LU102920B1

LU102920B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Laserinterferenzstrukturierung von Substraten mit periodischen Punktstrukturen für Antireflexionseigenschaften

Info

Publication number: LU102920B1
Application number: LU102920A
Authority: LU
Inventors: Tim Kunze; Sabri Alamri
Original assignee: Fusion Bionic Gmbh
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2023-10-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Strukturierung von Substraten mit periodischen Punktstrukturen im Mikro- oder Submikrometerbereich, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Strukturierung von Oberflachen und dem Inneren eines transparenten Substrats mittels Laserinterferenzstrukturierung. Die derart erzeugte Strukturierung mit periodischen Punktstrukturen im Mikro- oder Submikrometerbereich zeichnet sich durch eine ausgepragte Antireflexionseigenschaft aus. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein strukturiertes Substrat mit Antireflexionseigenschaften, das eine periodische Punktstruktur umfasst.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Laserinterferenzstrukturierung von Substraten mit periodischen LU102920

Punktstrukturen für Antireflexionseigenschaften

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Strukturierung von Substraten, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Strukturierung von Oberflächen und dem Inneren eines transparenten Substrats mittels Laserinterferenzstrukturierung. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein strukturiertes Substrat — beispielhaft sind hier flächige

Substrate, insbesondere sog. Antireflexionsverglasung genannt — mit

Antireflexionseigenschaften, das eine periodische Punktstruktur umfasst.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Behandlung von Oberflächen bekannt, mit denen die Oberfläche von transparenten Substraten, insbesondere Glas, aber auch festen

Polymeren, so verändert werden kann, dass die Reflexion des Substrates verringert werden kann. Typische Verfahren bringen hierzu ein zusätzliches Material auf die Oberfläche des zu entspiegelnden Substrats auf (sog. Struktur- oder Schicht-aufbauende Verfahren), wobei sich der Brechungsindex der verschiedenen Materialien unterscheidet.

In US8557877B2 wird beispielsweise ein mögliches Schicht-aufbauendes Verfahren erläutert. Dabei wird eine Beschichtungslösung aus mindestens zwei chemischen

Ausgangsmaterialien erzeugt, anschließend deren pH-Wert reduziert und dann optional mit einer weiteren Lösung verdünnt, bevor die Beschichtung auf das gewünschte Substrat aufgetragen wird. Bei dieser Art von Beschichtungsverfahren werden verschiedene chemische Substanzen mit oftmals geringer Umweltverträglichkeit verwendet, deren

Entsorgung und Handling kostenintensiv und aufwändig ist.

Dieser Art von Verfahren liegt eine Verminderung des Reflexionsgrades durch destruktive

Interferenz zugrunde. Dabei muss der Brechungsindex des Materials, das für die

Beschichtung verwendet wird, auf das zu beschichtende Substrat und das Medium, das sich vor dem Substrat befindet (in der Regel Luft), abgestimmt werden. Da nicht jedes

Beschichtungsmaterial auf die gleiche Weise verarbeitet werden kann, ist es nach einem solchen Verfahren erforderlich, unterschiedliche Prozesse für die Beschichtung unterschiedlicher Substratmaterialien zu verwenden.

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In US10459125B2 wird daher ein Verfahren beschrieben, bei dem auf einem Substrat eine LU102920 sog. Mottenaugenstruktur chemisch generiert wird, indem auf das Substrat ein Polymerfilm aufgetragen wird. Diese Art von Struktur ist dem Prinzip des Mottenauges nachempfunden, auf dessen Oberfläche sich regelmäßig angeordnete Nanostrukturen finden, deren _ Dimensionen kleiner sind als die Wellenlänge des auf sie eintreffenden Lichts. Dadurch wird eine Schicht mit abgestuftem Brechungsindex am Übergang vom Medium, das sich vor dem

Substrat befindet, und dem Substrat selbst erzeugt, welche die Reflexion erheblich vermindert.

Ein so erzeugter Film kann unabhängig vom zu beschichtenden Substrat verwendet werden, da die Reduktion der Reflexion nicht vom Brechungsindex des Materials, das für die

Beschichtung verwendet wird, abhängt. Allerdings basiert die Beschichtungsmethode nach wie vor auf chemischen Substanzen mit den oben bereits genannten Nachteilen.

Zusätzlich ist eine so erzeugte Beschichtung anfällig für mechanische Beanspruchung (Abrieb, Stöße, etc.) und altert dementsprechend schnell. Nach einiger Zeit löst sich die

Beschichtung daher häufig vom Substrat und/oder verliert ihre reflexionsvermindernden

Eigenschaften.

In WO 2019/166836 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Antireflexionsstruktur erläutert, bei dem mittels eines Lasers die Oberfläche eines Substrates in der Form bearbeitet wird, dass sie Antireflexionseigenschaften erhält. Hierbei wird mit einem fokussierten Laserstrahl das Substratmaterial modifiziert und dadurch eine Nanostruktur durch Selbstorganisationsprozesse unter Ausnutzen von laser-induzierten periodischen

Oberflächenstrukturen (engl. Laser-induced Periodic Surface Structures — LIPSS) erzeugt.

Durch die geeignete Auswahl von Laserfluenz und Überlagerung der Strahlbrennpunkte auf der Substratoberfläche kann eine sich quasi-periodisch wiederholende Strukturierung generiert werden. Somit erhält man eine Antireflexionsoberfläche. Es werden keine

Chemikalien benötigt und eine große Bandbreite von Substratmaterialien kann auf diese

Weise bearbeitet werden.

Dieses Verfahren arbeitet jedoch sukzessiv und ist bedingt durch den zugrundeliegenden

Selbstorganisationsprozess der LIPSS zeitaufwändig. Eine flächige Nanostrukturerzeugung in einem Schritt ist nicht möglich, da die LIPSS sich nur durch wiederholtes Bearbeiten nahe liegender Flächenbereiche auspragen. Außerdem hängt die Regelmäfigkeit der Struktur von den konkreten Prozess- bzw. Umgebungsbedingungen ab, so dass Abweichungen im

Oberflachenzustand (Material leicht unterschiedlich, mikroskopische Verschmutzungen) zu veränderten Ergebnissen führen kann.

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In EP2431120A1 wird ein Verfahren zur direkten Strukturierung eines dünnen Films LU102920 offenbart, bei dem mittels interferierender Laserstrahlen periodische Strukturen in dünnen

Metallfilmen erzeugt werden können. Hierbei werden mehrere gepulste Laserstrahlen auf den dünnen Film gelenkt, wobei diese in einem Interferenzbereich interferieren, sodass in den Bereichen hoher Intensität das Material des dünnen Films verdampft wird. Das

Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die so entstehende Struktur durch die

Einstellung der Intensität der Laserstrahlen oder der Verschiebung des Films in z-Richtung (also in Richtung der einfallenden Laserstrahlen oder von ihnen weg) verändert werden kann. Über zusätzliche optische Elemente wird ein Phasenunterschied zwischen den

Laserstrahlen erzeugt, die das Interferenzmuster beeinflussen. Die einfallenden

Laserstrahlen werden durch ein Fokussierelement auf die Oberfläche des dünnen Films fokussiert und dabei verkleinert, sodass sich Bereiche hoher Intensität ergeben, in denen das Material des dünnen Films verdampft wird.

Dieses Verfahren benôtigt eine Môglichkeit, die Intensität der einfallenden Laserstrahlen zu modifizieren. Dies kann entweder über die Festlegung auf eine bestimmte

Laserstrahlungsquelle oder eine Einheit zur Kontrolle der Intensität des Laserstrahls geschehen. Die Intensität muss abhängig von der Verdampfungsschwelle des Materials des dünnen Films eingestellt werden. Dies bedeutet, dass für unterschiedliche Materialien unterschiedliche Laserstrahlungsquellen verwendet werden müssen, oder ein zusätzliches

Element zur Intensitatskontrolle benötigt wird. Eine Verschiebung der optischen Elemente ermöglicht keine Kontrolle des entstehenden Interferenzmusters. Bei der Bearbeitung von

Materialien mit einer hohen Verdampfungsschwelle ist zudem die Beschädigung der optischen Elemente im Strahlengang des Lasers denkbar.

Aufgabe

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit welchen ohne die Verwendung von umweltschädlichen Chemikalien eine direkte Strukturierung von Oberflächen, bspw. transparenten und/oder flächigen Oberflächen erzeugt werden kann, die dem Material antireflektierende Eigenschaften verleiht.

Dabei ist es darüber hinaus Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst robuste

Strukturierung zu erzeugen, die nicht durch Inanspruchnahme des transparenten Substrats ihre Wirksamkeit verliert. Außerdem sollte die Strukturierung von flächigen Proben innerhalb von kurzer Zeit durchführbar sein.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Strukturierung mittels

Laserinterferenz bereitzustellen, welches unabhängig von der Intensität der

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Laserstrahlungsquelle ist. Das Verfahren soll derart eingerichtet sein, dass auch bei hohen = LU102920

Intensitäâten auf dem zu strukturierenden Substrat keine Beschädigung der optischen

Elemente eintritt.

Lösung

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche die

Strukturierung von Substraten, bspw. flächigen und/oder transparenten Substraten mittels

Laserinterferenzstrukturierung ermôglicht. Mittels dieser Vorrichtung kônnen auf der

Oberfläche oder im Inneren transparenter Substrate periodische Punktstrukturen mit

Abmessungen im Mikro- und Submikrometer Bereich erzeugt werden, die dem Substrat

Antireflexionseigenschaften (erhöhte Transmission) verleihen.

Die vorliegenden Aufgaben werden erfindungsgemäß mittels einer

Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung zur direkten Laserinterferenzstrukturierung eines

Substrats — beispielhaft sind hierin flächige und/oder transparente Substrate zu nennen — gemäß Anspruch 1 gelöst, umfassend - eine Laserstrahlungsquelle (1) zum Emittieren eines Laserstrahls, - ein Strahlteilerelement (2), das im Strahlengang (3) des Laserstrahls angeordnet ist, - ein Fokussierelement (4), das derart eingerichtet ist, dass dieses die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Volumen eines

Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats (5) in einem

Interferenzbereich interferierbar sind, wobei der Strahlteiler (2) entlang seiner optischen Achse im Strahlengang (3) frei beweglich ist, und wobei der Strahlteiler (2) dazu eingerichtet ist, den einfallenden Laserstrahl, der von der Laserstrahlungsquelle (1) ausgesandt wird, in zumindest 3, vorzugsweise zumindest 4

Teilstrahlen, insbesondere 4 bis 8, also 4, 5, 6, 7, oder 8 Teilstrahlen, aufzuteilen.

Besonders bevorzugt ist der Strahlteiler (2) derart eingerichtet, dass dieser den einfallenden

Laserstrahl in ein geradzahliges Vielfaches, d.h. 4, 6 oder 8 Teilstrahlen, ganz besonders bevorzugt 4 Teilstrahlen aufteilt.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann ein Strahlteiler (2) derart vorgesehen sein, dass dieser einen ersten Strahlteiler und zumindest einen, dem ersten Strahlteiler nachgeordneten weiteren Strahlteiler umfasst, wobei der erste Strahlteiler den einfallenden Laserstrahl in zumindest 2 Teilstrahlen aufteilt und der weitere Strahlteiler in zumindest einem

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Strahlengang eines Teilstrahls angeordnet ist und diesen Teilstrahl beim Durchlaufen in LU102920 zumindest 2 Teilstrahlen aufteilt.

Zur Laserinterferenzstrukturierung des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, wird hierbei der von der Laserstrahlungsquelle emittierte

Laserstrahl durch das Strahlteilerelement (2) in zumindest 3, bevorzugt zumindest 4

Teilstrahlen aufgeteilt. Aus dem Stand der Technik sind lediglich Zweistrahlinterferenzen (d.h. Strukturierung mittels Interferenz von zwei Teilstrahlen) bekannt. Derartige

Zweistrahlinterferenzen erzeugen jedoch nur Linienstrukturen auf dem Substrat.

Im Anschluss werden die Teilstrahlen durch das Fokussierelement (4) so umgelenkt, dass sie auf der Oberfläche oder im Inneren eines Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, in einem Interferenzbereich interferieren.

Dadurch kann eine zweidimensionale, periodische Punktstruktur mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich erzeugt werden, deren Strukturperiode durch die Verschiebung des Strahlteilerelements (2) entlang seiner optischen Achse frei einstellbar ist. Eine flachige

Bearbeitung eines Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, ist môglich.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind der Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Allgemeine Vorteile

Als Vorteil der hierin definierten Vorrichtung kann genannt werden, dass durch diese

Vorrichtung und dem mit ihrer Hilfe realisierbaren Verfahren bei der Strukturierung von

Substraten, insbesondere bei der Erzeugung einer Struktur mit Antireflexionseigenschaften auf die Verwendung von Chemikalien und deren aufwändige Entsorgung verzichtet werden kann. Darüber hinaus kann somit auch auf die Aufreinigung der Substrate verzichtet werden.

Des Weiteren können eine breite Anzahl von Substraten, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substraten, insbesondere transparente Materialien mit der Vorrichtung bearbeitet werden. Da das Verfahren nicht vom Brechungsindex oder der Haftung bestimmter Beschichtungsmaterialien auf dem Substrat abhängig ist, ist dieses Verfahren also flexibler als herkömmliche chemische Verfahren.

Im Vergleich zu WO 2019/166836 A1 ist die Bearbeitungszeit nach diesem Verfahren deutlich geringer, da die Periodizität der Strukturen durch die Interferenz der einfallenden, zumindest 3, vorzugsweise zumindest 4 Teilstrahlen in einem Interferenzbereich

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung gewährleistet wird, und nicht durch zeitintensivere Selbstorganisationsprozesse zustande LU102920 kommt. Zudem ist gegenüber herkömmlichen Verfahren von Vorteil, dass die Form (strukturelle Ausgestaltung; Geometrie) der erzeugten Mikro-/Nanostrukturen kontrolliert werden kann. Durch die Anzahl der interferierenden (Teil-)Strahlen, deren Polarisation, sowie durch die Einstellung der Prozessparameter, können die Strukturen in der Geometrie gesteuert werden und dadurch die Antireflexionseigenschaften gezielt beeinflusst werden.

