, while on the other hand it has sufficient mechanical strength and elasticity for various processes such as transport, application and / or lamination and can be removed without leaving any residue without the risk of damage.
- the thickness of the single-layer optical adhesive film 2 is preferably between 50 - 250 pm, so that any irregularities or gaps between the light-sensitive composite web and the surface of the relevant process component in the area of the optical contact are reliably filled in to enable optimal exposure.
- the refractive index of the single-layer adhesive film 2 is preferably close to that of adjacent layer of the light-sensitive composite web and / or the adjacent layer or surface of the relevant process component.
- Figure 2 shows a three-layer optical adhesive film with a carrier layer 14, which is coated with a first adhesive layer 15 on a first side and a second adhesive layer 16 on an opposite side. Together, these three layers form the optical adhesive film 2.
- the adhesive layers 15 and 16 preferably have analogous properties to the single-layer optical adhesive film from FIG. 1. However, it may be preferred that the adhesive material used in these layers be more adhesive than the adhesive material of the single-layer optical adhesive film. In addition, these adhesive layers can have a lower tensile strength of up to 1 MPa.
- the adhesive materials of the adhesive layers 15 and 16 of these embodiments require a greater peel force to be removed from the carrier layer 14 than from the surface of the relevant process component and/or the photosensitive composite web 1.
- the adhesive material used in the adhesive layers 15, 16 of Figures 1 and 2 comprises a crosslinker.
- Fig. 3 shows the results of an investigation into the effect of a crosslinker on the adhesive strength of an adhesive material.
- the adhesive material examined was made on the basis of acrylate. However, similar results have also been achieved with adhesive materials based on silicone or rubber.
- the adhesive layers 15 were produced with different concentrations of crosslinker.
- the adhesive layers 15 were applied to surfaces made of various materials such as glass, PC, TAC and PMMA and then peeled off the corresponding surfaces at an angle of 180° at a speed of 300 mm/min. The peel force required to remove the adhesive layers from the corresponding surfaces was measured per cm of the adhesive layers.
- the results show that an increased concentration of the crosslinker reduces the peel force required to remove the adhesive layers from the various surfaces.
- the adhesive layer 15 for example, required a peel force of approximately 1.5 N/cm in order to be removed from a polycarbonate (PC) surface.
- PC polycarbonate
- the peel force can be reduced to less than 1 N/cm, for example, by increasing the concentration of the crosslinker to 0.6%.
- the low peeling forces caused by the adhesive layers shown as examples are ideal for temporary application and removal without leaving any residue an optical adhesive film to improve optical contact between different process components.
- the optical adhesive film 2 can be used in a variety of arrangements to optimize the optical contact between different elements in an exposure process.
- 4 - 8 are merely illustrative examples of the use of the optical adhesive film 2 according to the invention.
- the light can be directed, for example, from below onto the light-sensitive composite web to form a reflection hologram.
- the master element 4 can be designed to be transparent or opaque, preferably apart from a transparent cover layer that protects the master hologram.
- the reference beam can pass essentially unbroken through the light-sensitive composite web 1, the optical adhesive film 2 and the transparent cover before it is reflected by the master hologram.
- the reference beam and object beam are superimposed in different beam directions to produce the replicated hologram.
- the optical adhesive film 2 advantageously prevents unwanted reflections and/or light losses from occurring at the interfaces between the optical adhesive film 2 and the light-sensitive composite web 1 and/or the cover of the master element 4.
- the master element 4 preferably comprises a transparent substrate body and a transparent cover layer.
- a reference beam can, for example, be directed from above through the lateral surface of the master element 4, so that it passes through a master hologram, the optical adhesive film 2 and the composite web 1 is transmitted.
- a reference beam can be directed onto a base surface of the master element 4, so that it is refracted through the substrate body of the master element 4 and the refracted beam is transmitted through a master hologram 6, the optical adhesive film 2 and the composite web 1.
- the reference beam is transmitted through the master hologram partially undiffracted and partially diffracted in order to generate an object beam, which also passes through the optical adhesive film 2 and composite web 3.
- the reference beam and object beam with the same beam direction are superimposed in order to generate the replicated hologram.
- the optical adhesive film 2 also prevents unwanted optical losses and internal reflections at the interfaces in order to obtain a high quality transmission hologram.
- FIG. 5 shows schematically a further exemplary arrangement for replicating a hologram using optical adhesive films according to the invention.
- two optical adhesive films 2 are used.
- a first optical adhesive film 2 is arranged between a rotatably mounted cylindrical master element 4 and a light-sensitive composite web 1.
- a second optical adhesive film 2 is arranged between the light-sensitive composite web 1 and a cylindrical coupling element 9.
- This arrangement can be used, for example, for exposing a reflection hologram into the light-sensitive composite web 1.
- the reference beam can be directed by the coupling element 9 - either through its lateral surface or base surface - in such a way that it hits the master hologram on the lateral surface of the master element 4 at a desired angle.
- a reflection hologram can then be exposed into the photosensitive composite sheet 1 in a similar manner to that described above for Figure 4.
- the coupling element 9 can advantageously adjust the angle at which the light-sensitive composite web 1 is exposed. However, this arrangement increases the number of different interfaces that the light must pass through for exposure. It is therefore particularly advantageous to attach optical adhesive films 2 to the two interfaces between the various exposed process components (coupling element 9, composite web 1 and master element 4) in order to avoid undesirable optical losses and reflections.
- the master element 4 has the shape of a cuboid block.
- the top of the master element 4 is laminated with a first optical adhesive film 2, a light-sensitive composite web 1 and a second optical adhesive film 2.
- the master element 4 includes a substrate body, a master hologram, and a transparent top cover layer (not shown) that protects the master hologram.
- the master element 4 can be used to use the coupling element 9 Reflection hologram to be exposed in the light-sensitive composite web 1, as explained for example above for FIG. 5.
- Fig. 7 shows a further arrangement in which the master element 4 has the shape of a cuboid block.
- An optical adhesive layer 2 is laminated on the top of the master element 4, while a photosensitive composite sheet 1 is also laminated on the top of the optical adhesive layer 2.
- the master element 4 can preferably be exposed from above (that is, towards its top) with a reference beam which passes through the photosensitive composite web 1, the optical adhesive layer 2 and a transparent cover layer (not shown) before returning from the master hologram to the photosensitive Composite web 1 is reflected to form a reflection hologram.
- the master element 4 can be exposed from its underside or from a side surface, while its transparent block-shaped substrate body refracts the reference beam in such a way that it hits the master hologram at a desired angle.
- the reference beam can then be diffracted by the master hologram to form an object beam that interferes with the reference beam in the photosensitive composite web 1.
- FIG. 8 shows an arrangement analogous to FIG. 7, in which a block-shaped coupling element 9 is placed over the second optical adhesive film 2.
- the coupling element 9 can be used, for example, to refract a reference beam in such a way that it hits the master hologram at a desired angle in order to expose a reflection hologram in the light-sensitive composite web 1.
- 9 and 10 are a more detailed representation of an exposure process with an arrangement analogous to that of FIG. 4.
- Transport rollers 3 are used to position a photosensitive composite web 1 around an arc of the circumference of the master element 4, so that a significant part of the photosensitive composite web 1 is in optical contact with the master element 4.
- an area of the optical contact corresponds to a circular arc of the circumference of the master element 4, which has an angle of at least 1°, preferably of at least 2°.
- One or more of the transport rollers 3 can also be used to control the rotation of the master element 4 and/or the flow of the photosensitive composite web 1 over its lateral surface.
- the rotation of the master element 4 can also be caused by the friction that arises from the movement of the optical adhesive film 2 over its lateral surface.
- the light-sensitive composite web 1 moves from right to left during exposure.
- An unwinding roller 10 is intended for unwinding an optical adhesive film 2.
- a winding roller 13 is provided for winding up the optical adhesive film 2 used.
- the take-up roller 13 may be an active roller that pulls the optical adhesive film 2 and thus controls its flow during the process.
- the optical adhesive film 2 is arranged between the light-sensitive composite web 1 and the lateral surface of the master element 4 in such a way that it provides optical contact between the lateral surface of the master element 4 and a surface of the light-sensitive composite web 1.
- the optical adhesive film 2 is provided with a protective layer 6, 7 on both sides. Take-up rollers 11 and 12 are used to remove the protective layers 6 and 7 before the optical adhesive film 2 reaches the area of optical contact between the mast member 4 and the photosensitive composite sheet 1.
- a reference beam 5 is directed from below onto the master element 4 so that it passes through the photosensitive composite sheet 1, the optical adhesive film 2 and the cover layer of the master element (not shown) before being reflected by the master hologram.
- the reflected object beam passes again through the cover layer, the optical adhesive film 2 and the photosensitive composite web 1, where it interferes with the reference beam to expose a reflection hologram into the photosensitive composite web 1.
- the reference beam 5 is directed onto a base surface of the transparent master element 4, where it is refracted in such a way that it emerges from a lower lateral surface through the master hologram at a desired angle.
- the reference beam is transmitted through the master hologram partially undiffracted and partially diffracted in order to generate an object beam, which also passes through the optical adhesive film 2 and composite web 3.
- the undiffracted reference beam and a diffracted object beam interfere with each other in the photosensitive composite sheet 1 to form a transmission hologram.
- FIG. 11A-11C show a method for replicating a hologram into a photosensitive composite web 1 according to a preferred embodiment of the invention.
- Fig. 11A shows the step of applying a light-sensitive composite web 1 to the surface of a master element 4.
- the master element 4 is a cuboid continuous plate which houses several master holograms A, B, C, etc. All master holograms are preferably protected with a single transparent cover so that the surface of the master element is continuous.
- a laminating roller 8 rolls over the stretched photosensitive composite web 1 and presses it against the continuous surface of the master element 4 in order to eliminate any air bubbles. As shown in Fig. 11A, the lamination roller 8 moves, for example, from right to left over the photosensitive composite web 1.
- a transparent cylindrical coupling element 9 is lowered in the direction of the laminated photosensitive composite web 1.
- An optical adhesive film 2 is positioned over an arc of the circumference of the coupling element 9 using various rollers.
- An unwinding roller 11 supplies the optical adhesive film 2, while a winding roller 13 winds up the optical adhesive film 2 after exposure.
- the winding roller 13 can be an active roller - ie provided with an actuator - which pulls the optical adhesive film 2 and thus controls its flow during the process.
- Transport rollers 3 are used to adjust the position of the optical adhesive film 2 relative to the lateral surface of the coupling element 9. The movement of the optical adhesive film 2 from right to left can cause the coupling element 9 to rotate.
- the optical adhesive film 2 is provided with protective films 6 and 7 on both sides. These protective films are removed and unrolled before the exposure step using the unwinding rollers 11 and 12.
- 11 B shows schematically an application of the optical adhesive film 2 between the cylindrical coupling element 9 and the light-sensitive composite web 1 in order to establish optical contact between the coupling element 9 and the light-sensitive composite web 1.
- the coupling element 9 is rolled from right to left over the top of the light-sensitive composite web 1, creating a seamless optical contact between the master element 4 and the coupling element 9.
- the optical adhesive film 2 is applied synchronously with the movement of the coupling element 9.
- the area of the optical contact moves together with the coupling element 9 from right to left.
- the light source (not shown), for example a laser, can move synchronously with the coupling element 9. This synchronous movement of the light source can preferably include scanning across the width of the light-sensitive composite web 1.
- Fig. 11 C shows the detachment of the coupling element 9 from the exposed composite web 1.
- the cylindrical coupling element 9 is lifted and carries the optical adhesive film 2, which remains adhered to its surface.
- the lamination roller 8 is then rolled back from left to right so that the exposed composite web 1 can be lifted and detached from the top of the master element 4.
- suitable means such as additional rollers
- the lower cuboid plate acts as the master element 4 and the larger transparent roller acts as a coupling element 9 the functions of these process components can also be reversed.
- the lower plate may be configured as a coupling element while the larger transparent roller is a master element.
- the light source can then be arranged accordingly and, for example, illuminate the coupling element from a lower surface or side surface.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Replikation eines Hologrammes in eine lichtempfindliche Verbundbahn. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt die Bereitstellung eines Masterelementes umfassend einen Substratkörper und mindestens ein Masterhologramm, die Aufbringung einer lichtempfindlichen Verbundbahn auf eine Oberfläche des Masterelementes, die Belichtung des Masterelementes, um das mindestens ein Masterhologramm in die lichtempfindliche Verbundbahn zu replizieren und das Ablösen der belichteten Verbundbahn von dem Masterelement. Das Verfahren umfasst ferner die vorübergehende Aufbringung einer optischen Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und der Oberfläche des Masterelements. Die optische Klebefolie vermittelt einen optischen Kontakt zwischen dem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn während der Belichtung. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Replikation eines Hologrammes in eine lichtempfindliche Verbundbahn unter Verwendung eines Einkoppelelementes, wobei zwischen Verbundbahn und Einkoppelelement eine optische Klebefolie eingebracht wird.
Description
VERFAHREN FÜR DIE REPLIKATION EINES HOLOGRAMMES MITTELS EINER OPTISCHEN KLEBEFOLIE
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Replikation eines Hologrammes in eine lichtempfindliche Verbundbahn. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt die Bereitstellung eines Masterelementes umfassend einen Substratkörper und mindestens ein Masterhologramm, die Aufbringung einer lichtempfindlichen Verbundbahn auf eine Oberfläche des Masterelementes, die Belichtung des Masterelementes, um das mindestens ein Masterhologramm in die lichtempfindliche Verbundbahn zu replizieren und das Ablösen der belichteten Verbundbahn von dem Masterelement. Das Verfahren umfasst ferner die vorübergehende Aufbringung einer optischen Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und der Oberfläche des Masterelements. Die optische Klebefolie vermittelt einen optischen Kontakt zwischen dem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn während der Belichtung. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Replikation eines Hologrammes in eine lichtempfindliche Verbundbahn unter Verwendung eines Einkoppelelementes, wobei zwischen Verbundbahn und Einkoppelelement eine optische Klebefolie eingebracht wird.
Hintergrund und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Replikation von Hologrammen.
HOEs (Holographie Optical Elements) bezeichnen typischerweise optische Bauelemente, bei denen holografische Eigenschaften dazu verwendet werden, einen bestimmten Strahlengang des Lichts, wie z.B. Transmission, Reflexion, Beugung, Streuung und/oder Ablenkung etc. zu erreichen. Dadurch können gewünschte optische Funktionalitäten in kompakter Weise in beliebigen Substraten implementiert werden. Die holografischen Eigenschaften nutzen vorzugsweise den Wellencharakter des Lichts aus, insbesondere Kohärenz- und Interferenzeffekte. Dabei wird sowohl die Intensität als auch die Phase des Lichts berücksichtigt.
Solche holografischen Elemente finden in vielen Bereichen Anwendung, wie z. B. in transparenten Displays (z.B. in Schaufenstern, Kühlmöbeln, Fahrzeugscheiben), für Beleuchtungsanwendungen, wie Hinweis- oder Warnsignale in Glasflächen, lichtempfindliche Detektionssystemen beispielsweise zur Innenraumüberwachung (Eyetracking in Fahrzeugen oder Anwesenheitsstatus-Tracking von Personen in Innenräumen).
Hologramme werden durch die Interferenz eines Referenzstrahls mit dem von der Oberfläche eines Objekts reflektierten oder gebeugten Licht (Objektstrahlen) erzeugt. Traditionell wurden dreidimensionale Objekte verwendet, um einzigartige, maßgeschneiderte Hologramme herzustellen. Kommerziell erhältliche HOEs werden hingegen oft durch
Vervielfältigungsverfahren in Massenproduktion hergestellt. Derartige Vervielfältigungsverfahren verwenden in der Regel ein Masterhologramm, welches das zu kopierende Bild autweist. Die verwendeten Masterhologramme werden häufig in einem Substratkörper gespeichert, der das Masterhologramm trägt. Der Substratkörper ist bevorzugt transparent und kann verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise ein Quaderform, eine Platte oder eine Walze. Die Kombination des Masterhologramms mit dem Substratkörper bildet ein Masterelement.
Das Masterelement wird mit einer kohärenten Lichtquelle belichtet, um das Bild aus dem Masterhologramm in einen lichtempfindlichen Verbund zu replizieren. Für eine Massenproduktion kann der lichtempfindliche Verbund in Form einer fließenden Bahn bereitgestellt werden, welche ein lichtempfindliches Material und eine oder mehrere Trägeroder Schutzschichten umfasst. Die lichtempfindliche Bahn wird zu diesem Zweck vorzugsweise durch verschiedene Arbeitsstationen transportiert, um die HOEs herzustellen.
Während der Belichtung wird die Verbundbahn auf eine Oberfläche des Masterelements gelegt. Um ein Reflexionshologramm zu erzeugen, kann das kohärente Licht die Verbundbahn durchqueren, bevor es das Masterhologramm erreicht und von diesem zurück in die Verbundbahn reflektiert wird. Um ein Transmissionshologramm zu erzeugen, kann alternativ das kohärente Licht zunächst auf das Masterhologramm gerichtet werden, durch welches es gebeugt wird, bevor es die Verbundbahn erreicht. In beiden Fällen interferieren Objekt- und Referenzstrahlen miteinander in dem lichtempfindlichen Material und bilden das replizierte Hologramm. Der Prozess der Replikation ist empfindlich gegenüber unerwünschtem Störlicht, welches ebenfalls mit den Objekt- und/oder Referenzstrahlen interferieren kann. Wenn an der Grenzfläche zwischen der Verbundbahn und der Oberfläche des Masterelements beispielsweise Unregelmäßigkeiten oder Lücken entstehen, können die Referenz- und/oder Objektstrahlen intern reflektiert werden. Dies kann entweder zu Lichtverlusten oder zu unerwünschten Interferenzen führen, welche die Qualität des replizierten Hologramms beeinträchtigen. Die Bereitstellung eines hinreichend optischen Kontaktes zwischen dem Masterelement und der Verbundbahn ist somit von hoher Relevanz für die Qualität des replizierten Hologramms.
Dies gilt ebenso für die etwaige Nutzung von Einkoppelelementen in dem Belichtungsprozess, welche in bestimmten Konfigurationen zur Replikation der Hologramme verwandt werden. Einkoppelelemente können beispielsweise bevorzugt eingesetzt werden, um einen Belichtungswinkel einzustellen. Der Belichtungswinkel, d.h. der Winkel in dem die Objekt- und Referenzstrahlen auf das lichtempfindliche Material treffen, bestimmt auch den Winkel, in dem das Hologramm rekonstruiert werden kann. Eine Variation des Belichtungswinkels ermöglicht
mithin die Herstellung verschiedener Typen von Hologrammen beispielsweise: edge-lit, backlit, auf Augenhöhe oder nur von unten sichtbar, usw.
Indem das kohärente Licht, das zur Belichtung des Hologramms verwendet wird, durch ein Einkoppelelement geleitet wird, kann der Belichtungswinkel variiert bzw. eingestellt werden. Das Einkoppelelement ist zumindest für die Wellenlänge des Belichtungsstrahls transparent und kann verschiedene Formen annehmen, wie z.B. einen Quaderform, eine Platte, eine Pyramide, eine Walze usw. Das Einkoppelelement kann zudem auf der Verbundbahn platziert werden, so dass das Licht zunächst durch das Material des Einkoppelelements gebrochen wird, um einen gewünschten Annäherungswinkel auf der Verbundbahn zu erreichen. Wenn jedoch kleine Lücken an der Schnittstelle bzw. Grenzfläche zwischen dem Einkoppelelement und der Verbundbahn vorhanden sind, kann das Licht intern reflektiert werden. Dies führt ebenfalls zu unerwünschten Interferenzen oder Verlusten. Daher ist in derartigen Konstellationen ebenfalls ein nahezu perfekter optischer Kontakt zwischen dem Einkoppelelement und der Verbundbahn wünschenswert, um qualitativ hochwertige replizierte Hologramme zu erzeugen.
