Verfahren zum Herstellen eines optischen Moduls und optisches Modul

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Moduls sowie ein optisches Modul.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Laserbasierte Messsysteme wie LiDAR (Abkürzung für Englisch „Light detection and ranging“) und ToF (Abkürzung für Englisch „Time of Flight“) zur Abstands- und Geschwindigkeitsmessung, sowie Projektionssysteme zur 3D-Objekterkennung weisen vielfach ein laseroptisches Modul auf. Wirkt auf dieses Messsystem eine äußere Kraft ein, so kann eine Linse des Messsystems im ungünstigsten Fall beschädigt werden. In der Folge kann ein vom Messsystem abgegebener Laserstrahl ungehindert in ein menschliches Auge eines in der Nähe befindlichen Nutzers eindringen, falls kein Abschaltmechanismus vorhanden ist. Dies stellt vor allem bei weit verbreiteten laseroptischen Messsystemen wie beispielsweise in Smartphones oder Laserpointern eine Gefahr für den Nutzer dar.

Derartige Abschaltmechanismen werden im Stand der Technik durch elektrische Schaltkreise oder durch zusätzliche Messsysteme innerhalb des Moduls realisiert wie beispielsweise in der US 2020 0 049 911 A1 offenbart. Letztere werten dabei mit Hilfe einer Sender- und Empfängerdiode das Streuverhalten von Licht an einer gegenüberliegenden Optik aus und zeigen geänderte Ströme an, sobald eine Abdeckung beschädigt ist. Nachteilig an diesem Ansatz ist, dass so innerhalb des Moduls mehr Platz für die entsprechenden Dioden benötigt wird. Dies steht der weiter fortschreitenden Miniaturisierung entgegen.

Die US 2019 0278 104 A1 beschreibt ein optisches Modul mit einer Schutzvorrichtung, welches in den Seitenwänden integrierte Leiterbahnen aufweist. Um das Licht des emittierenden Elementes zu streuen, ist eine Abdeckung mit entsprechend strukturierter Optik aufgebracht. In dieser Abdeckung sind ebenfalls Leiterbahnen integriert, die mit den Leiterbahnen der Seitenwände kontaktiert werden, um einen Referenzwiderstand zu messen. Wird die Optik beschädigt, so ändert sich der gemessene Wderstand und die Lichtquelle wird abgeschaltet.

Zur Herstellung von leitfähigen Strukturen wird auf Wafer- oder Panelebene üblicherweise ein Lithographieprozess genutzt. Dabei wird auf ein Substrat eine Leiterschicht aufgetragen. In einem nächsten Schritt wird mit einem positiven Fotolack beschichtet, meist durch Spin-Coating, und über eine Maske belichtet. Anschließend wird in einem nächsten Prozessschritt mit einer Entwicklerlösung der Fotolack an den belichteten Stellen gelöst und abgespült. Die offenen Bereiche, in denen der Fotolack entfernt wurde, werden anschließend in einem Ätzprozess entfernt, sodass nur noch die Lackschicht auf den darunterliegenden Leiterbahnen verbleibt. Der restliche Lack wird durch einen Waschprozess mit Lösungsmittel entfernt. Übrig bleibt ein Substrat mit Leiterbahnen, auf das optische Strukturen über verschiedene Prozesse aufgetragen werden können. Derartige Prozesse sind entsprechend aufwändig und kostspielig.

Die US 10 155 872 B2 beschreibt eine optische Vorrichtung, die im 3D-Druckverfahren hergestellt wird. Die leitfähigen Strukturen werden mit einer leitfähigen Nanokomposit-Tinte und die Optik wird mit einer transparenten Nanokomposit-Tinte im Inkjet-Verfahren gedruckt. Speziell für die optischen Massen sind Acrylatformulierungen vorgesehen, die mit der Dauerbelastung durch Laserlicht in einem laserbasierten Messsystem nachteilig sein können. Sie neigen dazu, zu vergilben oder sich zu verfärben.

Allen Ansätzen ist gemein, dass entweder teure Materialien bzw. Tinten, beispielsweise auf Basis von Indiumzinnoxid (ITO), und/oder komplexe Fertigungsprozesse verwendet werden müssen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein Verfahren bereitzustellen, das in wenigen Verfahrensschritten ein einteiliges und kostengünstiges optisches Modul bereitstellen kann. Insbesondere soll mit der Erfindung eine Vereinfachung des Fertigungsprozesses bei gleichzeitig hohen Ausbeuten und reduzierten Fertigungskosten erzielt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Moduls nach Anspruch 1 sowie durch ein optisches Modul nach Anspruch 12.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die wahlweise miteinander kombiniert werden können.

Das erfindungsgemäße optische Modul umfasst ein optisches Element und wenigstens eine mit dem optischen Element verbundene Funktionsstruktur, die eine elektrische Leitfähigkeit und/oder eine Blendenfunktion aufweist.

Das optische Modul wird erfindungsgemäß hergestellt durch: a1) Dosieren einer ersten härtbaren Masse (A) auf ein Substrat unter Ausbildung eines der Funktionsstruktur entsprechenden Musters, wobei die erste härtbare Masse (A) mindestens einen Funktionsfüllstoff (K3) umfasst, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Farbstoffen, Pigmenten, leitfähigen Füllstoffen, elektrochromen Materialien und Kombinationen davon; a2) wahlweise wenigstens teilweises Härten der ersten Masse (A) unter Bildung der Funktionsstruktur; a3) Dosieren einer zweiten härtbaren Masse (B) auf die erste Masse (A); und a4) anschließendes Aushärten der zweiten Masse (B) und wahlweise der ersten Masse (A) durch Licht und/oder Wärme unter Bildung des mit der Funktionsstruktur verbundenen optischen Elements.

Alternativ erfolgt die Herstellung des optischen Moduls durch: b1) Dosieren und Aushärten der zweiten härtbaren Masse (B) unter Bildung des optischen Elements; b2) Dosieren der ersten Masse (A) auf das optische Element unter Ausbildung eines der Funktionsstruktur entsprechenden Musters; und b3) anschließendes Aushärten der ersten Masse (A) durch Licht und/oder Wärme unter Ausbildung der mit dem optischen Element verbundenen Funktionsstruktur.

Die Verwendung der ersten Masse (A), welche einen Funktionsfüllstoff (K3) umfasst und als Harz vor dem Aushärten auf einfache Weise verarbeitet werden kann, erlaubt eine hohe Flexibilität im Ausbilden der Funktionsstruktur, sodass der Herstellungsprozess vereinfacht wird und kostengünstig durchgeführt werden kann. Ebenso kann die zweite Masse (B) als Harz vor dem Aushärten auf einfache Weise verarbeitet und strukturiert werden.

Dadurch, dass entweder die erste Masse (A) auf das bereits ausgebildete optische Element aus der zweiten Masse (B) dosiert und anschließend ausgehärtet wird, oder die zweite Masse (B) auf die bereits ausgebildete Funktionsstruktur oder ein der Funktionsstruktur entsprechendes Muster aus der ersten Masse (A) dosiert und anschließend ausgehärtet wird, ergibt sich ein einfaches Herstellungsverfahren für das optische Modul.

Insbesondere kann die jeweils als Zweites aufgetragene Masse auf einfache Weise komplementär zur bereits ausgebildeten Funktionsstruktur bzw. zum bereits ausgebildeten optischen Element ohne Bildung von Fehlstellen oder Leerräumen auf die zuvor dosierte und wahlweise gehärtete Masse aufgetragen werden.

Welche Funktion die Funktionsstruktur im hergestellten optischen Modul übernimmt, wird über die Auswahl des Funktionsfüllstoffs (K3) in der ersten Masse (A) festgelegt.

In einer Variante ist die Funktionsstruktur elektrisch leitfähig. Mit anderen Worten bildet die Funktionsstruktur eine Leiterstruktur oder eine Leiterbahn des optischen Moduls. Eine elektrisch leitfähige Funktionsstruktur wird erhalten, wenn der Funktionsfüllstoff (K3) einen leitfähigen Füllstoff umfasst.

Eine elektrisch leitfähige Funktionsstruktur ermöglicht es, eine Beschädigung des optischen Moduls elektrisch zu detektieren, beispielsweise durch eine Änderung im Stromfluss bzw. der Unterbrechung eines Stromkreises, in welchem die Funktionsstruktur enthalten ist. In einer weiteren Variante ist die Funktionsstruktur wenigstens teilweise undurchlässig für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im sichtbaren und infraroten Bereich. In dieser Variante dient die Funktionsstruktur als Blende. Eine solche Funktionsstruktur wird erhalten, wenn der Funktionsfüllstoff (K3) einen Farbstoff und/oder ein Pigment umfasst.

Diese Variante ermöglicht es, dass die elektromagnetische Strahlung beim Austreten aus dem optischen Modul, speziell aus dem optischen Element, zur Erstellung von Projektionen und Mustern geformt werden kann.

Selbstverständlich können auch Funktionsstrukturen vorgesehen sein, welche sowohl elektrisch leitfähig als auch wenigstens teilweise undurchlässig für elektromagnetische Strahlung sind.

Das Dosieren der ersten Masse (A) unter Ausbildung des der Funktionsstruktur entsprechenden Musters kann mittels Schablonendruck, Siebdruck, Inkjetting, Jetten oder Nadeldosierung erfolgen. Die Bezeichnung „der Funktionsstruktur entsprechendes Muster“ bedeutet, dass das Muster im Wesentlichen der angestrebten Geometrie der Funktionsstruktur entspricht, welche mittels wenigstens teilweisen Aushärten der ersten Masse (A) aus dem Muster erhalten wird.

In einer Variante wird nach dem Aushärten durch Belichten mit aktinischer Strahlung und/oder Erwärmen ein monolithisches optisches Modul erhalten. Monolithische Module sind insbesondere im Hinblick auf eine erstrebenswerte Miniaturisierung von optischen Modulen, beispielsweise zur Einsparung von Bauraum, besonders wünschenswert.

Durch die Verwendung zweier härtbarer und miteinander kompatibler Massen, wobei die erste Masse (A) den für die gewünschte Anwendung geeigneten Funktionsfüllstoff (K3) aufweist, können derartige monolithische optische Module mit geringem Aufwand erhalten werden, da das flexible Ausbilden der Funktionsstruktur und des optischen Elements über eine zunächst noch nicht ausgehärtete erste Masse (A) beziehungsweise zweite Masse (B) eine an die vorgesehene Anwendung angepasste Strukturierung der Funktionsstruktur beziehungsweise des optischen Elements erlaubt, während gleichzeitig durch abschließendes Aushärten die Massen auf einfache Weise miteinander zu einem monolithischen Bauteil verbunden werden können.

Im monolithischen optischen Modul liegt die Funktionsstruktur als integrale Funktionsstruktur vor. Mit anderen Worten ist die Funktionsstruktur ein integraler Bestandteil des monolithischen optischen Moduls und so in das optische Element eingebettet, dass bei Handhabung des optischen Moduls eine Veränderung der Ausrichtung von Funktionsstruktur und optischem Element zueinander ausgeschlossen werden kann: Insbesondere kann die Funktionsstruktur aufgrund der Integration in das optische Modul bündig mit einer Oberfläche des optischen Elements abschließen, so dass keine Teile der Funktionsstruktur über das optische Element überstehen. Durch die bündige Anordnung wird die Funktionsstruktur vom optischen Element derart geschützt, dass eine Ablösung nicht möglich ist.

