WO2017032760A1

WO2017032760A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbringen einer struktur auf ein starres substrat

Info

Publication number: WO2017032760A1
Application number: PCT/EP2016/069856
Authority: WO
Inventors: Oliver Humbach
Original assignee: TEMICON GmbH
Current assignee: TEMICON GmbH
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: DE102015114097A1

Abstract

Beschrieben sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen einer Struktur (12) auf ein starres Substrat (14). Eine Vorlagestruktur (44) wird auf einer flexiblen Trägerfolie (6) durch Abrollen gegenüber einer Walze (24) mit strukturierter Oberfläche (38) erzeugt. Eine härtbare Strukturbeschichtung (50) wird auf die Vorlagestruktur (44) aufgebracht. Die Trägerfolie (16) mit der Strukturbeschichtung (50) wird mit dem Substrat (14) in Anlage gebracht, so dass die ungehärtete Strukturbeschichtung (50) in Kontakt mit dem Substrat (14) kommt. Die Strukturbeschichtung (50) wird in Kontakt mit dem Substrat (14) gehärtet, so dass eine Strukturschicht (12) gebildet wird, die die Vorlagestruktur (44) abformt. Die Trägerfolie (16) wird abgetrennt, so dass die Strukturschicht (12) auf dem Substrat (14) verbleibt.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM AUFBRINGEN

EINER STRUKTUR AUF EIN STARRES SUBSTRAT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Struktur auf ein starres Substrat. Für vielfältige Anwendungen kann es sinnvoll sein, einen Auftrag auf die Oberfläche eines starren Substrats nicht vollflächig mit konstanter Schichtdicke, sondern in strukturierter Form vorzunehmen, bspw. um definierte optische oder bionische Effekte zu erzielen.

Die US 6,001,515 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Farbfiltern für LCD Displays. Eine Transferschicht wird auf einer Rolle gebildet und ein Höhenmuster, das dem gewünschten Matrixmuster entspricht, wird in der Transferschicht durch Prägung gebildet. Eine Mehrzahl von Farbtintenmustern werden innerhalb von durch das Höhenmuster vorgegebenen Orten gebildet, so dass ein mehrfarbiges Bild entsteht, das dann auf ein Substrat aufgebracht wird. Das Mehrfarbenbild wird auf das Substrat in einem deformierbaren Zustand aufgebracht und währenddessen gehärtet. Dabei entsteht allerdings eine unlösbare Verbindung mit dem Matrixmuster.

Die DE 10 2005 017 170 Ai beschreibt eine Transferfolie umfassend eine Trägerfolie und eine auf der Trägerfolie angeordnete und von der Trägerfolie ablösbare Strukturschicht. Die Trägerfolie weist auf ihrer der Strukturschicht zugewandten Seite eine Master- Reliefstruktur auf. Auf die Trägerfolie wird eine transparente Strukturschicht als Lack vollflächig aufgebracht und nach dem Auftrag ausgehärtet. Die replizierte Trägerfolie wirkt dabei als Form für die Abformung der Reliefstruktur. Der aufgebrachte Lack kann durch Trocknen ausgehärtet werden, durch thermische Strahlung oder durch Kontakt mit einem beheizten Körper, bspw. einer rotierenden Walze. Zum Aufbringen der Strukturschicht auf einen Trägerkörper wird auf dessen Oberfläche eine Kleberschicht aufgebracht, die Strukturschicht fixiert und die Trägerfolie nach dem Aufbringen abgezogen, so dass die Reliefstruktur nun die von dem Trägerkörper abgewandte Oberseite bildet. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen flexibel verschiedene Strukturen auch großflächig auf starre Substrate aufgebracht werden können. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch l und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Bei dem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu behandelnden Substrat handelt es sich um einen starren Körper mit einer freiliegenden Oberfläche, auf der die Struktur aufgebracht werden soll. Da erfindungsgemäß die Struktur als aus einer Strukturbeschichtung, bspw. einem Strukturlack gebildete Strukturschicht auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird, ist die Auswahl des Substratmaterials nicht beschränkt, solange die Oberfläche eine Haftung der Strukturbeschichtung erlaubt. Aller- dings ist eine glatte Oberfläche bevorzugt, bspw. kann eine Glas- oder Kunststoffscheibe als Substrat dienen. Das Substrat weist bevorzugt eine flache Form auf, d. h. seine Längsabmessung ist deutlich größer (bspw. mehr als 10-fach) als seine Dicke. Während sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer Struktur auch auf gebogenen und/oder gewellten Oberflächen eignen, wird insbesondere eine mindestens im Wesentlichen ebene Oberfläche bevorzugt. Hierunter werden Oberflächen mit einem Krümmungsradius von 1 m oder mehr verstanden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine flexible Trägerfolie verwendet, auf der zunächst eine Vorlagestruktur gebildet und darauf eine härtbare Strukturbeschichtung aufgebracht wird. Die Trägerfolie mit der Strukturbeschichtung wird anschließend in Anlage mit dem Substrat gebracht. Die Trägerfolie ist flexibel und bevorzugt mindestens so zugstabil, dass sie durch Umlenkrollen bzw. -walzen nach Arten einer Bandförderung transportierbar ist. Die Trägerfolie ist bevorzugt aufrollbar. Sie dient allein als Träger während des Herstellungsprozesses und wird nicht Teil des fertigen Produkts, d. h. der gebildeten Struktur, da sie nach Aufbringen der Strukturschicht auf das Substrat von dort abgetrennt wird. Als Materialien für die Trägerfolie kommen insbesondere Kunststofffolien in Frage, bspw. aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Polycarbonat (PC). Die Trägerfolie kann bspw. eine Dicke von 25 μιη bis 250 μιη aufweisen. Durch die Breite der Trägerfolie wird die maximale Breite der Struktur auf dem Substrat bestimmt, wobei allerdings breitere Strukturen aus mehreren, nebeneinander gebildete Streifen gebildet werden können. Die Breite der Trägerfolie kann bspw. 10 cm bis 200 cm aufweisen, bevorzugt 50 cm bis 200 cm.

