DE102008013166A1

DE102008013166A1 - Verfahren zur Herstellung einer interferenzfarbenfreien Schutzschicht

Info

Publication number: DE102008013166A1
Application number: DE102008013166A
Authority: DE
Inventors: Hildegard Dr. Sung-Spitzl
Original assignee: iplas Innovative Plasma Systems GmbH
Current assignee: iplas Innovative Plasma Systems GmbH
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-10
Also published as: WO2009109350A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung einer interferenzfarbenfreien Schutzschicht durch Strukturierung von Oberflächen durch Aufbringung oder teilweiser Abtragung einer Schicht mit dem Brechungsindex n mittels eines Plasmas. Dabei wird eine Maske auf oder über der Oberfläche angebracht und die Schicht damit dermaßen strukturiert, dass bei einem vorher festgelegten minimalen Beobachtungsabstand B (in cm) der Betrag des Gradienten der Schichtdicke zwischen (0,03 cm).n/B und (20 cm).n/B liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung einer interferenzfarbenfreien Schutzschicht durch Strukturierung von Oberflächen.
Wird Licht von oben auf eine Schicht mit unregelmäßiger Dicke gestrahlt, können farbige Effekte, oftmals in der Form konzentrischer Kreise, wahrgenommen werden. Diese Effekte entstehen durch konstruktive und destruktive Interferenz der Lichtstrahlen, welche an der oberen und unteren Grenzfläche der Schicht reflektiert werden. Die Kreise werden nach ihrem Entdecker „Newtonsche Ringe” genannt und können zum Beispiel an Vorder- und Rückseite einer durchsichtigen Platte, zwei Grenzflächen von Bereichen unterschiedlicher Dichte, aber auch an Kristallebenen oder an Mikrostrukturen auf einem Schmetterlingsflügel auftreten. Besonders gut sind diese Effekte bei Seifenblasen oder Ölflecken zu beobachten.
Dieses Phänomen tritt in der Regel bei transparenten Oberflächen auf, jedoch kann es auch bei polierten oder speziell konfigurierten opaken Oberflächen beobachtet werden (z. B. beim Opal oder bei Schmetterlingsflügeln). Eine hinreichende Voraussetzung dafür ist, dass diese Oberflächen Mikrostrukturen aufweisen, wobei die Mikrostrukturen einen Abstand haben, welcher der oben erwähnten Schichtdicke entspricht.
Dabei spielt bei der Entstehung der Ringe nicht nur das Schicht-, bzw. Oberflächenmaterial eine Rolle, sondern auch Beschädigungen oder Verunreinigungen der Oberfläche, wie Fingerabdrücke oder Fettflecken.
Das Phänomen der Newtonschen Ringe ist wie oben gesagt nicht auf die Ausbildung von Ringstrukturen begrenzt, sondern äußert sich im Allgemeinen durch farbige Schlieren auf Oberflächen. Im Folgenden wird daher nicht mehr von Newtonschen Ringen gesprochen, sondern allgemein von Interferenzfarben.
Interferenzfarben an einer beschichteten oder polierten Oberfläche entstehen durch die Interferenz von Lichtstrahlen mit unterschiedlichem Gangunterschied aufgrund einer Reflexion an unterschiedlichen Ebenen oder Bereichen einer Schicht. Oftmals sind es Strahlen, die zum einen von der Oberfläche der Schicht und zum anderen von der Grenzfläche Schicht/Gegenstandsoberfläche stammen und miteinander interferieren. Unterschiedliche Dicken der Schicht führen zu unterschiedlichen Laufstrecken der Lichtstrahlen und damit zu unterschiedlichen Interferenzen der verschiedenen Lichtwellen. Trifft zum Beispiel weißes Licht auf einen Flächenbereich, bei dem die Dicke der Schicht einem ungradzahligen Vielfachen (1, 3, 5, 7, ...) der halben Wellenlänge der Farbe „Rot” entspricht, so wird dort diese Farbe durch destruktive Interferenz ausgelöscht und es entsteht ein türkiser Farbeindruck. Entspricht die Dicke der Schicht an einer anderen Stelle der Oberfläche ungradzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge der Farbe „Blau”, so erscheint dieser Bereich eher gelblich.