Die Verwendung zweier härtbarer Massen zur Herstellung des optischen Moduls ermöglicht eine variable Verfahrensführung, je nachdem ob zuerst das optische Element ausgebildet und danach die Funktionsstruktur auf dem optischen Element erzeugt wird, oder ob zuerst ein der Funktionsstruktur entsprechendes Muster dosiert und wahlweise gehärtet wird und anschließend das optische Element auf dem Muster oder der Funktionsstruktur erzeugt wird.

Gemäß einer ersten Verfahrensvariante wird das optische Modul hergestellt durch a1) Dosieren der ersten Masse (A) auf ein Substrat unter Ausbildung eines der Funktionsstruktur entsprechenden Musters; a2) wenigstens teilweises Härten der ersten Masse (A) unter Bildung der Funktionsstruktur; a3) Dosieren der zweiten Masse (B) auf die erste Masse (A); und a4) abschließendes Aushärten der zweiten Masse (B) und der wenigstens teilgehärteten ersten Masse (A) durch Licht und/oder Wärme unter Bildung des mit der Funktionsstruktur verbundenen optischen Elements.

Die erste Masse (A) wird vorzugsweise auf ein temporäres Substrat dosiert, wobei das temporäre Substrat insbesondere nach einem abschließenden Aushärten der Funktionsstruktur und des optischen Elements vom optischen Modul zerstörungsfrei lösbar ist. Bei Verwendung eines ebenen temporären Substrats kann auf einfache Weise ein monolithisches optisches Modul erhalten werden, bei dem die Funktionsstruktur und das optische Element bündig miteinander abschließen.

Das temporäre Substrat dient zum Vereinfachen der Handhabung der ersten Masse (A) während des Herstellungsprozesses des optischen Moduls, speziell während des Ausbildens der Funktionsstruktur. Ferner kann das temporäre Substrat die erste Masse (A) vor dem Aushärten mechanisch stabilisieren, sodass komplizierte Muster und Geometrien auf das temporäre Substrat aufgebracht werden können, welche sich nach dem Aushärten der ersten Masse (A) in der Funktionsstruktur abbilden.

Der Begriff „abschließendes Aushärten“ bezeichnet den letzten Aushärtevorgang, den die erste Masse (A) und die zweite Masse (B) während des Herstellungsprozesses des optischen Moduls durchlaufen. Nach dem abschließenden Aushärten haben die erste und die zweite Masse ihre jeweilige Endfestigkeit erreicht.

In einer Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann in Schritt a2) eine Teilhärtung der ersten Masse (A) durch Licht und/oder Wärme zur Ausbildung der Funktionsstruktur erfolgen. Dadurch kann bereits eine gewisse mechanische Stabilität der Funktionsstruktur erzeugt werden, die eine Handhabbarkeit in Zwischenprozessen ermöglicht, bevor weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden. Auf diese Weise können Fertigungstoleranzen minimiert sowie der Herstellungsprozess flexibel gestaltet werden. Auch kann eine teilgehärtete Funktionsstruktur besonders vorteilhaft als Template für das Aufbringen der zweiten Masse (B) dienen. Von diesem Verfahren mit umfasst ist die Verwendung härtbarer Massen (A), die im Schritt a2) im Wesentlichen vollständig aushärten, aber aufgrund der in Schritt a4) erfolgenden Behandlung zur Aushärtung der zweiten Masse (B) noch nachhärten.

In einer weiteren Verfahrensvariante ist ein sogenannter „Nass-in-Nass- Prozess“ vorgesehen, bei dem Schritt a2) entfällt und die zweite Masse (B) direkt auf das aus der ersten Masse (A) gebildete Muster aufgetragen wird. In dieser Verfahrensvariante werden dann die beiden Massen (A) und (B) im Schritt a4) gemeinsam ausgehärtet. Auf diese Weise können weitere Verfahrensschritte und damit verbundene Kosten eingespart werden.

Gemäß einerweiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Herstellung des optischen Moduls durch: b1) Dosieren und Aushärten der zweiten härtbaren Masse (B) unter Bildung des optischen Elements; b2) Dosieren der ersten Masse (A) auf das optische Element unter Ausbildung eines der Funktionsstruktur entsprechenden Musters; und b3) anschließendes Aushärten der ersten Masse (A) durch Licht und/oder Wärme unter Ausbildung der mit dem optischen Element verbundenen Funktionsstruktur

Gemäß dieser Variante wird zunächst das optische Element aus der zweiten Masse (B) beispielsweise durch bekannte Stempel prozesse erzeugt.

Das optische Element kann auf einer Seite eine optische Struktur aufweisen. Ferner kann wahlweise auf der Seite, auf der sich die optische Struktur befindet, und/oder einer zur optischen Struktur entgegengesetzten Seite des optischen Elements wenigstens eine Aussparung ausgebildet sein, in welche die Funktionsstruktur eingreift.

Mit anderen Worten ist die wenigstens eine Aussparung komplementär zur Funktionsstruktur ausgebildet, sodass die Funktionsstruktur von der Aussparung aufgenommen werden kann.

Dies kann dadurch erzielt werden, dass die erste Masse (A) in die wenigstens eine Aussparung des bereits ausgebildeten optischen Elements dosiert und anschließend ausgehärtet wird. Auch auf diese Weise kann ein monolithisches optisches Modul mit bündiger Anordnung von Funktionsstruktur und optischem Element erzeugt werden.

Die Aussparung weist beispielsweise einen rechteckigen, gekrümmten oder V-förmigen Querschnitt auf.

Die optische Struktur kann jede für die angedachte Anwendung des optischen Moduls benötigte Geometrie aufweisen. Beispielsweise ist die optische Struktur konvex oder konkav gekrümmt, planar, gitterförmig, sphärisch, asphärisch, freiform, stufenförmig, fresnellförmig oder metalinsenförmig. Die optische Struktur kann eine regelmäßige oder pseudo-zufällige Geometrie aufweisen.

Die optische Struktur und/oder die wenigstens eine Aussparung können durch einen Stempel und/oder Dosieren der zweiten Masse (B) auf ein strukturiertes Trägersubstrat erzeugt werden.

Insbesondere wird die zweite Masse (B) auf das strukturierte Trägersubstrat aufgebracht, anschließend ein Stempel auf die zweite Masse (B) gedrückt und die zweite Masse (B) ausgehärtet. Dies ermöglicht es, das strukturierte Substrat und/oder den Stempel zu entfernen, ohne dass sich das so erzeugte optische Element verformt.

Auch eine Kombination der vorstehend beschriebenen Verfahrensvarianten ist möglich. Beispielsweise kann im Sinne der ersten Verfahrensvariante ein optisches Element auf der Ebene des Trägersubstrats mit einer Funktionsstruktur, beispielsweise einer Leiterstruktur, verbunden werden. Das so hergestellte Zwischenprodukt kann dann im Sinne der oben beschriebenen Schritte b2) und b3) weiterverarbeitet und auf der dem Trägersubstrat entgegengesetzten Fläche mit einer weiteren Funktionsstruktur, beispielsweise einer Blendenstruktur, versehen werden.

In allen vorstehend beschriebenen Verfahrensvarianten können die Funktionsstruktur und das optische Element nach dem abschließenden Aushärten in einem Vorläufer des optischen Moduls vorliegen, aus welchem das optische Modul durch Vereinzeln des Vorläufers hergestellt wird. Das optische Modul bildet somit die kleinste strukturelle Einheit, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens beliebig multipliziert werden kann. Mit anderen Worten können aus dem Vorläufer, beispielsweise einem Wafer oder einem Panel, eine Vielzahl insbesondere gleicher optischer Module erhalten werden. Auf diese Weise kann die Produktionsgeschwindigkeit beziehungsweise die Produktionsmenge der optischen Module gesteigert werden.

Je nachdem, auf welche Weise das Vereinzeln des Vorläufers erfolgt, können unterschiedliche Anordnungen der Funktionsstruktur zum optischen Element erzielt werden. Falls die Funktionsstruktur beim Vereinzeln des Vorläufers durchtrennt wird, entsteht ein optisches Modul, bei dem die Funktionsstruktur nur an zwei aneinander angrenzenden Seiten von dem optischen Element umgeben ist. Im Falle einer leitfähigen Funktionsstruktur ergeben sich dadurch unterschiedliche Möglichkeiten der Kontaktierung. Falls das Vereinzeln so erfolgt, dass nur die das optische Element bildende gehärtete Masse (B) durchtrennt wird, bleibt die Funktionsstruktur bis auf die an das Trägersubstrat angrenzende Fläche von der gehärteten Masse (B) umschlossen. Dadurch können auch Mikrostrukturen sicher stabilisiert werden.

Zusammensetzung der Massen (AI und (Bl

Die erste Masse (A) und die zweite Masse (B) umfassen jeweils ein Harz (K1) sowie einen Härter und/oder Initiator (K2). Die erste Masse (A) umfasst ferner einen Funktionsfüllstoff (K3).

In der ersten Masse (A) und der zweiten Masse (B) kann grundsätzlich das gleiche Harz (K1) eingesetzt werden oder es können unterschiedliche Harze (K1) zum Einsatz kommen.

Ebenso kann in der ersten Masse (A) und der zweiten Masse (B) grundsätzlich der gleiche Härter und/oder Initiator (K2) eingesetzt werden oder es können unterschiedliche Härter und/oder Initiatoren (K2) zum Einsatz kommen.

Die in den jeweiligen Massen (A) und (B) eingesetzten Härter und/oder Initiatoren (K2) sind so ausgewählt, dass sie jeweils das in der ersten Masse (A) beziehungsweise der zweiten Masse (B) eingesetzte Harz (K1) aushärten können.

Die erste Masse (A) und die zweite Masse (B) sind bei Raumtemperatur flüssig und liegen bevorzugt einkomponentig vor. Sie können jeweils durch aktinische Strahlung und/oder Wärme gehärtet werden.

Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten der ersten Masse (A) und der zweiten Masse (B) ausführlich beschrieben.

Komponente (K1): Harz

Als Harz (K1) können Verbindungen eingesetzt werden, die durch kationische Polymerisation und/oder radikalische Polymerisation und/oder durch nukleophile Additionspolymerisation und/oder anionische Polymerisation gehärtet werden können.

Bevorzugt umfasst das Harz (K1) wenigstens eine kationisch polymerisierbare Verbindung.

Das Harz (K1) kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden (K1-1), Oxetanen (K1-2), Vinylethern (K1-3), Maleinimiden (K1-4), Isocyanaten (K1-5), (Meth)Acrylaten (K1-6), Hybridverbindungen (K1-7) und Kombinationen davon.

Eooxide (K1-11

Das Harz (K1) kann ein Epoxid (K1-1) sein oder umfassen. Epoxide (K1-1) dienen bevorzugt als kationisch härtbare Komponente im Harz (K1).

Die Harze aus der Gruppe der Epoxide umfassen eine oder mehrere mindestens difunktionelle epoxidhaltige Verbindungen, die strukturell nicht weiter eingeschränkt sind. „Mindestens difunktionell“ bedeutet, dass die epoxidhaltige Verbindung mindestens zwei Epoxidgruppen enthält.

Besonders bevorzugt umfasst die Komponente (K1-1) ein mindestens difunktionelles aliphatisches und/oder cycloaliphatisches Epoxid. Ebenso können alle vollständig oder teilweise hydrierten Analoga aromatischer Epoxidharze als cycloaliphatische Epoxidverbindungen eingesetzt werden.

