EP4584222A1 - Transparentes bauteil mit einer funktionalisierten oberfläche - Google Patents

Transparentes bauteil mit einer funktionalisierten oberfläche

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EP4584222A1
EP4584222A1 EP23762387.1A EP23762387A EP4584222A1 EP 4584222 A1 EP4584222 A1 EP 4584222A1 EP 23762387 A EP23762387 A EP 23762387A EP 4584222 A1 EP4584222 A1 EP 4584222A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dimples
laser
transparent component
lipss
component according
Prior art date
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Pending
Application number
EP23762387.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Felix Zimmermann
Max KAHMANN
Daniel Grossmann
Daniel FLAMM
Myriam Kaiser
Jonas Kleiner
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Trumpf Laser GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B23K2103/54—Glass

Definitions

  • the present invention relates to a transparent component with a functionalized surface.
  • LIPSS laser-induced periodic surface structures
  • Dimples and LIPSS are suitable for functionalizing the surfaces of components, whereby optical properties, wetting properties and tribological properties in particular can be influenced.
  • a device for cell biology and/or medical applications wherein the device has at least one surface which at least partially has a surface structure generated by electromagnetic radiation and which has a microstructure superimposed by a nanostructure.
  • a laser-based surface modification of a quartz glass using LIPSS is known from C. Kunz, “Selective production of multifunctional surfaces using laser-induced periodic surface structures”, dissertation, Friedrich Schiller University Jena, 2021.
  • the transparent material of the component can be a material such as a polymer or a plastic.
  • the material to be processed can also be a semiconductor, for example an elementary semiconductor such as silicon or germanium, or a III-V semiconductor such as gallium arsenide, or an organic semiconductor or any other type of semiconductor.
  • the material can be a silicon wafer.
  • the material can be a layer system, whereby each layer can be selected from the group of metals, polymers, plastics or semiconductors.
  • the material can also be a glass, for example sapphire or quartz glass.
  • Transparent can mean that the component is optically transparent, i.e. transparent to the wavelengths visible to the human eye.
  • the material may transmit visible light more than 80%, or more than 85%, or more than 90%, or more than 95%, or more than 99%.
  • Transparent can also mean that the material is transparent to the wavelength of a processing laser.
  • the laser can have a linear polarization, for example the degree of polarization of the laser beam can be more than 80%, preferably more than 95%.
  • the laser can also provide laser bursts, with each burst comprising the emission of several laser pulses.
  • the laser pulses can be emitted very closely, at intervals of a few picoseconds to nanoseconds.
  • the laser bursts can in particular be GHz bursts, in which the sequence of successive laser pulses of the respective burst takes place in the GHz range.
  • a burst can, for example, comprise between 2 and 10 laser pulses, with the time interval between the laser pulses being between 10ns and 50ns.
  • a burst can also include between 30 and 300 laser pulses, with the time interval between the laser pulses being between 100ps and 1000ps.
  • the length of the laser pulses can be between 100ps and 100ns, in particular between 1 ns and 20ns, whereby the wavelength can be between 300nm and 550nm, in particular 355nm, whereby the repetition rate of the laser pulses can be between 10kHz and 100kHz, in particular between 10kHz and 50kHz, whereby the laser pulses can have an energy between 60pJ and 300pJ and 1 to 4 pulses can be emitted per spot.
  • the length of the laser pulses can be between 200fs and 1000fs, in particular between 300fs and 450fs, the wavelength can be between 900nm and 2300nm, in particular 1030nm, the repetition rate of the laser pulses can be between 10kHz and 400kHz, the laser pulses being in Laser bursts are emitted, each laser burst can contain between 2 and 4 laser pulses, the laser bursts can have an energy between 100pJ and 400pJ and the numerical aperture can be between 0.01 and 0.2, in particular 0.08.
  • the laser pulses are introduced into the material, with the energy of the laser beam being at least partially absorbed in the material, for example through nonlinear interactions, in particular through multiphoton processes.
  • the focus of the laser beam can lie above the surface of the material to be processed in the beam propagation direction or lie below the surface in the volume of the material to be processed.
