Entspiegelung von PMMA durch einen Plasma-Ionenprozess

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1 Entspiegelung von PMMA durch einen Plasma-Ionenprozess Antje Kaless, Ulrike Schulz, Norbert Kaiser Workshop Oberflächentechnologie mit Plasma-und Ionenstrahlprozessen

2 Inhalt Einleitung Verfahren zur Oberflächenentspiegelung NANO-motheye -Struktur Entstehung Eigenschaften Applikationen Zusammenfassung Seite 2

3 Einleitung Vorteile von Kunststoffen leicht unzerbrechlich kostengünstig komplizierte Formen einfärbbar Seite 3

4 Einleitung Anwendungsbereiche von transparenten Kunststoffen optische Linsen Brillengläser Fenster für Sensoren und Mikrooptiken Displayabdeckungen im Mobilfunk- und Handheldbereich Seite 4

5 Einleitung PMMA - Polymethylmethacrylat wichtigstes Polymermaterial für die Präzisionsoptik - exzellente optische Eigenschaften - Erfahrungen im Spritzgießen und Heißprägen - geringer Preis CH 3 [ CH 2 C ] n C O O PMMA CH 3 Verringerung der Grenzflächenreflexion Seite 5

6 Verfahren zur Oberflächenentspiegelung Interferenzschichten d n 0 n i n s Poröse Schichten Mikrostrukturierung periodisch stochastisch Seite 6

7 Verfahren zur Oberflächenentspiegelung Entspiegelung durch periodische Mottenaugenstrukturen 1967 Entdeckung des Effektes durch C. G. Bernhard (Endeavour 26, 79-84, 1967) 1973 Erste künstliche Mottenaugen durch Interferenzlithographie (P.B. Clapham and M. C. Hutly, Nature 244, , 1973) 1982 Experimentelle Realisierung zur Replikation der Mottenaugen durch Wilson und Hutley (Optica Acta, 29, , 1982) seit 1990 Herstellung periodischer Strukturen durch holographische Belichtung (Gombert, ISE, Entspiegelung von Solareinrichtungen) (Endeavour 26, 79-84, 1967) Seite 7

8 NANO-motheye -Struktur Entstehung der NANO-motheye -Struktur Plasma-Ionengestützte Verdampfung Ionen-Energien: Arbeitsdruck: Prozessgas: 80 ev 140 ev 1-5 x 10-4 mbar Ar / O 2 Gasgemisch APS 904 (Leybold- Optics) Seite 8

9 NANO-motheye -Struktur In-situ Monitoring der PMMA-Transmission T max Seite 9

10 NANO-motheye -Struktur AFM (1x1 µm²) 70 nm 300 nm 400 nm 150 s 400 s 600 s 35 nm 150 nm 200 nm 0 nm 0 nm NANO-motheye 0 nm Seite 10

11 NANO-motheye -Struktur Optische Eigenschaften 99 Ausgezeichnete breitbandige Entspiegelung Transmission [%] PMMA nach Plasmabehandlung, beidseitig PMMA nach Plasmabehandlung, einseitig unbehandeltes PMMA Wellenlänge [nm] Seite 11

12 NANO-motheye -Struktur Optische Eigenschaften 99 - geringe Empfindlichkeit 97 bei schrägem Lichteinfall - keine Farbeffekte Transmission [%] Einfallswinkel Wellenlänge [nm] Seite 12

13 NANO-motheye -Struktur Oberflächencharakterisierung - Strukturgröße nm abhängig von Parametern - Tiefe mindestens nm - stochastische Verteilung Seite 13

14 NANO-motheye -Struktur Applikationen Erhöhung der Haftfestigkeit durch SiO 2 -Schicht 4 - optimale Schichtdicke ca. 80 nm 3,5 3 PMMA - Verbesserung der optischen Eigenschaften - vorsichtige Reinigung mit Wasser und Baumwolltuch möglich Reflexion [%] 2,5 2 1,5 1 0,5 400 s 400 s + 80 nm SiO Wellenlänge [nm] Seite 14

15 NANO-motheye -Struktur Applikationen Hydrophobe Eigenschaften durch FAS - topcoat eingesetzt als easy-toclean-schicht auf Brillengläsern - auf glatten Oberflächen: Kontaktwinkel von NANO-motheye Struktur: 160 (super-hydrophob) - keine Änderung der optischen Eigenschaften NANO-motheye + FAS unbehandeltes PMMA Seite 15

16 Zusammenfassung Reflexminderung durch direktes Plasmaätzen auf spritzgegossenen oder heißgeprägten optischen Komponenten, auch auf gekrümmten und vorstrukturierten Oberflächen (Fresnel Linsen) Erzeugung einer stochastischen Nanostruktur mit dem Effekt einer Breitbandentspiegelung Erzeugung von Masterstrukturen für Heißprägeprozess Zusätzliche Effekte durch Überschichtung mit einer dünnen dielektrischen Schicht zur Haftverbesserung bzw. einer organischen Fluorverbindung für hydrophobe Eigenschaften Seite 16

17 Zusammenfassung Ausblick Verhalten von anderen transparenten Polymeren bei Plasmabehandlung Untersuchung zum Mechanismus des Strukturwachstums Einfluss der Anlagenparameter auf die Oberflächenmodifizierung Seite 17

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite 18

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