EP4584223A1 - Transparentes bauteil mit einer funktionalisierten oberfläche - Google Patents

Transparentes bauteil mit einer funktionalisierten oberfläche

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EP4584223A1
EP4584223A1 EP23764599.9A EP23764599A EP4584223A1 EP 4584223 A1 EP4584223 A1 EP 4584223A1 EP 23764599 A EP23764599 A EP 23764599A EP 4584223 A1 EP4584223 A1 EP 4584223A1
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EP
European Patent Office
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dimples
transparent component
laser
transparent
functionalization
Prior art date
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Pending
Application number
EP23764599.9A
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English (en)
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Inventor
Felix Zimmermann
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Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP4584223A1 publication Critical patent/EP4584223A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0025—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
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    • B23K2103/56—Inorganic materials other than metals or composite materials being semiconducting

Definitions

  • the present invention relates to a transparent component with a functionalized surface.
  • Dimples are suitable for functionalizing the surfaces of components, whereby optical properties and tribological properties in particular can be influenced.
  • 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 feel or roughness can be adjusted by the type and shape of the dimples, as well as the distribution of the dimples on the surface of the component. But it is also possible to adjust the scattering of the light and thus the optical properties of the material.
  • the dimples can be randomly arranged on the surface.
  • a random arrangement can occur if the spatial distances between the dimples are of a random size.
  • the spatial distances result from the center distances or the minimum distances from dimple edge to dimple edge.
  • the spatial distribution of the dimples, including the size of the dimples results in a spatial frequency distribution of the dimples via a Fourier transformation. The more irregular the distances between the dimples are, the larger the bandwidth of the spatial frequency distribution and the more diffusely an incident light beam is reflected by the transparent component.
  • randomly arranged can mean that the dimples are randomly distributed in the spatial frequency space.
  • a moiré effect can be avoided with the transparent component, for example if the material is arranged over a display panel with an underlying pixel grid.
  • the moiré effect typically occurs when the pixel period of the display panel is of the order of the period of the dimple array. By arranging the dimples randomly on the surface of the material, a moiré effect can be avoided since the pixel period does not produce a beat with a dimple period.
  • the direct reflection is, for example, zero-order diffraction at the dimples on the surface of the transparent component.
  • the direct reflection is suppressed if less than 90%, preferably less than 70%, particularly preferably less than 50% of the incident light is reflected at the reflection angle according to Snell's law of refraction.
  • the sparkle of the surface with the anti-glare functionalization can be less than 5%.
  • Sparkle describes an optical effect that is noticeable as glittering or sparkling of the transparent component when light is reflected from the surface of the component or is transmitted through the transparent component.
  • the appearance depends heavily on the chosen angle of incidence of the light and the observation angle.
  • the sparkle is therefore a measure of the irregular intensity and color fluctuations.
  • the sparkle can, for example, be quantified as the intensity modulation of the light by the sparkle, i.e. in particular the increase in intensity or the reduction in intensity with uniform illumination.
  • the transparent component is arranged, for example, over a display with a particularly high resolution, it is advantageous to reduce the size of the dimples in order to ensure a low sparkle.
  • the size of the dimples can be smaller than the size of the pixels.
  • the Distinctness of Image describes the image sharpness and quantifies the deviation of the theoretical light propagation due to the scattering of the light at the dimples.
  • a high DOI means in particular a high image sharpness.
  • the scattering of the light on the dimples influences both the transmission and the reflection of the light on or through the surface. With a low DOI, there is a large scattering of the light, while with a high DOI, there is a small scattering of the light, thus enabling a high level of image sharpness.
  • the DOI therefore scales inversely with the scattering or diffusion.
  • the DOI can also be set via the so-called area coverage of the surface with dimples (see below).
  • Diffusion is a measure of the scattering strength of the material.
  • the diffusion also depends on the shape and nature of the individual dimples, so that the diffusion can be adjusted via the beam shape of the laser beam and the size and depth of the dimples.
  • the dimples can have a diameter between 3pm and 30pm, preferably between 3pm and 10pm.
  • the dimples can also have a diameter between 13 and 20pm.
  • the dimples can have a size variation of between 5% and 80% in diameter.
  • the size variation can be 50% and the diameter of the dimples can be 20pm. Then the dimples on the surface can be present with diameters between 10pm and 30pm. The sparkle, DOI and diffusion can be adjusted via the diameter of the dimples.
  • At least two dimples can overlap spatially.
  • Spatially overlapping can mean that the dimples touch each other at the edge, or that the dimples are partially on top of each other, i.e. there is a flat intersection of the dimples.