Aromatische Epoxidharze können als weitere Epoxidverbindung alternativ oder zusätzlich zu aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Epoxiden verwendet werden.

Auch mit epoxidhaltigen Gruppen substituierte Isocyanurate und andere heterocyclische Verbindungen können verwendet werden. Beispielhaft seien Triglycidylisocyanurat und Monoallyldiglycidylisocyanurat genannt.

Außerdem können polyfunktionelle Epoxidharze aller genannten Harzgruppen, zäh elastifizierte Epoxidharze sowie Gemische davon eingesetzt werden.

Ebenfalls im Sinne der Erfindung ist eine Kombination mehrerer epoxidhaltiger Verbindungen, von denen bevorzugt mindestens eine di- oder höherfunktionell ist. Zusätzlich zu den mindestens difunktionellen epoxidhaltigen Verbindungen können auch monofunktionelle Epoxide als reaktive Verdünner verwendet werden.

Beispiele für kommerziell erhältliche epoxidhaltige Verbindungen der angeführten Substanzklassen sind Produkte, die unter den Handelsnamen CELLOXIDE™ 2021 P, CELLOXIDE™ 8000 von Daicel Corporation, Japan, als EPIKOTE™ RESIN 828 LVEL, EPIKOTE™ RESIN 166, EPIKOTE™ RESIN 169 von Hexion B.V., Niederlande, als Eponex 1510 von Hexion, als Epilox™-Harze der Produktreihen A, T und AF von Leuna Harze, Deutschland, oder als EPICLON™ 840, 840-S, 850, 850-S, EXA850CRP, 850-LC von DIC K.K., Japan, Omnilane 1005 und Omnilane 2005 von IGM Resins B.V., Syna Epoxy 21 und Syna Epoxy 06 von Synasia Inc. , TTA21, TTA26, TTA60 und TTA128 von Jiangsu Tetra New Material Technology Co. Ltd., verfügbar sind.

Oxetane (K1-21

Das Harz (K1) kann ein Oxetan (K1-2) sein oder umfassen. Oxetane (K1-2) können als kationisch härtbare Komponenten im Harz (K1) dienen.

Verfahren zur Herstellung von Oxetanen sind insbesondere aus der US 2017/0198093 A1 bekannt.

Oxetane (K1-2) werden insbesondere zusätzlich zu einem Epoxid (K1-1) in der ersten Masse (A) und/oder der zweiten Masse (B) eingesetzt.

Beispiele für kommerziell erhältliche Oxetane sind Bis(3-ethyl-3-oxetanyl- methyl)ether (DOX), 3-Allyloxymethyl-3-ethyloxetane (AQX), 3-Ethyl-3-(phenoxy methyl)oxetane (POX), 3-Ethyl-3-hydroxymethyl-oxetane (OXA), 1,4-Bis[(3-ethyl- 3-oxetanylmethoxy)methyl]benzol (XDO), 3-Ethyl-3-[((2- ethylhexyl)oxy)methyl]oxetane (EHOX). Die genannten Oxetane sind von der Firma TOAGOSEI CO., Ltd. kommerziell verfügbar.

Vinylether (K1-31

Das Harz (K1) kann ein Vinylether (K1-3) sein oder umfassen. Vinylether- Verbindungen können ebenfalls als kationisch härtbare Komponente im Harz (K1) dienen. Vinylether (K1-3) werden insbesondere zusätzlich zu einem Epoxid (K1-1) und optional einem Oxetan (K1-2) in der ersten Masse (A) und/oder der zweiten Masse (B) eingesetzt.

Geeignete Vinylether sind Trimethylolpropan-Trivinylether, Ethylenglykol- Divinylether und cyclische Vinylether sowie deren Mischungen. Ferner können Vinylether polyfunktioneller Alkohole eingesetzt werden.

Maleinimide (K1-4)

Das Harz (K-1) kann ein Maleinimid sein oder umfassen. Maleinimide dienen als radikalisch und/oder durch nukleophile Addition härtbare Komponente im Harz (K1).

Bevorzugt kommen sogenannten Bismaleimide zum Einsatz, die zwei Maleinimidfunktionalitäten enthalten, die durch lineare, wahlweise verzweigte aliphatische Kohlenwasserstoffe voneinander getrennt sind.

Beispiele für kommerziell erhältliche Bismaleinimide sind BMI-1500 oder BMI-1700, erhältlich von der Firma Designer Molecules. Weitere Maleinimidstrukturen und deren Synthese können der US 6 034 194 und der US 6 521 731 entnommen werden.

Isocvanate (K1-5)

Das Harz (K-1) kann ein Isocyanat (K1-5) sein oder umfassen. Isocyanate (K1-5) dienen als durch nukleophile Addition härtbare Komponente im Harz (K1).

Das Isocyanat (K1-5) ist bevorzugt ein aliphatisches, cycloaliphatisches, heterocyclisches oder aromatisches Polyisocyanat.

Als Beispiele für geeignete Polyisocyanate seien genannt: Hexamethylendiisocyanate (HDI), 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanato- methylcyclohexan (Isophorondiisocyanat, IPDI), Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan (HXDI), Diphenylmethan 2,2'-, 2,4'- und/oder 4,4'-Diisocyanat (MDI), dimeres 2,4-Diisocyanatotoluol, dimeres 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan,

3,3'-Diisocyanato-4,4'-dimethyl-N,N'-diphenylharnstoff, das Isocyanurat des Isophorondiisocyanat, 1,4 Phenylendiisocyanat, Naphthalin-1,5-diisocyanat, sowie Additionsprodukte von Diisocyanaten mit kurzkettigen Diolen wie beispielsweise 1,4-Butandiol oder 1,2-Ethandiol. Bevorzugt sind dimeres 2,4-Diisocyanatotoluol, dimeres 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan, 3,3'-Diisocyanato-4,4'-dimethyl-N,N'- diphenyl-harnstoff und/oder das Isocyanurat des Isophorondiisocyanat.

Die Isocyanate (K1-5) können allein oder im Gemisch von zweien oder mehreren der Polyisocyanate eingesetzt werden.

Wahlweise kann das Isocyanat (K1-5) in den Massen auch passiviert vorliegen. Zur Passivierung kann die Oberfläche des Isocyanats mit einer inerten Partikelschicht belegt werden, oder wie in der EP 0 153 579 A2 bzw. der EP 0 100508 B1 durch Umsetzung mit Aminen unter Ausbildung von Harnstoffgruppen desaktiviert werden. Derartig passivierte, latent reaktive Isocyanatformulierungen werden in der DE 102018 102 916 A1 beschrieben.

(MethlAcrylate (K1-61

Das Harz (K-1) kann ein (Meth)Acrylat (K1-6) sein oder umfassen. (Meth)Acrylate (K1-6) dienen als radikalisch und/oder durch nukleophile Addition härtbare Komponente im Harz (K1).

Die (Meth)Acrylate (K1-6) sind in ihrer chemischen Struktur nicht weiter eingeschränkt. Beispielsweise können sowohl aliphatische als auch aromatische (Meth)Acrylate verwendet werden.

Als (Meth)Acrylate werden hier und im Folgenden sowohl die Derivate der Acrylsäure als auch der Methacrylsäure sowie Kombinationen und Mischungen davon bezeichnet.

Bevorzugt ist die Verbindung (K1-6) mindestens difunktionell.

Geeignet sind beispielsweise die folgenden Verbindungen: Isobornylacrylat, Stearylacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, Cyclohexylacrylat, 3,3,5- Trimethylcyclohexanolacrylat, Behenylacrylat, 2-Methoxyethylacrylat und andere ein- oder mehrfach alkoxylierte Alkylacrylate, Isobutylacrylat, Isooctylacrylat, Laurylacrylat, Tridecylacrylat, Isostearylacrylat, 2-(o-Phenylphenoxy)ethylacrylat, Acryloylmorpholin, N,N-Dimethylacrylamid, 4-Butandioldiacrylat, 1,6- Hexandioldiacrylat, 1,10-Decandioldiacrylat, Tricyclodecandimethanoldiacrylat, Dipropylenglycoldiacrylat, T ripropylen-glycoldiacrylat, Polybutadiendiacrylat, Cyclohexandimethanoldiacrylat, Diurethanacrylate von monomeren, oligomeren oder polymeren Diolen und Polyolen, Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA), und Dipentaerythritolhexaacrylat (DPHA), und Kombinationen davon.

Auch von mehrfach verzweigten oder dendrimeren Alkoholen abgeleitete höherfunktionelle Acrylate können vorteilhaft verwendet werden

Die analogen Methacrylate sind ebenfalls im Sinne der Erfindung.

Als höhermolekulare Verbindung (K1-6) können Urethanacrylate auf Basis von Polyestern, Polyethern, Polycarbonatdiolen, Polybutadiendiolen und/oder hydrierten Polybutadiendiolen zum Einsatz kommen. Eine Kombination mehrerer Verbindungen (K1-6) ist ebenfalls zur Verwendung als Harzkomponente für die beiden Masse im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet.

Weitere Komponenten des Harzes (K11

Hvbridverbindunqen (K1-71 Im Harz (K1) können Hybridverbindungen (K1-7) zum Einsatz kommen. Diese enthalten neben mindestens einer der genannten kationisch polymerisierbaren Gruppen zusätzlich radikalisch und/oder anionisch und/oder durch nukleophile Addition härtbare Gruppen.

Dabei sind insbesondere Epoxy-(Meth)Acrylat-Hybridverbindungen im Sinne der Erfindung.

Beispiele für kommerziell erhältliche Epoxy-(Meth)Acrylate sind CYCLOMER M100 von der Firma Daicel, UVACURE 1561 von der Firma UCB, Miramer PE210HA von der Firma Miwon Europe GmbH, Epoxy Acrylat Solmer SE 1605 und Solmer PSE 1924 der Firma Soltech Ltd. Auch Oxetan-(Meth)Acrylate wie das Eternacoll OXMA der Firma UBE Industries LTD können als Hybridverbindung verwendet werden.

Weitere radikalisch härtbare Verbindungen

Weiterhin eignen sich auch Verbindungen mit Allylgruppen, wie beispielsweise 1,3,5-Triazin-2,4,6(1 H,3H,5H)-trion, das kommerziell als TAICROS ^® erhältlich ist.

Auch unhydrierte Polybutadiene mit freien Doppelbindungen wie beispielsweise die Poly BD ^® -Typen können als radikalisch härtbare Verbindung eingesetzt werden.

Alkohole

Im Falle einer kationischen Härtung des Harzes (K1) kann das Harz (K1) ein oder mehrere mindestens zweiwertige Alkohole umfassen, die als Kettenüberträger eingesetzt werden.

Insbesondere höhermolekulare Polyole können zur Flexibilisierung kationischer Massen verwendet werden. Geeignete Polyole sind beispielsweise auf Basis von Polyethern, Polyestern, Polycaprolactonen, Polycarbonaten, Polybutadiendiolen oder hydrierten Polybutadiendiolen verfügbar.

Beispiele für kommerziell erhältliche höhermolekulare Polyole sind Produkte, die unter den Handelsnamen Eternacoll UM-90 (1/1), Eternacoll UHC50-200 der Firma UBE Industries Ltd., als Capa™ 2200, Capa™ 3091 der Firma Perstorp, als Liquiflex H von Petroflex, als Merginol 901 der Firma HOBUM Oleochemicals, als Placcel 305, Placcel CD 205 PL der Firma Daicel Corporation, als Priplast 3172, Priplast 3196 der Firma Croda, als Kuraray Polyol F-3010, Kuraray Polyol P-6010 von Kuraray Co., Ltd., als Krasol LBH-2000, Krasol HLBH-P3000 von Cray Valley oder als Hoopol S-1015-35 oder Hoopol S-1063-35 der Firma Synthesia Technology SLU verfügbar sind.