Um den optischen Kontakt zwischen der Verbundbahn und den angrenzenden Bauteilen (wie zum Beispiel Masterelemente oder Einkoppelelemente) in einem Belichtungsprozess zu verbessern, wurde die Verwendung von Index-Match-Flüssigkeiten vorgeschlagen. WO 9619754 A1 lehrt ein Verfahren zur Replikation eines Masterhologramms von einem hohlen trommelförmigen Masterelement in eine Verbundbahn. Die Verbundbahn fließt mitlaufend über eine gekrümmte Oberfläche des rotierenden Masterelements. Hierbei wurde festgestellt, dass Bildartefakte durch interne Reflexionen an Luft/Glas- oder Luft/Substrat-Schnittstellen entstanden, wenn der optische Kontakt zwischen den Bauteilen nicht ausreichend war. Um den optischen Kontakt zwischen der Verbundbahn und dem Masterelement zu verbessern, wird eine Index-Match-Flüssigkeit wie Xylol kontinuierlich auf die Oberfläche des Masterelements geleitet. Die Flüssigkeit füllt Lücken zwischen dem Masterelement und der Verbundbahn. Zusätzlich wird die Verbundbahn vor der Belichtung in eine Index-Match-Flüssigkeit getaucht. Nach der Belichtung muss die Flüssigkeit von der Verbundbahn entfernt werden, bevor diese aufgerollt oder weiterverarbeitet werden kann.
Nachteilig an dem vorgeschlagen Verfahren ist jedoch, dass Xylol ein leicht entflammbarer Reizstoff ist und im Verdacht, krebserregend zu sein, so dass seine Verwendung eine höhere Anlagenkomplexität zur Gewährleistung von Explosionsschutz, Umweltschutz und Arbeitsschutz erfordert. Zudem erhöht sich die Komplexität und der Aufwand des HOE- Produktionsprozesses durch die notwendige Entfernung der Index-Match-Flüssigkeit.
JP2000250386A offenbart ebenfalls die Verwendung einer Index-Match-Flüssigkeit zur Verbesserung des optischen Kontakts zwischen einem Masterelement und einer lichtempfindlichen Verbundbahn. Die Index-Match-Flüssigkeit darf nicht zu flüchtig sein, da sie
für die Dauer der Beschichtung und Belichtung in flüssigem Zustand bleiben muss. Allerdings wird die Index-Match-Flüssigkeit vor der weiteren Verarbeitung von der belichteten Verbundbahn getrocknet. Dies geht wieder mit einer deutlichen Erhöhung der Anlagenkomplexität einher. Hinzu kommt, dass ein flüssiges Indexmatch sehr dünn sein muss, damit die Molekülbewegung im Flüssigkeitsfilm nicht die Phasenlage des durchtretenden Lichtes verändert, dies würde sich wiederum negativ auf die Qualität der Hologramme auswirken. Die Index-Match-Flüssigkeit geht in der Regel auch bei der Entfernung verloren, so dass sie nicht wiederverwendet werden kann. Dies erhöht die Kosten des gesamten Prozesses zusätzlich.
Schwerflüchtige Index-Match-Flüssigkeiten, die nicht schnell trocknen, können länger auf den Oberflächen des Masterhologramms oder anderer Komponenten verbleiben. Dies kann eine Reinigung des Masterhologramms notwendig machen, um eine Ansammlung von Flüssigkeiten und Verunreinigungen zu vermeiden. Insbesondere wenn das Masterhologramm eine nicht glatte Oberfläche (beispielsweise ein Reliefmuster) aufweist, kann dieser Reinigungsschritt aufwendig sein. Der Stand der Technik bietet nur begrenzte Lösungen zum Schutz der Oberflächen von Masterhologrammen, wenn diese mit flüssigen oder harzigen Materialien in Kontakt kommen.
Eine Verwendung von optisch transparenten Schichten ist bekannt, um ein Masterhologramm während eines Belichtungsverfahrens vor Verschmutzungen zu schützen. Aus der DE 10 2006 016 139 A1 ist die Verwendung einer transparenten Ablöseschicht zwischen einer harzigen (nicht-festen) fotosensitiven Schicht und einem Masterhologramm bekannt. Die Ablöseschicht soll eine Entfernung der harzigen fotosensitiven Schicht von dem Masterhologramm erleichtern. Um den optischen Einfluss der Ablöseschicht gering zu halten, ist es vorgesehen, den Brechzahlunterschied zwischen der fotosensitiven Schicht und der Ablöseschicht gering zu halten oder ganz zu vermeiden. Die Ablöseschicht soll somit keine optische Wirkung haben.
Zudem kann die Ablöseschicht als eine Deckschicht für die Reliefstruktur des Masterhologramms dienen. Trotz der als sehr dünn dargestellten Ablöseschicht bleibt die Reliefstruktur des Masterhologramms scharf und kann in die fotosensitive Schicht eingedrückt werden. Die DE 10 2006 016 139 A1 legt nahe, dass es sich bei der Ablöseschicht um eine Beschichtung handelt, die dauerhaft auf eine Oberfläche des Masterhologramms aufgebracht wird.
Um das belichtete Hologramm in ein Produkt zu integrieren, beschreibt die DE 102006 016 139 A1 zudem die Verwendung einer Kleberschicht, welche das replizierte Hologramm mit einem Substrat verbindet. Im Gegensatz zur Ablöseschicht, bleibt die Kleberschicht als dauerhafter Bestandteil des Produkts, von dem das Hologramm nicht mehr entfernt werden kann.
Im Bereich optischer Displays ist es weiterhin bekannt zur Verbindung einer Hintergrundbeleuchtung und einem Bildschirm "optical clearance adhesives" (OCAs) zu verwenden.
KR20150001411A lehrt ein Beispiel für ein solches OCA zur Verwendung in einem LCD- Bildschirm. Das OCA umfasst einen Klebstoff und verhindert die Bildung einer Luftschicht zwischen der Hintergrundbeleuchtung und dem LCD-Bildschirm. In ähnlicher Weise lehrt die US10611937B2 eine Klebstoffschicht, die dazu dient, eine Glasschicht mit einer Sensorfolie eines Bildschirms fest zu verbinden. Die Klebstoffschicht umfasst ein OCA, um eine gute optische Leistung des Bildschirms zu gewährleisten. Eine solche Klebeschicht soll die Schichten des Bildschirms dauerhaft miteinander verbinden, um eine lange Lebensdauer des Produktes zu gewährleisten. Eine Entfernung der Klebeschicht ist nicht vorgesehen.
Aus der DE 10 2019 112 254 A1 ist ferner eine transparente mehrschichtige mikrofluidische Anordnung bekannt. Die unterschiedlichen Schichten der Anordnung werden mit einem transparenten Klebstoff miteinander verbunden. Mikrofluidische Kanäle werden durch Einklemmen einer Wandstruktur zwischen einer transparenten, flexiblen Decklage und einer Basislage geschaffen. Die optischen Brechzahlen der Schichtmaterialien sind derart ausgewählt, um den Schichtaufbau unwahrnehmbar zu machen. Dies soll das Auslesen der mikrofluidischen Ergebnisse erleichtern. Zur Erzeugung der Kleberschicht wird ein Heißkleber vorgeschlagen. In einigen Ausführungsformen wird die Klebeschicht mit UV-Strahlung belichtet, um ihre lokalen Hafteigenschaften einzustellen. Auch diese Klebeschicht ist für eine dauerhafte Verbindung konfiguriert.
Im Lichte des Standes der Technik besteht daher ein Bedarf zur Verbesserung von Verfahren zur Vervielfältigung von Hologrammen in ein lichtempfindliches Material im Hinblick auf Effizienz, Wirtschaftlichkeit und optischer Qualität der replizierten Hologramme. Insbesondere besteht ein Bedarf an einer Verbesserung des optischen Kontakts zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und den angrenzenden optischen Komponenten wie dem Masterelement oder den Einkoppelelementen, welche zuverlässig eine Belichtung ohne Störeffekte gewährleistet, keine gefährlichen Chemikalien oder übermäßige Reinigung erfordert, rückstandslos zu entfernen und einfach zu handhaben ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Replikation eines Hologrammes von einem Masterelement in eine lichtempfindliche Verbundbahn, ohne die Nachteile des Standes der Technik bereitzustellen. Insbesondere war es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, welches sich für materialschonende Replikation von Hologrammen auf einer lichtempfindlichen Verbundbahn mit hoher optischen Präzision und Qualität eignet.
Zusammenfassung der Erfindung
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Replikation eines Hologrammes in eine lichtempfindliche Verbundbahn, umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellung eines Masterelementes umfassend einen Substratkörper und mindestens ein Masterhologramm, b. Aufbringung einer lichtempfindlichen Verbundbahn auf eine Oberfläche des Masterelementes, c. Belichtung des Masterelementes, um das mindestens eine Masterhologramm in die lichtempfindliche Verbundbahn zu replizieren, und d. Ablösen der belichteten Verbundbahn von dem Masterelement.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren eine vorübergehende Aufbringung einer optischen Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und der Oberfläche des Masterelements, welche vorzugsweise während der Belichtung des Masterelementes einen optischen Kontakt zwischen dem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn vermittelt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Replikation eines Hologrammes in eine lichtempfindliche Verbundbahn, umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellung eines Masterelementes umfassend einen Substratkörper und mindestens ein Masterhologramm, b. Aufbringung einer lichtempfindlichen Verbundbahn auf eine Oberfläche des Masterelementes, c. Aufbringung eines Einkoppelelementes auf der lichtempfindlichen Verbundbahn, sodass die lichtempfindliche Verbundbahn zwischen einer Oberfläche des Einkoppelelementes und der Oberfläche des Masterelements positioniert ist, d. Belichtung des Masterelementes mithilfe des Einkoppelelementes, um das mindestens eine Masterhologramm in die lichtempfindliche Verbundbahn zu replizieren, e. Ablösen des Einkoppelelementes von der belichteten Verbundbahn und f. Ablösen der belichteten Verbundbahn von dem Masterelement.
Ferner umfasst das Verfahren eine vorübergehende Aufbringung einer optischen Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und der Oberfläche des Einkoppelelementes, welche vorzugsweise während der Belichtung des Masterelementes einen optischen Kontakt zwischen dem Einkoppelelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn vermittelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, einen nahezu fehlerfreien optischen Kontakt zwischen einem Masterelement (oder einem Einkoppelelement) und der lichtempfindlichen Verbundbahn zu gewährleisten, ohne dass zusätzliche Schritte für eine Reinigung oder Verdampfung einer Index-Match-Flüssigkeit vorgenommen werden müssen. Stattdessen kann eine rückstandfrei entfernbare optische Klebefolie einen glatten lückenfreien Übergang zwischen dem Masterelement (oder dem Einkoppelelement) und der Verbundbahn herstellen, so dass im Wesentlichen keine unerwünschten Reflexionen oder Streuungen an Grenzflächen der Komponenten auftreten. Dies reduziert optische Verluste und verringert ein mögliches Auftreten optischer Störungen, welche unerwünschte Muster im replizierten Hologramm hinterlassen könnten. Besonders vorteilhaft ist zudem, dass die optische Klebefolie sowohl am Masterelement als auch an der lichtempfindlichen Verbundbahn ausreichend haften kann, um das Auftreten von Blasen oder Luftspalten zu verhindern. Gleichzeitig wird die optische Klebefolie nur vorübergehend auf das Masterelement aufgebracht, so dass die Oberfläche des Masterelementes keine Haftung für etwaige Verschmutzungen autweist.
Weiterhin ist die „optische Klebefolie“ vorzugsweise ein Feststoff, in welchem die Brownsche Molekularbewegung hinreichend klein ist, wodurch ein „Wackeln“ der Phase des Lichtes verhindert und damit ein innerhalb der Belichtungszeit stabileres Interferenzfeld in der Hologrammkopie ergibt. Die Mikrostrukturen verwischen auf diese Weise nicht, wodurch die Beugungseffizienz der Hologramme maximal wird. Auch die Schärfe und der Kontrast des erzeugten Hologramms wird deutlich verbessert. Die optische Klebefolie ist vorzugsweise so gestaltet, dass sie an einer Oberfläche der Verbundbahn und einer angrenzenden Oberfläche des Masterelements und/oder Einkoppelelements haftet. Die Stärke der Haftung ist vorzugsweise so hoch, dass eine lückenlose Verbindung zwischen der Verbundbahn und der angrenzenden Komponente erreicht werden kann, ohne dass mehr Druck auf die Verbundbahn ausgeübt werden muss, als dies sonst der Fall wäre, um sie mit diesen Elementen in Kontakt zu bringen. Besonders bevorzugt ist es, dass die Verbundbahn nicht so stark auf das Masterelement oder Einkoppelelement gepresst werden muss, dass eine Materialverformung entsteht. Somit unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch in dieser Hinsicht von demjenigen der DE 10 2006 016 139 A1 , welches ein Aufdrucken einer verformbaren Schicht auf die Ablöse-/Deckschicht eines Masterhologramms erfordert. Gleichzeitig sollte die Stärke der Haftung der optischen Klebefolie an diesen Komponenten vorzugsweise derart gering sein, dass die optische Klebefolie ohne Beschädigung oder Rückstände entfernt werden kann. In diesem Sinne unterscheidet sich die optische Klebefolie der Erfindung vorzugsweise ferner von
den Klebstoffschichten des Standes der Technik wie DE 10 2006 016 139 A1 , KR20150001411A, US10611937B2 und DE 10 2019 112 254 A1 , die für eine dauerhafte Verklebung ausgelegt sind.
Zudem ist es bevorzugt, dass die optische Klebefolie in Form einer Folie bzw. eines Films bereitgestellt wird. Das heißt, das Material der optischen Klebefolie bildet nicht erst einen Film bzw. Folie, wenn es (z.B. durch Sprühen) auf die Oberfläche einer Prozesskomponente aufgebracht wird. Stattdessen hat die optische Klebefolie vorzugsweise bereits eine definierte Breite und Dicke, bevor sie auf oder zwischen Prozesskomponenten gebracht wird. Die erfindungsgemäße optische Klebefolie unterscheidet sich damit von Schutz- oder Ablöseschichten wie aus der DE 10 2006 016 139 A1 bekannt, welche mittels Beschichtung dauerhaft auf eine Oberfläche des Masterhologramms aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die optische Klebefolie in Rollenform bereitgestellt, obwohl auch andere Ausführungsformen wie eine Schlaufe oder eine Reihe von einzelnen Aufklebern möglich sind.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die für die optische Klebefolie verwendeten Materialien identische oder ähnliche optische Eigenschaften aufweisen können, wie jene Materialien, welche für das Substrat des Masterelements (oder das Einkoppelelement) und/oder die Verbundbahn verwendet werden. Vorzugsweise umfassen die ähnlichen oder identischen Eigenschaften die Transparenz, Haze, Spannungsdoppelbrechungseigenschaften und/oder den Brechungsindex. Die Verwendung identischer oder ähnlicher Materialien ermöglicht eine sehr enge Anpassung des Brechungsindexes der optischen Klebefolie an die Brechungsindizes der angrenzenden Prozesskomponenten, so dass ein Übergang zwischen den benachbarten Brechungsindizes ohne Brechungsindexsprünge gewährleistet werden kann. Reflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Masterelement (oder dem Einkoppelelement), der optischen Klebefolie und/oder der lichtempfindlichen Verbundbahn werden dadurch weitgehend eliminiert oder deutlich minimiert werden.
Durch die optische Kontaktierung mittels einer optischen Klebefolie lässt sich die Belichtung zudem leicht in einen kontinuierlichen Herstellungsprozess, vorzugsweise in ein Rolle-zu-Rolle- Verfahren, integrieren. Die optische Klebefolie kann analog zur Verbundbahn geformt und auf analoge Weise durch den Prozess bewegt werden, z.B. mit Hilfe von Walzen. Dies ermöglicht eine einfache Synchronisation der optischen Klebefolie mit der Verbundbahn. Es ist auch möglich und kann bevorzugt sein, dass die optische Klebefolie und/oder die lichtempfindliche Verbundbahn durch eine Laminierungswalze auf der Oberfläche des Masterelements oder der Oberfläche des Einkoppelelementes aufgebracht wird. Die optische Klebefolie ist während der Belichtung vorzugsweise in mechanischem Kontakt mit der lichtempfindlichen Verbundbahn und dem Masterelement und/oder Einkoppelelement. Vorzugsweise wird die optische Klebefolie nach der Belichtung sowohl von der lichtempfindlichen Verbundbahn als von dem
Masterelement und/oder Einkoppelelement entfernt. Die optische Klebefolie ist deshalb vorzugsweise kein dauerhafter Bestandsteil der lichtempfindlichen Verbundbahn, des Masterelements oder des Einkoppelelements.
Optische Klebefolien lassen sich hinsichtlich ihrer Schichtdicke, Schichtdickenhomogenität und Welligkeit präzise spezifizieren. Die optische Klebefolie kann beispielsweise vorteilhaft mit einer gewünschten, konstanten Dicke versehen werden, so dass die Intensität des Lichts, das zur Belichtung der Verbundbahn verwendet wird, durchgehend gleichmäßig bleibt. Im Gegensatz dazu kann bei der Verwendung von Index-Match-Flüssigkeiten die Dosierung im Laufe der zeit variieren und es gibt keine Garantie dafür, dass die Flüssigkeit gleichmäßig über die gewünschten Oberflächen verteilt wird. Ein ähnliches Problem kann bei der Aufbringung von Heißklebern auftreten, da diese ebenfalls in flüssiger Form dosiert werden. Bei der Aufbringung einer optischen Klebefolie gemäß der Erfindung kann ein Abstand zwischen einer Verbundbahn und einem Masterelement und/oder Einkoppelelement besonders präzise überbrückt werden. Die Verwendung einer optischen Klebefolie mit entsprechend spezifizierbarer Schichtdicke, Schichtdickenhomogenität und Welligkeit führt ferner zu einer hohen Prozessstabilität des Kopierprozesses. Insbesondere können Oberflächen der optischen Klebefolie im Wesentlichen frei von Welligkeit ausgestaltet werden. Hierdurch werden Schwankungen in der Dicke der Klebefolie vermieden, welche das Interferenzfeld der Objekt- und Referenzstahlen verwaschen und zu Abweichungen der optischen Funktion des replizierten Hologramms vom Masterhologramm führen könnten.
Im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten Verfahren auf Basis von Index-Match- Flüssigkeiten kann die Verwendung einer optischen Klebefolie auch für den Anwender sicherer gestaltet werden. Das liegt daran, dass eine solche Klebefolie in der Regel keine hochgiftigen Stoffe enthält und nicht flüchtig ist, so dass keine gesonderten Sicherheitsmaßnahmen (wie z.B. eine Gasabsaugung oder Isolierung) erforderlich sind.
