WO1998016872A1 - Projektionsmaske - Google Patents

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WO1998016872A1
WO1998016872A1 PCT/DE1997/002322 DE9702322W WO9816872A1 WO 1998016872 A1 WO1998016872 A1 WO 1998016872A1 DE 9702322 W DE9702322 W DE 9702322W WO 9816872 A1 WO9816872 A1 WO 9816872A1
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layer
projection mask
colored
mask according
layers
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PCT/DE1997/002322
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Inventor
Steffen Jäger
Frank Neumann
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F19/00—Advertising or display means not otherwise provided for
    • G09F19/12—Advertising or display means not otherwise provided for using special optical effects
    • G09F19/18—Advertising or display means not otherwise provided for using special optical effects involving the use of optical projection means, e.g. projection of images on clouds
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/001—Axicons, waxicons, reflaxicons

Definitions

  • the invention relates to a projection mask for imaging an image, which can be arranged in the beam path of a light source in front of a projection plane.
  • a projection mask for imaging an image which can be arranged in the beam path of a light source in front of a projection plane.
  • pictures e.g. Company logos, geometric figures, over longer distances on projection levels such as Project walls, ceilings etc.
  • the main sources of light are
  • Power emitters are used and special masks for generating the images are arranged on the projection planes in the beam path of the light and there as close as possible to the focus, so that a relatively sharply contoured image can be achieved.
  • the materials used for the masks must be highly temperature-resistant and have a high light fastness, so that the desired ones Colors can also be retained over a longer period of time.
  • metal masks are formed by mechanical or laser processing in such a way that the desired image is incorporated into a thin metal base plate and can thus be enlarged on the projection plane.
  • Projection plane is arranged at least in the vicinity of the focal point of the light source, characterized in that at least one colored layer containing organic dye molecules is applied to a transparent substrate.
  • This single colored layer can already be microstructured in accordance with the requirements of the desired image. However, this only allows a single-color image. However, there is the possibility of applying several colored layers to the transparent substrate, so that a multicolored image can be obtained.
  • the colored layers can be made from colored pigments vapor-deposited in a vacuum, colored pigment mixtures, dye / dielectric composites, dye / - Dielectric layer stacks, multilayer systems or as a sol-gel layer.
  • the dye pigments contained in the colored layers are temperature and color resistant up to at least 250 ° C.
  • Suitable dye pigments are e.g. Phthalocyanines such as copper phthalocyanine for the color blue and quinazolones for the color red (e.g. Pigment Red 224).
  • the relatively long-wave radiation (NIR range> 750 n) can be caused, for example, by transparent conductive oxides such as indium-tin oxide, doped zinc and tin oxide layers and / or the short-wave radiation components below 400 nm by, for example, semiconductors and polymers and other suitable ones
  • transparent conductive oxides such as indium-tin oxide, doped zinc and tin oxide layers and / or the short-wave radiation components below 400 nm by, for example, semiconductors and polymers and other suitable ones
  • Substances are hindered accordingly by the larger optical band gap of 3 eV to 4 eV on the side facing the light source and the influence is restricted.
  • problems arise when using yellow dyes can alternatively be solved by inorganic titanium peroxides, which can of course also be used by suitable vacuum coating processes or sol-gel processes
  • the transparent protective layers can be applied with a layer thickness of a few micrometers. It is particularly advantageous to apply these protective layers using the same coating method with which the colored layers are applied.
  • Suitable materials for the protective layers are oxides, nitrides, oxynitrides, plasma polymers such as Si0 2 , Sn0 2 , ZnO, Ti0 2 , A1 2 0 3 , Si 3 N 4 , a-Si, C: H, SiO x N y and other.
  • a protective layer using a sol-gel process has proven to be particularly favorable.
  • This is advantageously a hybrid polymer with an organic and inorganic network, as is known under the name Ormocere and can be found, for example, in DE 38 28 098 A1.
  • layers with a sol-gel Processes based on Si0 2 , Ti0 2 , A1 2 0 3 , Sn0 2 , ZnO or corresponding mixtures can be used, the application being possible by spraying, broaching, brushing or dipping.
  • the protective layer can also be formed by a temperature-stable, colorless lacquer.
  • the protective layers are preferably subjected to an annealing at temperatures of approximately 100 ° C. to 250 ° C. in order to achieve hardening and better crosslinking of the protective layer.
  • the colored layers produced by the process known from DE 42 40 564 can be produced by vapor deposition in a vacuum, absorption-free materials, such as, for example, A1 2 0 3 , SiO x or Ti0 2, as dielectrics and at least one organically evaporable or sublimable dye be deposited on a substrate.
  • the layer is formed by the deposition of a dye-rich and a dye-poor layer.
  • the wear-resistant colored layers are formed from vaporizable and / or sublimable organic dyes and transparent inorganic substances, and are at least temporarily exposed to the influence of ions during vacuum deposition during layer growth. If the colored layers are applied to the substrate of the projection mask according to the invention using a sol-gel process, the dye pigments should be incorporated into the layer in dissolved form (for example by soluble phthalocyanines, quinacridones, etc.) and dried after the layer has been applied and be networked in the process.