  • the focus position can also be exactly on the surface of the material to be processed.
  • the focus position can be within ten times the Rayleigh length from the surface, where the Rayleigh length is the distance along the optical Axis that a laser beam needs until its cross-sectional area doubles, starting from the beam waist or focus.
  • the term “focus” can generally be understood as a targeted increase in intensity, whereby the laser energy converges into a “focus area”.
  • the term “focus” will be used below regardless of the beam shape actually used and the methods used to bring about an increase in intensity.
  • the location of the intensity increase along the beam propagation direction can also be influenced by “focusing”.
  • the intensity increase can be quasi-point-shaped and the focus area can have a Gaussian-shaped intensity cross section, as provided by a Gaussian laser beam.
  • the intensity increase can also be designed in a line shape, resulting in a Bessel-shaped focus area around the focus position, as can be provided by a non-diffracting beam.
  • other more complex beam shapes are also possible whose focus position extends in three dimensions, such as a multi-spot profile of Gaussian laser beams and/or non-Gaussian intensity distributions.
  • the material heats up in accordance with the intensity distribution of the laser and/or changes into a temporary plasma state due to the electromagnetic interaction of the laser with the material.
  • non-linear absorption processes can also be used, which become accessible through the use of high laser energies or laser intensities.
  • the material is modified accordingly, particularly in the focus of the laser, as that is where the intensity of the laser beam is greatest.
  • part of the material can be separated from the composite of the material, for example melting or being evaporated.
  • known processing processes are possible, which are known, for example, as laser drilling, percussion drilling or laser ablation.
  • Figure 3 shows a schematic representation of the spatial overlap of two dimples with LIPSS.
  • Figure 4 shows a schematic representation of the spatial overlap of two dimples with LIPSS in the overlap.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of two dimples 2, each of which was generated from a laser pulse.
  • a first laser pulse therefore generated a first dimple 2, while a second laser pulse generated a second dimple 2.
  • the second laser pulse can then interact with the plasmonic state through the first laser pulse. Accordingly, corresponding LIPSS can only arise in the overlap.
  • the Dimples 2 and LIPSS for example, create advantageous optical and tribological properties of the surface of the transparent component.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein transparentes Bauteil (1) mit einer funktionalisierten Oberfläche, wobei die Oberfläche Dimples (2) und laserinduzierte periodische Oberflächenstrukturen (3) aufweist und durch die Dimples (2) und die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (3) funktionalisiert ist, wobei die Dimples (2) und die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (3) räumlich überlappen und wobei die Dimples (2) eine Tiefe zwischen 100nm und 2000nm aufweisen.

Description

Transparentes Bauteil mit einer funktionalisierten Oberfläche
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein transparentes Bauteil mit einer funktionalisierten Oberfläche.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass bei der Lasermaterialbearbeitung Material eines Bauteils abgetragen werden kann, indem durch eine starke Licht-Materie-Wechselwirkung das Material innerhalb der Fokuszone des Laserstrahls verdampft wird. Die so entstehenden Strukturen Vertiefungen werden Dimples genannt.
Es ist ferner bekannt, dass durch eine sukzessive Wechselwirkung desselben Materialbereichs mit mindestens zwei Laserpulsen sogenannte laserinduzierte periodische Oberflächenstrukturen (laser- induced periodic surface structures, im Folgenden „LIPSS“ genannt) erzeugt werden können.
Dimples und LIPSS eignen sich hierbei zur Funktionalisierung von Oberflächen von Bauteilen, wobei insbesondere optische Eigenschaften, Benetzungseigenschaften und tribologische Eigenschaften beeinflusst werden können.
Aus der DE 10 2017 006 358 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer strukturierten Oberfläche auf einem Substrat bekannt, bei dem Oberflächenstrukturen mit Abmessungen im Sub- Mikrometerbereich durch Behandlung mit einem intensiven gepulsten Laserstrahl erzeugt werden.
