结构化光学元件及其生产制造技术

根据本发明专利技术的一结构化光学元件，其包括一基板，该基板至少包括两个具有不同光学功能的区域。所述区域内的层体系可被细分为一个具有区域特性的内部部分层体系和一个辅助的部分层体系，它们为所述区域所共有，所述辅助的部分层体系在所述区域包括至少一个层，所述内部部分层体系包括至少一个层，该层布置在所述基板和所述辅助的部分层体系之间。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及如权利要求1的前序部分所述的结构化光学元件和如权利要求10所述的这种结构化光学元件的生产方法。
技术介绍
所述结构化光学元件可以是例如用在整体色轮中的结构化彩色滤光器。这些是用于投射彩色影像的重要元件。这里的表述“整体”是指至少一个基板的表面设有一结构化覆层，使得该基板的不同表面区域具有不同功能层的特征，以至于局部受限制的基板表面以至少两个确定的光学功能为特征。因此，必须将整体色轮与分割色轮区分开来。利用后面的这些元器件，将只具有一个覆盖其表面的功能层的两个或者多个表面布置在一个色轮内。另一方面，基板表面的结构化使得结构尺寸可在微米或者还要低的范围内选择。最终当需要将光辐射直接照射在影像再现元件(光阀)上，使得相邻的像素以不同波长范围的光线进行照射时，这样微小的结构化光学元件还被广泛地用在投影技术中，。由于结构化过程，根据光线照射的表面的区域，光线会依赖于各功能层被反射、透射、吸收、弯曲或者分散而进入另一条路径。在这种情况下中，在一定特定的基板上实现几个区域是重要的。一个区域不必混合一个互连的表面，但是可以包括多个单独的、独立的区域。通过提供多个区域，可以避免必须将几个基板布置在一个相邻的位置。根据本
的现有技术可知，这种结构化层可通过结合表面覆层与平版顶出(liftoff)法来生产，例如Sperger等人在美国第6238583号专利中所描述。开始时，清理基板，随后，涂上光刻胶、掩膜、曝光并显影。接下来，涂覆第一层用于形成第一结构层。表面具有覆层的光刻胶将会在一个湿法化学(humid-chemical)处理中被溶解。因此，只有在涂覆所述光刻胶的过程中被掩膜的那些点上的覆层保留下来，因此这些点被直接覆在基板上。随后，基板将会被清理以涂覆下一个涂层体系。为了得到所需要的所有不同的功能层，重复上述过程。如果要在结构化的光学表面上设置特定区域，该区域应只可透射光线，也就是说，在该区域内应实现一中性功能层，则在大多数情况下，必须在这些区域内涂覆一降低反射的覆层，即一个所谓的抗反射覆层(AR-覆层)。在这种情况下，值得注意的是AR-覆层仅被涂覆在基板区域上，只要该基板区域还没被覆层，例如在其他区域的功能层上的覆层简单重叠的情况下，通常会影响其光学特征。因此，对于这样的AR覆层，也需要上面所描述的掩膜过程。这种程序通常较为复杂，并且正常情况下其所提供的产率明显低于100％。特别不利之处在于所有这些过程被结合在一起。并且，覆层的边界区域会遭受环境的影响。德国第19641303号专利描述了一种方法，根据该方法，为了生产一结构化光学元件，一蚀刻阻断层开始时就可覆盖整个光学表面，随后即在该表面上涂覆和构造功能层。所明确指出的是，在需要中性元素的区域内，阻断层只要由氟化镁组成就可以充当降低反射层。另外，所指出的是，功能层的设计可包含所述阻断层的光学性能。这可代替中性区域所需要的结构化步骤。但是，氟化镁是一种覆层材料，尤其当涂覆附加的功能层时，其可导致表面问题，例如裂缝层。对于特定的功能层，通常使用其他覆层材料，并且借助于顶出处理，完全放弃一蚀刻阻断层通常是可能的。尤其是对于几种用途，单个的氟化镁层没有足够的降低反射的特性。为此原因，才可表示完全放弃氟化镁。这些现有的方法的另外一个缺点在于，应用顶出技术，可除去覆层的基本部分。尤其是，这使得覆层过程效率低并且昂贵。在进行结构化之前，明显尝试涂覆一种含有传统材料的抗反射覆层。然而，已经证明，用这样的层体系拉平剩余的功能层是困难的，因为这样的覆层必须被调整成可从基板过渡到空气，同时从基板过渡到剩余的层体系。而且，采用这样一种构造，边界部分继续暴露。因此，这种滤光器的抗环境因素通常被减弱。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术情况下的缺陷。