Komponente (K2): Härter und/oder Initiatoren

Als Härter und/oder Initiator (K2) für die Harze (K1) können in der ersten Masse (A) und/oder der zweiten Masse (B) Amine (K2-1), Anhydride (K2-2), Thiole (K2-3), Alkohole (K2-4), Peroxide (K2-5), Photoinitiatoren für die radikalische Polymerisation (K2-6) und/oder Initiatoren für die kationische Polymerisation (K2-7) eingesetzt werden.

Die in den Massen (A) und (B) jeweils eingesetzten Härter und/oder Initiatoren (K2) können gleich oder verschieden sein. Die Härter und/oder Initiatoren (K2) sind so ausgewählt, dass eine Härtung des jeweils eingesetzten Harzes (K1) mit dem darin eingesetzten Härter und/oder Initiator (K2) ermöglicht wird.

Die beschriebenen Harze (K1) und Härter und/oder Initiatoren (K2) können für beide Massen in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden. Auch hybride Formulierungen, die unterschiedlich polymerisierbare Harze (K1) enthalten, sind im Sinne der Erfindung.

Amine (K2-11

Als Härter für die epoxidhaltigen oder isocyanathaltigen Harzkomponenten können Amine und davon abgeleitete stickstoffhaltige Verbindungen eingesetzt werden.

Beispiele für geeignete stickstoffhaltige Verbindungen umfassen insbesondere aliphatische Polyamine, arylaliphatische Polyamine, cycloaliphatische Polyamine, aromatische Polyamine und heterocyclische Polyamine, sowie Imidazole, Cyanamide, Polyharnstoffe, Mannich Basen, Polyetherpolyamine, Polyaminoamide, Phenalkamine, Sulfonamide, Aminocarbonsäuren oder Kombinationen der genannten Substanzklassen. Ebenso können Reaktionsprodukte aus Epoxiden und/oder Anhydriden und den voranstehend genannten stickstoffhaltigen Verbindungen als Härter eingesetzt werden.

Wird ein Amin (K2-1) im Härter und/oder Initiator (K2) verwendet, ist in der jeweiligen Masse insbesondere kein Initiator für die kationische Polymerisation (K2-7) enthalten.

Anhydride (K2-21

Spezifische Beispiele für Anhydride, die in den vorliegenden Massen als Härter (K2) für Epoxide eingesetzt werden können, umfassen die Anhydride zweiprotoniger Säuren, wie zum Beispiel Phthalsäureanhydrid (PSA), Bernsteinsäureanhydrid, Octenylbernsteinsäureanhydrid (OSA), Pentadodecenylbernsteinsäureanhydrid und andere

Alkenylbernsteinsäureanhydride, Maleinsäureanhydrid (MA), Itaconsäure- anhydrid (ISA), Tetrahydrophthalsäureanhydrid (THPA), Hexahydrophthal- säureanhydrid (HHPA), Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid (MTHPA), Methylhexahydrophthalsäureanhydrid (MHHPA), Nadinsäureanhydrid, 3,6-Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Methylendomethylentetra- hydrophthalsäureanhydrid (METH, NMA), Tetrabromphthalsäureanhydrid und Trimellitsäureanhydrid, sowie die Anhydride aromatischer vierprotoniger Säuren, wie zum Beispiel Biphenyltetracarbonsäuredianhydride, Naphthalintetracarbon säuredianhydride, Diphenylethertetracarbonsäuredianhydride, Butantetra carbonsäuredianhydride, Cyclopentantetracarbonsäuredianhydride, Pyromellit- säureanhydride und Benzophenontetracarbonsäuredianhydride. Diese Verbindungen können allein oder in Kombinationen von zwei oder mehreren davon verwendet werden.

Unter diesen Anhydriden kommen bevorzugt bei Raumtemperatur flüssige Verbindungen wie Methylhexahydrophthalsäureanhydrid (MHHPA), Methyltetra- hydrophthalsäureanhydrid (MTHPA), Methyl-endomethylentetrahydro- phthalsäureanhydrid (METH, NMA) und dessen Hydrierungsprodukt als Härter (K2) zum Einsatz.

Die bevorzugten Anhydride zur Verwendung als Härter sind beispielsweise unter folgenden Handelsnamen kommerziell erhältlich: MHHPA beispielsweise unter den Handelsnamen HN-5500 (Hitachi Chemical Co., Ltd.) und MHHPA (Dixie Chemical Company, Inc.), METH unter den Handelsnamen NMA (Dixie Chemical Company, Inc.), METH/ES (Polynt S.p.A.) und MHAC (Hitachi Chemical Co., Ltd.).

Thiole (K2-31

Bei Verwendung eines Härters für Epoxide oder Isocyanate auf Basis von Thiolen umfasst dieser mindestens eine Verbindung mit mindestens zwei Thiolgruppen (-SH) im Molekül. Die Thiole sind in ihrer chemischen Struktur nicht weiter eingeschränkt und umfassen bevorzugt aromatische und aliphatische Thiole sowie Kombinationen davon.

Bevorzugt ist das mindestens difunktionelle Thiol aus der Gruppe ausgewählt, die aus esterbasierten Thiolen, Polyethern mit reaktiven Thiolgruppen, Polythioethern, Polythioetheracetalen, Polythioetherthioacetalen, Polysulfiden, thiolterminierten Urethanen, Thiolderivaten von Isocyanuraten und Glycoluril sowie Kombinationen davon besteht.

Beispiele für kommerziell erhältliche esterbasierte Thiole auf Basis der 2-Mercaptoessigsäure umfassen T rimethylolpropantrimercaptoacetat, Pentaerythritoltetramercaptoacetat und Glycoldimercaptoacetat, die unter den Markennamen Thiocure™ TMPMA, PETMA und GDMA von der Firma Bruno Bock verfügbar sind.

Weitere Beispiele für kommerziell erhältliche esterbasierte Thiole umfassen Trimethylolpropan-tris(3-mercaptopropionat), Pentaerythritol-tetrakis(3- mercaptobutyrat), Glykol-di(3-mercaptopropionat) und Tris[2-(3- mercaptopropionyloxy)ethyl]isocyanurat, die unter den Markennamen Thiocure™ TMPMP, PETMP, GDMP und TEMPIC von der Firma Bruno Bock verfügbar sind.

Beispiele für kommerziell verfügbare Thioether umfassen DMDO (1 ,8- Dimercapto-3,6-dioxaoctane), erhältlich von der Firma Arkema S.A., DMDS (Dimercaptodiethylsulfide) und DMPT (2,3-Di((2-mercaptoethyl)thio)-1-propan- thiol), beide erhältlich von der Firma Bruno Bock.

Mit Bezug auf eine erhöhte Beständigkeit der ausgehärteten Massen gegenüber Temperatur und Feuchte ist der Einsatz esterfreier Thiole besonders bevorzugt. Beispiele für esterfreie Thiole können der JP 2012 153 794 A entnommen werden.

Besonders bevorzugt ist eine Verwendung von Tris(3- mercaptopropyl)isocyanurat (TM PI) als trifunktionelles esterfreies Thiol.

Esterfreie Thiole auf Basis einer Glycolurilverbindung sind aus der EP 3 075 736A1 bekannt. Auch diese können als Härter (K2) verwendet werden, allein oder im Gemisch mit anderen mindestens difunktionellen Thiolen.

Höherfunktionelle Thiole, die beispielsweise durch oxidative Dimerisierungsprozesse von mindestens difunktionellen Thiolen erhältlich sind, können ebenfalls eingesetzt werden.

Die voranstehende Aufzählung ist als beispielhaft und nicht abschließend zu sehen. Alkohole (K2-41

Als Härter für Isocyanate können neben Thiolen und Aminen ferner mindestens difunktionelle Alkohole zum Einsatz kommen. Diese sind in ihrer chemischen Struktur nicht weiter eingeschränkt.

Bevorzugt umfasst der Alkohol ein langkettiges Polyol mit einem mittleren Molekulargewicht M _n von 400 bis 20.000 g/mol. Beispiele für geeignete langkettige Polyole sind Polyole auf Basis von Polyethern, im Handel erhältlich als Acclaim ^® - Typen, Polyestern und Polycarbonaten, erhältlich als Kuraray ^® - oder Priplast™- Typen, sowie ferner Polyole auf Basis von Polybutadienen und hydrierten Polybutadienen, erhältlich als Krasol ^® - Polyvest ^® - oder Nisso-PB ^® -Typen.

Langkettige Polyole mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000 bis 20.000 g/mol eignen sich besonders für die Herstellung von Massen, die nach Aushärtung eine hohe Flexibilität bei niedrigen Temperaturen und eine niedrige Glasübergangstemperatur aufweisen.

Als Kettenverlängerer kann ein niedermolekulares Polyol mit einem Molekulargewicht von bis zu 400 g/mol dienen, wie beispielsweise Glykol, Glycerin, 1,4-Butandiol oder 2-Ethyl-1 ,3-hexandiol.

Peroxide (K2-51

Als radikalische Initiatoren für die beschriebenen (Meth)Acrylate oder Maleinimide können insbesondere Peroxyverbindungen vom Typ der Perester, der Diacylperoxide, der Peroxy(di)carbonate und/oder der Hydroperoxide in den erfindungsgemäßen Massen eingesetzt werden. Bevorzugt werden Hydroperoxide verwendet. Als besonders bevorzugte Peroxide kommen Cumolhydroperoxid, tert- Amylperoxy-2-ethylhexanoat und Di-(4-tert-butyl-cyclohexyl)-peroxydicarbonat zum Einsatz.

Photoinitiatoren für die radikalische Polymerisation (K2-61

Die erste Masse (A) und/oder die zweite Masse (B) können ferner einen Photoinitiator für die radikalische Polymerisation (K2-6) enthalten, insbesondere für die radikalische Polymerisation der (meth)acrylathaltigen Verbindung (K1-6).

Als Photoinitiatoren (K2-6) können die üblichen, im Handel erhältlichen Verbindungen eingesetzt werden, wie beispielsweise a-Hydroxyketone, Benzophenon, a,a‘-Diethoxyacetophenon, 4,4-Diethylaminobenzophenon, 2,2- Dimethoxy-2-phenyl-acetophenon, 4-lsopropylphenyl-2-hydroxy-2-propylketon, 1-Hydroxy-cyclohexylphenylketon, lsoamyl-p-dimethylaminobenzoat, Methyl-4- dimethyl-aminobenzoat, Mehtyl-o-benzoylbenzoat, Benzoin, Benzoinethylether, Benzoinisopropylether, Benzoinisobutylether, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl- propan-1-on, 2-lsopropylthioxanthon, Dibenzosuberon, 2,4,6-Trimethylbenzoyl- diphenylphosphinoxid und Bisacylphosphinoxide, wobei die genannten Photoinitiatoren allein oder in Kombination von zwei oder mehreren der genannten Verbindungen verwendet werden können.

Als UV-Photoinitiatoren können beispielsweise die Omnirad™-Typen von IGM Resins eingesetzt werden, so beispielsweise die Typen Omnirad 184, Omnirad 500, Omnirad 1173, Omnirad 2959, Omnirad 754, Omnirad 651 , Omnirad 369, Omnirad 907, Omnirad 819, Omnirad 819DW, Omnirad 2022, Omnirad 2100, Omnirad 784, Omnirad TPO, Omnirad TPO-L, Omnirad MBF und Omnirad 4265.