  • an opaque layer is applied to it.
  • This layer can be applied not only to the substrate, but also to the back of the carrier or to the colored layer. This can be achieved in the simplest way by conventional metallization of the substrate surface.
  • other opaque materials such as e.g. Plasma polymers and semiconductors with a small optical band gap ( ⁇ approx. 2 eV), nitrides, carbonitrides etc. be used.
  • metal layers are deposited on the substrate as an opaque layer in a vacuum, layer thicknesses of the order of magnitude of 50 nm to a few micrometers are easily sufficient.
  • vacuum coating technology such as thermal or electron beam evaporation, atomization techniques, coating techniques based on chemical vapor deposition and other known processes can be used with good success as coating processes.
  • metals or metal alloys have proven to be suitable materials (Ti, Cr, Al, Au, Mo, NiCr, Ta, Sn, Zn, Zr, Cu, In, Sb, etc.).
  • the opaque metal layers can also be applied by wet chemical or galvanic deposition processes after appropriate pretreatment of the substrate (pre-germination), and an adequate layer quality is obtained.
  • this layer is microstructured, as a result of which a light-dark projection mask can be obtained.
  • Known photolithographic processes can be used for the corresponding microstructuring.
  • the photoresist After the photoresist has been applied to the opaque layer, the projection of the desired image is exposed. After the development of the photoresist, the microstructure can be worked out by etching or stripping.
  • a dry etching process in a vacuum e.g. plasma etching
  • the opaque layer can also be achieved through the use of masks in the production of the layer by partially covering the transparent substrate during the coating process.
  • the etching processes have a higher production flexibility and significantly lower costs.
  • the resolution and thus the quality of the detail reproduction can be increased by the etching.
  • a resolution of only a few micrometers can be achieved with the etching process.
  • Another advantage of the etching process consists in the fact that web-free structures, ie self-supporting image structures, can be produced.
  • the invention is advantageously characterized in that colored production masks can be implemented in a wide range of colors.
  • the projection masks designed according to the invention can also be used without problems over a long period of time. Depending on whether appropriate
  • Protective layers are applied or whether the colored layers already have a corresponding strength, the projection masks also withstand mechanical loads to a sufficient extent.
  • the coatings produced are homogeneous and not scattering, so that this also makes it possible to reproduce the image true to color and with sharp contours.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of an example of a projection mask according to the invention in the production in several steps
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the image generation and projection of a desired image during the production of a projection mask according to the invention
  • FIG. 1 shows the process sequence in various steps for producing an example of the projection mask designed according to the invention.
  • an opaque layer 2 is applied to the cleaned transparent substrate 1 by a known vacuum coating method, a chemical or galvanic deposition.
  • the microstructuring of the opaque layer 2 is then carried out, it being possible to use a photolithographic method using masks, an etching, an ablation or another suitable microstructuring method.
  • the colored layer 3 is then applied to the microstructured opaque layer 2, which in the form already described can also be applied by a vacuum coating process or by a sol-gel process.
  • the materials already mentioned which contain organic dyes can be applied as layer materials alone, as a mixture, composite, layer stack, as mixed layers.
  • the colored layer 3 has sufficient strength - in particular taking into account the required abrasion or grip strength - an additional protective layer 4 can then be applied, a vacuum coating method also being used for this.
  • the protective layer 4 can also be obtained by a sol-gel process or by applying a temperature-resistant lacquer.
  • the image template ie the image to be displayed on the projection level
  • the image template is generated on a computer with suitable software, digitally read in and processed by suitable scanners.
  • the computer image is projected onto the applied photoresist.
  • This operation can be carried out by directly controlling a laser scanner or a digitally controllable matrix of an exposure device. This makes it possible that a wide variety of image motifs can be projected with great flexibility and relatively low cost through the direct projection.
  • the actual colored layer can then be applied either directly to the correspondingly structured substrate or the structured opaque layer in vacuo.
  • Pure dye layers have a high absorption coefficient in the visible spectral range (approx. 10 5 cm “1 ) and small layer thicknesses below one micron are sufficient, the layer thickness to be applied being dependent on the dye pigment used. Layer thicknesses in the range of 0.3 are sufficient up to 0.7 ⁇ m, however, a minimum layer thickness of 50 nm should be applied to achieve a good color impression with high saturation.
  • the example of a projection mask according to the invention shown in FIG. 3a essentially corresponds to the example already shown in FIG. 1.
  • the substrate 1 consists, for example, of quartz or glass or another transparent material which has sufficient temperature resistance.
  • FIG. 3b shows on the side of the substrate 1 facing the light source an absorbing or reflecting protective layer "5, which either reflects or absorbs at least part of the invisible light in order to influence the influence of the light radiation on the other layers of the substrate
  • an absorbing or reflecting protective layer "5 which either reflects or absorbs at least part of the invisible light in order to influence the influence of the light radiation on the other layers of the substrate
  • the example of a projection mask according to the invention shown in FIG. 3c dispenses with the application of an opaque layer 2, and the colored layer 3 'is applied directly to the substrate 1 and, as has already been described, correspondingly microstructured, so that a monochrome image can be reached on the projection level in accordance with the microstructure generated.
