Beschichtung von Kunststoffoptik

Für die Beschichtung optischer Komponenten aus Kunststoff sind die Prozesse von Gläsern nicht einfach übertragbar. Die besonderen Eigenschaften der Polymere wie Wasser- und Gasaustausch mit der Umgebung, Ausdehnungskoeffizienten und Wechselwirkungen mit energiereicher Strahlung sind zu berücksichtigen.

Neben der optischen Performance (meist als Antireflex-Funktion, AR, Entspiegelung) spielt hier die Anpassung intrinsischer Schichteigenschaften die entscheidende Rolle. Häufig sind weitere Funktionen wie eine höhere Kratzfestigkeit, Antifingerprint- oder Antifog- Eigenschaften gewünscht und fließen in die Schichtentwicklung ein.

Ihr Partner für Kunststoffbeschichtungen

Unser Team entwickelt seit mehr als 25 Jahren erfolgreich optische und funktionale Beschichtungen für die verschiedensten Polymere und Anforderungen.

Dabei wird die gesamte Prozessentwicklung von Schichtdesign über Herstellung bis hin zur Charakterisierung der beschichteten Komponenten, wie die Prüfung der Klimastabilität abgedeckt. Im Fraunhofer IOF stehen handelsübliche plasmagestützte Aufdampfanlagen zur Verfügung, wodurch die Prozesse leicht in die Industrie überführbar sind.

Unsere Leistungsschwerpunkte und Kompetenzen

Unseren Kunden bieten wir ein breites Spektrum an polymerspezifischen Beschichtungen für Kunststoffoptiken aus PMMA, Polycarbonat, Zeonex, Polyamid, CR39, Iupizeta EP, OKP, Silikonen und vielen anderen.

Das Leistungsangebot beinhaltet die Beratung der Industrie bei der Entwicklung und Verbesserung von Beschichtungen einschließlich der Untersuchung von Versagensmechanismen.

Einen Schwerpunkt bilden breitbandige Antireflex-Schichtsysteme unter Einbeziehung von Nanostrukturen AR-plas^®. Für verschiedene Schichtdesigns und Prozesse werden Lizenzen und Schulungen angeboten.

Nanostrukturierte Entspiegelung durch Plasma-Ätzprozesse

Entspiegelung durch Plasma-IAD Beschichtung
- Überblick verschiedener Polymere: AR-Schichten für Kunststoffoptiken
- Kratzfeste AR-Schichten: Antireflexbeschichtung AR-hard^® für Kunststoffe
- Spezielle Verfahren: Antireflexbeschichtung auf PMMA

© Fraunhofer IOF
REM-Aufnahme eines Schichtsystems mit Melamin-Nanostruktur als letzte Schicht.

Weitere Funktionalisierung von Oberflächen
- Einstellung der Benetzbarkeit: Hydrophobierung und Antifog-Eigenschaften
- Transparenz und Leitfähigkeit: Niedertemperaturabscheidung von ITO

Spezielle Messverfahren zur Charakterisierung von Kunststoffen
- Messung der Reflexion an miniaturisierten gekrümmten Polymerlinsen
- Bewertung der Wasseraufnahme von Polymermaterialien
- Charakterisierung der Feuchtebarriere von Schichten auf Kunststoff
- Charakterisierung von Abrieb und Härte beschichteter Kunststoffoptiken
- weitere Verfahren: Oberflächen- und Schichtcharakterisierung

Wissenschaftlerin untersucht Antireflexstrukturen mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops. — © Fraunhofer IOF
Untersuchung von Antireflexstrukturen am Rasterelektronenmikroskop (REM).

Märkte und Anwendungen

Kunststoffoptiken finden in vielen verschiedenen Branchen und Einsatzbereichen Anwendung. Dazu zählen unter anderem die Märkte Unterhaltungselektronik, Automotive, Medizintechnik, Displaytechnologie und Beleuchtung. Unsere Kunden adressieren dabei die folgenden Anwendungsgebiete:

Entspiegelung von Linsen für miniaturisierte Kameras
Multifunktionale Schichtsysteme für Brillengläser
Kratzfeste Entspiegelungsschichten für LIDAR und Display-Abdeckungen
Strahlteiler-Schichten für Head-up-Displays
Antireflex-Schichten mit Antifogging-Funktion für Beleuchtung und transparente Fenster
Antireflex-Schichten für Laseroptiken
Reflektorschichten auf Kunststoff
und vieles mehr ...

