DE2807413A1

DE2807413A1 - Mikrostrukturierte beschichtung zur modifikation des transmissions- und reflexionsverhaltens

Info

Publication number: DE2807413A1
Application number: DE19782807413
Authority: DE
Inventors: Gary Lee Dorer; Valdis Mikelsons
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1977-02-18
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1978-08-24
Also published as: AU517534B2; CA1106668A; FR2381322B1; GB1597646A; IT7848102A0; JPS53103754A; AU3339878A; IT1104102B; FR2381322A1; JPS6148124B2; US4190321A

Description

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota 55101, V.St.A.

Mikrostrukturierte Beschichtung zur Modifikation des Transmissions- und Reflexionsverhaltens

Die vorliegende Erfindung betrifft Gegenstände mit Beschichtungen, die die Lichtreflexion verhindern und erwünschtenfalls deren Transparenz erhöhen. Die Erfindung betrifft insbesondere derartige einlagige Beschichtungen, die den Gegenständen an deren Oberfläche ein variables Gefälle des Brechungsindex erteilen.

Verschiedene Arten von Beschichtungen sind bekannt, die den Reflexionsgrad von Gegenständen und deren Transparenz erhöhen beispielsweise bei Linsen und Fenstern; desgleichen setzt man sie zur Erhöhung des Wirkungsgrads von Sonnenzellen und Absorptionsplatten für Sonnenenergie ein. Das beste Beispiel hierfür sind vermutlich die ein- oder vorzugsweise mehrlagigen Interferenzbeschichtungen auf optischen Linsen, Filtern und bei

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reflexionsunterdrückenden Folien, die man auf Fenster aufbringt. Während derartige Beschichtungen wünschenswert sind, wegen ihrer Dauerhaftigkeit und bekanntermaßen bei bestimmten Wellenlängen einen extrem niedrigen Reflexionsgrad liefern, zeigen sie auch eine Anzahl von Beschränkungen. Beispielsweise sind die optischen Eigenschaften solcher einschichtigen Folien stark wellenlängenabhängig, so daß man mehrlagige Beschichtungen einsetzen muß. Verwendet man derartige mehrlagige Beschichtungen, ergibt sich eine erhebliche Abhängigkeit von der Einfallsrichtung des Lichts. Bisher ist es nicht möglich gewesen, gleichzeitig ein wellenlängenunabhängiges und ein Weitwinkelverhalten zu erreichen. Weiterhin sind derartige Folien in der Herstellung verhältnismäßig teuer und erfordern eine sorgfältige Einstellung der Dicke der Beschichtung sowie einen mehrfachen Schichtauftrag.

Zusätzlich zu Gegenständen, deren Reflexionsgrad man mit einer Beschichtung mit Interferenzeigenschaften reduziert, ist es bekannt, Gegenstände herzustellen, bei denen das Reflexionsvermögen mittels einer mikrostrukturierten Oberfläche reduziert wird, auf der der wirksame Brechungsindex vom Substrat zur Umgebung sich stetig ändert - vergleiche beispielsweise die ÜS-PS 2 4-32 464-. Vermutlich ist für die sehr hohe Sicht- ; empfindlichkeit von Nachtinsekten wie Motten mindestens teil- : weise das geringe Reflexionsvermögen der Oberfläche der Augen infolge des Vorliegens einer solchen MikroStruktur auf der Augenoberfläche verantwortlich (G.G. Bernhard et al., Acta

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Physiologica Scand., Vol. 63,24-3, S. Λ - 75 (1965))· Vor einiger Zeit hat man ein Verfahren zur Verringerung der Oberflächenreflexion veröffentlicht, nach dem eine Schicht aus lichtempfindlichem Material auf die Oberfläche aufgebracht und diese Schicht dann mit einem regelmäßigen Lichtmuster belichtet und entwickelt wird, um das regelmäßige Lichtmuster zu einer regelmäßigen Gruppenanordnung von Vorsprüngen zu verwandeln (US-PS 4-013

Man hat also allgemein erkannt, daß es wünschenswert ist, derartige Oberflächen reflexionsschwachend auszugestalten. Bisher ist jedoch nicht bekannt gewesen, wie sich dies mit akzeptabler Gleichmäßigkeit über größere Flächen erreichen ließe oder wie man derartige Oberflächen in handelsfähj^r Qualität erreichen kann.

Weiterhin sind Sonnenlichtsammler mit porösen Beschichtungen bekannt, die den Absorptionsgrad erhöhen und die Strahlungsverluste infolge rückreflektierter ("reverse reflected") sichtbarer oder IR-Strahlung gering halten. Weiterhin ist bekannt, Mikroporen, Nuten oder andere Textureffekte auf solchen Gegenständen zu einer Erhöhung des Absorptionsgrades auszunutzen (J. Vac. Sei. Tech. Vol. 12, No. 1, Jan./Feb. 1975). Beispielsweise offenbart die US-PS 3 4-90 982 ein Verfahren zur Behandlung einer Glasoberfläche zur Herstellung einer mikrostrukturierten Oberfläche, die einen reduzierten Reflexionsgrad ergibt. Derartige Beschichtungen, Oberflächenbehandlungen und

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dergleichen sind vom Verkehr nictit angenommen worden - vermutlich infolge der Instabilität der Oberflächen, der hohen Kosten oder der Unfähigkeit, gleichmäßige Eigenschaften über größere Flächen zu erreichen.

Während bisher nicht auf die Ausbildung von Gegenständen mit gewünschten optischen Eigenschaften gerichtet, ist es bekannt, Metallflächen wie Aluminium mit Wasser zu behandeln und auf diese Weise eine poröse Oberflächenschicht aus Oxid oder Hydroxid (Boehmit) auszubilden. Vergleiche beispielsweise die US-PS 3 871 881 und 3 957 197-

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf einen Gegenstand, der verbesserte reflexionsunterdrückende Eigenschaften und, falls mit einem transparenten Substrat versehen, verbesserte Transmissionseigenschaften gegenüber den bisher erreichbaren zeigt. Derartige Gegenstände sind außergewöhnlich stabil und billig zu erstellen; die gewünschten Eigenschaften lassen sich gleichmäßig auch über größere !Flächen und auf komplizierten Oberflächenformen erreichen.

Die Gegenstände nach der vorliegenden Art weisen ein Substrat beliebigen Aufbaus auf; es kann also transparent oder opak, aus Isolierstoff, einem Halbleiter oder Metall bestehen, flache gekrümmte oder komplexe Formen aufweisen und mit einer Oxidbeschichtung eines Metalls aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Zink oder deren Legierungen versehen sein. Die Oxidbeschichbung

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wird gebildet durch die im wesentlichen vollständig Umwandlung, deren Dicke vor der Umwandlung mindestens 6 nm beträgt« In der vorliegenden Erfindung hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß Gegenstände mit im wesentlichen den gleichen Reflexions- und Transmissionseigenschaften sich mit Dünnschichten, deren Dicke vor der Umwandlung bis zu 200 nm beträgt, sowie mit Dünnschichten herstellen lassen, deren Dicke über die Oberfläche des Gegenstandes erheblich schwankt. Eine sorgfältige Kontrolle der Dicke der Ausgangsdünnschicht ist also nicht erforderlich. Die Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind gekennzeichnet durch ein Oberfläche, die eine Vielzahl regellos angeordneter Blättchen unterschiedlicher Höhe und Gestalt enthält, die vom Substrat zu einer Höhe von nicht weniger als 20 nm vorstehen und deren Wurzeln mit den Wurzeln benachbarter Blättchen im wesentlichen in Berührung stehen. Bei einer solchen Struktur zeigt der Gegenstand vorzugsweise einen Gesamtreflexionsgrad an der beschichteten Oberfläche von weniger als 1 ^, wenn die einfallende Strahlung innerhalb eines Wellenlängenbereichs von mindestens zwischen 380 und 700 nm variiert wird.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Gegenstand ein transparentes Substrat aus Glas, Quarz oder einem anderen anorganischen transparenten Material oder aus Polyimid, Polyestern, polystyrol, Polymethylmethacrylat, PoIycarbonat, Polypropylen oder anderem Polymeriatmaterial auf. Bei ' einem solchen Aufbau, bei obm die Innenabsorption der einfallen-

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den Strahlung im wesentlichen vernachlässigt werden kann, zeigt der Gegenstand vorzugsweise einen Gesamt-Transmissionsgrad für rechtwinklig einfallendes Licht von nicht weniger als 98 % innerhalb des gleichen Wellenlängenbereichs.