Ferner ist die Stabilität der so erzeugten periodische Punktstruktur zu erwähnen, die im

Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungen beständiger ist, da sie sich nicht über die Zeit und die einsatzbedingte Materialbeanspruchung vom zu beschichtenden Substrat lösen kann.

Wird die Strukturierung im Volumen, d.h. im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, insbesondere in dem transparenten Material vorgenommen, so ist die entstandene Strukturierung (d.h. die periodische Punktstruktur des strukturierten Substrates) unempfindlicher gegen Stöße und Abrieb als herkömmliche

Beschichtungen. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Strukturierung (hierin auch als Texturierung bezeichnet) im Inneren des Materials (d.h. unterhalb der Oberfläche) nicht zwingend Antireflexionseigenschaften erzeugt. Die Texturierung im Inneren des Materials ist jedoch für andere Anwendungsgebiete interessant, wie Produktschutz, optische

Datenspeicherung, Dekoration, usw.

Von besonderem Vorteil ist, dass durch den hierin offenbarten Aufbau der Vorrichtung bzw. die Anordnung der optischen Komponente Substrate mit sehr hohen Strukturierungsraten von bis zu 0,9 m#min, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 0,9 m2?2/min, besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 0,9 m?/min, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,9 m?/min strukturiert werden können. Dies ist dadurch gewährleistet, dass der Bereich, in dem die zumindest drei Teilstrahlen überlagert werden, durch eine bevorzugte Auswahl optischer Elemente aufgeweitet werden kann, wodurch in einem Bearbeitungsschritt eine große Fläche bestrahlt werden kann. Im Gegensatz zu dem Fachmann bekannten Verfahren wie dem direkten Laserschreiben ist keine starke Fokussierung zum Erzeugen von hochauflösenden Merkmalen notwendig.

Ausführliche Beschreibung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung beschreibt einen Aufbau zur

Laserinterferenzstrukturierung von Substraten, bspw. flächigen und/oder transparenten

Substraten zur Erzeugung eines strukturierten Substrates, umfassend eine periodische

Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich, insbesondere zur Herstellung einer

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Substrates.

Substrat

Im Sinne der Erfindung bezieht sich der Begriff Substrat auf ein Substrat dessen Oberfläche eine Ausdehnung in mehrere Raumrichtungen hat. Es kann sich bei einem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, um ein planares Substrat oder ein gekrümmtes Substrat, beispielsweise ein parabolisches Substrat handeln. Unter flächig ist im

Sinne der Erfindung ferner zu verstehen, dass die Ausdehnung eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, beispielsweise eines planaren Substrates in x und y Richtung, beziehungsweise die Ausdehnung eines gekrümmten Substrates entlang seines Krümmungsradius größer ist als die Ausdehnung des Bereichs, in dem die zumindest drei Teilstrahlen miteinander interferieren.

In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Substrat um ein Substrat, dessen Ausdehnung in x und y Richtung, beziehungsweise dessen Ausdehnung entlang eines Krümmungsradius kleiner oder gleich der Ausdehnung des Bereichs ist, in dem die zumindest drei Teilstrahlen miteinander interferieren. Eine homogene Strukturierung des

Substrats ist in einem Bearbeitungsschritt (während eines Laserpulses) möglich.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Substrat um ein flachiges Substrat, dessen Ausdehnung in x und y Richtung, beziehungsweise dessen

Ausdehnung entlang eines Krümmungsradius größer der Ausdehnung des Bereichs ist, in dem die zumindest drei Teilstrahlen miteinander interferieren. Durch Bewegen des Substrats in der x und y Ebene ist eine flächige, homogene Strukturierung des Substrats in mehreren

Bearbeitungsschritten (mit mehreren Laserpulsen) möglich. Die Bewegung des Substrats kann hierbei durch Rotation oder Translation möglich.

Im Sinne der Erfindung umfasst die Bezeichnung Substrat ein festes Material mit reflektierender Oberfläche. Beispiele für solche Materialien sind Metalle, Polymere,

Keramiken und Gläser.

Hinsichtlich der Substrate, die durch die Applizierung des erfindungsgemäßen

Laserinterferenzstrukturierungsverfahrens mit einer periodischen Punktstruktur mit antireflektierenden Eigenschaften bearbeitet werden können, besteht im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine breite Auswahlmöglichkeit an transparenten und transluzenten aber auch intransparenten Materialien.

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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das flachige Substrat ein LU102920 transparentes Material.

Im Allgemeinen weist das transparente Material eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares

Licht auf, die jedoch je nach Anwendung unterschiedlich ist. Der Transmissionsgrad des transparenten Materials beträgt nicht weniger als 70%, vorzugsweise nicht weniger als 80%, noch bevorzugter nicht weniger als 90%, ohne Abweichung im Spektrum im Bereich des sichtbaren Lichts (Wellenlänge 380 nm bis 780 nm).

Ein transparentes Material umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung transparente

Materialien, insbesondere Glas (z.B. Borosilikatglaser, Quarzgläser, Alkali-Erdalkali-

Silikatgläser (bspw. Kalknatronglas), Alumosilikatgläser, metallische Gläser), aber auch feste

Polymere (z.B. Polycarbonate, wie Makrolon® und Apec®; Polycarbonatblends, wie

Makroblend® und Bayblen®; Polymethylmethacrylat, wie Plexiglas®; Polyester;

Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyethylen) sowie transparente Keramiken (bspw.

Spinell-Keramiken, wie Mg-Al-Spinell, ALON, Aluminiumoxid, Yttriumaluminiumgranat,

Yttriumoxid oder Zirkonoxid) oder Mischungen daraus. Polycarbonate sind

Homopolycarbonate, Copolycarbonate und thermoplastische Polyestercarbonate.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht das transparente Material aus einem Glas (wie hierin definiert) oder einem festen Polymer (wie hierin definiert).

Alternativ dazu kann das Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, auch ein intransparentes Material umfassen. Durch die Strukturierung des intransparenten

Materials wird auf der Oberfläche des intransparenten Materials eine periodische

Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich erzeugt. Im Ergebnis kann hierdurch auf einem intransparenten Material eine Struktur mit Antireflexionseigenschaften erzeugt werden, wobei die ursprüngliche Rauheit der Oberfläche des intransparenten Substrates (d.h. vor der erfindungsgemäßen Strukturierung) im makroskopischen Bereich unverändert bzw. nahezu unverändert bleibt, wodurch effektiv eine Reflexionsverringerung einer sonst reflektiven Oberfläche eines intransparentes Material, bspw. einer Metalloberfläche induziert wird. Als intransparente Materialien eignen sich insbesondere Metalle (z.B. Silizium,

Aluminium, Kupfer, Gold), metallische Legierungen (z.B. Stahl, Messing), keramische

Materialien (z.B. Zirkonoxid, Titandioxid, Zirkondioxid) und Polymeren (PEEK,

Polyetheretherketone; polyfluorierde Kohlenwasserstoffe, wie Teflon) sowie Kombinationen davon.

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Punktférmige Struktur/Interferenzmuster/Antireflexionsverglasung LU102920

Von der vorliegenden Erfindung ist auch ein strukturiertes Substrat (5) mit

Antireflexionseigenschaften umfasst, wobei das strukturierte Substrat eine periodische

Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich umfasst, wobei die periodische

Punktstruktur aus inversen Zapfen gebildet ist, und wobei die inversen Zapfen periodisch mit einem Abstand bezogen auf deren jeweiligen Sattelpunkt bzw. Hôhenmittelpunkt (kreisférmige Grundfläche) im Bereich von 50 nm bis 50 um zueinander angeordnet sind.

Der Begriff inverser Zapfen bezieht sich im Sinne dieser Erfindung auf Strukturen mit einer kreisfôrmigen Grundfläche, die in vertikaler Richtung kegelférmig in das Substrat zulaufen und in deren Sattelpunkt über eine abgerundete Kegelspitze verfügen. Die inversen Zapfen werden während des Strukturierungsprozesses, d.h. beim Auftreffen eines Laserpulses als

Folge des Auftreffens eines Bereiches hoher Intensität in das zu strukturierende Substrat ausgebildet, wobei die Bereiche zwischen den inversen Zapfen auf bzw. innerhalb des

Substrates idealerweise durch destruktive Interferenz deren Intensität Null ist im

Wesentlichen Unstrukturiert verbleiben. Folglich wird durch die Fokussierung der

Teillaserstrahlen auf bzw. innerhalb des Substrats das Negativ von dem, was die

Intensitätsverteilung vorgibt, ausgebildet.

Die Periode der Struktur wird im Sinne der Erfindung als À bezeichnet. Sie ist abhängig von der Wellenlänge der interferierenden Laserstrahlen, dem Einfallswinkel der interferierenden — Laserstrahlen und der Anzahl der interferierenden Laserstrahlen.

Ein strukturiertes Substrat mit Antireflexionseigenschaften, hier eine Antireflexionsverglasung genannt, beschreibt im Sinne der Erfindung ein Substrat, bevorzugt flachiges und/oder transparentes Substrat, mit einer periodischen Punktstruktur mit Strukturweiten im Mikro- und Submikrometerbereich, also im Bereich von 50 nm bis 50 um. Diese _Antireflexionseigenschaften kommen zustande, wenn die Abmessungen der erzeugten

Struktur, also die Strukturperiode und Abmessung der einzelnen Zapfen, in Bereichen kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts liegen.

Unter Reflexion versteht man in der Physik das Zurückwerfen von einer elektromagnetischen

Welle an einer Grenzfläche von Materialien unterschiedlichen Brechungsindexes. Der

Reflexionswinkel und der Transmissionswinkel von Licht in transparenten Substraten können allgemein über das Snelliussche Brechungsgesetz berechnet werden zu n, sind, = n,Sin6, berechnet, wobei ny und na den Brechungsindex von Luft und dem Substrat angeben und 54 und 02 jeweils die Winkel des einfallenden und reflektierten Strahls angeben.

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Durch die periodische Punktstruktur auf der Oberfläche oder im Volumen des Substrats, LU102920 bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, verändert sich der Brechungsindex des Substrats in der Form, dass sich ein gradueller Brechungsindex ergibt. Das hat zur

Folge, dass Licht mit Wellenlängen größer der Strukturperiode A der periodischen

Punktstruktur vermehrt transmittiert wird. Licht mit Wellenlängen kleiner oder gleich der periodischen Punktstruktur wird an der Oberfläche gebeugt.

Antireflexionseigenschaften bezeichnen im Sinne der Erfindung periodische Punktstrukturen, deren Abmessungen im Bereich der einfallenden elektromagnetischen Welle liegen, sodass die einfallende Welle derart vom Betrachter weggebeugt wird, dass keine Reflexion als „störend“ wahrgenommen wird. Zusätzlich umfasst der Begriff Antireflexionseigenschaften im

Sinne der Erfindung auch, dass der Brechungsindex an der Grenze zwischen dem ersten

Medium, zum Beispiel Luft, und dem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten

Substrat, graduell ist, sodass für die einfallende elektromagnetische Welle kein klarer

Übergang von einem Medium zum anderen vorhanden ist und die einfallende elektromagnetische Welle vermehrt transmittiert wird.

Im Sinne der Erfindung beschreibt ein strukturiertes Substrat mit Antireflexionseigenschaften auch ein solches Substrat, welches eine periodische Punktstruktur umfasst, wobei die periodische Punktstruktur aus sich überlagernden Strukturen besteht, wobei mindestens eine

Struktur Abmessungen im Submikrometerbereich aufweist, und wobei zumindest eine

Struktur aus inversen Zapfen gebildet ist, welche insbesondere durch interferierende

Laserstrahlen erzeugbar sind.

Beispielsweise lässt sich periodische Punktstruktur, insbesondere die periodische

Punktstruktur aus sich überlagernden Strukturen bei dem Einsatz von interferierenden

Laserstrahlen durch entsprechende Ausgestaltung der Parameter (Auswahl der

Laserstrahlungsquelle, Anordnung der optischen Elemente) an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung optimal angepasst werden.

Insbesondere handelt es sich bei einer Struktur um eine periodische Punktstruktur aus inversen Zapfen mit mittleren Abmessungen im Mikrometerbereich, insbesondere mit einem mittleren Abstand bezogen auf deren jeweiligen Sattelpunkt bzw. Höhenmittelpunkt von 1 um bis 50 um. Dieser periodischen Punktstruktur ist eine weitere Struktur überlagert, wobei die mittlere Abmessung der überlagernden Struktur bevorzugt Abmessungen im Bereich der

Laserwellenlänge A, bzw. A/2, insbesondere von 100 nm bis 1000 nm aufweist. Im Sinne der

Erfindung wird eine solche Struktur auch als hierarchische Struktur bezeichnet.

Insbesondere weist die sich überlagernde Struktur eine quasi-periodische Wellenstruktur auf, wobei das Material auf der Oberfläche des Substrats im Bereich der sich überlagernden

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Struktur eine Abfolge von Wellenbergen und Wellentälern aufweist, deren Periodizität im LU102920

Submikrometerbereich, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 1000 nm liegt.

Die Wellenstruktur wird während des Strukturierungsprozesses, d.h. beim Auftreffen eines

Laserpulses in das zu strukturierende Substrat als Folge des Auftretens eines Bereiches hoher Intensität ausgebildet, wobei die Strukturierung durch einen

Selbstorganisationsprozess erfolgt, welcher durch das zumindest teilweise Aufschmelzen des Substratmaterials mittels eines Laserpulses in einem Bereich hoher Intensität angeregt wird. Insbesondere wird die Wellenstruktur unter Ausnutzen von laser-induzierten periodischen Oberflächenstrukturen (engl. Laser-induced Periodic Surface Structures —

LIPSS) erzeugt, wobei das Auftreten dieser Oberflächenstrukturen an das Erzeugen der periodischen Punktstrukturen mittels interferierender Laserstrahlen gekoppelt ist.

Vorteilhaft ist somit eine flächige Strukturierung eines Substrats, bspw. mit

Antireflexionseigenschaften durch interferierende Laserstrahlen und unter Ausnutzen von laser-induzierten periodischen Oberflächenstrukturen möglich, ohne eine lange

Bearbeitungszeit oder eine hohe Anzahl an sukzessiv ausführbaren Prozessschritten in Kauf zu nehmen. Die Erfindung ermöglicht somit ein simultanes Erzeugen von hierarchischen

Strukturen, welche im technischen Bereich sowohl im Bereich von Substraten mit

Antireflexionseigenschaften, als auch im Bereich von selbstreinigenden, hydrophoben oder superhydrophoben, sowie hydrophilen oder superhydrophilen Substraten mit anti-icing und/oder anti-fogging Eigenschaften einsetzbar sind.