3D-Explosionsabbildung einer Smartphone-Kamera mit dem Aufbau aus mehreren Linsen. — © stock.adobe
Mit Entspiegelungen AR-plas2 wird auf Smartphone-Kameralinsen Falschlicht (Flare) deutlich vermindert und die Gesamttransmission erhöht.

Amaturebrett im Auto mit unterschiedlich entspiegelten Kunststoffscheiben. — © Fraunhofer IOF
Display links: Unbeschichteten Scheibe
Display rechts: Die Beschichtung AR-hard® erhöht die Transmission der Display-Abdeckung aus Polycarbonat und verbessert gleichzeitig die Kratzfestigkeit.

Teilentspiegelte Kunststofflinse vor dem Scheinwerfer eines Autos. — © Fraunhofer IOF
Teilentspiegelte Kunststofflinse für Scheinwerfer in Fahrzeugen.

Ihre Vorteile an der Zusammenarbeit mit uns

Unsere Arbeit basiert auf systematischer Materialforschung und auf der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Technologien über einen Zeitraum von mehr als 25 Jahren. Alle Prozesse werden für moderne industrielle Anlagentechnik entwickelt, was kurze und sichere Transfers in die Industrie ermöglicht. Zu unseren patentrechtlich geschützten Verfahren bieten wir speziell für Ihre Anwendung angepasste Lizenzen an.

Technische Ausstattung

Die Herstellung von optischen Schichten und nanostrukturierten Entspiegelungen AR-plas^®/ AR-plas2^® erfolgt mittels Plasma-IAD. Dafür stehen zwei SYRUSpro (Bühler Leybold Optics) Hochvakuum-Bedampfungsanlagen zur Verfügung, die auch die Realisierung von Kleinserien erlauben. Mit einer weiteren speziellen Aufdampfanlage können hydrophobe Nanoschichten (Top-Coatings) erzeugt werden.

Die Beschichtungsverfahren sind für plane sowie auch gekrümmte optische Teile mit einer Größe von bis zu etwa 250 mm und einem Neigungswinkel bis zu 50° sehr gut geeignet. Für kompliziert geformte 3D-Teile ist ALD ein geeignetes Verfahren.

Plasma-Ionenquelle und Elektronenstrahlkanone zur Beschichtung von optischen Bauteilen. — © Fraunhofer IOF
Die Plasma-Ionenquelle APS wird genutzt, um das Aufdampfen auf Polymeren zu unterstützen.

Unsere Forschungsstärke

Jahresberichtsbeiträge

Die Forschungsstärke unserer Expertinnen und Experten zeigt sich u. a. in den Beiträgen des Fraunhofer IOF Jahresberichts. In diesem werden jährlich ausgewählte Forschungsergebnissen aus dem vorherigen Jahr (Archiv Jahresberichte) veröffentlicht. Hier finden Sie die Beiträge zu den Entwicklungen rund um Beschichtungen von Kunststoffoptiken aus den vergangenen Jahren:

»AR-plas^® zur Entspiegelung 3D-gedruckter Hybridpolymere« (Jahresbericht 2019, Seite 42-43)
»Hybridmaterialien für die Herstellung stochastischer Nanostrukturen« (Jahresbericht 2018, Seite 52-53)
»Entspiegelung AR-plas2^® für Glas- und Kunststofflinsen« (Jahresbericht 2017, Seite 44-45)
»Organisch-anorganische Funktionsschichten durch Ko-Verdampfung (ORKO)« (Jahresbericht 2016, Seite 68-69)
»Schichten für die Breitband-Entspiegelung optischer Linsen« (Jahresbericht 2015, Seite 64-65)

