Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen mit einer vorzugsweise optisch wirksamen Oberflächenstruktur, welche an unterschiedlichen Positionen unterschiedlich vorgegebene Strukturhöhen aufweist, insbesondere zum Herstellen von Lentikularscheiben.

Stand der Technik

Lentikularscheiben, auch als Linsenraster, Lentikulare und Lentikularfolien bezeichnet, ermöglichen dem Betrachter die Vermittlung eines räumlichen Eindrucks bei der SD- Darstellung von Bildern ohne die bisher bei sonstigen 3D-Darstellungen für die Betrachtung erforderlichen Hilfsmittel, wie beispielsweise 3D-Brillen. Diesbezüglich sind in jüngerer Zeit Computermonitore bekannt geworden, die mit Lentikularscheiben kombiniert ohne weitere Hilfsmittel, wie 3D-Brillen, ein räumliches Sehen der dargestellten Bilder in guter Bildqualität ermöglichen.

Mit der zunehmend erfolgreichen 3D-Darstellung digitaler Bilder auf dieser Basis gewinnen auch Lentikularscheiben zunehmend an Bedeutung. Die gegenwärtig verfügbaren Produkte dieser Art sind verhältnismäßig teuer, da die Technologie zum Einbringen der optisch wirksamen Struktur auf die Oberfläche der Folien verhältnismäßig aufwendig ist und so eine schnellere Verbreitung von Bildschirmen, die das dreidimensionale Sehen ermöglichen, behindert wird.

Die optisch wirksamen Oberflächenstrukturen in Form von Linsen oder Prismen werden gegenwärtig in direkten Fertigungsverfahren mit Diamantwerkzeugen geritzt oder indirekt von Formen aus Nickellegierungen abgeformt, wobei diese Formen jedoch ebenfalls erst nach herkömmlichen Technologien angefertigt werden müssen. Neben dem Nachteil der kostenintensiven Herstellung besteht ein weiterer Nachteil darin, daß die Forderung nach immer feiner und kleiner werdenden Strukturen nicht erfüllt werden kann, da die Möglichkeiten zur Verringerung der Werkzeuggröße bei den derzeitigen Ferti- gungstechnologien begrenzt sind. Die Verfeinerung bzw. Minimierung der Strukturen ist aber erforderlich, um die 3D-Darstellung bewegter Bilder qualitativ verbessern zu können.

Beschreibung der Erfindung Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur vergleichsweise kostengünstigeren Herstellung von Gegenständen der eingangs beschriebenen Art zu schaffen.

Erfindungsgemäß sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: - Auftragen einer noch flüssigen Kunststoffschicht aus einem bei Energieeintrag aushärtenden Kunststoff auf einen Träger, Energieeintrag in den Kunststoff, wobei die Menge der je Zeiteinheit einzutragenden Energie örtlich differenziert in Abhängigkeit von der jeweils zu erzielenden Strukturhöhe vorgegeben wird, so daß im Ergebnis des Energieeintrags an unterschiedlichen Positionen der Oberfläche unterschiedliche

Mengen an noch nicht ausgehärtetem und bereits ausgehärtetem Kunststoff vorhanden sind, und der nicht ausgehärtete Kunststoff entfernt wird und die Oberfläche des verbleibenden ausgehärteten Kunststoffs die Struktur definiert.

Als Strukturhöhe soll die Höhe der Kunststoffschicht über dem Träger an beliebigen Positionen der strukturierten Oberfläche verstanden werden.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung, die zum Herstellen optischer Elemente, insbe- sondere von Lentikularscheiben, geeignet ist, umfaßt die folgenden Verfahrensschritte:

Auftragen eines aushärtbaren optisch transparenten Kunststoffs auf ein Träger,

Glätten der Oberfläche der Kunststoffschicht,

Energieeintrag in die Kunststoffschicht, so daß im Ergebnis des Energieeintrags an Positionen mit den größten zu erzielenden Struk- turhöhen die geringsten Mengen an noch flüssigem Kunststoff und an Positionen mit den geringsten zu erzielenden Strukturhöhen die größten Mengen an noch flüssigem

Kunststoff verbleiben, und der nicht ausgehärtete Kunststoff entfernt wird, so daß die optisch wirksame Oberflächenstruktur auf dem ausgehärteten Kunststoff verbleibt und der Träger gemeinsam mit dem ausgehärteten Kunststoff das optische Element bildet.