  • the sparkle of the surface with the anti-glare functionalization is less than 5%, the distinctiveness of image is more than 70% and the diffusion is more than 22%, with the dimples having a depth between 100nm and 2000nm and a diameter between 3pm and 30pm and a size variation in diameter between 5% and 80%, the roughness of the functionalized surface being between 0.05 and 1.5pm and the surface filling with dimples being between 20% and 95%.
  • the sparkle of the surface with the anti-glare functionalization is less than 5%, the distinctiveness of image is more than 70% and the diffusion is more than 22%, with the dimples having a depth between 200nm and 1000nm and a diameter between 3pm and 10pm and a size variation in diameter between 5% and 80%, the roughness of the functionalized surface being between 0.05 and 1.5pm and the surface filling with dimples being between 20% and 95%.
  • the transparent component is arranged on the back of a smart device and gives the back a particularly high-quality and non-slip surface quality due to its matt surface and its roughness caused by the dimples.
  • the transparent component can be arranged over a pixel matrix of a display of a smart device, with the dimples being smaller than the pixels.
  • the transparent component can be arranged above the active matrix of a display panel, the active matrix having electronically controllable pixel points which together form the image of the display.
  • the transparent component can accordingly protect and cover the underlying active matrix from mechanical influences.
  • Figure 1 shows a microscopic image of a transparent component with anti-glare functionalization
  • Figure 2 shows a confocal microscope image of a transparent component with anti-glare functionalization.
  • Figure 1 shows a microscope image of a transparent component 1 with a surface functionalized by dimples 2, the functionalization being an anti-glare functionalization.
  • dimples 2 were impressed on the surface of the transparent component 1 by corresponding laser pulses of a laser, for example by two laser pulses of a laser pulse.
  • the dimples 2 are noticeable as round to oval ablated defects in the surface of the transparent component.
  • each dimple 2 can be generated individually by two laser pulses of a laser burst.
  • the transparent material of the component 1 can be, for example, sapphire or quartz glass.
  • the dimples 2 are arranged randomly on the component, whereby the dimples 2 can also partially overlap or be adjacent to one another.
  • the dimples 2 in an irregular pattern to the surface of the transparent component 1, in particular the direct reflection of an incident light beam can be suppressed, since the incident light beam is refracted by the dimples 2 into a large number of partial beams and reflected away.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein transparentes Bauteil (1) mit einer funktionalisierten Oberfläche, wobei die Oberfläche Dimples (2) aufweist und dadurch funktionalisiert ist, wobei die Funktionalisierung der Oberfläche eine Antiglarefunktionalisierung ist und die Flächenfüllung mit Dimples (2) zwischen 20% und 95% beträgt.

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 werden Dimples genannt.
Dimples eignen sich hierbei zur Funktionalisierung von Oberflächen von Bauteilen, wobei insbesondere optische Eigenschaften und tribologische Eigenschaften beeinflusst werden können.
Bei der Bearbeitung eines Materials mit einem gepulsten Laser entstehen jedoch häufig regelmäßige Strukturen, beispielsweise durch eine Schwebung zwischen der Repetitionsrate des Lasersystems und weiteren Prozessparametern wie der Vorschubgeschwindigkeit und der Anzahl der Wiederholungen an Materialüberfahrten. Solche regelmäßigen Strukturen können beispielsweise zu Interferenzeffekten führen, die den optischen Eindruck des bearbeiteten Materials stören.
Aus der EP 3 613 228 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Laserschneiden, insbesondere zum Laserschneiden von Stents bekannt.
Aus der DE 10 2017 006 358 A1 ist ein Verfahren zur Strukturierung einer Substratoberfläche bekannt.
Aus der US 2018/0207748 A1 ist ein Bearbeitungsprozess mit einer Zufallstriggerfunktion für einen Ultrakurzpulslaser 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 aufweist und die Oberfläche dadurch funktionalisiert ist. Erfindungsgemäß ist die Oberflächenfunktionalisierung eine Antiglarefunktionalisierung.
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 Lasers ist.
Hergestellt werden können die Dimples 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 über eine nichtlineare Wechselwirkung in das Material eingebracht werden können. Zudem kann durch die kurze Pulsdauer eine ungewollte Erwärmung des Materials vermieden werden, die zu unerwünschten Materialspannungen führen kann. Zudem kann der Laser eine lineare Polarisation aufweisen, beispielsweise kann der Polarisationsgrad des Laserstrahls mehr als 80%, bevorzugt mehr als 95% betragen. Der Laserstrahl kann aber auch eine zirkulare oder elliptische Polarisation aufweisen.