Der in den Massen ersetzbare Photoinitiator (K2-6) ist vorzugsweise durch aktinische Strahlung einer Wellenlänge von 200 bis 400 nm aktivierbar, besonders bevorzugt von 250 bis 365 nm.

Initiatoren für die kationische Polymerisation (K2-7)

Die erste Masse (A) und/oder die zweite Masse (B) können einen Initiator für die kationische Polymerisation (K2-7) enthalten.

Dieser kann insbesondere durch aktinische Strahlung aktiviert werden und umfasst beispielsweise Initiatoren auf Metalloceniumbasis und/oder Oniumverbindungen.

Eine Übersicht über verschiedene Metalloceniumsalze wird in der EP 0 542 716 B1 offenbart.

Als unterschiedliche Anionen der Metalloceniumsalze seien beispielhaft HSO ₄ , PFe , SbFe , AsF ₆ , CI , Br, h, CIO ₄ , PO ₄ , SO ₃ CF ₃ ^· , OTs (Tosylat), Aluminate und Borat-Anionen, wie etwa BF ₄ und B(CeF ₅ ) ₄ ^_ , angeführt.

Bevorzugt ist der Initiator für die kationische Polymerisation (K2-7) auf Basis einer Metalloceniumverbindung aus der Gruppe der Ferroceniumsalze ausgewählt. Solche Ferroceniumsalze sind beispielsweise kommerziell als R-gen 262 von der Firma Chitec erhätlich.

Bevorzugte Oniumverbindungen sind aus der Gruppe der Arylsulfoniumsalze, der Aryliodoniumsalze und Kombinationen davon ausgewählt, und sind im Stand der Technik beschrieben.

Der Initiator für die kationische Polymerisation (K2-7) kann eine photolatente Säure sein.

Kommerziell als photolatente Säuren verfügbare Photoinitiatoren auf

Triarylsulfoniumbasis sind unter den Markennamen Chivacure 1176, Chivacure 1190 von der Firma Chitech, Omnicat 432, Omnicat 270 und Omnicat 320 von der Firma IGM Resins, , Irgacure 290 und Irgacure GSID 26-1 von der Firma BASF, Speedcure 976 und Speedcure 992 von Lambson, TTA UV-692, TTA UV-694 von der Firma Jiangsu Tetra New Material Technology Co., Ltd. oder UVI-6976 und UVI-6974 von der Firma Dow Chemical Co. erhältlich.

Kommerziell als photolatente Säuren verfügbare Photoinitiatoren auf

Diaryliodoniumbasis sind u.a. unter den Markennamen UV1242 oder UV2257 von der Firma Deuteron und Bluesil 2074 von der Firma Bluestar erhältlich.

Die in den Massen eingesetzten photolatenten Säuren sind vorzugsweise durch Bestrahlen mit aktinischer Strahlung einer Wellenlänge von 200 bis 480 nm aktivierbar.

Wird ein Initiator für die kationische Polymerisation (K2-7) im Härter und/oder Initiator (K2) verwendet, ist insbesondere kein Amin (K2-1) in der jeweiligen Masse enthalten.

Zusätzlich oder an Stelle des Photoinitiators für die kationische Polymerisation kann die Masse (A) und/oder die Masse (B) auch einen thermischen Initiator für die kationische Polymerisation enthalten.

Als thermische Säurebildner sind beispielsweise quartäre N-Benzylpyridiniumsalze und N-Benzylammoniumsalze geeignet, wie sie in der EP 0 343690 oder WO 2005 097 883 offenbart werden. Daneben können auch wärmelatente Sulfoniumsalze, wie in der WO 2019 043 778 A1 beschrieben, als Säurebildner zum Einsatz kommen. Kommerziell verfügbare Produkte sind unter den Bezeichnungen K-PURE CXC-1614 oder K-PURE CXC-1733 von King Industries Inc.; SAN-AID SI-80L und SAN-AID SI-100L von der Firma SAN-SHIN Chemical Industry Co. Ltd, erhältlich.

Darüber hinaus können verschiedene Metallchelatkomplexe auf Basis von Titan oder Aluminium als wärmelatente Säuren zum Einsatz kommen

Komponente (K31: Funktionsfüllstoff

Neben den zuvor beschriebenen Bestandteilen enthält die erste Masse (A) zusätzlich einen Funktionsfüllstoff (K3), der aus der Gruppe der Farbstoffe (K3-1), Pigmente (K3-2), leitfähigen Füllstoffen (K3-3), elektrochromen Materialien (K3-4) sowie Kombinationen davon ausgewählt ist.

Farbstoffe (K3-1) und Pigmente (K3-2)

Als Farbstoffe (K3-1) oder Pigmente (K3-2) können organische oder anorganische Verbindungen eingesetzt werden.

Als organische Farbstoffe (K3-1) seien beispielhaft Azo-, Cyanin-, Dioxazin-, Methin-, indigoide-, Nitro- und Nitroso-, Antrachinonfarbstoffe genannt.

Als anorganische Pigmente (K3-2) seien beispielhaft Ruß, Chromantimontitanat, Cobaltaluminatblau, Managanantimontitanat,

Cobalttitanatgrün, Eisenoxide, Bismutvanadate, Chromoxide und Titandioxid genannt.

Übernimmt die Funktionsstruktur im optischen Modul die Funktion einer Blende, ist der Funktionsfüllstoff (K3) bevorzugt Ruß.

Leitfähioe Füllstoffe (K3-31

Als leitfähige Füllstoffe (K3-3) können grundsätzlich alle Elemente oder Verbindungen dienen, die mit den jeweils verwendeten Massen kompatibel sind und eine für die jeweilige Anwendung ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die leitfähigen Füllstoffe sind insbesondere aus der Gruppe ausgewählt, die aus den Metallen der Gruppe 4 bis 14 und deren Oxide, Nitride, Carbide, Boride und Legierungen, leitfähigen Kohlenstoffverbindungen sowie Kombinationen davon besteht. Als Metalle der Gruppe 4 bis 14, kommen insbesondere Titan, Zirkon Eisen, Ruthenium, Osmium, Cobalt, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silber Gold, Zink, Cadmium, Guecksilber, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Thallium, Germanium, Zinn und Blei in Betracht, sowie deren Oxide, Nitride, Carbide, Boride, Legierungen oder Kombinationen davon.

Ferner können auch mit den genannten Metallen beschichtete Glas- oder Polymersphären verwendet werden.

Bevorzugt kommt Silber, Nickel oder Gold, besonders bevorzugt Silber, als leitfähiger Funktionsfüllstoff (K3-3) zum Einsatz.

Kommerzielle Guellen der genannten Metallfüllstoffe sind die Firmen METALOR Technologies SA, TECHNIC Inc, oder H.C. Starck Tungsten GmbH.

Wahlweise können auch leitfähige Modifikationen des Kohlenstoffs wie beispielsweise CNTs (Carbon Nanotubes) als leitfähiger Funktionsfüllstoff (K3-3) zum Einsatz kommen.

Elektrochrome Materialien (K3-41

Insbesondere für den Fall, dass die Funktionsstruktur die Funktion einer Blende übernimmt, ist der Einsatz elektrochromer Materialien (K3-4) ebenfalls denkbar. Diese lassen sich durch das Anlegen einer elektrischen Spannung schalten und erlauben Schaltzustände mit unterschiedlichen Transmissionen. Bei entsprechender Auftragung lassen sich so auch verschiedene Blendengeometrien durch unterschiedliche Schaltzustände dynamisch realisieren.

Geeignete elektrochrome Materialien auf Basis von organischen Verbindungen umfassen PEDOT:PSS wie in der US 7 342 708 B2 offenbart, Diarylcyclopentene aus der US 20180339995 A1 , N-Phenylanilin Verbindungen aus der CN 111 607 386 A oder in organischen Verbindungen suspendierte Polyiodide aus der US 4 877 313 A.

Komponente (K4): Additive

Die erste Masse (A) und die zweite Masse (B) können darüber hinaus noch fakultative Bestandteile als Additive enthalten. Die Additive sind vorzugsweise aus der Gruppe der Füllstoffe, Alterungsschutzmittel, Fluoreszenzmittel, Stabilisatoren,

Polymerisationsbeschleuniger, Sensibilisatoren, Haftvermittler, Trockenmittel, Vernetzer, Fließverbesserer, Benetzungsmittel, Thixotropierungsmittel, Verdünnungsmittel, Flexibilisierer, polymeren Verdickungsmittel, Flammschutzmittel, Korrosionsinhibitoren, Weichmacher, optischen Modifikatoren, Tackyfier und Kombinationen davon ausgewählt.

Optische Modifikatoren (K4-11

Insbesondere die zweite Masse (B) zur Ausbildung des optischen Elementes kann Additive als optische Modifikatoren zur Anpassung von optischen Eigenschaften der Masse, insbesondere des Brechungsindex, enthalten. So ist eine Erhöhung des Brechungsindex durch Zugabe nanopartikulärer Additive auf Basis von Metalloxiden wie bspw. Zirkondioxid oder Titandioxid möglich. Derartige Additive können in einer entsprechenden Harzmatrix dispergiert vorliegen. Geeignete Dispersionen auf Basis von Zirkondioxid werden beispielsweise in der US 2015 0 203 989 A1 offenbart. Hochbrechende Materialien auf Basis von Titanaten werden in der US 2017 0200 919 A1 beschrieben. Neben Metalloxiden können auch entsprechende Monomere oder Harze eingesetzt werden, die intrinsisch einen hohen Brechungsindex besitzen. So offenbart die US 20180 079 761 A1 hochbrechende phenylsubstituierte Siloxanmonomere, die wahlweise mit weiteren nanopartikulären Füllstoffen kombiniert werden können.

Zum Einstellen eines niedrigen Brechungsindex bieten sich vor allem fluorierte oder teilfluorierte Harze an. Geeignete Harzbestandteile können der US 7 537 828 B2 entnommen werden.

Formulierungen der ersten Masse (A)

In einer ersten Ausführungsform umfasst die erste Masse (A) ein Harz (K1), einen Härter (K2), jedoch keinen Initiator für die kationische und/oder radikalische Polymerisation, einen Funktionsfüllstoff (K3) sowie optional wenigstens ein Additiv (K4).

In dieser Ausführungsform liegt die Harzkomponente (K1) in der ersten Masse (A), bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A), insbesondere in einem Anteil von 5 bis 50 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 35 Gew.-%.

Der Härter (K2) liegt in der ersten Ausführungsform in der ersten Masse (A), bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A), insbesondere in einem Anteil von 5 bis 50 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 35 Gew.-%.

In einer zweiten Ausführungsform umfasst die erste Masse (A) ein Harz (K1), einen Initiator (K2) für die kationische und/oder radikalische Polymerisation, jedoch keinen Härter, einen Funktionsfüllstoff (K3) sowie optional wenigstens ein Additiv (K4).

In dieser Ausführungsform liegt die Harzkomponente (K1) in der ersten Masse (A), bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A), insbesondere in einem Anteil von 5 bis 95 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 35 Gew.-%.

Der Initiator für die kationische und/oder radikalische Polymerisation (K2) liegt in der zweiten Ausführungsform in der ersten Masse (A), bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A), insbesondere in einem Anteil von 0,001 bis 5 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 0,01 bis 5 Gew.-%.

