WO2014202391A1 - Optical components and method for producing same - Google Patents

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WO2014202391A1
WO2014202391A1 PCT/EP2014/061606 EP2014061606W WO2014202391A1 WO 2014202391 A1 WO2014202391 A1 WO 2014202391A1 EP 2014061606 W EP2014061606 W EP 2014061606W WO 2014202391 A1 WO2014202391 A1 WO 2014202391A1
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optical
layer
optical component
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thin glass
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PCT/EP2014/061606
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Thomas Neubert
Michael Vergöhl
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Definitions

  • the invention relates to optical components which are formed as a molded part, wherein the molded part is a layer system.
  • the layer system of the molding according to the invention is constructed from at least one thin glass film, on the first and / or second glass surface, an optical layer is arranged.
  • the layer system furthermore comprises a further layer of a plastic material arranged on the first or second glass surface and / or on the optical layer.
  • the invention further relates to a method for producing such an optical component and the use of the optical components, for example as a mirror, lens, window, beam splitter and waveguide, etc.
  • Optical components such as mirrors, lenses, beam splitters or waveguides can basically be made of glass or plastic.
  • plastics are increasingly being used today. set.
  • the requirements placed on such transparent plastics are high.
  • the optical components are expected to have a high scratch resistance, but at the same time these components must also be very light.
  • the optical components should protect the plastic surfaces against chemicals and
  • DE 19936940 AI describes an optical component made of plastic, which is embedded between two thin elastic glass sheets and has been formed as a composite body by means of injection molding.
  • DE 19936940 A1 relates to a simple lens whose outer surfaces have been protected by the thin glass.
  • a scratch-resistant protection of the optical material is ensured, however, can be made with the solution mentioned in the above-mentioned patent no other optical components with high demands on the optical quality.
  • the manufacturing process in the form of injection molding is cumbersome and does not allow the possibility to realize different optical elements.
  • optical element is known from DE 10 2005 006635 AI.
  • This optical element has an optically effective film which has been back-injected with a transparent polymer.
  • the optical element according to DE 10 2005 006635 Al can be designed as a waveguide or lens.
  • the optical properties can not be specifically influenced in the direction of a specific application in order to obtain an optical element that is optimally suitable for the desired use.
  • optical elements which have a comparison with the prior art improved scratch resistance compared to plastic components and which at the same time have a low weight. Also, the optical quality of the optical elements over those of the prior art can be increased.
  • the object of the invention is furthermore to provide a corresponding method for producing such optical elements.
  • an optical component is thus proposed which is present as a molded part, this molded part being formed by a layer system.
  • the layer system of the optical components according to the invention is constructed from at least one thin glass film, on the first and / or second glass surface has an optical layer and another on the first or second glass surface and / or on the optical layer of a plastic material.
  • optical quality of the optical interference layer systems can be better guaranteed on glass (or thin glass), as they are much more stable with regard to heating, UV irradiation or particle bombardment by the coating process.
  • the thin glass also represents a significant protection of the plastic surfaces against chemicals, solvents, etc.
  • a UV protective layer can be applied to the rear of the thin glass, which increases the UV resistance of the optical plastic component.
  • the thin-glass foil has a thickness of from 10 ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably from 50 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • a thin glass film is understood to mean a glass film, as also described in DIN-1259 part 2 for thin glasses.
  • the advantage of using a thin-glass film for the optical component to be produced is the fact that the coating of planar-held thin glass with vacuum coating method is much easier economically feasible, as the coating of three-dimensional plastic components.
  • the structure of the optical components according to the invention is based on a thin-glass foil as described above, and that then an optical layer is applied to the first and / or second glass surface.
  • the application of the optical layers on the thin glass sheet can be done by means of a known vacuum coating method. Examples of such vacuum coating processes are chemical vapor deposition (CVD), preferably a plasma-assisted vapor deposition (PECVD), or else a vapor deposition method or a sputter deposition.
  • the optical layer preferably has a density of 0.1 ⁇ to 10 ⁇ .
  • optical layer may be, for example, an antireflection layer, a dielectric mirror or a filter.
  • optical layers also referred to as interference layers, are usually made from metal oxide layers by the sputtering methods described above.
  • metal oxides are silicon dioxide,
  • Tantalum oxide, titanium oxide, niobium oxide or alumina In the case of the optical component according to the invention, either a surface of the glass surface may be coated with an optical layer or both glass surfaces.
  • the optical layers can also be heated, IR-reflective and / or antistatic at the same time.
  • the layer system of the optical components according to the invention furthermore comprises a plastic layer, which is usually applied by injection molding.
  • the thickness of the plastic layer can be in the range of 100 ⁇ to 10 cm.
  • the structure of the layer system according to the invention also includes embodiments in which the thin glass sheet is not the outermost layer. In this case, then, e.g. On an upper surface of the thin-glass foil, an antireflection layer is applied as an optical layer, which even meets high requirements in terms of scratch resistance. In this case, on the opposite side of the thin glass sheet, a second optical layer, e.g. an optical filter are applied, which in turn is then back-injected from a plastic layer.
  • a second optical layer e.g. an optical filter are applied, which in turn is then back-injected from a plastic layer.
  • Embodiments are also included in which more than one optical layer is arranged on top of each other when the optical component to be produced requires it. Finally, embodiments are also included in which two of the optical components described above are pressed together to form a system.
  • the invention is thus subject in the layer structure with respect to the optical layers and the plastic layers no restrictions.
  • the optical component is further optimized in such a way that the thin glass sheet and the plastic layer are adapted in their optical properties, in particular with respect to the refractive index and the absorption, ie that both the thin glass sheet and the plastic layer have almost identical refractive indices or absorptions .
