DE102004038969A1

DE102004038969A1 - Screen with reduced speckle effect

Info

Publication number: DE102004038969A1
Application number: DE200410038969
Authority: DE
Inventors: Jan GÄBLER; Christoph Rickers; Frank Neumann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-03-02
Also published as: EP1776613A1; WO2006018170A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildwand für die Projektion mit schmalbandigen Lichtquellen, insbesondere für die Laserprojektion, wobei die Bildwand mit einer polykristallinen Schicht versehen ist, die eine Oberflächenstruktur aufweist, mit der Speckle-Effekte reduziert werden können, sowie Bildwände, die eine Abformung einer polykristallinen Schicht darstellen, wobei die Abformung die Oberflächenstruktur der polykristallinen Schicht wiedergibt.The present invention relates to a screen for the projection of narrow-band light sources, in particular for laser projection, wherein the screen is provided with a polycrystalline layer having a surface structure with which speckle effects can be reduced, and image walls, which is an impression of a polycrystalline Layer, wherein the impression reproduces the surface structure of the polycrystalline layer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildwand mit reduziertem Speckle-Effekt für Projektionsverfahren mit schmalbandigen Lichtquellen, insbesondere für Laserlicht.The The present invention relates to a screen with reduced speckle effect for projection methods with narrow-band light sources, in particular for laser light.

Unter den Visualisierungsverfahren, zum Beispiel mit Kathodenstrahlröhren (CRT), Flüssigkristall-Display (LCD), Plasma-Bildschirm und Projektionsgeräten kommt den Projektionsverfahren eine besondere Bedeutung zu. Sie ermöglichen eine großflächige Darstellung von Bildern bei gleichzeitig hoher Auflösung.Under the visualization process, for example with cathode ray tubes (CRT), Liquid crystal display (LCD), plasma screen and projection equipment comes one of the projection methods special importance. they allow a large-scale representation of images at high resolution.

Für die Projektionsverfahren werden Projektoren mit schmalbandigen Lichtquellen eingesetzt. Ein Beispiel sind Laser, mit denen sich monochromatisches Licht erzeugen lässt.For the projection methods For example, projectors with narrow-band light sources are used. One Examples are lasers that produce monochromatic light leaves.

Ähnlich dem Farbfernsehen werden hierfür Laserlichtquellen der drei Primärvalenzen rot, grün und blau verwendet.Similar to Color television are laser light sources for this purpose of the three primary valences red, green and used in blue.

Laserprojektionssysteme wie scannende Laserprojektionsverfahren bieten die Möglichkeit aufgrund unbegrenzter Tiefenschärfe auf nahezu beliebig geformten Körpern scharfe Bilder zu projizieren. Sie weisen gegenüber konventionellen Verfahren hervorragende Hell-Dunkel-Kontrastwerte von 1:50.000 bis 1:100.000 auf gegenüber 1:5000 bei herkömmlichen Geräten. Durch einen erheblich größeren Farbraum lassen sich zudem brillantere Bilder realisieren. So können mit Laserprojektionsverfahren aufgrund des großen Farbraumes und der hohen Kontraste in abgedunkelten Räumen subjektiv 3D-Effekte erzielt werden.Laser projection systems how scanning laser projection methods offer the possibility due to unlimited depth of focus on almost arbitrarily shaped bodies to project sharp images. They have excellent compared to conventional methods Light-dark contrast values from 1: 50,000 to 1: 100,000 versus 1: 5000 at conventional Devices. By a much larger color space In addition, more brilliant pictures can be realized. So can with Laser projection method due to the large color space and the high contrasts in darkened rooms subjectively 3D effects are achieved.