Die Größe der Bereiche gleicher Interferenzfarbe hängt von der Änderung der Dicke der Schicht ab. Verändert sich die Dicke der Schicht nur langsam, so erscheinen die farbigen Bereiche gleicher Farbe größer, variiert die Dicke der Schicht schnell, so entsteht der Eindruck eines filigranen Schlierenmusters.
Interferenzfarbeneffekte an Oberflächen werden oftmals nicht nur als schön, sondern auch als störend oder schmutzig empfunden. Besonders bei glatten, großflächigen Oberflächen fallen Verunreinigungen, wie zum Beispiel Ölflecken oder Fingerabdrücke, unangenehm durch die Bildung farbiger Schlieren auf.
In Bereichen, wo Sauberkeit eine große Rolle spielt oder einfach nur erwünscht ist, ist es erstrebenswert, wenn nicht nur objektiv Sauberkeit herrscht, sondern dies auch optisch über einen langen Zeitraum angezeigt wird. Beispielsweise entstehen Fingerabdrücke auf polierten Metalloberflächen durch Berührung meist schon kurz nach einer Säuberung. Obwohl diese Fingerabdrücke in der Regel kein gesundheitliches Risiko darstellen, stören sie dennoch den Eindruck einer sauberen Oberfläche.
WO 03/046090 offenbart Zubereitungen für die Behandlung von Metalloberflächen durch Auftragen einer Wachsdispersion, welche die Erscheinungsform der Metalloberflächen im Wesentlichen nicht gegenüber unbehandelten Metalloberflächen verändern, aber trotzdem eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Anschmutzungen, insbesondere gegenüber Anschmutzungen durch Hautfett und darin enthaltenen Stoffe, wie sie beispielsweise durch Fingerabdrücke auf einer Metalloberfläche aufgebracht werden können, aufweisen.
Ein Nachteil der Zubereitung besteht darin, dass diese Wachsdispersion keine dauerhafte Oberflächenbeschichtung darstellt und keinen Schutz der Oberfläche gegen mechanische Einwirkungen wie Verkratzen bietet. Darüber hinaus kann die Wachsschicht selber Schlieren bilden, wenn sie durch äußere Einwirkung verrieben wird.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die oben aufgeführten Nachteile zu überwinden und eine interferenzfarbenfreie Oberfläche herzustellen.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung einer interferenzfarbenfreien Schicht nach Anspruch 1 gelöst. Bei diesem Verfahren wird eine Struktur in eine Schicht mittels eines Plasmaätzverfahrens ein- oder aufgebracht, wobei die dadurch erzeugten Strukturen eine Änderung der Schichtdicke aufweisen. Die Schicht befindet sich vorzugsweise auf der Oberfläche eines Festkörpers.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass der Interferenzfarbeneindruck durch die richtige Wahl der Größe der Strukturen vermieden werden kann. Dadurch entstehen innerhalb dieser Strukturen zwar aufgrund der unterschiedlichen Dicke der Schutzschicht Interferenzfarben, diese Strukturen können dann jedoch von einem festgelegten minimalen Beobachtungsabstand nicht mehr optisch aufgelöst werden. Ab diesem Beobachtungsabstand kann der Beobachter die abgestrahlten Farben einer Struktur nicht mehr als getrennte Farben wahrnehmen und der Interferenzfarbeneindruck verschwindet.
Ein Beispiel für diesen Effekt ist ein Fernsehbild, welches bei näherer Betrachtung aus den Farben Rot, Blau, und Grün besteht, für einen entfernten Beobachter jedoch, der die einzelnen Pixel des Bildes optisch nicht mehr aufzulösen vermag, alle möglichen Farben inklusive „Weiß” enthalten kann.