  • an additional protective layer 4 has been applied to the colored layer 3 '.
  • the example of a projection mask according to the invention shown in FIG. 3d has a further layer 6 compared to the example already described in FIG. 3c, which in this example is applied to the other side of the substrate 1 than the second microstructured colored layer 3 '.
  • the layer 6 can also be an interference layer system, which is a color filter in design, and regardless of whether the layer 6 is a colored layer or an interference layer system, a subtractive color mixture is achieved. This allows multi-color images to be projected.
  • a second likewise microstructured colored layer 3 ′′ is applied iteratively to the substrate 1 after the application of the first microstructured colored layer 3 ′, and with this projection mask there is an at least three-colored image on the projection mask possible.
  • a yellow layer 6 or an interference designed accordingly in the design can be on the back of the substrate 1.
  • the microstructured colored layer 3 ' for example by using copper phthalocyanine as a blue-green layer, a green-yellow image can be obtained with a high resolution.
  • interference layer systems can be used more cheaply because of their higher temperature stability.
  • the projection mask according to the invention can be further improved if the described exemplary embodiments are combined with one another or additional microstructured colored layers are applied, so that the variety of colors can be increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsmaske zur Abbildung eines Bildes, die im Strahlengang einer Lichtquelle vor einer Projektionsebene angeordnet ist, wobei auf einem transparenten Substrat, zumindest teilweise die optisch aktive Fläche überdeckend, mindestens eine organische Farbstoffmoleküle enthaltende farbige Schicht aufgebracht ist und wobei die farbige(n) Schicht(en) durch im Vakuum aufgedampfte Farbpigmente, Farbpigmentgemische, Farbstoff/Dielektrikum-Komposite, Farbstoff/Dielektrikum-Schichtstapel, Mehrschichtsysteme oder als Sol-Gel-Schicht gebildet ist/sind.

Description

Projektionsmaske
Die Erfindung betrifft eine Projektionsmaske zur Abbildung eines Bildes, die im Strahlengang einer Lichtquelle vor einer Projektionsebene angeordnet werden kann. Mittels Hochleistungsbeleuchtungstechni- ken ist es üblich, Bilder, z.B. Firmenlogos, geometrische Figuren, über größere Entfernungen auf Projektionsebenen wie z.B. Wände, Decken usw. zu proji- zieren. Als Lichtquellen werden dabei überwiegend
Leistungsstrahler verwendet und spezielle Masken zur Erzeugung der Bilder auf den Projektionsebenen in dem Strahlengang des Lichtes angeordnet und dort möglichst in der Nähe des Focus, so daß eine relativ konturenscharfe Abbildung erreichbar wird.
Durch die erforderlichen hohen Lichtintensitäten müssen die für die Masken verwendeten Materialien in hohem Maße temperaturbeständig sein und dabei eine hohe Lichtechtheit aufweisen, so daß die gewünschten Farben auch über einen längeren Zeitraum beibehalten werden können.
Bisher ist es üblich, Metallmasken zu verwenden. Diese Metallmasken werden durch mechanische oder Laser- Bearbeitung so ausgebildet, daß in einer dünnen Me- tallgrundplatte das gewünschte Bild eingearbeitet und so auf der Projektionsebene entsprechend vergrößert abgebildet werden kann.
Da aber die Wünsche der Nutzer dahingehen, farbige und möglichst auch mehrfarbige Abbildungen zu erzeugen, treten mit den herkömmlichen Verfahren und Masken, bei denen durch Lackierdrucktechniken entspre- chende Einfärbungen vorgenommen werden, durch die sehr geringe Temperaturstabilität der verwendeten Farben oder eingefärbten Polymere größere Probleme auf, die zumindest einem Langzeiteinsatz der so hergestellten Masken entgegenstehen.
Es wurden aber auch in jüngster Vergangenheit zur Farberzeugung konventionelle optische Interferenzschichtsysteme eingesetzt. Diese aus mehreren Schichten bestehenden Systeme, bei denen alternierend hoch- und niedrigbrechende Materialien auf einem transparenten Substrat abgeschieden sind, haben jedoch den Nachteil, daß damit nur eine engbegrenzte Anzahl von Farbtönen zu erzeugen ist und diese meistens in Kombination mit - wie bereits beschrieben - mechanisch gefertigten Masken, wenn überhaupt, nur beschränkt mehrfarbige Masken erstellt werden können.
Bei den üblicherweise für die Herstellung solcher Interferenzschichtsysteme verwendeten Verfahren ist neben dem relativ hohen technologischen Aufwand ein weiterer Nachteil, daß die erzeugten Schichtstapel nur schwierig reproduzierbar hergestellt werden können und auch die Einhaltung der erforderlichen Schichtdickengenauigkeit Probleme bereitet.
