DE102005005396B3

DE102005005396B3 - Beschichtetes AsSe-Chalkogenidglas und Verfahren zur Herstellung dieses beschichteten Glases

Info

Publication number: DE102005005396B3
Application number: DE102005005396A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Prof. Dr. Tiller; Andreas Dr. Pfuch; Bernd Dr. Voigt
Original assignee: Innovent eV Technologieentwicklung
Current assignee: Innovent eV Technologieentwicklung
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-02-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beschichtetes AsSe-Chalkogenidglas und ein Verfahren zur Herstellung dieses beschichteten Glases. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, ein beschichtetes AsSe-Chalkogenidglas und ein Verfahren zur Herstellung dieses beschichteten Glases anzugeben, die einfach und preiswert realisiert werden können, wird dadurch gelöst, dass die Schicht zum Entspiegeln von AsSe-Chalkogenidglasoberflächen zumindest aus einer auf der Glasoberfläche befindlichen dünnen, reflexionsvermindernden Kunststoffschicht besteht, wobei die Kunststoffschicht aus Polyethylen oder Parylene oder Celluloseacetat ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beschichtetes AsSe-Chalkogenidglas und ein Verfahren zur Herstellung dieses Glases.

Seit vielen Jahren sind verschiedenste Möglichkeiten der Entspiegelung von Glasoberflächen bekannt, die auf dem Aufbringen von Schichtsystemen beruhen.

Diese Technologie basiert auf der Ausnutzung von Interferenzerscheinungen dünner dielektrischer Schichten mit Brechzahlen, die von dem des Grundmaterials abweichen. Um entsprechende Reflexionseigenschaften zu erzielen, ist es notwendig, die Dicken und die Brechzahlen der Einzelschichten genau mit dem Grundmaterial und untereinander abzustimmen. Einfachste Entspiegelungen ergeben sich durch Aufbringen einer Einzelschicht, deren Brechzahl und Dicke bei gegebener Wellenlänge aufgrund der Interferenzbedingungen ein Minimum an reflektierter Strahlung bedingt.

Interferenzschichtsysteme werden in der Glasbeschichtung für verschiedenste Anwendungen aufgebracht. Beispielhaft verwiesen sei auf die Linsen- und Spiegelproduktion in der optischen Industrie oder auf die Vergütung von Flachglasscheiben zur Herstellung von Sonnenschutz- oder Wärmeschutzgläsern.

Die Aufbringung derartiger Schichtsystem erfolgt vorzugsweise in Vakuumbedampfungsanlagen durch Festkörperzerstäubungsprozesse oder, bei Substratgrößen bis etwa 100 mm Durchmesser, durch Elektronenstrahlverdampfungsprozesse.

Nachteilig sind hierbei allerdings die sehr hohen Investitions- und Unterhaltskosten der Fertigungslinien, in die Vakuumprozesse integriert werden müssen, so dass ein Bedarf nach alternativen Verfahren, die Vakuumprozesse möglichst ausschließen, besteht.

Alternativ dazu werden in der Glasindustrie Flachgläser mit mittleren bis großen Abmessungen durch nassschemische Tauchverfahren (Sol-Gel-Prozesse) entspiegelt.

Die Schrift EP 0 256 153 A1 offenbart bspw. eine Antireflexscheibe, die eine 1 bis 20 μm dicke Schicht aus farblosem Kunststoff, bevorzugt Epoxidharz, aufweist.

Aus der Schrift DE 198 29 172 A1 ist eine Antireflexschicht aus Polymeren, wie Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyvinylpyridin oder Polyvinylchlorid bzw. fluorierten Polymeren bekannt.

Die Schrift US 5,449,558 A offenbart einen optischen Artikel, der u.a. eine reflexionsmindernde Fluorpolymerkunststoffschicht aufweist, wobei eine Funktionalisierung mit haftvermittelnder Wirkung vorgesehen ist, um die Adhäsion der Antireflexschicht zu verbessern.