  • the invention also opens up the possibility that additional layers, so-called adaptation layer systems for adjusting the optical properties, are provided for adjusting the alignment of the optical properties between the thin glass film and the plastic layer. It is also possible for adhesion promoter layers to be arranged on the plastic layer for better bonding of the thin glass film. In addition, it is possible that the plastic layer is provided with a UV-absorbing layer.
  • the invention further comprises a method for producing an optical component as described above.
  • the manufacturing process comprises three essential steps.
  • a first step at least one optical layer is applied to at least one of the surfaces of the thin glass foil by means of a vacuum coating method.
  • the coated thin glass sheet is then shaped into the desired shape of the optical component by means of a thermal process.
  • a plastic layer is then applied to the first or second glass surface and / or to the optical layer of the molded component
  • an optical layer ie an optical interference system consisting of metal oxide layers such as silica, tantalum oxide, titanium oxide, niobium oxide or alumina by means of a vacuum coating process as described above will be produced.
  • the thin glass, ie the thin glass sheet is then thermoformed in the next step, ie with the optical layer system by being pressed in a heated state in a mold.
  • the forming process is carried out at temperatures greater than 500 ° C, preferably 700 ° C, depending on the plastic material.
  • one or more of the reshaped thin glass is injected back-molded or back-pressed in a further form with a transparent plastic.
  • the coating of planar-held thin glasses with vacuum coating methods is easier to carry out and more economical than the coating of three-dimensional plastic components.
  • Another advantage of the method according to the invention is also seen in the fact that the stretching of optical layers during the molding process can be specifically compensated. Namely, the optical layer deposited on the thin glass is usually stretched by the working, resulting in a change of the optical characteristic. If, however, the optical layer system is intentionally inhomogeneously applied to the thin glass (for example via suitable masks during coating or by targeted removal by means of sputter etching), then the change in thickness can be compensated for by the forming. It can thus be produced by the inventive method optimally adapted layer systems for the molded optical components.
  • optical device according to the invention which is produced by a process as described above, can, of course, be prepared by conventional post-processing steps, e.g. Polishing, still to be optimized.
  • optical components according to the invention are used according to the invention as a mirror, lens, window, beam splitter, waveguide, HUD combiner, or optical filter.
  • FIG. 1 relates to the process steps for producing an optical component according to the invention and FIGS. 2a and 2b show two different layer constructions.
  • Thin glass eg with a thickness of 100 ⁇ m, is coated with an antireflection coating system (thin glass 119 nm Ta 2 O 5 126 nm Si0 2 1150 nm Ta 2 O 5 1103 nm Si0 2 ) by means of sputter deposition.
  • the coated thin glass is heated to temperatures of, for example, 700 ° C and pressed into a mold. Here, the glass remains at a temperature of 400 ° C during a slow (eg 30 min.) Cooling process.
  • the substrate is released from the forming mold and placed in the rear spitz form and here with an optically transparent polymer (eg polymethyl methacrylate, polycarbonate,
  • FIG. 1 describes the essential process steps for the production of the process according to the invention.
  • the first method step is shown, i. the application of at least one optical layer 2 on a thin glass sheet 1.
  • the application of the optical layer 2 on the thin glass sheet 1 takes place by means of a Sputterdeposition.
  • the coated thin glass is then heated to temperatures of, for example, 700 ° C. and pressed into a mold 3.
  • Figure lb it is shown how the coated thin glass sheet 4 is brought in the mold by compression in the desired shape.
  • the process is carried out so that the coated glass during a slow (for example
  • FIGS. 2a and 2b show two non-three-dimensionally deformed, ie planar components according to the invention.
  • FIGS. 2a and 2b are intended to schematically illustrate the structure of the layer system.
  • the optical component according to FIG. 2a thus consists of a thin-glass foil 10 on the one optical layer 11, for example a filter has been applied.
  • the optical layer 11 has then been back-injected by means of polycarbonate as plastic and thus forms the plastic layer 12.
  • FIG. 2b shows a further embodiment, in which case the thin-glass foil 10 has been provided with optical layers on both sides.
  • the layer 11 ' can be an antireflection layer and the layer 11 "an optical filter
  • the plastic layer 12, which has again been produced by injection molding, is then applied to the optical filter 11.

Abstract

The invention relates to optical components which are formed as molded parts, said molded parts being layer systems. The layer system of the molded part according to the invention is made of at least one thin glass film, on the first and/or second glass surface of which an optical layer is arranged. The layer system further comprises another layer arranged on the first or second glass surface and/or on the optical layer, said layer being made of a plastic material. The invention further relates to a method for producing such an optical component and to the use of the optical component as a mirror, lens, window, beam distributor, and waveguide, etc. for example.

Description

Optische Bauelemente und Verfahren zu deren Herstellung  Optical components and method for their production
Die Erfindung betrifft optische Bauelemente, die als Formteil ausgebildet sind, wobei das Formteil ein Schichtsystem ist. Das Schichtsystems des Formteils nach der Erfindung ist dabei aus mindestens einer Dünnglasfolie aufgebaut, auf deren ersten und/oder zweiten Glasoberfläche eine optische Schicht angeordnet ist. Das Schichtsystem umfasst weiterhin, eine weitere auf der ersten oder zweiten Glasoberfläche und/oder auf der optischen Schicht angeordnete Schicht aus einem Kunststoffmaterial. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optischen Bauelements und die Verwendung der optischen Bauelemente zum Beispiel als Spiegel, Linse, Fenster, Strahlteiler und Wellenleiter usw. The invention relates to optical components which are formed as a molded part, wherein the molded part is a layer system. The layer system of the molding according to the invention is constructed from at least one thin glass film, on the first and / or second glass surface, an optical layer is arranged. The layer system furthermore comprises a further layer of a plastic material arranged on the first or second glass surface and / or on the optical layer. The invention further relates to a method for producing such an optical component and the use of the optical components, for example as a mirror, lens, window, beam splitter and waveguide, etc.