Erfindungsgemäß wird auf der flexiblen Trägerfolie eine Vorlagestruktur erzeugt durch Abrollen gegenüber einer Walze mit strukturierter Oberfläche, d. h. durch Abformen der strukturierten Oberfläche, bspw. durch Prägen. Die Walze weist eine äußere Oberflächenstruktur auf, die der später auf dem Substrat aufzubringenden Struktur entspricht. Rollt die Walze gegenüber der flexiblen Trägerfolie ab, so wird die Struktur dort abgeformt, bspw. durch Einprägen in das Material der Trägerfolie selbst oder in einen dort zuvor aufgebrachten Vorlagenstrukturlack.

Auf die so gebildete Vorlagestruktur wird anschließend ein Material als Strukturbeschich- tung gegeben, das später zur Bildung der Strukturschicht auf der Oberfläche des Substrats dient. Die Strukturbeschichtung ist härtbar, wird aber zunächst in ungehärteter Form auf die Vorlagestruktur aufgetragen. Als Strukturbeschichtung kann bspw. ein härtbarer Lack verwendet werden. Generell kann die Strukturbeschichtung durch jede härtbare, zum Auftrag fließfähige, d.h. bspw. flüssige oder pastöse Substanz gebildet werden, die von der Konsistenz abformfähig ist, d.h. dazu geeignet, eine Vorlagestruktur abzuformen. Bevorzugte Beispiele von Lacken umfassen UV-härtbare Lacke sowie Beschichtungen auf Sol-Gel Basis. Ein weiteres bevorzugtes Beispiel ist eine Beschichtung aus anorganisch-organischen Hybridpolymeren, auch als Ormocere bezeichnet. Bei der anschließenden Anlage der Trägerfolie mit der darauf befindlichen Strukturbeschichtung an das Substrat steht die ungehärtete Strukturbeschichtung auf der einen Seite in Kontakt mit der Substratoberfläche und ist auf der anderen Seite weiter in Kontakt mit der Vorlagestruktur. In dieser Anordnung wird die Strukturbeschichtung gehärtet, bspw. chemisch durch Aufbringen eines chemischen Härters oder physikalisch, bspw. durch Wärme oder Strahlung, bspw. UV-Strahlung oder Elektronenstrahlung. Die Härtung muss dabei nicht zwingend ein vollständiges Aushärten bewirken, sondern es ist auch eine Vorhärtung möglich, wobei das Aushärten in einem nachfolgenden Schritt erfolgt. Durch das Härten des Materials der Strukturbeschichtung bildet dieses eine Strukturschicht aus, die die Vorlagestruktur abformt. Die Strukturschicht wird dabei durch Härten der Strukturbe- schichtung unmittelbar in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats gebildet, so dass sie dort anhaftet. Erfindungsgemäß erfolgt anschließend das Abtrennen der Trägerfolie, wobei die Strukturschicht auf dem Substrat verbleibt. Dies kann bspw. durch einfaches Abheben der Trägerfolie erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich zum Aufbringen sehr verschiedener Strukturen, von denen lediglich jeweils ein Master in Form einer Walze mit strukturierter Oberfläche vorhanden sein muss. Durch die Verwendung einer flexiblen Trägerfolie können auch großflächige Substrate beschichtet werden, wobei insbesondere die Länge der Substrate prinzipiell nicht beschränkt ist. Durch die Anlage der ungehärteten Strukturbeschichtung an die Oberfläche des Substrats und durch Härtung im Kontakt mit dem Substrat wird eine gute Haftung erreicht. Die flexible Trägerfolie ermöglicht einen einfachen Herstellungsprozess und eine gute Anlage an verschiedene Substratoberflächen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich für die verschiedensten Strukturen. Unter einer Struktur wird generell ein Muster bzw. Profil variabler Höhe verstanden, d. h. die Strukturoberfläche weist Vertiefungen und Erhöhungen auf. Eine Strukturhöhe ist dabei zu definieren als Höhendifferenz zwischen der Spitze einer Erhebung und dem Tal einer Vertiefung. Eine Strukturbreite kann definiert werden als die Erstreckung einer Erhebung quer zur Tiefenrichtung. Die hier betrachteten Strukturen können bspw. mittlere Strukturbreiten im Mikrometerbereich (< 1 mm, bevorzugt < 200 μιη) und sogar im Nanometerbereich (< 1 μιη, bevorzugt < 800 nm) aufweisen.