Aus der EP 2692 855 B1 ist eine Vorrichtung für zellbiologische und/oder medizinische Anwendungen bekannt, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Oberfläche aufweist, die zumindest teilweise eine durch elektromagnetische Strahlung erzeugte Oberflächenstruktur aufweist, die eine von einer Nanostruktur überlagerte Mikrostruktur aufweist. Zudem ist aus C. Kunz, „Selektive Herstellung multifunktionaler Oberflächen mittels laserinduzierter periodischer Oberflächenstrukturen“, Dissertation, Friedrich-Schiller-Universität Jena, 2021 , eine laserbasierte Oberflächenmodifizierung eines Quarzglases durch LIPSS bekannt.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes transparentes Bauteil mit einer funktionalisierten Oberfläche bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein transparentes Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein transparentes Bauteil mit einer funktionalisierten Oberfläche vorgeschlagen, wobei die Oberfläche Dimples und LIPSS aufweist und die Oberfläche dadurch funktionalisiert wird. Erfindungsgemäß überlappen die Dimples und die LIPSS räumlich.
Das transparente Material des Bauteils kann hierbei ein Material wie beispielsweise ein Polymer oder ein Kunststoff sein. Das zu bearbeitende Material kann auch ein Halbleiter sein, beispielsweise ein elementarer Halbleiter wie Silizium oder Germanium, oder ein Ill-V-Halbleiter wie Galliumarsenid, oder ein organischer Halbleiter oder jede andere Art von Halbleiter sein.
Beispielsweise kann das Material ein Silizium-Wafer sein. Insbesondere kann das Material ein Schichtsystem sein, wobei jede Schicht gewählt werden kann aus der Gruppe der Metalle, Polymere, Kunststoffe oder Halbleiter. Insbesondere kann das Material auch ein Glas sein, beispielsweise Saphir oder Quarzglas sein.
Transparent kann hierbei bedeuten, dass das Bauteil optisch transparent ist, also transparent für die vom menschlichen Auge sichtbare Wellenlängen ist. Beispielsweise kann das Material sichtbares Licht mehr als 80% oder mehr als 85% oder mehr als 90% oder mehr als 95% oder mehr als 99% transmittieren. Transparent kann aber auch bedeuten, dass das Material transparent für die Wellenlänge eines Bearbeitungslasers ist.
Hergestellt werden können die Dimples und die LIPSS mit einem Laserbearbeitungsverfahren. Dabei stellt ein Laser die Laserpulse des Laserstrahls zur Verfügung, wobei die einzelnen Laserpulse den Laserstrahl in der Strahlausbreitungsrichtung ausbilden. Die Pulsdauer der Laserpulse kann zwischen 300fs und 10ps betragen und/oder die Wellenlänge der Laserpulse kann zwischen 300nm und 3000nm betragen, bevorzugt zwischen 900nm und 2200nm betragen.
Dadurch kann eine Laserwellenlänge gewählt werden, bei der das Material transparent ist, so dass die Dimples und die LIPSS über eine nichtlineare Wechselwirkung in das Material eingebracht werden können. Zudem kann durch die kurze Pulsdauer eine ungewollte Erwärmung des Materials vermieden werden, die der Ausbildung der LIPSS entgegenwirkt.
Zudem kann der Laser eine lineare Polarisation aufweisen, beispielsweise kann der Polarisationsgrad des Laserstrahls mehr als 80%, bevorzugt mehr als 95% betragen.
Anstatt einzelner Laserpulse kann der Laser auch Laserbursts zur Verfügung stellen, wobei jeder Burst das Aussenden mehrerer Laserpulse umfasst. Dabei kann für ein bestimmtes Zeitintervall das Aussenden der Laserpulse sehr dicht, im Abstand weniger Piko- bis Nanosekunden, aufeinander folgen. Bei den Laserbursts kann es sich insbesondere um GHz-Bursts handeln, bei denen die Abfolge der aufeinanderfolgenden Laserpulse des jeweiligen Bursts im GHz Bereich stattfindet. Ein Burst kann beispielsweise zwischen 2 und 10 Laserpulse umfassen, wobei der zeitliche Abstand der Laserpulse zwischen 10ns und 50ns betragen kann. Ein Burst kann aber auch zwischen 30 und 300 Laserpulse umfassen, wobei der zeitliche Abstand der Laserpulse zwischen 100ps und 1000ps betragen kann.