Exzellente wissenschaftliche Publikationen und Patente

Eine Vielzahl wissenschaftlicher Ergebnisse wird von unseren Forscherinnen und Forschern in Fachzeitschriften publiziert und verschiedenste Entwicklungen wurden bereits erfolgreich patentiert. Eine Auflistung von Fachbeiträgen sowie Patenten zur Funktionalisierung optischer Kunststoffoberflächen finden Sie nachfolgend:

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Auswahl der wissenschaftlichen Publikationen zur Kunststoffbeschichtung

Jahr	Titel/Autor	Dokumentart
2020	Ultraviolet-transparent low-index layers for antireflective coatings Schulz, U.; Gratzke, N.; Wolleb, S.; Scheinpflug, F.; Rickelt, F.; Seifert, T.; Munzert, P.	Zeitschriftenaufsatz
2018	Application of uracil for the preparation of low-index nanostructured layers Schulz, U.; Knopf, H.; Rickelt, F.; Seifert, T.; Munzert, P.	Zeitschriftenaufsatz Volltext
2017	Organisch modifizierte poröse Schichten für Antifog-Anwendungen: Reservoirsysteme zur Realisierung von Antifog-Eigenschaften Müller, H.; Knopf, H.; Schulz, U.	Zeitschriftenaufsatz
2015	Anorganisch-organische Hybridschichten für die Entspiegelung optischer Oberflächen: Von plasmageätzten Kunststoffen zu komplexen Schichtsystemen auf Glas Schulz, Ulrike; Munzert, Peter; Rickelt, Friedrich; Präfke, Christiane; Gratzke, Nancy; Knopf, Heiko; Wolleb, Sabrina; Kaiser, Norbert	Zeitschriftenaufsatz
2015	Gradient index antireflection coatings on glass containing plasma-etched organic layers Schulz, Ulrike; Rickelt, Friedrich; Ludwig, Henning; Munzert, Peter; Kaiser, Norbert	Zeitschriftenaufsatz Volltext
2014	Breakthroughs in photonics 2013: Organic nanostructures for antireflection Schulz, Ulrike; Munzert, Peter; Rickelt, Friedrich; Kaiser, Norbert	Zeitschriftenaufsatz Volltext
2014	A double nanostructure for wide-angle antireflection on optical polymers Schulz, Ulrike; Rickelt, Friedrich; Munzert, Peter; Kaiser, Norbert	Zeitschriftenaufsatz Volltext
2014	Oberflächenfunktionalisierung und Kunststoffoptik. Tl.1: Polymere für die Optik und ihre beschichtungsrelevanten Eigenschaften Schulz, Ulrike	Zeitschriftenaufsatz
2014	Oberflächenfunktionalisierung von Kunststoffoptik. Tl.2: Entspiegelung und weitere funktionelle Schichten Schulz, Ulrike	Zeitschriftenaufsatz
2013	Coating processes for plastic optics: A tutorial Schulz, Ulrike	Zeitschriftenaufsatz
2013	Optical coatings on plastic for antireflection purposes Schulz, Ulrike; Schaffer, Robert W.	Aufsatz in Buch
2012	Adhesion of vacuum deposited optical coatings on PMMA and polycarbonate Munzert, Peter; Präfke, Christiane; Schulz, Ulrike; Kaiser, Norbert	Zeitschriftenaufsatz
2012	Direct comparison of the performance of Bloch surface wave and surface plasmon polariton sensors Sinibaldi, A.; Danz, N.; Descrovi, E.; Munzert, P.; Schulz, U.; Sonntag, F.; Dominici, L.; Michelotti, F.	Zeitschriftenaufsatz
2012	Tailoring optical and non-optical properties of interference coating materials through the explicit use of small-scale optical inhomogeneities Stenzel, Olaf; Schulz, Ulrike; Kaiser, Norbert	Zeitschriftenaufsatz
2011	Formation of antireflective nanostructures on melamine and N,N´-di (1-naphthyl)-N,N´-diphenyl benzidine (NPB) Schulz, U.; Präfke, C.; Munzert, P.; Gödeker, C.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz Volltext
2011	Improved scratch resistance for antireflective coatings on sapphire Gödeker, C.; Schulz, U.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2011	Plasma-etched organic layers for antireflection purposes Schulz, U.; Präfke, C.; Gödeker, C.; Kaiser, N.; Tünnermann, A.	Zeitschriftenaufsatz
