I. Lichtdurchlässigkeitssteigerung: AR-Beschichtung und BBAR-Beschichtung

Die AR-Beschichtung ist die in optischen Systemen am häufigsten verwendete Beschichtungsart. Ihr Wirkprinzip basiert auf dem Interferenzeffekt des Lichts: Durch das Aufbringen einer Schicht bestimmter Dicke auf die Oberfläche eines optischen Elements wird eine gegenläufige Interferenz zwischen dem von der Vorder- und der Rückseite reflektierten Licht erzeugt, wodurch Reflexionsverluste reduziert und die Lichtdurchlässigkeit erhöht werden. Bei einseitiger AR-Beschichtung kann die Durchlässigkeit T > 95 % erreichen, bei beidseitiger Beschichtung T > 98 %.

AR-Beschichtungen eignen sich für nahezu alle Anwendungen, bei denen Licht „durchgelassen“ werden soll: Kameraobjektive, Mikroskopobjektive, Displayschutzfolien, Brillengläser, Sichtfenster von Messgeräten und Instrumenten usw. Ihr Hauptvorteil liegt in der Verbesserung der Bildhelligkeit und -schärfe sowie in der Beseitigung von Blendeffekten.

Die BBAR-Beschichtung ist die „weiterentwickelte Version“ der AR-Beschichtung. Sie besteht aus abwechselnd geschichteten Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex und kann die Reflexion über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich (400–700 nm) sowie in einem noch breiteren Spektralbereich auf ein extrem niedriges Niveau begrenzen. Die BBAR-Beschichtung eignet sich für breitbandige Anwendungen wie Kameraobjektive, visuelle optische Systeme und Mehrwellenlängen-Lasersysteme. Wenn das System mit einer einzigen Laserwellenlänge arbeitet, ist eine für diese Wellenlänge optimierte V-Beschichtung kostengünstiger; wenn das System einen breiten Spektralbereich abdecken muss, ist die BBAR-Beschichtung die erste Wahl.

II. Schutzbeschichtungen: DLC-Beschichtung und AF/AS-Beschichtung

Die DLC-Beschichtung ist eine auf amorphem Kohlenstoff basierende Beschichtung, die sich durch extrem hohe Härte, hervorragende Abriebfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und chemische Stabilität auszeichnet. Im optischen Bereich können DLC-Beschichtungen als Bestandteil von hochreflektierenden Filtern dienen oder als Antireflexbeschichtung beispielsweise bei Silizium-Solarzellen eingesetzt werden.

Das Kriterium für die Auswahl einer DLC-Beschichtung ist, ob das System rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist. Wenn optische Fenster langfristig in Umgebungen mit Staub, Feuchtigkeit, chemischer Korrosion oder mechanischer Reibung betrieben werden müssen, ist eine DLC-Beschichtung als Schutzschicht unerlässlich. Sie wird häufig in Bereichen wie militärischen optischen Fenstern, industriellen Inspektionsfenstern und Infrarot-Optiksystemen eingesetzt.

AF/AS-Beschichtungen (Anti-Fingerabdruck-/Anti-Verschmutzungsbeschichtungen) entstehen durch die Abscheidung fluorhaltiger organischer Materialien auf der Oberfläche des Substrats mittels Vakuumbeschichtungstechnologie. Dabei bildet sich eine Schicht mit extrem niedriger Oberflächenenergie, die dem Substrat Eigenschaften wie Wasser- und Ölabweisung, Fingerabdruck- und Schmutzabweisung sowie einfache Reinigung verleiht. Das Prinzip basiert auf dem „Lotus-Effekt“ – durch die Verringerung der Oberflächenspannung können Staub und Ölrückstände nur schwer haften bleiben.

Die Hauptanwendungsbereiche der AF-Beschichtung sind Touchscreens und Mensch-Maschine-Schnittstellen: Handybildschirme, Tablets, Touchpanels für Smart-Home-Systeme, zentrale Bildschirme in Fahrzeugen usw. Sie bestimmt unmittelbar das Bediengefühl für den Nutzer und die Sauberkeit des Bildschirms.