Beispielsweise kann die Länge der Laserpulse zwischen 100ps und 100ns betragen, insbesondere zwischen 1 ns und 20ns betragen, wobei die Wellenlänge zwischen 300nm und 550nm betragen kann, insbesondere 355nm betragen kann, wobei die Repetitionsrate der Laserpulse zwischen 10kHz und 100kHz betragen kann, insbesondere zwischen 10kHz und 50kHz betragen kann, wobei die Laserpulse eine Energie zwischen 60pJ und 300pJ aufweisen können und pro Spot 1 bis 4 Pulse abgegeben werden können.
Beispielsweise kann die Länge der Laserpulse zwischen 200fs und 1000fs betragen, insbesondere zwischen 300fs und 450fs betragen, wobei die Wellenlänge zwischen 900nm und 2300nm betragen kann, insbesondere 1030nm betragen kann, wobei die Repetitionsrate der Laserpulse zwischen 10kHz und 400kHz betragen kann, wobei die Laserpulse in Laserbursts abgegeben werden, wobei jeder Laserburst zwischen 2 und 4 Laserpulsen enthalten kann, wobei die Laserbursts eine Energie zwischen 100pJ und 400pJ aufweisen können und die numerische Apertur zwischen 0,01 und 0,2 betragen kann, insbesondere 0,08 betragen kann.
Die Laserpulse werden in das Material eingebracht, wobei die Energie des Laserstrahls in dem Material mindestens teilweise absorbiert wird, beispielsweise durch nichtlineare Wechselwirkungen, insbesondere durch Multiphotonprozesse.
Der Fokus des Laserstrahls kann dabei in Strahlausbreitungsrichtung über der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials liegen oder unter der Oberfläche im Volumen des zu bearbeitenden Materials liegen. Die Fokusposition kann auch genau auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials liegen. Insbesondere kann die Fokusposition innerhalb der zehnfachen Rayleigh-Länge von der Oberfläche entfernt sein, wobei die Rayleigh-Länge die Distanz entlang der optischen Achse ist, die ein Laserstrahl braucht, bis seine Querschnittsfläche sich, ausgehend von der Strahltaille bzw. dem Fokus, verdoppelt.
Insbesondere kann der Begriff „Fokus“ im Allgemeinen als eine gezielte Intensitätsüberhöhung verstanden werden, wobei die Laserenergie in einen „Fokusbereich“ konvergiert. Insbesondere wird daher im Folgenden der Ausdruck „Fokus“ unabhängig von der tatsächlich verwendeten Strahlform und den Methoden zur Herbeiführung einer Intensitätsüberhöhung verwendet. Durch eine „Fokussierung“ kann auch der Ort der Intensitätserhöhung entlang der Strahlausbreitungsrichtung beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Intensitätsüberhöhung quasi punktförmig sein und der Fokusbereich einen Gauß-förmigen Intensitätsquerschnitt aufweisen, wie er von einem Gauß’schen Laserstrahl zur Verfügung gestellt wird. Die Intensitätsüberhöhung kann auch linienförmig ausgebildet sein, wobei sich um die Fokusposition ein Besselförmiger Fokusbereich ergibt, wie er von einem nicht-beugenden Strahl zur Verfügung gestellt werden kann. Des Weiteren sind auch andere komplexere Strahlformen möglich, deren Fokusposition sich in drei Dimensionen erstreckt, wie beispielsweise ein Multi-Spot-Profil aus Gauß’schen Laserstrahlen und/oder nicht Gauß’schen Intensitätsverteilungen.