2010	A journey from ancient China bronze mirrors to picometer shaped interference coatings Kaiser, N.; Bischoff, M.; Feigl, T.; Schulz, U.; Yulin, S.	Zeitschriftenaufsatz
2010	Plasma processes for modifying the optical properties of polymers Schulz, U.; Munzert, P.; Bollwahn, N.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2010	Plasma surface modification of PMMA for optical applications Schulz, U.; Munzert, P.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2009	Steuerung der Benetzungseigenschaften von transparenten Polymeren durch Antireflexstrukturen und dünne Schichten Schulz, U.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2009	Wideband antireflection coatings by combining interference multilayers with structured top layers Schulz, U.	Zeitschriftenaufsatz Volltext
2008	Antireflection coating with UV-protective properties for polycarbonate Schulz, U.; Lau, K.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2008	Antireflective surface structures on plastic lenses by plasma-etching process AR-plas Schulz, U.	Zeitschriftenaufsatz
2008	Kunststoffoptiken mit Antireflex- und Antibeschlageigenschaften durch Plasmaätzen und Beschichtung Schulz, U.	Zeitschriftenaufsatz
2008	Low temperature deposition of indium tin oxide films by plasma ion-assisted evaporation Füchsel, K.; Schulz, U.; Kaiser, N.; Tünnermann, A.	Zeitschriftenaufsatz
2008	Stochastic subwavelength structures on poly(methyl methacrylate) surfaces for antireflection generated by plasma treatment Leitel, R.; Schulz, U.; Kaiser, N.; Tünnermann, A.	Zeitschriftenaufsatz
2007	Antireflection of transparent polymers by advanced plasma etching procedures Schulz, U.; Munzert, P.; Leitel, R.; Wendling, I.; Kaiser, N.; Tünnermann, A.	Zeitschriftenaufsatz Volltext
2007	Broadband antireflective structures on PMMA by plasma treatment Leitel, R.; Kaless, A.; Schulz, U.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2006	Antireflection of polymer optics by coating and nanostructuring procedures Schulz, U.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz Volltext
2006	Review of modern techniques to generate antireflective properties on thermoplastic polymers Schulz, U.	Zeitschriftenaufsatz
2006	Vacuum coating of plastic optics Schulz, U.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2005	Optical coating and nanostructuring on plastics Schulz, U.; Munzert, P.; Kaless, A.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2005	Optical coatings: Trends and challenges Kaiser, N.; Feigl, T.; Stenzel, O.; Schulz, U.; Yang, M.	Zeitschriftenaufsatz
2003	Symmetrical periods for antireflection coating of plastic optics Schulz, U.; Schallenberg, U.B.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2002	Antireflection coating design for plastic optics Schulz, U.; Schallenberg, U.B.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
2001	Surface modification of PMMA by DC glow discharge and microwave plasma treatment for the improvement of coating adhesion Schulz, U.; Munzert, P.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
1999	Beschichtung von Kunststoffen für die Optik und Optoelektronik Schulz, U.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
1997	Characterization of SiO2 protective coatings on polycarbonate Jakobs, S.; Schulz, U.; Duparre, A.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz
1997	Near-infrared spectroscopy for monitoring water permeability of optical coatings on plastics Schulz, U.; Kaiser, N.	Zeitschriftenaufsatz