Ein generelles Problem bei der Projektion von Bildern ist der schlechte Kontrast. Dieser wird dadurch bewirkt, dass nicht nur das Projektionslicht sondern auch das Umgebungslicht an der Bildwand reflektiert wird. Durch den Einsatz spektral schmalbandiger Lichtquellen kann der Kontrast erheblich erhöht werden, indem Bildwände eingesetzt werden, die eine spektral selektiv reflektierende Beschichtung aufweisen. Aufgrund der spektral selektiv reflektierenden Beschichtung wird im Wesentlichen nur Licht des Projektors reflektiert und das Umgebungslicht ab sorbiert oder transmittiert. Derartige spektral selektive Bildwände sind zum Beispiel in dem Deutschen Patent DE 199 01 970 C2 und der Deutschen Patentanmeldung DE 197 47 597 A1 beschrieben.A general problem with the projection of images is the poor contrast. This is caused by the fact that not only the projection light but also the ambient light is reflected on the screen. By using spectrally narrow-band light sources, the contrast can be increased considerably by using image walls which have a spectrally selectively reflecting coating. Due to the spectrally selective reflective coating essentially only the light of the projector is reflected and the ambient light is absorbed or transmitted. Such spectrally selective image walls are, for example, in the German patent DE 199 01 970 C2 and the German patent application DE 197 47 597 A1 described.

Für die Bilderzeugung sind streuende Oberflächen erforderlich, das heißt Bildwände mit einer rauen Oberflächenstruktur. Aufgrund der rauen Oberflächenstruktur wird das Licht in verschiedene Raumrichtungen reflektiert und kann so von verschiedenen Beobachtungspunkten aus gesehen werden.For the image production are scattering surfaces required, that is Screens with a rough surface texture. Due to the rough surface structure the light is reflected in different spatial directions and can be seen from different observation points.

Wird Laserlicht an streuenden Flächen reflektiert, können sogenannte Speckle-Effekte auftreten. Ursache für Speckle-Effekte ist eine Reflexion des Lichtstrahls an zwei Punkten der streuenden Fläche, deren lateraler Abstand einerseits kleiner ist als die Auflösung des Auges eines Betrachters, wobei die Punkte aber andererseits unterschiedlich weit weg vom Betrachter sind. Dieser Fall kann zum Beispiel bei streuenden Flächen mit unregelmäßiger Oberfläche auftreten, bei der zwei nahe benachbarte Punkte, an denen der Lichtstrahl gestreut wird, eine unterschiedliche Höhe aufweisen. Die an diesen Punkten reflektierten Wellenzüge weisen aufgrund der unterschiedlichen Entfernung vom Betrachter geringe Laufzeitunterschiede auf. Die Wellenzüge werden jedoch auf der Netzhaut nur auf einem Punkt abgebildet und wegen der Laufzeitunterschiede kommt es dort zu Interferenzeffekten. Subjektiv ist der Effekt als ein statistisches Kriseln beziehungsweise eine Körnigkeit im Bild auszumachen und sollte daher vermieden werden.Becomes Laser light on scattering surfaces reflected, can so-called speckle effects occur. Cause for Speckle effects is a reflection of the light beam at two points the scattering surface, whose lateral distance on the one hand is smaller than the resolution of the Eye of an observer, but the points on the other hand different are far away from the viewer. This case can be for example scattering surfaces occur with irregular surface, at the two near-by points at which the light beam is scattered will, a different height exhibit. The wave trains reflected at these points point low due to the different distance from the viewer Runtime differences. The wave trains, however, are on the retina only shown on one point and because of the transit time differences is it there interference effects. Subjective is the effect as to identify a statistical crisis or a graininess in the picture and should therefore be avoided.

Zur Vermeidung des Speckle-Effekts wurden zahlreiche Lösungsansätze vorgeschlagen, die prinzipiell in folgende Kategorien unterteilt werden können:

– Ansätze zur Vermeidung der Interferenz sowie
– Ansätze basierend auf einer Mittelung des Speckle-Effekts, auch „Verschmierung" genannt.

In order to avoid the speckle effect, numerous solutions have been proposed, which in principle can be subdivided into the following categories:

- approaches to avoid interference as well
- Approaches based on averaging the speckle effect, also called "smearing".

Zur Realisierung dieser Ansätze können Maßnahmen am Projektor, der Bildwand oder an beiden getroffen werden.to Realization of these approaches can take action on the projector, the screen or both.