Durch die absorbierte Energie des Laserstrahls erwärmt sich das Material entsprechend der Intensitätsverteilung des Lasers und/oder geht wegen der elektromagnetischen Wechselwirkung des Lasers mit dem Material in einen temporären Plasmazustand über. Insbesondere können also neben linearen Absorptionsprozessen auch nicht-lineare Absorptionsprozesse verwendet werden, die durch die Nutzung hoher Laserenergien beziehungsweise Laserintensitäten zugänglich werden. Das Material wir dementsprechend besonders im Fokus des Lasers modifiziert, da dort die Intensität des Laserstrahls am größten ist. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass ein Teil des Materials aus dem Verbund des Materials herausgelöst werden kann, beispielsweise schmilzt oder verdampft wird. Damit sind bezüglich der Wechselwirkung zwischen dem Laserlicht und dem zu bearbeitenden Material an sich bekannte Bearbeitungsprozesse möglich, die beispielsweise als Laserbohren, Perkussionsbohren oder Laserablation bekannt sind.
Durch die Wechselwirkung der Laserpulse mit dem zu bearbeitenden Material werden auf der Oberfläche des transparenten Bauteils dementsprechend Dimples erzeugt.
Ein Dimple entsteht durch die Verdampfung des Materials an der Oberfläche durch die eingestrahlte Laserintensität. Das Material wird insbesondere dort verdampft, wo die Intensität des Laserstrahls eine kritische, materialspezifische Bearbeitungsschwelle überschreitet. Dementsprechend ist die Form und Gestalt des Laserstrahls, insbesondere des Strahlprofils ausschlaggebend für die Form und Gestalt der Dimples. Im einfachsten Fall ist der Laserstrahl ein Gauß’scher Laserstrahl mit einem Gauß'schen Strahlprofil. Um den Fokuspunkt herum ist ein gewisser räumlicher Bereich, in dem die Laserenergie oberhalb der kritischen Schwelle liegt. Mit anderen Worten gibt es in der Intensitätsverteilung des Laserstrahls im Fokus eine Isointensitätsfläche innerhalb der das Material verdampft werden kann. Aus dieser Isointensitätsfläche ergibt sich damit die Form und Gestalt des Dimples.
Insbesondere können Dimples daher einen runden oder elliptischen Querschnitt in der Ebene der Materialoberfläche aufweisen, wobei die Dimples vom Rand zum Zentrum hin eine zunehmende Tiefe aufweisen. Insbesondere kann der Querschnitt der Dimples in der Ebene senkrecht zur Oberfläche ebenfalls rund oder gerundet sein.
Durch das Einbringen von Dimples auf die Oberfläche des Materials können beispielsweise die optischen Eigenschaften des Materials bestimmt werden, beispielsweise indem durch ein transparentes Material geleitetes Licht an den Dimples gestreut wird und so das Material diffus und/oder matt erscheinen lassen. Insbesondere könne Dimples auf der Oberfläche des Materials die Reflexion an dem Material unterdrücken.
Die Dimples können zufällig auf der Oberfläche angeordnet sein.
Eine zufällige Anordnung kann vorliegen, wenn die räumlichen Abstände der Dimples zueinander eine zufällige Größe aufweisen. Die räumlichen Abstände ergeben sich etwa aus den Mittelpunktsabständen oder den Mindestabständen von Dimplerand zu Dimplerand.
Insbesondere ergibt sich beispielsweise aus der räumlichen Verteilung der Dimples, inklusive der Größe der Dimples, über eine Fouriertransformation eine Ortsfrequenzverteilung der Dimples. Je unregelmäßiger die Abstände der Dimples zueinander sind, desto größer ist die Bandbreite der Ortsfrequenzverteilung und desto diffuser wird ein einfallender Lichtstrahl von dem transparenten Bauteil reflektiert.
Insbesondere kann „zufällig angeordnet“ demnach bedeuten, dass die Dimples im Ortfrequenzraum zufällig verteilt sind. Durch eine Darstellung der Position der Dimples im Ortsfrequenzraum ist es zudem möglich, potentielle Raumrichtungen zu identifizieren, entlang derer es zu Interferenzen des reflektierten odertransmittierten Lichts kommen könnte, um die Anordnung zu optimieren.