In einer dritten Ausführungsform umfasst die erste Masse (A) ein Harz (K1), einen Härter und einen Initiator (K2) für die kationische und/oder radikalische Polymerisation, einen Funktionsfüllstoff (K3) sowie optional wenigstens ein Additiv (K4).

In dieser Ausführungsform liegt die Harzkomponente (K1) in der ersten Masse (A), bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A), insbesondere in einem Anteil von 5 bis 50 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 35 Gew.-%.

Der Härter (K2) liegt in der dritten Ausführungsform in der ersten Masse (A), bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A), insbesondere in einem Anteil von 5 bis 50 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 35 Gew.-%.

Der Initiator (K2) für die kationische und/oder radikalische Polymerisation liegt in der dritten Ausführungsform in der ersten Masse (A), bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A), insbesondere in einem Anteil von 0,001 bis 5 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 0,01 bis 3 Gew.-%.

In allen Ausführungsformen umfasst die erste Masse (A) ferner einen Funktionsfüllstoff (K3). Sofern ein elektrisch leitfähiger Füllstoff (K3-3) verwendet wird, liegt dieser insbesondere in einem Anteil von mindestens 50 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von mindestens 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A). Der Funktionsfüllstoff (K3) liegt bei Einsatz eines elektrisch leitfähigen Füllstoffes (K3-3) insbesondere in einem Anteil von höchstens 90 Gew.-% vor, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A).

Falls Farbstoffe (K3-1), Pigmente (K-2) oder elektrochrome Materialien (K3-4) als Funktionsfüllstoffe (K3) verwendet werden, insbesondere zur Herstellung einer Blendenstruktur, kann der Anteil des Funktionsfüllstoffs in einem Bereich von 0,1 bis 50 Gewichtsprozent liegen, bevorzugt 0,5 bis 30 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A).

Sind ein oder mehrere Additive (K4) in den Ausführungsformen der ersten Masse (A) enthalten, liegen diese, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A), insbesondere in einem Anteil von 0 bis 50 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 1 bis 30 Gew.-%.

Die erste Masse (A) kann aus den jeweiligen Komponenten (K1) bis (K4) bestehen.

Bevorzugt ist das Harz (K1) der ersten Masse (A) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden (K1-1), Oxetanen (K1-2), Isocyanaten (K1-5) und Kombinationen davon, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden (K1-1), Isocyanaten (K1-5) und Kombinationen davon.

Der Härter und/oder Initiator (K2) der ersten Masse (A) ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aminen (K2-1), Anhydriden (K2-2), Thiolen (K2-3), Initiatoren für die kationische Polymerisation (K2-7) und Kombinationen davon, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aminen (K2-1) oder Initiatoren für die kationische Polymerisation (K2-7). Ganz besonders bevorzugt ist ein Härter (K2) auf Basis von stickstoffhaltigen Verbindungen. Der Härter (K2) auf Basis einer stickstoffhaltigen Verbindung liegt bevorzugt in fester Form in der ersten Masse (A) vor und besitzt einen Schmelzpunkt von kleiner 150 °C, bevorzugt von kleiner 110 °C.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst oder besteht die erste Masse (A) aus den folgenden Komponenten, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A): a) 10 bis 40 Gew.-% einer additionsvernetzenden Komponente, wobei das Harz (K1) bevorzugt mindestens difunktionelle Epoxide (K1-1) oder Isocyanate (K1-5) sowie Kombinationen davon umfasst; b) 10 bis 40 Gew.-% eines Härters (K2) auf Basis von stickstoffhaltigen Verbindungen; c) mindestens 50 Gew.-% des Funktionsfüllstoffes (K3) auf Basis eines Metalls ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Nickel, Silber, Gold und Kombinationen davon; und d) 0 bis 30 Gew.-% Additive (K4).

In dieser Ausführungsform weist das mindestens difunktionelle Epoxid (K1-1) bevorzugt mindestens 10 Gew.-% eines aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Epoxids auf, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A).

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst oder besteht die erste Masse (A) aus den folgenden Komponenten, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A): a) 10 bis 99,9 Gew.-% einer kationisch polymerisierbaren Komponente, wobei das Harz (K1) bevorzugt mindestens difunktionelle Epoxide (K1-1) oder Oxetane (K1-2) sowie Kombinationen davon umfasst; b) 0,001 bis 5 Gew.-% eines Initiators (K2) für die kationische

Polymerisation, insbesondere einer photolatenten und/oder wärmelatenten Säure; c) 50 bis 90 Gew.-% des leitfähigen Funktionsfüllstoffes (K3-3) auf Basis eines Metalls ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Nickel, Silber, Gold und Kombinationen davon, oder 0,1 bis 30 Gew.-% eines Füllstoffs aus der Gruppe der Farbstoffe, Pigmente und elektrochromen Materialien; und d) 0 bis 30 Gew.-% Additive (K4).

In dieser Ausführungsform weist das mindestens difunktionelle Epoxid (K1-1) bevorzugt mindestens 10 Gew.-% eines aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Epoxids auf, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (A).

Formulierungen der zweiten Masse (B)

In einer ersten Ausführungsform umfasst die zweite Masse (B) ein Harz (K1), einen Initiator (K2) für die kationische und/oder radikalische Polymerisation, jedoch keinen Härter sowie optional wenigstens ein Additiv (K4).

In dieser Ausführungsform liegt die Harzkomponente (K1) in der zweiten Masse (B), bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Masse (B), insbesondere in einem Anteil von 10 bis 99,99 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 80 Gew.-%.

Der Initiator für die kationische und/oder radikalische Polymerisation (K2) liegt in der zweiten Ausführungsform in der zweiten Masse (B), bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Masse (B), insbesondere in einem Anteil von 0,001 bis 5 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 0,01 bis 5 Gew.-%. Die zweite Masse (B) weist im Gegensatz zur ersten Masse (A) keinen Funktionsfüllstoff (K3) auf, der elektrisch leitfähig ist oder einen Blendenfunktion erfüllt.

Sind ein oder mehrere Additive (K4) in den Ausführungsformen der zweiten Masse (B) enthalten liegen diese, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Masse (B), in einem Anteil von 0 bis 80 Gew.-% vor, bevorzugt in einem Anteil von 1 bis 45 Gew.-%.

Die zweite Masse (B) kann aus den Komponenten (K1), (K2) und (K4) bestehen. Bevorzugt ist das Harz (K1) der zweiten Masse (B) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden (K1-1), Oxetanen (K1-2), (Meth)acrylaten (K1-6) und Kombinationen davon, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden (K1-1), (Meth)acrylaten (K1-6) und Kombinationen davon.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst oder besteht die zweite Masse (B) aus den folgenden Komponenten, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Masse (B): a) 67 bis 98,7 Gew.-% eines mindestens difunktionellen Epoxids (K1-1), das mindestens ein aliphatisches und/oder cycloaliphatisches Epoxid enthält, oder eines (Meth)acrylats (K1-6); b) 0,3 bis 3 Gew.-% eines Initiators (K2) für die kationische Polymerisation, ausgewählt aus der Gruppe der Sulfonium-, lodonium- oder Metalloceniumsalze, oder eines Initiators (K2) für die radikalische Polymerisation; c) 1 bis 45 Gew.-% Additive (K4).

In dieser Ausführungsform weist das mindestens difunktionelle Epoxid (K1-1) bevorzugt mindestens 20 Gew.-% eines aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Epoxids auf, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Masse (B).

Die zweite Masse (B) weist im ausgehärteten Zustand im Spektralbereich von 380 - 2500 nm insbesondere eine Transmission von größer 90 % auf, bevorzugt größer 95 %, gemessen bei einer Schichtdicke von etwa 200 pm. Die Messung der Transmission erfolgt bevorzugt bei einer definierten Wellenlänge, die der für die jeweilige optische Anwendung gewünschten Wellenlänge entspricht oder in dem Wellenlängenbereich der gewünschten optischen Anwendung liegt.

Kombinationen der ersten Masse (A) und der zweiten Masse (B)

Bevorzugt werden in den Massen (A) und (B) jeweils gleiche Komponenten (K1) und (K2) sowie wahlweise (K4) verwendet. Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer kationisch polymerisierbaren Masse sowohl für die erste (A) als auch die zweite Masse (B). Bei Verwendung unterschiedlicher Komponenten (K1) und (K2) sind die in Tabelle 1 angegebenen Kombinationen unter Nr. 2 bis 6 bevorzugt.

Tabelle 1: Bevorzugte Kombinationen von Komponenten der ersten (A) und zweiten Masse (B).

Besonders bevorzugt im Sinne der Erfindung sind die Kombinationen Nr. 1, 2 und 6.

Wird zunächst das optische Element auf Basis einer kationisch polymerisierbaren Epoxidmasse (A) ausgebildet und vollständig ausgehärtet, so ist auch denkbar für die Funktionsstruktur eine Masse (B) auf Epoxy-Amin Basis einzusetzen.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein optisches Modul, das nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erhältlich ist, umfassend eine Funktionsstruktur und ein mit der Funktionsstruktur verbundenes optisches Element mit einer optischen Struktur, wobei die Funktionsstruktur eine elektrische Leitfähigkeit und/oder eine Blendenfunktion aufweist. Bevorzugt ist die Funktionsstruktur im optischen Modul bündig mit einer Oberfläche des optischen Elements angeordnet.

Das optische Modul kann in einer optischen Vorrichtung eingesetzt werden, wobei die optische Vorrichtung zusätzlich ein dem optischen Modul zugeordnetes lichtemittierendes Element umfasst.

Ist die Funktionsstruktur elektrisch leitfähig, kann das optische Modul im Fall einer Fehlfunktion der optischen Vorrichtung insbesondere den elektrischen Stromfluss unterbrechen und somit das lichtemittierende Element abschalten.

Unter einer Fehlfunktion kann beispielsweise eine Beschädigung in Form eines Bruchs oder ein teilweise oder vollständiger Kontaktverlust des optischen Moduls zu wenigstens einem weiteren Bestandteil der optischen Vorrichtung verstanden werden.

Übernimmt die Funktionsstruktur die Funktion einer Blende, kann die Funktionsstruktur einen Strahlengang des lichtemittierenden Elements zur Erstellung von Mustern oder Projektionen formen. BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den beigefügten Zeichnungen zeigen

- Fig. 1a bis 1h schematische Querschnittsansichten der Fertigungsschritte einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines optischen Moduls,

- Fig. 2a bis 2e schematische Querschnittsansichten der Fertigungsschritte einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines optischen Moduls,

- Fig. 3a bis 3c schematische Draufsichten der Funktionsstrukturen verschiedener Geometrien wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren nach Fig. 1a bis 1h bzw. Fig. 2a bis 2e erzeugt werden,

- Fig. 4a bis 4c schematische Querschnittsansichten verschiedener vereinzelter optischer Module wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Fig. 1a bis 1h bzw. Fig. 2a bis 2e hergestellt werden können,

- Fig. 5a bis 5c schematische Querschnittsansichten weiterer vereinzelter optischer Module wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Fig. 1a bis 1h bzw. Fig. 2a bis 2e hergestellt werden können,

- Fig. 6a bis 6c schematische Draufsichten weiterer vereinzelter optischer Module mit Funktionsstrukturen in verschiedenen Mustern, wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren nach Fig. 1a bis 1h bzw. Fig. 2a bis 2e hergestellt werden können;

- Fig. 7a bis 7e schematische Querschnittsansicht weiterer vereinzelter optischer Module wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Fig. 1a bis 1h bzw. Fig. 2a bis 2e hergestellt werden können; und

- Fig. 8 schematisch eine optische Vorrichtung mit einem optischen Modul wie es durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Fig. 1a bis 1h bzw. Fig. 2a bis 2g erhältlich ist. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZGUTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen ausführlich und beispielhaft beschrieben, die jedoch nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden sollen.