Eine zweite, ebenfalls zum Herstellen optischer Elemente, insbesondere von Lentikular- scheiben geeignete Ausführungsform der Erfindung umfaßt die folgenden Verfahrensschritte:

Auftragen eines aushärtbaren Kunststoffs auf einen Träger,

Glätten der Oberfläche der Kunststoffschicht, - Energieeintrag in die Kunststoffschicht, so daß im Ergebnis des Energieeintrags an Positionen mit den geringsten zu erzielenden

Strukturhöhen die geringsten Mengen an noch flüssigem Kunststoff und an Positionen mit den größten zu erzielenden Strukturhöhen die größten Mengen an noch flüssigem

Kunststoff verbleiben, und - der nicht ausgehärtete Kunststoff entfernt wird, während der ausgehärtete Kunststoff als Negativprofil der optisch wirksamen Oberflächenstruktur verbleibt, das Negativprofil mit einem aushärtbaren optisch transparenten Kunststoff aufgefüllt wird, der optisch transparente Kunststoff unter Energieeinwirkung ausgehärtet wird, danach aus dem Negativprofil entfernt wird und das optische Element bildet.

Vorteilhaft sollte hierbei vor dem Auffüllen zunächst eine Trennschicht auf das Negativprofil aufgebracht werden. Erreicht wird dies beispielsweise durch Auflegen einer dünnen Kunststoff-Folie oder durch Aufsprühen oder Aufdampfen einer Schicht aus Kunststoff oder Metall auf das Negativprofil.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, den ausgehärteten Kunststoff vor oder nach der Trennung vom Negativprofil flächig mit einem Träger zu verbinden und dadurch zu stabilisieren. Dies ist insbesondere bei sehr dünner Kunststoffschicht empfehlenswert.

Der Energieeintrag kann bei jeder der vorgenannten Ausführungsformen mit einem scannend über die zu strukturierende Oberfläche geführten Laserstrahl vorgenommen werden, wobei die einzutragende Energiemenge mit der Strahlungsintensität variiert wird, oder - durch eine Maske hindurch erfolgen, wobei die Variation der einzutragende Energiemenge mit einer über die Maskenfläche hinweg definiert ungleichmäßigen Transparenz für die verwendete Strahlung vorgegeben wird. - A -

AIs Kunststoff kann bevorzugt ein Monomer verwendet werden, das sich unter Einwirkung von elektro-magnetischer Strahlung, bevorzugt unter UV-Strahlung oder bei Licht im sichtbaren Spektralbereich, verfestigt. Als Träger kommen vorzugsweise transparente Glasplatten in Betracht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung soll nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig.1 ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine optisch wirksame Oberfächenstruktur unmittelbar als Positivprofil auf einer Lentikularscheibe hergestellt wird,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung einer zweiten Variante des erfindungsge- mäßen Verfahrens, bei dem ebenfalls eine optisch wirksame Oberfächenstruktur unmittelbar als Positivprofil auf einer Lentikularscheibe hergestellt wird, Fig.3 ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem zunächst ein Negativprofil der optisch wirksamen Struktur hergestellt und in der Folge von diesem Negativprofil eine Vielzahl von Lentikular- Scheiben abgeformt wird.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die erste Verfahrensvariante ist in Fig.1 in verschiedenen Stadien des Verfahrensablaufs dargestellt.

Darunter zeigt Fig.1 a einen bereitgestellten Träger 1 in Form einer transparenten Platte aus Floatglas mit der Dicke d1 von vorzugsweise 1 mm bis 3 mm.