Die Strukturhöhe kann ebenfalls je nach der gewünschten Anwendung in einem weiten Bereich flexibel gewählt werden und bspw. 50 nm bis 500 μιη betragen, bevorzugt 200 nm bis 200 μιη. Insbesondere sind auch sehr geringe Strukturhöhen von weniger als 2 μιη, weiter bevorzugt sogar weniger als 200 nm möglich.

Die Schichtdicke der Strukturbeschichtung kann größer sein als die Strukturhöhe der Vorlagenstruktur, so dass die Strukturbeschichtung auch über den Erhebungen der Vorlagenstruktur eine geschlossene Schicht bildet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es aber auch bevorzugt sein, wenn die Strukturbeschichtung in einer Schichtdicke aufgetragen wird, die maximal der Strukturhöhe der Vorlagenstruktur entspricht oder sogar darunter liegt. So kann erreicht werden, dass nicht die gesamte Fläche der Vorlagenstruktur mit der Strukturbeschichtung bedeckt ist und die später gebildete Strukturschicht die Oberfläche des Substrats nur intermittierend bedeckt. Die so gebildete Strukturschicht kann Strukturelemente aufweisen, die ohne Restschichtdicke bis auf das Substrat reichen, so dass Strukturbereiche auf dem Substrat frei bleiben. Eine solche intermittierende Struktur kann auch für nachfolgende Prozesse als Maske verwendet werden, bspw. zur Strukturierung einer später auf das Substrat aufzubringenden Metallschicht oder für einen Ätzprozess in das Substrat. Eine derartige intermittierende Struktur wird erreicht durch geeignete Anpassung der Dicke der Strukturbeschichtung, so dass diese gleich der Strukturhöhe der Vorlagenstruktur oder etwas geringer ist. Die aufgebrachte Strukturbeschichtung befindet sich dann in den Strukturvertiefungen der Vorlagenstruktur. Hierfür kann es günstig sein, die Eigenschaften der Benetzung des Materials der Vorlagenstruktur durch die Strukturbeschichtung geeignet einzustellen, bspw. durch ein Silikon-Additiv im Vorlagenstrukturlack und/ oder durch eine Silan-Beschichtung auf der Oberfläche der Vorlagenstruktur. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Trägerfolie für Strahlung transparent sein, so dass das Härten der Strukturbeschichtung, bspw. eines Strukturlacks mittels Strahlung durch die Trägerfolie hindurch erfolgen kann. Während prinzipiell auch die Möglichkeit besteht, Strahlung, insbesondere UV-Strahlung auf andere Weise auf die Strukturbeschichtung, bspw. einem UV-härtbaren Strukturlack einwirken zu lassen, bspw. durch das Substrat hindurch, ermöglicht das Einwirken der Strahlung durch die Trägerfolie hindurch eine besonders einfache und wirksame Anwendung.

Insbesondere großflächige Substrate können besonders einfach mit der gewünschten Struktur versehen werden, indem die Anlage der Trägerfolie an das Substrat bei einem Weitertransport der Trägerfolie und synchronem Transport des Substrats erfolgt. Somit wird ein kontinuierlicher Prozess ermöglicht, bei dem Substrate fortlaufend durch eine Aufbringstrecke transportiert und dabei mit der Struktur versehen werden können. Bevorzugt sind an der Aufbringstrecke mindestens zwei Walzen vorgesehen, die bspw. im Abstand voneinander angeordnet sein können. Die Trägerfolie kann über die Walzen rollend transportiert werden. Eine Transportvorrichtung für das Substrat kann bspw. Rollen und/oder ein oder mehrere Förderbänder umfassen. Bevorzugt ist die Trägerfolie durch Zug gespannt, so dass sie zwischen den Walzen der Aufbringstrecke einen geraden Verlauf aufweist, so dass eine gute Anlage an die Substratoberfläche ermöglicht ist.

Die Vorlagestruktur auf der Trägerfolie kann wie bereits erläutert im Prinzip durch Prägen der strukturierten Oberfläche der Walze in das Material der Trägerfolie erzeugt werden, bspw. unter Verwendung einer Anpresswalze und/oder unter Zuführung von Wärme, um eine bleibende Verformung zu erreichen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist allerdings bevorzugt, dass die Vorlagestruktur in einem Vorlagenstrukturlack gebildet wird. Der Vorlagenstrukturlack kann vor dem Abrollen der Trägerfolie auf der Walze auf die Trägerfolie aufgebracht werden, so dass die strukturierte Oberfläche der Walze in dem Vorlagenstrukturlack abgeformt wird. Besonders bevorzugt ist der Vorlagenstrukturlack härtbar, bevorzugt durch Strahlung, besonders bevorzugt durch UV-Strahlung und wird zunächst ungehärtet auf die Trägerfolie aufgebracht und danach bei oder nach dem Erzeugen der Vorlagestruktur an der Walze gehärtet. Eine besonders günstige Bildung der Vorlagestruktur wird ermöglicht, wenn der Vorlagenstrukturlack beim Abrollen der Walze in Kontakt mit der strukturierten Oberfläche gehärtet wird, so dass diese abgeformt wird.