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 Isointenistätsfläche 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 reduzieren.
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.
Eine Antiglarefunktionalisierung kann dann darin bestehen, dass ein einfallender Lichtstrahl nicht nur unter dem Ausfallwinkel gemäß dem Snellius’schen Brechnungsgesetz von der Oberfläche reflektiert wird. Es kann insbesondere auch sein, dass der einfallende Lichtstrahl unter anderen Winkeln von der Oberfläche wegreflektiert oder gestreut wird. Insbesondere wird dadurch der einfallende Lichtstrahl in verschiedene Raumrichtungen geleitet, so dass kein scharfer Reflex entsteht, in dem Sinne, dass unter einem bestimmten Ausfallswinkel die gesamte Energie des einfallenden Lichtstrahls detektiert werden kann. Vielmehr wird die Energie des einfallenden Lichts auf einen Raumbereich verteilt, so dass die Energie des einfallenden Lichtstrahls in einem Ausfallswinkelbereich detektiert werden kann.
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.
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.
Beispielsweise kann mit dem transparenten Bauteil ein Moire-Effekt vermieden werden, etwa wenn das Material über einem Displaypanel mit einem unterliegenden Pixelraster angeordnet wird. Der Moire-Effekt tritt typischerweise auf, wenn die Pixelperiode des Displaypanels in der Größenordnung der Periode der Dimpleanordnung ist. In dem die Dimples zufällig auf der Oberfläche des Materials angeordnet sind, kann ein Moire-Effekt vermieden werden, da die Pixelperiode keine Schwebung mit einer Dimpleperiode erzeugt.
Die funktionalisierte Oberfläche kann so ausgebildet sein, dass sie die direkte Reflexion reduziert.
Die direkte Reflexion ist beispielsweise eine Beugung nullter Ordnung an den Dimples der Oberfläche des transparenten Bauteils. Die direkte Reflexion ist unterdrückt, wenn unter dem Reflexionswinkel nach dem Snellius'schen Brechungsgesetz weniger als 90%, bevorzugt weniger als 70% besonders bevorzugt weniger als 50% des einfallenden Lichts reflektiert wird.
Der Sparkle der Oberfläche mit der Antiglarefunktionalisierung kann weniger als 5% betragen.
Sparkle beschreibt einen optischen Effekt, der sich als Glitzern oder Funkeln des transparenten Bauteils bemerkbar macht, wenn Licht von der Oberfläche des Bauteils reflektiert wird oder durch das transparente Bauteil transmittiert wird. Die Erscheinung ist hierbei stark von den gewählten Auftreffwinkeln des Lichts und vom Beobachtungswinkel abhängig. Der Sparkle ist somit ein Maß für die irregulären Intensitäts- und Farbschwankungen. Der Sparkle kann beispielsweise quantifiziert werden als die Intensitätsmodulation des Lichts durch den Sparkle, also insbesondere den Intensitätshub oder die Intensitätsverringerung bei einer gleichförmigen Beleuchtung.
Durch eine Antiglarefunktionalisierung lässt sich ein solches Funkeln unterdrücken und die Transmission und Reflexion homogenisieren.
Wenn das transparente Bauteil beispielsweise über einem Display mit einer besonders hohen Auflösung angeordnet wird, so ist es vorteilhaft die Größe der Dimples zu reduzieren, um einen geringen Sparkle sicherzustellen. Insbesondere kann die Größe der Dimples kleiner als die Größe der Pixel sein.
Die Distinctness of Image kann mehr als 70% betragen.
Die Distinctness of Image (DOI) beschreibt die Bildschärfe und quantifiziert die Abweichung der theoretischen Lichtausbreitung durch die Streuung des Lichts an den Dimplen. Eine hohe DOI bedeutet insbesondere eine hohe Bildschärfe. Die Streuung des Lichts an den Dimples beeinflusst hierbei sowohl die Transmission als auch die Reflexion des Lichts an oder durch die Oberfläche. Bei einer geringen DOI erfolgt hierbei eine große Streuung des Lichts, während bei einer hohen DOI eine geringe Streuung des Lichts erfolgt und somit eine hohe Bildschärfe ermöglicht wird. Die DOI skaliert daher invers mit der Streuung beziehungsweise der Diffusion. Insbesondere kann die DOI auch über die sogenannte Flächenbelegung der Oberfläche mit Dimples eingestellt werden (siehe unten).