Der Stand der Technik hat demzufolge eine Reihe von Nachteilen, die nachfolgend genannt werden sollen:
Probleme gibt es z.B. bei der Hell-Dunkel-Wiedergabe bei Verwendung von bearbeiteten Metallgrundplatten, und es lassen sich keine farbigen Abbildungen ohne Verwendung zusätzlicher Farbfilter im Strahlengang erzeugen, wobei zu beachten ist, daß die in der Regel verwendeten Farbfilter zumindest einen Teil des Lich- tes absorbieren oder reflektieren.
Mit der Verwendung der bearbeiteten Metallmasken können keine freitragenden Bildstrukturen realisiert werden.
Sowohl der Arbeits- als auch der Kostenaufwand für die Herstellung der Masken sind wegen der erforderlichen Genauigkeit sehr hoch. Schwierigkeiten bereiten dabei auch komplizierte geometrische Figuren, so daß das Verfahren zur Herstellung der metallischen Masken ein hohes Maß an Flexibilität erfordert und dieses nicht mit allen Bearbeitungsverfahren erreicht werden kann.
Es können auch nicht unbegrenzt kleine Bildstrukturen mit entsprechend großer Auflösung erreicht werden, so daß die normalerweise gewünschte Detailwiedergabe bei den projizierten Abbildungen nicht immer erreicht wird. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsmaske zur Verfügung zustellen, mit der farbige Abbildungen projizierbar sind und bei der die verwendeten Materialien eine ausreichende Temperatur- und Licht- Stabilität aufweisen, wobei eine hohe Farbsättigung bei gleichzeitig hoher Transparenz und Homogenität (geringe Streuung) erreicht werden soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 für die Projektionsmaske und durch die Merkmale des Patentanspruches 12 für das Verfahren zur Herstellung der Projektionsmaske gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Nutzung der in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmale.
Bei der erfindungsgemäßen Projektionsmaske, die im Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und einer
Projektionsebene zumindest in der Nähe des Brennpunktes der Lichtquelle angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß auf einem transparenten Substrat zumindest eine farbige Schicht, die organische Farb- stoffmoleküle enthält, aufgebracht ist. Dabei kann diese eine einzige farbige Schicht bereits entsprechend den Erfordernissen der gewünschten Abbildung mikrostrukturiert sein. Dadurch ist jedoch nur eine einfarbige Abbildung möglich. Es besteht aber die Möglichkeit, mehrere farbige Schichten auf das transparente Substrat aufzubringen, so daß eine mehrfarbige Abbildung erhalten werden kann. Die farbigen Schichten können dabei erfindungsgemäß einmal aus im Vakuum aufgedampften Farbpigmenten, Farbpigmentgemi- sehen, Farbstoff/Dielektrikum-Kompositen, Farbstoff/- Dielektrikum-Schichtstapeln, Mehrschichtsystemen oder als eine Sol-Gel-Schicht ausgebildet werden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die in den farbigen Schichten enthaltenen Farbstoffpigmente bis mindestens 250 °C temperatur- und farbbeständig sind. Sie sollten dabei neben der hohen Lichtintensität auch der relativ hohen Betriebstemperatur, die in der Regel zwischen 200 °C und 230 °C liegt, auch einem Dauerbetrieb standhalten. Geeignete Farbstoffpigmente sind z.B. Phthalocyanine wie Kupferphthalocyanin für die Farbe blau, und für die Farbe rot Chinazolone (z.B. Pigment Red 224).
Es können aber auch andere Farbstoffe der Gruppe der Perinone, der Chinacridone, der Perylenfarbstoffe usw. verwendet werden, wobei es bei den letzteren Farbpigmenten günstig ist, insbesondere den Einfluß der Strahlungs- und Temperaturintensität zu verrin- gern. Dabei können zusätzliche Schichten im Strahlengang des Lichtes vor der Lichtquelle ausgebildet werden, die das auftreffende Licht insbesondere im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes entweder reflektieren oder absorbieren. So kann beispielsweise die relativ langwellige Strahlung (NIR-Bereich > 750 n ) durch z.B. transparente leitfähige Oxide wie Indium-Zinn-Oxid, dotierte Zink- und Zinnoxidschichten und/oder die kurzwelligeren Strahlungsanteile unterhalb von 400 nm durch z.B. Halbleiter und Polymere und andere geeignete Stoffe durch die größere optische Bandlücke von 3eV bis 4 eV auf der der Lichtquelle zugewandten Seite entsprechend behindert und der Einfluß eingeschränkt werden. Probleme ergeben sich bei der Verwendung von gelben Farbstoffen. Diese können jedoch alternativ durch anorganische Titanperoxide gelöst werden, die sich selbstverständlich auch durch geeignete Vakuu - beschichtungsverfahren oder Sol-Gel-Prozesse als
Schicht auftragen lassen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, durch Ausbildung eines entsprechenden Farbfilters, wie z.B. einem im Design entsprechend ausgelegten Interferenzschichtsystem, eine subtrakti- ve Farbmischung bewirkend, auch gelbe Farben entsprechend zu projizieren.