Optische Bauelemente wie z.B. Spiegel, Linsen, Strahlteiler oder Wellenleiter können grundsätzlich aus Glas oder auch aus Kunststoff hergestellt werden. Für Bereiche, bei denen ein geringes Gewicht der optischen Bauelemente wichtig ist, z.B. bei Brillengläsern, werden heute zunehmend Kunststoffe ein- gesetzt. Die Anforderungen der an derartig transparente Kunststoffe gestellt werden sind aber hoch. So wird von den optischen Bauelementen erwartet, dass sie eine hohe Kratzfestigkeit aufweisen, gleichzeitig müssen diese Bauelemente aber auch sehr leicht sein. Weiterhin sollten die optischen Bauele- mente einen Schutz der Kunststoffoberflächen gegenüber Chemikalien undOptical components such as mirrors, lenses, beam splitters or waveguides can basically be made of glass or plastic. For areas in which a low weight of the optical components is important, for example in the case of spectacle lenses, plastics are increasingly being used today. set. However, the requirements placed on such transparent plastics are high. Thus, the optical components are expected to have a high scratch resistance, but at the same time these components must also be very light. Furthermore, the optical components should protect the plastic surfaces against chemicals and
Lösungsmitteln aufweisen, und wenn möglich sollte auch ein UV-Schutz gegeben sein. Letztlich ist es auch erforderlich, dass die optische Qualität der Bauelemente, die für den Anwendungsfall gefordert wird, gewährleistet ist. Die DE 19936940 AI beschreibt ein optisches Bauelement aus Kunststoff, das zwischen zwei dünnen elastischen Glasscheiben eingebettet ist und als Verbundkörper im Wege des Spritzgießens geformt worden ist. Im Wesentlichen betrifft die DE 19936940 AI eine einfache Linse, deren äußeren Flächen durch das Dünnglas geschützt worden sind. Bei der dort vorgeschlagenen Lösung wird zwar ein kratzfester Schutz des optischen Materials gewährleistet, jedoch können mit der in der vorstehend genannten Offenlegungsschrift genannten Lösung keine anderen optischen Bauelemente mit hohen Anforderungen an die optische Qualität hergestellt werden. Auch ist das Herstellungsverfahren in Form des Spritzgießens umständlich und erlaubt nicht die Möglichkeit, ver- schiedene optische Elemente zu realisieren. Have solvents, and if possible, UV protection should be given. Ultimately, it is also necessary that the optical quality of the components, which is required for the application, is guaranteed. DE 19936940 AI describes an optical component made of plastic, which is embedded between two thin elastic glass sheets and has been formed as a composite body by means of injection molding. Essentially, DE 19936940 A1 relates to a simple lens whose outer surfaces have been protected by the thin glass. In the solution proposed there, although a scratch-resistant protection of the optical material is ensured, however, can be made with the solution mentioned in the above-mentioned patent no other optical components with high demands on the optical quality. Also, the manufacturing process in the form of injection molding is cumbersome and does not allow the possibility to realize different optical elements.
Ein weiteres optisches Element ist aus der DE 10 2005 006635 AI bekannt. Diese optische Element besitzt eine optisch wirksame Folie, die mit einem transparenten Polymer hinterspritzt worden ist. Das optische Element nach der DE 10 2005 006635 AI kann als Wellenleiter oder Linse ausgebildet sein. Another optical element is known from DE 10 2005 006635 AI. This optical element has an optically effective film which has been back-injected with a transparent polymer. The optical element according to DE 10 2005 006635 Al can be designed as a waveguide or lens.
Nachteilig bei dem dort beschriebenen optischen Element ist allerdings, dass die beschriebene Folie in ihrer Kratzbeständigkeit nicht ausreichend ist. Zusätzlich können auch die optischen Eigenschaften nicht gezielt in Richtung einer bestimmten Anwendung hin beeinflusst werden um ein optisches Element zu erhalten, dass für den gewünschten Einsatz optimal geeignet ist. A disadvantage of the optical element described therein, however, is that the film described is not sufficient in its scratch resistance. In addition, the optical properties can not be specifically influenced in the direction of a specific application in order to obtain an optical element that is optimally suitable for the desired use.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, optische Elemente vorzuschlagen, die eine gegenüber dem Stand der Technik verbes- serte Kratzbeständigkeit im Vergleich zu Kunststoffbauteilen aufweisen und die gleichzeitig ein geringes Gewicht besitzen. Auch soll die optische Qualität der optischen Elemente gegenüber denen des Stand der Technik gesteigert werden. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von derartigen optischen Elementen anzugeben. Based on this, it is the object of the present invention to propose optical elements which have a comparison with the prior art improved scratch resistance compared to plastic components and which at the same time have a low weight. Also, the optical quality of the optical elements over those of the prior art can be increased. The object of the invention is furthermore to provide a corresponding method for producing such optical elements.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruches 11. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. The object is solved by the features of claim 1. With regard to the method by the features of claim 11. The subclaims show advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird somit ein optisches Bauelement vorgeschlagen, dass als Formteil vorliegt, wobei dieses Formteil durch ein Schichtsystem gebildet ist. Das Schichtsystem der erfindungsgemäßen optischen Bauelemente ist dabei aus mindestens einer Dünnglasfolie aufgebaut, auf deren ersten und/oder zweiten Glasoberfläche eine optische Schicht und eine weitere auf der ersten oder zweiten Glasoberfläche und/oder auf der optischen Schicht aus einem Kunststoffmaterial aufweist. According to the invention, an optical component is thus proposed which is present as a molded part, this molded part being formed by a layer system. The layer system of the optical components according to the invention is constructed from at least one thin glass film, on the first and / or second glass surface has an optical layer and another on the first or second glass surface and / or on the optical layer of a plastic material.