Während derartige Gegenstände einen breitgefächerten Anwendungsbereich aufweisen, ist die vorliegende Erfindung weiterhin gerichtet auf eine Vielzahl von speziellen Anordnungen, die einen oder mehrere solcher Gegenstände enthalten, deren reflexionsunter drückende und den Transmissionsgrad erhöhende Eigenschaften ausgenutzt werden.

Eine allgemeine Art derartiger Anordnungen läßt sich als "passiv" kategorisieren, d.h. solche, bei denen das Substrat oder andere Teile der Anordnung nicht mit der einfallenden Strahlung aktiv in Wechselwirkung treten, um sie in andere Energieformen umzuwandeln. In einem Beispiel einer solchen Anordnung ist ein transparentes Substrat zu einem optischen Element wie einer idnse oder einem Prisma oder speziell einer Fresnellinse gestaltet, bei der der Reflexionsschutzbelag auf mindestens eine - wenn nicht alle - der Strahlung durchlassende Oberfläche aufgetragen ist - beispielsweise auf eine mit Rillen versehene Fresnel-lfläche.

In "aktiven" Anordnungen, d.h. solchen, bei denen die einfallende Strahlung umgewandelt wird, um an einen anderen Ort geführt ■ zu werden (beispielsweise Sonnenkollektoren, Wärmerohre, Photo-

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zellen und dergleichen), kann das Substrat transparent oder opak sein, wie für den gegebenen Verv/endungszweck geeignet. Beispielsweise weist eine flache Sonnenkollektorplatte nach der vorliegenden Erfindung mit hervorragenden Eigenschaften den reflexionsunterdrixckenden Belag sowie eine oder mehrere Strahlung absorbierende Flächen auf. In einer alternativen Anordnung kann die aktive Konstruktion Wärmerohre, Radiatoren oder andere Wärmeübertragungsteile aufweisen, auf die der reflexionsunterdrückende Belag unmittelbar aufgebracht ist oder die gemeinsam mit transparenten Substraten eingesetzt werden, die den reflexionsunterdrückenden Belag tragen. In einer weiteren aktiven Konstruktion kann die Anordnung ein Halbleitersubstrat aufweisen, das mit dem reflexionsunterdrückenden Belag versehen ist.

Die Gegenstände nach der vorliegenden Erfindung werden nach einem sehr einfachen und billigen Verfahren hergestellt. Nach diesem Verfahren bringt man eine Dünnschicht eines Metalls (Al, Mg, Zn oder deren Legierungen) auf ein gewähltes Substrat auf. Wie oben erwähnt, kann das Substrat aus im wesentlichen jedem beliebigen Werkstoff bestehen. Falls erwünscht, kann man Grundierungen oder geeignete Vorbehandlungen des gewählten Substrats vorsehen, um die Haftung oder Gleichmäßigkeit der Dünnschicht auf dem Substrat zu verbessern. Typischerweise bringt man diese Metallschichten durch Aufdampfen, Sputtern oder chemisches Aufdampfen auf; auch andere Verfahren sind hier geeignet.

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Die aufgebrachte Metalldünnschicht wandelt man dann zu einer Oxid- oder Hydroxidschicht nach einem chemischen oder chemisch/ elektrochemischen Verfahren um, wobei der Belag eine rauhe und strukturierte Oberflächenbeschaffenheit mit den erforderlichen reflexionsunterdrückenden und Transmissionseigenschaften aufweist. Beispielsweise erhält man nach der vorliegenden Erfindung eine gleichmäßige Umwandlung, indem man die Dünnschicht so lange und bei einer ausreichenden Temperatur mit Wasser behandelt, daß sich die Dünnschicht in eine im wesentlichen transparente Oxidschicht verwandelt, die in einer bevorzugten Ausführungsform einen Reflexionsgrad von weniger als 1 % hat· Befindet die Beschichtung sich auf einem transparenten Substrat, so daß die innere Absorption vernachlässigt werden kann, zeigt der Gegenstand vorzugsweise einen Transmissionsgrad von nicht weniger als 98 %.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die vollständige Umwandlung der metallischen Dünnschicht, indem man auf diese ein Netzmittel aufbringt und dann die Schicht mit gesättigtem Dampf 0,5 bis 60 min lang bei einer Temperatur zwischen 85 und 98 0 behandelt. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform taucht man die Dünnschicht in eine wässrige Oxidierlösung bei einer Temperatur von nicht weniger als 25 ⁰C für nicht weni ger als 0,5 min, um die Umwandlung zu erreichen.

Fig. 1 ist die Wiedergabe eines Durchstrahlungselektronenmikrobildes eines Querschnitts eines Gegenstandes mit

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einem reflexionsunterdrückenden Belag nach der vorliegenden -^rfindung;

Fig. 2 und 3 sind Spektren des Reflexions- und Transmissionsgrades eines Polyesterbogens im unbeschichteten Zustand und nach der beiderseitigen Beschichtung mit dem reflexionsunterdrückenden Belag nach der vorliegenden Erfindung ;

Fig. 4- ist ein Diagramm der Zunahme des Transmissionsgrades als Funktion der anfänglichen Dicke einer Al-Dünnschicht, die zur Bildung der reflexionsunterdrückenden Beschichtung nach der vorliegenden Erfindung dient;

Fig. 5 ist ein Diagramm des Reflexionsgrades als Funktion des Einfallwinkels für eine unbeschichtete Glasplatte und eine nach der vorliegenden Erfindung beschichtete gleiche Platte;

Fig. 6 und 7 sind Spektren des Reflexions- und des Transmissionsgrades einer Quarzglasplatte im beschichteten und im unbeschichteten Zustand nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 und 9 sind Spektren des Reflexions- und des Transmissionsgrades von vier parallel beabstandeten Bögen aus Polymethylmethacrylat im unbeschichteten und im nach der vorliegenden Erfindung beschichteten Zustand.