In DE 101 18 662 A1 ist eine Bildwand beschrieben, bei der der Speckle-Effekt reduziert wird, indem die Interferenz vermieden wird. Zur Auflösung der Interferenz wird ein Bildwandmaterial vorgeschlagen, das eine Volumenstreuung des Lichtes bewirkt. Hierbei wird der befeuchtete Gegenstand mit einer volumenstreuenden Beschichtung beschichtet, zum Beispiel Polytetrafluorethylen. Nachteil dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit, die Kohärenzlänge des verwendeten Laserlichts an die Dicke der volumenstreuenden Beschichtung anzupassen, so dass eine Einschränkung hinsichtlich der verwendbaren Projektoren besteht. Auch ist es generell schwierig, eine volumenstreuende Beschichtung mit der gewünschten spektralselektiven Reflexion zu kombinieren.In DE 101 18 662 A1 A screen is described in which the speckle effect is reduced by avoiding the interference. To resolve the interference, a picture wall material is proposed which causes a volume scattering of the light. In this case, the moistened article is coated with a volume-scattering coating, for example polytetrafluoroethylene. Disadvantage of this method is the need to adjust the coherence length of the laser light used to the thickness of the volume-scattering coating, so that there is a limitation on the usable projectors. Also, it is generally difficult to combine a volume scattering coating with the desired spectrally selective reflection.

Ein Verfahren zum Verschmieren des Speckle-Effekts ist aus US 5,272,473 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, an einer Bildwand eine Schallquelle anzuordnen. Die von der Schallquelle erzeugten akustischen Wellen durchlaufen die Bildwand, und regen diese zu Schwingungen an. Aufgrund der schwingenden Bildwand werden je nach Schwingungszustand von den reflektierten Laserlichtstrahlen verschiedene Speckle-Muster erzeugt, die während der Integrationszeit des Detektors (Auge) gemittelt, das heißt verschmiert, werden, so dass sich der Speckle-Kontrast verringert. Je nach Schallfrequenz und Bildwanddimension können jedoch Wellenbäuche und -knoten auftreten, bei denen keine Verschmierung gegeben ist und somit der Speckle-Effekt wieder voll auftritt.One method of smearing the speckle effect is over US 5,272,473 known. There it is proposed to arrange a sound source on a screen. The acoustic waves generated by the sound source pass through the screen, causing them to vibrate. Due to the swinging screen, depending on the vibes Condition of the reflected laser light beams produces different Speckle pattern, which during the integration time of the detector (eye) averaged, that is smeared, so that reduces the speckle contrast. Depending on the sound frequency and screen dimension, however, bellies and nodes can occur, where no smearing is given and thus the speckle effect fully re-occurs.

Alternativ hierzu wird in JP 2000-081602 eine Bildwand mit Flüssigkristallmaterialien beschrieben, wobei die Flüssigkristalle durch Anlegen eines hochfrequenten Niederspannungssignals in Vibration versetzt werden. Die vibrierenden Flüssigkristalle bewirken wiederum schnell variierende Speckle-Muster und so ein Mitteln (Verschmieren) des Kontrasts. Auch diese Art von Bildwänden kann nur schlecht mit den an sich gewünschten kontrasterhöhenden spektralselektiv reflektierenden Beschichtungen kombiniert werden und ist zudem hinsichtlich der realisierbaren Abmessungen beschränkt.alternative For this purpose, JP 2000-081602 discloses a screen with liquid crystal materials described, wherein the liquid crystals caused by applying a high-frequency low-voltage signal in vibration become. The vibrating liquid crystals in turn cause rapidly varying speckle patterns and so on Means (smearing) of the contrast. Also this kind of picture walls can only bad with the desired contrast-enhancing spectrally selective reflective coatings are combined and is also limited in terms of realizable dimensions.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bildwand insbesondere für Laserprojektion zur Verfügung zu stellen, mit reduziertem Speckle-Effekt, die die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bildwand mit reduziertem Speckle-Effekt zur Verfügung zu stellen, die ohne Weiteres mit kontrastverbessernden Beschichtungen kombiniert werden kann sowie hinsichtlich der eingesetzten schmalbandigen Lichtquelle wie Laserquelle keinen Beschränkungen unterliegt.A Object of the present invention is a screen especially for Laser projection available to put, with reduced speckle effect, the above Disadvantages of the prior art does not have. In particular It is an object of the present invention to provide a screen with reduced Speckle effect available to put that readily with contrast-enhancing coatings can be combined and in terms of narrowband used Light source as laser source is not limited.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Bildwand, die die Oberflächenstruktur einer polykristallinen Schicht hat mit glatten Kristallfacetten, wobei die Kristallfacetten durch unterschiedliche räumliche Ausrichtung eine strukturierte Oberflächentopographie ausbilden.Is solved this task through a video wall showing the surface texture a polycrystalline layer has smooth crystal facets, the crystal facets being due to different spatial orientation a structured surface topography form.

