Organische und anorganische Materialien in Kombination machen es möglich Mini-Beamer liefert gestochen scharfe Bilder

Der Prototyp des neuen Projektors besteht aus einer 11 x 11 mm kleinen und nur 3 mm dünnen Optik, die von einer leistungsstarken LED-Leuchte durchstrahlt wird.
Der Prototyp des neuen Projektors besteht aus einer 11 x 11 mm kleinen und nur 3 mm dünnen Optik, die von einer leistungsstarken LED-Leuchte durchstrahlt wird.

Mikroskopisch kleine nanostrukturierte Linsenarrays, die gestochen scharfe Bilder in brillanten Farben aufnehmen oder projizieren können, haben die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena entwickelt. Die Linsen bestehen aus organischen Kohlenstoff-Wasserstoff- und Sauerstoff-Verbindungen und sind eingehüllt in eine anorganische Matrix aus Silizium- oder Titanoxid.

Die Projektoren sind nicht nur klein, leicht und überall einsetzbar, sie leuchten auch so hell, dass man die Bilder selbst in einem sonnendurchfluteten Raum noch gut erkennen kann. Der Prototyp des neuen Projektors besteht aus einer 11 x 11 mm kleinen und nur 3 mm dünnen Optik, die von einer leistungsstarken LED-Leuchte durchstrahlt wird. Das Bild ist gestochen scharf, die Farben leuchten. Nanotechnik macht es möglich: »Das Besondere an der neuen Projektionstechnologie ist, dass das Bild bereits in die Mikrooptik integriert ist - die etwa 100 nm kleinen Bildpunkte sind in einer Chromschicht gespeichert, die sich unter dem Linsenarray befindet. Rund 250 Mikrolinsen hat ein solches Mikroarray, und unter jedem befindet sich ein Mikrobild. Werden alle zusammen an die Wand projiziert, entsteht ein hochqualitatives Gesamtbild bei gleichzeitig extremer Miniaturisierung des Projektors«, erklärt Marcel Sieler, Physiker am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena.

Kleiner und heller

Die Technik im Hosentaschenformat ersetzt nicht nur Projektoren und Beamer, sondern auch Kameras. »Ultraflache Mikrooptiken, die vom IOF mit unseren Materialien hergestellt werden, haben ein enormes Marktpotenzial, denn sie erlauben eine Vielzahl neuer Anwendungen: von der Mini-Kamera über den Mini-Beamer bis zu Mini-Sensoren«, beschreibt Dr. Michael Popall vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg die Vorzüge. »Der Qualitätssprung, der in den letzten Monaten bei der Herstellung erzielt wurde, ist vergleichbar mit dem Übergang vom klassischen Röhrenfernseher zu HDTV.«

Auf die Materialmischung kommt es an

Sehr gut geeignet für die Herstellung dieser Linsen ist eine spezielle Materialzusammenstellung: Organische Kohlenstoff-Wasserstoff- und Sauerstoff-Verbindungen sind eingehüllt in eine anorganische Matrix aus Silizium- oder Titanoxid. Diese verhindert, dass sich die eingelagerten Kunststoffe im Laufe der Zeit chemisch verändern. Diese ORMOCER®e sind unempfindlich gegenüber mechanischen und thermischen Belastungen. Das Rezept zur Stabilisierung empfindlicher Verbindungen ist übrigens sehr alt: Schon die Maya mischten ihren blauen natürlichen Indigo-Farbstoff, der normalerweise in der Sonne schnell ausbleicht, mit dem Lehm-Mineral Palygorskit, um ihn haltbar zu machen. Die blaue Farbe, mit der die Wände der Häuser und Tempel verziert wurden, überdauerte dadurch mehr als tausend Jahre. Die Methode der Maya erwies sich zwar als wirkungsvoll, verglichen mit modernen Methoden war sie jedoch eher grobschlächtig. »Heute können wir die chemische Verbindung zwischen anorganischer Matrix und den eingearbeiteten organischen Funktionen der organischen Matrix auf Nanometer genau steuern«, berichtet Popall. »Die Materialentwicklung ist dabei aber nur eine Seite der Medaille. Bei der Herstellung von Linsen spielt auch die Form und die hierzu nötige Technologie eine entscheidende Rolle. Erst durch die enge Zusammenarbeit zwischen Chemikern und Physikern bei Fraunhofer ist es gelungen, Arrays, Substrate und Komponenten herzustellen, aus denen sich extrem flache und gleichzeitig hochqualitative Optiken fertigen lassen.« Die Auflösung ist mittlerweile fast so hoch wie die hochqualitativer Glasoptiken - bei wesentlich geringerem Material- und Platzbedarf. Da der neue Werkstoff eine Massenproduktion wie bei Kunststoffteilen ermöglicht, sind auch die Kosten gering.