Da sich kleinere Verschmutzungen, die Interferenzfarbeneffekte hervorrufen können, wie etwa Fingerabdrücke oder Fettflecken, der Oberfläche anpassen, sind auch die Interferenzfarben, welche durch diese Verunreinigungen entstehen, ab diesem minimalen Beobachtungsabstand nicht mehr optisch auflösbar und werden von dem Beobachter daher nicht mehr wahrgenommen. Sichtbare Schliereneffekte durch solche Verschmutzungen treten also nicht mehr deutlich zu Tage.
Unter dem Auflösungsvermögen versteht man das Vermögen, zwei benachbarte Strukturen als zwei getrennte Strukturen wahrzunehmen, also den kleinsten noch wahrnehmbaren Abstand zweier Punkte. Für runde Aperturen berechnet sich das Auflösungsvermögen nach 1,22 (λ/D) [in rad] mit der Lichtwellenlänge λ und dem Durchmesser der Apertur D. Das Auflösungsvermögen des Auges beträgt danach ca. 0,5' bis 1' (1/120° bis 1/60°).
Bei durchschnittlichen Verhältnissen sind zwei Punkte getrennt wahrnehmbar, wenn ihr Winkelabstand 2' (1/30°) beträgt. Bei einem Betrachtungsabstand A haben die beiden getrennt wahrnehmbaren Punkte beispielsweise einen Punktabstand P von ca. 0,6 mm.
Die Größe von Strukturen, welche nicht mehr optisch aufgelöst werden sollen, ist somit vom Abstand eines Betrachters abhängig. Aus den obigen Ausführungen folgt, dass für eine interferenzfarbenfreie Wahrnehmung zwei Strukturen bei einem Betrachtungsabstand A eine Größe haben sollten, der kleiner ist als 0,0006·A, bevorzugt kleiner als 0,0003·A, besonders bevorzugt kleiner als 0,0001·A (jeweils größter Durchmesser der Struktur).
Jedoch muss die Größe der Strukturen auch nicht kleiner sein als unbedingt nötig. Oftmals hat ein Beobachter normalerweise einen minimalen Abstand zu einer Oberfläche. Dieser normale minimale Abstand kann einfach durch Abstandsmessungen ermittelt werden und vor der Erstellung der Strukturen aus diesen Messungen ein minimaler Beobachtungsabstand festgelegt werden.
Dabei liegt B vorzugsweise zwischen 1 cm und 100 m, insbesondere zwischen 10 cm und 10 m, und besonders bevorzugt zwischen 30 cm und 5 m. Zum Beispiel würde bei der Herstellung einer strukturierten Oberfläche für den Küchenbereich ein minimaler Beobachtungsabstand B von 30 cm festgelegt werden, was dem normalerweise minimalen Abstand zwischen den Augen eines Benutzers dieser Küche und der Oberfläche entspricht.
Für eine interferenzfarbenfreie Wahrnehmung bei einem festgelegten minimalen Beobachtungsabstand B reicht es aus, die Größe der Strukturen nicht kleiner als 0,000001·B zu gestalten, vorzugsweise nicht kleiner als 0,0001·B (jeweils größter Durchmesser der Struktur).
Ein bevorzugter Größenbereich der Strukturen bei festem minimalen Beobachtungsabstand B ist ein maximaler Durchmesser von 0,0006·B und ein minimaler Durchmesser von 0,000001·B, vorzugsweise ein maximaler Durchmesser von 0,0003·B und ein minimaler Durchmesser von 0,0001·B.
Die Basisfläche solcher Strukturen kann rund, eckig, vorzugsweise sechseckig, rechteckig oder quadratisch, langgezogen oder unregelmäßig sein. Denkbar sind im Allgemeinen alle möglichen Grundflächen.
Für einen interferenzfarbenfreien Eindruck ist es alleine notwendig, dass sich innerhalb eines bestimmten kleinen Flächenbereiches der Schicht deren Dicke so ändert, dass sich alle Farben des sichtbaren Spektrums mindestens einmal durch Interferenz auslöschen. Somit bestimmt der Gradient der Dicke (Dickenänderung pro Basislänge) die Größe einer Struktur. Bevorzugt löschen sich innerhalb einer Struktur alle sichtbaren Farben genau einmal aus (ein Farbdurchgang). Bei einer solchen Struktur variiert innerhalb ihres Flächenbereiches die Dicke der Schicht jeweils zwischen der halben Wellenlänge der Farben „Rot” und „Violett”. Da die kürzeste sichtbare Wellenlänge im Vakuum ca. 350 nm beträgt (Violett) und die längste ca. 750 nm (Rot), variiert die Dicke der Struktur in einer Schicht mit dem Brechungsindex n über einen Bereich von n·200 nm (mit einer Toleranz von 50 nm, bevorzugt 20 nm).