Die Diffusion kann mehr als 22% betragen.
Die Diffusion ist hierbei ein Maß für dir Streustärke des Materials. Insbesondere hängt die Diffusion auch von der Form und der Beschaffenheit der einzelnen Dimples ab, so dass die Diffusion über die Strahlform des Laserstrahls und die Größe und Tiefe der Dimples eingestellt werden kann.
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. Über die Tiefe der Dimples kann jedoch auch der Sparkle, die DOI und die Diffusion eingestellt werden. Die Dimples können einen Durchmesser zwischen 3pm und 30pm aufweisen, bevorzugt zwischen 3pm und 10pm aufweisen. Die Dimples können aber auch einen Durchmesser zwischen 13 und 20pm aufweisen.
Über den Durchmesser der Dimples kann besonders einfach der Sparkle, die DOI und die Diffusion eingestellt werden.
Insbesondere kann durch den Durchmesser der Dimples die Antiglarefunktionalisierung für eventuell unterliegende optische Strukturen, beispielsweise Pixel von Displays optimiert 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. Über den Durchmesser der Dimples kann der Sparkle, die DOI und die Diffusion eingestellt werden.
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 Rauigkeit oder angestrebter Diffusion des transparenten Bauteils 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.
In einer bevorzugten Ausführungsform des transparenten Bauteils beträgt der Sparkle der Oberfläche mit der Antiglarefunktionalisierung weniger als 5%, die Distinctness of Image mehr als 70% und die Diffusion mehr als 22% , wobei die Dimples eine Tiefe zwischen 100nm und 2000nm, einen Durchmesser zwischen 3pm und 30pm und eine Größenvariation zum Durchmesser zwischen 5% und 80% aufweisen, wobei die Rauigkeit der funktionalisierten Oberfläche zwischen 0,05 und 1 ,5pm beträgt und die Flächenfüllung mit Dimples zwischen 20% und 95% liegt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des transparenten Bauteils beträgt der Sparkle der Oberfläche mit der Antiglarefunktionalisierung weniger als 5%, die Distinctness of Image mehr als 70%und die Diffusion mehr als 22%, wobei die Dimples eine Tiefe zwischen 200nm und 1000nm, einen Durchmesser zwischen 3pm und 10pm und eine Größenvariation zum Durchmesser zwischen 5% und 80% aufweisen, wobei die Rauigkeit der funktionalisierten Oberfläche zwischen 0,05 und 1 ,5pm beträgt und die Flächenfüllung mit Dimples zwischen 20% und 95% liegt.
Das transparente Bauteil kann ein Deck- oder Schutzteil eines Smart Devices sein.
Insbesondere könnten sogenannte Smart Devices elektronische Geräte sein, die berührungsempfindlich sind und durch Fingergesten gesteuert werden können, beispielsweise Smartwatches, Smartphones, Tablets, aber auch Bildanzeigegeräte in Autos etc. Allgemein sind Bildschirme und Displays von Smart Devices umfasst.
Es kann aber auch sein, dass das transparente Bauteil auf der Rückseite eines Smart Devices angeordnet ist und der Rückseite durch seine mattierte Oberfläche und seine Rauheit durch die Dimples eine besonders wertige und rutschfeste Oberflächenbeschaffenheit verleiht.
Das transparente Bauteil kann über einer Pixelmatrix eines Displays eines Smart Devices angeordnet sein, wobei die Dimples kleiner als die Pixel sind.
Beispielsweise kann das transparente Bauteil über der Aktivmatrix eines Displaypanels angeordnet sein, wobei die Aktivmatrix elektronisch ansteuerbare Pixelpunkte aufweist, die zusammen das Bild des Displays formen. Das transparente Bauteil kann die unterliegende Aktivmatrix dementsprechend vor mechanischen Einflüssen schützen und abdecken.
Indem die Dimplegröße, insbesondere der Dimpledurchmesser, kleiner als die Pixelgröße ist, kann insbesondere ein Moire- Effekt vermieden werden. Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine mikroskopische Aufnahme eines transparenten Bauteils mit Antiglarefunktionalisierung; und
Figur 2 eine konfokale Mikroskopaufnahme eines transparenten Bauteils mit Antiglarefunktionalisierung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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.