Flüchtige Index-Match-Flüssigkeiten können zudem nach dem Gebrauch in der Regel nicht zurückgewonnen werden. Das heißt, sie verdampfen entweder oder weisen keinen erforderlichen Grad an Reinheit auf, welcher eine Wiederverwendung nur nach aufwändiger Redestillation ermöglicht. Dies erhöht den Materialaufwand oder den anlagentechnischen Aufwand und verteuert das Verfahren. Im Gegensatz dazu kann die optische Klebefolie für eine Mehrzahl von Anwendungen wiederverwendet werden. Vorteilhaft kann zum Beispiel eine einzige Schleife der Klebefolie den Prozess durchlaufen. Eine Schleife stellt bevorzugt eine geschlossene Anordnung der optischen Klebefolie dar, bei welcher dieselbe optische Klebefolie mehrfach zur Belichtung verwendet wird. Alternativ kann beispielsweise auch eine optische Klebefolie kontinuierlich von einer bereitgestellten Abwicklungswalze zu einer Belichtungsstation geliefert werden. Sofern keine Klebefolie mehr auf der Abwicklungswalze
vorliegt, kann diese befüllt oder getauscht werden. Es kann auch bevorzugt sein, dass eine verwendete optische Klebefolie nach der Belichtung mittels einer Aulwicklungsrolle wieder aufgewickelt wird, um wiederverwendet oder wiederverwertet zu werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft mithin auf verschiedene Weise ressourcensparend ausgestaltet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zudem äußerst materialschonend, sauber und hinterlässt keine Rückstände auf den Prozesskomponenten, wie dem Masterelement oder dem Einkoppelelement. Dies liegt vorzugsweise an der relativ schwachen Klebekraft der optischen Klebefolie und daran, dass diese kontinuierlich oder intermittierend von den Oberflächen der Prozesskomponenten entfernt werden kann. Auf diese Weise kann auch kontinuierlich oder intermittierend frische optische Klebefolie auf die Oberflächen aufgebracht werden. Die optische Klebefolie stellt somit vorzugsweise keine klebrige, permanente Prozesskomponente dar, die Staub oder Rückstände ansammeln könnte. Auch Rückstände auf der belichteten Verbundbahn werden vermieden, so dass das hergestellte Hologramm - vorzugsweise ohne einen weiteren Reinigungsschritt - nahtlos in ein Endprodukt integriert werden kann. Dadurch wird die Effizienz des Verfahrens verbessert und unnötige Arbeitsschritte eliminiert.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die lichtempfindliche Verbundbahn, oder mindestens eine äußere Schicht davon, sowohl als Feststoff oder als Nicht- Feststoff ausgestaltet sein kann. Das lichtempfindliche Material kann zum Beispiel fest sein und/oder zwischen festen Trägerschichten wie Polycarbonatfolien eingeschlossen sein. Die festen Trägerschichten können auf die Oberfläche einer Prozesskomponente gebracht werden, die auch völlig glatt sein kann (ohne Reliefmuster). In der Regel ist es schwierig, zwei glatte feste Oberflächen in guten optischen Kontakt miteinander zu bringen, da die zwischen den Oberflächen wirkenden intermolekularen Kräfte nicht stark genug sind, um diese in ununterbrochenen Kontakt miteinander zu bringen und die Oberflächen sogar elektrostatisch voneinander abstoßen können. Indem die optische Klebefolie vorübergehend zwischen die festen Oberflächen gebracht wird, können ausreichend anziehende elektrostatische Kräfte zwischen ihnen erzeugt werden, um einen stabilen Kontakt und keine Relativbewegung zwischen der Verbundbahn und dem angrenzenden Bauteil zu gewährleisten. Dadurch wird die Qualität des Replikationsverfahrens erheblich verbessert.
Sollte eine äußere Schicht der lichtempfindlichen Verbundbahn einen Nicht-Feststoff umfassen, wie z.B. ein halb-festes oder harziges Material, kann sie dennoch zusammen mit der optischen Klebefolie verwendet werden. Zum Beispiel kann eine feste Trägerschicht der Verbundbahn mit der optischen Klebefolie in Kontakt gebracht werden. Alternativ wird die optische Klebefolie verwendet, um die nicht-feste Oberfläche in Kontakt mit einer Prozesskomponente zu bringen, und wird anschließend von der nicht-festen Oberfläche entfernt, nachdem diese fixiert und/oder
ausgehärtet wurde. Die optische Klebefolie ist somit vielseitig einsetzbar und eignet sich für eine Reihe verschiedener Ausführungsformen der lichtempfindlichen Verbundbahn.
Wie aus den oben genannten Vorteilen ersichtlich, löst ein Verfahren, bei dem die optische Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und dem Einkoppelelement aufgebracht wird, das gleiche technische Problem wie ein Verfahren, bei dem die optische Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und dem Masterelement aufgebracht wird. Die optische Klebefolie verbessert vor allem den optischen Kontakt zwischen belichteten transparenten Bauteilen, durch die das Belichtungslicht geleitet wird. Dadurch werden unerwünschte Reflexionen, Streuungen oder Verluste reduziert und die Qualität des reproduzierten Hologramms verbessert. Beide Verfahren sind daher untereinander in der Weise verbunden, dass sie eine einzige allgemeine erfinderische Idee verwirklichen.
Der Fachmann erkennt zudem, dass bevorzugte Merkmale bzw. Vorteile von Ausführungsformen des Verfahrens, bei dem die optische Klebefolie auf dem Masterelement aufgebracht wird, ebenso für Ausführungsformen des Verfahrens gelten, in dem die optische Klebefolie auf dem Einkoppelelement aufgebracht wird, und umgekehrt. Ersichtlich ist zudem eine Kombination der Verfahren besonders bevorzugt. D.h. bei Verwendung eines Einkoppelelementes im Belichtungsprozess ist es besonders bevorzugt, eine optische Klebefolie sowohl vorübergehend zwischen Masterelement und lichtempfindlicher Verbundbahn, als auch zwischen Einkoppelelement und lichtempfindlicher Verbundbahn einzubringen. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, eine optische Klebefolie beispielsweise vorrübergehend lediglich zwischen einem Einkoppelelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn einzubringen und nicht zwischen einem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn. In einer solchen Ausführungsform kann die lichtempfindliche Verbundbahn somit auch belichtet werden, während sie in direktem Kontakt mit einer Oberfläche des Masterelements steht, wobei der Kontakt nicht durch eine optische Klebefolie vermittelt wird.
Im Sinne der Erfindung bedeutet ein "Aufbringen" vorzugsweise, dass eine Prozesskomponente (z.B. Masterelement, Einkoppelelement und/oder lichtempfindliche Verbundbahn) mit einer anderen in mittelbaren oder unmittelbaren Kontakt gebracht wird. Zum Beispiel kann bei dem Aufbringen einer Verbundbahn auf einem Masterelement oder Einkoppelelement eine Schutzschicht und/oder optische Klebefolie zwischen den Prozesskomponenten vorhanden sein. Eine "Aufbringung" wird im Sinne der Erfindung auch bevorzugt verwendet, um anzuzeigen, dass eine Prozesskomponente eine mechanische Kraft auf eine andere ausübt, z.B. indem sie auf ihr ruht und ihr Gewicht aufbringt (wie im Fall eines Einkoppelelementes, das auf einer lichtempfindlichen Verbundbahn ruht) oder eine Reibungskraft ausübt, wie im Fall eines rotierenden zylindrischen Masterelements, das eine lichtempfindliche Verbundbahn dazu
bringt, sich mitlaufend mit dem Masterelement zu bewegen. Die Kraftübertragung kann auch andersherum erfolgen, so dass die lichtempfindliche Verbundbahn eine Bewegung bzw. Drehung des Masterelements bewirkt.
Eine „Prozesskomponente“ ist im Sinne der Erfindung vorzugsweise ein feststehendes, bewegliches oder verbrauchbares Bauteil oder Material, das im Belichtungsverfahren verwendet wird. Vorzugsweise ist die P rozess ko m ponente so konfiguriert, dass sie mit dem Licht im Belichtungsverfahren interagiert, zum Beispiel durch Reflexion, Transmission oder Beugung, um das Belichtungsverfahren einzustellen. Beispielsweise stellen optische Bauteile, wie Masterelement oder Einkoppelelement, ebenso wie eine lichtempfindliche Verbundbahn im Sinne der Erfindung eine Prozesskomponente dar.
Im Sinne der Erfindung kann sich die "Oberfläche" einer Prozesskomponente auf die Oberfläche der Prozesskomponente beziehen, die mit einer anderen Prozesskomponente in Kontakt gebracht wird. Die "Oberfläche" einer Prozesskomponente kann sich vorzugsweise auch auf ihre äußerste Schicht beziehen, insbesondere im Falle einer Prozesskomponente mit Schichtaufbau. Zum Beispiel kann die Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn eine obere Trägerfolie sein, während sich die Oberfläche eines Masterelements auf eine obere Abdeckung beziehen kann, die zum Schutz des Masterhologramms dient.
Im Sinne der Erfindung ist eine „Ablösung“ eine Trennung, vorzugsweise die Trennung der Prozesskomponenten, sodass sie nicht mehr in Kontakt miteinander sind, vorzugweise weder in einem unmittelbaren noch mittelbaren Kontakt. Vorzugsweise wird bei einer „Ablösung“ mithin ein sich vergrößernder Luftspalt zwischen die Prozesskomponenten eingeführt, beispielsweise bei einem Ablösen der Verbundbahn von einem Masterelement oder Einkoppelelement.
Ein „optischer Kontakt“ sollte es vorzugsweise ermöglichen, dass ein Strahlenverlauf von Licht zwischen Prozesskomponenten durchgelassen wird, ohne wesentliche Reflexionen oder sogar Totalreflexionen zu erfahren. Ein unmittelbarer stoffschlüssiger Kontakt zwischen dem Prozesskomponenten ist möglich, aber nicht notwendig. Zur Vermittlung eines optischen Kontaktes zwischen dem Masterelement und der Verbundbahn ist beispielsweise eine optische Klebefolie vorgesehen, welche den Kontakt vermittelt. Zwischen der optischen Klebefolie und der angrenzenden Prozesskomponenten liegt jedoch bevorzugt ein direkter optischer Kontakt vor. Sollte ein Spalt zwischen den Oberflächen der optischen Klebefolie und angrenzender Prozesskomponente vorhanden sein, ist er vorzugsweise kleiner als eine halbe Wellenlänge des Lichts, so dass sich an der Grenzfläche zwischen den Oberflächen keine Interferenzfelder ausbilden. Vorzugsweise tritt an der Grenzfläche zwischen den Oberflächen weder eine Reflexion (insbesondere Totalreflexionen) noch Streuung auf.
Der optische Kontakt zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und einer weiteren Prozesskomponente (Masterelement, Einkoppelelement) wird durch eine optische Klebefolie vermittelt. Vorzugsweise heißt das, dass die lichtempfindliche Verbundbahn und die weitere Komponente in mechanischem Kontakt mit der optischen Klebefolie stehen. Vorzugsweise bedeutet dies, dass die optische Klebefolie physikalisch, chemisch oder elektrostatisch an eine Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn oder der weiteren Komponente anhaftet.
Eine „Haftung“ oder „Adhäsion“ der optischen Klebefolie an die lichtempfindliche Verbundbahn und/oder die weitere Prozesskomponente umfasst vorzugsweise das Vorhandensein von Anziehungskräften zwischen der optischen Klebefolie und der betreffenden Komponente. Wenn die optische Klebefolie zwischen zwei Prozesskomponenten gebracht wird, um einen optischen Kontakt zwischen ihnen zu vermitteln, sind vorzugsweise stärkere Anziehungskräfte zwischen jeder Prozesskomponente und der optischen Klebefolie vorhanden im Vergleich zu den Anziehungskräften, die zwischen den Oberflächen der Prozesskomponenten, ohne die optische Klebefolie vorhanden wären. Anders ausgedrückt: Die Prozesskomponenten haften vorzugsweise stärker an der optischen Klebefolie als aneinander. Außerdem ist die Haftung vorzugsweise ausreichend, um eine Bewegung zwischen den Prozesskomponenten zu verhindern, zwischen denen der optische Kontakt vermittelt wird.
Ein „Verbund“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein mehrschichtiges Material, das aus zwei oder mehr verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften besteht, die an einer Grenzfläche miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist die Bindung zwischen den einzelnen Komponenten derart beschaffen, dass sie nicht durch geringfügigen Krafteinfluss trennbar ist und daher als dauerhaft gilt. Vorzugsweise dürfen die Schichten der Verbundbahn nicht durch eine Kraft von weniger als 10 N/cm, vorzugsweise weniger als 50 N/cm, noch bevorzugter weniger als 100 N/cm getrennt werden. Der Verbund kann zum Beispiel aus einem Material bestehen, welches zwischen zwei transparenten Trägerfolien eingeschlossen ist. Der lichtempfindliche Verbund kann mit einer oder mehreren Schutzfolien vorgesehen sein, die während der Belichtung vorhanden sind oder vor der Belichtung entfernt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbundbahn einen Stapel von Schichten umfassen, die jeweils für verschiedene Spektralbereiche lichtempfindlich sind.
Eine „Verbundbahn“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Verbundmaterial mit einer Länge, die mindestens das Doppelte, vorzugsweise mindestens das Fünffache und noch bevorzugter mindestens das Zwanzigfache seiner Breite beträgt. Die Dicke der Verbundbahn ist vorzugsweise so eingestellt, dass sie eine gewisse Flexibilität aufweist, so dass sie zum Beispiel teilweise um eine Walze gewickelt werden kann. Vorzugsweise weist die Verbundbahn eine Dicke von bis zu 1000 pm, vorzugweise bis 500 pm, besonders bevorzugt bis zum 100 pm auf. Die Verbundbahn umfasst ein lichtempfindliches Material. Vorzugsweise schließt die
Verbundbahn das lichtempfindliche Material zwischen zwei transparenten Trägerfolien ein, die einen ähnlichen Brechungsindex wie das lichtempfindliche Material haben. Vorzugsweise liegt der Brechungsindex der Trägerfolien und des lichtempfindlichen Materials zwischen 1 ,4 und 1 ,6. In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die lichtempfindliche Verbundbahn ein lichtempfindliches Material auf einer einzigen Trägerfolie, sodass eine Oberfläche des lichtempfindlichen Materials unbedeckt vorliegt. Das lichtempfindliche Material kann zum Beispiel ein lichtempfindliches Photopolymer oder eine dichromatische Gelatine sein mit einer bevorzugten Schichtdicke zwischen 1 - 500 pm. Das lichtempfindliche Material kann für das gesamte sichtbare Spektrum lichtempfindlich oder wellenlängenselektiv sein.
Die „Lichtempfindlichkeit“ bezieht sich im Sinne der Erfindung vorzugsweise auf eine Holografietauglichkeit eines Materials. Ein Material gilt vorzugsweise als holografietauglich, wenn darin durch Belichten mit ausreichend kohärentem Licht, die Interferenzfelder des Lichts als Mikrostrukturen in dem Material gespeichert werden können. Die Holografietauglichkeit hängt vorzugsweise mit der Größe der entstehenden Mikrostrukturen zusammen. Vorzugsweise sind die entstehenden Mikrostrukturen maximal so groß wie Hell-/Dunkel-Strukturen eines Interferenzfeldes.
Unter „Belichtung“ ist im Sinne der Erfindung vorzugsweise die gezielte Lenkung elektromagnetischer Strahlen, vorzugsweise im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 1600 nm, auf eine entsprechend empfindliche Oberfläche, vorzugsweise zur Bildung eines Hologramms, zu verstehen. Es sind verschiedene Methoden der Belichtung eines Hologramms bekannt, darunter transmissive oder reflektive Techniken zur Herstellung von Volumenhologrammen. Beispiele dafür werden später in diesem Text näher erläutert.
Ein „Masterelement“ ist vorzugsweise eine dreidimensionale Einheit, welche mindestens ein Masterhologramm in einer Form umfasst, welche sicherstellt, dass eine Bewegung des Masterelements unmittelbar zu einer entsprechenden Bewegung des Masterhologramms führt. Ein Masterelement kann auch eine Mehrzahl an Masterhologrammen beispielsweise 2, 3, 5, oder mehr umfassen. Vorzugsweise hat das Masterelement eine Länge und Breite, die ungefähr der des Masterhologramms entspricht. Vorzugsweise ist das Masterelement mindestens doppelt, bevorzugt fünfmal und besonders bevorzugt mindestens zwanzigmal so hoch wie das Masterhologramm.
Das Masterelement umfasst vorzugsweise einen Substratkörper, der das mindestens eine Masterhologramm entweder umschließt oder trägt. In Ausführungsformen kann das Masterelement beispielsweise eine transparente obere Abdeckung zum Schutz eines Masterhologramms umfassen, das zwischen der Abdeckung und dem Substratkörper vorliegt. Vorzugsweise hat die obere Abdeckung einen Brechungsindex, der so gewählt ist, dass Licht durch sie, das Masterhologramm und den Substratkörper hindurchgelassen wird, ohne
wesentlich gebrochen zu werden. Die obere Abdeckung kann zum Beispiel eine transparente Folie oder eine Glasschicht sein.
Das Masterelement kann vorzugsweise die Form eines quaderförmigen Blocks, einer Platte, einer Pyramide, eines Prismas oder eines Zylinders haben. Der Substratkörper kann entsprechend geformt sein.
Bevorzugt kann der Substratkörper der Masterelemente aus einem Material gebildet sein, welches ein optischer Kunststoff, vorzugweise ausgewählt aus der Gruppe: Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Cycloolefin-Polymere (COP) und Cycloolefin-Copolymere (COC) und/oder ein optisches Glas ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe: Borosilikatglas, Quarzglas, B270, N-BK7, N-SF2, P-SF68, P-SK57Q1 , P-SK58A und P-BK7.
Vorzugsweise haben sowohl der Substratkörper als auch eine etwaige Abdeckung des Masterelements einen Brechungsindex zwischen 1 ,4 und 1 ,6.
Die Auswahl des Materials für den Substratkörper kann von dem gewünschten Belichtungswinkel oder Brechungsindex abhängen. Es kann zudem bevorzugt sein, dass ein Substratkörper eingefärbt ist, um beispielsweise Licht wellenlängenselektiv zu filtern, um ein Hologramm mit einer bestimmten Wellenlänge zu erzeugen. Auf diese Weise kann eine breitbandige Lichtquelle zur Belichtung verschiedener Masterhologramme verwendet werden.
Es ist bevorzugt, dass die Oberfläche des Masterelements Glas, PC, TAC oder PMMA umfasst. Das Material der Oberfläche kann in Form einer Folie oder Platte zum Schutz des Masterhologramms vorliegen. Das Material der Oberfläche kann aber auch das Material des Substratkörpers selbst sein und beispielsweise eine Quaderform oder zylindrische Form aufweisen.
Ob eine optische Klebefolie auf ein Substrat oder auf eine Abdeckung eines Masterelements gelegt wird, kann von der Richtung abhängen, aus der das Masterhologramm belichtet werden soll. In einigen Fällen kann die optische Klebefolie an einer Seite oder Grundfläche des Masterelements angebracht werden. Vorzugsweise ist die betroffene Oberfläche des Masterelements glatt, das heißt insbesondere, dass sie kein Reliefmuster umfasst. Das Masterhologramm umfasst vorzugsweise ein Volumenhologramm. Für die Replikation des Volumenhologramms hängt die Qualität der Reproduktion in erster Linie vom optischen und nicht vom mechanischen Kontakt zwischen dem Masterhologramm und dem verwendeten lichtempfindlichen Material ab. Wenn die Oberfläche des Masterelements glatt ist, lässt sich die optische Klebefolie zudem leichter anbringen und entfernen, ohne Rückstände zu hinterlassen, z.B. in den Vertiefungen eines Reliefmusters.
Vorzugsweise bezieht sich die „Breite“ auf eine Abmessung in einer horizontalen Ebene quer zu einer Verbundbahn-Fließrichtung. Vorzugsweise bezieht sich die „Länge“ auf eine Abmessung in einer horizontalen Ebene längs zu einer Verbundbahn-Fließrichtung. Vorzugsweise bezieht sich die „Höhe“ auf eine Abmessung in einer vertikalen Ebene, die orthogonal zu der durch die Breite und Länge gebildeten Ebene liegt.
Ein „Substratkörper“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein dreidimensionaler Materialblock, der das Masterhologramm trägt oder umschließt. Vorzugsweise ist der Substratkörper transparent. In einigen Ausführungsformen hat der Substratkörper mehrere Flächen, darunter eine ebene Oberfläche, die horizontal ausgerichtet sein kann. In einigen Ausführungsformen ist der Substratkörper prismatisch, d.h. er weist einen konstanten Querschnitt beliebiger Form auf, z.B. quadratisch, polygonal, elliptisch oder kreisförmig. Die Enden des Substratkörpers, die die Form des Querschnitts aulweisen, können als „Grundfläche“ bezeichnet werden. Die längliche Fläche des Substratkörpers, die zwischen den beiden Enden liegt, kann als „Mantelfläche“ bezeichnet werden. In einigen Ausführungsform ist die Form eines axial rotierbaren Zylinders bevorzugt. Im Sinne der Erfindung kann die Form eines rotierbaren prismatischen Substratkörpers bzw. Masterelements, vorzugsweise eines Zylinders, auch als „Walze“ bezeichnet werden.