In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Strukturen nicht durch deutliche Grenzen voneinander getrennt, sondern bilden lediglich zusammenhängende Bereiche in denen alle Farben des sichtbaren Spektrums einmal destruktiv interferieren. Solche Strukturen liegen in Schichten vor, in denen sich in begrenzten Arealen die Dicke um ca. n·200 nm ändert. Zum Beispiel liegen bei einer Schicht mit dem Brechungsindex 1, bei der sich die Dicke um 500 nm in einem Flächenbereich ändert, mehrere Farbdurchgänge vor und damit weist dieser Flächenbereich mehrere Strukturen mit einem Farbdurchgang auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt daher bei einem Brechungsindex n der Schicht und einem festem minimalen Beobachtungsabstand B (in cm) der Betrag des Gradienten der Dicke zwischen (0,03 cm)·n/B und (20 cm)·n/B, bevorzugt zwischen (0,07 cm)·n/B und (0,2 cm)·n/B um einen interferenzfarbenfreien Eindruck zu erzeugen.
Das Dickenprofil der Schicht kann sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig sein. Bevorzugte Profile bestehen aus Pyramiden-, Kegel- oder Wellenformen, schrägen oder kurvigen Ebenen und regelmäßigen oder unregelmäßigen Stufen. Die bevorzugten Profile können auch miteinander kombiniert werden (z. B schräge Stufen oder gestufte Pyramiden). Besonders bevorzugt ist eine chaotische Verteilung der Strukturen, da hierdurch wegen der statistischen Verteilung der Strukturen ein Durchmischungseffekt der Interferenzfarben gefördert wird und somit Interferenzfarben noch schlechter sichtbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Strukturen selbst Informationen, vorzugsweise in Form von Sicherheits- oder Autentizitätskennzeichnungen, Schriftzügen, Ziffern, Markenzeichen oder Firmenlogos. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bestehen die Strukturen aus (vorzugsweise computerlesbaren) Daten, insbesondere Barcodes.
Ein gestuftes oder schräggestuftes Oberflächenprofil hat über die interferenzfarbenfreie Wahrnehmung hinaus noch den Vorteil, dass bei gezielter Wahl der Stufenhöhe die destruktive Interferenz einer Farbe oder mehrerer Farben verhindert werden kann und so ein Farbeindruck der Oberfläche entsteht. Dieser Farbeindruck kann von einem irisierenden Schillern in allen Farben bei Strukturen mit unterschiedlichen Stufen bis zu einem großflächigen konstanten Farbeindruck bei Strukturen mit gleichen Stufen reichen.
Der Festkörper, der mit der Schicht versehen ist, kann aus allen möglichen festen Materialien bestehen. Die bevorzugten Materialien können aus der Gruppe ausgewählt werden, die Metalle (bevorzugt Stähle und Edelstähle), Metalloxide (insbesondere Stein oder Glas), Kunststoffe und feste Naturstoffe wie Holz oder Leder enthält und/oder die Struktur von Kristallen oder amorphen Festkörpern aufweisen. Bevorzugt sind auch Festkörper aus einem Verbund der oben genannten Feststoffe. Beispiele für diese Festkörper sind Holz- und Kunststoff- oder Edelstahlplatten wie Küchenarbeitsplatten, Tischplatten oder Schranktüren, Bleche für den Automobilbau, Fenstergläser, Trinkgefäße, Kunststoffsichtblenden oder auch Computertastaturen.
