Optik – Materialien für die Mikrooptik, Photonik und Optoelektronik

Mikrooptische Bauteile, wie Linsen, Gitter, photonische Kristalle oder diffraktive optische Elemente, werden in der Optoelektronik und in der optischen Industrie vermehrt in Umgebungen eingesetzt, die eine hohe Alterungsstabilität voraussetzen. Herstellungskosten und Materialverbrauch müssen sowohl bei hohen Stückzahlen als auch bei hochspeziellen Bauteilen reduziert werden.

Die anorganisch-organischen Hybridpolymere (ORMOCER^®) weisen – verglichen mit rein polymeren Werkstoffen – hervorragende optische Eigenschaften auf und haben durch ihre chemische Struktur und aufgrund ihrer vielfältigen Verarbeitungsmöglichkeiten das Potenzial, auf die jeweiligen Anforderungen angepasst zu werden. Neben anderen Strukturierungsverfahren erlauben insbesondere die Nanoimprint-Lithographie und die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) auch komplexe dreidimensionale Formgebungen. Die Materialien sind zudem kompatibel zu mikroelektronischen und halbleiterüblichen Produktionsprozessen.

Themenschwerpunkte

Um die Effizienz von LEDs, OLEDs, Solarzellen oder auch Displays zu erhöhen, spielt die Aus- und Einkopplung von Licht eine zentrale Rolle. Je nach Anforderungen entwickelt das Fraunhofer ISC rein anorganische oder hybride Schichten, die in ihren Brechzahlen, Streueigenschaften oder Oberflächenrauigkeiten und -strukturen so herzustellen sind, dass die Leistungsfähigkeit der Elemente erhöht werden kann.

Methoden und Technologien

Die optische Datenübertragung gewinnt in der Informations- und Kommunikationstechnologie immer mehr an Bedeutung. Der Grund dafür sind die Datenmengen und die zunehmende thermische und elektrische Herausforderung durch die fortschreitende Miniaturisierung bzw. Erhöhung der Integrationsdichte. Wellenleitermaterialien, die sowohl fertigungstechnologisch als auch im Bezug auf ihre intrinsischen Eigenschaften möglichst verlustfrei für Single- oder Multimode-Wellenleiter eingesetzt werden können, kommt dabei eine Schlüsselrolle zu.

Das Fraunhofer ISC entwickelt Technologien, bei denen sowohl die räumliche Auslegung der Wellenleiter als auch die Ein-/Auskopplung in optoelektronische Bauteile optimiert wird, insbesondere für die optische Aufbau- und Verbindungstechnik auf Board-, Modul und Chipebene. Mit der Zwei-Photonen-Polymerisation entwickelt das Fraunhofer ISC für diese Zwecke einen Prozess, der die energie- und ressourcenschonende Herstellung von dreidimensionalen optischen Wellenleitern erlaubt und kompatibel zu herkömmlichen Assemblierungsprozessen ist.

Sechs Fraunhofer-Instituten ist es im Projekt »Go Beyond 4.0« gelungen mit digitalen Druck und Laserverfahren z.B. Leiterbahnen und Sensorik individuell in Bauteile integriert herzustellen. Der Bedarf an individualisierten Bauteilen mit anspruchsvollen Funktionalitäten in der industriellen Massenfertigung wächst. Durch digitale Druck- und Lasertechniken können zukünftig die neuen Herausforderungen einfach bewältigt werden.

Um individualisierte Optiken zu realisieren wird eine Tinte bestehend aus optischem Hybridpolymer, das sogenannte ORMOCER^® genutzt. Das vom Fraunhofer ISC entwickelte Material hat herausragende optische Eigenschaften ähnlich zu guten optischen Gläsern und lässt sich für die jeweilige Anwendung spezifisch anpassen.