Im Fall der Bildung der Vorlagestruktur durch einen Vorlagenstrukturlack wird die später die Strukturschicht auf dem Substrat bildende Strukturbeschichtung, bspw. Strukturlack, bevorzugt auf den Vorlagenstrukturlack aufgebracht. Der Vorlagenstrukturlack wird später bevorzugt gemeinsam mit der Trägerfolie von der Strukturschicht auf dem Substrat abgetrennt.

Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass beim Abtrennen der Trägerfolie die Haftung der Strukturbeschichtung, bspw. des Strukturlacks auf dem Vorlagenstrukturlack geringer ist als die Haftung der Strukturbeschichtung auf dem Substrat, so dass sich die Strukturbeschichtung von der Trägerfolie und dem Vorlagenstrukturlack trennt und auf dem Substrat verbleibt. Dies kann bspw. durch die Auswahl einer geeigneten Materialpaarung von Strukturbeschichtung und Vorlagenstrukturlack erreicht werden. Besonders bevorzugt weist mindestens der Vorlagenstrukturlack ein Trennmittel auf, das die Abtrennung erleichtert, bspw. ein Silikon-Additiv. Auch durch eine Antihaftbeschichtung auf der Vorlagenstruktur, bspw. eine Silan-Verbindung, kann erreicht werden, dass bei Abtrennung der Vorlagenstruktur die Strukturbeschichtung auf dem Substrat verbleibt.

Bevorzugt wird das Substrat bis zum Rand vollständig mit der Trägerfolie und der Strukturbeschichtung darauf in Kontakt gebracht. Dies gilt für die vordere Kante des Substrats oder auch für die seitlichen Kanten. Besonders bevorzugt erfolgt die Anlage an mindestens einer Kante, bevorzugt an allen Kanten überlappend, d.h. dass die Trägerfolie über die Kante des Substrats hinausragt. Bevorzugt kann hierfür die Trägerfolie so breit wie das Substrat oder besonders bevorzugt etwas breiter sein, so dass eine vollständige Abdeckung an beiden Seitenkanten erreicht werden kann. Durch die vollständige oder überlappende Anlage bis zum Rand kann eine entsprechende Bedeckung des Substrats bis zum Rand erreicht werden. Dort kann beim Abtrennen der Trägerfolie ein kontrollierter Abriss erfolgen, bei dem die Strukturbeschichtung außerhalb des Substrats auf der Trägerfolie verbleibt, die Kontur des Substrats dort also quasi ausgeschnitten wird. So kann eine vollflächige und homogene Bedeckung des Substrats mit der Struktur bis zum Rand erreicht werden. Es ist auch möglich, mehrere Substrate nebeneinander anzuordnen und gleichzeitig mit einer Struktur zu versehen, wobei dann ebenfalls die Substrate durch kontrollierten Abriss an der Kante ausgeschnitten werden. Somit ist eine homogene Beschichtung selbst bei nicht-geraden Kantenverläufen bis zum Rand erreichbar.

Allerdings kann es auch für einige Anwendungen bevorzugt sein, dass die Trägerfolie oder die Strukturbeschichtung darauf die zugewandte Oberfläche des Substrats nicht vollständig überdecken. So kann es beispielsweise gewünscht sein, nur einen Teilbereich der Oberfläche des Substrats mit der Strukturbeschichtung zu versehen. Z.B. kann es bei einer Glasscheibe gewünscht sein, nur in einen begrenzten Bereich davon durch die Strukturbeschichtung bestimmte optische Eigenschaften zu erzielen, während die Oberfläche im Übrigen unverändert bleibt. Dies kann einerseits erzielt werden durch eine Trägerfolie, die von ihren Abmessungen dem gewünschten Teilbereich entspricht, d.h. kleiner ist als das Substrat. Diese kleinere Trägerfolie kann dann dennoch bis zu ihrem Rand vollständig mit der Strukturbeschichtung versehen sein. Andererseits ist es auch möglich, eine Trägerfolie nur in einem Teilbereich davon mit dem Material der Strukturbeschichtung, bspw. mit Struktur- lack, zu versehen. Die Trägerfolie kann dann auch über ihre gesamte Fläche auf das Substrat aufgelegt werden, wobei es allerdings nur in dem Teilbereich zu einer Übertragung der Strukturbeschichtung kommt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein flaches Substrat mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen, bspw. eine flache Scheibe, zunächst von einer Seite mit einer Struktur versehen werden. Falls gewünscht, kann die andere Seite des Substrats nachfolgend ebenfalls mit der Struktur versehen werden, bspw. indem das Substrat umgedreht und noch einmal durch die Vorrichtung geführt wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann aber auch gleichzeitig beidseitig auf den Oberflächen des Substrats eine Struktur erzeugt werden. Während die Trägerfolie wie beschrieben mit einer ersten Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht wird, kann an einer zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats eine zweite Trägerfolie mit einer Vorlagestruktur und einer härtbaren Strukturbeschichtung darauf in Anlage gebracht werden, so dass eine beidseitige Struktur in einem Schritt erzeugt werden kann.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. i eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer

Vorrichtung zur Erzeugung einer Struktur auf einem Substrat;

Fig. 2 eine schematische Längsschnittsansicht einer Einheit zum Aufbringen eines Vorlagenstrukturlacks als Teil der Vorrichtung gemäß

Fig. i;

Fig. 3 eine schematische Längsschnittsansicht einer Einrichtung zur Erzeugung einer Vorlagestruktur auf der flexiblen Trägerfolie als Teil der Vorrichtung gemäß Fig. l;

Fig. 4 eine schematische Längsschnittsansicht einer Einrichtung zum

Aufbringen eines Strukturlacks als Teil der Vorrichtung gemäß Fig. ι;

Fig. 5 eine schematische Längsschnittsansicht einer Einrichtung zum

Härten des Strukturlacks und Abtrennen der Trägerfolie als Teil der Vorrichtung gemäß Fig. l;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aufbringen einer beidseitigen Struktur auf einem Substrat und

Fig. 7a, 7b, 8a, 8b schematische Schnittansichten eines Substrats mit darauf aufgebrachter Struktur.

Die Darstellungen in Fig. 1 - 8b sind als schematische Darstellungen zu verstehen, die dazu dienen sollen, den prinzipiellen Aufbau einer entsprechenden Vorrichtung sowie den Ablauf eines entsprechenden Verfahrens darzustellen. Insbesondere sind die Darstellungen, besonders bzgl. der gezeigten Schichtdicken, Strukturhöhen und Strukturbreiten, nicht maßstabsgerecht.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Anlage 10 zum Aufbringen einer Oberflächenstruktur 12 auf ein flaches, starres Substrat 14, insbesondere ein plattenförmiges Substrat, bspw. eine ebene Glasscheibe.

In der Anlage 10 wird eine flexible Trägerfolie 16 von einer Vorratsspule 18 abgerollt, durch eine Mehrzahl von Walzen 20 - 30 umgelenkt und fortlaufend transportiert und anschließend auf einer Aufnahmespule 32 wieder aufgerollt. Bei der flexiblen Trägerfolie handelt es sich bspw. um eine PET- Folie einer Dicke von 125 μιη. Die Breite der Trägerfolie 16 beträgt bspw. 100 cm.

In Bewegungsrichtung der Trägerfolie 16 ist zunächst eine erste Lack-Aufbringstrecke 34 gebildet, die in Fig. 2 näher dargestellt ist. An der ersten Lack-Aufbringstrecke 34 ist die Trägerfolie 16 zwischen zwei Umlenkwalzen 20, 22 gerade gespannt. Durch eine hier nur schematisch dargestellte Schlitzdüse 36 wird eine durchgehende Schicht 40 eines Vorlagen- strukturlacks auf der Oberfläche der Trägerfolie 16 aufgebracht. Bei dem Vorlagenstruktur- lack handelt es sich bspw. um einen mittels Photoinitiatoren strahlenvernetzenden Lack auf Oligomerbasis. Das Material des Vorlagenstrukturlacks enthält als Trennmittel bspw. ein Silikon-Additiv oder wird mit einer Silanbeschichtung (nicht dargestellt) versehen. Der Vorlagenstrukturlack wird über die gesamte Breite der Trägerfolie 16 oder in geringerer Breite als durchgängige Schicht mit einer gleichmäßigen Schichtdicke aufgebracht. Die Schichtdicke orientiert sich an den Dimensionen der abzuformenden Struktur. Beispielsweise im Fall einer Struktur zur Lichtlenkung an einem transparenten Substrat oder zur Licht- auskopplung aus einem Lichtleiter-Substrat kann die Schichtdicke, entsprechend der späteren Strukturhöhe, 10 μιη - 50 μιη betragen. Im Fall einer Nanostruktur zur Entspiege- lung der Oberfläche des Substrats kann die Schichtdicke bspw. 0,5 μιη - 3 μιη betragen. Nachfolgend wird die Trägerfolie 16 wie in Fig. 1 gezeigt durch zwei Umlenkwalzen 22, 26 um eine Prägewalze 24 herum geführt, so dass die mit der Schicht 40 des Vorlagenstruktur- lacks versehene Oberfläche der Trägerfolie 16 an die Prägewalze 24 angelegt ist. Dieser Schritt ist in der teilweisen Darstellung in Fig. 3 näher gezeigt. Die Prägewalze 24 weist eine strukturierte Oberfläche 38 auf. Hierbei handelt es sich um einen Master für die auf das Substrat 14 aufzubringende Struktur 12. Bspw. kann die strukturierte Oberfläche 38 eine Struktur zur Lichtlenkung oder Lichtauskopplung mit einer Strukturbreite von 50 μιη und einer Strukturhöhe von 5θμιη aufweisen, oder eine Nanostruktur zur Entspiegelung von Oberflächen mit einer Strukturbreite von loonm und einer Strukturhöhe von 350nm. Wie in Fig. 3 gezeigt formt sich die strukturierte Oberfläche 38 der Prägewalze 24 in die zunächst ungehärtete Lackschicht 40 des Vorlagenstrukturlacks ab. Mittels einer UV- Lichtquelle 42 wird der Vorlagenstrukturlack der Schicht 40 im Kontakt mit der strukturierten Oberfläche 38 der Prägewalze 24 ausgehärtet, so dass eine Vorlagestrukturschicht 44 auf der Trägerfolie 16 gebildet wird.