Die Schicht kann aus allen denkbaren Materialien bestehen. Bevorzugte Materialien sind Polymere, Metalle oder Metall oxide, besonders bevorzugt sind Glas und Kunststoffe. Glas ist dabei das am häufigsten eingesetzte Schichtmaterial, weil es den meisten Anforderungen gerecht werden kann. Die Materialien können bunt oder einfarbig sein, und transparent oder opak. Für viele Anwendungen ist eine farblose Transparenz der Materialien bevorzugt.
Die Schichtdicke liegt zwischen 200 nm und 2 mm, bevorzugt 0,5 μm und 0,5 mm, insbesondere zwischen 1 μm und 10 μm.
Insbesondere bei einer gewissen Härte der Schicht fungiert diese über den interferenzfarbenfreien Effekt hinaus noch als Schutzschicht. Eine bevorzugte minimale Härte der Schutzschicht ist eine Mohshärte von 4, weiter bevorzugt mindestens 5 Mohs, und besonders bevorzugt mindestens 6 Mohs. Auch hier eignen sich bevorzugt Schichten aus Glas oder Kunststoff als Schutzschicht. Die höchste Mohshärte ist 10.
Zum Erzeugen eines interferenzfarbenfreien Eindrucks einer Oberfläche kann einerseits eine strukturierte Schicht auf diesen Oberfläche aufgebracht werden oder andererseits eine bereits aufgebrachte Schicht nachträglich strukturiert werden.
Eine bevorzugte Methode zum Aufbringen einer Schicht auf den Festkörper ist eine chemische Gasphasenabscheidung (engl. Chemical Vapour Deposition; CVD) durch ein Plasma. Das CVD-Verfahren ist dem Fachmann bekannt. Während dem CVD-Verfahren wird an der erhitzten Oberfläche aufgrund ei ner chemischen Reaktion aus einer Gasphase eine Feststoffkomponente abgeschieden.
Zur Beschichtung einer Metalloberfläche wird die zu behandelnde Oberfläche zunächst gereinigt. Zu einer CVD-Behandlung muss eine Entfettung der Oberfläche erfolgen. Danach wird die Metalloberfläche mittels des CVD-Verfahrens beschichtet. Dabei ist es durchaus möglich, mehrere Schichten aufzubringen. Zum Beispiel kann direkt auf die Metalloberfläche ein Korrosionsschutz aufgebracht werden, der dann von der zu strukturierenden Schicht überdeckt wird.
Die Erzeugung eines Plasmas ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und kann beispielsweise durch thermische, elektrostatische oder elektromagnetische Anregung oder Strahlungsanregung geschehen. Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellenplasmen ist zum Beispiel in DE 197 26 663 A1 offenbart.
Eine weitere bevorzugte Methode zur Strukturierung einer Schicht besteht darin, Bereiche einer vorher aufgetragenen Schicht durch ein Plasmaätzverfahren abzutragen. Die Abtragung geschieht durch Reaktionen der Bestandteile der Schicht mit Gasionen des Plasmas. Ein besonders bevorzugtes Plasma ist ein Mitteldruckplasma.
Dem Fachmann sind geeignete Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten bekannt, welche zur Plasmabeschichtung und zum Plasmaätzen verwendet werden können. Oftmals werden Sauerstoff, Stickstoff, Halogene, Kohlenstoff, Wasserstoff oder Schwe fel, aber auch Siloxane in Verbindung miteinander oder rein verwendet.
Eine gezielte Strukturierung wird sowohl bei der CVD-Auftragung einer Schicht, als auch bei dem Plasmaätzverfahren durch Masken erreicht, die auf die Schicht aufgelegt oder über der Schicht angebracht werden.
Der Abstand der Maske zu der Schicht hängt unter anderem von dem Druck in der Plasmakammer ab. Im mittleren Druckbereich ist aufgrund der sich verteilenden Gasströmung eine kurze Distanz zwischen Gitter und Oberfläche notwendig, so dass die Masken auch aufgelegt werden können.
Im Niederdruckbereich sollte die Maske in einer größeren Entfernung zur Oberfläche angebracht werden, da stärkere Abschattungseffekte durch die Maske auftreten.