Die Fig. 1 ist die Wiedergabe eines Durchstrahlungselektronenmikrobildes eines typischen Querschnitts eines Gegenstandes nach

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der vorliegenden Erfindung. Viie in Pig. 1 gezeigt, weisen die Gegenstände eine Oberflächenmorphologie auf, die sich allgemein als eine Vielzahl regellos angeordneter diskreter Blättchen unterschiedlicher Höhe und Gestalt beschreiben läßt, wobei die Wurzel jedes Blättchens im wesentlichen in Berührung mit der Wurzel nächstliegender Blättchen steht. Die Blättchen stehen aus dem Substrat zu einer Höhe von nicht weniger als 20 nm vor; vorzugsweise stehen sie vom Substrat zu einer Höhe zwischen der Wellenlänge des Lichts bis zu 1/10 dieser Wellenlänge beispielsweise etwa 100 bis 150 nm - vor. Bei solchen Gegenständen wird der Reflexionsgrad gegenüber ansonsten gleichen, aber unbehandelten Gegenständen wesentlich geringer; weist der Gegenstand ein transparentes Substrat auf, nimmt der Transmissionsgrad erheblich zu. Diese Eigenschaften werden vermutlich durch einen allmählichen Übergang des Brechungsindex vom Medium außerhalb der Oberfläche des Gegenstandes auf das Substrat des Gegenstandes verursacht. Genaueres über die Wichtigkeit dieser Blättchenstruktur und ihre Auswirkungen auf die Reflexion und Transmission von Licht ergibt sich aus der Analyse der Ausbreitung von Licht, das auf eine Grenzfläche zwischen Medien unterschiedlicher Brechungsindizes fällt. Gleichungen, die diese Ausbreitung beschreiben, sind beispielsweise in "Principles of Optics", ν. M. Born und E. Wolf, 2. rev. Auflage, Pergamon Press, New York, N.Y. (1964·), S. 2$ ff. enthalten. Wie dort beschrieben, läßt der Vorgang bei der Reflexion und Transmission von Licht an einer Grenzfläche sich angenähert beschreiben, indem man Grenzbedingungen auf die Lösungen der

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Maxquellschen Gleichungen anwendet. Auch dort, wo die Unstetigkeit nicht mathematisch scharf ist, entspricht die theoretische Behandlung sehr genau den experimentellen Ergebnissen, sofern die Änderung des Brechungsindex innerhalb einer Entfernung stattfindet, die sehr klein (weniger als 1/10 der Lichtwellenlänge) im Vergleich zu der Wellenlänge des verwendeten Lichts ist. In der vorliegenden Erfindung variiert die Änderung des wirksamen Brechungsindex innerhalb eines Entfernungsbereiches von der Lichtwellenlänge bis hinab zu einem Zehntel dieser Wellenlänge. Vermutlich ist es der abgestufte Übergang des Brechungsindex innerhalb dieses Entfernungsbereiches, der den Gegenstand nach der vorliegenden Erfindung reflexionsunterdrückend und unter bestimmten Umständen lichtdurchlässiger macht, und zwar innerhalb eines ausgedehnten Bereiches der optischen Wellenlängen.

Nach einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung kann der in der Fig. 1 dargestellte Gegenstand mit den folgenden Schritten hergestellt werden:

(a) Zunächst bringt man auf ein geeignet gewähltes Substrat eine Dünnschicht aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium zu einer Dicke von vorzugsweise mehr als 5 nm bis hinauf zu mindestens 200 nm auf. Vorzugsweise liegt die Schichtdicke zwischen 30 und 50 nm_e Während eine gleichmäßige Schichtdicke erwünscht ist, ergibt auch eine ungleichmäßige Schichtdicke hochwertige optische Eigenschaften» In einem Beispiel wurde eine etwa 30 nm dicke Dünnschicht auf einen Polyesterbogen (biaxial

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orientiertes Polyäthylenterephthalat) aufgedampft. In anderen Ausführungsformen können auch Dünnschichten aus Magnesium und Zink verwendet werden. Desgleichen sind Dünnschichten aus anderen Materialien geeignet und können durch chemische Behandlung mit entsprechenden mikrostrukturierten Belägen versehen werden. Die Dünnschichten können weiterhin galvanisch, durch Sputtern, chemisches Aufdampfen oder nach anderen Verfahren aufgebracht werden. Das Substrat kann aus beliebigem Werkstoff bestehen einschließlich anderer Polymerisate wie Polyimid, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polypropylen sowie anorganischer Stoffe wie Glas, Quarz und Halbleiter. Die einzige Einschränkung für solche Substrate scheint zu sein, daß das Material unter den Bedingungen, bei denen die Metallschicht aufgebracht und dann umgewandelt wird, stabil sein muß. Das Substrat kann eine beliebige Gestalt haben, sofern die Oberfläche sich beschichten läßt.

(b) Die so aufgebrachte Metall-Dünnschicht wird dann zu einem Belag aus Metalloxid oder -hydroxid umgewandelt, indem man die Schicht ausreichend lange bei einer geeigneten Temperatur mit Wasser behandelt, bis die Metallschicht transparent wird und die erwünschte Abnahme des Reflexionsgrads zeigt. Die Umwandlung läßt sich erreichen, indem man die Metalldünnschicht mit gesättigtem Wasserdampf behandelt oder sie in wässdge Oxidierlösungen eintaucht. Die erforderliche Dauer der Behandlung beträgt eine halbe Minute und mehr, und zwar abhängig von der Dicke und der Art der jeweils vorliegenden Metalldünnschicht.

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Wie sich aus den speziellen Beispielen ergeben wird, die unten ausgeführt sind, handelt es sich bei den Gegenständen nach der vorliegenden Erfindung beispielsweise um optische Elemente wie Linsen, Prismen, Strahlteiler, Koppler und Übertragungselemente wie Instrumentenfenster, Übertragungs- und Absorptionsplatten für Sonnenenergie usw. Alle diese Gegenstände weisen gegenüber den reflexionsunterdrückend ausgestatteten Gegenständen des Standes der Technik folgende' Vorteile auf:

1. Durch Verwendung einer einzigen Schicht lassen sich Oberflächen über einen sehr breiten Wellenlangenbereich von UV-Bereich durch das sichtbare Spektrum bis zu mindestens 2,25 /Um reflexionsarm und durchlässiger machen. D.h., daß der Gegenstand nach der vorliegenden Erfindung wenig oder keine Abhängigkeit von der Wellenlänge des einfallenden Lichts zeigt.

2. Das Reflexionsvermögen von mit einer solchen Einzelschicht versehenen Oberflächen bleibt im wesentlichen das gleiche wie für rechtwinklig einfallendes Licht über einen sehr großen Einfallswinkelbereich ohne die bei anderen Einfallswinkeln üblicherweise zunehmende diffuse Streuung, so daß diese Gegenstände äußerst wünschenswert werden für die Verwendung mit gekrümmten optischen Oberflächen und für das Eeflexionsarmmachen von flachen Oberflächen, die u.U. aus großen Sichtwinkeln betrachtet werden, wie beispielsweise Deckgläser für Bilderrähmchen und dergleichen.

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3. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in erheblichem Ausmaß hydrophil und beschlägt daher kaum, so daß er sich für eine breite Vielfalt optischer Anwendungen eignet.

4. Die Gegenstände lassen sich aus einem flexiblen Substrat ausbilden, so daß reflexionsarme Bildschirme und dergleichen sich herstellen lassen, die man leicht aufrollen und aufbewahren kann.

5. Der Gegenstand läßt sich weiterhin als Mater verwenden, mit der sich Kopien solcher Gegenstände mit entsprechender Reflexionsarmut herstellen lassen.

6. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist extrem einfach und billig, erfordert nur zwei elementare Verfahrensschritte und ergibt dennoch einen sehr wünschenswerten optischen Gegenstand.