Im Sinne der Erfindung bezieht sich der Begriff "transparent" oder „Transparenz“ vorzugsweise auf eine Eigenschaft eines Materials, wodurch es im Wesentlichen durchlässig für Licht ist. Vorzugsweise ist ein transparentes Material im Sinne der Erfindung zumindest für einen Teil des elektromagnetischen Spektrums transmittierend, vorzugsweise mit einer Wellenlänge zwischen 300 nm - 25 pm, besonders bevorzugt zwischen 400 nm - 780 nm. Besonders bevorzugt ist ein transparentes Material, beispielsweise ein transparenter Substratkörper, durchlässig für Licht eines Wellenlängenbereichs mit welchem eine Belichtung der Masterhologramme erfolgt. Ein transparentes Material kann auch so eingefärbt sein, dass es die Lichtstrahlung einer bestimmten Wellenlänge selektiert.
Ein „Masterhologramm“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein holographisch-optisches Element umfassend mindestens ein zu replizierendes Hologramm. Das Masterhologramm ist für eine optische Funktion (z.B. Beugung, Reflexion, Transmission und/oder Brechung) für eine oder eine Mehrzahl an Wellenlängen ausgelegt. Hierzu können beispielsweise mehrere Hologramme, die z. B. jeweils Licht einer Wellenlänge beugen und/oder Multiplex-Hologramme, die Licht mehrerer Wellenlängen beugen, als Hologramm-Stacks angeordnet vorliegen. Bei dem Masterhologramm kann es sich beispielsweise um ein diffraktives optisches Element (DOE) handeln. Diffraktive optische Elemente (DOEs) nutzen ein Oberflächenreliefprofil mit einer Mikrostruktur für ihre optische Funktion. Alternativ kann die Mikrostruktur auch im Volumen des Elements z. B. in Form eines lokalen Unterschieds im Brechungsindex vorliegen. Das von einem
DOE durchgelassene Licht kann durch Beugung und anschließende Ausbreitung in fast jede gewünschte Verteilung umgewandelt werden. Dabei kann es sich um ein Bild, ein Logo, einen Text, ein Lichtbrechungsmuster oder ähnliches handeln. Vorzugsweise umfasst das Masterhologramm ein Volumenhologramm.
Der Prozess zur Herstellung des Masterhologramms kann vorzugsweise als „Hologramm- Origination“ oder „Hologramm-Mastering“ bezeichnet werden. Das Masterhologramm kann mit einem analogen oder digitalen Verfahren erstellt werden. In einem beispielhaften analogen Verfahren wird ein erster kohärenter Strahl, der Objektstrahl, von einem Objekt und auf ein Aufzeichnungsmaterial reflektiert, das gleichzeitig einem zweiten kohärenten Strahl, dem Referenzstrahl, ausgesetzt ist. Der Objektstrahl und der Referenzstrahl interferieren und erzeugen ein Interferenzmuster auf bzw. in dem Aufzeichnungsmaterial. Dieses Interferenzmuster wird von lichtempfindlichem Material aufgezeichnet, so dass nach der Verarbeitung die Form eines Oberflächenreliefmusters auf einer Oberfläche des Materials oder ein räumlich variierender Brechungsindex im meist nur wenige Mikrometer dicken Material entsteht. Um ein Bild des ursprünglichen Objekts zu betrachten, kann das Masterhologramm mit Licht beleuchtet werden, das von dem aufgezeichneten Oberflächenreliefmuster oder Brechungsindexmuster gebeugt wird. Dieser gebeugte Strahl enthält das Bild des ursprünglichen Objekts. Das Masterhologramm kann anschließend bei der Erstellung weiterer Kopien mit demselben Bild als neues Objekt verwendet werden.
Das Masterhologramm kann vorzugsweise auch computergeneriert sein. Die mikroskopischen Gitter, welche die Beugungseffekte erzeugen, können z. B. durch Laserinterferenzlithographie hergestellt werden. Bei dieser Technik werden zwei oder mehr kohärente Lichtstrahlen so konfiguriert, dass sie an der Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials interferieren. Die Positionen der Lichtstrahlen in Bezug auf das Aufzeichnungsmaterial können von einem Computer gesteuert werden. Je nach Stärke des Lasers kann das Aufzeichnungsmaterial aus nahezu jedem Material bestehen. Andere Techniken wie die Elektronenstrahllithographie können ebenfalls zur digitalen Herstellung des Masterhologramms verwendet werden. Das Masterhologramm kann vorzugsweise Glas, Silizium, Quarz, UV-Lack, ein Fotopolymerverbund und/oder ein Metall wie Nickel umfassen.
Im Sinne der Erfindung ist ein "Einkoppelelement" vorzugsweise ein dreidimensionaler Block aus transparentem Material mit einem Brechungsindex und Abmessungen, die so konfiguriert sind, dass sie die Belichtungsstrahlen auf die Masterhologramme richten und/oder von ihnen wegführen. Das Einkoppelelement kann vorzugsweise verschiedene optisch zugängliche Flächen aufweisen. Vorzugsweise ist mindestens eine Seitenfläche und eine Unterseite des Einkoppelelementes optisch zugänglich. In einigen Ausführungsformen kann das Einkoppelelement die Form eines quaderförmigen Blocks, einer (flachen) Platte, einer Pyramide
odereines Prismas haben. In einigen Ausführungsformen ist das Einkoppelelement prismatisch, d.h. es weist einen konstanten Querschnitt beliebiger Form auf, z.B. quadratisch, polygonal, elliptisch oder kreisförmig. Die Enden des Einkoppelelementes, die die Form des Querschnitts aufweisen, können als „Grundfläche“ bezeichnet werden. Die längliche Fläche des Einkoppelelementes, die zwischen den beiden Enden liegt, kann als „Mantelfläche“ bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen ist die Form eines axial rotierbaren Zylinders bevorzugt. Im Sinne der Erfindung kann die Form eines rotierbaren prismatischen Einkoppelelementes, vorzugsweise eines Zylinders, auch als „Walze“ bezeichnet werden.
Bevorzugt kann das Einkoppelelement aus einem optischen Kunststoff oder optischen Glas gebildet werden, wobei in Vorzugsformen obig im Hinblick auf den Substratkörper des Masterelementes genannte bevorzugte Materialien zum Einsatz kommen können.
Es ist bevorzugt, dass die Oberfläche des Einkoppelelementes Glas, PC, TAC oder PMMA umfasst. Das Material der Oberfläche kann in Form einer Folie oder einer Platte im Falle eines mehrschichtigen Einkoppelelementes vorliegen. Das Material der Oberfläche kann aber auch das Material eines monolithischen Einkoppelelementes sein und beispielsweise eine Quaderform oder zylindrische Form aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Oberfläche des Einkoppelelementes eine Anti-Reflex-Beschichtung auf. Hierdurch können Reflexionsverlusten an der Oberfläche des Einkoppelelementes weitestgehend eliminiert werden.
Das Einkoppelelement kann in verschiedenen Ausrichtungen in Bezug auf das Masterelement angeordnet werden, wobei die lichtempfindliche Verbundbahn während der Belichtung vorzugsweise zwischen dem Einkoppelelement und dem Masterelement positioniert wird. Geht man von einem quaderförmigen Einkoppelelement und Masterelement mit Ober-, Unter- und Seitenflächen aus, kann das Einkoppelelement zum Beispiel oberhalb des Masterelementes angeordnet vorliegen. In dem Fall kann es bevorzugt sein, dass die Verbundbahn zwischen einer Oberseite des Masterelementes und einer Unterseite des Einkoppelelementes geführt wird. Ein Referenzstrahl kann schräg nach unten auf eine Seitenfläche des Einkoppelelementes gerichtet werden, welches als Block bzw. Quader oberhalb des Masterelements vorliegt. Der Referenzstrahl wird durch das Einkoppelelement gebrochen und der gebrochene Referenzstrahl gelangt durch die Verbundbahn zum Masterhologramm. Die durch das Einkoppelelement verursachte Brechung kann beispielsweise dafür genutzt werden, eine für ein edge-lit Hologramm erforderlichen spitzen Einfallswinkel zu erreichen. Ein Masterhologramm kann den gebrochenen Referenzstrahl reflektieren, so dass ein Objektstrahl vom Masterhologramm durch die Verbundbahn gelangt. Objektstrahl und Referenzstrahl interferieren im lichtempfindlichen Material der Verbundbahn, um ein Reflexionshologramm zu erzeugen. Durch Bereitstellung einer optischen Klebefolie beidseitig der Verbundbahn können
optische Verluste oder unerwünschte Reflexionen an den Grenzflächen wirksam vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Aufbringung der optischen Klebefolie und/oder der lichtempfindlichen Verbundbahn auf der Oberfläche des Masterelementes und/oder des Einkoppelelementes mittels einer Laminierung.
Eine „Laminierung“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Verfahren zur Verbindung zweier Komponenten, wobei die Verbindung vorzugsweise nicht dauerhaft ist. Eine der beiden Komponenten umfasst vorzugsweise eine starre, ebene Oberfläche und ist vorzugsweise fest angebracht. Die andere der beiden Komponenten ist vorzugsweise flexibel und kann während des Laminierens fließen. Die Laminierung ist vorzugsweise so gestaltet, dass die lichtempfindliche Verbundbahn und/oder die optische Klebefolie durchgehend eine starre Oberfläche vorzugsweise eines Masterelementes und/oder Einkoppelelementes bedeckt, so dass keine Lücken, Blasen oder Falten vorhanden sind. Optional erfolgt die Laminierung mittels einer Laminierungswalze, welche vorzugsweise einen Druck ausüben kann. Die Laminierung kann bei Raumtemperatur (20° C) erfolgen. Optional kann die Laminierungswalze auch auf Laminierungstemperatur oberhalb der Raumtemperatur erhitzt werden, beispielsweise ausgewählt aus einem Bereich von 20° - 200 °C, vorzugsweise 40 - 100 °C. Die Laminierung (beispielsweise ein Laminierungsdruck oder eine Laminierungstemperatur) ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass eine lückenfreie, aber lösbare (vorübergehende) Verbindung zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und/oder der optische Klebefolie und einer relevanten Oberfläche (beispielsweise eines Masterelementes und/oder Einkoppelelementes) hergestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Aufbringung der optischen Klebefolie und/oder der lichtempfindlichen Verbundbahn auf der Oberfläche des Masterelementes und/oder des Einkoppelelementes mittels eines In-Kontakt-Bringens einer fließenden lichtempfindlichen Verbundbahn mit einem Teilkreis einer gekrümmten Oberfläche. Vorzugsweise ist die gekrümmte Oberfläche ein Teil der Mantelfläche eines rotierbaren Zylinders, wobei der Teilkreis vorzugsweise ein Öffnungswinkel zwischen 1 ° - 45°, noch bevorzugter zwischen 2° - 20° hat. Vorzugsweise nimmt die lichtempfindliche Verbundbahn und/oder die optische Klebefolie während der Belichtung die Form der Mantelfläche vorübergehend an.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Ablösens der optischen Klebefolie von dem Masterelement, dem Einkoppelelement und/oder von der lichtempfindlichen Verbundbahn. Das Ablösen erfolgt vorzugsweise kontinuierlich oder intermittierend. Bei einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren kann die optische Klebefolie kontinuierlich im Takt mit der Verbundbahn durch eine Vorrichtung bewegt werden. Wenn die Verbundbahn
stattdessen für jeden Belichtungsschritt stationär gehalten und erst nach der vollständigen Belichtung eines Masterhologramms bewegt wird (z.B. wenn das Masterelement eine Platte statt eine Walze ist), wird die optische Klebefolie vorzugsweise auch während des Belichtungsschritts stationär gehalten und nach der vollständigen Belichtung des Masterhologramms abgelöst.ln einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Brechungsindexdifferenz zwischen der Oberfläche des Masterelements und der optischen Klebefolie und/oder zwischen der optischen Klebefolie und einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn nicht mehr als 0,2, bevorzugt nicht mehr als 0,1 und stärker bevorzugt nicht mehr als 0,05.
Indem der Brechungsindex der optischen Klebefolie so eingestellt wird, dass er mit dem Brechungsindex der benachbarten Prozesskomponente identisch ist oder diesem sehr nahekommt, ist es möglich, einen hervorragenden optischen Kontakt, ohne interne Reflexionen an den Grenzflächen zu erreichen. Die Qualität des reproduzierten Hologramms kann dadurch verbessert werden, da Verluste und optische Störungen minimiert werden.
Ebenso ist in dem Fall, in dem die optische Klebefolie zwischen die lichtempfindliche Verbundbahn und ein Einkoppelelement gebracht wird, der Unterschied zwischen dem Brechungsindex der optischen Klebefolie und einer benachbarten Oberfläche des Einkoppelelementes vorzugsweise nicht mehr als 0,2, noch bevorzugter nicht mehr als 0,1 und noch bevorzugter nicht mehr als 0,05.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt ein Brechungsindex der optischen Klebefolie zwischen dem Brechungsindex der Oberfläche des Masterelements und dem Brechungsindex einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn. Falls die optische Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und einem Einkoppelelement angeordnet wird, liegt der Brechungsindex der optischen Klebefolie vorzugsweise zwischen dem der lichtempfindlichen Verbundbahn und dem des Einkoppelelementes. In diesem Zusammenhang schließt der Begriff "zwischen" vorzugsweise auch die Werte der Brechungsindizes der benachbarten Prozesskomponenten selbst ein. Diese Anordnung ermöglicht einen sanften bzw. störungsfreien Übergang von Lichtstrahlen zwischen den verschiedenen Prozesskomponenten mit minimalen Reflektionen und/oder Aberrationen an Grenzflächen.
Als ein veranschaulichendes Beispiel können die Brechungsindizes, ausgehend von einem Substratkörper eines Masterelements beispielsweise wie folgt gewählt werden.
Substratkörper (aus N-BK7): ne = 1 ,519
Klebeschicht: ne = 1 ,51
Masterhologramm (Fotopolymerschicht): ne = 1 ,500
Masterhologramm (Schutzfolie): ne = 1 ,485
Optische Klebefolie (Klebeschicht/Trägerschicht/Klebeschicht): ne = 1 ,47/1 ,485/1 ,47
Verbundbahn (Trägerfolie/Fotopolymerschicht/Trägerfolie) ne= 1 ,48/1 ,50/1 ,48
Im obigen Bespiel kann die lichtempfindliche Verbundbahn beispielsweise eine Trägerfolie aus Triacetat (TAC) umfassen, welches einen Brechungsindex von 1 ,48 aufweist. Sofern nicht anders angegeben, werden die in diesem Text genannten Brechungsindizes nach ISO 489 gemessen.
Umfasst die lichtempfindliche Verbundbahn Fotopolymere und eine oder mehrere TAC- Trägerfolien, so hat die optische Klebefolie vorzugsweise einen Brechungsindex von 1 ,48 +/- 0,2, vorzugsweise +/- 0,1 , noch bevorzugter +/- 0,05, sodass oben genannte Werte einen besonders sanften optischen Übergang erlauben.
Wenn die lichtempfindliche Verbundbahn Fotopolymere und beispielsweise eine PC-Trägerfolie umfasst, kann die optische Klebefolie vorzugsweise einen Brechungsindex von 1 ,58 +/- 0,2, vorzugsweise +/- 0,1 , noch bevorzugter +/- 0,05 aufweisen, sodass ebenfalls ein besonders sanfter optischer Übergang gewährleistet wird.
In einem weiteren Beispiel, bei dem die lichtempfindliche Verbundbahn eine PC-Trägerfolie aufweist und einen Kontakt mit der optischen Klebefolie autweist, die wiederum in Kontakt mit einer TAC-Schutzschicht eines Masterelements steht, kann es auch bevorzugt sein, dass der Brechungsindex der optischen Klebefolie zwischen dem von PC und TAC liegt, das heißt, dass die optische Klebefolie vorzugsweise einen Brechungsindex zwischen 1 ,48 und 1 ,58 aufweist.
Der Fachmann kennt Materialien, welche ausgehend von der vorliegenden Lehre einen möglichst kontinuierlichen Übergang des Brechungsindex des Masterelementes/ Einkoppelelementes und der anliegenden Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn ermöglichen. Beispielsweise kann als eine Alternative der Substratkörper Borofloat-33 umfassen, welches einen Brechungsindex von 1 ,48 aufweist. Die Materialien der weiteren Schichten können so ausgewählt werden, um an diesen Index angepasst zu werden. Für alle die obengenannten Komponenten (Substratkörper bis optische Klebefolie) ist es allgemein bevorzugt, dass der jeweilige Brechungsindex zwischen 1 ,4 und 1 ,6 liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die lichtempfindliche Verbundbahn eine Trägerfolie und ein lichtempfindliches Material, wobei das lichtempfindliche Material als Schicht auf der Trägerfolie vorliegt. Vorzugsweise bleibt eine Seite des lichtempfindlichen Materials unbedeckt. In bevorzugten Ausführungsformen ist das
lichtempfindliche Material weich und/oder verformbar, insbesondere in flüssiger oder harziger Form. So kann das lichtempfindliche Material an eine feste Oberfläche haften und optional verformt werden, beispielsweise zum Replizieren eines Oberflächenreliefmusters.
Vorzugsweise wird während der Belichtung die unbedeckte Seite des lichtempfindlichen Materials in Kontakt mit der Oberfläche des Masterelements gebracht. Zwischen dem lichtempfindlichen Material und dem Masterelement wird vorzugsweise keine optische Klebefolie eingesetzt. Stattdessen kann die optische Klebefolie zwischen der dem Masterelement abgewandten Seite der Trägerfolie und einem Einkoppelelement eingebracht werden. Durch In-Kontakt-Bringen des lichtempfindlichen Materials mit der Oberfläche des Masterelements kann eine materielle Verformbarkeit des lichtempfindlichen Materials ausgenutzt werden, um einen lückenlosen Kontakt mit der Oberfläche des Masterelements zu erzielen. Beispielsweise kann die lichtempfindliche Verbundbahn auf die Oberfläche des Masterelements gedruckt werden, um Luftspalten zu eliminieren. Alternativ oder zusätzlich kann das lichtempfindliche Material adhäsive Eigenschaften analog den Eigenschaften der optischen Klebefolie aufweisen. Dies kann unerwünschte Reflexionen an die Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Material und dem Masterelement unterbinden. Diese Anordnung kann zusätzliche Vorteile bringen, wenn das Masterelement ein Oberflächenrelief aufweist, welches durch den Kontakt in die lichtempfindliche Verbundbahn übertragen werden kann. Optional können anschließend weitere Schichten, beispielsweise eine zweite Trägerfolie oder eine Schutzbeschichtung auf das belichtete und vorzugsweise ausgehärtete lichtempfindliche Material aufgebracht werden, um das lichtempfindliche Material einzuschließen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Klebefolie mindestens eine Klebeschicht. Die mindestens eine Klebeschicht weist vorzugsweise eine Schälkraft gegenüber der Oberfläche des Masterelementes und/oder des Einkoppelelementes und/oder einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn von weniger als 3 N/cm (Newton per centimeter), bevorzugt weniger als 1 N/cm. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Schälkraft der Klebeschicht der optischen Klebefolie gegenüber der Oberfläche des Masterelementes und/oder des Einkoppelelementes und/oder einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn jedoch mindestens 0,01 N/cm, bevorzugt mindestens 0,1 N/cm. Es hat sich erwiesen, dass die vorgenannten Parameter für die Schälkraft ein Optimum zwischen einer leichten, rückstandsfreien Entfernung der optischen Klebefolie von der jeweiligen Komponente und der gleichzeitigen Beseitigung einer optischen Grenzfläche zwischen den Komponenten darstellt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass diese Schälkräfte Relativbewegungen wie z.B. Vibrationen zwischen den Komponenten ausreichend unterdrücken. Während die transparenten Klebstoffe des Standes der Technik dazu beitragen können, die Qualität der Rekonstruktion eines Hologramms zu verbessern, verbessert die optische Klebefolie der vorliegenden Erfindung die Qualität der Replikation. Denn sie ist
ausreichend klebend, um optische Verluste an der Schnittstelle zwischen den Komponenten zu reduzieren, kann aber auch entfernt werden, so dass die Verbundbahn von einem Masterelement zu einer weiteren Prozessstation bewegt werden kann.