Da die erzeugten farbigen Schichten in der Regel nur eine geringe Härte und Verschleißfestigkeit aufwei- sen, ist es vorteilhaft, zur Erhöhung der Festigkeit, insbesondere der Griff- und Abriebfestigkeit, eine zusätzliche außenliegende Schutzschicht aufzubringen. Die transparenten Schutzschichten können dabei mit einer Schichtdicke von einigen wenigen Mikrometern aufgebracht werden. Ganz besonders vorteilhaft ist es, den Auftrag dieser Schutzschichten mit dem gleichen Beschichtungsverfahren, mit dem die farbigen Schichten aufgebracht werden, zu erzeugen. Als Materialien für die Schutzschichten eignen sich Oxide, Nitride, Oxynitride, Plasmapolymere, wie z.B. Si02, Sn02, ZnO, Ti02, A1203, Si3N4, a-Si, C:H, SiOxNy und andere.
Als besonders günstig hat sich der Auftrag einer Schutzschicht mit einem Sol-Gel-Verfahren herausgestellt. Dabei handelt es sich in günstiger Weise um ein Hybridpolymer mit einem organischen und anorganischen Netzwerk, wie es unter der Bezeichnung Ormocere bekannt ist und z.B. aus DE 38 28 098 AI zu entnehmen ist. Es können aber auch Schichten mit einem Sol-Gel- Verfahren auf der Basis von Si02, Ti02, A1203, Sn02, ZnO oder entsprechenden Gemischen eingesetzt werden, wobei der Auftrag durch Aufsprühen, Aufbrakein, Aufpinseln oder Eintauchen erfolgen kann.
Die Schutzschicht kann aber auch durch einen temperaturstabilen farblosen Lack gebildet sein. Die Schutzschichten werden bevorzugt nach dem Auftragen einer Temperung bei Temperaturen von ca. 100 °C bis 250 °C unterzogen, um eine Aushärtung und eine bessere Vernetzung der Schutzschicht zu erreichen.
Eine solche Schutzschicht ist nicht unbedingt erforderlich, wenn für die farbigen Schichten Farbstoff- Dielektrikum-Schichtstapel, wie sie in den DE 42 40 564 und DE 195 00 882 beschrieben sind, Farbstoff- Dielektrikum-Compositschichten oder auch entsprechende Kombinationen eingesetzt werden. So sind die mit dem aus DE 42 40 564 bekannten Verfahren hergestell- ten farbigen Schichten durch Aufdampfen im Vakuum herstellbar, wobei absorptionsfreie Materialien, wie z.B. A1203, SiOx oder Ti02 als Dielektrika und mindestens ein organisch verdampfbarer oder sublimierbarer Farbstoff gemeinsam auf einem Substrat abgeschieden werden. Dabei wird die Schicht durch Abscheidung einer farbstoffreichen und einer farbstoffarmen Schicht ausgebildet.
Bei dem in der DE 195 00 882 beschriebenen Verfahren werden die verschleißfesten farbigen Schichten aus verdampfbaren und/oder sublimierbaren organischen Farbstoffen und transparenten anorganischen Stoffen gebildet und bei der Abscheidung im Vakuum während des Schichtwachstums dem Einfluß von Ionen zumindest zeitweise ausgesetzt. Werden die farbigen Schichten mit einem Sol-Gel-Ver- fahren auf dem Substrat der erfindungsgemäßen Projektionsmaske aufgebracht, sollten die Farbstoffpigmente möglichst in gelöster Form (z.B. durch lösliche Phthalocyanine, Chinacridone usw.) in der Schicht eingebunden sein, nach dem Auftrag der Schicht getrocknet und dabei vernetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der erfin- dungsgemäßen Projektionsmaske besteht darin, daß nach einer Reinigung des transparenten Substrates auf diese eine lichtundurchlässige Schicht aufgebracht wird. Diese Schicht kann nicht nur auf das Substrat, sondern auch auf der Trägerrückseite oder auf den farbi- gen Schicht aufgebracht sein. Dies kann auf einfachste Weise durch eine herkömmliche Metallisierung der Substratoberfläche erreicht werden. Es können aber auch andere lichtundurchlässige Materialien, wie z.B. Plasmapolymere und Halbleiter mit kleiner optischer Bandlücke (< ca. 2 eV) , Nitride, Carbonitride u.a. verwendet werden.
Werden Metallschichten im Vakuum als lichtundurchlässige Schicht auf dem Substrat abgeschieden, so rei- chen Schichtdicken in der Größenordnung von 50 nm bis wenigen Mikrometern ohne weiteres aus. Als Beschichtungsverfahren lassen sich nahezu alle bekannten Verfahren der Vakuumbeschichtungstechnik, wie z.B. thermische oder Elektronenstrahlverdampfung, Zerstäu- bungstechniken, Beschichtungstechniken auf der Basis der chemischem Dampfabscheidung und andere bekannte Verfahren mit gutem Erfolg einsetzen. Als geeignete Materialien haben sich fast alle Metalle oder Metalllegierungen herausgestellt (Ti, Cr, AI, Au, Mo, NiCr, Ta, Sn, Zn, Zr, Cu, In, Sb u.a.). Neben den Vakuumbeschichtungsverfahren können die lichtundurchlässigen Metallschichten nach einer entsprechenden Vorbehandlung des Substrates (Vorkeimung) auch durch naßchemische oder galvanische Abscheide- verfahren aufgebracht werden, und es wird eine ausreichende Schichtqualität erhalten.