Laserstrahlungsquelle (1)

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Laserstrahlungsquelle (1), die einen

Laserstrahl emittiert. Das Strahlungsprofil des emittierten Laserstrahls entspricht entweder einem Gauß-Profil, oder einem Top-Hat-Profil, besonders bevorzugt einem Top-Hat-Profil.

Das Top-Hat-Profil ist hilfreich, um eine zu strukturierende Oberfläche eines Substrates homogener zu strukturieren bzw. abzudecken.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Laserstrahlungsquelle (1) um eine Quelle, die einen gepulsten Laserstrahl erzeugt. Die Pulsweite der gepulsten

Laserstrahlungsquelle liegt dabei beispielsweise im Bereich von 10 Nanosekunden bis 10

Femtosekunden, insbesondere 1 bis 200 Pikosekunden, ganz besonders bevorzugt 1 bis 20

Pikosekunden.

Mit Laserstrahl oder Teilstrahl ist, wenn nicht ausdrücklich anderes angegeben ist, kein idealisierter Strahl der geometrischen Optik gemeint, sondern ein realer Lichtstrahl, wie

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung beispielsweise ein Laserstrahl, der keinen infinitesimal kleinen, sondern einen ausgedehnten LU102920

Strahlquerschnitt (Gauß-Verteilungsprofil) aufweist.

Mit Top-Hat-Profil oder Top-Hat-Intensitätsverteilung ist eine Intensitätsverteilung gemeint, die sich zumindest hinsichtlich einer Richtung im Wesentlichen durch eine Rechteckfunktion (rect (x)) beschreiben lässt. Dabei sind reale Intensitätsverteilungen, die Abweichungen von einer Rechteckfunktion im Prozentbereich beziehungsweise geneigte Flanken aufweisen, ebenfalls als Top-Hat-Verteilung oder Top-Hat-Profil bezeichnet. Verfahren und

Vorrichtungen zur Erzeugung eines Top-Hat-Profils sind dem Fachmann bestens bekannt und bspw. in EP 2 663 892 beschrieben. Ebenso sind bereits optische Elemente zur

Transformation des Intensitätsprofils eines Laserstrahls bekannt. Beispielsweise können mittels diffraktiven und/oder refraktiven Optiken Laserstrahlen mit gaußförmigem

Intensitätsprofil in Laserstrahlen transformiert werden, welche in einer oder mehreren definierten Ebenen ein Top-Hat-förmiges Intensitätsprofil aufweisen, wie zum Beispiel ein

Gauss-to-Top Hat Focus Beam Shaper der Firma TOPAG Lasertechnik GmbH, siehe z.B.

DE102010005774A1. Derartige Laserstrahlen mit Top-Hat-förmigem Intensitätsprofilen sind besonders attraktiv für die Lasermaterialbearbeitung, insbesondere bei der Verwendung von

Laserpulsen, die kürzer als 50 ps sind, da mit der im Wesentlichen konstanten Energie- bzw.

Leistungsdichte hierbei besonders gute und reproduzierbare Bearbeitungsergebnisse erzielt werden können.

Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltene Laserstrahlungsquelle (1) kann eine

Intensität von 0,01 bis 5 J/cm?, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 J/cm?, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 J/cm?. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Intensität der

Laserstrahlungsquelle in einem Bereich flexibel wählbar. Der Strahldurchmesser spielt für das Erzeugen des Interferenzmusters auf dem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, keine Rolle. Durch die bevorzugte Anordnung der optischen

Elemente im Strahlengang des Lasers ist keine Einheit zur Kontrolle der Intensität des

Laserstrahls notwendig.

Als Laserstrahlungsquelle eignen sich beispielsweise UV-Laserstrahlquellen,

Laserstrahlquellen (155 bis 355 nm), die grünes Licht (532 nm), Diodenlaser (typischerweise 800 bis 1000 nm) oder Laserstrahlquellen, die im nahen infrarot (typischerweise 1064 nm)

Strahlung emittieren, insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich von 200 bis 650 nm

Wellenlänge. Für die Mikroverarbeitung geeignete Laser sind dem Fachmann bekannt und

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung umfassen beispielsweise HeNe-Laser, HeAg-Laser (ca. 224 nm), NeCu-Laser (ca. 249 nm), LU102920

Nd:YAG Laser (ca. 355 nm).

Optische Elemente

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Anzahl an optischen Elementen. Bei diesen

Elementen handelt es sich um Prismen und Linsen.

Diese Linsen können refraktiv oder diffraktiv sein. Es können sphärische, asphärische oder zylindrische Linsen verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden zylindrische Linsen verwendet. Dadurch ist es möglich, die Überlappungsbereiche der

Teilstrahlen (hierin auch als Interferenzpixel bezeichnet) in eine Raumrichtung zu komprimieren und in eine andere zu strecken. Wenn die Linsen nicht sphärisch/asphärisch sind, sondern zylindrisch, hat dies den Vorteil, dass die Strahlen zugleich verformt werden können. Dadurch kann der Bearbeitungsspot (d.h. das auf dem Substrat erzeugte

Interferenzmuster) von einem Punkt zu einer Linie verformt werden, die das

Interferenzmuster enthält. Mit ausreichender Energie des Lasers kann diese Linie bis zu 10- 15 mm lang sein (und ca. 100 um dick sein).

Des Weiteren können Spatial Light Modulators (SLM) zur Strahlformung eingesetzt werden.

Dem Fachmann ist die Verwendung von SLMs zur räumlichen Modulation der Phase oder der Intensität oder der Phase und Intensität eines einfallenden Lichtstrahls bekannt. Die

Anwendung von Liquid Crystal on Silicon (LCoS)-SLM zur Strahlteilung ist in der Literatur beschrieben und auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung denkbar. Darüber hinaus können SLMs auch zur Fokussierung der Teilstrahlen auf dem Substrat verwendet werden.

Die Ansteuerung eines solchen SLMs kann optisch, elektronisch, oder akustisch erfolgen.

Alle im Folgenden erläuterten optischen Elemente sind im Strahlengang (3) des Lasers angeordnet. Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Strahlengang des Lasers den Verlauf sowohl des von der Laserstrahlungsquelle emittierten Laserstrahls als auch den Verlauf der durch ein Strahlteilerelement aufgeteilten Teilstrahlen. Als optische Achse des

Strahlengangs (3) wird jedoch die optische Achse des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls verstanden. Sofern nicht anders erläutert, sind alle optischen

Elemente senkrecht zur optischen Achse des Strahlengangs (3) angeordnet.

Strahlteilerelement (2)

Im Strahlengang (3) des Lasers, hinter der Laserstrahlungsquelle (1), befindet sich ein

Strahlteilerelement (2). Das Strahlteilerelement (2) kann ein diffraktives oder ein refraktives

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Strahlteilerelement sein. Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein diffraktives LU102920

Strahlteilerelement ein optisches Element, welches Mikro- oder Nanostrukturen enthält. Ein refraktives Strahlteilerelement bezeichnet im Sinne der Erfindung ein transparentes optisches Element, wie z. B. ein Prisma.

Das Strahlteilerelement (2) teilt den emittierten Laserstrahl in zumindest 3, vorzugsweise zumindest 4, insbesondere 4 bis 8, also 4, 5, 6, 7, oder 8 Teilstrahlen auf.

In einer weiteren Ausgestaltung teilt das Strahlteilerelement (2) den emittierten Laserstrahl in zumindest 2, vorzugsweise zumindest 3 bis 4, insbesondere 4 bis 10, also 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Teilstrahlen auf.

Das Strahlteilerelement (2) ist entlang seiner optischen Achse, insbesondere im

Strahlengang des von der Laserstrahlungsquelle emittierten Laserstrahls frei beweglich. D. h., es kann entlang seiner optischen Achse auf die Laserstrahlungsquelle zu oder von ihr wegbewegt werden. Durch die Bewegung des Strahlteilerelements (2) verändert sich die

Aufweitung der zumindest 3 Teilstrahlen, sodass diese mit unterschiedlichen Abständen zueinander auf ein Fokussierelement auftreffen. Dadurch kann der Winkel ©, in dem die

Teilstrahlen auf das Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, auftreffen, verändert werden. Somit ergibt sich bei einer Überlagerung von vier Teilstrahlen eine nahtlose Änderung der Strukturperiode A zu

A= A /2sin0 wobei) die Wellenlänge des emittierten Laserstrahls ist.

Besonders bevorzugt beträgt der Winkel ©, in dem die Teilstrahlen auf das Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, auftreffen, 0,1° bis 90°.

Der Winkel © ist ferner abhängig von den Abständen der optischen Elemente untereinander, insbesondere vom Abstand der optischen Elemente zum Strahlteilerelement, ganz besonders vom Abstand des Fokussierelements zum Strahlteilerelement. Abhängig von der gewünschten Strukturperiode, welche auf, bzw. im flächigen und/oder transparenten

Substrat zu erzeugen ist, kann die Position des Strahlteilerelements so eingestellt bzw. berechnet werden, dass die gewünschte Strukturperiode einstellbar ist. Dabei wird die

Position der von der Vorrichtung umfassten optischen Elemente, insbesondere die Position des Fokussierelements derart im Verhältnis zum Strahlteilerelement berücksichtigt, dass bei einem größeren oder kleineren Abstand der optischen Elemente die Position des

Strahlteilerelements entsprechend anpassbar ist.

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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung auch eine LU102920

Messeinrichtung, insbesondere eine Messeinrichtung, die mittels eines Lasers oder eines optischen Sensors arbeitet, die zum Messen der Position des Strahlteilerelements und gegebenenfalls des Abstandes des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen

Elementen, insbesondere zur Position des Fokussierelements eingerichtet ist.

Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mit der Meseinrichtung signaltechnisch verbundene Steuereinrichtung umfassen, die insbesondere mit einer Recheneinheit derart verbunden ist, mit der die gemessenen Position des Strahlteilerelements mit einem ersten vorbestimmten Vergleichswert vergleichbar ist, wobei die Steuereinrichtung programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass, falls der Abstand des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen, insbesondere zur Position des Fokussierelements größer ist als der erste vorbestimmte Vergleichswert ist, dann über die Steuereinrichtung ein

Steuersignal erzeugt wird, mit dem zumindest eine Position eines optischen Elements derart verändert wird, dass die gewünschte Strukturperiode auf dem Substrat erzeugt wird.

In diesem Zusammenhang kann auch das Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer periodischen Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich insbesondere nach

Schritt (a) die folgenden Schritte umfassen: (i) Messen der Position des Strahlteilerelements und gegebenenfalls des Abstandes des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen, insbesondere zur

Position des Fokussierelements, (ii) Vergleichen der gemessenen Position des Strahlteilerelements mit einem ersten vorbestimmten Vergleichswert, und (iii) falls die gemessenen Position des Strahlteilerelements der Abstand des

Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen, insbesondere zur

Position des Fokussierelements größer ist als der erste vorbestimmte

Vergleichswert ist: Verändern der Position des optischen Elements derart (insbesondere im Verhaltnis zu den anderen optischen Elementen), dass die gewünschte Strukturperiode auf dem Substrat erzeugt wird.

Das Unterteilen des Laserstrahls im Strahlteilerelement (2) kann sowohl durch ein teilweise reflektives Strahlteilerelement, beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel, als auch ein transmissives Strahlteilerelement, beispielsweise ein dichroitisches Prisma, erfolgen.

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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind dem Strahlteilerelement (2) weitere LU102920

Strahlteilerelemente im Strahlengang des Lasers nachgeordnet. Diese Strahlteilerelemente sind derart angeordnet, dass sie jeden der zumindest drei Teilstrahlen in zumindest zwei weitere Teilstrahlen aufteilen. Dadurch kann eine höhere Anzahl an Teilstrahlen erzeugt werden, die auf das Substrat, bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat, gelenkt werden, sodass sie auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats interferieren. Dadurch kann die Strukturperiode des Interferenzmusters eingestellt werden.

Fokussierelement (4)

Des Weiteren ist im Strahlengang (3) des Lasers dem Strahlteilerelement (2) nachgeordnet ein Fokussierelement (4) angeordnet, das derart eingerichtet ist, dass es die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren eines zu strukturierenden Substrats (5) in einem Interferenzbereich interferieren. Das

Fokussierelement (4) fokussiert die zumindest drei Teilstrahlen in einer Raumrichtung, ohne die zumindest drei Teilstrahlen in der Raumrichtung senkrecht dazu zu fokussieren.

Beispielsweise kann das Fokussierelement (4) eine fokussierende optische Linse sein. Unter fokussieren versteht man im Sinne der Erfindung das Bündeln der zumindest drei

Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren eines Substrates, bevorzugt eines flächigen und/oder transparenten Substrates.

Das Fokussierelement (4) kann im Strahlengang (3) frei beweglich sein. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Fokussierelement (4) im

Strahlengang bzw. entlang der optischen Achse fixiert.

Es versteht sich, dass die hierin definierten optischen Elemente bspw. zur Strahlteilung und zur Ausrichtung der Teilstrahlen in Richtung auf ein entsprechend zu strukturierendes

Substrat in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Fokussierelement (4) um eine sphärische Linse. Die sphärische Linse ist derart eingerichtet, dass sie die einfallenden zumindest drei Teilstrahlen derart durchlaufen, dass sie auf der Oberfläche oder im Inneren des zu strukturierenden Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, in einem Interferenzbereich interferieren. Die Weite des Interferenzbereichs beträgt vorzugsweise 1 bis 600 um, besonders bevorzugt 10 bis 400 um, ganz besonders bevorzugt 20 bis 200 um. Hierdurch kann zugleich eine hohe Strukturierungsrate, beispielsweise wie hierin definiert, eingestellt werden.

