Ziel der Entwicklung
Optische und optoelektronische Geräte nehmen eine immer größere Bedeutung ein. Diffuse und besonders gerichtete Reflektionen an inneren Oberflächen reduzieren jedoch die Abbildungsqualität und Auflösung solcher Geräte. Diese Reflektionen an den inneren Oberflächen werden durch eine möglichst über einen weiten Wellenlängenbereich wirksame Lichtabsorbtion und eine diffuse Lichtstreuung so weit wie möglich reduziert. Für die meist aus Leichtmetallen wie Aluminium, Magnesium oder Titan gefertigten Bauteile sollte eine Kombination der Plasmachemischen Oxidation der Leichtmetalloberflächen zur Lichtabsorption mit einer darauf abgestimmten Erzeugung von Rauheiten der Oberfläche in verschiedenen Größenordnungen, eine Ablenkung der einfallenden Störstrahlung in die Absorptionsschicht und eine diffuse Streuung der verbleibenden Strahlung zur möglichst weitgehenden Reduzierung von unerwünschten Lichtreflexen entwickelt werden.
Vorteile und Lösungen
Die Schwärzung der Oberfläche wird durch das Verfahren der Plasmachemischen Oxidation erreicht. Bei diesem Verfahren wird mittels elektrochemischer Prozesse eine Oxidation der Oberfläche der Leichtmetalle durchgeführt, wobei während dieser Oxidation aus der Flüssigkeit des Elektrolysebads farbgebende Ionen aufgenommen und in die Oberfläche eingelagert werden.
Im Gegensatz zur Eloxalbehandlung erfolgt die Oxidation und die Einlagerung farbgebender Ionen in einem Schritt. Eine anschließende Fixierung ist nicht erforderlich. Die lichtabsorbierende Wirkung ist über einen weiten Wellenlängenbereich vom UV-Licht über den sichtbaren Bereich bis zur IR-Strahlung gegeben.
Zusätzlich zur Lichtabsorption wird die Oberfläche so beschichtet, dass das auf die Oberfläche treffende Licht möglichst zur absorbierenden Schicht hin gebrochen wird. Hierzu dient eine Entspiegelungsschicht auf Basis von Oxidschichten, welche mittels Flammenpyrolyse oder eines dotierten Atmosphärendruckplasmas abgeschieden werden.
Zur Verminderung von Spiegelungen an glatten Oberflächen dient eine definierte Rauheit der Oberfläche. Neben der durch die Plasmachemische Oxidation der Oberfläche erreichten Rauheit dient hierzu eine gröbere Rauheit, welche z. B. durch Sandstrahlen oder Schleifen erzeugt wird, sowie die feinere Rauheit der Entspiegelungsschicht. Die erforderlichen Rauheiten sind von der Wellenlänge des Lichts abhängig und wurden durch Simulationsrechnungen ermittelt.
Die so erzeugten Schichten zeichnen sich durch eine vergleichsweise hohe mechanische und chemische Beständigkeit gegen Wasser und organische Lösemittel sowie durch eine ausreichende Haftfestigkeit zur Verklebung weiterer Komponenten aus. Die Beschichtung ist rein anorganisch aufgebaut und zeigt daher keine Ausgasung organischer Komponenten, welche sich auf Oberflächen von Linsen oder Sensoren niederschlagen könnten.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die entwickelten Superblack-Schichten sollen eingesetzt werden für optische und elektro-optische Geräte wie Ferngläser, Kameras, Laser, Beamer, Messgeräte wie UV-Vis-Spektrometer sowie andere optisch arbeitende Messgeräte im Bereich Life-Science. Hersteller dieser Geräte sind meist international operierende Firmen. Die Anwender erhalten eine leistungsfähige Antireflexbeschichtung ihrer Geräte, welche robust und vergleichsweise einfach anwendbar ist. Der Transfer erfolgt abhängig von der zu erwartenden Stückzahl der Bauteile. Kleinere Bauserien können im Kundenauftrag gefertigt werden, wodurch direkte Einnahmen erzielt werden. Für größere Stückzahlen und die Fertigung in entfernteren Standorten ist eine Lizenzerteilung möglich. Der Transfer der Technologie kann dabei ausgehend von kleineren Stückzahlen, anhand derer eine Anpassung der Fertigungsparameter erfolgt, mit einer Schulung des Bedienungspersonals sowie einer Unterstützung der Umsetzung vor Ort erfolgen.
Teile der Technologie werden bereits erfolgreich für optische Geräte bis zu Anwendungen in optischen Messgeräten für Weltraumanwendungen eingesetzt.