Figur 1 zeigt eine Mikroskopaufnahme eines transparenten Bauteils 1 mit einer durch Dimples 2 funktionalisierten Oberfläche, wobei die Funktionalisierung eine Antiglarefunktionalisierung ist. Der Oberfläche des transparenten Bauteils 1 wurden durch entsprechende Laserpulse eines Lasers, beispielsweise durch zwei Laserpulse eines Laserpulses, sogenannte Dimples 2 aufgeprägt. Die Dimples 2 machen sich als runde bis ovale ablatierte Fehlstellen in der Oberfläche des transparenten Bauteils bemerkbar. Insbesondere kann jeder Dimple 2 einzeln durch je zwei Laserpulse eines Laserbursts erzeugt werden.
Das transparente Material des Bauteils 1 kann beispielsweise Saphir oder Quarzglas sein.
Wie in Figur 1 zu sehen, sind die Dimples 2 zufällig auf dem Bauteil angeordnet, wobei die Dimples 2 auch teilweise überlappen oder aneinander anschließend vorliegen können. Indem die Dimples 2 in einem unregelmäßigen Muster auf die Oberfläche des transparenten Bauteils 1 aufgebracht werden, kann insbesondere die direkte Reflexion eines einfallenden Lichtstrahls unterdrückt werden, da der einfallende Lichtstrahl durch die Dimples 2 in eine Vielzahl von Teilstrahlen gebrochen und wegreflektiert wird.
Durch eine solche Modifikation der Oberfläche durch die Dimples 2 kann der Sparkle der Oberfläche mit der Antiglarefunktionalisierung weniger als 5% betragen, die Distinctness of Image mehr als 70% betragen, und die Diffusion mehr als 22% betragen. In dem bemaßten konfokalen Mikroskopbild der Figur 2 ist dasselbe transparente Bauteil 1 gezeigt. Die Dimples weisen eine Tiefe zwischen 100nm und 2000nm auf, beispielsweise 500nm. Die Dimples weisen zudem einen Durchmesser zwischen 3pm und 30pm auf, beispielsweise 20pm. Die Dimples weisen zudem eine Größenvariation zum Durchmesser zwischen 5% und 80% auf, beispielsweise 10%. Zudem beträgt die Flächenfüllung der Oberfläche mit den Dimples 2 zwischen 20% und 95% beispielsweise 30%.
Über diese Werte lassen sich die Parameter für Sparkle, DOI und Diffusion besonders einfach einstellen.
Beispielsweise kann das transparente Bauteil 1 auf dem Displaypanel eines Smart Devices angeordnet werden, so dass das transparente Bauteil 1 als Schutz- oder Deckschicht fungiert. Insbesondere kann dadurch auch die haptische Wertigkeit durch die Rauigkeit des transparenten Bauteils durch die Dimplegröße eingestellt werden. Zudem kann durch die eine zufällige Anordnung der Dimples 2 und/oder eine Dimplegröße, die geringer als die Pixelgröße ist, das Ausbilden eines Moire-Effekts vermieden werden (nicht gezeigt). 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

Claims

Ansprüche
1 . Transparentes Bauteil (1) mit einer funktionalisierten Oberfläche, wobei die Oberfläche Dimples (2) aufweist und dadurch funktionalisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalisierung der Oberfläche eine Antiglarefunktionalisierung ist und dass die Flächenfüllung mit Dimples (2) zwischen 20% und 95% beträgt.
2. Transparentes Bauteil (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dimples (2) zufällig auf der Oberfläche angeordnet sind.
3. Transparentes Bauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche die direkte Reflexion reduziert.
4. Transparentes Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sparkle der Oberfläche mit der Antiglarefunktionalisierung weniger als 5% beträgt.
5. Transparentes Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Distinctness of Image mehr als 70% beträgt.
6. Transparentes Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusion mehr als 22% beträgt.
7. Transparentes Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimples (2) eine Tiefe zwischen 100nm und 2000nm aufweisen, bevorzugt eine Tiefe zwischen 200nm und 1000nm aufweisen.
8. Transparentes Bauteil (1) nach einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimples (2) einen Durchmesser zwischen 3pm und 30pm aufweisen, bevorzugt einen Durchmesser zwischen 3pm und 10pm aufweisen.
9. Transparentes Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimples (2) eine Größenvariation zum Durchmesser zwischen 5% und 80% aufweisen. Transparentes Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauigkeit der funktionalisierten Oberfläche zwischen 0,05 und 1 ,5pm beträgt. Transparentes Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Dimples räumlich überlappen. Transparenten Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Bauteil ein Deck- oder Schutzteil eines Smart Devices ist. Transparentes Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Bauteil über einer Pixelmatrix eines Displays eines Smart Devices angeordnet ist, wobei die Dimples (2) kleiner als die Pixel sind.
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