Die Vorteile eines derartigen optischen Bauelements sind: The advantages of such an optical component are:
• Hohe Kratzbeständigkeit im Vergleich zu vergleichbaren Kunststoffbauteilen ohne Dünnglasoberfläche • High scratch resistance compared to comparable plastic components without thin glass surface
• Es wird keine zusätzliche Kratzschutzbeschichtung (z.B. in Form von UV- oder thermisch härtenden Lacken, PEDVD-Beschichtungen etc.) benötigt.  • No additional scratch-resistant coating (e.g., in the form of UV or thermosetting paints, PEDVD coatings, etc.) is needed.
• Es entsteht gleichzeitig ein sehr leichtes Bauteil (Verglichen mit Bauteilen aus Glas).  • At the same time, it creates a very light component (compared to glass components).
• Die optische Qualität der optischen Interferenzschichtsysteme ist auf Glas (bzw. Dünnglas) besser zu gewährleisten, da diese wesentlich stabiler hinsichtlich Erwärmung, UV-Bestrahlung oder Teilchenbe- schuss durch den Beschichtungsprozess sind.  • The optical quality of the optical interference layer systems can be better guaranteed on glass (or thin glass), as they are much more stable with regard to heating, UV irradiation or particle bombardment by the coating process.
• Das Dünnglas stellt auch einen erheblichen Schutz der Kunststoffoberflächen gegenüber Chemikalien, Lösungsmitteln etc. dar.  • The thin glass also represents a significant protection of the plastic surfaces against chemicals, solvents, etc.
• Auf der Rückseite des Dünnglases lässt sich auch eine UV-Schutzschicht aufbringen, welche die UV-Beständigkeit des optischen Kunststoff bau- teils erhöht.  • A UV protective layer can be applied to the rear of the thin glass, which increases the UV resistance of the optical plastic component.
• Einbettung unterschiedlicher optischer sowie weiterer Funktionen (z.B.  • embedding different optical and other functions (e.g.
Antistatik, IR-reflektierend, elektrisch heizbar durch innenliegenden TCO-Beschichtungen usw.) durch Beschichtung und Dünngläser. Antistatic, IR-reflective, electrically heatable by internal TCO coatings, etc.) through coating and thin glasses.
Bei dem optischen Bauelement nach der Erfindung ist es dabei bevorzugt, wenn die Dünnglasfolie eine Dicke von 10 μιη bis 1000 μιη, bevorzugt von 50 μιη bis 200 μιη aufweist. Erfindungsgemäß wird unter einer Dünnglasfolie eine Glasfolie verstanden, wie sie auch in der DIN-1259 Teil 2 für dünne Gläser beschrieben ist. In the case of the optical component according to the invention, it is preferred if the thin-glass foil has a thickness of from 10 μm to 1000 μm, preferably from 50 μm to 200 μm. According to the invention, a thin glass film is understood to mean a glass film, as also described in DIN-1259 part 2 for thin glasses.
Der Vorteil der Verwendung einer Dünnglasfolie für die herzustellenden optischen Bauelement ist darin zu sehen, dass die Beschichtung von planar gehalterten Dünngläsern mit Vakuumbeschichtungsverfahren sehr viel leichter wirtschaftlich durchführbar ist, als die Beschichtung von dreidimensionalen Kunststoff bauteilen. The advantage of using a thin-glass film for the optical component to be produced is the fact that the coating of planar-held thin glass with vacuum coating method is much easier economically feasible, as the coating of three-dimensional plastic components.
Erfindungsgemäß ist somit auch vorgesehen, dass zum Aufbau der optischen Bauelemente nach der Erfindung von einer Dünnglasfolie wie vorstehend beschrieben ausgegangen wird, und dass dann auf der ersten und/oder zweiten Glasoberfläche eine optische Schicht aufgebracht wird. Das Aufbringen der optischen Schichten auf die Dünnglasfolie kann dabei mittels eines bekannten Vakuumbeschichtungsverfahrens geschehen. Beispiele für derartige Vakuumbeschichtungsverfahren sind die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), bevorzugt eine plasma-untersützte Gasphasenabscheidung (PECVD), oder auch ein Aufdampfverfahren oder eine Sputterdeposition. Die optische Schicht hat dabei bevorzugt eine Dichte von 0,1 μιη bis 10 μιη. According to the invention, it is thus also provided that the structure of the optical components according to the invention is based on a thin-glass foil as described above, and that then an optical layer is applied to the first and / or second glass surface. The application of the optical layers on the thin glass sheet can be done by means of a known vacuum coating method. Examples of such vacuum coating processes are chemical vapor deposition (CVD), preferably a plasma-assisted vapor deposition (PECVD), or else a vapor deposition method or a sputter deposition. The optical layer preferably has a density of 0.1 μιη to 10 μιη.