Im Anschluß an den Auftrag der lichtundurchlässigen Schicht erfolgt eine Mikrostrukturierung dieser Schicht, in deren Ergebnis eine Hell-Dunkel-Projek- tionsmaske erhalten werden kann. Für die entsprechende Mikrostrukturierung können bekannte photolithographische Verfahren eingesetzt werden. Dabei wird nach dem Aufbringen des Photolackes auf die lichtundurch- lässige Schicht eine Belichtung der Projektion des gewünschten Bildes durchgeführt. Nach der Entwicklung des Photolackes kann die Mikrostruktur durch Ätzen oder Strippen herausgearbeitet werden. Für das Ätzen kann neben der naßchemischen Ätztechnik, die entweder als Positiv- oder auch als Negativverfahren durchführbar ist, auch ein Trockenätzverfahren im Vakuum verwendet werden (z.B. Plasmaätzen).
Die lichtundurchlässige Schicht kann aber auch durch den Einsatz von Masken bei der Erzeugung der Schicht durch partielles Abdecken des transparenten Substrates während des Beschichtungsvorganges erreicht werden. Demgegenüber weisen aber die Ätzverfahren eine höhere Produktionsflexibilität und deutlich geringere Kosten auf. Außerdem kann durch das Ätzen das Auflösungsvermögen und damit die Qualität der Detailwiedergabe erhöht werden. Mit den Ätzverfahren kann ein Auflösungsvermögen von nur wenigen Mikrometern erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der Ätzverfahren besteht darin, daß stegfreie Strukturen, d.h. freitragende Bildstrukturen erzeugt werden können.
Die Erfindung zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, daß farbige Produktionsmasken in einer breiten Farbpalette realisiert werden können. Daneben besteht nunmehr auch die Möglichkeit, Mehrfarbeffekte zu erzeugen, so daß die abgebildeten Bilder optisch wirksamer sind. Wie bereits erwähnt, besteht nunmehr auch die Möglichkeit, die Detailwiedergabe zu verbessern, was durch das Auflösungsvermögen von wenigen Mikrometern bei der Mikrostrukturierung erreicht werden kann.
Durch den Einsatz von Materialien für die farbigen
Schichten, die eine hohe Temperaturstabilität bis zu 230 °C und auch gegenüber chemischen Reagenzien sehr stabil sind, sind die erfindungsgemäß ausgebildeten Projektionsmasken auch über einen langen Zeitraum problemlos einsetzbar. Je nachdem, ob entsprechende
Schutzschichten aufgebracht werden oder ob die farbigen Schichten von Haus aus bereits eine entsprechende Festigkeit aufweisen, halten die Projektionsmasken auch in ausreichendem Maße mechanischen Beanspruchun- gen stand.
Nach der Erfindung ist es ebenfalls vorteilhaft, daß die erzeugten Beschichtungen homogen und nicht streuend sind, so daß auch dadurch eine farbgetreue und konturenscharfe Wiedergabe der Abbildung möglich wird.
Wie bereits beschrieben worden ist, bestehen verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Projek- tionsmaske herzustellen. Dabei weisen alle möglichen Herstellungsverfahren den Vorteil auf, daß sie einfach und relativ kostengünstig durchführbar sind.
Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispie- len näher beschrieben werden. Dabei zeigen
Fig. 1 eine mögliche Ausführung eines Beispieles einer erfindungsgemäßen Projektionsmaske bei der Herstellung in mehreren Schritten;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Bilderzeugung und Projektion eines gewünschten Bildes bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Projektionsmaske;
Fig. 3a bis 3e den schematischen Aufbau verschiedener Beispiele der erfindungsgemäßen Projektionsmaske
In Fig. 1 ist der Verfahrensablauf in verschiedenen Schritten zur Herstellung eines Beispiels der erfindungsgemäß ausgebildeten Projektionsmaske dargestellt. Hier wird auf das gereinigte transparente Substrat 1 in einem ersten Verfahrensschritt eine lichtundurchlässige Schicht 2 durch ein bekanntes Va- kuumbeschichtungsverfahren eine chemische oder galvanische Abscheidung aufgebracht.
Im Anschluß daran wird die Mikrostrukturierung der lichtundurchlässigen Schicht 2 durchgeführt, wobei ein photolithographisches Verfahren unter Einsatz von Masken, ein Ätzen, eine Ablation oder ein anderes geeignetes Mikrostrukturierungsverfahren eingesetzt werden kann. Auf die mikrostrukturierte lichtundurchlässige Schicht 2 wird dann die farbige Schicht 3 aufgebracht, die in der bereits beschriebenen Form ebenfalls durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren oder mit einem Sol-Gel-Verfahren aufbringbar ist. Als Schichtmaterialien können die ebenfalls bereits genannten organische Farbstoffe enthaltenden Materialien allein, als Gemisch, Komposit, Schichtstapel, als Mischschichten aufgebracht werden.
