24.11.2015

Beschichtete BOROFLOAT® Glassubstrate für kundenspezifisches Lichtmanagementdesign

Hochwertige funktionale Beschichtungen eröffnen eine Vielzahl von Möglichkeiten für kundenspezifische Lichtmanagementdesigns – vor allem, wenn sie auf ein zuverlässiges Substrat wie BOROFLOAT® Borosilicatglas aufgetragen werden. Dieses Spezialglas von SCHOTT wird in einem technisch hochentwickelten Float-Prozess hergestellt und bietet gleichzeitig überzeugende optische, thermische, mechanische und chemische Eigenschaften. Der Werkstoff ist hervorragend für optische Komponenten wie dichromatische Filter oder Warmlicht- und Kaltlichtspiegel geeignet, denn diese müssen thermisch sehr beständig sein und auch hochenergetische Strahlung verkraften.

Dichromatische Filter, auch Interferenzfilter genannt, sind in der Lage nur bestimmte Wellenlängenbereiche zu reflektieren oder zu absorbieren und daher ideal in Lichtquellen hoher Intensität oder sogenannte Light Engines. Sie finden sich in Beleuchtungslösungen für Gebäude und die Unterhaltungsindustrie, in optischen Farbrädern, elektronischen Bauteilen sowie Anwendungen für die Wärme- und UV-Kontrolle. Ebenso kommen sie zum Einsatz bei der Korrektur der Lichtleistung, in der Unterwasserbeleuchtung, in Bauteilen der medizinischen Photonik und in vielen anderen optischen Anwendungen. Dichromatische Filter wurden in den 1950er Jahren entwickelt: Die NASA wollte mit ihnen empfindliche Geräte in Raumfahrzeugen vor schädigender kosmischer Strahlung schützen.
Die Leistungsfähigkeit eines Interferenzfilterns wird nicht nur von der Qualität seiner Beschichtung bestimmt, sondern auch vom Substratmaterial selbst. Sowohl die optischen Eigenschaften als auch die Temperaturbeständigkeit des Substrats bestimmen die Effizienz und die maximale Arbeitstemperatur des Filterprodukts. BOROFLOAT® Borosilikatglasin einem beschichteten dichromatischen Filter weist eine hohe thermische Beständigkeit auf und ist in typischen Anwendungen bis 287 °C (550 °F) einsetzbar. Es zeigt bei UV-Bestrahlung geringere Transmissionsverluste, was es unempfindlicher gegen Solarisation macht. Daneben hält es auch thermische Gradienten aus und verbindet eine überragende optische Klarheit mit einer spiegelglatten Oberflächenqualität.

Dank seiner einzigartigen Glas-Mikrostruktur mit einem relativ geringen Anteil an nicht brückenbildendem Sauerstoff zeigt BOROFLOAT® selbst wenn es hochintensiver Strahlung ausgesetzt ist nur eine geringe Neigung zur Degradation. Das bedeutet, dass Interferenzfilter aus BOROFLOAT® oft deutlich bessere Farbfiltereigenschaften aufweisen (etwa steileren UV-Kantenverlauf, bei einer höheren Transparenz im sichtbaren Bereich).
Darüber hinaus tragen eine höhere Schwelle, ab der es Beschädigungen durch Laser- und Röntgenstrahlen gibt, zu einer längeren Lebensdauer und einer besseren Gesamtleistung in Vergleich zu anderen Flachglassubstraten unter derart herausfordernden Bedingungen bei.

In Gegensatz dazu zeigen viele konventionelle Glasmaterialien, die als Filtersubstrate verwendet werden, eine geringere Leistungsfähigkeit. Dies macht sie für dichromatische Filter weniger geeignet. Zum Beispiel: weisen eingefärbte Kunststoffe oder kommerzielle Glassorten eine nur eingeschränkte thermische Beständigkeit auf. Gefärbte Kunststoffe altern oft schnell (sie werden gelb) und versagen sogar, wenn sie durch hochenergetisches Licht bestrahlt werden.

Warmlichtspiegel und Kaltlichtspiegel
Warmlicht- und Kaltlichtspiegel haben die faszinierende Eigenschaft, entweder infrarotes Licht (Wärme) zu reflektieren, sichtbares aber durchzulassen (Warmlichtspiegel) oder – andersherum – infrarotes Licht durchzulassen und sichtbares zu reflektieren (Kaltlichtspiegel). Beide Spiegeltypen erfordern Substrate mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit und müssen – da die Arbeitstemperaturen leicht über 300 °C liegen können – hohe Temperaturen aushalten. BOROFLOAT® Spezialglaserfüllt diese Anforderung und wird deshalb in vielen Anwendungen als Substratmaterial verwendet.

Ähnlich wie bei dichromatischen Filtern werden durch Vakuumabscheidung oder Sputtering viellagige Schichten auf das Substrat aufgetragen, um Warmlichtspiegel zu erzeugen, die die reflektierten Wellenlängen entweder nutzen oder sie von einer Anwendung entfernen. Dies ist besonders in optischen Systemen wichtig, in denen überschüssige Wärme Komponenten zerstören oder die Eigenschaften einer Lichtquelle negativ beeinflussen kann.

Warmlichtspiegel werden z.B. in Halogen-/HID-Lampen verwendet, um die Filament-Temperaturen zu erhöhen, was zu einem geringeren Energieverbrauch, einer höheren Effizienz, einer höheren Lebensdauer und geringeren Kosten führt. Typische Warmlichtspiegel können mehr als 90 % der IR-Wellenlängen (750 nm bis 1250 nm) reflektieren, während sie mehr als 90 % des sichtbaren Lichts (typischerweise 425 nm bis 675 nm Wellenlänge) durchlassen. Das macht sie ideal für Spiegel in LCD-Displays, (faseroptischer) Beleuchtung, medizinischer und zahnmedizinischer Beleuchtung, für die Wärme-Licht-Anpassung, Instrumente in der Luftfahrt, als Infrarotfilter in CCD-Kameras und Light-Engines für Kinos sowie um Systemschäden in Desktop-Projektoren zu verhindern.

Ein Kaltlichtspiegel ist ein optisches Wärme-Licht-Raten-Managementwerkzeug, das dazu verwendet wird Wärmestrahlung aus einer Lichtquelle für die Beleuchtung zu entfernen. Er lässt infrarotes Licht durch, spiegelt aber Wellenlängen im nicht infraroten Spektrum, sodass Wärmeeinflüsse, die die Ausrüstung beschädigen könnten, ausgeschaltet werden. Kaltlichtspiegel werden als Lichtquellen in der Medizin-Beleuchtung (für Operations- und Zahnbehandlungsleuchten), als dielektrische Spiegel in der Sensortechnologie, für Laserdioden, Scanner und Barcode-Lesegeräte, Projektoren und Fotokopierer verwendet.

Quelle: SCHOTT AG/schott.com