Zufällig verteilt kann auch bedeuten, dass die räumliche Verteilung der Dimples einer Zufallsverteilung folgt, beispielsweise einer Gleichverteilung, einer Gaußverteilung oder einer Dreiecksverteilung oder einer anderen statistischen Verteilung. Dies hat den Vorteil, dass die Dimples in einem unregelmäßigen Abstand zueinander in das Material eingebracht werden, so dass störende optische Effekte, wie beispielsweise Interferenz, verringert oder vermieden werden. Vorliegend können beispielsweise die mindestens zwei Laserpulse eines Bursts räumlich überlappen. Beispielsweise kann jeder Laserpuls für sich einen Dimple erzeugen, während im Überlapp sogenannte LIPSS erzeugt werden. Dies geschieht, wenn in dem ersten Dimple ein angeregter plasmonischer Zustand vorliegt, mit dem der zweiter Laserpuls wechselwirken kann, so dass sich die erhitze Material entlang des elektrischen Feldes des Laserpulses orientiert.
Die Kombination aus Dimples und LIPSS führen zu einer komplexen Funktionalisierung der Oberfläche des transparenten Bauteils.
Beispielsweise kann durch die Art und Gestalt der Dimples, sowie der Verteilung der Dimples auf der Oberfläche des Bauteils, die Haptik beziehungsweise die Rauigkeit eingestellt werden. Es ist aber auch möglich die Streuung des Lichts und somit die optischen Eigenschaften des Materials einzustellen.
Durch die Größe der LIPSS hingegen kann beispielsweise eine weitere Funktionalisierung der Oberfläche erreicht werden. Beispielsweise können durch LIPSS die Benetzungseigenschaften einer Oberfläche eingestellt werden, da die LIPSS den Kontaktwinkel zwischen einer Flüssigkeit und dem Material verändern. Zudem können auch tribologische Eigenschaften des Materials verändert werden und beispielsweise die Gleitfähigkeit des Materials eingestellt werden.
Durch die Kombination aus Dimples und LIPS lässt sich die Oberfläche des transparenten Bauteils somit optisch und mechanisch funktionalisieren.
Die Dimples können eine Tiefe zwischen 100nm und 2000nm aufweisen, bevorzugt zwischen 200nm und 1000nm aufweisen.
Dadurch kann besonders vorteilhaft eine Rauigkeit der Oberfläche eingestellt werden, wobei eine weitgehende Materialschwächung vermieden werden kann.
Die Dimples können einen Durchmesser zwischen 3pm und 25pm aufweisen, bevorzugt zwischen 3pm und 10pm aufweisen.
Dadurch kann der Durchmesser besonders vorteilhaft auf die für die Funktionalisierung erforderliche Mikrostruktur eingestellt werden.
Die Dimples können eine Größenvariation zum Durchmesser zwischen 5% und 80% aufweisen. Beispielsweise kann die Größenvariation 50% betragen und der Durchmesser der Dimples 20pm betragen. Dann können die Dimples auf der Oberfläche mit Durchmessern zwischen 10pm und 30pm vorliegen
Die LIPSS können eine Periodizität zwischen 40nm und 1000nm aufweisen, bevorzugt zwischen 50nm und 300nm aufweisen.
Die Periodizität bestimmt sich hierbei aus dem mittleren Abstand zweier benachbarter Täler oder Berge im Profil einer LIPSS. Durch die Periodizität kann besonders vorteilhaft die Funktionalisierung der Oberfläche eingestellt werden. Beispielsweise kann eine LIPSS eine Periodizität für den medizinischen Bereich eine Periodizität von 10Onm aufweisen, so dass die Oberfläche besonders hydrophob wirkt. Dadurch kann eine so behandelte Oberfläche beispielsweise besonders vorteilhaft in Endoskopen oder Laryngoskopen eingesetzt werden, so dass die entsprechend behandelten Oberflächen eine flüssigkeitsabweisende Wirkung aufweisen und dementsprechend beim Einsatz im Körper beispielsweise einen freien Blick in das Körperinnere ermöglichen. Insbesondere ist eine solche funktionalisierte Oberfläche dementsprechend besonders geeignet für den Einsatz in medizinischen Geräten, die einen optischen Zugang in das Körperinnere ermöglichen.