7- Das Verfahren läßt sich mit fast beliebigen Substraten anwenden, deren Oberflächen auch sehr kompliziert gestaltet sein können.

8. Das Verfahren ergibt reflexionsarme Beschichtungen, die stabil, d.h. wasserunlöslich, und auch bei erhöhter Temperatur brauchbar sind und auf fast Jeder Unterlage gut haften.

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9« Das Verfahren läßt erheblichen verfahrenstechnischen Spielraum und ergibt die erwünschten Ergebnisse innerhalb eines breiten Bereichs der Dicken des Metalldünnschicht-Vorläufers sowie über einen breiten Bereich von Umwandlungsverfahren.

Beispiel Λ

Ein Gegenstand mit der Querschnittsgestalt des in S¹Ig. 1 dargestellten Mikrobildes wurde wie folgt hergestellt:

Eine 0,05 mm dicke Folie aus biaxial orientiertem Polyethylenterephthalat (PEG?) wurde mit einer 33 um dicken Aluminiumschieht auf der einen und mit einer 32 nm dicken Aluminiumschicht auf der anderen Seite bedampft. Diese Aluminiumschichten wurden dann 3 bis U- min mit gesättigtem Wasserdampf bei einer 'Temperatur von etwa 95 °G behandelt und wandelten sich während dieser Zeit vollständig zu strukturierten Schichten aus Boehmit (AlO(OH)) von etwa 120 nm Dicke um. Die resultierende Folie war sichtbar transparenter als eine unbeschichtete Kontrollfolie aus PET mit der gleichen Dicke.

Um die Eigenschaften der so hergestellten Boehmitstruktur zu bestimmen, wurde ein Abschnitt der Folie in transparente Epoxygußmasse eingebracht und nach dem Aushärten rechtwinklig zur Folienoberfläche geschnitten. Dieser Schnitt wurde dann unter dem Durchstrahlungseleketronenmikroskop analysiert; es ergab sich ein Mikrobild, wie es die Fig. 1 zeigt.,

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Die I¹Xg. 2 und 3 weisen eine außergewöhnliche Zunahme des Transmissionsgrades für einen solchen Gegenstand sowie eine ebenso außergewöhnliche Abnahme des ßeflexionsgrades aus. Ein durch den Gegenstand und beide Oberflächenschichten verlaufender Lichtstrahl wird innerhalb eines Wellenlangenbereichs von 350 bis 700 nm insgesamt zu weniger als etwa 2 i> reflektiert. Innerhalb des gleichen Wellenlangenbereichs würde der Reflexionsgrad einer einzelnen Oberfläche weniger als 1 % betragen. Im Vergleich hierzu zeigt die Fig. 2, daß eine unbeschichtete PET-Folie einen Reflexionsgrad von etwa 12 % für beide Oberflächen bzw. einen Reflexionsgrad von etwa 6 % für nur eine Fläche haben. Wie in der Fig. 3 gezeigt, hat die nach der vorliegenden Erfindung beschichtete PET-Folie einen Transmissionsgrad von mehr als etwa 95 % innerhalb des gleichen Wellenlängenbereichs, während bei der unbeschichteten PET-Folie der Transmissionsgrad nur mindestens 85 % betrug. Es wurde also eine Zunahme des Transmissionsgrades von etwa 10 ü über den gesamten sichtbaren Spektralbereich erreicht. Eine entsprechende Zunahme des Transmissionsgrades erhält man im Infrarotbereich der elektromagnetischen Strahlung, d.h. bis etwa 2600 nm.

Wie_bereits erwähnt, sind der Transmissions— und der Reflexionsgrad der Gegenstände nach der vorliegenden Erfindung bemerkenswert unabhängig von der Dicke der ursprünglichen Ketalldünnschicht. Bei einer Gruppe von ^Tests wurden Dünnschichten aus Aluminium auf PET-Substraten in Anfangsdicken von 10 bis 100 nm hergestellt und mit der oben erläuterten Wasserdampfbehandlung

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umgewandelt. Wie in Fig. 4 gezeigt, beträgt über diesen gesamten Dickenbereich die resultierende Zunahme der Lichtdurchlässigkeit etwa 9 %· Eine entsprechende Zunahme der Durchlässigkeit ergab sich weiterhin mit dickeren Aluminiumschichten beispielsweise 200 nm -, die durch Eintauchen der Schicht auf dem Substrat in eine wässrige Lösung von etwa 60 0 und etwa 1-1/2-stündiges Vorhalten umgesetzt wurden; die Schichten erwiesen sich nach der Behandlung als transparent und damit als vollständig umgesetzt.

Die Gegenstände nach der vorliegenden Erfindung zeichnen sich nicht nur durch eine bemerkenswerte Abnahme des Reflexionsvermögens und eine ebensolche Zunahme der Durchlässigkeit aus; zusätzlich ist die Haftung der umgesetzten Schicht auf dem Substrat ausgezeichnet. Wandelt man beispielsweise eine typische Al-Schicht auf Polyester vollständig zu der erläuterten Boehmitstruktur um, bringt dann ein Stück druckempfindliches Klebeband auf die Beschichtung auf und zieht dieses unter einem Winkel von 180° ab, hebt die Boehmitschicht sich vom Substrat nicht ab; vielmehr löst der Kleber sich von seiner Unterlage.

Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß die umgesetzte Oxidschicht - beispielsweise aus Boehmit - hydrophil ist. Sie läßt sich daher wünschenswerterweise auf optischen Elementen und dergleichen einsetzen, deren Beschlagen sie vorteilhafterweise verhindert.

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Die Fig. 5 zeigt weiter die Unabhängigkeit des Reflexionsgrades der Gegenstände nach der vorliegenden Erfindung vom Einfallswinkel. Für die Kurven A und B dieser Figur wurde ein Lichtstrahl einer Wellenlänge von 632,8 nm aus einem He-Ne-Laser mit zur Einfallsebene rechtwinkliger (Kurven A und B) bzw. paralleler (Kurven A¹ und B¹) Polarisation auf repräsentative Oberflächen gerichtet und dann die Stärke der spiegelnd reflektierten Strahlung bestimmt. Bei der Messung an einer unbeschichteten Glasfläche ergab sich - vergleiche Fig. 5 - der Reflexionsgrad für rechtwinklig zur Einfallsebene polarisiertes Licht zu etwa 4 % von einer Fläche bei zu dieser rechtwinkligem Einfall, während es stetig auf etwa 100 % bei einem Einfallswinkel von 90° bezüglich der Normalen (Kurve A) anstieg. Entsprechend betrug der Reflexionsgrad mit zur Einfallsebene paralleler Polarisation etwa 4- fo von einer Oberfläche bei rechtwinkligem Einfall, nahm allmählich auf etwa 0,01 % bei 57° zur Normalen infolge des Brewster-Effektes ab und stieg dann allmählich auf 100 % bei 90° (Kurve A¹) an. Als eine Oberfläche des Glases mit einer einlagigen Schicht nach der vorliegenden Erfindung versehen wurde, betrug der Reflexionsgrad bei 0° bezüglich der Normalen etwa 0,1 % bei sowohl rechtwinklig als auch parallel polarisiertem Licht. Bei der Messung mit rechtwinklig polarisiertem Licht stieg der Reflexionsgrad allmählich auf etwa 100 % bei 90° an, blieb aber bis etwa 55° (Kurve B) geringer als 1 %. Bei der Messung mit parallel polarisiertem Licht ergab sich für den Reflexionsgrad eine geringe Abnahme bis etwa 30°; bis etwa 60° blieben die Meßwerte unter 1 % (Kurve B¹).