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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Fokussierelement (4) LU102920 um eine zylindrische Linse. Die zylindrische Linse ist derart eingerichtet, dass der Bereich, in dem sich die zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, überlagern, in eine Raumrichtung gedehnt wird. Dadurch nimmt der Bereich des Substrats, auf dem das Interferenzmuster erzeugt werden kann, eine elliptische Form an. Die große Halbachse dieser Ellipse kann eine Länge von 20 um bis 15 mm erreichen. Damit vergrößert sich der in einer Bestrahlung strukturierbare Bereich.

Erstes Umlenkelement (7)

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung befindet sich vor dem Fokussierelement (4) und nach dem Strahlteilerelement (2) angeordnet ein Umlenkelement (7), das vorzugsweise im Strahlengang (3) des Lasers angeordnet ist. Dieses Umlenkelement (7) wird zum

Aufweiten der Abstände zwischen den zumindest drei Teilstrahlen genutzt und kann damit ebenfalls den Winkel, in dem die Teilstrahlen auf das Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, auftreffen, verändern. Es ist derart eingerichtet, dass es die

Divergenz der zumindest drei Teilstrahlen erhöht und damit den Bereich, in dem die zumindest drei Teilstrahlen interferieren, entlang der optischen Achse des Strahlengangs (3) von der Laserstrahlungsquelle (1) wegzubewegen.

Unter Aufweiten der Abstände zwischen den zumindest drei Teilstrahlen wird im Sinne der

Erfindung verstanden, dass sich der Winkel der jeweiligen Teilstrahlen zur optischen Achse des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls vergrößert.

Das Aufweiten und die dadurch erfolgende Umlenkung der Teilstrahlen hat den Vorteil, dass die Teilstrahlen durch das Fokussierelement (4) stärker gebündelt werden können. Somit ergibt sich eine höhere Intensität in dem Bereich, in dem die zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren.

Durch die geeignete Wahl des Umlenkelements kann auf eine Einheit zur Kontrolle der

Intensität des Laserstrahls verzichtet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der

Vorrichtung wird ein Umlenkelement (7) verwendet, dass durch die Aufweitung der zumindest drei Teilstrahlen das Fokussieren der zumindest drei Teilstrahlen auf dem

Substrat (5) mittels eines Fokussierelements (4) erlaubt, wobei die Intensität der

Interferenzpunkte auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, ohne eine zusätzliche Einstellung der Intensität der

Laserstrahlungsquelle (1) erreicht werden kann. Dies hat den Vorteil, dass zur Strukturierung

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung des Substrates unter Erzeugen der periodischen Punktstruktur auch Laserstrahlungsquellen LU102920 mit niedriger Intensität (Leistung pro Fläche) genutzt werden können, wodurch die optischen

Elemente vor Verschleiß geschützt sind.

Weiteres Umlenkelement (6)

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass im Strahlengang (3) der Laserstrahlungsquelle (1) dem Strahlteilerelement (3) nachgeordnet ein weiteres Umlenkelement (6) angeordnet ist, das die Teilstrahlen derart umlenkt, dass sie nach Austritt aus dem weiteren

Umlenkelement (6) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dadurch kann die

Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass der Bearbeitungspunkt, also der Punkt in dem die zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren, bei Verschiebung des

Strahlteilerelements im Strahlengang des Lasers entlang seiner optischen Achse konstant bleibt. Unter dem Begriff ,im Wesentlichen parallel“ soll im Rahmen dieser Schrift ein

Winkelversatz von zwischen +15° und -15°, insbesondere lediglich von zwischen +10° und - 10°, ganz besonders bevorzugt von zwischen +5° und -5° zwischen den beiden Teilstrahlen, insbesondere aber natürlich kein Winkelversatz, also 0°, verstanden werden.

Das weitere Umlenkelement (6) kann eine konventionelle, refraktive Linse sein. Alternativ kann das weitere Umlenkelement (6) aber auch als diffraktive Linse (z. B. Fresnel-Linse) ausgestaltet sein. Diffraktive Linsen haben den Vorteil, dass diese wesentlich dünner und leichter sind, was eine Miniaturisierung der hierin offenbarten Vorrichtung vereinfacht.

Durch geeignete Auswahl der Brechungsindices der optischen Elemente (4), (6) und (7) können die Abstände zwischen optischen Elementen und Substrat, sowie die Strukturperiode

MA eingestellt werden. Alle optischen Elemente mit Ausnahme des Strahlteilerelements (2) können vorzugsweise innerhalb des Strahlengangs (3) des Lasers fixiert sein. Diese besonders bevorzugte Ausführungsform bietet daher den Vorteil, dass zur Anpassung des

Interferenzbereichs oder des Interferenzwinkels lediglich ein Element, nämlich das

Strahlteilerelement (2), bewegt werden muss. Das erspart Arbeitsschritte bei der Einrichtung der Vorrichtung, wie Kalibrierung der Vorrichtung auf die gewünschte Strukturperiode. Des

Weiteren beugt eine fixe Einstellung, d.h. wobei vorzugsweise alle optischen Elemente innerhalb des Strahlengangs (3) des Lasers fixiert sind, der optischen Elemente deren

Verschleiß vor.

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Polarisationselement (8) LU102920

In einer weiteren Ausführungsform befindet sich hinter dem Umlenkelement, besonders bevorzugt in einem Aufbau mit zwei Umlenkelementen (6), (7) hinter dem weiteren

Umlenkelement (6), und vor dem Fokussierelement (4) in jedem der Strahlengénge der zumindest 3 Teilstrahlen je ein Polarisationselement (8). Die Polarisationselemente können die Polarisation der Teilstrahlen zueinander modifizieren. Dadurch lässt sich das resultierende Interferenzmuster, das die zumindest 3 Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im

Volumen eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, abbilden, modifizieren.

Insbesondere können somit die interferierenden Teilstrahlen nicht polarisiert, linear polarisiert, zirkular polarisiert, elliptisch polarisiert, radial polarisiert oder azimutal polarisiert sein.

Optisches Element zur Strahlformung

In einer weiteren Ausgestaltung besitzt die Laserstrahlungsquelle (1) ein Strahlungsprofil, das einem Gauß-Profil, wie oben beschrieben, entspricht. In einer solchen Ausführungsform kann sich hinter der Laserstrahlungsquelle (1) und vor dem Strahlteilerelement (2) ein weiteres optisches Element zur Strahlformung befinden. Dieses Element dient dazu, das

Strahlungsprofil der Laserstrahlungsquelle einem Top-Hat-Profil anzugleichen.

Es kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch ein optisches Element mit einer konkav parabolisch oder planar reflektierenden Oberfläche vorgesehen sein, wobei das optische

Element beispielsweise um mindestens eine Achse drehbar oder entlang des

Strahlengangs (3) verschiebbar ausgebildet ist. Hierdurch kann gegebenenfalls auf ein zusätzliches im Strahlengang (3) positioniertes Fokussierelement (4) bzw. ein weiteres

Umlenkelement (6) verzichtet werden. Beispielsweise können durch dieses optische Element

Laserstrahlen oder Teillaserstrahlen auf die Oberfläche des Fokussierelements (4) oder ein weiteres fokussierendes optisches Element gerichtet werden, bevor die Strahlen zur

Ausbildung von Strukturelementen das zu strukturierende Substrat erreichen.

Alternativ kann beispielsweise auch zumindest ein optisches Element mit einer konkav parabolisch oder planar reflektierenden Oberfläche vorgesehen sein, welches beispielsweise um mindestens eine Achse drehbar oder entlang des Strahlengangs (3) verschiebbar ausgebildet ist, wobei dieses optische Element dem ersten Umlenkelement (7) und dem weiteren Umlenkelement (6) im Strahlengang nachgeordnet positioniert ist. So können beispielsweise die Teilstrahlen im Strahlengang umgelenkt werden (Umlenkspiegel) oder

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung derart im Strahlengang fokussiert werden, dass das zu strukturierende Substrat während der LU102920

Bearbeitung ortsfest positioniert sein kann (sog. Fokussierspiegel bzw. Galvo-Spiegel (Laserscanner) (9)).

Ebenfalls denkbar ist auch eine Ausführungsform, welche einen Polygonscanner umfasst. In dieser Ausgestaltung umfasst zumindest ein optisches Element ein sich periodisch drehendes Prisma, bevorzugt ein sich periodisch drehendes Spiegelprisma, insbesondere einen Polygonspiegel oder auch Polygonrad, sowie ein dem sich periodisch drehenden

Prisma im Strahlengang nachgeordnetes Fokussierelement (4). Das Fokussierelement ist derart eingerichtet, dass es die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der

Oberfläche oder im Inneren eines zu strukturierenden Substrats (5) in einem

Interferenzbereich interferieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das optische

Element weiterhin zumindest weiteres Umlenkelement, beispielsweise ein reflektierendes

Umlenkelement zum Umlenken der Teilstrahlen im Strahlengang. Das zumindest eine weitere Umlenkelement kann dem sich periodisch drehenden Prisma im Strahlengang vor- und/oder nachgeordnet sein. Das zumindest eine weitere Umlenkelement ist dem

Fokussierelement im Strahlengang vorgeordnet.

Ein solcher Aufbau erlaubt vorteilhaft das schnelle Abtasten einer Oberfläche eines

Substrats, sodass eine hohe Strukturierungsrate von bis zu 3 m?/min, insbesondere im

Bereich von 0,1 bis 2 m?min, besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 1 m?min, ganz _ besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,9 m?min erreichbar ist. Die genaue

Strukturierungsrate ist dabei insbesondere von der verfügbaren Laserleistung abhängig. Mit zukünftigen Technologien, welche eine höhere Laserleistung aufweisen, sind demzufolge noch höhere Strukturierungsraten erreichbar.

Haltevorrichtung für das Substrat

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Substrat (5), bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat, in der xy-Ebene beweglich. Durch Bewegung des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, in der xy-Ebene kann eine flächige

Bearbeitung mittels Laserinterferenzstrukturierung gewährleistet werden. Dabei wird in

Jedem Bearbeitungsschritt (d.h. Laserpuls, der auf das zu strukturierende Substrat trifft) ein sogenannter Interferenzpixel erzeugt, der eine Größe D abhängig vom Einfallswinkel und der

Intensitätsverteilung des Laserstrahls, sowie den Fokussierungseigenschaften der optischen

Elemente besitzt. Der Abstand zwischen den verschiedenen Interferenzpixeln, die

Pixeldichte Pd, wird durch die Wiederholrate der Laserstrahlungsquelle (1) bestimmt. Ist die

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Pixeldichte Pd kleiner als die Größe der Interferenzpixel D, so ist eine flächige, homogene LU102920

Bearbeitung môglich.

Verfahren

Von der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, mit einer periodischen Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich mittels Laserinterferenzstrukturierung mitumfasst.

Im Sinne der Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, mit einer periodischen Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich mittels Laserinterferenzstrukturierung, die folgenden

Schritte:

Es wird ein Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, bereitgestellt, welches sich auf einer Haltevorrichtung befindet. Von einer Laserstrahlungsquelle (1) wird ein Laserstrahl emittiert. Der Laserstrahl wird durch ein Strahlteilerelement (2) und zumindest drei, besonders bevorzugt vier Teilstrahlen geteilt. Die Teilstrahlen treffen auf ein

Fokussierelement (4) auf, welches die zumindest drei, besonders bevorzugt vier Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, fokussiert (bündelt), sodass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats konstruktiv und destruktiv interferieren. Somit wird eine periodische Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich auf der Oberfläche oder im

Inneren des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, durch

Laserinterferenzbearbeitung erzeugt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest drei Teilstrahlen so überlagert werden, dass ein 2D-Muster entsteht.

Dabei sind die so erzeugten Punktstrukturen in Form als periodisch angeordnete, inverse

Zapfen ausgebildet, wobei der Abstand zwischen den Scheitelpunkt (d.h. Höhenmittelpunkt oder Zentren der Erhebungen) im statistischen Mittel im Bereich von 50 nm bis 50 um, bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 20 um angeordnet sind, mehr bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 600 nm.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben darüber hinaus herausgefunden, dass neben der Periodizität auch die Strukturtiefe (d.h. die Tiefe der inversen Zapfen, gemessen von deren Sattelpunkt der Vertiefung bis zum Scheitelpunkt) einen Einfluss auf die

Antireflexionseigenschaften (wie hierin definiert) haben. Beispielsweise liegt die Strukturtiefe

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung bzw. Profiltiefe der inversen Zapfen (Erhebungen und Vertiefungen) im statistischen Mittel im LU102920

Bereich von 5 nm bis 100 nm, bevorzugt im Bereich von 5 nm bis 75 nm.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die inversen

Zapfen eine Strukturtiefe im Bereich von 5 nm bis 200 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 5 nm bis 150 nm, ganz besonders bevorzugt 10 nm bis 100 nm auf.

Bevorzugt wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Substrats (5), bevorzugt flachigen und/oder transparenten Substrats, genutzt, die zwei Umlenkelemente (6), (7) umfasst. Die Umlenkelemente (6), (7) sind im Strahlengang (3) des Lasers zwischen dem

Strahlteilerelement (2) und dem Fokussierelement (4) angeordnet. Die Umlenkelemente (6), (7) dienen zur Aufweitung des Diffraktionswinkels der zumindest drei, besonders bevorzugt vier Teilstrahlen, in dem sie auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats (5), bevorzugt flachigen und/oder transparenten Substrats, interferieren. Durch die Einstellung der

Abstände der optischen Elemente kann gewährleistet werden, dass zur Veränderung der

Strukturperiode lediglich das Strahlteilerelement (2) entlang seiner optischen Achse beweglich sein muss. Dies ermöglicht leichtere Einstellprozesse während der Bearbeitung.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als flachiges Substrat ein transparentes Material zur Verfügung gestellt. Durch die Lichtdurchlässigkeit des transparenten Materials ist eine Laserinterferenzbearbeitung, vorzugsweise mit einer

Ausführungsform der oben genannten Vorrichtung im Innern des Substrats möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, genutzt, die eine gepulste Laserstrahlungsquelle (1) verwendet. In einer besonders bevorzugten

Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, genutzt, die über eine

Haltevorrichtung für das Substrat verfügt, die in der xy-Ebene, senkrecht zum Strahlengang (3) des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls frei beweglich ist.

