Nano für die Sinne

Presseinformation / 2.2.2010

Gestochen scharfe Projektionen, ein Licht, das weißer ist als weiß, Lacke, die klingen, wenn sich die Temperatur ändert – auf der nano tech 2010 in Tokyo präsentieren Fraunhofer-Forscher Nanotechnik als Fest für die Sinne.

Bild: Nano für die Sinne
© Foto Fraunhofer IOF

Handliche Beamer, lichtstarke Rückprojektionsfernseher und kleine, gut lesbare Head-Up-Displays – in allen Geräten dienen Hochleistungs-LEDs als Lichtquelle. Sie ermöglichen geringe Baugröße, benötigen wenig Strom, sind langlebig und robust. B: Tandem-Mikrolinsenarrays ermöglichen hohe Leuchtdichten und gleichmäßige Verteilung.

Die Vitrine leuchtet mystisch; das weiße Licht scheint aus dem Nichts zu kommen; eine Lichtquelle ist – zumindest auf den ersten Blick – nicht zu sehen. Erst beim genauen Hinsehen wird die Ursache der scheinbar übersinnlichen Erscheinung sichtbar: Eine Leuchtdiode, kleiner als ein Stecknadelkopf, emittiert durch tausende von Linsenstrukturen, die nur einige hundert Nanometer klein sind, strahlendweißes Licht.

»Das Erzeugen von weißem Licht ohne Farbeffekte am Rand war lange Zeit ein kaum lösbares technisches Problem«, erklärt Dr. Michael Popall vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg. »Weißes Licht entsteht, indem man die Komplementärfarben Rot, Grün und Blau mischt. Bei der klassischen Beamer-Technik traten dabei unerwünschte Brechungen auf, das Ergebnis waren bunte Schlieren am Rand der Projektion.« Die Technik, die der Forscher vom 17. bis 19. Februar auf der nano tech 2010 in Tokyo (Halle. 3.03 Stand F-14-1) präsentiert, liefert nicht nur brillante Farben, sondern auch reines Weiß: »Kleinste rote, blaue und grüne Leuchtdioden auf engstem Raum erzeugen das Licht, das mittels einer Konzentratoroptik gebündelt und anschließend durch eine nanostrukturierte ORMOCER®-Optik homogenisiert wird«, erläutert Popall, der an der Entwicklung des Werkstoffs maßgeblich beteiligt war.

ORMOCER®e seien ein ideales Material für die Herstellung von Mikrooptiken, resümiert der Forscher: »Sie sind nicht nur ausgezeichnete Lichtleiter, sondern auch leicht zu verarbeiten – nicht so spröde wie Glas und nicht so weich wie Polymer.« Tatsächlich sind ORMOCER®e ein Hybrid aus anorganischen und organischen Bestandteilen, die auf molekularer Ebene vernetzt sind. Mit diesem Material lassen sich Dinge realisieren, die noch vor ein paar Jahren undenkbar waren: ultraflache und ultrakleine Optiken für Mikrokameras oder Beamer, die in die Hosentasche passen. Das Design der neuen ORMOCER®-Optiken haben Experten vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena entwickelt. Popall: »Dank der enge Zusammenarbeit zwischen den Chemikern am ISC und den Physikern und Ingenieuren am IOF ist es uns gelungen, ORMOCER®-Tandem-Arrays mit beidseitig und symmetrisch zueinander angeordneten Mikrolinsenanordungen zu entwickeln, mit denen sich das Licht von Leuchtdioden punktgenau und ohne Brechungsfehler projizieren lässt.« Die neue Technik steht mittlerweile kurz vor der Markteinführung.

Nanotechnik eröffnet dabei nicht nur dem Auge eine neue Dimension, sie macht auch Dinge hörbar, die bisher niemand wahrnehmen konnte: Temperaturänderungen beispielsweise. Ein neuer Lack, den Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA entwickelt haben, sorgt dafür, dass Oberflächen klingen, wenn sie wärmer werden oder abkühlen. Der Trick: Im Lack befinden sich Carbon-Nanotubes, die elektrisch leitfähig sind. Ist eine Oberfläche mit diesem Lack beschichtet, so lässt sie sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung aufheizen. Diese Temperaturveränderung ist hörbar, weil beim Erwärmen der Oberfläche daran angrenzende Luft zu schwingen beginnt. »Und dies ist nur eine von vielen denkbaren innovativen Anwendungen. Die Beschichtung eignet sich ebenso zum Beheizen kompliziert geformter Oberflächen und großer Flächen. In Zukunft ist ein Einsatz als multifunktionale Schicht zum Heizen, als Widerstandssensor oder als transparente Schicht für Farbdisplays denkbar«, sagt Ivica Kolaric, Abteilungsleiter am IPA.

»Die Interdisziplinarität ist die Stärke von Fraunhofer«, resümiert Popall: »In der Fraunhofer-Gesellschaft arbeiten 59 Institute zusammen. Das Know-how reicht vom Material über Technologie und Design bis zum Produktionsprozess.« Auf der nano tech 2010 In Tokyo präsentiert das ISC ein Spektrum optischer Materialien – von Gläsern über ORMOCER®e und deren Nanotechnologie bis zu Kunststoffen. Das IOF steuert hochpräzises optisches Design und Mikrotechnologie bei, das Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP physikalische Beschichtungstechnik. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden zeigt Bearbeitungsverfahren, beispielsweise das Pressen von Glasoptiken oder das Beschichten mit Hilfe von Nanolithographie. Das IPA präsentiert den techischen Einsatz von Carbon-Nano-Tubes.