制造母版的方法、母版、制造光学元件的方法和光学元件技术

本发明专利技术涉及一种用于制造一母版的方法，所述母版用于通过将形成于所述母版上的结构模塑到一光学基板的表面上而制造具有复数个具光学效应的结构的光学元件，所述方法包含以下步骤：提供一基板；涂覆所述基板的一个表面以在所述基板上形成一涂层；和图案化所述涂层以在所述涂层中形成结构。本发明专利技术也涉及一种用于制造光学元件的母版、一种用于制造光学元件的方法和一种具有至少一个表面的光学元件，其中具光学效应结构的是形成于至少部分所述表面中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般是关于具有具有复数个具光学效应的结构的光学元件的制造，所述制造通过模塑或热压印形成于光学基板表面上的母版或工具上的结构而达成。本专利技术尤其是关于一种制造此母版或工具的方法、一种母版或工具，以及一种用于制造所述具有衍射和/或折射结构的光学元件的方法。本专利技术的另一方面是关于一种光学元件，所述光学元件在其表面上产生具光学效应的结构。
技术介绍
前述类型的光学元件通常由透明材料(例如，玻璃、玻璃陶瓷或塑料)制成。为减少或补偿光学象差，需以高度精确的方式产生所述具光学效应的结构。为此目的，已知利用机械加工步骤的制造方法，例如，透镜研磨和抛光，或通过在光学基板上形成凹槽而制造光栅，具体而言是闪耀光栅。在从现有技术中可知的其它相关制造方法中，具光学效应的结构是通过将在母版或工具上产生的结构模塑或热压印到光学基板的表面上而产生。在此情况中，在母版上产生的结构对应于待产生的具光学效应的结构的负片。采用热成形或热压印方法用于将在母版上产生的结构模塑或热压印到光学基板的表面上。在这些方法中，将光学基板加热到一可使其表面变形的温度，其中所述光学基板和母版向彼此相抵以施加足够的压力，用于将在母版上产生的结构模塑或热压印到光学基板的表面上。在另一个已知的方法中，将光学基板的材料灌注或注入到其中适当排列母版的模具中。后面提到的方法尤其适用于大规模生产由塑料材料组成的光学元件。所有前述方法的一个共同方面为所述母版和光学基板需要彼此相分离(脱模)。这将待实现的结构的可达到的纵横比(即，深宽比)限制到大约1∶1的值。因为模塑或热压印处理总是在光学基板材料的熔化温度附近或之上发生，所以不可避免的在脱模处理期间(即，当将母版从光学基板提出时)光学基板的材料趋于粘附到母版上。这降低了模塑或热压印处理的精确度，并不利的影响了母版的使用寿命和其精确度。在这个方面，需要考虑前述模塑技术的优点仅仅是当大量光学元件可通过相同母版以恒定精确度制造而不要求昂贵的随后处理步骤时才是具有成本效益的。解释此的原因可发现于尤其是在相对较高成本制造精确母版和热成形或热压印工具中。已知提供具有保护性涂层的母版表面，以防止母版的材料直接粘附到光学基板。此保护性涂层需满足严格要求。具体而言，保护性涂层需要以牢固粘附的方式连接到母版的基板，其中保护性涂层与光学基板材料的可湿性也应较低。这显著限制了用于保护性涂层的材料以及用于涂覆母版基板涂覆技术的选择。另外，需要将高度同质和极其仿形(true-to-contour)的涂层通过所选择的涂覆技术涂敷到母版的构造表面上，使得母版的表面上的涂覆结构可精确地模塑或热压印到基板上。这额外的限制了待使用的保护性涂层材料和涂覆技术的选择。所述结构可通过从制造半导体组件已知的技术(尤其是照相平版印刷技术)在母版基板的表面上非常精确地产生。然而，保护性涂层导致该等结构的特定扭曲，尤其是边缘的磨圆和表面粗糙度。具体而言，当模塑非常精细的结构和/或具有高纵横比的结构时，需要考虑这些影响。因此，需要研发一种用于热成形或热压印方法的精确且耐用的母版或工具。因为将母版具体而言是大规模生产光学元件，所以在通过昂贵的制造方法大规模生产光学元件中也可达到显著的经济优点。在w.Lukosz等人的″Embossing techniques for fabricating integratedoptical components in hard inorganic wave guiding materials″，Optical Letters，1983年10月，第8卷，第10期，第537-539页中揭示了一种在室温下压印可变形凝胶层中波导管的方法。通过浸拉(dip-drawing)方法从有机金属化合物中产生薄膜。在压印后，在数百摄氏度的温度下将所述膜硬化，并将其转换成有机氧化物材料。