Vorzugsweise ist das Material und die Ausgestaltung der Klebeschicht so ausgewählt, dass sie an dem Material der Verbundbahn, des Masterelements und/oder des Einkoppelelements, mit dem sie in Kontakt gebracht werden soll, haftet und nicht abstößt. So haftet die Klebeschicht vorzugsweise auf allen transparenten Polymeren und Gläsern, insbesondere auf den oben genannten bevorzugten Materialien für ein Masterelement, Einkoppelelement oder eine Verbundbahn. Zusätzlich oder alternativ haftet die Klebeschicht vorzugsweise auf einem festen und/oder harzigen lichtempfindliches Material, besonders bevorzugt einem Fotopolymer. Insbesondere dient die optische Klebefolie nicht dazu, das Ablösen der Verbundbahn von der jeweiligen Prozesskomponente zu erleichtern, sondern den optischen Kontakt zu verbessern. Dies kann auch eine zusätzliche Verbesserung eines mechanischen oder elektrostatischen Kontakts einschließen.
Die Schälkraft der optischen Klebefolie oder einer ihrer Schichten kann beispielsweise nach einem 180-Grad-Schältest gemessen werden. In Vorzugsformen erfolgt die Messung gemäß ASTM D903, bei der sechs Zoll eines Klebestreifens auf eine saubere Substratoberfläche aufgebracht werden. Das Substrat wird eingespannt. Ein freies Ende des Klebestreifens wird um 180 Grad nach hinten gefaltet und mit einem Kraftmesser gezogen. Die Kraft in Newton, die erforderlich ist, um jeden Zentimeter des Klebestreifens von dem Substrat abzulösen, entspricht der Schälkraft.
Die Schälkraft eines Klebematerials in Bezug auf eine Substratoberfläche hängt vorzugsweise nicht nur von der Materialzusammensetzung des Klebematerials und des Substrats ab, sondern auch von den Prozessbedingungen, unter denen das Klebematerial auf seinen Träger, falls vorhanden, und auf die Substratoberfläche aufgetragen wurde. Bei Haftklebematerialien kann beispielsweise eine stärkere Verbindung mit einer Trägerschicht erzielt werden, wenn beim Aufträgen der T rägerschicht ein hoher Druck, Temperatur und/oder eine zusätzliche Vernetzung des Klebematerials auf die Trägerschicht angewendet wird. Vorzugsweise kann eine zusätzliche Haftvermittlerschicht eingebracht werden, um die Haftung des Klebematerials auf der Trägerschicht spezifisch zu erhöhen. Dieser Effekt kann ausgenutzt werden, um einerseits die Integrität einer mehrschichtigen optischen Klebefolie zu verbessern und gleichzeitig Schälkräfte der mehrschichtigen Klebefolie in Bezug auf Prozesskomponenten wie eine Verbundbahn, ein Einkoppelelement oder ein Masterelement gering zu halten.
Im Gegensatz zu den OCAs, die in den Fertigprodukten des Standes der Technik verwendet werden, um eine dauerhafte Haftung zu erzeugen, ist die bevorzugte Schälkraft gering. Das bedeutet, dass die optische Klebefolie zwar hinreichend haftet, um einen optischen Kontakt
während der Belichtung zu gewährleisten, aber gleichzeitig leicht entfernt werden kann, ohne zu reißen oder Rückstände auf der Verbundbahn oder angrenzenden Prozesskomponenten zu hinterlassen. Außerdem kann die optische Klebefolie vorteilhaft überaus dünn bereitgestellt werden. Eine hohe mechanische Festigkeit ist nicht notwendig, um beim Ablösen von der jeweiligen Oberfläche eine Beschädigung oder reißen zu verhindern. Außerdem erleichtert eine verhältnismäßig geringe Klebekraft bzw. Schälkraft der optischen Klebefolie eine Wiederverwendung der optischen Klebefolie, beispielsweise durch Bereitstellung einer Schleife, wie obig erläutert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Klebefolie mindestens eine Klebeschicht, wobei die mindestens eine Klebeschicht ein E-Modul von bis zu 50 MPa autweist. Das E-Modul kann beispielsweise durch einen Test in Anlehnung an DIN EN ISO 725, ASTM D5026 bzw. ASTM D882 oder DIN EN 15870 bestimmt werden. Das heißt, die optische Klebefolie hat vorzugsweise einen gewissen Grad an Elastizität. Dies ist besonders nützlich, um die optische Klebefolie um Transportwalzen und die Oberflächen der optischen Bauteile zu wickeln, mit denen sie verwendet wird. Die ausreichend elastische optische Klebefolie wird während des Transports durch das Verfahren weniger wahrscheinlich eingeklemmt, beschädigt und/oder gerissen. Außerdem können plastische Verformungen vermieden werden, welche zu Unregelmäßigkeiten im optischen Kontakt führen können.
Vorzugsweise weist die Klebeschicht eine Transmission von mindestens 80 %, wobei die Transmission vorzugsweise ohne Fresnel-Korrektur gemessen wird. Das bedeutet vorzugsweise, dass die gemessene Transmission durch den Betrag der beiden Fresnel-Reflexe an Vorder- und Rückseite des Materials reduziert ist. Die Transmission ohne Fresnel-Reflexe liegt vorzugsweise ca. 8 % höher als mit einer unkorrigierten Methode. Alternativ kann die Transmissionsmessung unter dem Brewsterwinkel mit p-polarisiertem Licht erfolgen, da unter dem Brewsterwinkel keine Grenzflächenreflexion für p-polarisiertes Licht erfolgt. Die Transmission bezieht sich vorzugsweise auf die Durchlässigkeit eines Mediums für Lichtwellen, ohne Änderung der Wellenlänge. Die prozentuale Transmission ist vorzugsweise der Prozentsatz der Intensität des durchgelassenen Lichts im Vergleich zu dem Licht, welches auf das Medium fällt. Die Transmission kann beispielsweise gemäß DIN EN ISO 13468 gemessen werden. Die Klebeschicht ist daher vorzugsweise transparent für Licht über das Wellenlängenspektrum 400 - 780 nm und weist eine minimale Lichtstreuung auf. Vorzugsweise ist die Klebeschicht farblos. Eine gelbstichige oder graue Erscheinung ist jedoch auch zulässig. Eine solche Klebeschicht kann für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden und ist deshalb einer farbfilternden Klebeschicht, die rot, blau, grün usw. ist, vorzuziehen.
Vorzugsweise weist die Klebeschicht eine Haze von bis zu 2 % auf. Es ist wünschenswert, dass der Grad der Haze minimiert wird. Dies führt zu einer Verringerung der Verluste des zur Belichtung verwendeten Lichts sowie zu einer Reduzierung unerwünschter Reflexionen.
Im Sinne der Erfindung bezieht sich der Begriff "Haze" vorzugsweise auf Transmissionshaze, gemessen nach ASTM D1003. Haze bezeichnet bevorzugt eine Streuung von Licht beim Durchgang durch ein transparentes Material, welche zur Entstehung zusätzlicher störender Interferenzfelder und somit zu zusätzlichen aber unerwünschten mikrooptischen Strukturen in dem replizierten Hologramm führen kann. Haze kann dem Material inhärent sein, ein Ergebnis des Formprozesses, eine Folge der Oberflächenstruktur oder auch das Ergebnis von Umweltfaktoren, wie eines Oberflächenabriebs sein.
Vorzugsweise weist die Klebeschicht über deren Breite eine Helligkeitsschwankung zwischen gekreuzten Polarisatoren von bis zu 20 %. Dadurch werden die durch die Klebeschicht verursachten optischen Verluste reduziert und die Qualität des replizierten Hologramms erhöht.
Vorzugsweise umfasst die Klebeschicht ferner ein Klebematerial auf Basis von Acryl, EVOH, Kautschuk, Silikon oder Mischungen davon. Insbesondere mittels derartiger Materialien kann vorteilhaft eine bevorzugt geringe Schälkraft, hohe Transparenz, ausreichende Elastizität und mechanische Festigkeit erreicht werden. Außerdem lassen sich diese Materialien leicht zu Klebefolien mit geeigneten Dicken formen. Dem Fachmann sind Methoden zur Herstellung von Klebematerialien auf der Basis der vorgenannten Materialien bekannt. Solche Methoden sind in der Fachliteratur beschrieben, zum Beispiel in "Haftklebebänder, selbstklebende Folien und Etiketten" von Georg Krüger, ISBN 3446422811.
Vorzugsweise umfasst das Klebematerial mindestens ein polymerisierbares Harz, wobei das polymerisierbare Harz vorzugsweise auf Acryl, EVOH, Kautschuck, Silikon oder Mischungen davon basiert, und mindestens ein Polymerisationsmittel. Das Polymerisationsmittel wird vorzugsweise so ausgewählt, dass es die Polymerisation, der in dem polymerisierbaren Harz vorhandenen Monomere auslöst. Das Polymerisationsmittel umfasst vorzugsweise einen Vernetzer und/oder einen Vernetzungskatalysator. Beispiele für Monomere eines ersten Typs, die in dem polymerisierbaren Harz (beispielsweise Acrylharz) vorhanden sind und durch das Polymerisationsmittel polymerisiert werden können, sind (Meth)acrylsäureestermonomere. Das polymerisierbare Harz kann auch Monomere eines zweiten Typs umfassen, welcher vernetzungsfähige funktionelle Gruppen aufweist, so dass sie mit den Monomeren des ersten Typs reagieren können. Beispiele für solche vernetzbaren funktionellen Gruppen sind Hydroxylgruppen, Carboxylgruppen, Glycidylgruppen, Isocyanatgruppen oder eine stickstoffhaltige funktionelle Gruppe und dergleichen. Vorzugsweise wird der Vernetzer und/oder Vernetzungskatalysator unter Berücksichtigung der im polymerisierbaren Harz vorhandenen vernetzbaren funktionellen Gruppen ausgewählt.
Die Klebekraft der Zusammensetzung kann durch die Zugabe eines Vernetzers geeigneter Art und Menge eingestellt werden. Dem Fachmann sind geeignete Komponenten und Methoden zur Herstellung eines Klebematerials mit den bevorzugten optischen und mechanischen Eigenschaften bekannt.
In bevorzugten Ausführungsformen weist die Klebeschicht eine Dicke von 50 pm bis 250 pm auf. Die Dicke kann je nach den gewünschten Eigenschaften der optischen Klebefolie angepasst werden. Mit einer geringeren Dicke kann beispielsweise die Transparenz der optischen Klebefolie erhöht werden, während höhere Dicken einen verbesserten Ausgleich von etwaigen Unregelmäßigkeiten der zu verbindenden Oberflächen leisten können und eine erhöhte mechanische Festigkeit gewährleisten. Die vorgenannte Parameterspanne hat sich für eine Vielzahl an Anwendung als besonders vorteilhaft erwiesen.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Klebematerial einen Vernetzer. Durch einen Vernetzer kann vorteilhaft die erforderliche Schälkraft für die Ablösung der optischen Klebefolie von den betreffenden Oberflächen reduziert werden. Der Vernetzer verhinderte vorzugsweise auch, dass Kleberückstände auf den Oberflächen Zurückbleiben. Eine geringe Menge eines Vernetzers in einer Klebstoffzusammensetzung kann die Klebekraft des Klebstoffs bis zu einer bestimmten Konzentration erhöhen. Oberhalb einer solchen Schwellenkonzentration, zum Beispiel 0,2 %, kann eine Erhöhung des Vernetzers die Klebekraft verringern. Der Anteil des verwendeten Vernetzers kann daher vorteilhaft die Klebeeigenschaften des Klebematerials einstellen.
Eine "Vernetzung" ist vorzugsweise eine Bindung oder eine kurze Sequenz von Bindungen, die eine Polymerkette mit einer anderen verbindet. Diese Verbindungen können die Form von kovalenten oder ionischen Bindungen haben und die Polymere können entweder synthetische Polymere oder natürliche Polymere (wie Proteine) sein. Ein „Vernetzer“ ist vorzugsweise ein Zusatzstoff, der die Bildung solcher Vernetzungen zwischen den im Klebematerial vorhandenen Polymeren fördert.
Beispiele für Vernetzer sind ein Isocyanat-Vernetzer, ein Epoxid-Vernetzer, ein Aziridin- Vernetzer, ein Metallchelat-Vernetzer oder auch ein modifiziertes Silan wie Amino-Bis-Silan. Als Beispiel kann eine Silanverbindung als Vernetzer für Acrylharz verwendet werden.
Vorzugsweise liegt ein Vernetzer in einer Konzentration von mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 - 0,9 Gew.-% im Klebematerial vor. Für die vorgenannte Konzentrationen konnten bevorzugte Schälkräfte der optischen Klebefolie auf unterschiedlichen Oberflächen in einem bevorzugten Bereich von 0,3 - 1 ,6 N/cm erzielt werden erreicht werden. Diese bevorzugten Vernetzer-Konzentrationen sind besonders vorteilhaft für einen Vernetzer auf Acrylatbasis. Die bevorzugte Konzentration eines Vernetzers
kann jedoch von dessen Vernetzungsaktivität, dem Basismaterial oder der Oberfläche abhängen, wie später in diesem Text noch näher erläutert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die optische Klebefolie einen einschichtigen Schichtaufbau auf, wobei der Schichtaufbau genau eine Klebeschicht aufweist. Die genau eine Klebeschicht ist vorzugsweise auf beiden Seiten haftend, um einen optischen Kontakt zu vermitteln. Auf diese Weise kann die optische Klebefolie besonders dünn gehalten und mögliche optische Grenzflächen innerhalb der optischen Klebefolie vermieden werden. Im Falle eines einschichtigen Schichtaufbaus weist die optische Klebefolie vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mindestens 1 MPa, bevorzugter mindestens 2 MPa auf. Vorzugsweise wird die Zugfestigkeit durch ein Test-Verfahren gemäß ASTM D882 oder DIN EN ISO 725 bestimmt. Eine solche optische Klebefolie kann einerseits überaus dünn und transparent gehalten werden, während sie andererseits für verschiedene Prozesse wie Transport, Aufbringung und/oder Laminierung eine ausreichende Festigkeit aufweist und ohne Gefahr einer Beschädigung rückstandlos entfernt werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die optische Klebefolie mindestens eine Trägerschicht auf. Eine solche optische Klebefolie hat einen mehrschichtigen Aufbau, wobei die Trägerschicht mindestens einseitig mit einer Klebeschicht beschichtet ist. Die Trägerschicht ist vorzugsweise nicht klebend. In einigen Ausführungsformen kann die Trägerschicht nur einseitig mit einer Klebeschicht beschichtet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Klebefolie zwei Klebeschichten, wobei vorzugsweise jede Klebeschicht unmittelbar auf die Trägerschicht aufgebracht vorliegt. Es ist besonders bevorzugt, dass die Trägerschicht beidseitig mit einer Klebeschicht beschichtet ist, so dass die optische Klebefolie drei Schichten umfasst. Eine solche optische Klebefolie kann auf zwei Oberflächen gleichzeitig haften, wodurch ein besonders guter optischer Kontakt vermittelt werden kann und eine Gefahr von Luftspalten oder auch unerwünschten Reflexionen verringert wird. Im Falle einer mehrschichtigen (z.B. zweischichtigen und/oder dreischichtigen) optischen Klebefolie ist es bevorzugt, dass eine oder alle Klebeschichten eine Zugfestigkeit von mindestens 1 MPa, vorzugsweise bis zu 2 MPa, aufweisen. Dadurch wird ein hinreichender Kraftübertrag gewährleistet, sodass Scherkräfte innerhalb des mehrschichtigen Aufbaus nicht zu relativen Bewegungen zwischen den Schichten führen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die mindestens eine Klebeschicht unmittelbar auf die Trägerschicht aufgebracht vor. Vorzugsweise ist die Schälkraft der Klebeschicht gegenüber der Trägerschicht größer als die Schälkraft der Klebeschicht gegenüber der Oberfläche des Masterelements und/oder des Einkoppelelementes und/oder einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn und/oder einer Schutzfolie. Dadurch wird
sichergestellt, dass die Klebeschicht während des gesamten Verfahrens an der Trägerschicht haften bleibt und ein Hinterlassen von Kleberückständen auf Prozesskomponenten vermieden wird.
Die unterschiedlichen Schälkräfte der Klebeschicht gegenüber einer Trägerschicht der Klebefolie oder Oberfläche von Prozesskomponenten (z.B. eines Masterelementes, eines Einkoppelelementes und/oder einer Verbundbahn) kann vorzugsweise durch die Auswahl der Materialien und/oder Prozessbedingungen beeinflusst werden, unter denen die Klebeschicht auf eine Trägerschicht aufgebracht werden kann. In bevorzugten Ausführungsformen wird die Trägerschicht auf der Seite, auf welcher die Klebeschicht aufgebracht wird durch Aufbringen von einem Haftvermittler (Primer) vorbereitet. Auf diese Weise kann das Klebematerial auf die Trägerfolie appliziert werden und neben dem Vernetzen des Klebermaterials auch eine Bindung zu einer Primerschicht der Trägerfolie geschaffen werden. Im Ergebnis haftet die Klebeschicht fester auf der Trägerschicht, als an einem nach dem Vernetzen auf die Klebeschicht laminierten Material, selbst wenn dieses aus dem gleichen Material wie die Trägerfolie besteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Oberfläche der Trägerfolie, die mit der Klebeschicht beschichtet werden soll, vor der Beschichtung behandelt, zum Beispiel durch Plasmatieren oder eine Corona-Behandlung. Eine solche Oberflächenbehandlung kann vorteilhaft ebenfalls die Haftung zwischen der Trägerfolie und der Klebeschicht erhöhen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Prozessbedingungen, unter denen die Klebeschicht auf die Trägerschicht aufgebracht wird, derart ausgewählt, dass die Haftung der Klebeschicht auf der Trägerschicht erhöht wird. Vorzugsweise erfolgt das temporäre Aufbringen der optischen Klebefolie auf die Oberfläche des Master- oder Einkoppelelementes unter anderen Prozessbedingungen, die eine geringere Schälkraft auf die Oberfläche der Prozesskomponenten gewährleisten. Auf diese Weise kann die Wirkung von Prozessbedingungen wie Druck, Temperatur und Licht ausgenutzt werden, um die Unversehrtheit einer mehrschichtigen optischen Klebefolie während ihrer Verwendung zu gewährleisten.
Vorzugsweise weist die Trägerschicht eine Zugfestigkeit von mindestens 5 MPa auf. Eine solche Trägerschicht ist als Stabilisator der optischen Klebefolie besonders geeignet und kann mit größerer Kraft gezogen oder einer größeren Reibungskraft ausgesetzt werden, ohne zu reißen. Mit einer solchen Trägerschicht in einem mehrschichtigen Aufbau, kann die Reißfestigkeit und somit die Prozessfähigkeit der optischen Klebefolie als Bahnware sicher erhöht werden, wodurch das Risiko für Rückstände auf den relevanten Oberflächen zu hinterlassen deutlich minimiert wird. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Eliminierung
von Luftspalten an der Grenzfläche zwischen der betreffenden Oberfläche und der optischen Klebefolie und einen verbesserten optischen Kontakt.