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Beispiel 2

Die wünschenswerten Eigenschaften, die man mit der vorliegenden Erfindung bei einem anorganischen Substrat erhält, ergeben sich aus einem Beispiel, bei dem eine Quarzplatte auf herkömmliche Weise beidseitig mit einer 32,5nn dicken Aluminiumschicht bedampft wurde. Diese Aluminiumschichten wurden mit einer wässrigen Lösung, die ein Netzmittel enthielt, vorgenetzt und dann 3 bis 4- min mit gesättigtem Wasserdampf zur Bildung strukturierter Boehmitschichten einer Dicke von etwa 120 nra behandelt. Die Ergebnisse der Reflexions- und Transmissionsmessungen an dieser Probe sind in den i*ig. 6 bzw. 7 dargestellt. V/ie ersichtlich, erreicht man innerhalb des gesamten Wellenlängenbereiches von 400 bis 700 nm eine außergewöhnliche Abnahme des Reflexionsvermögens und eine ebenso außergewöhnliche Zunahme der Durchlässigkeit. Das Reflexionsvermögen war dabei geringer als 0,5 % pro Oberfläche. Infolge der geringen Absorption des Quarzmaterials über einen breiten Wellenlängenbereich blieben das beobachtete niedrige Reflexionsvermögen und die hohe Durchlässigkeit von 350 nm bis 2250 nm im wesentlichen unverändert; es ist daher zu erwarten, daß sich diese Eigenschaften auch noch in den UV- und weiter in den IR-Bereich verfolgen lassen.

Beispiel 3

Der Nutzen der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung von reflexionsarmen Oberflächen auf optischen Elementen mit komplexer Geometrie wurde durch Beschichten eines Teils einer

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Fresnellinse aus Polymethylmethacrylat mit etwa 39,5 ™ Aluminium auf der gerillten bzw. strukturierten Linsenoberfläche demonstriert. Da dieser Werkstoff bei den während der Dampfbehandlung der Beispiele 1 und 2 auftretenden hohen Temperaturen sich unannehmbar verwirft, wurde in diesem Beispiel das Aluminium durch etwa 5-minütiges Eintauchen des beschichteten Linsenteils in eine 5%ige wässrige Lösung von NaClOo von etwa 78 ⁰G zum Boehmit umgewandelt.

Die mit dem oben beschriebenen Verfahren erreichte Reflexionsarmut auf der gerillten Oberfläche ergab sich bereits bei der Sichtprüfung. Die Ergebnisse der Messungen des Reflexions- und des Transmissionsgrades entsprachen den in den Pig. 2 und 3 sowie 6 und 7 dargestellten dahingehend, daß sie im wesentlichen wellenlängenunabhängig waren. Da die gerillte Oberfläche der Fresnellinse einfallendes Licht vom rechten Einfallswinkel hinweg erheblich streut, liegt der gesamte Reflexionsgrad einer unbeschichteten Probe (beide Oberflächen) typischerweise bei 8 #. Demgegenüber betrug der Reflexionsgrad einer Probe mit der Beschichtung auf der Fresnel-Oberfläche typischerweise etwa 6 %. Während also die Beschichtungsbehandlung nach der vorliegenden Erfindung den Reflexionsgrad um mehr als 2 % senkte, war diese Änderung nicht so ausgeprägt wie bei ebenflächigen Proben.

Beispiel Ά-

In diesem Beispiel wurde eine 0,05 mm dicke Folie aus PoIy-

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alkylenterephthalat auf herkömmliche Weise im Vakuum mit 27 nm Magnesium einseitig beschichtet und diese Dünnschicht dann durch 3- his 4-minütige Behandlung mit gesättigtem Wasserdampf bei etwa 90 C vollständig in eine Oxidform umgesetzt. Der Reflexionsgrad und der Transmissionsgrad des resultierenden umgewandelten Belags entsprachen wiederum im wesentlichen den Pig. 2 und 3 sowie 6 und 7» da sie praktisch wellenlängenunabhängig waren. In diesem Beispiel hatte der gesamte Reflexionsgrad (beide Oberflächen) der so beschichteten Folie auf nur einer Seite von etwa 12 % auf etwa 8 J6 abgenommen, während der Transmissionsgrad von etwa 85 % auf mehr als etwa 90 % zugenommen hatte.

Beispiel 5

In einer weiteren Abänderung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wurde eine 0,05 mm dicke Folie aus Polyethylenterephthalat mit 120 nm Aluminium bedampft, wie in den vorgehenden Beispielen beschrieben. Diese aufgedampfte Dünnschicht wurde dann elektrolytisch umgesetzt, indem die Schicht an die positive Klemme einer Spannungsquelle von 7»O V gelegt und dann langsam in einen Elektrolyt aus 50 Vol.-% H₂SO^ in Wasser eingetaucht wurde. Die negative Elektrode bestand aus einer in die Elektrolytlösung gehängten Bleiplatte. Auf diese Weise setzte sich die Aluminiumdünnschicht fast vollständig zu Aluminiumoxid um.

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Die geringe Restaluminiummenge, die nach der elektrolytischen Behandlung verblieb, wurde umgesetzt durch 10-minütiges Eintauchen der Probe in eine verdünnte wässrige NaClOo-Lösung mit 80 ⁰C. lach dieser Behandlung erwies die elektrolytisch oxidierte Probenfläche sich als klar; sie zeigte ein erheblich geringeres Reflexionsvermögen der Oberfläche sowie eine erheblich höhere Durchlässigkeit. Elektronenmikrobilder dieser Probe zeigten weiterhin, daß die resultierende Schicht gröber strukturiert war als die oben zum Beispiel 1 beschriebene und in der Fig. 1 gezeigte.

Beispiel 6

Gegenstände nach der vorliegenden Erfindung wurden zu einer Sonnenwärme-Übertragungsplatte in einer mehrschichtigen Anordnung zusammengesetzt. Hierzu wurden vier 1,6 mm dicke PoIymethylmethacrylatbögen gereinigt und dann jeweils auf beiden Seiten mit 32 nm Aluminium bedampft. Diese Aluminiumdünnschichten wurden dann durch die Sättigungsdampfbehandlung, die im Beispiel 1 oben beschrieben ist, zu strukturierten Boehmitschichten umgewandelt. Die Fig. 8 und 9 zeigen die Ergebnisse der Verringerung des Reflexionsvermögens bzw. der Zunahme der Durchlässigkeit für einen Stapel aus diesen vier Bögen (8 Oberflächen) , die mit jeweils etwa 13 mm (1/2 in.) Zwischenraum zusammengesetzt worden waren. Während also eine Anordnung aus vier solchen Hethylmethacrylatbögen in unbeschichteter Form einen Reflexionsgrad von etwa 25 % aufwies, hatte sie, wie in

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Mg. 8 gezeigt, in der beschichteten Form einen Reflexionsgrad von weniger als 1 %. Während weiterhin der Transmissionsgrad einer unbeschichteten Anordnung aus solchen Bögen etwa 75 % betrug, war der Transmissionsgrad der zusammengesetzten beschichteten Bögen etwa 98 #.