Verwendete Messverfahren und Definitionen

„Einkomponentig“ oder „Einkomponentenmasse“ bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die genannten Komponenten der Masse zusammen in einer Packungseinheit vorliegen.

„Flüssig“ bedeutet im Sinne der Erfindung, dass bei 23 °C der durch Viskositätsmessung bestimmte Verlustmodul G“ größer als der Speichermodul G‘ der betreffenden Masse ist.

„Feuchtigkeit“ ist, wenn nicht anders angegeben, definiert als 50 % relative Luftfeuchtigkeit bei Raumtemperatur oder die Feuchtigkeit auf Substratoberflächen unter diesen Bedingungen.

Soweit der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ verwendet wird, ist damit auch die Pluralform „ein oder mehrere“ umfasst, soweit diese nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird.

„Mindestens difunktionell“ bedeutet, dass pro Molekül zwei oder mehr Einheiten der jeweils genannten funktionellen Gruppe enthalten sind.

Alle aufgeführten Gewichtsanteile beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, jeweils auf das Gesamtgewicht der jeweiligen Masse.

Verfahren zum Herstellen eines optischen Moduls

Optische Module in der Größenordnung von etwa 1 bis 4000 Mikrometern Durchmesser werden vorwiegend auf Wafer-/Panel-Level hergestellt. Das bedeutet, dass zwischen 8 und 10.000 optische Moduleinheiten pro Wafer/Panel gefertigt und am Ende beispielsweise durch einen Sägeprozess vereinzelt werden.

Ein Ablauf einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in den Fig. 1a bis 1h dargestellt, wobei eine schematische Querschnittsansicht eines Vorläufers mit beispielsweise zwei optischen Moduleinheiten gezeigt ist.

Zunächst wird ein temporäres Substrat 10 bereitgestellt (vgl. Fig. 1a).

Das temporäre Substrat ist insbesondere aus Metall, Glas, Silikon und/oder einem Kunststoff. Beispielsweise ist das temporäre Substrat eine Folie, insbesondere aus Polyethylenterephthalat (PET) oder ein Glasträger, insbesondere ein Glasträger mit einer Antihaftbeschichtung. Es können auch Träger, insbesondere flexible oder starre Träger, mit einem temporären Klebematerial beziehungsweise einer wieder lösbaren Masse als temporäres Substrat zum Einsatz kommen. Das temporäre Klebematerial beziehungsweise die wieder lösbare Masse basiert beispielsweise auf einem (Meth)Acrylat.

Auf das temporäre Substrat 10 wird unter Ausbildung eines Musters 12 die erste Masse (A) dosiert (vgl. Fig. 1b).

Die erste Masse (A) kann mittels Schablonendruck, Siebdruck, Inkjetting, Jetten oder Nadeldosierung in Form des vordefinierten Musters 12 auf das temporäre Substrat 10 aufgetragen werden.

Wird die erste Masse (A) mittels Schablonendruck aufgetragen, kommt insbesondere eine Rakel aus einem Metall, bevorzugt aus Edelstahl, eine Rakelgeschwindigkeit im Bereich von 10 bis 350 mm/s, bevorzugt von 40 bis 60 mm/s, und ein Rakeldruck im Bereich von 0,1 bis 5 bar, bevorzugt von 1 ,0 bis 1,4 bar, zum Einsatz.

Bei einem Siebdruck wird insbesondere eine Rakel aus Polyurethan (PUR), Silikon und/oder anderen Kunststoffen verwendet, bevorzugt eine Rakel aus PUR, eine Rakelgeschwindigkeit im Bereich von 10 bis 350 mm/s, bevorzugt von 80 bis 120 mm/s, und ein Rakeldruck im Bereich von 0,1 bis 5 bar, bevorzugt 1,8 bis 2,2 bar. Mit einem Siebdruck kann eine Beschichtungsdicke der ersten Masse (A) in einem Bereich von 5 bis 500 pm erzielt werden, bevorzugt von 10 bis 20 pm.

Beim Jetten (auch als „kontaktlose Dosierung“ bezeichnet) kann ein pneumatisches Ventil oder ein durch einen Piezoaktuator angetriebenes Ventil verwendet werden. Die verwendete Düse kann einen Durchmesser im Bereich von 30 bis 600 pm haben und insbesondere auf eine Temperatur von bis zu 100 °C geheizt werden. Der Dosierdruck an der ersten Masse (A) liegt insbesondere im Bereich von bis zu 50 bar, bevorzugt von bis zu 6 bar. Als Dosierfrequenz wird insbesondere eine Frequenz von bis zu 1000 Hz genutzt.

Wird die erste Masse (A) mittels Nadeldosierung aufgetragen, wird insbesondere eine zylindrische oder konische Nadel genutzt, bevorzugt eine konische Nadel. Der innere Nadeldurchmesser liegt insbesondere im Bereich von 50 qm bis 1 mm. Es wird insbesondere ein Nadeldruck im Bereich von 0,1 bis 10 bar, bevorzugt von 0,1 bis 5 bar, genutzt sowie eine Auftragungsgeschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis zu 100 mm/s.

Nach dem Aufträgen der ersten Masse (A) wird diese mindestens teilweise, bevorzugt vollständig, zu einer Funktionsstruktur 13 ausgehärtet (vgl. Fig. 1c). Die Aushärtung kann thermisch oder durch aktinische Strahlung erfolgen.

Für eine thermische Härtung wird das temporäre Substrat mit der aufgetragenen ersten Masse (A) in einem Umluftofen oder mittels einer Heizplatte für eine Dauer von 1 bis 120 min auf eine Temperatur im Bereich von 60 °C bis 150 °C erwärmt. Beispielsweise findet eine thermische Härtung für 30 min bei einer Temperatur von 80°C statt.

Für eine Härtung mittels aktinischer Strahlung wird die erste Masse (A) mit einem Hg-Strahler oder einer LED-Lampe bestrahlt, insbesondere mit einer Flächenlampe des entsprechenden Typs. Eine geeignete kommerziell verfügbare LED-Lampe ist unter der Bezeichnung DELOLUX 20 der Firma DELO erhältlich. Die Bestrahlung kann mit einer Wellenlänge im Bereich von 320 bis 480 nm, bevorzugt von 365 nm, und einer Intensität im Bereich 20 bis 2000 mW/cm ² erfolgen, bevorzugt von 180 bis 220 mW/cm ² . Die Bestrahlungsdauer liegt insbesondere im Bereich von 1 bis zu 300 s, bevorzugt von 55 bis 65 s.

Anschließend wird die zweite Masse (B) in Form einer Deckschicht 14 auf das temporäre Substrat 10 und die Funktionsstruktur 13 dosiert (vgl. Fig. 1c).

Dies kann beispielweise mittels eines „Puddle Dispense“-Verfahrens geschehen, wie es aus dem Bereich der Wafer-Behandlung bekannt ist. Die Dosierung der zweiten Masse (B) kann als Direktdosierung aus einer Vorratskartusche in Abhängigkeit von Druck und Zeit, volumetrisch über eine Dosierschnecke oder gravimetrisch erfolgen. Bevorzugt wird die Dosierung volumetrisch kontrolliert. Die zu dosierende Menge an zweiter Masse (B) ist abhängig von der Größe des verwendeten temporären Substrats 10 sowie der angestrebten Schichtdicke der Deckschicht 14 und liegt typischerweise im Bereich von 0,5 bis 100 ml_.

Alternativ kann die Deckschicht 14 in einem Spin Coating-Verfahren aufgebracht werden, wobei insbesondere Drehzahlen im Bereich von 500 bis 10.000 rpm verwendet werden, bevorzugt Drehzahlen im Bereich von 500 bis 4.000 rpm, bei einer Gesamtdauer im Bereich von 10 bis zu 120 s.

Anschließend werden durch Aufpressen eines Stempels 16 auf die Deckschicht 14 und Aushärten der zweiten Masse (B) ein Vorläufer 18 erzeugt (vgl. Fig. 1d).

Der Stempel 16 weist Kavitäten 20 auf, welche eine Vielzahl von optischen Strukturen 22 auf einer ersten Seite der Deckschicht 14 und somit des Vorläufers 18 erzeugen.

Der Stempel 16 kann aus Polydimethylsiloxan (PDMS), einem (Meth)Acrylat, einem Hybridpolymer, Glas oder Metall sein, bevorzugt aus PDMS oder einem (Meth)Acrylat.

Zusätzlich kann der Stempel 16 eine Antihaftbeschichtung aufweisen, um ein späteres zerstörungsfreies Ablösen des Stempels 16 zu erleichtern.

Der Stempel 16 kann, wie in Fig. 1d gezeigt, eine abgesehen von den Kavitäten 20 flache Platte oder Teil einer Rolle sein, welche bzw. welcher mit der Deckschicht 14 in Kontakt gebracht wird.

Auch ist es möglich, dass die Kavitäten 20 vor Aufpressen des Stempels 16 auf die Deckschicht 14 mit der zweiten Masse (B) wenigstens teilweise gefüllt werden. Dies erfolgt insbesondere über Jetten oder Nadeldosierung wie zuvor für das Aufträgen der ersten Masse (A) auf das temporäre Substrat 10 beschrieben.

Nach dem Ausbilden der optischen Strukturen 22 mittels des Stempels 16 wird die zweite Masse (B) ausgehärtet. Die Aushärtung kann thermisch oder durch aktinische Strahlung erfolgen. Grundsätzlich können die gleichen Härtungsprozesse und Bedingungen angewandt werden wie für das Aushärten der ersten Masse (A). Ist der Stempel 16 beheizbar, kann das Aufheizen der zweiten Masse (B) jedoch auch über den Stempel 16 erfolgen.

Nachdem die zweite Masse (B) ausgehärtet ist, wird der Stempel 16 vom Vorläufer 18 manuell oder automatisiert getrennt (vgl. Fig. 1e) und das temporäre Substrat 10 abgelöst (vgl. Fig. 1f).

In der dargestellten Ausführungsform wird der Vorläufer 18 erhalten, aus welchem durch Vereinzeln mehrere optische Module 26 erhalten werden können, die jeweils ein aus der gehärteten zweiten Masse (B) gebildetes optisches Element 24 und eine mit dem optischen Element 24 verbundene Funktionsstruktur 13 aufweisen, die aus der gehärteten ersten Masse (A) gebildet ist und eine elektrische Leitfähigkeit und/oder eine Blendenfunktion aufweist (vgl. Fig. 1f bis 1h).

Das Vereinzeln kann beispielsweise durch Sägen erfolgen. Bei der in Fig. 1g dargestellten Ausführungsform erfolgt das Vereinzeln entlang der gestrichelt dargestellten Linie, so dass nur die gehärtete zweite Masse (B) durchtrennt wird. Dabei bleibt die Funktionsstruktur 13 bis auf die ursprünglich an das temporäre Substrat 10 angrenzende Fläche von der gehärteten Masse (B) umschlossen. Dadurch können auch Mikro- oder Nanostrukturen sicher stabilisiert werden.