Die Erfindung umfasst damit Bildwände mit polykristallinen Schichten als auch Bildwände mit einer Oberflächenstruktur, die der Oberflächenstruktur von polykristallinen Schichten entspricht. Dies sind zum Beispiel Abformungen (Replikate) von polykristallinen Oberflächen.The Invention thus includes screens with polycrystalline layers as well as picture walls with a surface structure, that of the surface structure of corresponds to polycrystalline layers. These are for example impressions (Replicas) of polycrystalline surfaces.

Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff "Bildwand" Projektionsflächen aller Art.in the According to the invention, the term "screen" projection surfaces of all kinds.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, eine Reflexion des eingestrahlten Lichtes an nahe benachbarten Punkten zu vermeiden, die auf einem Punkt der Netzhaut abgebildet werden, und die aufgrund ihrer räumlichen Anordnung zu Gangunterschieden des reflektierten Lichtes führen, so dass es auf der Netzhaut zu Interferenzeffekten kommt und damit zur Erzeugung des Speckle-Effekts.The The present invention is based on the idea of reflection to avoid the incident light at closely adjacent points which are imaged on a point of the retina, and which are due their spatial To lead arrangement to gait differences of the reflected light, so that there are interference effects on the retina and thus to produce the speckle effect.

Erfindungsgemäß wird daher für die Bildwand eine Eigenschaft polykristalliner Schichten ausgenutzt, glatte Kristallfacetten auszubilden. Aufgrund der glatten Oberfläche der Facetten wird Licht, das auf eine Facette einfällt, gleichmäßig reflektiert, ohne dass Gangunterschiede auftreten.Therefore, according to the invention for the Image wall exploited a property of polycrystalline layers, form smooth crystal facets. Due to the smooth surface of the Facets reflect light incident on a facet evenly without path differences occur.

Ein zweites Erfordernis für Bildwände ist, dass das Licht in unterschiedliche Raumwinkel remittiert wird, so dass die Abbildung für den Betrachter von verschiedenen Standpunkten aus sichtbar ist.One second requirement for Screens is that the light is remitted to different solid angles, so the illustration for the viewer is visible from different viewpoints.

Diesem Erfordernis wird erfindungsgemäß Rechnung getragen, indem die Facetten der Kristallspitzen eine strukturierte Oberflächentopographie ausbilden, indem sie in unterschiedliche Raumrichtungen ausgerichtet sind und unterschiedliche Neigungswinkel zur Senkrechten bezogen auf die Bildwand haben.this Requirement is accounted for according to the invention worn by the facets of the crystal tips a structured Train surface topography, by being aligned in different spatial directions and different angles of inclination to the vertical with respect to the Have screen.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „Ausrichtung in unterschiedliche Raumrichtungen" und „unterschiedliche Neigungswinkel", dass die Oberflächentopographie derart ist, dass der Querschnitt oder Wirkungsquerschnitt des auftreffenden Lichtstrahls eine Umgebung unterschiedlicher Struktur umfasst, so dass der Lichtstrahl in verschiedene Richtungen remittiert wird.in the Meaning of the present invention means "alignment in different Spatial directions "and" different Tilt angle " that the surface topography such is that the cross section or cross section of the incident light beam an environment of different structure, so that the light beam remittiert in different directions.

Die Anordnung und/oder Größe der Facetten wird erfindungsgemäß so gewählt, dass innerhalb des Wirkungsquerschnitts des einfallenden Lichtstrahls eine Remission im wesentlichen in alle Raumwinkel erfolgt. Wirkungsquerschnitt im Sinne der Erfindung ist die Fläche pro Pixel, die vom einfallenden Lichtstrahl überstrichen wird.The Arrangement and / or size of the facets is According to the invention chosen so that within the cross section of the incident light beam a remission takes place essentially in all solid angles. Cross section For the purposes of the invention, the area per pixel is covered by the incident light beam becomes.