Beispiel 7

Um den Nutzen der vorliegenden Erfindung mit einer Dünnschicht aus Zink als Vorläufermaterial zu demonstrieren, wurde eine Silberschicht von weniger als einer Atomlage Dicke anfänglich auf eine Polyäthylenterephthalatfolie aufgebracht, um das nachfolgende Ablagern der Zinkdünnschicht zu erleichtern. Diese Zinkschicht wurde dann auf die vorversilberte Oberfläche nach einem herkömmlichen Verfahren zu einer Dicke von etwa 4-5 nm aufgedampft und durch Behandlung mit Dampf von etwa 96 ⁰C für eine Dauer von 30 min umgewandelt. Danach war die Schicht vollständig umgewandelt und im wesentlichen vollständig transparent. Es stellte sich heraus, daß der Reflexionsgrad der beschichteten Probe etwa 3 % pro Oberfläche im sichtbaren Bereich betrug, und zwar im Gegensatz zu etwa 6,7 % pro Oberfläche für die unbeschichtete Probe.

Beispiel 8

Die Eignung der vorliegenden Erfindung für das Aufbringen reflexionsverhindernder Beschichtungen auf ein Substrat aus PoIy-

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imid wurde in einem Test demonstriert, bei dem eine 4-5 dicke Schicht aus Aluminium auf einen Polyimidbogen aufgedampft, die Aluminiumschicht dann durch Eintauchen des beschichteten Bogrens in entionisiertes V/asser bei 60 ⁰C für 20 min. zu einer Boehmitstruktur umgewandelt wurde. Dann war die Aluminiumschicht im wesentlichen vollständig umgewandelt und zeigte einen Gesamt-Transmissionsgrad bei 700 nm von etwa 90 #, während der unbehandelte Bogen bei dieser Wellenlänge einen Transmissionsgrad von etwa 86 ^cp aufwies. Entsprechende Zunahmen der Durchlässigkeit wurden auch innerhalb eines Wellenlängenbereiches von etwa 350 bis 2200 nm festgestellt.

Beispiel 9

Die Eignung der vorliegenden Erfindung zum Aufbringen reflexionsarmer Oberflächen auf ein Substrat aus Oelluloseacetatbutyrat (CAB) wurde an einer Probe demonstriert, bei der eine !folie aus diesem Werkstoff nach herkömmlichen Verfahren mit 45 nm Aluminium bedampft wurde. Diese Schicht wurde dann durch Eintauchen in entionisiertes Wasser von 60 ⁰O für 20 min. zu einer Boehmitschicht umgewandelt. Nach der Behandlung einer Seite des GAB-Substrats ergab sich ein 'Iransidssionsgrad innerhalb des sichtbaren Bereichs von etwa 91 % für das unbehandelte gegenüber etwa 95 % für das behandelte Substrat.

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Beispiel 10

Die Eignung der vorliegenden Erfindung für Polycarbonatsubstrate wurde untersucht, indem ein solches Substrat mit einer 45 nm dicken Schicht aus Aluminium nach herkömmlichen Verfahren bedampft wurde, die dann zunächst durch Benetzen mit einer wässrigen Lösung eines Netzmittels und schließlich durch Behandlung mit Wasserdampf von 96 °0 für etwa 2 min zu einer Boehmitschicht umgewandelt wurde. Der Transmissionsgrad eines solchen, einseitig beschichteten Bogens bei einer Wellenlänge von etwa 500 nm nahm von etwa 80 % für den unbeschichteten Bogen auf etwa 85 ⁰P zu. Eine entsprechende Zunahme der Durchlässigkeit ergab sich bei etwa 420 nm (bei dieser Wellenlänge zeigte die Probe eine erhebliche Absorption) bis hinauf zu einer Wellenlänge von etwa 1000 nm.

Beispiel 11

Die Eignung der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung einer reflexionsarmen Oberfläche auf einem Polystyrolsubstrat wurde in einem Beispiel demonstriert, in dem eine Oberfläche eines solchen Substrats mit einer 45 nm dicken Schicht aus Aluminium auf herkömmliche Weise bedampft wurde. Diese Schicht wurde dann durch Eintauchen in entionisiertes Wasser von 60 ⁰G für 20 min. zu einer Boehmitstruktur verwandelt. Am unbehandelten Polystyrolbogen wurde ein Transmissionsgrad von etwa 85 % bei einer Wellenlänge von 500 nm festgestellt, während der Transmissionsgrad des Substrats mit umgewandelter Beschichtung etwa 90 % bei einer

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Wellenlänge von etwa 500 nm betrug. Eine entsprechende Zunahme der Durchlässigkeit wurde über einen Wellenlängenbereich von etwa 400 bis mindestens 1000 nm ermittelt.

Beispiel 12

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde ein Fresnellinsenpaket mit einer Glasdeckplatte, drei linearen Fresnellinsen aus einem Acrylatpolymerisat (Typ DR der Pa. K-S-H Inc., St. Louis, Missouri, V.St.A.) und einer vierten linearen Fresnellinse aus Polymethylacrylat (Typ 14-7I¹ der Fa. fiohm & Haas Company) auf sämtlichen Innenflächen wie folgt mit reflexionsarmen Beschichtungen versehen: Die fünf Elemente wurden zunächst mit einer 4-5 ⁿm dicken Aluminiumschicht auf herkömmliche Weise bedampft. Die Glasceckplatte und die Acrylat-Fresönellinse des Typs 14-7F wurden fünf Minuten bei 80 C in eine Lösung von 1 % NaNOp in entionisiertem Wasser, einem Tropfen eines Netzmittels wie einem quaternären Ammoniumhydroxid (oberflächenaktives Mittel Typ X-100 der Ea. Rohm Ss Haas Go.) pro Liter und einem Puffer wie 1 % Natriumacetat/ Essigsäure getaucht. Der pH-Wert der Lösung wurde dabei mit Essigsäure auf 6,65 eingestellt. Nach der Umwandlung zur Boehmit-Mikrostruktur wurden diese Elemente durch Eintauchen in entionisiertes Wasser bei 80 ⁰G gespült und getrocknet. Die Linsen aus Acrylmaterial DR 61 wurden sechs Minuten bei 70 °G in entionisiertes Wasser getaucht, dessen pH-Wert mit Natriumhydroxid auf 8,65 eingestellt worden war; nach der Umwandlung

der Beschichtung wurden diese Elemente in feuchter Umgebung zwei bis drei Minuten gekühlt und dann in einem Strom aus trocknem Stickstoff getrocknet. Die so beschichteten Linsenelemente wurden zusammengesetzt und in einem Schreibprojektor geprüft, wobei die Stärke des durch die Linsenanordnungen tretenden Lichts sowohl in der Mitte als auch in den Ecken gemessen wurde. Es ergab sich über die gesamte mikrostrukturierte Fläche eine 20$ige Zunahme der Lichtintensität gegenüber der Intensität einer unbeschichteten, ansonsten gleichen Linsenanordnung. Weiterhin wurde eine erhebliche Abnahme des Blendeffekts festgestellt, und Interferenzmuster, die vorher infolge sich leicht berührender Elemente beobachtbar waren, entfielen nun völlig.

In allen oben ausgeführten Beispielen wurden die Substratoberflächen vor der Aufbringung der Metalldünnschicht gereinigt, um die Haftung und Gleichmäßigkeit des Ketallauftrags zu verbessern. Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß Oberflächenverschmutzung die Gleichmäßigkeit der resultierenden umgewandelten Beschichtungen und damit die optische Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. Die jeweils angewandten Reinigungsverfahren richten sich nach dem gewählten Substrat.