Fig.1 b zeigt wieder den Träger 1 , hier bereits belegt mit einer Kunststoffschicht 2 aus einem zunächst noch flüssigen, jedoch unter Einwirkung von UV-Strahlung aushärtenden, optisch transparenten Monomer, beispielsweise einen handelsüblichen UV-Klebstoff. Die Schichtdicke d2 der Kunststoffschicht 2 liegt vorteilhaft im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm. Die dem Träger 1 abgewandte Oberfläche 3 der Kunststoffschicht 2 sollte dabei möglichst glatt sein, was beispielsweise durch einen gleichmäßigen Verlauf des flüssig aufgetragenen Monomers erreicht wird, oder auch dadurch, daß der Verbund aus dem Träger 1 und der Kunststoffschicht 2 in Schwingungen versetzt oder Schleuderbewegungen ausgesetzt wird. Fig.ic erläutert das Einbringen der mit Pfeilen 4 angedeuteten UV-Strahlung in die Kunststoffschicht 2. Das Einbringen der UV-Strahlung erfolgt dabei durch eine entsprechende Maske hindurch oder mittels gezielt ausgerichteter Laserstrahlung örtlich an den Positionen mit den größten zu erzielenden Strukturhöhen. Dabei muß, wie hier gezeigt, der Träger 1 nicht durchstrahlt werden. Verluste an Strahlungsintensität werden dadurch vermieden, es können daher verhältnismäßig kurze Belichtungszeiten vorgegeben oder strahlungsärmere Lichtquellen verwendet werden. Außerdem ist es auf diese Weise im Vergleich zu einer Durchstrahlung des Trägers 1 besser möglich, Gefährdungen des Bedienungspersonals durch das UV-Licht auf ein zulässiges Maß zu reduziert.

Die durch die Bestrahlung ausgelöste Polymerisation hat einen Aushärtevorgang zur Folge, der an den belichteten Stellen der Oberfläche 3 einsetzt. Mit der Zeit schreitet die Aushärtung, ausgehend von den belichteten Stellen, in das Innere der Kunststoffschicht 2 fort.

In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Kunststoffs, von der Intensität und Dauer der Einwirkung der Strahlung sowie von der Temperatur des Trägermaterials, des Kunststoffs und der Umgebung wird nun ein Zeitpunkt bestimmt, zu dem die Bestrahlung beendet wird und die bis dahin nicht fest gewordenen Kunststoff antei Ie entfernt werden, beispielsweise durch Aus- und Abwaschen mit einem Lösungsmittel.

Nach dem Aus- und Abwaschen verbleiben die ausgehärteten Kunststoff antei Ie auf dem Träger 1 zurück und bilden nun die optisch wirksamen lentikularen Strukturen, wie in Fig.id gezeigt. Es liegt eine aus der ausgehärteten Kunststoffschicht 2 und dem Träger 1 gebildete Lentikularscheibe vor.

Bei der in Fig.2 gezeigten zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ebenfalls eine optisch wirksame Oberfächenstruktur unmittelbar als Positivprofil auf einer Kunststoffschicht 2 hergestellt, wobei in Fig.2a ein Beispiel für den Energieeintrag mit Hilfe einer Belichtungsmaske 5 dargestellt ist und mit dieser Belichtungsmaske 5 erreicht wird, daß die UV-Strahlung von der dem Träger 1 abgewandten Oberfläche 3 der Kunststoffschicht 2 auf die Positionen trifft, bei denen die größten Strukturhöhen zu erzielen sind. Dabei sollte die Belichtungsmaske 5 vorteilhaft durch eine Trennschicht, beispielhaft eine flexible Kunststoff- Folie 6, von der anfangs noch vollständig flüssigen Kunststoffschicht 2 getrennt sein. Aufgrund der mit der Belichtung einsetzenden Polymerisation breiten sich - im Gleichgewicht zur Oberflächenspannung - die aushärtenden Strukturen in die zunächst noch flüssige Kunststoffschicht 2 hinein aus.

Nach erfolgtem Energieeintrag von dieser Seite wird die Belichtungsmaske 5 entfernt und, wieder in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Kunststoffs, von der Intensität und Dauer der Einwirkung der Strahlung sowie von der Temperatur des Trägermaterials, des Kunststoffs und der Umgebung, ein Zeitpunkt bestimmt, zu dem die Bestrahlung beendet wird und bis dahin nicht fest gewordenen Kunststoffanteile aus- und abwaschen werden.