So können die Facettenflächen größer als der Strahlquerschnitt des einfallenden Lichtes sein. In diesem Fall sollte ihre räumliche Anordnung innerhalb des Wirkungsquerschnitts eine Remission in die gewünschten Raumwinkel ermöglichen.So can the facet surfaces bigger than that Be beam cross section of the incident light. In this case should be their spatial Arrangement within the cross section a remission into the desired Allow solid angle.

Vorzugsweise sollte der Strahlquerschnitt des einfallenden Lichtes mindestens so groß oder größer als die Facettenfläche sein.Preferably the beam cross section of the incident light should be at least as big or bigger than the facet surface be.

Beispielsweise hat herkömmliches Laserlicht einen Strahlquerschnitt, der im Allgemeinen mehrere Facetten einer polykristallinen Schicht abdeckt, so dass es in verschiedene Richtungen remittiert wird, wie es für die Realisierung einer Bildwand erforderlich ist. Aufgrund der Glätte der Facetten wird dennoch gleichzeitig vermieden, dass unterhalb des Auflösungsvermögens des Auges liegende Punkte der Oberfläche, die einen Gangunterschied erzeugen könnten, in die gleiche Richtung remittiert werden.For example, conventional laser light has a beam cross-section that generally covers multiple facets of a polycrystalline layer so that it is remitted in various directions as required for the realization of a video wall. Due to the smoothness of the facets is still avoided at the same time lying below the resolution of the eye points of the Surface, which could produce a retour, be remitted in the same direction.

Erfindungsgemäß wird damit der Speckle-Effekt reduziert durch:

1. die Glätte der Kristallfacetten der polykristallinen Schicht, so dass das einstrahlende Licht ohne optische Verzögerung reflektiert wird und damit keine Interferenz und kein Speckle auftreten können, und
2. indem durch die Größe und/oder Anordnung der Facetten innerhalb des Wirkungsquerschnitts des einfallenden Lichtstrahls das Licht in verschiedene Richtungen reflektiert wird und damit von unterschiedlichen Standpunkten aus betrachtbar ist.

According to the invention, the speckle effect is thus reduced by:

1. The smoothness of the crystal facets of the polycrystalline layer, so that the incident light is reflected without optical delay and thus no interference and no Speckle can occur, and
2. By the size and / or arrangement of the facets within the cross section of the incident light beam, the light is reflected in different directions and thus viewed from different points of view.

Als Material für die polykristalline Schicht der erfindungsgemäßen Bildwand können prinzipiell alle Werkstoffe eingesetzt werden, die als polykristalline Schichten abgeschieden werden können.When Material for the polycrystalline layer of the screen according to the invention can in principle All materials are used as polycrystalline layers can be separated.

Beispiele für Werkstoffe für polykristalline Schichten sind Diamant, Silizium, Indium, Indiumarsenid, Galliumarsenid, Cadmiumselenid, Perylen-Tetracarboxyl-Dianhydrid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Gallium-Gadoliniumgranat (Ga₃Gd₅O₁₂, GGG), Yttrium- Gadoliniumgranat (Y₃Gd₅O₁₂, YGG) und Yttrium-Aluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂, YAG).Examples of materials for polycrystalline layers are diamond, silicon, indium, indium arsenide, gallium arsenide, cadmium selenide, perylene tetracarboxylic dianhydride, zinc oxide, aluminum oxide, gallium gadolinium garnet (Ga ₃ Gd ₅ O ₁₂ , GGG), yttrium gadolinium garnet (Y ₃ Gd ₅ O ₁₂ , YGG) and yttrium aluminum garnet (Y ₃ Al ₅ O ₁₂ , YAG).

Die erfindungsgemäßen polykristallinen Schichten können mittels allgemein bekannter üblicher Abscheidungsverfahren erhalten werden, wie der chemischen Gasphasenabscheidung und der physikalischen Gasphasenabscheidung.The polycrystalline layers according to the invention can by means of commonly known customary ones Deposition methods are obtained, such as chemical vapor deposition and physical vapor deposition.