Die Rauigkeit des transparenten Bauelements kann zwischen 0,05pm und 1 ,5pm betragen.
Dadurch kann ein besonders wertiger haptischer Eindruck der Oberfläche erzeugt werden.
Die Oberflächenrauigkeit kann hierbei definiert sein als peak-to-valley Wert, sprich als die Distanz der höchsten Erhebung zur niedrigsten Vertiefung. Es kann aber auch sein, dass die Rauigkeit definiert ist als die Standartabweichung der Tiefe der Dimples.
Die Flächenfüllung der Oberfläche mit Dimples kann zwischen 20% und 95% betragen.
Die Flächenfüllung der Oberfläche ist hierbei gegeben durch das Flächenverhältnis aus bearbeiteter Oberfläche durch die Dimples und der Gesamtoberfläche des transparenten Bauteils. Je nach gewünschter Rauhigkeit oder Funktionalisierung kann die Flächenfüllung der Oberfläche angepasst werden.
Insbesondere können bei der Bearbeitung der Oberfläche die Dimples auch sukzessive oder in mehreren Überfahrten eingebracht werden, wobei die Flächenbelegung sukzessive erhöht wird, wobei ein Verzerren oder Verschmieren der Dimples reduziert wird.
Insbesondere können mindestens zwei Dimples räumlich überlappen. Räumlich überlappen kann bedeuten, dass sich die Dimples am Rand berühren, oder dass die Dimples flächig teilweise übereinander liegen, also eine flächige Schnittmenge der Dimples existiert.
Die LIPSS können die Dimples zu weniger als 90% bedecken.
Beispielsweise können die LIPSS in dem Dimple zentriert sein. Beispielsweise kann ein Dimple einen Durchmesser von 10pm aufweisen, wohingegen die LIPSS nur in einem Flächenbereich mit einem Durchmesser von 9pm anzutreffen sind.
Es ist aber auch möglich, dass zwei oder mehrere Dimples überlappen und lediglich in dem räumlichen Überlapp LIPSS geformt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das transparente Bauteil Dimples auf, wobei die Dimpels eine Tiefe zwischen 100nm und 2000nm, einen Durchmesser zwischen 3pm und 25pm und eine Größenvariation zum Durchmesser zwischen 5% und 80% aufweisen, wobei die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen eine Periodizität zwischen 40nm und 1000nm aufweisen und die Rauigkeit der funktionalisierten Oberfläche zwischen 0,05 und 1 ,5pm beträgt, wobei die Flächenfüllung mit Dimples zwischen 20% und 95% beträgt und wobei die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen die Dimple zu weniger als 90% bedecken.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das transparente Bauteil Dimples auf, wobei die Dimpels eine Tiefe zwischen 200nm und 1000nm, einen Durchmesser zwischen 3pm und 10pm und eine Größenvariation zum Durchmesser zwischen 5% und 80% aufweisen, wobei die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen eine Periodizität zwischen 50 und 300pm aufweisen und die Rauigkeit der funktionalisierten Oberfläche zwischen 0,05 und 1 ,5pm beträgt, wobei die Flächenfüllung mit Dimples zwischen 20% und 95% beträgt und die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen die Dimple zu weniger als 90% bedecken.
In einerweiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Dimples einen Durchmesser zwischen 13pm und 20pm auf, wobei die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen eine Periodizität zwischen 650nm und 1000nm aufweisen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende
Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 ein Rasterelektronenmikroskopbild eines Dimples mit LIPSS; Figur 2 ; ein Rasterelektronenmikroskopbild zweier überlappender Dimples mit LIPSS; und
Figur 3 eine schematische Darstellung des räumlichen Überlapps zweier Dimples mit LIPSS; und
Figur 4 eine schematische Darstellung der räumliche Überlapps zweier Dimples mit LIPSS im Überlapp.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In Figur 1 ist ein Rasterelektronenmikroskopbild eines Dimples 2 mit LIPSS 3 auf einem transparenten Bauteil 1 gezeigt. Der Dimple 2 hat einen Durchmesser von 25pm und eine Tiefe von 200nm. Zudem befinden sich in dem Dimple 2 LIPSS 3, die als wellenförmiges Muster zu erkennen sind. Solche Dimples 2 können beispielsweise erzeugt werden, wenn mindestens zwei Laserpulse, beispielsweise zwei Laserpulse eines Burts, nacheinander auf dieselbe Stelle des Bauteils 1 abgegeben werden.