Wesentliches Element der Erfindung ist somit, dass sich die optischen Bauelemente nach der Erfindung ausgehend von einer planaren Dünnglasfolie sehr leicht wirtschaftlich und effektiv mit einer optischen Schicht versehen werden können. Die optische Schicht kann dabei zum Beispiel eine Antireflex- schicht, ein dielektrischer Spiegel oder ein Filter sein. Derartige optische Schichten, die auch als Interferenzschichten bezeichnet werden, werden gewöhnlicherweise aus Metalloxidschichten mit den vorstehend beschriebenen Sputterverfahren hergestellt. Als Metalloxide sind Siliciumdioxid, An essential element of the invention is thus that the optical components according to the invention, starting from a planar thin glass sheet can be very economically and effectively provided with an optical layer. The optical layer may be, for example, an antireflection layer, a dielectric mirror or a filter. Such optical layers, also referred to as interference layers, are usually made from metal oxide layers by the sputtering methods described above. As metal oxides are silicon dioxide,
Tantaloxid, Titanoxid, Nioboxid oder auch Aluminiumoxid zu nennen. Beim erfindungsgemäßen optischen Bauelement kann dabei entweder eine Oberfläche der Glasoberfläche mit einer optischen Schicht beschichtet sein oder auch beide Glasoberflächen. Die optischen Schichten können dabei auch gleichzeitig noch heizbar, IR-reflektierend und/oder antistatisch ausgerüstet sein. Tantalum oxide, titanium oxide, niobium oxide or alumina. In the case of the optical component according to the invention, either a surface of the glass surface may be coated with an optical layer or both glass surfaces. The optical layers can also be heated, IR-reflective and / or antistatic at the same time.
Das Schichtsystem der erfindungsgemä en optischen Bauelemente umfasst weiterhin eine Kunststoffschicht, die üblicherweise durch Hinterspritzen aufgebracht wird. Die Dicke der Kunststoffschicht kann dabei im Bereich von 100 μιη bis 10 cm liegen. The layer system of the optical components according to the invention furthermore comprises a plastic layer, which is usually applied by injection molding. The thickness of the plastic layer can be in the range of 100 μιη to 10 cm.
Als Materialien für die Kunststoff Schicht kommen insbesondere transparente Kunststoffe in Frage. Beispiele hierfür sind Polymethlymetacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylentherphthalat (PET), Polypropylen (PE) oder Polystyrol (PS). Der Aufbau des Schichtsystems nach der Erfindung umfasst dabei auch Ausführungsformen, bei denen die Dünnglasfolie nicht die äußerste Schicht ist. In diesem Falle kann dann z.B. auf einer Oberfläche der Dünnglasfolie eine Antireflexschicht als optische Schicht aufgebracht werden, die selbst schon im Bezug auf Kratzfestigkeit hohe Anforderungen erfüllt. In die- sem Fall kann auf der gegenüber liegenden Seite der Dünnglasfolie eine zweite optische Schicht, z.B. ein optischer Filter aufgebracht werden, der dann wiederum von einer Kunststoff Schicht hinterspritzt ist. Auch sind Ausführungsformen mit umfasst, bei denen mehr als eine optische Schicht aufeinander angeordnet ist, wenn das herzustellende optische Bauelement dies erfor- dert. Letztlich sind auch Ausführungsformen eingeschlossen, bei denen zwei der vorstehend beschriebenen optischen Bauelement miteinander zu einem System verpresst werden. As materials for the plastic layer in particular transparent plastics come into question. Examples of these are polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PE) or polystyrene (PS). The structure of the layer system according to the invention also includes embodiments in which the thin glass sheet is not the outermost layer. In this case, then, e.g. On an upper surface of the thin-glass foil, an antireflection layer is applied as an optical layer, which even meets high requirements in terms of scratch resistance. In this case, on the opposite side of the thin glass sheet, a second optical layer, e.g. an optical filter are applied, which in turn is then back-injected from a plastic layer. Embodiments are also included in which more than one optical layer is arranged on top of each other when the optical component to be produced requires it. Finally, embodiments are also included in which two of the optical components described above are pressed together to form a system.
Die Erfindung unterliegt somit im Schichtaufbau im Bezug auf die optischen Schichten und die Kunststoffschichten keinerlei Einschränkungen. The invention is thus subject in the layer structure with respect to the optical layers and the plastic layers no restrictions.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Bauelement in der Weise noch optimiert, dass die Dünnglasfolie und die Kunststoffschicht in ihren optischen Eigenschaften insbesondere im Bezug auf die Brechzahl und die Absorption angepasst, d.h. dass sowohl die Dünnglasfolie und die Kunststoffschicht nahezu identische Brechzahlen bzw. Absorptionen aufweisen. Die Erfindung eröffnet auch die Möglichkeit, dass zur Einstellung der Anglei- chung der optischen Eigenschaften zwischen der Dünnglasfolie und der Kunststoffschicht noch zusätzliche Schichten, sogenannten Anpassungsschichtsystemen zum Angleich der optischen Eigenschaften vorgesehen sind. Auch können noch Haftvermittlerschichten zur besseren Anbindung der Dünnglasfolie an die Kunststoffschicht angeordnet sein. Zusätzlich ist es möglich, dass auch die Kunststoff schicht mit einer UV-absorbierenden Schicht versehen ist. According to a preferred embodiment, the optical component is further optimized in such a way that the thin glass sheet and the plastic layer are adapted in their optical properties, in particular with respect to the refractive index and the absorption, ie that both the thin glass sheet and the plastic layer have almost identical refractive indices or absorptions , The invention also opens up the possibility that additional layers, so-called adaptation layer systems for adjusting the optical properties, are provided for adjusting the alignment of the optical properties between the thin glass film and the plastic layer. It is also possible for adhesion promoter layers to be arranged on the plastic layer for better bonding of the thin glass film. In addition, it is possible that the plastic layer is provided with a UV-absorbing layer.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelementes wie vorstehend beschrieben. The invention further comprises a method for producing an optical component as described above.