Beispiel 13

In einer weiteren Ausführungsform, die die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung auf große Oberflächen wie Fenster als Archxtekturelemente beweisen sollte, wurde eine Rolle mit 1828 m

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Polyäthylenterephthalatfolie einer Dicke von 0,05 mm und 130 cm Breite beidseitig mit etwa 35 um auf herkömmliche V/eise bedampft. 60 cm breite Abschnitte dieser Rolle wurden mit gesättigtem Dampf behandelt, um die Metallschicht umzuwandeln, wie oben beschrieben, und dann auf den Transmissionsgrad für das Sonnenenergiespektrum von 0,3 bis 2,2 /Um durchgemessen. Sie wiesen für die einfallende Sonnenenergie einen Transmissionsgrad von 96,8 % im Vergleich zu etwa 85 % für gutes Fensterglas auf.

Beispiel 14-

Die Gegenstände nach der vorliegenden Erfindung sind weiterhin geeignet zur Ausbildung einer Mater mit einer entsprechenden mikrostrukturierten Oberfläche, die dann zur Vervielfältigung von Gegenständen mit dieser mikrostrukturierten reflexionsarmen Oberfläche dienen kann. Bei einer solchen Ausführungsform wurde eine 0,05 mm dicke PET-Folie mit einer 30 nm dicken Dünnschicht aus Mg beschichtet und dieses dann zu einer strukturierten Oberfläche umgewandelt, indem die Oberfläche mit einer wässrigen Lösung eines Netzmittels benetzt und die nasse Oberfläche 20 see bei etwa 90 G mit gesättigtem Dampf behandelt wurde. Die Schicht wurde dadurch vollständig transparent und schließlich in Isopropylalcohol gewaschen und getrocknet. Die strukturierte Oberfläche wurde auf eine 0,025 mm dicke Folie aus Celluloseacetatbutyrat (GAB) gelegt und dann das Ganze in eine Presse eingeführt und 60 see bei 120 ⁰G gepreßt, die beiden Folien

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danach herausgenommen und getrennt. Optische Messungen der GAB-Oberfläche zeigten ein entsprechend niedriges Reflexionsvermögen und eine hohe Durchlässigkeit.

Alternativ kann man eine Stanzmatrize zur Herstellung von Vervielfältigungen von einer Boehmitschicht auf Glas abnehmen, die so hergestellt worden ist, wie oben beschrieben. Diese Beschichtung überzieht man nacheinander mit einer 80 nm dicken Or-Schicht, einer 40 nm dicken Ni-Schicht und einer 80 nm dicken Cu-Schicht. Die leitfähige äußere Cu-Schicht dient als Elektrode, auf die galvanisch eine 500 ,um dicke Ni-Schicht aufgebracht wurde. Danach wird das Glassubstrat entfernt und das nun an der offenliegenden Chromoberfläche haftende restliche Boehmit abgeätzt. Mit dieser Matrize lassen sich große Mengen von Polymerisatgegenständen mit einer strukturierten Oberfläche mit entsprechenden reflexionsarmen Eigenschaften versehen.

Derartige vervielfältigte Gegenstände stellen eine wünschenswerte Verbesserung gegenüber Gegenständen dar, auf die die mikrostrukturierte Oberfläche unmittelbar aufgetragen ist, denn die beschichteten Flächen sind verhältnismäßig abrieb- und kratzempfindlich. Daher sind solche Beschichtungen hauptsächlich geeignet für Anwendungen, in denen sie geschützt sind - beispielsweise auf den Innenflächen von Linsen, Fenstern und dergleichen. Demgegenüber sind die vervielfältigten Oberflächen dauerhdfcer und weniger spröde und lassen sich auch dort sicher anwenden, wo sie offenliegen.

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Beispiel ^5

In einer weiteren Äusführungsform wurde die Eignung der vorliegenden Erfindung an einem opaken Substrat demonstriert. Eine Stahlplatte wurde mit schwarzem Glanzlack überzogen und auf diese Lackschicht eine 50 nm dicke Aluminiumschicht aufgetragen, die dann durch eine 3-minütige Dampfbehandlung bei 96 ⁰C die Boehmitstruktur erhielt. Nach der Umwandlung wurde das Reflexionsvermögen der Glanzlackschicht und das der resultierenden Boehmitschicht mit dem Reflexionsvermögen von schwarzem Samt verglichen. Bei rechtwinkligem Lichteinfall zeigte der schwarze Glanzlack bei 500 nm einen Reflexionsgrad von 4,7 %* Demgegenüber hatte der schwarze Samt bei der gleichen Wellenlänge einen Reflexionsgrad von 0,2 %'. Die umgewandelte Boehmitschicht auf der Glanzlackschicht zeigte einen Reflexionsgrad, der geringfügig über dem des schwarzen Samt lag, d.h. etwa 0,25 /6. Dabei war das Reflexionsvermögen über den Wellenlängebereich von 350 bis 700 nm im wesentlichen konstant, so daß zu erwarten ist, daß es auch in den UV- und den IR-Bereich hinein verläuft, und zwar in gewissem Ausmaß abhängig von den Reflexionseigenschaften der Lackschicht.

Beispiel 16

In einem weiteren Test wurde die Stabilität der umgewandelten Beschichtung ermittelt. Hierzu wurden 35 nm dicke Dünnschichten aus Aluminium auf eine Seite einer Anzahl von Glasplättchen aufgetragen und dann durch Behandeln mit Dampf bei 96 ⁰C für 2 min

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zu Boehmit umgewandelt. Die Reflexionsgrade der unuehandelten Glasplättchen bei 500 nm wurde für beide Oberflächen zu etwa 8 Yo ermittelt. Demgegenüber ergab sich, der reflexionsgrad auf den beschichteten Plättchen zu etwa 4,d % für beide Seiten. Diese Beschiehtungen wurden bei verschiedenen erhöhten '.Temperaturen über längere Zeiträume wie folgt vorgehalten: Ein Plättchen wurde 93 Std. bei 210 ⁰C vorgehalten; danach hatte der .Reflexionsgrad für beide Oberflächen auf etwa 4-,85 i> zugenommen. Ein weiteres Plättchen wurde 66 Std. bei 460 ⁰C vorgehalten; danach betrug der iteflexionsgrad für beide Elächen etwa 4-,5 JiS. Ein drittes Plättchen wurde 22,5 Std. bei 560 °G vorgehalten und der Reflexionsgrad dann zu etwa 4-,4- % für beide flächen ermittelt. Diese Beispiele zeigen die außergewöhnliche Stabilität der Beschichtungen nach der vorliegenden Erfindung selbst bei erhöhter 'Temperatur; diese Eigenschaft ist von erhebliche·: Wichtigkeit bei Anwendungen, in denen es um Sonnenenergie geht.

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Claims

1BERLIN33" 8 M ü NI C H E N 80

&TEEE£ Dr. RUSCHKE & PARTNER ZZZZ

Pf-;Anw. Dipl.-rng. PATENTANWÄLTE ^Ha"^{8 E}· ^Rus<*^ke

OlafRuschke Γ M I C I» I « l>ä VV Π I- I L.