Ein bevorzugtes Beispiel für die chemische Gasphasenabscheidung ist die aktivierte chemische Gasphasenabscheidung, wobei die Aktivierung zum Beispiel mit Plasma oder mit Heißdrähten geschehen kann. Geeignete Verfahren für die aktivierte chemische Gasphasenabscheidung sind an sich bekannt. Geeignete Verfahren sind unter anderem in DE 196 29 456 C1 , DE 198 50 346 und DE 195 30 161 C2 beschrieben, auf die hier vollinhaltlich Bezug genommen wird.A preferred example of the chemical vapor deposition is the activated chemical vapor deposition, wherein the activation can be done for example with plasma or with hot wires. Suitable methods for the activated chemical vapor deposition are known per se. Suitable methods are, inter alia, in DE 196 29 456 C1 . DE 198 50 346 and DE 195 30 161 C2 which is incorporated herein by reference.

Weiter wird in diesem Zusammenhang auf Wild, C.; Koidl, P., Müller-Sebert, W.; Walcher, H.; Kohl, H.; Herres, N.; Locher, R.: "Chemical vapour deposition and characterization of smooth {100}-faceted diamond films" in: Diamond and Related Materials 2 (1993), S. 158 – 168 und Wild, C.; Herres, N.; Koidl, P.: "Texture formation in polycrystalline diamond films" in: Journal of Applied Physics 68 (1990) 3, 1. August, S. 973 – 978 verwiesen.Further in this context, Wild, C .; Koidl, P., Müller-Sebert, W .; Walcher, H .; Kohl, H .; Herres, N .; Locher, R .: "Chemical vapor deposition and characterization of smooth {100} -faceted diamond films "in: Diamond and Related Materials 2 (1993), pp. 158-168 and Wild, C .; Herre, N .; Koidl, P .: "Texture formation in polycrystalline diamond films "in: Journal of Applied Physics 68 (1990) 3, August 1, pp. 973-978 directed.

Die aktivierte chemische Gasphasenabscheidung eignet sich insbesondere auch für die Herstellung von polykristallinen Diamantschichten.The activated chemical vapor deposition is particularly suitable also for the production of polycrystalline diamond films.

Geeignete Beispiele für die physikalische Gasphasenabscheidung sind Sputtern und Aufdampfen.suitable examples for the physical vapor deposition are sputtering and vapor deposition.

Die Oberflächentopographie lässt sich durch einfache Variation der Verfahrensparameter einstellen. Beispiele sind die Gasphasenzusammensetzung oder Temperatur. Weitere Maßnahmen können die Variation der Substrattemperatur durch Kühl- beziehungsweise Heiztische sein.The surface topography let yourself set by simple variation of the process parameters. Examples are the gas phase composition or temperature. Further measures can the variation of the substrate temperature by cooling or heating tables be.

Variation der Substrattemperatur unterstützt zum Beispiel die Ausbildung von orientierten polykristallinen Diamantschichten.variation the substrate temperature supports Example the formation of oriented polycrystalline diamond layers.

Die Charakterisierung der Facettengeometrie wie Glätte, Größe und Raumwinkel kann mit kontaktlosen optischen Verfahren erfolgen. So kann für die Messung ein Konfokalmikroskop oder andere Verfahren unter Verwendung zum Beispiel eines Rasterelektronenmikroskops (REM) oder eines Rasterkraftmikroskops (AFM) eingesetzt werden.The Characterization of the facet geometry such as smoothness, size and solid angle can with contactless optical process done. So can for the measurement a confocal microscope or other methods using the Example of a Scanning Electron Microscope (SEM) or Atomic Force Microscope (AFM) are used.

Die Abscheidung polykristalliner Schichten erfolgt üblicherweise auf einem Substrat. Für die erfindungsgemäße Bildwand kann die Schicht einschließlich Substrat eingesetzt werden. Beispiele für geeignete Substrate sind Silizium, Keramiken, wie sie unter anderem auch für Diamantschichten eingesetzt werden, Hartmetalle, Niob, Titan, Stahl oder Graphit.The Deposition of polycrystalline layers usually takes place on a substrate. For the Screen according to the invention can the layer including Substrate can be used. Examples of suitable substrates are Silicon, ceramics, as well as diamond coatings carbides, niobium, titanium, steel or graphite.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Schicht von dem Substrat gelöst werden und lediglich die Schicht für die Bildwand eingesetzt werden.According to one embodiment the layer can be detached from the substrate and only the Layer for the screen are used.