在压印期间，具有有机溶胶凝胶薄层的基板抵压在母版光栅上。所述母版光栅涂覆有一铝层。US 6,591,636 B1揭示了一种用于形成玻璃的工具和方法。在玻璃形成期间，尤其是在形成具有大量碱组份和/或含碱组份的玻璃化合物期间，观察到氧化和腐蚀处理。具体而言，这导致我们所不希望见到的灰暗玻璃表面。建议使用不同的抗氧化和抗腐蚀化合物用于涂覆所述成形工具的涂层，其中通过电镀或物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)来涂敷所述化合物。JP 2003-342025 A揭示了一种制造精细构造的光学元件(例如，微透镜阵列、光栅、菲涅耳分区透镜等)的母版。该等结构的精确度在一微米之下。所述结构最初通过照相平版印刷过程经同步加速器辐射产生在模拟物上。基于镍的合金通过电镀涂敷到由此构造成的模拟物上。在将模拟物从涂层中提出时，就获得了制造光学元件的母版。
技术实现思路
本专利技术的一目的是提供一种用于制造母版的方法、母版和制造光学元件的方法，其中允许以更精确且更经济的方式制造具有复数个具光学效应的结构的光学元件。本专利技术还旨在可获得以更精确且更经济的方式实现的光学元件。根据本专利技术，这些和其它目的可通过制造根据权利要求1所述的母版的方法、用根据权利要求18所述的用于制造光学元件的母版、通过根据权利要求21所述的用于制造光学元件的方法和通过根据权利要求27所述的光学元件而达成。其它有利实施例形成各附属权利要求的目的。本专利技术揭示一种制造母版的方法，所述母版用于通过将在母版上形成的结构模塑或热压印到光学基板的表面上而制造具有复数个具光学效应的结构的光学元件，其中所述方法包含下列步骤提供一基板；涂覆所述基板的表面用于在基板上产生涂层；和构造所述涂层用于在所述涂层内形成将被模塑或热压印到光学基板的表面上的结构。根据本专利技术，因为将接受模塑或热压印的结构是分别直接产生在涂层内或在涂层的表面上，所以其外形和精确度不再像在常规应用已经构造的母版上的保护性涂层的情况中一样受额外涂覆处理的损害。因此，本专利技术可能达到具有更陡且更精确的边缘陡度的更精细的结构和具有降低的粗糙度的复数个具光学效应的结构。可发现本专利技术的另一优点在于可使用很多种不同涂覆技术和/或涂覆材料，即，因为在根据本专利技术的方法中显著简化了涂覆处理期间的条件(不再需要均匀涂覆已经产生的结构)。由于本专利技术可能实现具有较小表面粗糙度的均匀且同质的涂层，所以可额外改进光学组件的质量。根据本专利技术，具体而言，可选择几乎任意材料用于形成将要涂敷于基板上的涂层，尤其是有利地具有与光学基板的材料一致的低可湿性的材料。许多这些用于精细结构的涂层的材料在从现有技术中已知的方法中的利用(如果可能)也往往具有很大困难。确定离子束蚀刻(IBE)方法、反应性离子束蚀刻(RIE)方法或化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)方法尤其适用于构造所述涂层，因为这些方法可以以非常精确且同质的方式产生在涂层内的所述结构。本专利技术的其它方面是关于一种制造光学元件的母版、制造光学元件的方法和装置和具有至少一个表面的光学元件，在所述表面上至少部分地产生具光学效应的结构，尤其是衍射和/或折射结构。附图说明下文将参考附图以例示性方式描述本专利技术，该等附图阐明欲实现的其它特征、优点和目的，其中图1显示穿过根据本专利技术的制造光学元件的母版的示意性横截面； 图2a-2b显示穿过根据本专利技术的制造光学元件的母版的另一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造一母版（１）的方法，所述母版是用于通过将形成于所述母版（１）上的结构模塑或热压印到一光学基板的一个表面上而制造具有复数个具光学效应的结构的光学元件，所述方法包含以下步骤：提供一基板（２）；涂覆所述基板（２）的一个表面，以在所述基板（２）上形成一涂层（３）；和构造所述涂层（３）以在所述涂层（３）内形成结构（１０）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃德加帕夫洛夫斯基，于尔根季克，沃尔弗拉姆拜尔，贝恩德韦尔夫因，
申请(专利权)人：史考特公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]