Vorzugsweise weist die Trägerschicht - analog zu der mindestens eine Klebeschicht - eine Transmission von mindestens 80 % auf, wobei die Transmission vorzugsweise ohne Fresnel- Korrektur gemessen wird. Die optische Klebefolie kann für Licht - insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 400-780 nm transparent sein und eine minimale Lichtstreuung aufweisen. Ebenso kann es bevorzugt sein, dass die Trägerschicht eine Haze von bis zu 1 ,5 % aufweist, um Lichtverluste und erwünschte Reflexionen zu reduzieren. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Trägerschicht eine Helligkeitsschwankung zwischen gekreuzten Polarisatoren von bis zu 30 % über eine Breite der Trägerschicht aufweist, um die durch die Trägerschicht verursachten optischen Verluste zu reduzieren.
Vorzugsweise umfasst die Trägerschicht ein oder mehrere der folgenden Materialien: Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat, (PET), Polybutylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Celluloseacetat, Triacetat (TAC), Cellulosehydrat, Cellulosenitrat, Cycloolefinpolymere, Polystyrol, Polyepoxide, Polysulfon, Cellulosetriacetat (CTA), Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral, Polydicyclopentadien, oder deren Mischungen. Besonders bevorzugt umfasst die Trägerschicht Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat, (PET), Celluloseacetat, Triacetat (TAC), Polymethylmethacrylat oder deren Mischungen.
Die Dicke der Trägerschicht beträgt vorzugsweise 6 pm bis 100 pm. Es wurde festgestellt, dass eine Dicke von mindestens 6 pm die bevorzugte Zugfestigkeit von mindestens 5 MPa für eine Vielzahl von Materialien bieten kann, während sie gleichzeitig hoch transparent ist. Die Verwendung dünnerer Trägerschichten sorgt auch für eine insgesamt dünnere optische Klebefolie. Bei größeren Dicken hingegen ist die Trägerfolie noch reißfester. Bis zu einer Dicke von etwa 100 pm können weiterhin eine besonders hohe Transmission und eine geringe Haze gewährleistet werden. Die vorgenannte Parameterspanne hat sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen als besonders vorteilhaft erwiesen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die optische Klebefolie mit mindestens einer Schutzfolie vorgesehen. Vorzugsweise wird die mindestens eine Schutzfolie vor dem Schritt der vorübergehenden Aufbringung der optischen Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und der Oberfläche des Masterelements entfernt. Die Schutzfolie kann die Oberflächenqualität der optischen Klebeschicht schützen, ihre Glätte und geringen Haze bewahren. Die Schutzfolie schützt die Klebeschicht außerdem vor Partikeln, die im Replikationsprozess möglicherweise vorhanden sind, und ermöglicht die Lieferung der optischen Klebefolie in Rollenform. Sie kann auch die Handhabung der optischen Klebeschicht vereinfachen, insbesondere beim Aufrollen, Abrollen und Transportieren.
Vorzugsweise umfasst die Schutzfolie ein oder mehrere der folgenden Materialien: Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat, (PET), Polybutylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Celluloseacetat, Triacetat (TAC), Cellulosehydrat, Cellulosenitrat, Cycloolefinpolymere, Polystyrol, Polyepoxide, Polysulfon, Cellulosetriacetat (CTA), Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral, Polydicyclopentadien, Silikonpapier oder deren Mischungen. Besonders bevorzugt umfasst die Schutzfolie Polythylen, Polypropylen, Silikonpapier oder deren Mischungen. Die Dicke der Schutzfolie beträgt vorzugsweise 10 pm bis 50 pm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die mindestens eine Schutzfolie unmittelbar auf der mindestens einen Klebeschicht vor. Vorzugsweise beträgt die notwendige Schälkraft für die Entfernung der Schutzfolie von der Klebeschicht nicht mehr als 0,2 N/cm, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,1 N/cm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die optische Klebefolie beidseitig mit Schutzfolien vorgesehen. Es kann bevorzugt werden, dass nur eine oder beide Schutzfolien vor der Belichtung entfernt werden. Zum Beispiel kann es bevorzugt sein, dass die Schutzfolie auf der Seite entfernt wird, die dem Masterelement und/oder Einkoppelelement zugewandt ist.
Es ist bevorzugt, die Schutzfolien von beiden Seiten der optischen Klebefolie zu entfernen, so dass die Hafteigenschaften der optischen Klebefolie dazu beitragen können, den optischen Kontakt an ihren beiden Grenzflächen mit der benachbarten Prozesskomponente zu verbessern. Der optische Kontakt zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und dem Einkoppelelement und/oder Masterelement wird dadurch verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die vorübergehende Aufbringung der optischen Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und der Oberfläche des Masterelements oder des Einkoppelelementes mittels mindestens einer Walze. Die mindestens eine Walze ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Abwicklungswalze, Transportwalze, Aulwicklungswalze und/oder Laminierungswalze. Die optische Klebefolie kann zum Beispiel zwischen zwei Transportwalzen zirkulieren, die so angeordnet sind, dass der Weg der optischen Klebefolie die Oberfläche eines Masterelements kontaktiert. Alternativ kann die optische Klebefolie zwischen einer Abwicklungs- und einer Aufwicklungswalze fließen, so dass ihr Weg die Oberfläche eines Masterelements kontaktiert.
Im Falle eines rotierbaren Masterelements kann das Masterelement in einen Weg der optischen Klebefolie zwischen einer abrollenden und einer aufrollenden Walze gebracht werden, sodass die optische Klebefolie in Kontakt mit einem Teil der Oberfläche des Masterelements kommt. Vorzugsweise nimmt in dem Fall die optische Klebefolie (sowie die Verbundbahn) die Form
eines Bereichs einer Mantelfläche des Masterelements vorübergehend an. Die optische Klebefolie wird hierbei vorzugsweise über das rotierende Masterelement geführt und eine Geschwindigkeit der optischen Klebefolie, der Verbundbahn und des Masterelement werden vorzugsweise aufeinander synchronisiert. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft im Rahmen eines Rolle-zu-Rolle-Hologramm-Vervielfältigungsverfahrens, wobei die Drehgeschwindigkeit der verschiedenen Walzen eingestellt werden kann. Ein solches Verfahren ist schnell, wirtschaftlich und eignet sich vorzugweise für die kontinuierliche Massenproduktion von HOEs.
Bei einem stationären, quaderförmigen Masterelement kann eine Laminierungswalze über eine ausgestreckte optische Klebefolie rollen und sie beispielsweise in Kontakt mit der ebenen Oberseite eines Masterelements bringen. Durch entsprechende Applikation eines Drucks können Luftspalten beseitigt und eine besonders lückenlose Aufbringung erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die optische Klebefolie während des Schrittes der Belichtung zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und der Oberfläche des Masterelements mittels eines Einkoppelelementes eingebracht. Vorzugsweise wird eine zweite optische Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und dem Einkoppelelement während der Belichtung eingebracht, wie beispielsweise in den Figuren 5, 6, und 8 gezeigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Oberfläche des Masterelementes und/oder die Oberfläche des Einkoppelelementes gekrümmt, wobei vorzugsweise das Masterelement und/oder das Einkoppelelement als ein axial rotierbarer Zylinder bzw. Walze gestaltet ist.
Wenn die Oberfläche des Masterelements und/oder Einkoppelelementes gekrümmt ist, wie im Falle eines Zylinders, haftet die optische Klebefolie vorzugsweise vorübergehend über eine verhältnismäßig kurze Länge an der Oberfläche des Masterelements, beispielswese an der Mantelfläche eines zylinderförmigen Masterelements und/oder Einkoppelelementes. Vorzugsweise erfolgt das vorübergehende Anhaften der optischen Klebefolie über eine Länge zwischen 1 - 20 mm, besonders bevorzugt zwischen 2 - 10 mm. Diese Länge kann vom Radius des Querschnitts des Zylinders abhängen. Der Bereich des adhäsiven und optischen Kontakts zwischen der optischen Klebefolie und dem Master- und/oder Einkoppelelement kann auch in Form des Öffnungswinkels des Querschnitts des Zylinders gemessen werden, um dessen Bogen die optische Klebefolie aufgebracht ist. Vorzugsweise liegt dieser Winkel zwischen 1 ° - 45°, noch bevorzugter zwischen 2° - 20°. Bei einer solchen Länge und/oder Öffnungswinkel ist das Risiko, dass die optische Klebefolie reißt, deutlich reduziert und Luftspalten sind ausreichend eliminiert. Es ist eine besonders geringe Kraft erforderlich, um die optische
Klebefolie durch ein kontinuierliches Verfahren zu bewegen, einschließlich des kontinuierlichen Ablösens der Klebefolie von der gekrümmten Oberfläche.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Schritte des Verfahrens durch eine Steuereinheit gesteuert. Vorzugsweise steuert die Steuereinheit die Transportgeschwindigkeit der optischen Klebefolie und der lichtempfindlichen Verbundbahn so, dass diese während der Belichtung miteinander synchronisiert sind.
Der Begriff "Steuereinheit" bezieht sich vorzugsweise auf eine beliebige Rechnereinheit mit einem Prozessor, einem Prozessorchip, einem Mikroprozessor oder einem Mikrocontroller, die eine automatische Steuerung der Komponenten der Vorrichtung ermöglicht, z. B. eine Rotationsgeschwindigkeit einer Abwicklungswalze, Aufwicklungswalze, Laminierungswalze, Transportwalze, die Bewegungen/Rotation eines Masterelementes, die Bewegungen/Rotation eines Einkoppelelementes, einer Laminierungstemperatur, eines Laminierungsdrucks, einer Orientation und/oder scannender Geschwindigkeit einer Lichtquelle, einer Wellenlänge der Lichtquelle, einer Fixierungsintensität usw. Die Komponenten der Steuereinheit können konventionell oder individuell für die jeweilige Implementierung konfiguriert sein. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit einen Prozessor, einen Speicher und einen Computercode (Software/Firmware) zur Steuerung der Komponenten der Vorrichtung.
Die Steuereinheit kann auch eine programmierbare Leiterplatte, einen Mikrocontroller oder eine andere Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten von Datensignalen von den Komponenten der Vorrichtung umfassen, beispielsweise von Sensoren in Bezug auf die Identität oder den Typ eines Masterelements sowie andere relevante sensorische Informationen. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise ferner ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium, wie eine Festplatte, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen Flash-Speicher usw., auf dem eine Computersoftware oder ein Code installiert ist. Der Computercode oder die Software zur Steuerung der Komponenten des Geräts kann in einer beliebigen Programmiersprache oder einer modellbasierten Entwicklungsumgebung geschrieben werden, z. B. ohne Beschränkung in C/C++, C#, Objective-C, Java, Basic/VisualBasic, MATLAB, Python, Simulink, StateFlow, Lab View oder Assembler.
Der Begriff "Steuereinheit ist konfiguriert, um" einen bestimmten Verfahrensschritt auszuführen, wie z.B. die Belichtung eines Masterelements mit einem bestimmten Winkel, indem die Geschwindigkeit eines oder mehrerer Antriebsmotore geändert wird, kann eine kundenspezifische oder standardmäßige Software umfassen, die auf der Steuereinheit installiert ist und diese Betriebsschritte initiiert und regelt.
Die Belichtung zur Replikation eines Masterhologramms mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf Basis verschiedener Techniken erfolgen. Hologramm-
Vervielfältigungsverfahren lassen sich in Reliefhologramme und Volumenhologramme unterteilen.
Reliefhologramme werden durch physischen Kontakt zwischen einer verformbaren empfindlichen Schicht und einem Masterhologramm gebildet, so dass das Beugungsmuster des Masterhologramms in die empfindliche Schicht eingeprägt wird.
Ein Volumenhologramm wird vorzugsweise durch die Interferenz von zwei Lichtstrahlen (einem sogenannter Referenzstrahl und einem Objektstrahl) in eine empfindliche Schicht geschrieben. Vorzugsweise wird ein Volumenhologramm in die Verbundbahn eingeschrieben. Dies kann vorzugsweise durch eine Transmissions- oder Reflexionstechnik erfolgen. Durch Interferenz von Objekt- und Referenzstrahlen innerhalb des Hologrammvolumens entsteht vorzugsweise eine Folge von Braggebenen. Ein Volumenhologramm weist mithin bevorzugt eine nicht zu vernachlässigende Ausdehnung in der Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen auf, wobei bei der Rekonstruktion an einem Volumenhologramm die Bragg-Bedingung gilt. Aus diesem Grunde weisen Volumenhologramme eine Wellenlängen- und/oder Winkelselektivität auf. Die Fähigkeit von Volumenhologrammen, mehrere Bilder gleichzeitig zu speichern ermöglicht u.a. die Herstellung farbiger Hologramme oder weiße Hologramme. Für die Aufnahme der Hologramme können Lichtquellen eingesetzt werden, welche die drei Grundfarben blau, grün und rot aussenden. Die drei Strahlenbündel belichten bevorzugt simultan einen Teil der Verbundbahn. Im Volumenhologramm sind nach der Belichtung gleichzeitig drei Hologramme gespeichert. Zur Reproduktion des Farbhologramms kann ausgenutzt werden, dass jedes Teilhologramm sich allein durch die Farbe rekonstruieren lässt, mit der es aufgenommen wurde. Mithin überlagern sich die drei rekonstruierten Farbauszüge zum farbigen, originalgetreuen Bild, sofern die Farbanteile richtig gewichtet sind.
Reflexionshologramme sind reflektive Hologramme, welche ein von der Lichtquelle eintreffende Licht reflektieren und somit wie ein Spiegel wirken. Vorzugsweise sind eine Einfallrichtung des Referenzstrahls (vorzugsweise ein einfallender Lichtstrahl von der Lichtquelle) und das Objekt (in diesem Fall das Masterhologramm) auf gegenüberliegenden Seiten der Verbundbahn angeordnet. Ein Referenzstrahl durchdringt die Verbundbahn und wird dann vom Masterhologramm zurück in die lichtempfindliche Schicht der Verbundbahn reflektiert. In der lichtempfindlichen Schicht der Verbundbahn überlagern sich mithin der Referenzstrahl und Objektstrahl unterschiedliche Strahlrichtungen, um das replizierte Hologramm zu erzeugen. Das Masterhologramm kann vorzugsweise auf eine Oberfläche des Masterelements aufgebracht werden oder im Substratkörper integriert vorliegen.
Eine Lichtquelle für die Belichtung eines Reflexionshologrammes kann so angeordnet werden, dass der Referenzstrahl auf die Verbundbahn unter einer gewünschten Richtung einfällt, vorzugweise unter einer Richtung, welche bei der späteren Rekonstruktion gewünscht ist. In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle in Bezug auf dem Masterelement so orientiert, dass sich die Verbundbahn zwischen der Lichtquelle und dem Masterelement befindet. Die Lichtquelle kann beispielsweise oberhalb des Masterelements derart ausgerichtet sein, sodass der Referenzstrahl nach unten unter einer vorbestimmten Richtung auf die Verbundbahn fällt. Der Winkel, mit dem der Referenzstrahl auf das Masterhologramm trifft, kann durch ein transparentes Einkoppelelement eingestellt werden, welches das Licht in einem gewünschten Winkel beugt. Der Referenzstrahl wird bevorzugt zumindest teilweise vom Masterelement in Form eines Objektstrahls zurück in die Verbundbahn reflektiert. Der Referenzstrahl und der Objektstrahl treten also von entgegengesetzten Seiten in den Fotopolymerverbund ein und interferieren in dessen lichtempfindlichen Schicht zur Replikation des Hologramms.
Transmissionshologramme sind transmissive Hologramme, wobei das Licht einer Lichtquelle durchgelassen und von diesem gebeugt wird. Vorzugsweise kann eine Einfallrichtung des Referenzstrahls (vorzugsweise ein einfallender Lichtstrahl von der Lichtquelle) und das Objekt (in diesem Fall das Masterhologramm) auf derselben Seite der Verbundbahn angeordnet vorliegen. Ein einfallender Strahl durchdringt das Masterhologramm und wird in einen (ungebeugten) Referenzstrahl und einen Objektstrahl separiert. In der lichtempfindlichen Schicht der Verbundbahn überlagern sich mithin der Referenzstrahl und Objektstrahl mit gleicher Strahlrichtung, um das replizierte Hologramm zu erzeugen.
Bei einem Transmissionshologramm kann es bevorzugt sein die Lichtquelle derart anzuordnen, dass die Verbundbahn von einem Referenzstrahl und Objektstrahl von derselben Seite belichtet werden kann. Die Lichtquelle ist vorzugsweise derart in Bezug auf das Masterelement orientiert, dass ein Lichtstrahl zunächst das Masterelement und das Masterhologramm durchläuft, bevor er die Verbundbahn erreicht. Die Lichtquelle kann vorzugsweise so angeordnet werden, dass es von einer Seitenfläche durch ein transparentes Masterelement gelangt. Die Lichtquelle kann auch vorzugsweise so angeordnet werden, dass es durch eine obere und/oder untere Oberfläche des Masterelements auf die Verbundbahn fällt. Der einfallende Lichtstrahl wird vorzugsweise durch das Masterelement derart gebrochen, dass ein Referenzstrahl und ein Objektstrahl entstehen, wobei der Objektstrahl vorzugsweise dem Anteil des Lichtes entspricht, welcher durch das Masterhologramm gebeugt wird. Der Objektstrahl interferiert vorzugsweise mit dem ungebeugten Referenzstrahl in der Verbundbahn, um das Hologramm zu replizieren.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können ein oder mehrere Masterelemente zur Belichtung der Verbundbahn verwendet werden, um darin ein Transmissionshologramm zu replizieren. Vorzugsweise kann das replizierte Transmissionshologramm so gestaltet sein, dass es edge-lit ist, so dass die holographische Abbildung durch Licht aus einer im Wesentlichen seitlichen Richtung rekonstruiert werden kann. Das replizierte Transmissionshologramm kann
auch so konfiguriert werden, dass es von hinten beleuchtet wird, so dass die holografische Abbildung durch Licht, das im Wesentlichen von hinten nach vorne einfällt, rekonstruiert werden kann. Es kann auch bevorzugt sein, dass ein oder mehrere Masterelemente verwendet werden, um die Verbundbahn zu belichten und ein Reflexionshologramm darin zu replizieren. Ebenso kann es wünschenswert sein, dass das replizierte Reflexionshologramm edge-lit ist. Ein solches Hologramm kann zum Beispiel in einer Glasscheibe verwendet werden, an deren Rändern Lichtquellen verborgen angeordnet sind. Das replizierte Reflexionshologramm kann auch so konfiguriert werden, dass es von vorne beleuchtet wird. Ein solches Hologramm kann vorteilhaft eine holografische Abbildung erzeugen, wenn von der Umgebungslicht beleuchtet und relativ orthogonal auf Augenhöhe betrachtet wird. Mehrere solcher Hologramme können auch in einer Glasscheibe verwendet werden, zum Beispiel von der Art, wie sie in WO2020157312A1 offenbart ist, um eine holografische Abbildung zu erzeugen, wenn sie orthogonal betrachtet wird, indem Licht von versteckten Lichtquellen entlang eines vorbestimmten Pfades reflektiert wird. Es kann auch vorteilhaft sein, dass ein oder mehrere Masterelemente verwendet werden, um die Verbundbahn zu belichten, um ein Hologramm zu erzeugen, das sowohl ein Reflexionsais auch ein Transmissionshologramm umfasst.