Zwischen zwei Umlenkwalzen 26, 28 ist eine zweite Lack- Aufbringstrecke 46 gebildet. Dort wird, wie in Fig. 4 näher dargestellt, mittels einer nur schematisch dargestellten Schlitzdüse 48 eine Schicht 50 eines Strukturlacks auf die Vorlagestruktur schicht 44 auf der Trägerfolie 16 aufgebracht.

Der Strukturlack 50 ist UV-härtbar und wird zunächst ungehärtet aufgetragen. Die Schicht 50 des Strukturlacks formt die Vorlagestrukturschicht 44 ab. Bei dem Strukturlack handelt es sich bspw. um einen mittels Photoinitiatoren strahlenvernetzenden Lack auf Oligomerba- sis oder um einen Lack auf Sol-Gel Basis oder um ein anorganisch-organisches Hybridpoly- mer. Der Strukturlack wird als durchgängige Schicht über die gesamte Breite der Vorlagestrukturschicht 44 auf der Trägerfolie 16 aufgebracht. Die Schichtdicke entspricht den abzuformenden Strukturdimensionen. Bspw. im Fall der beschriebenen Struktur zur Lichtlenkung oder -auskopplung kann der Strukturlack 50 in einer Schichtdicke von ιο-5θμιη aufgebracht werden. Im Fall der beispielhaft oben genannten Nanostruktur kann die Schichtdicke bspw. 0,5 μιη - 3 μιη betragen. In der Regel wird die Schichtdicke in ähnlicher Größenordnung zu wählen sein wie die Schichtdicke der Vorlagenstrukturschicht 44. Durch zwei Umlenkrollen 28, 30 ist eine Struktur- Aufbringstrecke 52 zum Aufbringen des Strukturlacks 50 auf die Oberfläche des Substrats 14 gebildet. Das Substrat 14 wird dabei durch Transportvorrichtungen 54 synchron zum Transport der Trägerfolie 16 in Längsrichtung L bewegt. Entlang der Struktur-Aufbringstrecke 52 wird die Trägerfolie 16 auf die Oberfläche des Substrats 14 gedrückt, so dass die darauf aufgebrachte Schicht 50 des Strukturlacks in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Substrats 14 kommt.

In Fig. 5 ist näher gezeigt, wie auf der Oberfläche des Substrats 14 die Schicht 50 aus zu- nächst noch ungehärtetem Strukturlack zusammen mit der Vorlagestrukturschicht 44 angeordnet ist. Durch die Trägerfolie 16 hindurch wird mit einer UV-Lichtquelle 56 der Strukturlack gehärtet, so dass im Kontakt mit der Oberfläche des Substrats 14 die gewünschte Struktur 12 entsteht. Durch die Umlenkwalze 30 wird die Trägerfolie 16 von der Oberfläche des Substrats 14 abgezogen. Wie in Fig. 5 gezeigt, verbleibt die Vorlagestruktur 44 auf der Trägerfolie 16, so dass auf dem Substrat 14 lediglich die gewünschte Struktur 12 verbleibt. Dabei ist die Haftung des gehärteten Strukturlacks 50 auf dem Substrat 14 größer als die Haftung zwischen dem Strukturlack 50 und der Vorlagenstrukturschicht 44. Dies wird begünstigt durch das im Material der Vorlagenstrukturschicht 44 enthaltene Silikon-Additiv als Trennmittel oder durch eine Antihaftbeschichtung (nicht dargestellt).

Im bevorzugten Fall einer überlappenden Anordnung der Trägerfolie 16 an den Kanten des Substrats 14, also sowohl an beiden Seitenkanten als auch an der vorderen und hinteren Kante des Substrats, erfolgt ein vollflächiger und bis zum Rand homogener Auftrag der Struktur 12 auf der Oberfläche des Substrats 14. Die Kontur des Substrats 14 wird dabei quasi aus der geschlossenen Schicht des Strukturlacks 50 auf der Trägerfolie 16 ausgeschnitten, wobei am Rand ein kontrollierter Abriss erfolgt. Außerhalb der Kontur des Substrats 14 bleibt der Strukturlack 50 an der Trägerfolie haften.

Mittels der dargestellten Ausführungsform einer Anlage 10 kann die Struktur 12 fortlaufend auf die Oberfläche des starren Substrats 14 aufgebracht werden. Somit können sehr große Substratflächen mit einer Struktur 12 versehen werden.