Das Herstellungsverfahren umfasst drei wesentliche Schritte. In einem ersten Schritt wird mindestens eine optische Schicht auf mindestens eine der Oberflächen der Dünnglasfolie mittels eines Vakuumbeschichtungsverfahrens aufgebracht. Im nächsten Schritt erfolgt dann Umformen der beschichteten Dünnglasfolie in die gewünschte Form des optischen Bauelementes mittels eines thermischen Verfahrens. Anschließend, d.h. als letzter Verfahrensschritt wird dann eine Kunststoffschicht auf die erste oder zweite Glasoberfläche und/oder auf die optische Schicht des geformten Bauelements durch The manufacturing process comprises three essential steps. In a first step, at least one optical layer is applied to at least one of the surfaces of the thin glass foil by means of a vacuum coating method. In the next step, the coated thin glass sheet is then shaped into the desired shape of the optical component by means of a thermal process. Subsequently, i. As the last method step, a plastic layer is then applied to the first or second glass surface and / or to the optical layer of the molded component
Hinterspritzen aufgebracht. Applied back injection.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren wird darin gesehen, dass zur Herstellung des optischen Bauelements zunächst auf einem Dünnglas eine optische Schicht, d.h. ein optisches Interferenzsystem bestehend aus Metalloxidschichten wie Siliciumdioxid, Tantaloxid, Titanoxid, Nioboxid oder auch Aluminiumoxid mittels eines Vakuumbeschichtungsver- fahren wie vorstehend beschrieben hergestellt wird. Das Dünnglas, d.h. die Dünnglasfolie wird dann erst im nächsten Schritt, d.h. mit dem optischen Schichtsystem thermisch umgeformt, indem es im erwärmten Zustand in eine Form gepresst wird. Der Umformvorgang wird bei Temperaturen größer als 500°C, bevorzugt 700°C, in Abhängigkeit des Kunststoffmaterials durchgeführt. Anschließend werden ein oder mehrere von den umgeformten Dünngläsern in eine weitere Form mit einem transparenten Kunststoff hinterspritzt oder hinterpresst. Die Beschichtung von planer gehalterten Dünngläsern mit Vakuumbeschich- tungsverfahren ist leichter durchführbar und wirtschaftlicher als die Beschichtung von dreidimensionalen Kunststoffbauteilen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch darin gesehen, dass die Dehnung von optischen Schichten beim Formvorgang gezielt ausgeglichen werden kann. Normalerweise wird nämlich die optische Schicht, die auf dem Dünnglas aufgebracht worden ist, durch das Umformen gedehnt, was zu einer Änderung der optischen Charakteristik führt. Bringt man nun aber das optische Schichtsystem auf das Dünnglas gezielt inhomogen auf (z.B. über geeignete Masken beim Beschichten oder durch gezieltes Abtragen mittels Sputterätzen), so kann die Dickenänderung durch das Umformen ausgeglichen werden. Es lassen sich somit durch das erfindungsgemäße Verfahren optimal angepasste Schichtsysteme auch für die geformten optischen Bauelemente herstellen. The essential advantage of the method according to the invention is seen in that for the production of the optical component first on a thin glass, an optical layer, ie an optical interference system consisting of metal oxide layers such as silica, tantalum oxide, titanium oxide, niobium oxide or alumina by means of a vacuum coating process as described above will be produced. The thin glass, ie the thin glass sheet is then thermoformed in the next step, ie with the optical layer system by being pressed in a heated state in a mold. The forming process is carried out at temperatures greater than 500 ° C, preferably 700 ° C, depending on the plastic material. Subsequently, one or more of the reshaped thin glass is injected back-molded or back-pressed in a further form with a transparent plastic. The coating of planar-held thin glasses with vacuum coating methods is easier to carry out and more economical than the coating of three-dimensional plastic components. Another advantage of the method according to the invention is also seen in the fact that the stretching of optical layers during the molding process can be specifically compensated. Namely, the optical layer deposited on the thin glass is usually stretched by the working, resulting in a change of the optical characteristic. If, however, the optical layer system is intentionally inhomogeneously applied to the thin glass (for example via suitable masks during coating or by targeted removal by means of sputter etching), then the change in thickness can be compensated for by the forming. It can thus be produced by the inventive method optimally adapted layer systems for the molded optical components.
Bezüglich des Hinterspritzens und die diesbezüglichen Verfahrensparameter wird auf den Stand der Technik verwiesen. Hierzu wird z.B. auf die DE 10 2009 000 699 AI und auf die DE 10 2005 050930 AI verwiesen. With regard to back injection and the related process parameters, reference is made to the prior art. For this purpose, e.g. to DE 10 2009 000 699 AI and DE 10 2005 050930 AI referenced.
Das erfindungsgemäße optische Bauelement, das nach einem Verfahren wie vorstehend beschrieben hergestellt wird, kann selbstverständlich durch übliche Nachbearbeitungsschritte, wie z.B. Polieren, noch optimiert werden. The optical device according to the invention, which is produced by a process as described above, can, of course, be prepared by conventional post-processing steps, e.g. Polishing, still to be optimized.
Die erfindungsgemäßen optischen Bauelemente werden erfindungsgemäß als Spiegel, Linse, Fenster, Strahlteiler, Wellenleiter, HUD-Combiner, oder optischer Filter eingesetzt. The optical components according to the invention are used according to the invention as a mirror, lens, window, beam splitter, waveguide, HUD combiner, or optical filter.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben. The invention will be described below with reference to an embodiment and with reference to Figures 1 and 2.