Für den Fall, daß die farbige Schicht 3 eine ausreichende Festigkeit - insbesondere unter Berücksichtigung der geforderten Abrieb- bzw. Griff-Festigkeit - hat, kann dann eine zusätzliche Schutzschicht 4 auf- gebracht werden, wobei auch hierfür ein Vakuumbeschichtungsverfahren einsetzbar ist. Die Schutzschicht 4 kann aber auch durch ein Sol-Gel-Verfahren oder durch den Auftrag eines temperaturresistenten Lackes erhalten werden.
Fig. 2 zeigt schematisch die Bilderzeugung und Projektion zur Erzeugung einer Belichtungsmaske, wie sie bei der Mikrostrukturierung erforderlich ist. Dabei wird die Bildvorlage, also das auf der Projektions- ebene abzubildende Bild, auf einem Computer mit geeigneter Software generiert, durch geeignete Scanner digital eingelesen und aufbereitet. Daran anschließend wird die Computer-Bildvorlage auf den aufgebrachten Photolack projiziert. Dieser Arbeitsgang kann durch direktes Ansteuern eines LaserScanners oder einer digital ansteuerbaren Matrix einer Belichtungsvorrichtung durchgeführt werden. Dadurch ist es möglich, daß durch die direkte Projektion verschiedenste Bildmotive mit großer Flexibilität und relativ geringen Kosten projiziert werden können. Im Anschluß daran kann dann die eigentliche farbige Schicht entweder direkt auf das entsprechend strukturierte Substrat oder die strukturierte lichtundurchlässige Schicht im Vakuum aufgebracht werden.
Reine Farbstoffschichten haben einen hohen Absorptionskoeffizienten im sichtbaren Spektralbereich (ca. 105 cm"1) und es genügen bereits geringe Schichtdicken unterhalb von einem Mikrometer, wobei die aufzubrin- gende Schichtdicke abhängig vom verwendeten Farbstoffpigment ist. So genügen Schichtdicken im Bereich von 0,3 bis 0,7 μm, es sollten jedoch zur Erreichung eines guten Farbeindruckes mit hoher Sättigung eine Mindest-Schichtdicke von 50 nm aufgetragen werden.
Das in Fig. 3a gezeigte Beispiel einer erfindungsgemäßen Projektionsmaske entspricht dabei im wesentlichen dem bereits in Fig. 1 gezeigten Beispiel. Dabei besteht das Substrat 1 beispielsweise aus Quarz oder Glas oder einem anderen transparenten Material, das eine ausreichende Temperaturfestigkeit aufweist.
Das in Fig. 3b dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt auf der zur Lichtquelle weisenden Seite des Substra- tes 1 eine absorbierende oder reflektierende Schutzschicht "5, die zumindest einen Teil des nicht sichtbaren Lichtes entweder reflektiert oder absorbiert, um den Einfluß der Lichtstrahlung auf die anderen Schichten der Projektionsmaske, insbesondere unter Berücksichtigung des Temperaturaspektes, zu schützen und den entsprechenden Einfluß zu verringern, so daß an die verwendeten Schichtmaterialien geringere Ansprüche unter diesem Aspekt gestellt werden müssen. Das in Fig. 3c gezeigte Beispiel einer erfindungsgemäßen Projektionsmaske verzichtet dabei auf das Aufbringen einer lichtundurchlässigen Schicht 2, und die farbige Schicht 3' wird direkt auf das Substrat 1 aufgetragen und, wie dies bereits beschrieben worden ist, entsprechend mikrostrukturiert, so daß eine einfarbige Abbildung auf der Projektionsebene entsprechend der erzeugten Mikrostruktur erreichbar ist. Auch bei diesem Beispiel ist eine zusätzliche Schutz- schicht 4 auf die farbige Schicht 3' aufgebracht worden.
Das in Fig. 3d gezeigte Beispiel einer erfindungsgemäßen Projektionsmaske weist gegenüber dem in Fig. 3c bereits beschriebenen Beispiel eine weitere Schicht 6 auf, die bei diesem Beispiel auf der anderen Seite des Substrates 1 aufgebracht ist als die zweite mikrostrukturierte farbige Schicht 3 ' . Die Schicht 6 kann aber auch ein Interferenzschichtsystem sein, das im Design einen Farbfilter darstellt, und es wird unabhängig davon, ob die Schicht 6 eine farbige Schicht oder ein Interferenzschichtsystem ist, eine substraktive Farbmischung erreicht. Dadurch können mehrfarbige Bilder projiziert werden.
Bei dem in Fig. 3e gezeigten Beispiel einer erfindungsgemäßen Projektionsmaske wird auf dem Substrat 1 eine zweite ebenfalls mikrostrukturierte farbige Schicht 3 ' ' iterativ nach dem Aufbringen der ersten mikrostrukturierten farbigen Schicht 3' aufgebracht, und mit dieser Projektionsmaske ist eine zumindest dreifarbige Abbildung auf der Projektionsmaske möglich. Bei diesem gezeigten Beispiel kann auf der Rückseite des Substrates 1 eine gelbe Schicht 6 oder ein im Design entsprechend ausgelegtes Interferenz- schichtsystem aufgebracht sein und die mikrostrukturierte farbige Schicht 3 ' durch beispielsweise Verwendung von Kupferphthalocyanin als blaugrüne Schicht eine Grün-Gelb-Abbildung mit einer hoher Auflösung erhalten werden. Dabei ist festzuhalten, daß im Gegensatz zur Verwendung der farbigen Schicht 6 Interferenzschichtsysteme wegen ihrer höheren Temperaturstabilität günstiger eingesetzt werden können.
