Charakterisierung stochastisch-nanostrukturierter Polymeroberflächen
Die Reflexion an optischen Oberflächen kann entweder durch Beschichtung der Oberfläche mit einem Multilayersystem („Antireflex-Beschichtung“) oder durch periodische bzw. stochastische Strukturierung der Oberfläche im sub-Wellenlängenbereich reduziert werden.
Stochastische Antireflexstrukturen an Polymeroberflächen können mit Plasma-Ätzverfahren erzeugt werden. In einem gemeinsamen Projekt mit der Fa. Fresnel Optics GmbH (Apolda) entwickelt die PTB Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenstrukturen. Darüber hinaus werden Modelle entwickelt, um die optischen Wirkung der stochastischen Strukturen zu verstehen.
Abb.1 zeigt Rasterelektronenmikroskopie-Bilder (aufgenommen mit dem REM der Arbeitsgruppe) von unterschiedlich prozessierten PMMA-Oberflächen. Es entstehen durch unterschiedliche Ätzzeiten verschieden tiefe und breite Nanostrukturen, die jeweils unterschiedliche Grenzflächenreflexion aufweisen, siehe Abb. 2. Bei Optimierung der Prozessparameter lässt sich die Reflexion bei senkrechtem Lichteinfall auf Werte von unter 0,5% im sichtbaren Spektralbereich reduzieren.
Abb. 1: REM-Aufnahmen von stochastisch strukturierten PMMA-Oberflächen mit unterschiedlicher Ätzzeit
Abb. 2: Messung der spektralen Reflexion (über den Halbraum integrierte Messung) an den in Abb. 1 dargestellten Oberflächen
Sowohl die Messungen als auch die rigorosen Modellierungen zeigen, dass stochastisch nanostrukturierten Oberflächen mit Strukturhöhen im Bereich der halben Wellenlänge die Grenzflächenreflexion breitbandig reduzieren. Selbst für größere Einfallswinkel ist eine breitbandige Antireflexionswirkung unter 1% erreichbar. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es auf beliebig geformte Oberflächen wie z.B. Mikrolinsen oder Fresnellinsen angewendet werden kann. Von diesen so hergestellten Polymeren können durch galvanische Abformung Prägestempel hergestellt werden, die dann in einem Formgebungsverfahren eingesetzt werden.
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