Tel. (030) 8 26 38 95/8 28 44 81 BERLIN - MÜNCHEN Te . (089) 98 03 24 / 98 72

Telegramm-Adresse: Telegramm-Adresse:

Quadratur Berlin Quadratur Rflümehen

TELEX: 183786 TELEX: 522767

M 3910

Patentart sprüche

1. Gegenstand mit einer im'wesentlichen reflexionsarmen Oberfläche, gekennzeichnet durch ein Substrat mit einer Oberflächenbeschichtung aus einem Oxid eines Metalls der aus Aluminium, Magnesium, Zink oder deren Legierungen bestehenden Gruppe, die aus einer im wesentlichen vollständigen Umwandlung einer Dünnschicht des Metalls entsteht, die vor der Umwandlung eine Dicke von mindestens 5 um hat, wobei die Oberfläche nach der Umwandlung eine Vielzahl regellos angeordneter diskreter Blättchen unterschiedlicher Höhe und Gestalt aufweist, die von der Oberfläche aus in eine Höhe von nicht weniger als 20 nm vorstehen und deren V/urzeln die aller benachbarten Blättchen im wesentlichen berühren.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch einen Gesamt-Reflexionsgrad von weniger als 1 % der Beschichtung für sichtbares Licht, das rechtwinklig zur Oberfläche einfällt.

3ο Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ₉ daß das Substrat aus transparentem Werkstoff aus Polyimid_s Polystyrol, Polyester, Polymethylmethacrylat₉ Polycarbonat₂

OBiGINAL INSPECTED

Polypropylen, Quarz oder Glas besteht und der Gesamttransraissionsgrad für das rechtwinklig einfallende Licht höher ist als für den Werkstoff ohne die Beschichtung.

4-. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Isolierstoff oder ein halbleitender anorganischer Werkstoff ist.

5. Gegenstand nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet,daß das Halbleitermaterial aus den Werkstoffen mit erwünschten photoelektrischen Eigenschaften wie beispielsweise Silizium ausgewählt ist, bei dem, wenn in eine Photozelle eingebaut, die reflexionsarme Beschichtung einen verstärkten Durchgang von Strahlungsenergie in die Zelle und eine Zunahme des Wirkungsgrads der Zelle bewirkt.

6. Gegenstand nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein opakes Substrat, das die Beschichtung trägt, um die Reflexion von Strahlung durch das Substrat zu verringern, so daß die Absorption der Strahlung im Substrat maximiert wird.

7- Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus transparentem Werkstoff und zur Bildung eines optischen Elements gestaltet ist und die Beschichtung trägt, um die Reflexion von einer Oberfläche des Elements zu verringern und dessen Durchlässigkeit gegenüber einem entsprechenden, aber unbeschichteten Element zu erhöhen.

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8. Gegenstand nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element eine gerillte Fresnellinse aufweist, bei der die Beschichtung auf mindestens der gerillten Oberfläche angeordnet ist.

9. Gegenstand nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element eine Vielzahl von Fresnellinsen und mindestens eine ebene Deckplatte aufweist, wobei mindestens einige der Linsen und die Deckplatte beabstandet sind, um eine Verbundlinsenanordnung auszubilden, und sämtliche Innenflächen der Linsen und der Deckplatte mit der Beschichtung versehen sind_o

10. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet„ daß es sich bei dem Substrat um eine isolierende, Sonnenenergie übertragende Platte handelt, der die Oberflächenbeschichtung Reflexionsarmut erteilt, um die Reflexion erheblicher Mengen einfallender Strahlungsenergie zu verhindern, so daß die Platte zum Einsatz in passiven Sonnenheizanlagen geeignet wird.

11. Gegenstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand einen Gesamt-Transmissionsgrad für rechtwinklig einfallendes Licht von nicht weniger als 98 % zeigt.

12. Gegenstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte weiterhin äußere Platten, die mindestens durchschei-

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nend, wenn nicht transparent sind, und daß mindestens ein Substrat mit der Beschichtung zwischen den Platten eingeschlossen ist.

13. Verfahren zur Ausbildung eines Gegenstandes mit einer im wesentlichen reflexionsarmen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man (a) auf ein Substrat eine metallische Dünnschicht in einer Dicke von mindestens 5 um aus einem Metall aufbringt, das man aus der aus Aluminium, Magnesium, Zink und deren Legierungen bestehenden Gruppe wählt, (b) die metallische Dünnschicht so lange und bei einer geeigneten Temperatur mit Wasser behandelt, daß die metallische Dünnschicht sich zu einer Oxid- oder Hydroxidschicht umwandelt, wobei die umgewandelte Beschichtung einen Gesamt-Reflexionsgrad für rechtwinklig zur Oberflächenbeschichtung einfallendes sichtbares Licht von weniger als 1 % aufweist.

Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß man die Dünnschicht zu einer Oxidschicht mit einem Reflexionsgrad von weniger als 1,08 % behandelt, so daß, wenn die Beschichtung sich auf einem transparenten Substrat befindet und man die Innenabsorption im wesentlichen ignorieren kann, der Gegenstand einen Transmxssionsgrad von licht weniger als 98 % aufweist.

15- Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Behandlung der Dünnschicht auf diese eine

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Schicht eines Netzmittels aufbringt und sie für eine Dauer zwischen 0,5 und 60 min bei einer Temperatur zwischen 85 und 98 ⁰C mit gesättigtem Wasserdampf behandelt.

16. Verfahren nach Anspruch 15 oder 14-, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Behandlung der Kombination aus Dünnschicht und Substrat diese in eine wässrige Oxidierlösung bei einer (Temperatur von nicht weniger als 25 ⁰C für eine Dauer von mindestens 0,5 min eintaucht.

17. Gegenstand mit einem transparenten flexiblen Substrat und einer Schicht aus Boehmit auf diesem, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Vielzahl von eng beabstandeten und regellos angeordneten diskreten Blättchen unterschiedlicher Höhe und Gestalt aufweist, die vom Substrat zu einer Höhe von nicht weniger als 20 nm vorstehen und deren Wurzeln die Wurzeln im wesentlichen aller nächstliegenden Blättchen berühren, so daß der Gegenstand einen Gesamtreflexionsgrad für rechtwinklig zur Oberflächenbeschichtung einfallendes sichtbares Licht von weniger als 1 % und einen Gesamt-Transmissionsgrad für das rechtwinklig einfallende Licht von nicht weniger als 98 % aufweist, die Oberflächenbeschichtung im wesentlichen hydrophil ist und damit der Reflexionsgrad kleiner und der Transmissionsgrad größer als die entsprechender, aber unbeschichteter Gegenstände sind, damit größere Mengen von Licht und/oder Strahlungsenergie hindurchtreten können und die Gegenstände be-

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sonders brauchbar für optische Linsen, Sonnenlichtabsorber, Photozellen und dergleichen macht.

18. Gerillte Fresnellinse mit einem Polymerisatkorper, der auf mindestens einer Oberfläche mit einer Rillenanordnung zur Bildung einer Presenellinse versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf der gerillten Oberfläche eine eines Oxids oder Hydroxids eines Metalls aus der aus Aluminium, Magnesium, Zink oder deren Legierungen bestehenden ü_rUppe vorliegt, die durch im wesentlichen vollständige Umwandlung einer Dünnschicht des Metalls hergestellt worden ist, wobei die Dicke der Dünnschicht vor der Umwandlung mindestens 5 *"& betrug, und nach der Umwandlung eine Viel zahl von regellos angeordneten diskreten Blättchen unterschiedlicher Höhe und Gestalt aufweist, die von der Oberfläche zu einer Höhe von nicht weniger als 20 nm vorstehen und deren Wurzeln die Wurzeln im wesentlichen aller nächstliegenden Plättchen berühren.

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