Die erfindungsgemäße Projektionsmaske kann weiter verbessert werden, wenn die beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden oder zusätzliche mikrostrukturierte farbige Schicht aufgebracht werden, so daß die Farbenvielfalt erhöht wer- den kann.

Claims

Patentansprüche
1. Projektionsmaske zur Abbildung eines Bildes, die im Strahlengang einer Lichtquelle vor einer Projektionsebene angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf einem transparenten Substrat (1) , zumindest teilweise die optisch aktive Fläche über- deckend, mindestens eine organische Farbstoffmo- leküle enthaltende farbige Schicht (3, 3', 3") aufgebracht ist, wobei die farbigen Schicht (en) (3, 3', 3") durch im Vakuum aufgedampfte Farbpigmente, Farbpigmentgemische, Farbstoff/- Dielektrikum-Komposite, Farbstoff/Dielektrikum-
Schichtstapel, Mehrschichtsysteme oder als Sol- Gel-Schicht gebildet ist/sind.
2. Projektionsmaske nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß die in der/den Schicht (en)
(3, 3', 3'') enthaltenen Farbstoffpigmente bis 250 °C temperaturbeständig sind.
3. Projektionsmaske nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß die farbigen Schicht (en)
(3, 3', 3, ) auf der zur Lichtquelle weisenden Seite mit einer nicht sichtbares Licht reflektierenden oder absorbierenden Schicht (5) überdeckt sind.
Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Substrat (1) und der/den Schicht (en) (3, 3', 3") oder auf der Trägerrückseite oder auf der/den Schicht (en) eine lichtdundurchlässige, mikrostrukturierte Schicht (2) aufgebracht ist.
5. Projektionsmaske nach Anspruch 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß die mikrostrukturierte lichtundurchlässige Schicht (2) ein Metall oder eine Metallegierung ist.
6. Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Interferenzschichtsystem (6) auf der Rückseite des Substrates (1) oder über, unter oder zwischen den Schichten (3, 3', 3 ' ' ) , eine subtraktive Farbmischung bewirkend, aufgebracht ist.
7. Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (3, 3', 3, ) eine Mindestschichtdicke von 50 nm aufweisen.
8. Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß auf den farbigen Schichten (3, 3 ' , 3 ' ' ) eine transparente Schutzschicht (4) aufgebracht ist.
9. Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß in der/den eingefärbten Sol-Gel Schichten (3, 3', 3 ' ' ) die Farbpigmente in gelöster Form enthalten sind.
10. Projektionsmaske nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (4) aus einem Oxid, Nitrid, Oxynitrid, Plasmapolymer oder eine Sol-Gel-Schicht (ORMOCERe ®) gebildet ist.
11. Projektionsmaske nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzschicht (4) mittels eines Sol-Gel-Verfahrens ein Hybridpolymer mit einem organischen und anorganischen Netzwerk aufgebracht ist.
12. Verfahren zur Herstellung einer Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Farbstoffmole- küle mittels Vakuumverdampfung oder als Sol-Gel-
Schicht aufgebracht werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Substrat (1) und der/den Schicht (en) (3, 3', 3") oder auf der Trägerrückseite oder auf den Schichten eine lichtundurchlässige Schicht (2) durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren, eine naßchemische oder galvanische Abscheidung aufgebracht und mit ei- ner Mikrostrukturierung, eine Hell-Dunkel-
Schicht auf der Projektionsmaske vorgebend, erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennezich- net, daß die Mikrostrukturierung mit einem photolithographischen Verfahren oder Ablationsver- fahren erhalten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge- kennzeichnet, daß nach Aufbringung des Fotolak- kes auf der lichtundurchlässigen Schicht (2) , dieser belichtet wird, wobei das gewünschte Bild projiziert wird und nach Entwicklung durch ein Ätz- oder Strippverfahren die Hell-Dunkel- MikroStruktur erhalten wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (4) mit einem Vakuumverdampfungsverfahren im Be- schichtungszyklus der farbigen und/oder lichtun- durchlässigen Schicht (3, 3', 3' ' , 2) aufgebracht wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (4) als Sol-Gel-Schicht durch Aufsprühen,
Rakeln, Pinseln oder Tauchen aufgebracht wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei far- bige Schichten (3, 3') mittels eines photolithographischen Verfahrens oder Ablationsverfahren mikrostrukturiert iterativ nacheinander aufgebracht werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Interferenzschichtsystem (6) auf dem System mit einem Vakuumbeschichtungsverfahren auf das Substrat (1) oder zwischen oder auf die farbigen Schichten (3, 3', 3") aufgebracht wird.
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