Anschließend wird im Gegensatz zur ersten Variante ein restlicher Energieeintrag durch den Träger 1 hindurch in die Kunststoffschicht 2 vorgenommen. Mit dieser zweiten, durch den Träger 1 hindurch erfolgenden Belichtung werden, soweit erforderlich, die gegebenenfalls noch flüssigen inneren Volumenanteile des Kunststoffs ausgehärtet.

Auch hier liegt nun eine aus der ausgehärteten Kunststoffschicht 2 und dem Träger 1 gebildete Lentikularscheibe vor.

Diese ersten beiden Verfahrensvarianten sind besonders für die Herstellung von einzelnen Lentikularscheiben in Kleinstserien geeignet. Für die Fertigung größerer oder großer Serien- Stückzahlen besser geeignet ist die dritte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die nachfolgend anhand Fig.3 erläutert wird.

Wie in Fig.3a dargestellt, wird hier, vergleichbar zu den Verfahrensschritten nach Fig.1 a bis Fig.1c, eine Kunststoffschicht 7 aus einem zunächst noch vollständig flüssigen, sich unter Energieeinfluß verfestigendem Kunststoff auf den Träger 1 aufgebracht, der jedoch in diesem Fall nicht transparent sein muß. Dies kann vorzugsweise wiederum ein unter UV- Strahlung aushärtendes Monomer sein, etwa ein handelsüblicher UV-Klebstoff.

Allerdings wird der Energieeintrag in die Kunststoffschicht 7 jetzt so gesteuert, daß im Er- gebnis des Energieeintrags an Positionen mit den geringsten zu erzielenden Strukturhöhen die geringsten Mengen an noch flüssigem Kunststoff und an Positionen mit den größten zu erzielenden Strukturhöhen die größten Mengen an noch flüssigem Kunststoff verbleiben. Wird danach der nicht ausgehärtete Kunststoff ausgewaschen, verbleibt der ausgehärtete Kunststoff als Negativprofil der optisch wirksamen Oberflächenstruktur, wie dies Fig.3b zeigt.

Auf das Negativprofil wird nun eine dünne, die Struktur nicht verfälschende, flexible Kunststoff-Folie 8 als Trennschicht aufgelegt (Fig.3c) und danach zum Zweck des Abformens das Negativprofil mit aushärtbarem, optisch transparentem Kunststoff zu einer Kunststoffschicht 9 aufgefüllt. Hier kann beispielsweise das gleiche Monomer Anwendung finden wie in den beiden ersten Verfahrensvarianten angegeben.

Der noch flüssige, optisch transparente Kunststoff wird in dem Negativprofil gleichmäßig verteilt und mit einer Glasscheibe 10 abgedeckt, die vorzugsweise auf ihrer dem Kunststoff abgewandten Seite entspiegelt ist, um die Intensität der hier ebenfalls durch Pfeile 4 symbo- lisierten UV-Strahlung bei der Durchstrahlung der Glasscheibe 10 nicht zu vermindern (Fig.3d).

Nach dem Belichten und Aushärten werden das Negativprofil und die aus der Kunststoff- schicht 9 und der Glasscheibe 10 gebildete Lentikularscheibe voneinander getrennt. Im Ergebnis des Abformens liegt dann eine Lentikularscheibe vor (Fig.3e), die ohne teueres Diamantwerkzeug und ohne teure Nickelform hergestellt werden konnte.

Wie vorstehend erläutert, kann der Prozeß der Verfestigung des Kunststoffs sowohl mit der Intensität der UV-Strahlung als auch mit der räumlichen und/oder zeitlichen Differenzierung des Einbringens der UV-Strahlung in das Monomer oder auch mit der Temperatur des Materials und der Umgebung beeinflußt bzw. gesteuert werden.

Bezuqszeichenliste

1 Träger

2 Kunststoffschicht

3 Oberfläche

4 Pfeile für UV-Strahlung

5 Belichtungsmaske

10 6 Kunststoff-Folie

7 Kunststoffschicht

8 Kunststoff-Folie

9 Kunststoffschicht

10 Glasscheibe

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