Die Prozesskomponenten können auf verschiedene Weise angeordnet werden, um je nach Wunsch hochwertige Reflexions- und Transmissionshologramme zu erzeugen. Die optische Klebefolie ist somit vielfältig einsetzbar. Verschiedene Techniken zur Belichtung der Verbundbahn mit einem Masterelement und optional einem Einkoppelelement unter Verwendung unterschiedlicher Referenzstrahlwinkel und zur Erzeugung verschiedener Arten von Hologrammen werden im Folgenden und in der detaillierten Beschreibung anhand der Abbildungen beispielhaft erläutert. Die Techniken können miteinander und mit weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kombiniert werden können. Ein wichtiger Vorteil besteht darin, dass eine erfindungsgemäße optische Klebefolie in den verschiedensten Konstellationen zur Replikation eines Hologramms einen nahezu perfekten optischen Kontakt zwischen der Verbundbahn und optischen Komponenten wie einem Masterelement und/oder Einkoppelelement gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine optische Klebefolie zwischen einen Teil einer Mantelfläche eines zylindrischen Masterelements und eine lichtempfindliche Verbundbahn eingebracht. Es kann bevorzugt sein, dass bei der Belichtung kein Einkoppelelement verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein zylindrisches Einkoppelelement in Kombination mit dem zylindrischen Masterelement in einem Rolle-zu- Rolle-Verfahren für die Belichtung verwendet. Vorzugsweise sind das Masterelement und das Einkoppelelement rotierbar gelagert, wobei ihre Drehung vorzugsweise synchronisiert ist. Die optische Klebefolie und die lichtempfindliche Verbundbahn können zwischen dem Masterelement und dem Einkoppelelement synchron verlaufen. Es ist weiter bevorzugt, dass
eine zweite optische Klebefolie zwischen die lichtempfindliche Verbundbahn und das Einkoppelelement gebracht wird, so dass eine Anordnung aus: zylindrischem Einkoppelelement / zweiter optischer Klebefolie / lichtempfindlicher Verbundbahn / erster optischer Klebefolie / zylindrischem Masterelement gebildet wird. Die Belichtung einer solchen Anordnung kann von einer Mantelfläche oder Grundfläche des Einkoppelelementes erfolgen, so dass ein Referenzstrahl zum Masterhologramm hin gebrochen wird. Eine solche Belichtungsmethode kann sich beispielswese für die Herstellung eines Reflexionshologramms geeignet. Alternativ kann die Belichtung beispielsweise auch von einer Mantelfläche oder Grundfläche des Masterelements aus erfolgen, um ein Transmissionshologramm zu erzeugen. Indem sowohl das Masterelement als auch das Einkoppelelement als rotierbare Zylinder bzw. Walzen ausgestaltet sind, kann das Belichtungsverfahren schnell und kontinuierlich erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Belichtung ein Masterelement, aber kein Einkoppelelement verwendet, wobei das Masterelement eine ebene Oberfläche aufweist und vorzugsweise quader- oder plattenförmig ist. Vorzugsweise wird eine optische Klebefolie auf die ebene Oberfläche des Masterelements aufgebracht, zum Beispiel durch Laminierung mit einer Laminierungswalze. Vorzugsweise wird die lichtempfindliche Verbundbahn auf die optische Klebefolie aufgebracht, zum Beispiel durch Laminierung mit derselben oder einer weiteren Laminierungswalze. Die Laminierung gewährleistet einen guten optischen Kontakt zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und der Oberfläche des Masterelements. Eine solche Anordnung kann eine größere Kontaktfläche bieten, im Vergleich zu einer bogenförmigen Kontaktierung über ein Kreissegment eines zylindrischen Masterelements. Eine solche Anordnung kann daher vorteilhaft zur Produktion von Serien sein, bei denen beispielsweise eine Mehrzahl von Hologrammen von einem plattenförmigen Masterelement repliziert werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden bei der Belichtung sowohl ein Masterelement als auch ein Einkoppelelement verwendet, wobei vorzugsweise nur das Masterelement oder das Einkoppelelement zylindrisch ist. Die nicht-zylindrische Komponente kann vorzugsweise eine ebene Oberfläche haben und beispielsweise quader- oder plattenförmig sein. In einer solchen Ausführungsform kann die zylindrische Komponente verwendet werden, um die optische Klebefolie und/oder die lichtempfindliche Verbundbahn auf die flache Oberfläche des Masterelements oder des Einkoppelelementes zu laminieren.
Als einfaches Beispiel kann das Masterelement die Form eines Quaders aufweisen. Eine erste optische Klebefolie kann auf der oberen ebenen Oberfläche des Masterelements aufgebracht werden, vorzugsweise durch Laminierung. Eine lichtempfindliche Verbundbahn kann auf der Oberseite der ersten optischen Klebefolie aufgebracht werden, vorzugsweise ebenfalls durch Laminierung. Ferner kann eine zweite optische Klebefolie auf die Oberseite der
lichtempfindlichen Verbundbahn aufgebracht werden, vorzugsweise durch Laminierung. Ein zylindrisches Einkoppelelement - das vorzugsweise für die Laminierung einer oder mehrerer der vorgenannten Schichten verwendet wird - ist oberhalb der zweiten optischen Klebefolie angeordnet, so dass ein optischer Kontakt zwischen der Mantelfläche des Einkoppelelementes und allen vorgenannten Prozesskomponenten bis zum und einschließlich des Masterelements hergestellt wird.
Die Belichtung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Referenzstrahl auf die Mantelfläche oder die Grundfläche des Einkoppelelementes gerichtet wird. Dabei wird der Referenzstrahl innerhalb des Einkoppelelementes derart gebrochen, dass er entlang der optischen Kontaktlinie austritt und von einem Masterhologramm im Masterelement reflektiert wird. Alternativ kann die Belichtung auch vom Masterelement aus erfolgen, wobei das Licht dann durch das Einkoppelelement von der Verbundbahn weggeleitet wird. In einem weiteren Beispiel können die Funktionen der quaderförmigen und der zylindrischen Komponente vertauscht werden, d.h. das Einkoppelelement kann quaderförmig sein, während das Masterelement zylindrisch geformt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden bei der Belichtung ein Masterelement und ein Einkoppelelement verwendet, wobei vorzugsweise sowohl das Masterelement als auch das Einkoppelelement eine ebene Oberfläche haben und vorzugsweise in Form eines Quaders, Blocks, einer Platte oder einer Pyramide vorliegen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Belichtungsprozess mit einem blockförmigen Masterelement, einer ersten optischen Klebefolie, einer lichtempfindlichen Verbundbahn, einer zweiten optischen Klebefolie und einem blockförmigen Einkoppelelement durchgeführt, die in der genannten Reihenfolge in optischem Kontakt zueinanderstehen. Das Einkoppelelement steht vorzugsweise ebenfalls in einem optischen Kontakt mit dem Masterelement, vermittelt durch Zwischenschichten (erste optische Klebefolie, lichtempfindliche Verbundbahn, zweite optische Klebefolie). Vorzugsweise sind die Zwischenschichten auf der jeweiligen Oberfläche des Masterelements oder Einkoppelelementes durch Laminierung aufgebracht, zum Beispiel mit Hilfe einer separaten Laminierungswalze.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen und Abbildungen näher erläutert werden, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Kurzbeschreibunq der Abbildungen
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer einschichtigen optischen Klebefolie, welche beidseitig mit Schutzfolien vorgesehen ist.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer dreischichtigen optischen Klebefolie, umfassend eine Trägerschicht und zwei Klebeschichten, welche beidseitig mit Schutzfolien vorgesehen ist.
Fig. 3 zeigt beispielhaft die Schälkraft bevorzugter Klebeschichten mit unterschiedlichen Vernetzer-Konzentrationen gegenüber unterschiedlichen Oberflächenmaterialien.
Fig. 4 zeigt schematisch eine bevorzugte Anordnung zur Replikation eines Hologramms, bei welcher eine optischen Klebefolie zwischen einem zylindrischen Masterelement und einer lichtempfindlichen Verbundbahn eingebracht wird.
Fig. 5 zeigt schematisch eine bevorzugte Anordnung zur Replikation eines Hologramms mittels eines zylindrischen Masterelementes und zylindrischen Einkoppelelementes, bei welcher sowohl zwischen dem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn als auch zwischen dem Einkoppelelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn jeweils eine optische Klebefolie eingebracht ist.
Fig. 6 zeigt schematisch eine bevorzugte Anordnung zur Replikation eines Hologramms mittels eines quaderförmigen Masterelementes und zylindrischen Einkoppelelementes, bei welcher sowohl zwischen dem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn als auch zwischen dem Einkoppelelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn jeweils eine optische Klebefolie eingebracht ist.
Fig. 7 zeigt schematisch eine bevorzugte Anordnung zur Replikation eines Hologramms mittels eines quaderförmigen Masterelementes ohne Einkoppelelement, bei welcher eine optische Klebefolie zwischen dem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn eingebracht ist.
Fig. 8 zeigt schematisch eine bevorzugte Anordnung zur Replikation eines Hologramms mittels eines quaderförmigen Masterelementes und quaderförmigen Einkoppelelementes, bei welcher sowohl zwischen dem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn als auch zwischen dem Einkoppelelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn jeweils eine optische Klebefolie eingebracht ist.
Fig. 9 zeigt schematisch eine bevorzugte Anordnung zur Replikation eines Reflektionshologramms mittels eines zylindrischen Masterelements durch Belichtung auf eine Mantelfläche, bei welcher eine optische Klebefolie zwischen dem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn eingebracht wird.
Fig. 10 zeigt schematisch eine Anordnung zur Replikation eines Edge-Lit-Hologramms mittels eines zylindrischen Masterelements durch Belichtung auf eine Grundfläche, bei welcher eine
optische Klebefolie zwischen dem Masterelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn eingebracht wird.
Fig. 11 zeigt schematisch eine Anordnung zur Replikation einer Mehrzahl von Hologrammen, welche in einem plattenförmigen Masterelement integriert sind, und einem zylindrischen Einkoppelelement, wobei zwischen dem Einkoppelelement und der Verbundbahn eine optische Klebefolie eingebracht wird.
Fig. 11A ist eine schematische Darstellung der Aufbringung der lichtempfindlichen Verbundbahn auf die Oberfläche des Masterelementes.
Fig. 11B ist eine schematische Darstellung der Aufbringung der optischen Klebefolie zwischen dem zylindrischen Einkoppelelement und der auf dem Masterelement aufgebrachten lichtempfindlichen Verbundbahn, um einen optischen Kontakt zwischen dem Einkoppelelement und der lichtempfindlichen Verbundbahn herzustellen.
Fig. 11C ist eine schematische Darstellung der Ablösung des Einkoppelelementes von der belichteten Verbundbahn.
Detaillierte Beschreibung der Abbildungen
Die Figur 1 zeigt eine einschichtige optische Klebeschicht 2 für die Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren. Die optische Klebeschicht 2 umfasst genau eine Klebeschicht 15. Die Klebeschicht 15 ist beidseitig mit Schutzfolien 6 und 7 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform der optischen Klebefolie ist es bevorzugt, dass das Material der Klebeschicht 15 ein schwach klebender Klebstoff ist. Ein solcher Klebstoff lässt sich vorzugsweise mit einer Schälkraft von nicht mehr als 3 N/cm, vorzugsweise 1 N/cm, von der Oberfläche einer betreffenden Prozesskomponente abziehen. Es ist bevorzugt, dass die Zugfestigkeit der Klebeschicht 15 mindestens 1 MPa, vorzugsweise mindestens 2 MPa beträgt und die einschichtige optische Klebefolie 2 ein E-Modul von weniger als 50 MPa autweist. Eine solche optische Klebefolie 2 kann einerseits überaus dünn und transparent gehalten werden, während sie andererseits für verschiedene Prozesse wie Transport, Aufbringung und/oder Laminierung eine ausreichende mechanische Festigkeit und Elastizität aufweist und ohne Gefahr einer Beschädigung rückstandlos entfernt werden kann.
Die Dicke der einschichtigen optischen Klebefolie 2 liegt vorzugsweise zwischen 50 - 250 pm, sodass zuverlässig sämtliche etwaigen Unregelmäßigkeiten bzw. Lücken zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und der Oberfläche der betreffenden Prozesskomponente im Bereich des optischen Kontakts ausgefüllt werden, um eine optimale Belichtung zu ermöglichen. Der Brechungsindex der einschichtigen Klebefolie 2 liegt vorzugsweise nahe an dem der
angrenzenden Schicht der lichtempfindlichen Verbundbahn und/oder der angrenzenden Schicht bzw. Oberfläche der betreffenden Prozesskomponente.
Die Figur 2 zeigt eine dreischichtige optische Klebefolie mit einer Trägerschicht 14, die mit einer ersten Klebeschicht 15 auf einer ersten Seite und einer zweiten Klebeschicht 16 auf einer gegenüberliegenden Seite beschichtet ist. Zusammen bilden diese drei Schichten die optische Klebefolie 2. Die Klebeschichten 15 und 16 haben vorzugsweise analoge Eigenschaften wie die einschichtige optische Klebefolie aus Fig. 1 . Es kann jedoch bevorzugt sein, dass das in diesen Schichten verwendete Klebematerial stärker haftend ist als das Klebematerial der einschichtigen optischen Klebefolie. Außerdem können diese Klebeschichten eine geringere Zugfestigkeit von bis zu 1 MPa haben.
Vorzugsweise erfordern die Klebematerialien der Klebeschichten 15 und 16 dieser Ausführungsformen eine größere Schälkraft, um von der Trägerschicht 14 abgezogen zu werden, als von der Oberfläche der betreffenden Prozesskomponente und/oder der lichtempfindlichen Verbundbahn 1.
Es kann bevorzugt sein, dass das Klebematerial, das in den Klebeschichten 15, 16 der Fig. 1 und 2 verwendet wird, einen Vernetzer umfasst. Fig. 3 zeigt die Ergebnisse einer Untersuchung der Wirkung eines Vernetzers auf die Klebekraft eines Klebematerials. Das untersuchte Klebematerial wurde auf der Basis von Acrylat hergestellt. Ähnliche Ergebnisse wurden jedoch auch mit Klebematerialien auf Basis von Silikon oder Kautschuk erzielt. Die Klebeschichten 15 wurden mit unterschiedlichen Konzentrationen von Vernetzer hergestellt. Die Klebeschichten 15 wurden auf Oberflächen aus verschiedenen Materialien wie Glas, PC, TAC und PMMA aufgebracht und anschließend in einem Winkel von 180° mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/min von den entsprechenden Oberflächen abgezogen. Die erforderliche Schälkraft für das Ablösen der Klebeschichten von den entsprechenden Oberflächen wurde pro cm der Klebeschichten gemessen.
Die Ergebnisse zeigen, dass eine erhöhte Konzentration des Vernetzers die zum Ablösen der Klebeschichten von den verschiedenen Oberflächen die erforderliche Schälkraft verringert. Bei einer Vernetzer-Konzentration von 0,4 % benötigte die Klebeschicht 15 beispielsweise eine Schälkraft von etwa 1 ,5 N/cm, um von einer Polycarbonat (PC)-Oberfläche entfernt zu werden. Dies ist etwas höher als die bevorzugte maximale Schälkraft von 1 N/cm für einen schwach klebenden Klebstoff, der für die Verwendung in der einschichtigen optischen Klebefolie bevorzugt wird. Die Schälkraft kann jedoch beispielsweise auf weniger als 1 N/cm reduziert werden, indem die Konzentration des Vernetzers auf 0,6 % erhöht wird.
Die mittels der beispielhaft gezeigten Klebeschichten geringen Schälkräfte eignen sich in hervorragendem Maße für die vorrübergehende Aufbringung und rückstandslose Entfernung
einer optischen Klebefolie zur Verbesserung eines optischen Kontakts zwischen unterschiedlichen Prozesskomponenten.
Erfindungsgemäß kann die optische Klebefolie 2 in einer Vielzahl von Anordnungen verwendet werden, um den optischen Kontakt zwischen verschiedenen Elementen in einem Belichtungsverfahren zu optimieren. Fig. 4 - 8 sind lediglich illustrative Beispiele für die Anwendung der erfindungsgemäßen optischen Klebefolie 2.
Fig. 4 zeigt die Verwendung einer optischen Klebefolie 2 zwischen einem zylindrischen Masterelement 4 und einer lichtempfindlichen Verbundbahn 1. Das Masterelement 4 kann vorzugsweise ein Masterhologramm auf dessen Mantelfläche umfassen und ist vorzugsweise rotierbar gelagert. Der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 wird über einen Abschnitt der Mantelfläche an einer Unterseite des Masterelements 4 geführt, wobei ein zu belichtender Bereich der Verbundbahn 1 die Form einer Mantelfläche des Masterelements 4 mindestens bereichsweise vorübergehend annimmt und sich mit der Mantelfläche mitbewegend über das rotierende Masterelement 4 geführt wird. Während der Belichtung wird eine optische Klebefolie 2 zwischen Verbundbahn 1 und dem Umfang der Mantelfläche des Masterelements 4 eingebracht. Im Bereich des optischen Kontakts liegt die optische Klebefolie 2 im Wesentlichen parallel zur lichtempfindlichen Verbundbahn 1 vor, wobei ihre Bewegung mit der Bewegung der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 synchronisiert ist.
In dieser Anordnung kann das Licht beispielsweise von unten auf die lichtempfindliche Verbundbahn gerichtet werden, um ein Reflexionshologramm zu bilden. Für eine solche Belichtung kann das Masterelement 4 transparent oder auch undurchsichtig ausgestaltet sein, vorzugsweise abgesehen von einer transparenten Abdeckungsschicht, welche das Masterhologramm schützt. Der Referenzstrahl kann im Wesentlichen ungebrochen durch die lichtempfindliche Verbundbahn 1 , die optische Klebefolie 2 und die transparente Abdeckung laufen, bevor er vom Masterhologramm reflektiert wird. In der lichtempfindlichen Schicht der Verbundbahn überlagern sich der Referenzstrahl und Objektstrahl in unterschiedlichen Strahlrichtungen, um das replizierte Hologramm zu erzeugen.
Die optische Klebefolie 2 verhindert vorteilhaft, dass es an den Grenzflächen zwischen der optischen Klebefolie 2 und der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 und/oder der Abdeckung des Masterelements 4 zu unerwünschten Reflektionen und/oder Lichtverlusten kommt.
Die Anordnung kann ebenfalls verwendet werden, um ein Transmissionshologramm in der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 zu belichten. In diesem Fall umfasst das Masterelement 4 vorzugsweise einen transparenten Substratkörper und eine transparente Abdeckungsschicht. Ein Referenzstrahl kann beispielsweise von oben durch die Mantelfläche des Masterelements 4 gerichtet werden, sodass dieser durch ein Masterhologramm, die optische Klebefolie 2 und
die Verbundbahn 1 transmittiert wird. Alternativ kann ein Referenzstrahl auf eine Grundfläche des Masterelements 4 gerichtet werden, so dass dieser durch den Substratkörper des Masterelements 4 gebrochen und der gebrochene Strahl durch ein Masterhologramm 6 die optische Klebefolie 2 und die Verbundbahn 1 transmittiert wird. In beiden Fällen wird der Referenzstrahl durch das Masterhologramm teilweise ungebeugt transmittiert und teilweise gebeugt, um einen Objektstrahl zu erzeugen, der ebenfalls die optische Klebefolie 2 und Verbundbahn 3 passiert. In der lichtempfindlichen Schicht der Verbundbahn 3 überlagern sich mithin der Referenzstrahl und Objektstrahl mit gleicher Strahlrichtung, um das replizierte Hologramm zu erzeugen. Auch verhindert die optische Klebefolie 2 unerwünschte optische Verluste und interne Reflektionen an den Grenzflächen, um ein Transmissionshologramm mit hoher Qualität zu erhalten.
Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere beispielhafte Anordnung zur Replikation eines Holograms unter Verwendung von optischen Klebefolien gemäß der Erfindung. In diesem Beispiel werden zwei optische Klebefolien 2 verwendet. Eine erste optische Klebefolie 2 ist zwischen einem rotierbar gelagerten zylindrischen Masterelement 4 und einer lichtempfindlichen Verbundbahn 1 angeordnet. Eine zweite optische Klebefolie 2 ist zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 und einem zylindrischen Einkoppelelement 9 angeordnet. Diese Anordnung kann beispielsweise für die Belichtung eines Reflexionshologramms in die lichtempfindlichen Verbundbahn 1 genutzt werden. Der Referenzstrahl kann durch das Einkoppelelement 9 - entweder durch dessen Mantelfläche oder Grundfläche - derart gelenkt werden, dass er das Masterhologramm auf der Mantelfläche des Masterelements 4 in einem gewünschten Winkel trifft. Ein Reflexionshologramm kann dann in die lichtempfindlichen Verbundbahn 1 auf ähnliche Weise belichtet werden, wie oben für die Fig. 4 beschrieben. Das Einkoppelelement 9 kann vorteilhafterweise den Winkel einstellen, in dem die lichtempfindliche Verbundbahn 1 belichtet wird. Diese Anordnung erhöht jedoch die Anzahl der verschiedenen Grenzflächen, die das Licht für die Belichtung durchqueren muss. Es ist daher besonders vorteilhaft, optische Klebefolien 2 an den beiden Grenzflächen zwischen den verschiedenen belichteten Prozesskomponenten (Einkoppelelement 9, Verbundbahn 1 und Masterelement 4) anzubringen, um unerwünschte optische Verluste und Reflexionen zu vermeiden.
Fig. 6 zeigt eine weitere Anordnung der Prozesskomponenten zur Replikation eines Hologramms, bei welcher das Masterelement 4 die Form eines quaderförmigen Blocks autweist. Die Oberseite des Masterelements 4 ist mit einer ersten optischen Klebefolie 2, einer lichtempfindlichen Verbundbahn 1 und einer zweiten optischen Klebefolie 2 laminiert. Vorzugsweise umfasst das Masterelement 4 einen Substratkörper, ein Masterhologramm und eine transparente obere Abdeckungsschicht (nicht gezeigt), die das Masterhologramm schützt. Das Masterelement 4 kann verwendet werden, um mit Hilfe des Einkoppelelements 9 ein
Reflexionshologramm in die lichtempfindliche Verbundbahn 1 zu belichten, wie beispielsweise obig für Fig. 5 erläutert.
Fig. 7 zeigt eine weitere Anordnung, bei der das Masterelement 4 die Form eines quaderförmigen Blocks aufweist. Eine optische Klebeschicht 2 ist auf die Oberseite des Masterelements 4 laminiert, während eine lichtempfindliche Verbundbahn 1 ebenfalls auf die Oberseite der optischen Klebeschicht 2 laminiert ist. Das Masterelement 4 kann vorzugsweise von oben (das heißt, in Richtung seiner Oberseite) mit einem Referenzstrahl belichtet werden, der die lichtempfindliche Verbundbahn 1 , die optische Klebeschicht 2 und eine transparente Abdeckungsschicht (nicht gezeigt) durchläuft, bevor er vom Masterhologramm zurück in die lichtempfindliche Verbundbahn 1 reflektiert wird, um ein Reflexionshologramm zu bilden. Alternativ zur Replikation eines Transmissionsholograms kann das Masterelement 4 von seiner Unterseite oder von einer Seitenfläche belichtet werden, während sein transparenter blockförmiger Substratkörper den Referenzstrahl derart bricht, dass er in einem gewünschten Winkel auf das Masterhologramm trifft. Der Referenzstrahl kann dann durch das Masterhologramm gebeugt werden, um einen Objektstrahl zu bilden, der mit dem Referenzstrahl in der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 interferiert.
Fig. 8 zeigt eine zu Fig. 7 analoge Anordnung, bei der ein blockförmiges Einkoppelelement 9 über die zweite optische Klebefolie 2 gelegt wird. Das Einkoppelelement 9 kann beispielsweise dazu verwendet werden, einen Referenzstrahl derart zu brechen, dass dieser auf Masterhologramm in einem gewünschten Winkel trifft, um ein Reflexionshologramm in der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 zu belichten.
Fig. 9 und 10 sind eine detailliertere Darstellung eines Belichtungsverfahrens mit einer Anordnung analog zu der von Fig. 4.
Fig. 9 zeigt die Belichtung eines Reflexionshologramms von der Mantelfläche eines zylindrischen Masterelements 4. Transportwalzen 3 werden verwendet, um eine lichtempfindliche Verbundbahn 1 , um einen Kreisbogen des Umfangs des Masterelements 4 zu positionieren, so dass ein signifikanter Teil der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 in optischem Kontakt mit dem Masterelement 4 steht. Vorzugsweise entspricht ein Bereich des optischen Kontakts einem Kreisbogen des Umfangs des Masterelements 4, der einen Winkel von mindestens 1 °, vorzugsweise von mindestens 2°, aufweist. Eine oder mehrere der Transportwalzen 3 können auch verwendet werden, um die Rotation des Masterelements 4 und/oder den Fluss der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 über seine Mantelfläche zu steuern. Alternativ kann die Rotation des Masterelements 4 auch durch die Reibung hervorgerufen werden, die durch die Bewegung der optischen Klebefolie 2 über seine Mantelfläche entsteht. Die lichtempfindliche Verbundbahn 1 bewegt sich während der Belichtung von rechts nach links.
Eine Abwicklungswalze 10 ist zum Abwickeln einer optischen Klebefolie 2 vorgesehen. Eine Aufwicklungswalze 13 ist zum Aufwickeln der verwendeten optischen Klebefolie 2 vorgesehen. Die Aufwicklungswalze 13 kann eine aktive Walze sein, die die optische Klebefolie 2 zieht und so ihren Fluss während des Verfahrens steuert. Die optische Klebefolie 2 ist zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 und der Mantelfläche des Masterelements 4 derart angeordnet, dass sie zwischen der Mantelfläche des Masterelements 4 und einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 einen optischen Kontakt vermittelt.
Die optische Klebefolie 2 ist auf beiden Seiten mit einer Schutzschicht 6, 7 versehen. Aufwicklungswalzen 11 und 12 werden verwendet, um die Schutzschichten 6 und 7 zu entfernen, bevor die optische Klebefolie 2 den Bereich des optischen Kontakts zwischen dem Mastelement 4 und der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 erreicht.
Ein Referenzstrahl 5 wird von unten auf das Masterelement 4 gerichtet, so dass er die lichtempfindliche Verbundbahn 1 , die optische Klebefolie 2 und die Abdeckungsschicht des Masterelements (nicht gezeigt) durchläuft, bevor er vom Masterhologramm reflektiert wird. Der reflektierte Objektstrahl durchläuft erneut die Abdeckungsschicht, die optische Klebefolie 2 und die lichtempfindliche Verbundbahn 1 , wo er mit dem Referenzstrahl interferiert, um ein Reflexionshologramm in die lichtempfindliche Verbundbahn 1 einzubelichten.
Fig. 10 zeigt eine analoge Ausführungsform zu Fig. 9. Allerdings wird der Referenzstrahl 5 auf eine Grundfläche des transparenten Masterelements 4 gerichtet, wo er derart gebrochen wird, dass er unter einem gewünschten Winkel durch das Masterhologramm aus einer unteren Mantelfläche austritt. Der Referenzstrahl wird durch das Masterhologramm teilweise ungebeugt transmittiert und teilweise gebeugt, um einen Objektstrahl zu erzeugen, der ebenfalls die optische Klebefolie 2 und Verbundbahn 3 passiert. Der ungebeugte Referenzstrahl und ein gebeugter Objektstrahl interferieren miteinander in der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 , um ein Transmissionshologramm zu bilden.
Fig. 11A- 11 C zeigen ein Verfahren zur Replikation eines Hologramms in eine lichtempfindliche Verbundbahn 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 11A zeigt den Schritt der Aufbringung einer lichtempfindlichen Verbundbahn 1 auf die Oberfläche eines Masterelementes 4. Das Masterelement 4 ist eine quaderförmige durchgängige Platte, welche mehrere Masterhologramme A, B, C, etc. beherbergt. Vorzugsweise sind alle Masterhologramme mit einer einzigen transparenten Abdeckung geschützt, so dass die Oberfläche des Masterelements durchgängig ist. Eine Laminierungswalze 8 rollt über die ausgestreckte lichtempfindliche Verbundbahn 1 und drückt diese gegen die durchgängige Oberfläche des Masterelementes 4, um etwaige Luftblasen zu eliminieren.
Wie in der Fig. 11 A dargestellt, bewegt sich die Laminierungswalze 8 beispielsweise von rechts nach links über die lichtempfindliche Verbundbahn 1. Gleichzeitig wird ein transparentes zylindrisches Einkoppelelement 9 in Richtung der laminierten lichtempfindlichen Verbundbahn 1 abgesenkt. Eine optische Klebefolie 2 wird über einen Kreisbogen des Umfangs des Einkoppelelementes 9 mit Hilfe verschiedener Walzen positioniert. Eine Abwicklungswalze 11 liefert die optische Klebefolie 2, während eine Aufwicklungswalze 13 die optische Klebefolie 2 nach der Belichtung aufwickelt. Die Aufwicklungswalze 13 kann eine aktive Walze - d.h. mit einem Aktuator vorgesehen - sein, die die optische Klebefolie 2 zieht und so ihren Fluss während des Verfahrens steuert. Transportwalzen 3 werden verwendet, um die Position der optischen Klebefolie 2 relativ zur Mantelfläche des Einkoppelelementes 9 einzustellen. Die Bewegung der optischen Klebefolie 2 von rechts nach links kann eine Drehung des Einkoppelelementes 9 bewirken. Die optische Klebefolie 2 ist auf beiden Seiten mit Schutzfolien 6 und 7 versehen. Diese Schutzfolien werden vor dem Belichtungsschritt mit Hilfe der Abwicklungswalzen 11 und 12 entfernt und abgerollt.
Fig. 11 B zeigt schematisch eine Aufbringung der optischen Klebefolie 2 zwischen dem zylindrischen Einkoppelelement 9 und der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 , um einen optischen Kontakt zwischen dem Einkoppelelement 9 und der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 herzustellen. Das Einkoppelelement 9 wird von rechts nach links über die Oberseite der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 gerollt, wodurch ein nahtloser optischer Kontakt zwischen dem Masterelement 4 und dem Einkoppelelement 9 entsteht. Die optische Klebefolie 2 wird synchron mit der Bewegung des Einkoppelelementes 9 aufgebracht. Der Bereich des optischen Kontakts bewegt sich dabei zusammen mit dem Einkoppelelement 9 von rechts nach links. Während des Aufbringens des Einkoppelelementes 9 wird Licht verwendet, um die lichtempfindliche Verbundbahn 1 im Bereich des optischen Kontakts zu belichten. Die Lichtquelle (nicht abgebildet), zum Beispiel ein Laser, kann sich synchron mit dem Einkoppelelement 9 bewegen. Diese synchrone Bewegung der Lichtquelle kann vorzugsweise ein Scannen über die Breite der lichtempfindlichen Verbundbahn 1 beinhalten.
Fig. 11 C zeigt die Ablösung des Einkoppelelementes 9 von der belichteten Verbundbahn 1 . Das zylindrische Einkoppelelement 9 wird angehoben und trägt die optische Klebefolie 2, die an seiner Oberfläche haften bleibt. Die Laminierungswalze 8 wird anschließend von links nach rechts zurückgerollt, so dass die belichtete Verbundbahn 1 angehoben und von der Oberseite des Masterelementes 4 gelöst werden kann. Dem Fachmann sind geeignete Mittel (wie weitere Walzen) bekannt, die das Ablösen der Verbundbahn 1 von der Oberseite des Masterelementes 4 bewirken können.
Während im Beispiel der Figuren 11A - 11 C die untere quaderförmige Platte als das Masterelement 4 und die größere transparente Walze als Einkoppelelement 9 fungiert, können
die Funktionen dieser Prozesskomponenten auch umgekehrt sein. Zum Beispiel kann die untere Platte als Einkoppelelement konfiguriert sein, während die größere transparente Walze ein Masterelement ist. Die Lichtquelle kann dann entsprechend angeordnet werden und beispielsweise das Einkoppelelement von einer Unterfläche oder Seitenfläche beleuchten.
Bezugszeichenliste
1 Lichtempfindliche Verbundbahn
2 Optische Klebefolie
3 Transportwalze
4 Masterelement
5 Licht
6 Erste Schutzfolie
7 Zweite Schutzfolie
8 Laminierungswalze
9 Einkoppelelement
10 Abwicklungswalze für optische Klebefolie
11 Aufwicklungswalze für erste Schutzfolie
12 Aufwicklungswalze für zweite Schutzfolie
13 Aufwicklungswalze für optische Klebefolie
14 Trägerschicht
15 Erste Klebeschicht
16 Zweite Klebeschicht
Claims
1 . Verfahren für die Replikation eines Hologrammes in eine lichtempfindliche Verbundbahn (1 ), umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellung eines Masterelementes (4) umfassend einen Substratkörper und mindestens ein Masterhologramm, b. Aufbringung einer lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) auf eine Oberfläche des Masterelementes (4), c. Belichtung des Masterelementes (4), um das mindestens eine Masterhologramm in die lichtempfindliche Verbundbahn (1 ) zu replizieren, und d. Ablösen der belichteten Verbundbahn (1 ) von dem Masterelement (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner eine vorübergehende Aufbringung einer optischen Klebefolie (2) zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) und der Oberfläche des Masterelements (4) umfasst, welche während der Belichtung des Masterelementes (4) einen optischen Kontakt zwischen dem Masterelement (4) und der lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) vermittelt.
2. Verfahren für die Replikation eines Hologrammes in eine lichtempfindliche Verbundbahn (1 ), umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellung eines Masterelementes (4) umfassend einen Substratkörper und mindestens ein Masterhologramm, b. Aufbringung einer lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) auf eine Oberfläche des Masterelementes (4), c. Aufbringung eines Einkoppelelementes (9) auf der lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ), sodass die lichtempfindliche Verbundbahn (1 ) zwischen einer Oberfläche des Einkoppelelementes (9) und der Oberfläche des Masterelements (4) positioniert ist, d. Belichtung des Masterelementes (4) mithilfe des Einkoppelelementes (9), um das mindestens ein Masterhologramm in die lichtempfindliche Verbundbahn (1 ) zu replizieren, e. Ablösen des Einkoppelelementes (9) von der belichteten Verbundbahn (1 ), und f. Ablösen der belichteten Verbundbahn (1 ) von dem Masterelement (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner eine vorübergehende Aufbringung einer optischen Klebefolie (2) zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) und der Oberfläche des
Einkoppelelementes (9) umfasst, welche während der Belichtung des Masterelementes (4) einen optischen Kontakt zwischen dem Einkoppelelement (9) und der lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) vermittelt. Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Brechungsindexdifferenz zwischen der Oberfläche des Masterelements (4) und der optischen Klebefolie (2) und/oder zwischen der optischen Klebefolie (2) und einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) nicht mehr als 0,2, bevorzugt nicht mehr als 0,1 und stärker bevorzugt nicht mehr als 0,05 beträgt. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein Brechungsindex der optischen Klebefolie (2) zwischen dem Brechungsindex der Oberfläche des Masterelements (4) und dem Brechungsindex einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn (2) liegt. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 3 - 4 dadurch gekennzeichnet, dass die optische Klebefolie mindestens eine Klebeschicht (15) umfasst, wobei die mindestens eine Klebeschicht (15) eine Schälkraft gegenüber der Oberfläche des Masterelementes (4) und/oder einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) von weniger als 3 N/cm, bevorzugt weniger als 1 N/cm aufweist. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Klebefolie (2) mindestens eine Klebeschicht (15) umfasst, wobei die mindestens eine Klebeschicht (15) ein E-Modul von bis zu 50 MPa und vorzugsweise eine Transmission von mindestens 80 %, eine Haze von bis zu 2 % und/oder eine Helligkeitsschwankung zwischen gekreuzten Polarisatoren von bis zu 30 % über eine Breite der Klebeschicht (15) autweist. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Klebefolie (2) mindestens eine Klebeschicht (15) umfasst, wobei die mindestens eine Klebeschicht (15) ein Klebematerial auf Basis von Acryl, EVOH, Kautschuk oder Silikon umfasst und wobei die Klebeschicht (15) vorzugsweise eine Dicke von 50 pm bis 250 pm aufweist.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Klebefolie (2) einen einschichtigen Aufbau umfassend genau eine Klebeschicht (15) autweist, wobei die Klebeschicht (15) vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mindestens 1 MPa, vorzugsweise mindestens 2 MPa aufweist. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Klebefolie (2) eine Trägerschicht (14) umfasst und mindestens eine Klebeschicht (15) autweist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Klebeschicht (15) eine Zugfestigkeit von bis zu 2 MPa, vorzugsweise mindestens 1 MPa aufweist. Verfahren gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Klebeschicht (15) unmittelbar auf die Trägerschicht (14) aufgebracht vorliegt und die Schälkraft der Klebeschicht (15) gegenüber der Trägerschicht (14) größer ist als die Schälkraft der Klebeschicht (15) gegenüber der Oberfläche des Masterelementes (4) und/oder einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) und/oder einer Schutzfolie (6, 7). Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die optische Klebefolie (2) zwei Klebeschichten (15, 16) umfasst, wobei vorzugsweise jede Klebeschicht (15, 16) unmittelbar auf die Trägerschicht (14) aufgebracht vorliegt. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 9 - 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (14) eine Zugfestigkeit von mindestens 5 MPa aufweist, wobei vorzugsweise die Trägerschicht (14) eine Transmission von mindestens 80 %, eine Haze von bis zu 1 ,5 % und/oder eine Helligkeitsschwankung zwischen gekreuzten Polarisatoren von bis zu 30 % über eine Breite der Trägerschicht (14) aufweist. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 9 - 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (14) ein oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat, (PET), Celluloseacetat, Triacetat (TAC),
Polymethylmethacrylat oder deren Mischungen, wobei die Trägerschicht (14) vorzugsweise eine Dicke von 6 pm bis 100 pm aufweist. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Klebefolie mit mindestens einer Schutzfolie (6), vorzugsweise beidseitig mit zwei Schutzfolien (6,7) vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Schutzfolie (6) vor dem Schritt der vorübergehenden Aufbringung der optischen Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn (1 ) und der Oberfläche des Masterelements (4) entfernt wird. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzfolie (6) ein oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Polyethylen, Polypropylen, Silikonpapier oder deren Mischungen, wobei die mindestens eine Schutzfolie eine bevorzugte Dicke zwischen 10 - 50 pm aufweist. Verfahren gemäß einem oder beiden der zwei vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzfolie (6) unmittelbar auf die mindestens eine Klebeschicht (15) vorliegt, wobei die notwendige Schälkraft für die Entfernung der Schutzfolie (6) von der Klebeschicht (15) nicht mehr als 0,2 N/cm, vorzugsweise nicht mehr als 0,1 N/cm beträgt.
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Family Cites Families (9)
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|---|---|---|---|---|
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| US5576853A (en) | 1994-12-20 | 1996-11-19 | Polaroid Corporation | Apparatus and methods for making transmission holograms |
| JP4334653B2 (ja) | 1999-03-03 | 2009-09-30 | 大日本印刷株式会社 | ホログラムの複製方法 |
| DE102006016139A1 (de) | 2006-04-06 | 2007-10-18 | Ovd Kinegram Ag | Mehrschichtkörper mit Volumen-Hologramm |
| KR20150001411A (ko) | 2013-06-27 | 2015-01-06 | (주)넥스디스플레이 | 접착 물질을 이용하여 제조되는 lcd 모듈 |
| US10915066B2 (en) * | 2015-12-22 | 2021-02-09 | Covestro Deutschland Ag | Device and method for the industrial production of volume reflection holograms with substrate-guided reconstruction beams |
| CN108624264B (zh) | 2017-03-24 | 2021-07-13 | 三星电子株式会社 | 粘附用组合物,包括其的堆叠结构和电子装置 |
| DE102019102610A1 (de) | 2019-02-01 | 2020-08-06 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Funktionalisierte Scheibe für ein Fahrzeug |
| DE102019112254A1 (de) | 2019-05-10 | 2020-11-12 | Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg | Mikrofluidische Anordnung, Verfahren zu deren Herstellung und Messsystem umfassend die mikrofluidische Anordnung sowie Verwendung |
-
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-
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- 2023-06-22 WO PCT/EP2023/066968 patent/WO2023247702A1/de not_active Ceased
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