Es ist jedoch auch möglich, dass die Funktionsstruktur 13 beim Vereinzeln des Vorläufers 18 durchtrennt wird. Dabei entsteht ein optisches Modul (nicht gezeigt), bei dem die Funktionsstruktur 13 nur an zwei aneinander angrenzenden Seiten von dem optischen Element 24 umgeben ist. Im Falle einer leitfähigen Funktionsstruktur 13 ergeben sich dadurch unterschiedliche Möglichkeiten der Kontaktierung.

Selbstverständlich kann anstelle eines Vorläufers 18 der beispielhafte gezeigte Prozess auch direkt das einzelne optische Modul 26 hergestellt werden. In diesem Fall würde die Deckschicht 14 direkt zum optischen Element 24 ausgehärtet.

Das erhaltene optische Modul 26 ist monolithisch. Mit anderen Worten ist die Funktionsstruktur 13 fest im optischen Modul 26 verankert beziehungsweise in das optische Modul 26 integriert, sodass das optische Modul 26 als Ganzes gehandhabt werden kann. Die Funktionsstruktur 13 ist im optischen Modul insbesondere bündig mit der Oberfläche des optischen Elements 24 angeordnet, die während der Herstellung des optischen Moduls 26 durch Aufbringen und Aushärten der zweiten Masse (B) auf dem temporären Substrat gebildet wurde.

Ein Ablauf einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in den Fig. 2a bis 2e dargestellt. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Auf die obigen Erläuterungen wird verwiesen.

In der zweiten Ausführungsform wird zunächst ein Teilvorläufer 27 hergestellt, der dem Vorläufers 18 ohne Funktionsstruktur entspricht, und aus welchem nach Vereinzeln das optische Element 24 resultiert. Der Teilvorläufer 27 ist beispielsweise ein Wafer, der eine Vielzahl optischer Strukturen 22 trägt.

Zur Herstellung des Teilvorläufers 27 wird die zweite Masse (B) als Deckschicht 14 auf ein strukturiertes Trägersubstrat 28 aufgetragen, wobei das strukturierte Substrat Vorsprünge 30 aufweist, welche komplementär zu an der ersten oder zweiten Seite des Teilvorläufers 27 zu erzeugenden Aussparungen 32 für die Funktionsstruktur 13 sind.

Das strukturierte Trägersubstrat 28 kann aus den gleichen Materialien sein wie das temporäre Substrat 10 oder der Stempel 16 der ersten Ausführungsform.

Anschließend werden mittels des Stempels 16 an der dem strukturierten Trägersubstrat 28 entgegengesetzten Seite der Deckschicht 14 die optischen Strukturen 22 ausgebildet und die zweite Masse (B) zum Teilvorläufer 27 ausgehärtet (vgl. Fig. 2a).

Durch Ablösen des strukturierten Trägersubstrats 28 und des Stempels 16 wird der Teilvorläufer 27 mit einer Vielzahl von optischen Strukturen 22 erhalten, wobei die Aussparungen 32 an der ersten und/oder zweiten Seite des Teilvorläufers 27 zugänglich werden (vgl. Fig. 2b). In der in Fig. 2b gezeigten Ausführungsform sind lediglich an der ersten Seite Aussparungen 32 und lediglich an der zweiten Seite optische Strukturen 22 vorgesehen. In die Aussparungen 32 wird anschließend die erste Masse (A) in Form eines Muster 12 dosiert, um anschließend die Funktionsstruktur 13 auszubilden (vgl. Fig. 2c). Zu diesem Zweck können alle Verfahren eingesetzt werden, die in der ersten Ausführungsform für das Aufträgen der ersten Masse (A) auf das temporäre Substrat 10 beschrieben worden sind. Bevorzugt wird die erste Masse (A) jedoch mittels Inkjetting, Jetten oder Nadeldosierung in die Aussparungen 32 eingebracht.

Anschließend wird die erste Masse (A) unter Bildung der Funktionsstruktur 13 ausgehärtet, wie zuvor in der ersten Ausführungsform beschrieben.

Auf diese Weise wird analog zur ersten Ausführungsform ein Vorläufer 18 erhalten, aus welchem durch Vereinzeln mehrere optische Module 26 erhalten werden können, die jeweils ein aus der gehärteten zweiten Masse (B) gebildetes optisches Element 24 und eine mit dem optischen Element 24 verbundene Funktionsstruktur 13 aufweisen, wobei die Funktionsstruktur 13 aus der gehärteten ersten Masse (A) gebildet ist und eine elektrische Leitfähigkeit und/oder eine Blendenfunktion aufweist (vgl. Fig. 2d und 2e).

Selbstverständlich kann analog zur ersten Ausführungsform anstelle eines Vorläufers 18 im beispielhaft gezeigten Prozess auch direkt das einzelne optische Modul 26 hergestellt werden. In diesem Fall würde die Deckschicht 14 direkt zum optischen Element 24 statt zum Teilvorläufer 27 ausgehärtet. Schließlich kann auch mit der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein monolithisches optisches Modul 26 mit bündiger Anordnung von Funktionsstruktur 13 und optischem Element 24erhalten werden. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform ist es möglich, den Stempel 16 mit Vorsprüngen zu versehen, so dass zusätzlich zu den optischen Strukturen 22 weitere Aussparungen im Teilvorläufer 27 gebildet werden, die auf der Seite der optischen Strukturen 22 liegen und in die eine mit Funktionsfüllstoff formulierte erste Masse (A) dosiert werden kann. Nach Aushärtung der ersten Masse (A) lassen sich aus dem so hergestellten Vorläufer 18 optische Module 26 erzeugen, die optische Strukturen 22 und Funktionsstrukturen 13 auf der gleichen Seite aufweisen.

In den Fig. 3a bis 3c sind beispielhafte Funktionsstrukturen 13 in einer Draufsicht schematisch dargestellt. In den Funktionsstrukturen 13 in Fig. 3a und 3c weist diese eine rechteckige Außenkontur auf, während die Funktionsstruktur 13 in Fig. 2b eine kreisförmige Außenkontur aufweist.

Zudem wird ersichtlich, dass die Funktionsstruktur 13 eine Öffnung 34 aufweist, welche in den Beispielen nach Fig. 3a und 3b eine kreisförmige Kontur und im Beispiel nach Fig. 3c eine unregelmäßige polygonale Kontur aufweist.

Im optischen Modul 26 wird die Öffnung 34 vom optischen Element 24 ausgefüllt (vgl. Fig. 1h und 2e).

Die Form der Öffnung 34 ist insbesondere auf die optische Struktur 22 des optischen Elements 24 abgestimmt. Grundsätzlich kann die Öffnung 34 jedoch eine größere, eine gleichgroße oder eine kleinere Ausdehnung aufweisen als die optische Struktur 22, wie in den Fig. 4a bis 4c schematisch dargestellt.

Weitere beispielhafte Funktionsstrukturen 13 des optischen Moduls 26 sind in Fig. 6a bis 6c in einer Schnittansicht durch das optische Modul 26 dargestellt, wobei die Darstellungsrichtung einer Draufsicht entspricht. Die Funktionsstrukturen 13 bilden unterschiedliche Muster nach Art von Leiterbahnen aus und können eine oder mehrere Kontaktierungsstellen 35 aufweisen.

Die optische Struktur 22 ist bestimmend für die spätere Funktion des optischen Moduls 26. Die optische Struktur 22 kann beispielsweise eine Linse (vgl. Fig. 5a), ein Gitter, ein Mikrolinsenarray (vgl. Fig. 5b), ein diffraktives optisches Element (DOE, vgl. Fig. 5c) oder ein Diffusor sein.

Die Fig. 7a bis 7e zeigen weitere beispielhafte Ausführungsformen vereinzelter optischer Module 26 in einer schematischen Querschnittsansicht, wie sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich sind, wobei Fig. 7a im Wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1h und 2e entspricht. Bei den Funktionsstrukturen 13 der hier dargestellten optischen Module 26 kann es sich beispielsweise um Leiterbahnen handeln. Die Funktionsstruktur 13 und die optische Struktur 22 befinden sich auf entgegengesetzten Seiten des optischen Moduls 26 (vgl. Fig. 7a), oder die Funktionsstruktur 13 ist auf der gleichen Seite wie die optische Struktur 22 angeordnet (vgl. Fig. 7b). Möglich ist auch die Ausbildung von Funktionsstrukturen 13 und/oder optischen Strukturen 22 auf den beiden entgegengesetzten Seiten des optischen Moduls (vgl. Fig. 7c bis 7e). In allen Fällen können monolithische optische Module 26 vorliegen.

Verwendung des optischen Moduls Das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene optische Modul 26 kann für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen vorgesehen sein.

Beispielsweise ist das optische Modul 26 dafür vorgesehen, als Empfängereinheit in einer optischen Vorrichtung zu dienen, beispielsweise in abbildenden Optiken wie Kameras oder in Sammeloptiken wie Sensoren. Alternativ kann das optische Modul 26 dafür vorgesehen sein, in Senderoptiken eingesetzt zu werden, beispielsweise als Beleuchtungsoptik zur Änderung des Abstrahlwinkels einer LED oder als Projektionsoptik. Auch kann das optische Modul 26 zur Strahlformung eingesetzt werden, insbesondere zur Strahlformung eines von einem Laser oder einer laserähnlichen Lichtquelle erzeugten Lichtstrahls. Beispielsweise kann das optische Modul 26 dazu dienen, ein Punkt oder Linienmuster zu erzeugen oder eine gleichmäßige Ausleuchtung eines Raumwinkels zu ermöglichen.

Beispielhaft genannte Anwendungsbereiche des optischen Moduls 26 sind in Vorrichtungen zur 3D-Erkennung wie ToF-, LiDAR- oder Streifenprojektion- Vorrichtungen, beispielsweise zur Umgebungserkennung, Gesichtserkennung und/oder der biometrischen Erkennung, Näherungssensoren, Farbsensoren, Spektrometern, Kameras, insbesondere für den sichtbaren und infraroten Spektralbereich, Scheinwerfer, insbesondere Frontscheinwerfer in Fahrzeugen, Signalprojektionseinrichtungen, insbesondere für Lichtsignalanlagen, Blitzmodule und dekorative Projektionseinrichtungen, insbesondere in sogenannten „Light Carpets“.

In Fig. 6 ist schematisch eine optische Vorrichtung 36 mit einem erfindungsgemäßen optischen Modul 26 dargestellt.

Die optische Vorrichtung 36 umfasst ein lichtemittierendes Element 38 sowie ein optisches Modul 26, wie es nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erhältlich ist, sowie einer Steuereinheit 40, welche mit dem lichtemittierenden Element 38 sowie mit dem optischen Modul 26 elektrisch verbunden ist.

Die Funktionsstruktur 13 des optischen Moduls 26 ist in der dargestellten Ausführungsform elektrisch leitfähig. Das lichtemittierende Element 38 ist insbesondere ein Laser.

Das optische Modul 26 ist so angeordnet, dass es im Strahlengang 42 des vom lichtemittierenden Element 38 ausgesandten Lichts liegt.

Liegt eine Fehlfunktion des optischen Moduls 26 vor, beispielsweise eine Beschädigung, welche ein unkontrolliertes Austreten des vom lichtemittierenden Element 38 ausgesandten Lichts zur Folge haben könnte, kann dies über die Funktionsstruktur 13 und die Steuereinheit 40 detektiert werden, sodass die Leistung des lichtemittierenden Elements 38 abgesenkt oder dieses abgeschaltet werden kann.