Als Maske können alle Stoffe und Methoden verwendet werden, welche die Wirkung des Plasmas von der Oberfläche abschirmen können. Geeignete Methoden sind zum Beispiel Felder, die lokal eine Kraft auf die Ladungsträger im Plasma ausüben, so dass jene Ladungsträger an diesen Orten nicht zur zu behandelnden Oberfläche gelangen können.
Geeignete Stoffe bestehen vorzugsweise aus Substanzen, die von dem Plasma selbst nur gering beeinflusst werden und somit die Gasionen des Plasmas durch Abschattung von der zu behandelnden Oberfläche fernhalten. Desweiteren sind auch Stoffe geeignet, welche mit den Ionen des Plasmas keine flüchtigen Verbindungen eingehen und damit nicht oder nur in geringem Maße von dem Plasma geätzt werden können.
Die Masken können alle beliebigen regelmäßigen und unregelmäßigen Formen annehmen, welche geeignet sind, die Oberfläche lokal selektiv zu schützen. Bevorzugt sind dabei Gitter- und Gewebeformen, chaotische Partikelverteilungen (Maske besteht aus den Partikeln) und Siebstrukturen. Jedoch dienen auch jegliche Formen, welche man auf eine Oberfläche aufdrucken kann, als bevorzugte Maskenformen.
Die Masken bestehen aus „Maskenmaterial” und „Löchern”. Durch die Löcher kann das Plasma die zu behandelnde Oberfläche ungehindert erreichen, das Maskenmaterial ist nicht von dem Plasma durchdringbar. Bei der Verwendung von Partikeln als Maskenmaterial bilden die „Löcher” natürlich einen zusammenhängenden Bereich rings um die Partikel.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform schließt das Maskenmaterial nicht vollflächig mit der Oberfläche der Schicht ab, sondern berührt diese nur in einem kleinen Gesamtflächenbereich. Ein weiterer Flächenbereich schattet die Schichtoberfläche lediglich gegen das Plasma ab, ohne diese zu berühren. Dies wird zum Beispiel durch Masken erreicht, die aus runden Elementen bestehen, wie kugelförmige Pulverpartikel oder Gitter/Gewebe aus Drähten oder Fasern mit einer runden Querschnittsfläche. Solche Maskenformen sind in den 1A bis 1C dargestellt. Ein runder Körper des Maskenmaterials (1) liegt auf einer Schicht (2). Dieser Körper kann ein rundes Partikel, oder auch ein runder Draht oder eine Faser im Querschnitt darstellen. Aufgrund der runden Form überdecken solche Strukturen die Oberfläche der Schicht zwar über eine relativ große Fläche, berühren diese jedoch nur in einem kleinen Gesamtbereich.
Deutlich ist in den 1A und 1B zu erkennen, dass der Körper die Schicht in einem kleinen Bereich berührt (B) und einen größeren Bereich (A) lediglich abschattet.
Durch diese Abschattung ohne Berührung nimmt die Plasmadichte von den „Löchern” der Masken bis zu den Berührungsbereichen stetig ab. Dies ist in 1B durch dünner werdende Pfeile dargestellt, welche die Wirkung des Plasmas verdeutlichen.
Diese Abnahme der Plasmadichte führt zu einer Reduzierung des durch das Plasma abgetragenen Materials. Somit wird in den abgeschatteten Bereichen zwar noch Material durch das Plasma abgetragen, dieser Abtragungsprozess nimmt jedoch von den Löchern zu den Berührungsbereichen hin ab. Dies führt dazu, dass die Dicke der Schicht von den Bereichen, wo sich die Löcher der Maske befanden, bis zu den Bereichen, in denen die Maske die Schicht berührte, stetig zunimmt, und Strukturen mit der erforderlichen Dickenvariation auf diese Weise besonders einfach erzeugt werden können. Eine solche fertige Struktur ist in 1C dargestellt.
Besonders bevorzugt sind daher Masken, deren Maskenmaterial an den zu den Löchern benachbarten Randbereichen schräg oder rund gestaltet ist, so dass sie dort die Schichtoberfläche nicht berühren. „Randbereiche” sind dabei Bereiche der Maske, an denen das Maskenmaterial die Schicht nicht berührt. Bevorzugte Formen oder Querschnittsflächen des Maskenmaterials sind in 2A dargestellt.