Über die Frequenz der Laserstrahlungsquelle (1), f, und die Geschwindigkeit der Bewegung der Haltevorrichtung, v, lässt sich die Pixeldichte Pd, also der Abstand in der ein

Interferenzpixel mit der Weite D auf dem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, aufgebracht werden kann, einstellen zu: —v

Pd = If

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Ist die Weite des Interferenzpixels, D, größer als die Pixeldichte Pd, so überlagern sich LU102920 benachbarte Interferenzpixel in einem Bereich. Dieser Bereich ist dem Fachmann als

Pulsüberlapp, OV, bekannt. Er kann berechnet werden zu: ov = (D — Pd) /p

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist bei dem Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, Pd kleiner als D. Der dadurch entstehende Pulsüberlapp OV führt zu einer Mehrfachbestrahlung des

Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats. Bevorzugt können so nicht-texturierte Flächen vermieden werden.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden bei dem Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats dieselben Interferenzpixel mehrfach bestrahlt. Dadurch ist es möglich, die Tiefe der entstandenen Mikrostrukturen zu erhöhen.

Der Vorteil eines durch ein solches Verfahren erzeugten strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats ist die hohe Regelmäßigkeit der erzeugten periodischen Punktstrukturen mit Strukturabmessungen im Mikro- oder

Submikrometerbereich. Eine so erzeugte periodische Punktstruktur mit Abmessungen im

Mikro- oder Submikrometerbereich hat vorzugsweise einen Variationskoeffizienten (ein Wert, der sich aus der Teilung der Standardabweichung durch den Durchschnittswert ergibt) des

Zapfenquerschnitts von 15% oder weniger, mehr bevorzugt 10% oder weniger, noch mehr bevorzugt 5% oder weniger.

Insbesondere eignet sich die Mehrfachbestrahlung eines Substrats zur Herstellung von hierarchischen Strukturen. So bewirkt die Mehrfachbestrahlung desselben Interferenzpixels ein zumindest teilweises Aufschmelzen des Substratmaterials, wobei sich während des

Strukturierungsprozesses, d.h. beim Auftreffen eines Laserpulses, als Folge des Auftretens eines Bereiches hoher Intensität eine Wellenstruktur ausbildet. Dabei bildet sich die

Strukturierung, insbesondere die Wellenstruktur durch einen Selbstorganisationsprozess aus. Insbesondere überlagert die Wellenstruktur eine periodische Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich, welche mittels Laserinterferenzstrukturierung erzeugbar ist.

Somit ist mit einem Verfahrensschritt eine hierarchische Strukturierung in einem Substrat erzeugbar. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt daher die

Mehrfachbestrahlung, vorzugsweise 2-fache bis 400-fache, insbesondere 20-fache bis 300- fache, besonders bevorzugt 50-fache bis 200-fache Bestrahlung desselben Interferenzpixels auf dem Substrat, wodurch eine Wellenstruktur (wie hierin definiert) ausgebildet wird,

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung insbesondere eine periodische Punktstruktur aus sich überlagernden Strukturen ausgebildet LU102920 wird, wobei mindestens eine Struktur Abmessungen im Submikrometerbereich, insbesondere eine quasi-periodische Wellenstruktur aufweist, und wobei zumindest eine

Struktur aus inversen Zapfen gebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Zeitversatz zwischen den einzelnen Pulsen dabei im Bereich der Pulsdauer des Laserpulses, bevorzugt im

Bereich von 1fs bis 100ns, besonders bevorzugt im Bereich von 10fs bis 1ns, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10fs bis 10ps.

Dabei bezeichnet eine hierarchische Strukturierung eine Struktur, bei welcher eine erste

Struktur mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, welche einem

Interferenzmuster entspricht, von einer weiteren Struktur überlagert ist, welche

Abmessungen aufweist, die unterhalb der Abmessungen der ersten Struktur liegen und welche durch einen Selbstorganisationsprozess ausgebildet ist. Bevorzugt befinden sich die

Abmessungen der weiteren Struktur, welche durch einen Selbstorganisationsprozess ausgebildet ist, im Bereich von 1% bis 30% der Abmessungen der ersten Struktur, welche einem Interferenzmuster entspricht.

Für hierarchische Strukturen gibt es zahlreiche technische Anwendungsgebiete, wie bspw. im Bereich der Herstellung von Substraten mit hydrophoben oder superhydrophoben sowie hydrophilen oder superhydrophilen Oberflächen und Substrate mit Anti-Icing, oder Anti-

Fogging Eigenschaften neben den eingangs genannten Substraten mit

Antireflexionseigenschaften. Vorteilhaft ermöglicht ein Verfahren zur Herstellung solcher hierarchischer Strukturen, wie hierin beschrieben, das präzise Einstellen der

Prozessparameter für die Strukturabmessungen durch eine geeignete Auswahl der

Laserstrahlungsquelle und ein entsprechendes Verschieben des Strahlteilerelements im

Strahlengang des Lasers.

Zusätzlich ist es durch das hierin definierte Verfahren möglich, mittels derselben Vorrichtung und darüber hinaus im selben Prozessschritt ein Substrat mit hierarchischen Strukturen zu versehen, während herkömmliche Prozesse sukzessiv vorgehen, d.h. nicht in der Lage sind, zeitgleich welcher eine erste Struktur mit Abmessungen im Mikro- oder

Submikrometerbereich, welche einem Interferenzmuster entspricht, und eine weitere

Struktur, welche durch einen Selbstorganisationsprozess ausgebildet ist, zu erzeugen.

Eine Verschiebung des zu strukturierenden Substrates, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, im Laserstrahl ist aufgrund der relativ großen dabei bewegten

Massen vergleichsweise aufwändig und langsam. Es ist daher vorteilhaft das Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats während der Bearbeitung ortsfest

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung vorzusehen und die flächige Strukturierung des Substrates dadurch zu realisieren, dass die LU102920

Fokussierung der Teilstrahlen auf die Oberfläche oder das Volumen des Substrats durch

Manipulation der Laserteilstrahlen mit optischen Elementen (Fokussierspiegel bzw. Galvo-

Spiegel (Laserscanner)) in Strahlrichtung bewirkt wird. Da die dabei bewegten Massen relativ klein sind, ist dies mit weit geringerem Aufwand bzw. viel schneller möglich.

Vorzugsweise ist das Substrat während des Verfahrens ortsfest angeordnet.

Die flächige Strukturierung des Substrates ist selbstverständlich grundsätzlich auch durch eine Verschiebung des Substrates im Laserstrahl möglich.

Durch die mittels des hierin offenbarten Verfahrens und der Vorrichtung erzeugten periodischen Strukturen im Mikro- und/oder Nanometerbereich weist das derart strukturierte

Substrat Antireflexionseigenschaften auf. Dies wird dadurch gewährleistet, dass Licht, das auf das Substrat eintrifft, weniger reflektiert bzw. unter einem so flachen Winkel reflektiert, dass es bei normaler Betrachtung der Materialoberfläche nicht „störend“ wirkt.

Von der Erfindung ist daher auch ein strukturiertes Substrat mit Antireflexionseigenschaften erfasst, das eine periodische Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich umfasst, wobei die periodische Punktstruktur aus inversen Zapfen gebildet ist, wobei die inversen

Zapfen periodisch mit einem Abstand bezogen auf deren Sattelpunkt bzw. Mittelpunkt im

Bereich von 50 nm bis 50 um, bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 20 um angeordnet sind, mehr bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 600 nm zueinander angeordnet sind.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wird das strukturierte Substrat durch

Bearbeitung mit einem Verfahren, wie hierin definiert, erhalten.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer periodischen Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich mittels

Laserinterferenzstrukturierung, insbesondere durch ein hierin offenbartes Verfahren, umfassend die folgenden Schritte: a) Applizieren eines ersten Pulses auf der Oberfläche eines Substrates (5), vorzugsweise durch eine Vorrichtung wie hierin definiert, der ein erstes

Interferenzpixel auf der Oberfläche des Substrates (5) oder in dem Substrat (5) generiert,

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung b) Applizieren eines zweiten Pulses auf der Oberfläche eines Substrates (5), LU102920 vorzugsweise durch eine Vorrichtung wie hierin definiert, der ein zweites

Interferenzpixel auf Oberfläche des Substrates (5) oder in dem Substrat (5) generiert, wobei das erste und das zweite Interferenzpixel jeweils unabhängig voneinander eine periodische Punktstruktur mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometer Bereich umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz zwischen dem zweiten Interferenzpixel und dem ersten Interferenzpixel im Bereich von 10% <= x < 50% der Interferenzperiode liegt.

Es versteht sich, dass die und jeder

Besonders vorteilhaft kann hierdurch auf dem Substrat, insbesondere auf einem transparenten Substrat eine Strukturierung erzeugt werden, die Anti-Glare Eigenschaften aufweist.

Unter Glare (Blendung) versteht man im Sinne der Erfindung die Reflexion des Lichts einer

Lichtquellequelle (z. B. der Sonne) auf einem transparenten Substrat, bspw. einem Fenster oder einem Bildschirm, wodurch es schwierig werden kann, das Geschehen auf dem

Bildschirm zu erkennen.

Mit Hilfe einer Anti-Glare-Behandlung der Oberflächen (im Stand der Technik typischerweise durch Beschichtungen erzeugt) können diese Blendeffekte reduziert werden. Eine Anti-Glare

Struktur streut auftreffendes Licht an der Oberfläche, so dass eine Spiegelung deutlich reduziert werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Periode der Punktstruktur des ersten Interferenzpixels und die Periode des zweiten Interferenzpixels identisch.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass nach Schritt b) ein dritter bzw. jeder weitere

Puls auf der Oberfläche eines Substrates (5), vorzugsweise durch eine Vorrichtung wie hierin definiert, appliziert wird, wobei das dritte bzw. jedes weitere Interferenzpixel eine periodische

Punktstruktur mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometer Bereich umfassen, wobei der dritte bzw. jeder weitere Puls ein drittes bzw. weiteres Interferenzpixel auf der

Oberfläche des Substrates (5) oder in dem Substrat (5) generiert, wobei der dritte bzw.

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung weitere Interferenzpixel im Bezug zum zweiten bzw. vorhergehenden Interferenzpixel einen LU102920

Versatz im Bereich von 10% =< x < 50% der Interferenzperiode aufweist,

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Versatz der Interferenzperiode von einem

Interferenzpixel zum jeweils vorhergehenden Interferenzpixel in zumindest einer

Raumrichtung, insbesondere in allen Raumrichtungen der Substratoberfläche durch das erfindungsgemäße Verfahren gleichmäßig ausgebildet ist.

Strukturiertes Substrat

Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich Substrate, die vornehmlich durch eine hierin offenbarte Vorrichtung oder ein hierin offenbartes Verfahren strukturiert wurden, durch ausgeprägte Antireflexionseigenschaften auszeichnen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein strukturiertes Substrat mit Antireflexionseigenschaften, wie hierin definiert, das eine periodische Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich umfasst, wobei die periodische Punktstruktur insbesondere aus einer inversen Zapfenstruktur (hierin auch als inverse Zapfen bezeichnet) gebildet ist, wobei die inversen Zapfen periodisch mit einem

Abstand bezogen auf deren Sattelpunkt bzw. Mittelpunkt im Bereich von 50 nm bis 50 um, bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 20 um angeordnet sind, mehr bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 600 nm.

Die so erzeugte periodische Punktstruktur hat die Eigenschaft, dass abhängig von ihrer

Strukturabmessung einstrahlende elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im

Bereich von 10 nm bis 1 mm vermehrt transmittiert, beziehungsweise durch die periodischen

Strukturen gebeugt werden können, sodass eine verringerte Reflexion an der Oberfläche des

Substrats resultiert. Ist die Periode der erzeugten periodischen Punktstrukturen im Bereich der Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Welle, so wird diese an der

Oberfläche des Substrates gebeugt. Ist die Periode der erzeugten periodischen

Punktstruktur kleiner als die Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Welle, so wird diese transmittiert.

Die periodische Punktstruktur ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass das strukturierte Substrat bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 1.000 nm elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 550 nm, bevorzugt bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 750 nm von mehr als 500 nm, ganz besonders bevorzugt bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 600 nm von mehr als 450 nm transmittiert. In Abhängigkeit der Strukturtiefe der inversen Zapfen können somit

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung insbesondere Wellenlängen im roten und/oder gelben Lichtspektrum, im grünen LU102920

Lichtspektrum bis hin ins blaue Lichtspektrum in das Substrat transmittieren.

Der Brechungsindex des strukturierten Substrats ist durch die erzeugte periodische

Punktstruktur graduell. Er nimmt über die Höhe der Struktur hinweg ab, sodass kein klarer

Luft-Medium Übergang existiert. Dadurch kommt es zur erhöhten Transmission von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge größer als die

Strukturperiode der erzeugten Punktstruktur, und zur Beugung von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge im Bereich der Strukturperiode der erzeugten Punktstruktur.

Aufgrund der erzeugbaren, sehr geringen Strukturabmessungen eignen sich die hierin offenbarte Vorrichtung und das hierin offenbarte Verfahren zur Herstellung einer

Antireflexionsstruktur ebenfalls zum Erzeugen von Oberflächen mit hydrophoben und/oder superhydrophoben sowie hydrophilen und/oder superhydrophilen Eigenschaften.

Hydrophobe Eigenschaften hängen sowohl von der chemischen als auch von der

Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere der Oberflachenrauigkeit, eines Substrats ab. Die

Erfinder haben nun überraschend herausgefunden, dass sich durch das erfindungsgemäße

Verfahren insbesondere hydrophobe Substrate durch das Einbringen von Strukturierungen im Mikrometer- und Submikrometerbereich, insbesondere sich überlagernden Strukturen (wie hierin definiert) Substratoberflachen erhalten werden, die superhydrophobe und selbstreinigende Eigenschaften aufweisen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei

Substraten mit superhydrophoben Eigenschaften um Substrate mit einer hierarchischen

Oberflachenstrukturierung. Unter einer hierarchischen Oberflächenstrukturierung ist hierin zu verstehen, dass es sich um eine Oberfläche handelt, auf der sich regelmäßige Strukturen mit

Abmessungen im Mikrometerbereich befinden, welche wiederum ihrerseits an ihrer

Oberfläche eine Strukturierung mit Abmessungen im Submikrometerbereich aufweisen. Eine solche hierarchische Strukturierung kann zu einer hohen Oberflächenrauigkeit führen.