Diese Publikationsliste wurde aus der Publikationsdatenbank Fraunhofer-Publica erstellt.

Auswahl der Patente im Bereich Kunststoffbeschichtung

Jahr	Titel/Autor	Dokumentart
2018	Verfahren zur Herstellung eines reflexionsmindernden Schichtsystems Knopf, Heiko; Munzert, Peter; Rickelt, Friedrich; Schulz, Ulrike; Wolleb, Sabrina	Patent Volltext
2015	Verfahren zur Herstellung einer Entspiegelungssschicht auf einer Silikonoberfläche und optisches Element Schulz, Ulrike; Rickelt, Friedrich; Munzert, Peter; Kaiser, Norbert	Patent Volltext
2015	Verfahren zur Herstellung eines reflexionsmindernden Schichtsystems und reflexionsminderndes Schichtsystem Schulz, Ulrike; Rickelt, Friedrich; Bruynooghe, Stephane; Tonova, Diana; Koch, Thomas	Patent Volltext
2014	Verfahren zur Herstellung einer Entspiegelungsschicht Schulz, Ulrike; Munzert, Peter; Rickelt, Friedrich; Kaiser, Norbert	Patent Volltext
2013	Verfahren zur Bestimmung der Feuchtedurchlässigkeit einer Beschichtung Schulz, Ulrike; Kaiser, Norbert	Patent Volltext
2012	Kunststoffsubstrat mit einer porösen Schicht und Verfahren zur Herstellung der porösen Schicht Schulz, Ulrike; Munzert, Peter; Fahland, M.; Schönberger, W.	Patent Volltext
2012	Plasmaionenquelle für eine Vakuumbeschichtungsanlage Gäbler, D.; Ohl, A.; Schulz, U.; Kaiser, N.; Steffen, H.	Patent Volltext
2012	Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffsubstrats mit einer Lackschicht und Kunststoffsubstrat mit einer Lackschicht Schulz, Ulrike; Munzert, Peter; Günther, S.; Kiesow, A.	Patent Volltext
2010	Antireflexschichtsystem und Verfahren zu dessen Herstellung Schulz, U.; Präfke, C.; Kaiser, N.	Patent Volltext
2010	UV-absorbierendes Schichtsystem und Verfahren zu dessen Herstellung Schulz, U.; Präfke, C.; Kaiser, N.	Patent Volltext
2008	Verfahren zur Herstellung einer optischen Wellenleiterschicht Bollwahn, N.; Schulz, U.; Munzert, P.; Kaiser, N.	Patent Volltext
2007	Kratzfeste entspiegelte Oberfläche mit Antifog-Eigenschaften Scherg, G.-P.; Stolz, C.; Goetz, B.; Fuechsel, G.; Kaiser, N.; Schulz, U.	Patent Volltext
2007	Optisches Element mit einer Antibeschlagsschicht und Verfahren zu dessen Herstellung Schulz, U.; Munzert, P.; Wendling, I.; Kaiser, N.	Patent Volltext
2007	Verfahren zur Herstellung einer reflexionsmindernden Schicht und optisches Element mit einer reflexionsmindernden Schicht Schulz, U.; Kaiser, N.; Rose, K.; Munzert, P.; Bollwahn, N.	Patent Volltext
2006	Verfahren zur Herstellung einer Nanostruktur an einer Kunststoffoberflaeche Munzert, P.; Schulz, U.; Scheler, M.; Kaiser, N.	Patent Volltext
2006	Verfahren zur Herstellung eines strahlungsabsorbierenden optischen Elements und strahlungsabsorbierendes optisches Element Scheler, M.; Kaless, A.; Munzert, P.; Schulz, U.; Kaiser, N.	Patent Volltext
2004	Verfahren und Werkzeug zur Herstellung transparenter optischer Elemente aus polymeren Werkstoffen Schulz, U.; Munzert, P.; Kaiser, N.; Hofmann, W.; Bitzer, M.; Gebhardt, M.	Patent Volltext
2004	Verfahren zur Reduzierung der Grenzflaechenreflexion von Kunststoffsubstraten sowie derart modifiziertes Substrat und dessen Verwendung Schulz, U.; Kaiser, N.; Munzert, P.; Scheler, M.; Uhlig, H.	Patent Volltext
2003	Optisches Schichtsystem und Verfahren zur haftfesten Beschichtung mit einem optischen Schichtsystem Kaiser, N.; Munzert, P.; Scheler, M.; Schulz, U.	Patent Volltext
2002	Verfahren zur Modifizierung von Polymethylmethacrylat- Substratoberflaechen Schulz, U.; Kaiser, N.; Stoeckl, W.	Patent Volltext

Diese Publikationsliste wurde aus der Publikationsdatenbank Fraunhofer-Publica erstellt.

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