Verglichen mit der Gesamtfläche, mit der das Maskenmaterial die Oberfläche der Schicht überdeckt, nehmen die Randbereiche vorzugsweise einen Flächenanteil von 1% bis 99%, weiter bevorzugt 10% bis 90%, und besonders bevorzugt 30% bis 60%, ein.
In 2B sind die einzelnen Bereiche markiert. Zu erkennen sind die Gesamtfläche (G), der Berührungsbereich (B) und die Abschattungs- oder Randbereiche (A).
Beispiele für bevorzugte Masken sind Metallgitter, vorzugsweise aus runden oder vieleckigen Drähten, Lackstrukturen, aufgebrachte Pulver oder temperaturbeständige Gewebe wie Glasfasermatten oder Backtücher.
Der durch die Maske (Maskenmaterial und Löcher) überdeckte Bereich kann die gesamte zu behandelnde Fläche beinhalten, jedoch können auch nur Teile der Fläche durch die Maske bedeckt werden.
Das Muster der Maske kann auf ganzer Fläche homogen ausgebildet sein oder Inhomogenitäten aufweisen. Ebenfalls kann die Maske auch teilweise aus flächigen Bereichen bestehen, welche von dem Plasma nicht durchdrungen werden können, so dass eine Oberflächenstruktur nur partiell ausgebildet wird und die Oberfläche weiterhin polierte, glatte Bereiche aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in einer Maske Positiv- oder Negativformen eines Schriftzugs, Logos oder eines Bildes anders gestaltet als der übrige Teil der Maske.
Ein weiterer besonderer Vorteil der oben beschriebenen Strukturen ist, dass das verfahren und der erreichte Effekt sehr tolerant gegenüber Dickenunterschieden von einigen 100 nm bezüglich der Dicke der Schicht und der Dimensionen der Oberflächenstrukturen ist, was aufgrund dieser großen Toleranzen positive Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens hat.
Das Verfahren zur Herstellung einer interferenzfarbenfreien Schutzschicht durch Strukturierung von Oberflächen wird in den folgenden Beispielen verdeutlicht.
Beispiel 1:
Eine gereinigte Edelstahloberfläche wird mit temperaturbeständigen Textilien bespannt, die eine hohe Transparenz aufweisen. Diese bespannten Oberflächen werden daraufhin 2 Minuten lang mit einem Plasma CVD-beschichtet, wobei als Prozessgas Sauerstoff mit einem Silizium-Precursor verwendet wurde. Die Leistung des Plasmas beträgt 1,4 kW, der Druck in der Plasmazelle beträgt ca. 5 mbar. Die Bereiche, welche nicht vom Maskenmaterial bedeckt sind, erhalten während der Dauer dieses Verfahrens eine dickere Beschichtung als die Bereiche, die vom Maskenmaterial bedeckt sind.