In Fig. 7a, 8a sowie Fig. 7b, 8b sind schematisch zwei Beispiele für erzielbare Strukturen 12 auf dem Substrat 14 dargestellt. Im ersten Beispiel (Fig. 7a: Strukturlack 50 mit Vorlagen- strukturschicht 44 und Trägerfolie 16 in Kontakt mit dem Substrat 14; Fig. 8a: gebildete Struktur 12 auf dem Substrat 14) ist die Schichtdicke des Strukturlacks 50 größer als die Schichtdicke der Vorlagenstrukturschicht 44, so dass die auf dem Substrat 14 gebildete Struktur 12 erhöhte Strukturelemente aufweist, wobei dazwischen aber stets eine Restschichtdicke verbleibt. Im zweiten Beispiel von Fig. 7b, 8b ist die Schichtdicke des Strukturlacks 50 gleich der Schichtdicke der Vorlagenstrukturschicht 44, so dass die auf dem Substrat 14 gebildete Struktur 12 erhöhte Strukturelemente aufweist, zwischen denen keine Restschichtdicke verbleibt. Die so gebildete Struktur 12 ist intermittierend und bedeckt die Oberfläche des Substrats 14 nicht vollständig.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird das Substrat 14 durch Transportvorrichtungen 54 in Längsrichtung L durch die Aufbringstrecken 52, 60 zweier spiegelbildlich identischer Anlagen 10, 62 transportiert. Die beiden Anlagen 10, 62 sind dabei wie vorstehend aufgebaut und bringen auf den beiden Seiten des Substrats 14 Strukturen 12, 58 auf.

Zu den gezeigten Ausführungsformen sind verschiedene Modifikationen möglich. Insbesondere sind die genannten Dimensionen nur beispielhaft zu verstehen, so dass bspw. erheblich andere Strukturbreiten und Strukturhöhen ebenso verwendet werden können wie andere Abmessungen der Trägerfolie 16 und der Schichtdicken. Ebenso sind die genannten Materi- alien beispielhaft zu verstehen. Statt Glassubstraten können auch andere Substratmaterialien mit einer Struktur versehen werden. Ebenso können für die Lacke bzw. Beschichtungs- materialien sowie für die Folie andere geeignete Werkstoffe verwendet werden. Statt eines UV-härtbaren Strukturlacks 50 kann wie bereits erläutert auch ein Lack auf Sol- Gel Basis verwendet werden, so dass die auf dem Substrat 14 gebildete Struktur 12 als anorganische Schicht gebildet werden kann. Die Sol-Gel Beschichtung kann auf der Aufbringstrecke 52 bspw. thermisch gehärtet werden. Um die thermische Belastung der Träger- folie 16 zu verringern, kann auf der Aufbringstrecke 52 zunächst eine thermische Vorhärtung erfolgen, die das Entformen bei Entfernung der Vorlagenstrukturschicht 44 erlaubt, während eine vollständige Härtung in einem anschließenden Prozess erfolgt.

Die beschriebenen Vorrichtungen zum Aufbringen von Lack auf die Trägerfolie 16 können bevorzugt als Schlitzdüsen ausgebildet sein, die sich bevorzugt über die gesamte Breite der Trägerfolie 16 erstrecken. Die Anordnung der Schlitzdüsen 36, 48 an den Aufbringstrecken 34, 46 kann horizontal, vertikal oder in einem beliebigen Winkel erfolgen; die in Fig. 1 gezeigte Anordnung mit Auftrag des Vorlagenstrukturlacks 40 in horizontaler Anordnung und des Strukturlacks 50 in vertikaler Anordnung ist insofern nur beispielhaft zu verstehen. Die Schlitzdüsen 36, 48 können beim Aufbringen in einem gewissen Abstand zur Trägerfolie 16 angeordnet sein oder mit deren Oberfläche in Kontakt stehen. Es ist auch möglich, die Trägerfolie 16 mit einer gewissen Anpresskraft gegen die Schlitzdüsen 36, 36 zu pressen. Bspw. kann auf der gegenüberliegenden Seite der Schlitzdüsen 36, 48 hierfür eine Anpresswalze vorgesehen sein.

Alternativ zum Auftrag von Lack mittels Schlitzdüsen kann auch ein Rollenauftrag verwendet werden.

Das Aushärten der Strukturschicht 50 kann alternativ zur dargestellten Härtung durch die Trägerfolie 16 hindurch auch durch das Substrat 14 hindurch erfolgen. Es ist möglich, dass die Trägerfolie 16 während der Aushärtung mit einer Anpresskraft gegen das Substrat 14 gedrückt wird. Hierfür kann eine Andruckwalze vorgesehen sein. Die Andruckwalze kann dabei auch transparent ausgebildet sein, so dass die aushärtende Strahlung durch die transparente Andruckwalze hindurch auf die Strukturschicht 50 wirken kann.

Anlagen zum Aufbringen von Beschichtungen auf Substrate können neben den oben beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Modulen weitere, zusätzliche Module umfassen, bspw. Module zur Aufrechterhaltung der Bahnspannung und/oder Korrektur der Bahnführung, oder zur Reinigung oder Oberflächenaktivierung.