Die voran stehend genannten Lösungen haben alle den Nachteil, dass sie für den Einsatz in infrarotoptischen Systemen ungeeignet sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein beschichtetes AsSe-Chalkogenidglas und ein Verfahren zur Herstellung dieses beschichteten Glases anzugeben, die einfach sowie preiswert realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Material gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den nachgeordneten Ansprüchen angegeben.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Material eine dünne Kunststoffschicht ist, die die Reflexion an Glasoberflächen vermindert. In diesem Zusammenhang ist der Glasbegriff nicht nur auf die im Sichtbaren und im UV transparenten Gläser eingeschränkt, sondern umfasst insbesondere auch Gläser für den infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums.

Die Kunststoffschicht besteht aus Polyethylen oder Parylene oder Celluloseacetat und kann mit Metallen dotiert sein.

Die zur Reflexionsverringerung auf der Glasoberfläche befindliche dünne Kunststoffschicht weist erfindungsgemäß folgende Eigenschaften auf

• Funktionalisierung auf der zum Glassubstrat zugewandten Seite der Schicht, welche ein haftvermittelnde Wirkung besitzt. Alternativ dazu kann die haftvermittelnde Wirkung auch durch eine Funktionalisierung der Glasoberfläche erzielt werden.
• Haftvermittlerschicht zur verbesserten Verbindung der dünnen Kunststoffschicht zum Glassubstrat in Form einer auf die Kunststoffschicht aufgebrachten organischen oder anorganischen Haftvermittlerschicht. Alternativ dazu kann das Glas die Haftvermittlerschicht tragen.
• Funktionalisierung auf der zum Glassubstrat abgewandten Seite der Schicht, welche bestimmte Oberflächeneigenschaften bedingt. Solche Oberflächeneigenschaften können bspw. hydrophobierenden oder hydrophilen Charakter zur Herstellung sogenannter easy-to-clean-Oberflächen besitzen.
• Angepasste optischen Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Brechzahl, durch geeignete Wahl der Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 20 μm und der Brechzahl im Bereich von 1,3 bis 1,8.

Durch das Aufbringen der dünnen Kunststoffschicht auf ein Glas kann, unter Berücksichtigung der Interferenzbedingungen, das Reflexionsvermögen des Glases verringert werden und die Transparenz, bspw. von Linsen, erhöht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schicht zum Entspiegeln von Glasoberflächen zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass beim Aufbringen der Schicht auf teure Vakuumtechniken verzichtet werden kann und in der Folge die Herstellungskosten optischer Systeme deutlich gesenkt werden können. Mit Blick auf den verstärkten Einsatz von infrarotoptischen Verfahren, bspw. im Automobilbereich, zeichnen sich Märkte ab, die erst durch preiswerte Systemkomponenten, wie die erfindungsgemäße Schicht zum Entspiegeln von Glasoberflächen, bedient werden können.

Die zur Reflexionsverminderung nötigen dünnen Kunststoffschichten können erfindungsgemäß in folgender Art und Weise auf die Oberflächen aufgebracht werden:

1. Auftrag einer Kunststoffschicht in Form einer dünnen Folie, im einfachsten Fall durch eine ausreichend große Adhäsion der Folie auf der Glasoberfläche. In diesem Fall reichen elektrostatische Anziehungskräfte für eine gute Haftung auf der Oberfläche aus.
2. Kaschieren, Laminieren, Heißprägen oder Aufschrumpfen einer dünnen Kunststofffolie auf das Glassubstrat.
3. Extrusion, bspw. die Blasextrusion,
4. Aufbringen von in einem Medium gelösten Kunststoffkomponenten bzw. eines Lacks, bspw. durch spin coating oder Rakeln oder Sprühen.

Die erfindungsgemäße Haftvermittlungsschicht zwischen Glas und Kunststoffschicht kann sowohl nasschemisch als auch mittels CVD- oder PVD-Verfahren, bevorzugt bei Atmosphärendruck, aufgebracht werden (bspw. Pyrosil^®-Technik). Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, dass diese Schicht als Primerschicht ausgebildet wird.