Die Erfinder haben zudem herausgefunden, dass sich Substrate, die vornehmlich durch eine hierin offenbarte Vorrichtung oder ein hierin offenbartes Verfahren strukturiert wurden, durch ausgeprägte hydrophobe Eigenschaften an der Oberfläche eines Substrats auszeichnen.

Mittels der hierin offenbarten Vorrichtung und des Verfahrens zur Erzeugung von

Antireflexionsstrukturen mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich ist auch eine Strukturierung zur Erzeugung von einer Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere einer

Oberflachenrauigkeit auf der Oberfläche eines Substrats möglich, welche dazu führt, dass das Substrat hydrophobe oder superhydrophobe Eigenschaften aufweist.Hydrophobe

Materialeigenschaften können erzeugt werden, indem mittels der direkten

Laserinterferenzstrukturierung eine Struktur mit Abmessungen im Mikro- und/oder

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung

Submikrometerbereich erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführung wird zunächst eine LU102920

Struktur mit Abmessungen im Mikrometerbereich an der Oberfläche erzeugt. Danach wird durch Verschieben des Strahlteilerelements im Strahlengang des Lasers eine Struktur mit

Abmessungen im Submikrometerbereich auf der Oberfläche der ersten Struktur generiert, wobei vorzugsweise eine Mehrfachbestrahlung des Substrats erfolgt. Die so erzeugte hierarchische Struktur hat hydrophobe oder superhydrophobe Eigenschaften.

Zum Erzeugen eines Substrates mit hydrophoben Eigenschaften ist es ebenfalls denkbar, dass lediglich eine Struktur mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich erzeugt wird, ohne dass das Strahlteilerelement in einem Zwischenschritt bewegt wird.

Vorteilhaft können somit mittels desselben Verfahrens und auf Basis derselben Vorrichtung in technisch leicht realisierbarer Art und Weise Substrate mit hydrophoben und/oder superhydrophoben Eigenschaften erzeugt werden, indem eine periodische Punktstruktur im

Mikro- oder Submikrometerbereich und/oder eine periodische Punktstruktur mit hierarchischer Struktur im Mikro- und Submikrometerbereich erzeugt wird. Durch das

Verschieben des Strahlteilerelements ist eine zumindest zweifache, aber auch eine beliebige

Anzahl an weiterer Strukturierung auf der Oberfläche des Substrates ohne weitere

Veränderung des Aufbaus, bspw. ohne den Austausch von optischen Elementen oder

Verschieben des Substrats, realisierbar. Dadurch ist sowohl die Präzision in der Ausrichtung der Strukturen, als auch die Geschwindigkeit des Prozesses gesteigert gegenüber herkömmlichen Verfahren oder Vorrichtungen.

Die Erfinder haben einen Zusammenhang zwischen der Oberflächenbeschaffenheit eines

Substrats und der Eisbildung an dessen Oberfläche festgestellt. Insbesondere können demgemäß sog. Anti-Icing Eigenschaften erzeugt werden, wenn die Strukturgröße an der

Oberfläche eines Substrates hinreichend klein ist. Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass ein Substrat mit superhydrophoben Eigenschaften auch Anti-Icing Eigenschaften aufweisen kann.

Unter Anti-Icing Eigenschaften ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass an der

Oberfläche eines Substrates kein oder nur sehr wenig Wasser gefriert, wobei diese

Eigenschaft auf die Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere die Oberflächenrauigkeit zurückzuführen ist.

Ein solches Substrat kann vorteilhaft im Bereich der Luft- und Raumfahrt, bei Windturbinen, im Bereich von Automobilkomponenten oder auch Telekommunikations- und

Antennentechnik verwendet werden, um exponierte Bestandteile vor Vereisen zu schützen.

Die Erfinder haben weiterhin herausgefunden, dass sich Substrate, die vornehmlich durch eine hierin offenbarte Vorrichtung oder ein hierin offenbartes Verfahren strukturiert wurden,

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung durch ausgeprägte hydrophile Eigenschaften an der Oberfläche eines Substrats LU102920 auszeichnen. Mittels der hierin offenbarten Vorrichtung und des Verfahrens zur Erzeugung von Antireflexionsstrukturen mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich ist auch eine Strukturierung zur Erzeugung von einer Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere einer

Oberflächenrauigkeit auf der Oberfläche eines Substrats möglich, welche dazu führt, dass das Substrat hydrophile oder superhydrophile Eigenschaften aufweist.

Hydrophile Materialeigenschaften kônnen erzeugt werden, indem mittels der direkten

Laserinterferenzstrukturierung eine Struktur mit Abmessungen im Mikro- und/oder

Submikrometerbereich erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführung wird zunächst eine

Abmessungen im Submikrometerbereich auf der Oberfläche der ersten Struktur generiert, wobei vorzugsweise eine Mehrfachbestrahlung des Substrats erfolgt. Die so erzeugte hierarchische Struktur hat hydrophile oder superhydrophile Eigenschaften.

Zum Erzeugen eines Substrates mit hydrophilen Eigenschaften ist es ebenfalls denkbar, dass lediglich eine Struktur mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich erzeugt wird, ohne dass das Strahlteilerelement in einem Zwischenschritt bewegt wird.

Vorteilhaft können somit mittels desselben Verfahrens und auf Basis derselben Vorrichtung in technisch leicht realisierbarer Art und Weise Substrate mit hydrophilen und/oder — superhydrophilen Eigenschaften erzeugt werden, indem eine periodische Punktstruktur im

Veränderung des Aufbaus, bspw. ohne den Austausch von optischen Elementen oder

Substrats und der Bildung von Kondenswasser, insbesondere in Form von Beschlag oder

Nebel, an dessen Oberfläche festgestellt. Insbesondere können demgemäß sog. Anti-

Fogging Eigenschaften erzeugt werden, wenn die Strukturgröße an der Oberfläche eines

Substrates hinreichend klein ist. Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass ein Substrat mit superhydrophilen Eigenschaften auch Anti-Fogging Eigenschaften aufweisen kann.

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Unter Anti-Fogging Eigenschaften ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass an der LU102920

Oberfläche eines Substrates kein oder nur sehr wenig Wasser in Form von Tropfen kondensiert, wobei diese Eigenschaft auf die Oberflachenbeschaffenheit, insbesondere die

Oberflachenrauigkeit zurückzuführen ist.

Ein solches Substrat kann vorteilhaft im Bereich der Luft- und Raumfahrt, im Bereich von

Automobilkomponenten oder auch Telekommunikations- und Antennentechnik verwendet werden, um exponierte Bestandteile vor dem Beschlagen zu schützen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung eignet sich das hierin offenbarte Verfahren und die hierin offenbarte Vorrichtung zum Erzeugen eines Substrates, das eine periodische

Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich, welche mittels

Laserinterferenzstrukturierung erzeugt wurde, umfasst und welches sich durch

Antireflexionseigenschaften auszeichnet. Im Sinne der Erfindung beziehen sich

Antireflexionseigenschaften hierin auf das vermehrte Transmittieren, bzw. Beugen von einfallender elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen im Bereich des sichtbaren

Lichts, insbesondere mit Wellenlängen im Bereich von 400 nm bis 700 nm. Dabei zeichnet sich das Substrat dadurch aus, dass die von ihm umfasste periodische Punktstruktur vorzugsweise Abmessungen im Submikrometerbereich, besonders bevorzugt im

Nanometerbereich aufweist. Ganz besonders bevorzugt sind die Abmessungen der periodischen Punktstruktur im Bereich der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts. So sind die Abmessungen der periodischen Punktstruktur bevorzugt im Bereich von 630 nm bis 700 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem

Licht, im Bereich von 590 nm bis 630 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem und orangenem Licht, im Bereich von 560 nm bis 590 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem und gelben Licht, im Bereich von 500 nm bis 560 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem und grünem Licht, im Bereich von 475 nm bis 500 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem und türkisem Licht, im Bereich von 450 nm bis 475 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem, türkisem und blauem Licht, im Bereich von 425 nm bis 450 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem, türkisem, blauem und indigofarbenem Licht, im Bereich von 400 nm bis 425 nm zum

Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem, türkisem, blauem, indigofarbenem und violettem Licht. Somit lassen sich durch das Verändern der

Abmessungen der periodischen Punktstruktur die Antireflexionseigenschaften des Substrats kontrollieren.

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Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich, welche mittels LU102920

Laserinterferenzstrukturierung erzeugt wurde, umfasst und welches sich durch

Antireflexionseigenschaften auszeichnet. Im Sinne der Erfindung beziehen sich

Antireflexionseigenschaften hierin auf das vermehrte Transmittieren, bzw. Beugen von einfallender elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen im Bereich des nicht sichtbaren

Lichts, insbesondere im Bereich von Infrarotstrahlung, bzw. Wärmestrahlung, insbesondere mit Wellenlängen im Bereich von 780 nm bis 1 mm. Dabei zeichnet sich das Substrat dadurch aus, dass die von ihm umfasste periodische Punktstruktur vorzugsweise

Abmessungen im Mikrometerbereich aufweist. Vorteilhaft ist so die Wärmetransmission des

Substrats durch Verändern der Abmessungen der periodischen Punktstruktur anpassbar.

Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich, welche mittels

Laserinterferenzstrukturierung erzeugt wurde, umfasst und welches sich durch

Antireflexionseigenschaften auszeichnet. Im Sinne der Erfindung beziehen sich

Lichts, insbesondere im Bereich von Ultraviolettstrahlung (IV-Strahlung), insbesondere mit

Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 380 nm. Dabei zeichnet sich das Substrat dadurch aus, dass die von ihm umfasste periodische Punktstruktur vorzugsweise Abmessungen im

Nanometerbereich aufweist. Vorteilhaft ist ein so strukturiertes Substrat in Bereichen einsetzbar, in denen ein Schutz vor UV-Strahlung notwendig ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eignet sich das hierin offenbarte Verfahren und die hierin offenbarte Vorrichtung zum Erzeugen eines Substrates, welches hierarchische

Strukturen, welche mittels Laserinterferenzstrukturierung durch eine Mehrfachbestrahlung desselben Interferenzpixels erzeugt wurden, aufweist, welche sich durch hydrophobe oder superhydrophobe Eigenschaften auszeichnen. Dabei sind die hydrophoben oder superhydrophoben Eigenschaften darauf zurückzuführen, dass Strukturen mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, insbesondere hierarchische Strukturen mit

Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich den Benetzungswinkel von

Flüssigkeiten auf Substraten derart verändern, dass dieser größer wird. Durch einen größeren Benetzungswinkel ergibt sich, dass auf die Oberfläche auftreffende Flüssigkeiten diese nicht gut benetzen und stattdessen von dieser abperlen. Ein so behandeltes Substrat weist selbstreinigende und wasserabweisende Eigenschaften auf. Besonders geeignete

Materialien für ein solches strukturiertes Substrat sind solche Materialien, welche bereits hydrophobe Eigenschaften aufweisen, z.B. Metall- oder Polymeroberflächen.

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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eignet sich das hierin offenbarte Verfahren LU102920 und die hierin offenbarte Vorrichtung zum Erzeugen eines Substrates, welches hierarchische

Strukturen, welche mittels Laserinterferenzstrukturierung durch eine Mehrfachbestrahlung desselben Interferenzpixels erzeugt wurden, aufweist, welche sich durch Anti-lcing, also dem

Bilden von Eisschichten vorbeugende, Eigenschaften auszeichnen. Die Anti-Icing

Eigenschaften beruhen dabei darauf, dass Strukturen mit Abmessungen im Mikro- oder

Submikrometerbereich, insbesondere hierarchische Strukturen mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich den Benetzungswinkel von Flüssigkeiten auf Substraten derart verändern, dass dieser größer wird. Das strukturierte Substrat weist somit hydrophobe oder superhydrophobe Eigenschaften auf. Durch einen größeren Benetzungswinkel ergibt sich, dass auf die Oberfläche auftreffende Flüssigkeiten diese nicht gut benetzen und stattdessen von dieser abperlen. Somit wird auch das Ablagern von Eisschichten auf der Oberfläche erschwert. Besonders geeignete Materialien für ein solches strukturiertes Substrat sind solche Materialien, welche bereits hydrophobe Eigenschaften aufweisen, z.B. Metall- oder

Polymeroberflachen.

Strukturen, welche mittels Laserinterferenzstrukturierung durch eine Mehrfachbestrahlung desselben Interferenzpixels erzeugt wurden, aufweist, welche sich durch hydrophile oder — superhydrophile Eigenschaften auszeichnen. Dabei sind die hydrophilen oder superhydrophilen Eigenschaften darauf zurückzuführen, dass Strukturen mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, insbesondere hierarchische Strukturen mit

Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich den Benetzungswinkel von

Flüssigkeiten auf Substraten derart verändern, dass dieser kleiner wird. Durch einen kleineren Benetzungswinkel ergibt sich, dass auf die Oberfläche auftreffende Flüssigkeiten diese sehr gut benetzen und es zu keiner Tropfenbildung kommt. Stattdessen wird ein uniformes Benetzen herbeigeführt, welches die Transparenz des Substrates nicht beeinträchtigt. Besonders geeignete Materialien für ein solches strukturiertes Substrat sind solche Materialien, welche bereits hydrophile Eigenschaften aufweisen, z.B. _Glasoberflächen.

Strukturen, welche mittels Laserinterferenzstrukturierung durch eine Mehrfachbestrahlung desselben Interferenzpixels erzeugt wurden, aufweist, welche sich durch Anti-Fogging, also nicht-beschlagende Eigenschaften auszeichnen. Die Anti-Fogging Eigenschaften beruhen dabei darauf, dass Strukturen mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, insbesondere hierarchische Strukturen mit Abmessungen im Mikro- und

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Submikrometerbereich den Benetzungswinkel von Flüssigkeiten auf Substraten derart LU102920 verändern, dass dieser kleiner wird. Das strukturierte Substrat weist somit hydrophile oder superhydrophile Eigenschaften auf. Durch einen kleineren Benetzungswinkel ergibt sich, dass auf die Oberfläche auftreffende Flüssigkeiten diese sehr gut benetzen und es zu keiner

Tropfenbildung kommt. Stattdessen wird ein uniformes Benetzen herbeigeführt, welches die

Transparenz des Substrates nicht beeinträchtigt. Besonders geeignete Materialien für ein solches strukturiertes Substrat sind solche Materialien, welche bereits hydrophile

Eigenschaften aufweisen, z.B. Glasoberflächen. Ein so strukturiertes Substrat kann vorteilhaft im Bereich der Automobil-, Luft- und Raumfahrttechnik, aber auch allgemein bei

Verglasungen in der Gebäudetechnik zum Einsatz kommen.

Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich, welche mittels

Laserinterferenzstrukturierung erzeugt wurde, umfasst, welches eine erhöhte

Oberflachenrauigkeit aufweist. Dabei basiert die erhöhte Oberflächenrauigkeit darauf, dass die Oberflächentextur durch die in das Substrat eingebrachte periodische Punktstruktur im

Mikro- oder Submikrometerbereich verändert ist, insbesondere darauf, dass die Oberfläche des Substrats durch die eingebrachte periodische Punktstruktur Erhöhungen und

Vertiefungen aufweist. Insbesondere kann eine erhöhte Oberflächenrauigkeit erzielt werden, indem ein Substrat mittels des hierin beschriebenen Verfahrens und der hierin beschriebenen Vorrichtung mit hierarchischen Strukturen mit Abmessungen im Mikro- und

Submikrometer Bereich mittels Laserinterferenzstrukturierung durch eine

Mehrfachbestrahlung desselben Interferenzpixels strukturiert wird. Ein so bearbeitetes

Substrat ist vorteilhaft im Bereich der Fertigung einsetzbar, um bspw. die Haftreibung und/oder Gleitreibung zwischen technischen Komponenten zu erhöhen, oder in der

Medizintechnik, um die Adhäsion von Zellen auf einer Fremdoberfläche zu erhöhen.

Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich, welche mittels

Laserinterferenzstrukturierung erzeugt wurde, umfasst, welches eine erhöhte Oberfläche im

Vergleich zu einem unstrukturierten Substrat mit gleichen Außenabmessungen aufweist.

Dabei trägt die periodische Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich dazu bei, dass sich die Oberfläche des Substrats proportional zu der Dichte der Interferenzbereiche pro Interferenzpixel erhöht. Insbesondere kann eine erhöhte Oberfläche im Vergleich zu einem unstrukturierten Substrat mit gleichen Außenabmessungen erzielt werden, indem ein

Substrat mittels des hierin beschriebenen Verfahrens und der hierin beschriebenen

Vorrichtung mit hierarchischen Strukturen mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometer

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Bereich mittels Laserinterferenzstrukturierung durch eine Mehrfachbestrahlung desselben LU102920

Interferenzpixels strukturiert wird. Ein so bearbeitetes Substrat ist vorteilhaft in technischen

Bereichen mit einem Anspruch an einen hohen Warmetransport einsetzbar, da durch die erhöhte Oberfläche im Vergleich zu einem unstrukturierten Substrat mit gleichen _ AuBenabmessungen eine größere Kapazität zum VVärmetausch bereitgestellt wird. Des

Weiteren ist ein so bearbeitetes Substrat im Bereich der elektrischen Verbindungstechnik zum Reduzieren von Kontaktwiderständen einsetzbar, da durch die erhöhte Oberfläche im

Vergleich zu einem unstrukturierten Substrat mit gleichen AuBenabmessungen mehr

Kontaktpunkte zwischen zu kontaktierenden Materialien herstellbar sind. Außerdem ist ein so strukturiertes Substrat im Bereich der Batterietechnik einsetzbar, insbesondere zum

Strukturieren der Anode und Kathode, da durch die erhöhte Oberfläche im Vergleich zu einem unstrukturierten Substrat mit gleichen AuBRenabmessungen mehr Kapazität zum

Austausch von Ladungsträgern zwischen dem Metall der Elektroden besteht.

Weiterhin eignet sich das hierin offenbarte Verfahren und die hierin offenbarte Vorrichtung zum Erzeugen eines Substrates umfassend eine periodische Punktstruktur mit

Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, welches antibakterielle (antiseptische)

Eigenschaften aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die periodische

Punktstruktur dabei Abmessungen auf, welche deutlich größer sind, zumindest 10% bis 30% größer sind, als die sich auf ihr ablagernden Bakterien. Dadurch werden die sich auf der

Oberfläche ablagernden Bakterien isoliert und somit unschädlich gemacht. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die periodische Punktstruktur dabei

Abmessungen auf, welche deutlich kleiner sind, zumindest 10% bis 30% kleiner sind, als die sich auf ihr ablagernden Bakterien. Dadurch ist ein Anhaften der Bakterien auf der

Oberfläche nicht möglich und die Oberfläche wird somit steril gehalten.

Ein durch das hierin offenbartes Verfahren und die hierin offenbarte Vorrichtung erzeugtes strukturiertes Substrat eignet sich darüber hinaus zum weiteren bearbeiten mittels eines weiteren Beschichtungsprozesses, wobei das Substrat eine physikalische und/oder chemische Beschichtung erhalten kann. Durch eine solche Beschichtung können die

Eigenschaften des strukturierten Substrats, beispielsweise die Antireflexionseigenschaften und/oder hydrophile und/oder hydrophobe Eigenschaften verstärkt werden. Denkbar ist das

Aufbringen einer chemischen Sprühbeschichtung und/oder das Aufbringen einer

Beschichtung mittels chemical vapor deposition und/oder Sputtern.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das strukturierte

Substrat eine Punktstruktur, die aus einem ersten und einem zweiten Interferenzpixel gebildet sind, wobei das erste und das zweite Interferenzpixel jeweils unabhängig

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung voneinander eine periodische Punktstruktur mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometer LU102920

Bereich umfassen, wobei das erste Interferenzpixel und das zweite Interferenzpixel so zueinander überlagert angeordnet sind, dass der Versatz zwischen dem zweiten

Interferenzpixel und dem ersten Interferenzpixel im Bereich von 10% < x < 50%, insbesondere im Bereich von 20% =< x < 50%, besonders bevorzugt im Bereich von 25% = x < 45% der Interferenzperiode liegt. Besonders vorteilhaft kann hierdurch insbesondere mit den hierin definierten Abmessungen der Punktstrukturen (unabhängig von deren Anwendungsbereich) auf dem Substrat, insbesondere auf einem transparenten

Substrat eine Strukturierung erzeugt werden, die Anti-Glare Eigenschaften aufweist.

Es hat sich gezeigt, dass ein derart strukturiertes Substrat (mit Strukturweiten wie hierin definiert) Anti-Glare Eigenschaften aufweist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die periodische Punktstruktur derart ausgebildet, dass zumindest ein drittes bzw. jeweils an das vorhergehende Interferenzpixel anschlieBendes Interferenzpixel so zu dem ersten und dem zweiten bzw. zu dem jeweils vorhergehenden Interferenzpixel überlagert angeordnet ist, wobei der Versatz zwischen dem dritten bzw. jedem weiteren Interferenzpixel und dem zweiten bzw. dem jeweils vorhergehenden Interferenzpixel im Bereich von 10% <= x < 50%, insbesondere im Bereich von 20% =< x < 50%, besonders bevorzugt im Bereich von 25% =< x < 45% der

Interferenzperiode liegt.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Versatz der Interferenzperiode von einem

Interferenzpixel zum jeweils vorhergehenden Interferenzpixel in zumindest einer

Raumrichtung, insbesondere in allen Raumrichtungen der Substratoberfläche gleichmäßig ausgebildet.

Verwendung des strukturierten Substrates

Das hierin definierte strukturierte Substrat mit Antireflexionseigenschaften findet beispielsweise Anwendung bei Photovoltaikanlagen, wobei durch die Einbringung antireflektierender Eigenschaften die Effizienz dieser Photovoltaikanlagen wesentlich erhöht werden kann. Eine große Herausforderung im Bereich der Photovoltaikanlagen liegt bei den großen Verlusten aufgrund der Reflexion der Sonnenstrahlen. Im Schnitt verursachen

Reflexionen 40 % Energie-/Leistungsverluste pro Anlage. Der Wirkungsgrad von

Photovoltaikanlagen muss entsprechend stetig verbessert werden. Einer der vielversprechendsten Ansätze ist die Reduktion von Reflexion mit Hilfe von

Antireflexbeschichtungen und/oder Texturierungen der Oberfläche. Der Einsatz des hierin

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung offenbarten Verfahrens vereinfacht, beschleunigt und verbessert die Behandlung der LU102920

Oberflächen.

Es ist darüber hinaus bekannt, dass Monitore und Bildschirme oft an festen Orten platziert sind und somit anfällig für ungünstige Lichteinfälle sind, die zu Sichtproblemen des

Betrachters führen. Zwar existieren grundsätzlich Möglichkeiten, diesen Effekt zu minimieren, allerdings finden diese Ansätze keine breite Anwendung, da sie eher die

Symptome lindern, als das Problem konkret zu lösen. Das hierin definierte strukturierte

Substrat mit Antireflexionseigenschaften eignet sich beispielsweise ideal zur Aufbringung bzw. Einbindung im Darstellungsbereich bspw. in Form als Antireflexionsverglasung von

Monitoren, Bildschirmen und Displays.

Ein weiteres Anwendungsgebiet eröffnet sich im Bereich der Entspiegelung innerhalb von

Glasfasern, was für höhere Übertragungsraten sorgt und die Rückreflexionen minimiert. Das hierin offenbarte Verfahren eignet sich daher ideal zur Strukturierung von Glasfasern, so dass die derart strukturierte Glasfaser ein weiteres Anwendungsbeispiel für ein hierin definiertes strukturierte Substrat mit Antireflexionseigenschaften bietet. Von der vorliegenden

Erfindung ist daher auch die Verwendung eines hierin definierten strukturierten Substrats als

Komponente von Glasfasern mit umfasst.

Darüber hinaus haben die Erfinder herausgefunden, dass sich das hierin definierte Verfahren zur Strukturierung von Fensterscheiben (als ein weiteres Beispiel für eine

Antireflexionsverglasung) eignet. So können die hierin offenbarten strukturierten Substrate beispielsweise in Form einer Antireflexionsverglasung oder als Folierung auf

Häuserfassaden, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substraten, als wärmeisolierende Verglasungen verwendet werden, die beispielsweise zum Schutz vor gebündelter Sonneneinstrahlung durch gekrümmte Häuserfassaden und zur besseren

Wärmedämmung von Gebäuden verwendet werden können.

Darüber hinaus kann eine Reduktion der Reflexion bei Mikroskopen und Teleskopen den

Kontrast der damit aufgezeichneten Bilder erhöhen, wodurch die Effizienz und der Einsatz dieser optischen Geräte erhöht werden. Von der vorliegenden Erfindung ist daher auch die

Verwendung eines hierin definierten strukturierten Substrats als optisches Element mit periodischen Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich in optischen Geräten, wie bspw. Mikroskopen und Teleskopen mit umfasst, für die die Strahlführung, Strahlformung,

Strahlbündelung und/oder Strahlfokussierung wesentlich sind.

Es ist ebenfalls zweckdienlich, dass hierin definierte strukturierte Substrat als Negativform (sog. Master) bspw. innerhalb eines Prägeprozesses zur indirekten Aufbringung oder

FUBI-0002-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung

Erzeugung von Strukturen auf einem anderen Substrat zu verwenden. Beispielsweise ist LU102920 dies bei Rolle-zu-Rolle-Prozessen relevant, bei denen mit Hilfe eines Heiß- oder UV-

Prägeprozesses Strukturen von einem sog. Master (meist Metall wie z.B. Nickel) auf eine

Polymerfolie (z.B. PET) im Endlosverfahren übertragen werden. Somit können auf anderen

Substraten die inversen Strukturen im Hochdurchsatz als periodische Punktstrukturen im

Mikro- oder Submikrometerbereich erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren bieten außerdem die Möglichkeit, ohne großen technischen Auswand ein Substrat flächig mit hydrophoben oder superhydrophoben zu erzeugen. Ein derart strukturiertes Substrat hat ein breites

Anwendungsspektrum in Bereichen, in denen die selbstreinigenden Eigenschaften von hydrophoben und oder superhydrophoben Substraten erwünscht sind, bspw. im Bereich von

Automobilkomponenten, Displays oder Verglasung, aber auch im Bereich der Luftfahrt oder

Antennentechnik.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren bieten außerdem die Möglichkeit, ohne großen technischen Aufwand ein Substrat flächig mit hydrophilen oder superhydrophilen zu erzeugen. Ein derart strukturiertes Substrat hat ein breites

Anwendungsspektrum in Bereichen, in denen die homogenen Benetzungseigenschaften von hydrophilen und oder superhydrophilen Substraten erwünscht sind, bspw. im Bereich von

Antennentechnik.

Weiterhin bietet das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auch die Möglichkeit zum Erzeugen eines strukturierten Substrates, welches sich zur weiteren Bearbeitung, beispielsweise einer chemischen und/oder physikalischen

Behandlung, insbesondere zum Beschichten mittels einer chemischen Sprühbeschichtung und/oder eignet, um die resultierenden Antireflexionseigenschaften und/oder hydrophoben oder superhydrophoben und/oder hydrophilen oder superhydrophilen Eigenschaften des

Substrats zu steigern und/oder zu modifizieren.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eignet sich das hierin offenbarte Verfahren dazu, eine Substratoberfläche derart zu strukturieren, dass diese Anti-

Glare Eigenschaften aufweist. Hierzu eignen sich insbesondere solche strukturierten

Substrate mit einer Punktstruktur, die — wie hierin definiert — aus einem ersten und einem zweiten bzw. weiteren Interferenzpixel gebildet sind, wobei das erste und das zweite bzw. jedes weitere Interferenzpixel jeweils unabhängig voneinander eine periodische

Punktstruktur mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometer Bereich umfassen, wobei das erste Interferenzpixel und das zweite bzw. jedes weitere Interferenzpixel so zueinander überlagert angeordnet sind, dass der Versatz zwischen dem zweiten bzw. weiteren

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Interferenzpixel und dem ersten bzw. dem vorhergehenden Interferenzpixel im Bereich von LU102920 10% =< x < 50%, insbesondere im Bereich von 20% =< x < 50%, besonders bevorzugt im

Bereich von 25% < x = 45% der Interferenzperiode liegt.