III. Funktionsgruppen: Hydrophobe Beschichtungen und ITO/FTO-Beschichtungen

Hydrophobe Beschichtungen und AF-Beschichtungen weisen funktionale Überschneidungen auf – beide erzielen eine wasserabweisende Wirkung durch die Verringerung der Oberflächenenergie. Der Unterschied besteht darin, dass hydrophobe Beschichtungen in der Regel stärker auf die „Wasserabweisung“ an sich ausgerichtet sind, während AF-Beschichtungen eine Kombination aus hydrophoben, oleophoben und fingerabdruckabweisenden Eigenschaften aufweisen. Bei der Auswahl gilt: Wenn lediglich eine grundlegende Feuchtigkeits- und Beschlagschutzfunktion erforderlich ist (z. B. bei Autospiegeln oder optischen Fenstern im Außenbereich), reichen hydrophobe Beschichtungen aus; wenn zusätzlich Fingerabdruckbeständigkeit und einfache Reinigung gefragt sind, sind AF-Beschichtungen besser geeignet.

ITO-/FTO-Beschichtungen unterscheiden sich grundlegend von den vorgenannten fünf Beschichtungstypen – ihre Kernfunktion ist nicht die optische Steuerung, sondern die Leitfähigkeit. Sowohl ITO als auch FTO gehören zu den transparenten leitfähigen Oxidschichten und vereinen eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht mit guter Leitfähigkeit. Der spezifische Widerstand von ITO kann bis zu 3×10⁻⁴ Ω·cm betragen, während FTO hinsichtlich der Hochtemperaturstabilität Vorteile bietet.

Zu den Kernanwendungen dieser beiden Beschichtungstypen gehören: transparente Elektroden für Flachbildschirme, Touchpanels, Elektroden für Solarzellen, beheizbare Fenster mit Antibeschlag- und Enteisungsfunktion sowie Gassensoren. Entscheidende Auswahlkriterien sind: Für eine optimale Leitfähigkeit wählt man ITO (allerdings sind Indiumressourcen knapp und die Kosten hoch); für Hochtemperaturstabilität und Kostenvorteile wählt man FTO (wird häufig in Photovoltaik-Bauelementen verwendet).

IV. Kombinationslösungen: 1+1>2

In der Praxis werden häufig mehrere Beschichtungen kombiniert, um optimale Gesamteigenschaften zu erzielen. Zum Beispiel:

AR+AF/AS: Erzielung von hoher Lichtdurchlässigkeit und Fingerabdruckbeständigkeit auf Displayfenstern

AR+DLC: Abriebfester Schutz für Fenster mit hoher Lichtdurchlässigkeit

ITO/FTO+AR: Überlagerung einer lichtdurchlässigkeitssteigernden Funktion auf einer transparenten leitfähigen Schicht, um sowohl Leitfähigkeit als auch Lichtdurchlässigkeit zu gewährleisten

Entscheidungsrahmen für die Auswahl

Bei der Auswahl aus sechs Beschichtungstypen ist nach folgendem Ansatz vorzugehen:

Vorrangiges Ziel: Soll das Licht „durchgelassen“ oder „reflektiert“ werden? → AR/BBAR; Soll das Bauteil „stromleitend“ sein oder „geschützt“ werden? → ITO/FTO oder DLC/AF

Spektrale Anforderungen: Einzelwellenlänge → einlagige AR- oder V-Beschichtung; breites Spektrum → BBAR

Umgebungsfaktoren: Außenbereich/Reibungsumgebung → hydrophobe DLC-Beschichtung; Touch-Bedienung → AF/AS

Funktionskombination: Ist eine Mehrfachbeschichtung erforderlich, um mehrere Anforderungen zu erfüllen?

Wenn die oben genannten vier Punkte geklärt sind, lässt sich aus den sechs Beschichtungstypen die richtige Wahl treffen.