Die Haftvermittlerschicht kann bspw. eine SiO₂-Nanoschicht oder eine SiO₂-basierte Primerschicht sein.

Eine Breitbandentspiegelung kann erfindungsgemäß vermittels mehrerer dünner Kunststoffschichten realisiert werden, indem Folien entsprechender Dicke und Brechzahl nacheinander entsprechend der Verfahrensvarianten 1. bis 4. auf Glassubstrate aufgebracht werden.

Im Bereich der Erfindung liegt darüber hinaus das Aufbringen von Mehrschichtfolien auf die Glasoberfläche, wie sie bspw. in Coextrusionsmaschinen hergestellt werden können, entsprechend der Verfahrensvarianten 1. bis 4.

Die gemäß der Erfindung hergestellten Interferenzsysteme können mit weiteren Funktionsschichten (bspw. Hartstoff- bzw. Kratzschutzschichten) versehen sein, die die Oberflächeneigenschaften beeinflussen. Diese können durch nasschemische als auch durch CVD- oder PVD-Verfahren (bspw. mit der Pyrosil^®-Technik), bevorzugt bei Atmosphärendruck, realisiert werden.

Alternativ kann die Funktionalisierung auch durch eine Barriereentladung ausgegebildet werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

1. Ausführungsbeispiel
Eine dünne Kunststoffschicht (reflexionsvermindernde Interferenzschicht) befindet sich auf der Oberfläche (dem Licht zuzuwendenden oder abzuwendenden Seite oder beiden Seiten) eines in der IR-Optik verwendeten Glases und bewirkt eine Entspiegelung dieses Glases.
Diese Schicht besteht aus dem Kunststoff Polyethylen, das Glas ist als ca. 1 mm dickes und 20 × 20 mm² großes AsSe-Chalkogenidglas ausgeführt. (Chalkogenidgläser werden bekanntlich aufgrund ihrer Transparenz im infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums für optische Anwendungen im Bereich 3–5 μm und 8–12 μm verwendet.)
Die Brechzahl des AsSe-Glases liegt für den betrachteten Wellenlängenbereich bei etwa 2,8, die des Polyethylen bei etwa 1,5 (0,5 μm).
Polyethylen als Material für dünne Kunststoffschichten ist besonders vorteilhaft, da dessen Spektrum im Infrarotbereich des verwendeten Lichtes nur drei Banden bei etwa 730, 1470 und 2850 bis 2920 cm^–1 aufweist.
Die Dicke der Polyethylen-Folie, die auf das Glas aufgebracht wurde, beträgt etwa 7 bis 8 μm.
Bei der Herstellung dieses Systems ist darauf zu achten, dass die Folie beim Aufbringen auf die Glasoberfläche durch Glattstreichen ohne Lufteinschlüsse auf der Glasoberfläche positioniert wird.
2. Ausführungsbeispiel
Interferenzschichtsystem mit Entspiegelung auf der Vorder- und Rückseite des Glases wie im Ausführungsbeispiel 1, wobei das AsSe-Glas beidseitig mit der Polyethylen-Folie versehen ist.
3. Ausführungsbeispiel
Die dünne Kunststoffschicht dieses Ausführungsbeispiels ist durch Parylene mit einer Schichtdicke etwa 1,6 μm gebildet.
Diese Parylene-Schicht wird durch thermische Zersetzung im Vakuum von entsprechenden Dimerverbindungen und nachfolgende Kondensation des Dampfes zu Polymerverbindungen an den zu beschichtenden Glas innerhalb einer Vakuumkammer erzeugt. Der Beschichtungsprozess erfolgt im Gegensatz zu Sputter- oder Aufdampfverfahren nur im Vorvakuumbereich und ermöglicht prozessbedingt ein extrem gleichmäßiges Beschichten des Glases. Diese Gleichmäßigkeit der Beschichtung innerhalb der Beschichtungskammer ermöglicht es, sehr viele Gläser/optische Bauteile, bspw. Linsen, gleichzeitig in einem Anlagendurchlauf zu beschichten. Dementsprechend sind die Stückkosten pro Anlagendurchlauf günstig. Aufgrund der Eigenschaft des Parylene ist die chemische Stabilität der Schicht gegenüber den meisten sauren und basischen Medien hoch, was den beschichteten Gläsern/Bauteilen eine hohe Einsatzbreite ermöglicht.
Zudem entfaltet die Parylene-Schicht an der glasabgewandten Seite seine funktionellen Eigenschaften, die sich in einer ausgesprochen hohen Hydrophobie, einer hohen chemischen Beständigkeit und in einer guten biologischen Verträglichkeit äußern.
Die Parylene-Schicht führt, ebenso wie im vorangegangenen Ausführungsbeispielen dargestellt, zu einer recht deutlichen Verbesserungen der Transmission in den IR-optischen Bereichen von 3 bis 5 μm und 8 bis 12 μm, welche bei 3,5 μm und zwischen 9,5 und 11 μm über 30% betragen.
Wie im dem ersten Ausführungsbeispiel ist auf der Basis Parylenebeschichteter optischer Systeme die Signalverwertung entweder bei bestimmten Wellenlängen oder integrativ über definierte Wellenlängenbereiche möglich.
4. Ausführungsbeispiel
Die dünne Kunststoffschicht dieses Ausführungsbeispiels ist durch Celluloseacetat mit einer Schichtdicke etwa 30 μm gebildet.
Die Celluloseacetat-Schicht wird auf AsSe-Glas aufgebracht, indem eine Lösung, bestehend aus 0,2 g Celluloseacetat (EASTMAN^® CA-398-30, DSAc = 2,5) gelöst in 2 ml Aceton auf die gesamte AsSe-Glasoberfläche aufgetragen und das so behandelte Glas durch eine Rakel geschoben wird.
Nach dem Trocknen erfolgt die Beschichtung der Glasrückseite nach dem gleichen Prinzip.
Die Celluloseacetat-Schicht führt, ebenso wie die vorangegangenen Ausführungsbeispiele, zu einer recht deutlichen Verbesserung der Transmission in dem IR-optischen Bereich zwischen 3,5 und 5 μm und zu einer 10 bis 15%-igen Verbesserung der Transmissionseigenschaften.