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Bezugszeichenliste LU102920 1 Laserstrahlungsquelle 2 Strahlteilerelement 3 Strahlengang 4 Fokussierelement 5 Substrat 6 weiteres Umlenkelement 7 Umlenkelement 8 Polarisationselement 9 Fokussierspiegel bzw. Galvo-Spiegel 91 Polygonrad

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Ausführungsbeispiele LU102920

Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele wird die vorliegende Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken. Insbesondere sind in den einzelnen

Figuren gezeigte und zu dem jeweiligen Beispiel beschriebene Merkmale nicht auf das jeweilige Einzelbeispiel beschränkt.

Dabei zeigt

Fig. 1: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Umlenkelement (6) zur Parallelisierung der Teilstrahlen enthält.

Fig. 3: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Umlenkelement (7) zur Aufweitung des Winkels der Teilstrahlen zur optischen Achse des Strahlengangs (3) enthält.

Fig. 4A: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die optische Elemente (6) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, die die

Teilstrahlen auf das Fokussierelement (4) umlenken, enthält.

Fig. 4B: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die als optisches Element zur Strahlformung einen Galvo-Spiegel (9) umfasst, was eine ortsfeste Positionierung des zu strukturierenden Substrats während des

Prozesses der Strukturierung erlaubt.

Fig. 5: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung ein Polarisationselement (8), welches den Phasenverlauf der

Teilstrahlen zueinander verschiebt, enthält, wobei a) das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah an der

Laserstrahlungsquelle (1) positioniert ist. b) das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah am Umlenkelement (7) positioniert ist.

Fig. 6: eine schematische Ansicht der sich auf der Oberfläche oder im Inneren des

Substrats ergebenden Interferenzpixel mit der Weite D, und die Verteilung der einzelnen Interferenzpixel auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, wobei die Interferenzpixel zueinander verschoben sind mit der Pixeldichte Pd.

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Fig. 7: eine schematische perspektivische Ansicht des strukturierten Substrats (5) mit den LU102920 erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit

Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich, und symbolisch die

Transmission von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen größer als die Strukturperiode der erzeugten Strukturen, sowie die Beugung von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im Bereich oder kleiner der erzeugten Strukturen.

Fig. 8: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die als optisches Element einen Galvospiegel (9) mit einer planaren, reflektierenden

Oberfläche, die die Teilstrahlen auf das Fokussierelement (4) umlenken, sowie ein

Polygonrad (91) enthält.

Fig. 9: Eine grafische Darstellung des Diffraktionswinkels von einfallendem Licht über der

Wellenlänge des einfallenden Lichts für strukturierte Substrate mit drei unterschiedlichen Strukturweiten.

Fig. 10: eine schematische perspektivische Ansicht des strukturierten Substrats (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit

Abmessungen im Mikrometerbereich, der eine periodische Wellenstruktur im

Submikrometerbereich überlagert ist.

Fig. 1 visualisiert in einem ersten Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Vorrichtung, umfassend eine Laserstrahlungsquelle (1) zum Emittieren eines Laserstrahls. Im

Strahlengang (3) des Laserstrahls hinter der Laserstrahlungsquelle (1) angeordnet, befindet sich ein Strahlteilerelement (2), welches im Strahlengang (3) beweglich angeordnet ist. Im

Strahlengang (3) des Laserstrahls hinter dem Strahlteilerelement (2) angeordnet, befindet sich ein Fokussierelement (4). Im Strahlengang (3) des Laserstrahls hinter dem

Fokussierelement (4) angeordnet, befindet sich eine Haltevorrichtung, auf der ein Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, gelagert ist.

In dieser Ausgestaltung emittiert die Laserstrahlungsquelle (1) einen gepulsten Laserstrahl.

Es handelt sich hier bei der Laserstrahlungsquelle um einen UV Laser mit einer Wellenlänge von 355 nm Wellenlänge und einer Pulsdauer von 12 ps. Das Strahlungsprofil der

Laserstrahlungsquelle entspricht in dieser Ausführungsform einem Top-Hat-Profil.

In diesem Ausführungsbeispiel entspricht das Strahlteilerelement (2) einem diffraktiven

Strahlteilerelement. Ein diffraktives Strahlteilerelement ist hier ein Strahlteilerelement, welches Mikro- oder Nanostrukturen enthält. Das Strahlteilerelement (2) unterteilt den

Laserstrahl in 4 Teilstrahlen.

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Das Fokussierelement (4) entspricht in diesem Ausführungsbeispiel einer refraktiven, LU102920 sphärischen Linse, die die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Teilstrahlen so auf das Substrat (5), bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat, lenkt, dass sie dort in einem Interferenzbereich interferieren. Der Interferenzwinkel entspricht in dieser

Ausgestaltung 27,2°, woraus eine Strukturperiode von 550 nm für die periodische

Punktstruktur bei dem gleichen Polarisationszustand resultiert.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das flächige Substrat einmal bestrahlt, sodass sich eine Bearbeitungsdauer pro Struktureinheit, d. h. pro Interferenzpixel, von 12 ps ergibt.

Bei dem Substrat (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, handelt es sich um ein Glas, ganz speziell ein Quarzglas, welches auf einer Haltevorrichtung gelagert ist, sodass es in der xy-Ebene, senkrecht zum Strahlengang des von der

Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls beweglich ist.

Fig. 2 visualisiert in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Vorrichtung wie in Fig. 1 beschrieben, zusätzlich umfassend ein Umlenkelement (6), welches sich im Strahlengang (3) des Lasers nach dem Strahlteilerelement (2) und dem Fokussierelement (4) befindet.

In dieser Ausgestaltung ist das Umlenkelement eine konventionelle, refraktive, konvexe

Linse. Die Teilstrahlen treffen derart auf das Umlenkelement (6) auf, dass sie nach

Durchlaufen des Umlenkelements im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dadurch lässt sich der Punkt, in dem die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des

Substrats interferieren, einstellen.

Fig. 3 visualisiert in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung basierend auf dem in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Aufbau. Zusätzlich umfasst dieser Aufbau ein weiteres

Umlenkelement (7), welches im Strahlengang (3) des Lasers zwischen dem

Strahlteilerelement (2) und dem Umlenkelement (6) angeordnet ist.

In dieser Ausgestaltung ist das weitere Umlenkelement (7) eine konventionelle, refraktive, konkave Linse. Die Teilstrahlen treffen derart auf das weitere Umlenkelement auf, sodass ihr

Winkel zur optischen Achse des Strahlengangs aufgeweitet wird. Dadurch lässt sich der

Interferenzwinkel, mit dem die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des

Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren, verändern.

In dieser Ausgestaltung sind alle optischen Elemente abgesehen vom Strahlteilerelement (2) entlang der optischen Achse des Strahlengangs (3) fixiert. Der Interferenzwinkel der

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Teilstrahlen auf dem Substrat wird über eine Verschiebung des Strahlteilerelements (2) LU102920 entlang der optischen Achse des Strahlengangs eingestellt.

Fig. 4A zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in Fig. 3, umfassend die optischen Elemente (6) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, die derart eingerichtet sind, dass sie die Teilstrahlen auf das Fokussierelement (4) umlenken.

In dieser Ausgestaltung werden die zumindest drei Teilstrahlen durch Verschiebung der optischen Elemente (6) in einem bevorzugten Winkel auf das Substrat gelenkt. Dadurch kann auf ein Umlenkelement in Form einer Linse (Bezugszeichen (6) in Fig. 3) verzichtet werden.

Fig. 5 visualisiert in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in Fig. 3, zusätzlich umfassend je ein Polarisationselement (8) pro Teilstrahl, welche im Strahlengang (3) des Laserstrahls zwischen dem Umlenkelement (6) und dem Fokussierelement (4) angeordnet sind.

Das Polarisationselement ist derart angeordnet, dass es die Polarisierung der einzelnen

Teilstrahlen zueinander so verändert, dass sich eine Veränderung des Interferenzmusters ergibt.

Diese Ausgestaltung ist in zwei unterschiedlichen Konfigurationen dargestellt. In Fig. 5 a) ist das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah an der Laserstrahlungsquelle (1) positioniert. In Fig. 5 b) ist das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah am

Umlenkelement (7) positioniert. Auf diese Weise lässt sich das Interferenzmuster der interferierenden Teilstrahlen auf der Oberfläche des Substrats (5) stufenlos einstellen, ohne dass die anderen optischen Elemente im Aufbau oder das Substrat bewegt werden müssen.

Zusétzlich wäre es auch denkbar, dass die Anordnung ein zusätzliches optisches Element zur Strahlformung enthält, das im Strahlengang (3) des Laserstrahls der

Laserstrahlungsquelle (1) nachgeordnet ist. In dieser Ausgestaltung entspricht das

Strahlungsprofil der Laserstrahlungsquelle einem GauB-Profil. Das optische Element zur

Strahlformung wandelt dieses Profil in ein Top-Hat-Profil um.

Fig. 6 enthält eine schematische Ansicht der sich auf der Oberfläche oder im Inneren des

Substrats ergebenden Interferenzpixel mit der Weite D, und die Verteilung der einzelnen

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Interferenzpixel auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, wobei die Interferenzpixel LU102920 zueinander verschoben sind mit der Pixeldichte Pd.

In dieser Ausgestaltung ist die Pixeldichte Pd kleiner als die Weite eines Interferenzpixels, D.

Dadurch kann durch Bewegen des Substrats (5) mittels eines gepulsten Laserstrahls eine flächige homogene periodische Punktstruktur auf der Oberfläche oder im Inneren eines

Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, erzeugt werden.

Fig. 7 visualisiert das durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte strukturierte Substrat (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit

Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich. Es wird zudem symbolisch die

Transmission von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen größer als die

Strukturperiode der erzeugten Strukturen, sowie die Beugung von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im Bereich oder kleiner der erzeugten

Strukturen verdeutlicht.

Fig. 8 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in Fig. 4B, umfassend das optische Element (91) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, wobei es sich um ein Polygonrad handelt, welches derart eingerichtet ist, dass es um eine eingezeichnete Achse rotiert. Dabei werden die einfallenden Teilstrahlen derart abgelenkt, dass sie auf einen Galvospiegel (9) treffen, welcher die Strahlen über ein

Fokussierelement (4) auf das Substrat lenkt. Die Rotation des Polygonrads bewirkt dabei, dass der Punkt, in dem die Strahlen auf dem Substrat gebündelt werden während des

Belichtungsprozesses entlang einer Linie beweglich ist. Die Teilstrahlen scannen also das

Substrat, was zu einer erhöhten Prozessgeschwindigkeit führt.

Fig. 9 zeigt in einer grafischen Darstellung die Transmissions- bzw. Beugungsfähigkeit von einem strukturierten Substrat abhängig von der Strukturweite auf. Dabei wird der

Diffraktionswinkel von Licht in Abhängigkeit von dessen Wellenlänge für Strukturen mit drei unterschiedlichen Strukturweiten gezeigt. Ist die Wellenlänge des einfallenden Lichts größer als die Strukturweite, so wird das Licht vollständig transmittiert. Bei Wellenlängen im Bereich der Strukturweite oder kleiner kommt es zur Diffraktion. Die Diffraktionswinkel können aus der Grafik entnommen werden.

Fig. 10 visualisiert das durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte strukturierte

Substrat (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen

Zapfen, mit Abmessungen im Mikrometerbereich. Dieser periodischen Punktstruktur im

Mikrometerbereich überlagert ist eine periodische Wellenstruktur im Submikrometerbereich,

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Produktionsschritt erzeugbar ist.

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Claims

Patentansprüche LU102920

1. Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung zur direkten Laserinterferenzstrukturierung eines Substrats, umfassend - eine Laserstrahlungsquelle (1) zum Emittieren eines Laserstrahls, - ein Strahlteilerelement (2), das im Strahlengang (3) des Laserstrahls angeordnet ist, - ein Fokussierelement (4), das derart eingerichtet ist, dass es die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Volumen eines Substrats (5) in einem Interferenzbereich interferierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (2) entlang seiner optischen Achse im Strahlengang (3) frei beweglich ist, der Strahlteiler (2) dazu eingerichtet ist, den einfallenden Laserstrahl, der von der Laserstrahlungsquelle (1) ausgesandt wird, in zumindest 3 Teilstrahlen aufzuteilen, wobei im Strahlengang (3) der Laserstrahlungsquelle (1) dem Strahlteilerelement (2) nachgeordnet ein erstes Umlenkelement (7) angeordnet ist, dass derart eingerichtet ist, dass die zumindest drei Teilstrahlen beim Durchlaufen des Umlenkelements (7) aufgeweitet werden, wobei das Umlenkelement (7) eine konkave Linse ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei im Strahlengang (3) der Laserstrahlungsquelle (1) und dem Strahlteilerelement (2) nachgeordnet ein weiteres Umlenkelement (6) angeordnet ist, das derart eingerichtet ist, dass es die Teilstrahlen derart umlenkt, dass sie nach Austritt aus dem weiteren Umlenkelement (6) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Strahlteilerelement (2) ein diffraktives Strahlteilerelement oder ein refraktives Strahlteilerelement ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das weitere Umlenkelement (6) eine konvexe Linse ist. FUBI-0004-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fokussierelement ~~ LU102920 (4) eine konvexe Linse ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung mindestens ein Polarisationselement (8) umfasst, welches im Strahlengang zwischen dem Umlenkelement und dem Fokussierelement angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Laserstrahlungsquelle um eine gepulste Laserstrahlungsquelle mit Pulsweiten im Bereich von 10 Nanosekunden bis 10 Femtosekunde, handelt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahlungsprofil des von der Laserstrahlungsquelle emittierten Laserstrahls einem Gauß-Profil oder einem Top-Hat-Profil entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich vor dem Strahlteilerelement ein weiteres optisches Element befindet, welches zur Strahlformung verwendet werden kann.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Haltevorrichtung umfasst, auf der das Substrat gelagert ist und die in der xy-Ebene, senkrecht zum Strahlengang (3) des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls beweglich ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein transparentes Material umfasst. FUBI-0004-P-LU 31.03.2022 Luxemburgische Patentanmeldung