In Figur 2 ist ein Rasterelektronenmikroskopbild zweier überlappender Dimples 2 gezeigt, wobei jeder Dimple 2 für sich bereits LIPSS 3 aufweist. In dem Überlapp 30 der beiden Dimples 2 verstärken sich die Dimples 2, sprich es kommt zu einer Variation der Tiefe. Zudem überlappen auch die LIPSS 3, so dass sich hier gewissermaßen durch räumliche Addition des wellenförmigen Musters eine Variation der LIPSS ergibt. Dadurch kann die Funktionalisierung der Oberfläche besonders fein eingestellt werden.
In Figur 3 ist eine schematische Darstellung zweier Dimples 2 gezeigt. Die Dimples 2 weisen beispielsweise eine unterschiedliche Größe von 25pm und 15pm auf. Beide Dimples 2 werden beispielsweise mit je zwei Laserpulsen eines Laserbursts erzeugt, so dass im Inneren der Dimples 2 LIPSS 3 erzeugt werden (siehe Figur 2). Die LIPSS überlappen in dem räumlichen Überlapp 30 der Dimples 2 und können sich somit verstärken.
In Figur 4 ist eine schematische Darstellung zweier Dimples 2 gezeigt, die je aus einem Laserpuls erzeugt wurden. Ein erster Laserpuls hat demnach einen ersten Dimple 2 erzeugt, während ein zweiter Laserpuls einen zweiten Dimple 2 erzeugt hat. Im räumlichen Überlapp der Dimples 2 kann der zweite Laserpuls dann mit dem plasmonischen Zustand durch den ersten Laserpuls wechselwirken. Demnach können nur in dem Überlapp entsprechende LIPSS entstehen. Die Dimples 2 und LIPSS 3 erzeugen beispielsweise vorteilhafte optische und tribologische Eigenschaften der Oberfläche des transparenten Bauteils.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezuqszeichenliste
1 transparentes Bauteil
2 Dimple
3 LIPSS 30 Überlapp

Claims

Ansprüche
1. Transparentes Bauteil (1) mit einer funktionalisierten Oberfläche, wobei die Oberfläche Dimples (2) und laserinduzierte periodische Oberflächenstrukturen (3) aufweist und durch die Dimples (2) und die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (3) funktionalisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimples (2) und die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (3) räumlich überlappen und dass die Dimples (2) eine Tiefe zwischen 100nm und 2000nm aufweisen.
2. Transparentes Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dimples (2) eine Tiefe zwischen 200nm und 1000nm aufweisen.
3. Transparentes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimples (2) einen Durchmesser zwischen 3pm und 30pm aufweisen, bevorzugt einen Durchmesser zwischen 3pm und 10pm aufweisen.
4. Transparentes Bauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimples (2) eine Größenvariation zum Durchmesser zwischen 5% und 80% aufweisen.
5. Transparentes Bauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (3) eine Periodizität zwischen 40nm und 1000nm aufweisen, bevorzugt eine Periodizität zwischen 50nm und 300nm aufweisen.
6. Transparentes Bauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauigkeit der funktionalisierten Oberfläche zwischen 0,05 und 1 ,5pm beträgt.
7. Transparentes Bauteil nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenfüllung mit Dimples (2) zwischen 20% und 95% beträgt.
8. Transparentes Bauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimples (2) zufällig auf der Oberfläche angeordnet sind.
9. Transparentes Bauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Dimples räumlich überlappen. Transparentes Bauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (3) die Dimple (2) zu weniger als 90% bedecken.
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