Extrem ebene Beschichtung
Spezielle Antireflex-Beschichtungen sorgen für große holographische Displays.
Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP stellt auf der SID Display Week, 2. bis 4. Juni 2015, in San José (USA) eine Beschichtung vor, die benötigt wird, um den Durchmesser eines Laserstrahls um mehr als das Hundertfache aufzuweiten. Mit Hilfe dieser Beschichtung können in Zukunft Hintergrundbeleuchtungen für holographische Displays realisiert werden.
Abb.: Großflächige Präzisionsbeschichtungen für optische Anwendungen (Bild: Fh.-FEP)
Wäre es nicht aufregend, wenn man mitten im Film sitzen würde, ohne lästige 3D-Brillen auf der Nase zu haben? Aber nicht nur für Fernsehfans wären holographische Displays ein Riesenfortschritt: Mediziner könnten räumliche Bilder aus dem Körperinneren anschauen und dabei Bewegungen von Organen im Detail betrachten.
Die Dresdner Firma SeeReal Technologies GmbH arbeitet an solchen Displays. Holographische Displays nutzen bestimmte Eigenschaften von Laserlicht zur vollständig dreidimensionalen Darstellung von Bildern. Dafür ist eine Aufweitung des Laserstrahls auf Displaygröße notwendig. Man kann sich leicht vorstellen, dass ein Laserstrahl mit dem Durchmesser eines Fernsehdisplays nur schwer zu realisieren ist. Eine Möglichkeit auf klassischem Weg wären große Linsensysteme, die aber nicht nur klobig, sondern auch aufwändig herzustellen und teuer sind.
Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP haben nun in einem gemeinsamen Projekt mit SeeReal Technologies Beschichtungen entwickelt, bei denen Laser geringerer Leistungsklassen und Abmessungen eine Ausleuchtung in Displaygröße ermöglichen. Der Laser wird unter einem sehr flachen Winkel von fünf Grad auf eine Glasscheibe eingestrahlt. Ähnlich wie sich der Schatten eines Menschen in der untergehenden Sonne verlängert und sich damit seine projizierte Fläche auf der Erde vergrößert, vergrößert sich auch der Durchmesser des Laserstrahls. Aus einem kleinen Punkt wird eine langgezogene Ellipse.
In einem zweiten Schritt trifft die langgezogene Ellipse erneut unter fünf Grad auf eine zweite Scheibe, wobei die Ellipse um die andere Richtung, die „kurze Achse“, wieder zu einem Kreis gestreckt wird. Dieser Kreis hat dann einen ausreichend großen Durchmesser, um den ganzen Bildschirm auszuleuchten. Leuchtet man mit einem Laser jedoch unter einem solchen flachen Winkel auf eine unbeschichtete Scheibe, werden etwa 73 Prozent des Strahles reflektiert. Bei zwei „Ausdehnungsschritten“ würden über 90 Prozent der ursprünglichen Intensität verloren gehen!
„Wir haben eine Anti-Reflex-Beschichtung entwickelt, die den Anteil des transmittierten Lichts deutlich erhöht“, erklärt Daniel Glöß, Abteilungsleiter für dynamische Beschichtungen im Bereich Präzisionsbeschichtung des Fraunhofer FEP. „Mittels Sputtertechnologie werden dünne Schichten auf dem Glas abgeschieden. Diese bestehen abwechselnd aus zwei verschiedenen Materialien unterschiedlicher optischer Dichte. Durch Vielfach-Schichtsysteme können auch komplizierte optische Funktionen erzielt werden, die zum Beispiel nur bestimmte Farben des Lichts durchlassen und andere reflektieren.“
Mit seiner neuen Präzisionsbeschichtungsanlage PreSensLine ist das Fraunhofer FEP für die hochpräzise Beschichtung von größeren Substraten bestens ausgerüstet. So lassen sich bereits funktionstüchtige Scheiben der Größe DIN A3 beschichten. Die besondere Schwierigkeit ergibt sich aus der Kombination von extremen Anforderungen an die Präzision, Reproduzierbarkeit und Homogenität der Schichten auf dieser großen Fläche.
Wie bei bisherigen Farbfernsehgeräten sollen die Farbeindrücke auch bei holographischen Displays aus einer Mischung aus rot, grün und blau entstehen. Für die Anti-Reflex-Beschichtung werden bei diesem Demonstrator 24 Schichten benötigt. Die Schichtdicke aller 24 Schichten muss bis auf wenige Nanometer korrekt getroffen und über die gesamte Fläche konstant sein. Das entspricht wenigen 100 Atomlagen, oder anders ausgedrückt: Würde man die beschichtete Scheibe auf die Größe eines Fußballfeldes vergrößern, dann entsprächen die erlaubten Toleranzen der einzelnen Schichtdicken etwa einem Hundertstel der Dicke eines Menschenhaares. Bereits geringfügig stärkere Abweichungen führen nicht mehr zur gewünschten Entspiegelung und die Bildqualität würde stark beeinträchtigt bzw. das Bild farbverzerrt erscheinen.
Die am Fraunhofer FEP gefertigten Anti-Reflex-Beschichtungen wurden in dem Demonstrator von SeeReal Technologies verwendet. Dort ist Holographie bereits Realität. Perspektivisches Ziel ist es, deutlich größere Displays im Quadratmeterbereich mit gleicher Präzision zu fertigen. Dafür ist das Fraunhofer FEP gut gerüstet. Es verfügt über modernste Anlagentechnik sowie das Know-How zur Herstellung anspruchsvoller Schichtsysteme und zur kundenspezifischen Entwicklung und Fertigung der benötigten Beschichtungskomponenten.
Fh.-FEP / DE