Claims

AsSe-Chalkogenidglas beschichtet mit zumindest einer dünnen, reflexionsvermindernden Kunststoffschicht aus Polyethylen oder Parylene oder Celluloseacetat.
AsSe-Chalkogenidglas gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kunststoffschicht auf der dem Licht zuzuwendenden und/oder abzuwendenden Oberfläche des Glases befindet.
AsSe-Chalkogenidglas gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht eine Dicke von 0,5 μm bis 30 μm besitzt.
AsSe-Chalkogenidglas gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasoberfläche und/oder die Kunststoffschicht eine Funktionalisierung mit haftvermittelnder Wirkung aufweist.
AsSe-Chalkogenidglas gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalisierung durch eine organische und/oder anorganische Haftvermittlerschicht gebildet ist.
AsSe-Chalkogenidglas gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalisierung durch eine Barriereentladung ausgebildet ist.
AsSe-Chalkogenidglas gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht eine SiO₂-Nanoschicht oder eine SiO₂-basierte Primerschicht ist.
AsSe-Chalkogenidglas gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht eine Brechzahl im Bereich von 1,3 bis 1,8 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines AsSe-Chalkogenidglases nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche umfassend • ein Auftragen einer Kunststoffschicht in Form einer dünnen Folie oder • ein Kaschieren oder Laminieren oder Heißprägen oder Aufschrumpfen oder • eine Extrusion oder • ein Aufbringen von in einem Medium gelösten Kunststoffkomponenten oder eines Lackes.
Verfahren zur Herstellung eines AsSe-Chalkogenidglases nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht nasschemisch oder mittels CVD- oder PVD-Verfahren aufgebracht wird.