Figur 1 betrifft dabei die Prozessschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen optischen Bauelementes und die Figur 2a und 2b zeigen zwei verschiedene Schichtaufbauten. Ausführungsbeispiel: FIG. 1 relates to the process steps for producing an optical component according to the invention and FIGS. 2a and 2b show two different layer constructions. Embodiment:
Dünnglas, z.B. mit einer Dicke von 100 μιη wird mit einem Antireflexions- schichtsystem (Dünnglas 119 nm Ta205126 nm Si021150 nm Ta2051103 nm Si02) mittels Sputterdeposition beschichtet. Das beschichtete Dünnglas wird auf Temperaturen von z.B. 700°C erwärmt und in eine Form gepresst. Hier verbleibt das Glas während eines langsamen (z.B. 30 min dauernden) Abkühl- prozess bis zu einer Temperatur von 400°C. Das Substrat wird aus der Umformform gelöst und in die Hintersp ritzform verbracht und hier mit einem optisch transparenten Polymer (z.B. Polymethylmethacylat, Polycarbonat,Thin glass, eg with a thickness of 100 μm, is coated with an antireflection coating system (thin glass 119 nm Ta 2 O 5 126 nm Si0 2 1150 nm Ta 2 O 5 1103 nm Si0 2 ) by means of sputter deposition. The coated thin glass is heated to temperatures of, for example, 700 ° C and pressed into a mold. Here, the glass remains at a temperature of 400 ° C during a slow (eg 30 min.) Cooling process. The substrate is released from the forming mold and placed in the rear spitz form and here with an optically transparent polymer (eg polymethyl methacrylate, polycarbonate,
Polyethylen-terephthalat, Polystyrol, etc.) hinterspritzt. Anschließend erfolgen die Entnahme aus dem Hinterspritzwerkzeug und eine ggf. notwendige Nachbearbeitung des Bauteils. Figur 1 beschreibt die wesentlichen Prozessschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Figur la ist dabei der erste Verfahrensschritt dargestellt, d.h. das Aufbringen mindestens einer optischen Schicht 2 auf eine Dünnglasfolie 1. Das Aufbringen der optischen Schicht 2 auf die Dünnglasfolie 1 erfolgt dabei mittels einer Sputterdeposition. Polyethylene terephthalate, polystyrene, etc.) back-injected. Subsequently, the removal from the Hinterspritzwerkzeug and possibly necessary post-processing of the component. FIG. 1 describes the essential process steps for the production of the process according to the invention. In FIG. 1a, the first method step is shown, i. the application of at least one optical layer 2 on a thin glass sheet 1. The application of the optical layer 2 on the thin glass sheet 1 takes place by means of a Sputterdeposition.
Anschließend wird dann das beschichtete Dünnglas auf Temperaturen von z.B 700°C erwärmt und in eine Form 3 gepresst. In Figur lb ist dabei dargestellt, wie die beschichtete Dünnglasfolie 4 im Formwerkzeug durch Verpressung in die gewünschte Form gebracht wird. Bevorzugt wird dabei das Verfahren so durchgeführt, dass das beschichtete Glas während eines langsamen (z.B. überSubsequently, the coated thin glass is then heated to temperatures of, for example, 700 ° C. and pressed into a mold 3. In Figure lb it is shown how the coated thin glass sheet 4 is brought in the mold by compression in the desired shape. Preferably, the process is carried out so that the coated glass during a slow (for example
30 Minuten dauernden) Abkühlprozesses bis zu einer Temperatur von 400°C herunter gekühlt wird. In Figur lc ist dann dargestellt, wie das Hinterspritzen der umgeformten Dünnglasfolie 4 erfolgt. Dazu wird in einer geeigneten Vorrichtung 6 über einen Zugang 7 der Kunststoff eingespritzt. Das fertige opti- sehe Bauelement 5 wird dann aus der Form heraus genommen. 30 minutes) cooling down to a temperature of 400 ° C is cooled down. In Figure lc is then shown how the injection molding of the formed thin glass sheet 4 takes place. For this purpose, the plastic is injected in a suitable device 6 via an access 7. The finished optical component 5 is then removed from the mold.
In Figur 2a und 2b sind der Einfachheit halber zwei erfindungsgemäße, nicht dreidimensional verformte, d.h. planare Bauelemente dargestellt. Die Figuren 2a und 2b sollen schematisch den Aufbau des Schichtsystems darstellen. In Figur 2a ist dabei ein Aufbau aus drei Schichten gezeigt. Das optische Bauelement nach der Figur 2a besteht somit aus einer Dünnglasfolie 10 auf die eine optische Schicht 11, z.B. ein Filter aufgebracht worden ist. Die optische Schicht 11 ist dann mittels Polycarbonat als Kunststoff hinterspritzt worden und bildet somit die Kunststoff Schicht 12. In Figur 2b ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, wobei hier die Dünnglasfolie 10 beidseitig mit optischen Schichten versehen worden ist. Die Schicht 11' kann dabei eine Antireflexschicht sein und die Schicht 11" ein optischer Filter. Die Kunststoffschicht 12, die wieder durch Hinterspritzen hergestellt worden ist, ist dann auf dem optischen Filter 11 aufgebracht. For the sake of simplicity, FIGS. 2a and 2b show two non-three-dimensionally deformed, ie planar components according to the invention. FIGS. 2a and 2b are intended to schematically illustrate the structure of the layer system. In FIG. 2a, a construction of three layers is shown. The optical component according to FIG. 2a thus consists of a thin-glass foil 10 on the one optical layer 11, for example a filter has been applied. The optical layer 11 has then been back-injected by means of polycarbonate as plastic and thus forms the plastic layer 12. FIG. 2b shows a further embodiment, in which case the thin-glass foil 10 has been provided with optical layers on both sides. The layer 11 'can be an antireflection layer and the layer 11 "an optical filter The plastic layer 12, which has again been produced by injection molding, is then applied to the optical filter 11.