Bei den Substraten 14 kann es sich, insbesondere für optische Anwendungen, um transparente Substrate handeln, bspw. Glasscheiben oder Scheiben aus transparentem Kunststoff.

Claims

Ansprüche

Verfahren zum Aufbringen einer Struktur auf ein starres Substrat (14), umfassend Erzeugen einer Vorlagestruktur (44) auf einer flexiblen Trägerfolie (16) durch Abrollen gegenüber einer Walze (24) mit strukturierter Oberfläche (38),

Aufbringen einer härtbaren Strukturbeschichtung (50) auf die Vorlagestruktur (44),

Anlage der Trägerfolie (16) mit der Strukturbeschichtung (50) an das Substrat (14) so, dass die ungehärtete Strukturbeschichtung (50) in Kontakt mit dem Substrat (14) kommt,

Härten der Strukturbeschichtung (50), während diese in Kontakt mit dem Substrat (14) ist, so dass die Strukturbeschichtung (50) eine Strukturschicht (12) bildet, die die Vorlagestruktur (44) abformt,

Abtrennen der Trägerfolie (16), wobei die Strukturschicht (12) auf dem Substrat (14) verbleibt.

Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

das Substrat (14) flach ist.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem

die Strukturschicht (44) eine Oberflächenstruktur einer Strukturbreite von 1 mm oder weniger aufweist.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem

die Strukturbeschichtung (50) in einer Schichtdicke aufgetragen wird, die maximal der Strukturhöhe der Vorlagestruktur (44) entspricht.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem

das Härten der Strukturbeschichtung (50) mittels Strahlung erfolgt, wobei die Trägerfolie (16) für die Strahlung transparent ist,

und beim Härten die Strahlung durch die Trägerfolie (16) hindurch auf die Strukturbeschichtung (50) wirkt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Anlage der Trägerfolie (16) an das Substrat (14) bei einem Weitertransport der Trägerfolie (16) und synchronem Transport des Substrats (14) erfolgt.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem

eine Aufbringstrecke (52) mit zwei Walzen (28, 30) vorgesehen ist, wobei die Trägerfolie (16) über die Walzen (28, 30) rollend transportiert wird.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem

die Vorlagestruktur auf der Trägerfolie (16) durch Prägen der strukturierten Oberfläche (38) der Walze (24) in das Material der Trägerfolie (16) gebildet wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem

vor dem Abrollen der Trägerfolie (16) auf der Walze (24) ein Vorlagenstrukturlack (40) auf die Trägerfolie (16) aufgebracht wird,

und die Vorlagenstruktur (44) auf der Trägerfolie (16) in dem Vorlagenstrukturlack (40) erzeugt wird.

Verfahren nach Anspruch 9, bei dem

der Vorlagenstrukturlack (40) härtbar ist und ungehärtet auf die Trägerfolie (16) aufgebracht wird,

und der Vorlagenstrukturlack (40) bei oder nach dem Erzeugen der Vorlagestruktur (44) gehärtet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem

die Strukturbeschichtung (50) auf dem Vorlagenstrukturlack (40) aufgebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 - 11, bei dem

beim Abtrennen der Trägerfolie 16 die Haftung der Strukturbeschichtung (12, 50) auf dem Vorlagenstrukturlack (44) geringer ist als die Haftung der Strukturbeschichtung (12, 50) auf dem Substrat (14), so dass sich die Strukturbeschichtung (12, 50) von der Trägerfolie (16) und dem Vorlagenstrukturlack (44) trennt und auf dem Substrat (14) verbleibt.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem

die Trägerfolie (16) so mit dem Substrat (14) in Kontakt gebracht wird, dass sie an mindestens einer Kante des Substrats (14) überlappend angeordnet ist.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem

die Trägerfolie (16) mit einer ersten Oberfläche des Substrats (14) in Kontakt gebracht wird,

und eine zweite Trägerfolie mit einer Vorlagestruktur und einer härtbaren Strukturbeschichtung darauf in Kontakt mit einer zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats (14) gebracht wird.

Vorrichtung zum Aufbringen einer Struktur auf ein starres Substrat (14), mit einer Transportvorrichtung (18 - 32) für eine flexible Trägerfolie (16), einer Walze (24) mit strukturierter Oberfläche (38) zum Erzeugen einer Vorlagestruktur (44) auf der Trägerfolie (16) durch Abrollen auf der Walze (24),

einer Vorrichtung (48) zum Aufbringen einer härtbaren Strukturbeschichtung (50) auf die Vorlagestruktur (44) der Trägerfolie (16),

einer Vorrichtung (28, 30) zur Anlage der Trägerfolie (16) mit der ungehärteten Strukturbeschichtung (50) an das Substrat (14), so dass die ungehärtete Strukturbeschichtung (50) in Kontakt mit dem Substrat (14) kommt, einer Vorrichtung (56) zum Härten der Strukturbeschichtung (50) und einer Vorrichtung (30) zum Abtrennen der Trägerfolie (16).