Beispiel 2:
Eine Edelstahloberfläche wurde in einem CVD-Verfahren mittels Sauerstoff und Hexamethyldisiloxan mit einer regelmäßigen Glasschicht überzogen. Auf diese Schutzschicht wird eine Maske aus einem Temperaturbeständigen Gewebe (Backtuch) aufgelegt. Die maskierte Schutzschicht wird einem Plasma der Prozessgase Sauerstoff und CF₄ ausgesetzt, welches das Glas an den Löchern und abgeschatteten Bereichen abträgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 03/046090 [0010]
- DE 19726663 A1 [0038]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer interferenzfarbenfreien Oberfläche durch Aufbringung oder teilweiser Abtragung einer Schicht mit dem Brechungsindex n mittels eines Plasmas, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maske auf oder über der Oberfläche angebracht wird und die Schicht dermaßen strukturiert wird, dass bei einem vorher festgelegten minimalen Beobachtungsabstand B (in cm) der Betrag des Gradienten der Schichtdicke zwischen (0,03 cm)·n/B und (20 cm)·n/B liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfläche der Strukturen rund, eckig, vorzugsweise sechseckig, rechteckig oder quadratisch, langgezogen oder unregelmäßig ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht innerhalb der Größe der Struktur zwischen 200 nm und 10 μm, vorzugsweise zwischen 400 nm und 5 μm, besonders bevorzugt zwischen 800 nm und 1 μm, variiert, vorzugsweise kontinuierlich oder in Stufenform.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenprofil Pyramiden-, Kegel- oder Wellenformen, die Form schräger oder kurviger Ebenen, regelmäßiger oder unregelmäßiger Stufen, oder Kombinationen dieser Formen aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Höhenprofil der Strukturen ein Stufenprofil mit abgeschrägten Stufen aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen selbst Informationen enthalten, vorzugsweise in Form von Sicherheits- oder Autentizitätskennzeichnungen, Schriftzügen, Ziffern, Markenzeichen, Firmenlogos, oder aus computerlesbaren Daten, insbesondere Barcodes, bestehen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf einem Festkörper aufgebracht ist, vorzugsweise durch eine chemische Gasphasenabscheidung, insbesondere mittels eines Plasmas.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörper amorph oder kristallin ist und vorzugsweise Materialien enthält, die aus der Gruppe der Metalle, bevorzugt Stähle und Edelstähle, Metalloxide, Stein oder Glas, Kunststoffe und fester Naturstoffe, vorzugsweise Holz oder Leder, oder einem Verbund dieser Stoffe ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht Polymere, Metalle oder Metalloxide, besonders bevorzugt Glas oder Kunststoffe enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht transparent und vorzugsweise farbig oder farblos ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Härte der Schicht eine Mohshärte von 4, bevorzugt mindestens 5 Mohs, und besonders bevorzugt mindestens 6 Mohs, beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plasmabeschichtung und zum Plasmaätzen Prozessgase aus der Gruppe Sauerstoff, Stickstoff, Halogene, Kohlenstoff, Wasserstoff oder Schwefel und Siloxane in Verbindung miteinander oder rein verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske aus Feldern besteht, die lokal eine Kraft auf die Ladungsträger im Plasma ausüben.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske aus Partikeln besteht, vorzugsweise runden oder vieleckigen Partikeln.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske ein Gitter oder ein Gewebe ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske nicht vollflächig mit der Oberfläche der Schicht abschließt und vorzugsweise aus runden oder vieleckigen Elementen besteht, insbesondere aus Drähten oder Fasern mit einer runden oder vieleckigen Querschnittsfläche.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskenmaterial an den zu den Löchern benachbarten Randbereichen schräg oder rund gestaltet ist und dort die Schichtoberfläche nicht berührt, wobei verglichen mit der Gesamtfläche, mit der das Maskenmaterial die Oberfläche der Schicht überdeckt, diese Randbereiche vorzugsweise einen Flächenanteil von 1% bis 99%, weiter bevorzugt 10% bis 90%, und besonders bevorzugt 30% bis 60%, einnehmen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske aus temperaturbeständigem Gewebe besteht, bevorzugt aus Glasfasermatten oder Backtüchern.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske teilweise aus flächigen Bereichen besteht, bevorzugt in der Form des Positivs oder Negativs eines Schriftzugs, Logos oder Bildes.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske aus Feldern besteht, die lokal eine Kraft auf die Ladungsträger im Plasma ausüben.
Interferenzfarbenfreie Oberfläche, welche durch eine auf ein Substrat aufgebrachte Schicht mit dem Brechungsindex n gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem festem minimalen Beobachtungsabstand B (in cm) der Betrag des Gradienten der Dicke zwischen (0,03 cm)·n/B und (20 cm)·n/B liegt.
Interferenzfarbenfreie Oberfläche nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht zwischen 200 nm und 2 mm, bevorzugt 0,5 μm und 0,5 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 μm und 10 μm, liegt.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zur Erzeugung einer interferenzfarbenfreien Oberfläche.
Verwendung eines Plasmaätzverfahrens zur Erzeugung einer interferenzfarbenfreien Oberfläche.
Verwendung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma ein Mitteldruckplasma ist.