Claims

Patentansprüche claims
Optisches Bauelement als Formteil, wobei das Formteil ein Schichtsystem ist, das aus mindestens einer Dünnglasfolie auf deren ersten und/oder zweiten Glasoberfläche eine optische Schicht und einer weiteren auf der ersten oder zweiten Glasoberfläche und/oder auf der optischen Schicht angeordneten Schicht aus einem Kunststoffmaterial, aufgebaut ist. An optical component as a molded part, wherein the molded part is a layer system comprising at least one thin glass foil on its first and / or second glass surface an optical layer and another layer of a plastic material arranged on the first or second glass surface and / or on the optical layer, is constructed.
Optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnglasfolie eine Dicke von 10 μιη bis 1000 μιη, bevorzugt von 50 μιη bis 200 μιη aufweist. Optical component according to claim 1, characterized in that the thin glass sheet has a thickness of 10 μιη to 1000 μιη, preferably from 50 μιη to 200 μιη.
Optisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Schicht mittels eines Vakuumbeschichtungsver- fahrens aufgebracht worden ist und eine Dicke von 0,1 bis 10 μιη aufweist. Optical component according to claim 1 or 2, characterized in that the optical layer has been applied by means of a vacuum coating process and has a thickness of 0.1 to 10 μm.
Optisches Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die optische Schicht eine Antireflex- schicht, ein dielektrischer Spiegel oder ein Filter ist. Optical component according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the optical layer is an antireflection coating, a dielectric mirror or a filter.
Optisches Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Schicht eine Metalloxidschicht ist. Optical component according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the optical layer is a metal oxide layer.
Optisches Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht durch Optical component according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the plastic layer by
Hinterspritzen aufgebracht worden ist, und eine Dicke von 100 μιη bis 10 cm aufweist.  Injection molding has been applied, and has a thickness of 100 μιη to 10 cm.
7. Optisches Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff Schicht ein optisch transparentes Polymer ist, das bevorzugt ausgewählt ist aus Polymethylmetacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylen- therephthalat (PET), Polystyrol (PS), Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE). 7. Optical component according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the plastic layer is an optically transparent polymer, which is preferably selected from Polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polypropylene (PP) or polyethylene (PE).
Optisches Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnglasfolie und die Kunststoffschicht in ihren optischen Eigenschaften, wie Brechzahl und Absorption, nahezu gleich sind. Optical component according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the thin glass sheet and the plastic layer in their optical properties, such as refractive index and absorption, are almost equal.
Optisches Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Dünnglasfolie und der Kunststoffschicht Anpassungsschichtsysteme zum Angleich der optischen Eigenschaften und/oder Haftvermittlerschichten zur besseren Anbindung der Dünnglasfolie an die Kunststoffschicht angeordnet sind und/oder dass die Kunststoffschicht mit einer UV-absorbierenden Schicht versehen ist. Optical component according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that between the thin glass sheet and the plastic layer adjustment layer systems for matching the optical properties and / or adhesion promoter layers for better connection of the thin glass sheet are arranged on the plastic layer and / or that the plastic layer with a UV Absorbing layer is provided.
Optisches Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Schichten zusätzlich heizbar, IR-reflektierend und/oder antistatisch ausgerüstet sind. Optical component according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the optical layers are additionally heated, IR-reflective and / or antistatic.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, durch folgende Schritte: a) Aufbringen mindestens einer optischen Schicht auf mindestens eine der Oberflächen der Dünnglasfolie mittels eines Vakuumbeschich- tungsverfahrens, Method for producing an optical component according to at least one of Claims 1 to 10, by the following steps: a) applying at least one optical layer to at least one of the surfaces of the thin-glass foil by means of a vacuum coating method,
b) Umformen der beschichteten Dünnglasfolie mittels eines thermischen Verfahrens und b) forming the coated thin glass sheet by means of a thermal method and
c) Aufbringen mindestens einer Kunststoffschicht auf die erste oder zweite Glasoberfläche und/oder auf die optische Schicht des geformten Bauelements durch Hinterspritzen. c) applying at least one plastic layer to the first or second glass surface and / or to the optical layer of the molded component by injection molding.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Vaku- umbeschichtungsverfahren (Schritt a) eine chemische Gasphasenab- scheidung(CVD), bevorzugt eine plasmaunterstützte Gasphasenab- scheidung( PECVD), ein Aufdampfverfahren oder eine A method according to claim 11, characterized in that the vacuum coating method (step a) is a chemical vapor deposition (CVD), preferably a plasma-enhanced gas phase deposition. divorce (PECVD), a vapor deposition process or a
Sputterdeposition durchgeführt wird.  Sputterdeposition is performed.
13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Umformen (Schritt b) bei Temperaturen größer 500 °C unter Druck erfolgt. 13. The method according to claim 12, characterized in that the thermal forming (step b) takes place at temperatures greater than 500 ° C under pressure.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement nach dem Verfahrensschritt c) nachbearbeitet wird. 14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the optical component is post-processed after step c).
15. Verwendung eines optischen Bauelements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 als Spiegel, Linse, Fenster, Strahlteiler, Wellenleiter, HUD-Combiner, Scheinwerferabdeckung oder optischer Filter. 15. Use of an optical component according to at least one of claims 1 to 9 as a mirror, lens, window, beam splitter, waveguide, HUD combiner, headlight cover or optical filter.
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