本专利技术的目的尤其在于将生产所述结构化元件的程序步骤数量降到最少，该程序步骤应尽最大可能地分离，从而生产高品质的结构化光学元件，尤其是针对光学特性和机械特性以及较高经济效益。根据本专利技术，该任务可通过根据权利要求1和10所述的方法来解决。从属权利要求涉及其他具有优点的实施例。根据本专利技术，具有不同光学功能的区域的层体系可被细分为两个部分层体系，内部的部分层体系在每个区域都是不同的，辅助的部分体系体系完全覆盖所有区域。根据本专利技术，开始时，内部的部分层体系可被涂覆到不同的区域，其中每个区域均需要结构化处理。随后，辅助的部分层体系将在一个步骤里涂覆到所有区域上，无需结构化处理。因此，辅助的部分层体系将至少是所有区域的层体系的一个元件。因此，在其中一区域内，通过与辅助的部分层体系相同的一个层体系，可频繁地获得所需要的光学功能。因此，第一部分层体系不包括在此区域的一个层，从而，该区域将不再需要结构化过程。这种可能性尤其存在于基板包括一光线可通过一个有效的方式于其内透射的区域的时候。辅助的部分层体系将被设计为一降低反射层。本专利技术的实质特征之一是内部的部分层体系在基板和辅助的部分层体系之间可被整体化。因此，在生产过程中，所有结构化过程都在涂覆辅助的全包容部分层体系之前进行，并且不会对这些体系产生负面影响。另外，薄膜设计研究表明，这样一个联合的层体系作为一最终层要比作为联合覆层更容易实现。尤其以此顺序可获得的是，完全连续涂覆的最后层覆盖其表面，体系以提供机械保护。对于具有非中性光学功能的每个区域，当对应于各个区域向基板上涂覆第一部分结构化层体系时，这样一过程也使得所有的结构化方法分离。这一分离意味着与各个不同的结构化过程结合的产率也分离，而与整个过程相结合的产率将明显地提高。随后，辅助的部分层体系将作为一个整体被涂覆，并在仍未覆层的区域内具有降低反射的性质。值得注意的是，当不能获得光学的加和作用时，通过结合基板，具有非中性光学功能的区域会最大程度地合并光学路径。附图说明下面将在示意图和实施例的基础上，对本专利技术进行描述，在附图中图1示出了根据本专利技术的一光学元件的截面图，其中在具有不同光学功能的三个区域的一基板上设有结构化覆层。图2示出了一结构化光学元件的截面图，在其基板两侧设有图1所示的结构化覆层，其光学功能导致作为基板两侧的光学加和功能的区域。图3示出了一由三个单个结构化的基板组成的一光学元件。具体实施例方式如图1所示，在本专利技术的第一实施例中，将对一结构化光学元件的生产进行描述。其包括基板3。而且，结构化光学元件1应包括在其上只可透射蓝光的第一区域5。另外，元件1应包括在其上只可透射绿光的第二区域5’。在元件1的第三区域5”上，绿光和蓝光应当被透射，而只有红光应当被反射。为了达到这些效果，在开始，可确定一个层体系，其一旦被涂覆在基板3上，就会具有反射红光而透射蓝光和绿光的作用。为了确定这样一个层体系，例如可以利用一个薄膜设计优化程序。在材料特征确定的情况下，这一优化程序通常有条件对于一确定的目标功能，相应于所需要的光谱特征，来优化一个层体系的层数和厚度分布。本领域普通技术人员基本上都知道这种软件，并且可以在市场上购买到(例如一种叫“Optilayer”的软件包)。以现有的滤光器理念，这一软件能使用户非常满意。然而，为了确定层体系，分析法也可以部分地带来成效。这样确定的层体系一旦被涂覆在基板3上，就会产生反射红光和透射绿光和蓝光的作用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
结构化光学元件（１），其包括一基板（３），基板（３）的表面具有第一区域（５）和第二区域（５’），第一区域（５）包括具有光学功能的第一层体系，该第一层体系包括一个第一内部部分层体系（９）和一个辅助的部分层体系（１１），其中第一内部部分层体系（９）包括至少一个层并且不会遍布第二区域（５’），而辅助的局部层体系（１１）包括至少一个层并且遍布第一区域（５）和第二区域（５’），并且在所述第二区域（５’）内，辅助的局部层体系（１１）至少为具有与第一层体系的光学功能不同的第二层体系的一个元件，其特征在于：所述的第一内部部分层体系被设置在基板（３）和所述的辅助的部分层体系（１１）之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯海涅肯普肯斯，奥斯玛齐格，迈克尔亨齐克，
申请(专利权)人：优利讯斯巴尔扎斯股份公司，
类型：发明
国别省市：LI[列支敦士登]