Die erfindungsgemäße Bildwand mit reduziertem Speckle-Effekt kann prinzipiell für alle Projektionsverfahren eingesetzt werden, bei denen es zu Speckle-Effekten kommen kann.The Screen according to the invention with reduced speckle effect can be used in principle for all projection methods be used, which can cause speckle effects.

Insbesondere ist sie für die Anwendung in Verfahren mit schmalbandigen Lichtquellen vorgesehen. Dies sind heutzutage üblicherweise Laserlichtquellen.Especially is she for the application provided in processes with narrow-band light sources. These are common today Laser light sources.

Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf Laserlichtquellen beschränkt ist, sondern auch Lichtquellen umfasst, die vergleichbare Eigenschaften aufweisen.It however, it will be understood that the present invention is not limited to laser light sources is limited but also includes light sources that have comparable properties exhibit.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Verweis auf die anliegenden Figuren und bevorzugte Ausführungsformen im Einzelnen erläutert.below The present invention will be better understood with reference to the appended claims Figures and preferred embodiments explained in detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1a), 1b) und 1c) schematisch das Wachstum einer polykristallinen Schicht nach van der Drift; 1a ) 1b ) and 1c ) schematically the growth of a polycrystalline layer after van der Drift;

2 eine REM-Aufnahme einer polykristallinen Diamantschicht in Schrägansicht; 2 a SEM micrograph of a polycrystalline diamond layer in an oblique view;

3a), 3b) und 3c) polykristalline Diamantschichten mit unterschiedlicher Kristallitgröße; 3a ) 3b ) and 3c ) polycrystalline diamond layers of different crystallite size;

4a) und 4b) orientierte polykristalline Diamantschichten; und 4a ) and 4b ) oriented polycrystalline diamond films; and

5a) und 5b) ein Replikat aus Polyacrylat in unterschiedlicher Vergrößerung. 5a ) and 5b ) a replica of polyacrylate in different magnification.

Das Wachstum von polykristallinen Schichten wie sie erfindungsgemäß eingesetzt werden, ist in 1a) bis 1c) schematisch dargestellt. Die gewünschten polykristallinen Schichten werden gebildet, indem – wie in 1a) gezeigt – einzelne separate Kristallite, die zum Beispiel durch eine vorherige Bekeimung auf dem gewünschten Substrat aufgebracht werden, zunächst unbehindert in alle Richtungen des freien Halbraumes wachsen. Die Richtungen sind durch Pfeile angedeutet. Eine Vergrößerung findet sich in dem Kreis.The growth of polycrystalline layers as used according to the invention is disclosed in US Pat 1a ) to 1c ) shown schematically. The desired polycrystalline layers are formed by - as in 1a ) - individual separate crystallites, which are applied for example by a previous seeding on the desired substrate, initially grow unhindered in all directions of the free half-space. The directions are indicated by arrows. An enlargement can be found in the circle.

Das Wachstum in alle freien Richtungen setzt sich fort, bis die Kristallite seitlich aneinander stoßen. Wachstum kann dann nur noch von der Substratoberfläche weg erfolgen, wie in 1b) durch Pfeile angedeutet. Im Ergebnis wird eine polykristalline, „stängelförmige" Struktur erhalten, wie sie in 1c) dargestellt ist.The growth in all free directions continues until the crystallites collide laterally. Growth can then only take place away from the substrate surface, as in 1b ) indicated by arrows. As a result, a polycrystalline "stalk-shaped" structure is obtained, as shown in FIG 1c ) is shown.

An der Oberseite der Schicht können die Kristallite frei wachsen und nehmen die für das jeweilige Material charakteristische Kristallform an.At the top of the layer can The crystallites grow freely and take the characteristic of each material Crystal form on.

So zeigt 2 eine REM-Aufnahme einer polykristallinen Diamantschicht in Schrägansicht, die die für Diamantschichten typische Pyramiden- oder Tetraederform erkennen lässt.So shows 2 an oblique view of a polycrystalline diamond layer in an oblique view, which reveals the typical for diamond layers pyramidal or tetrahedral form.

Die Wachstumsgeschwindigkeit der Kristallite ist im Allgemeinen um so höher, je geringer die Neigung der Wachstumsrichtung eines Kristallits zur Senkrechten zur Substratoberfläche ist, d. h. je paralleler der Verlauf der Wachstumsrichtung zur Senkrechten zur Oberfläche ist. Kristallite mit einer stärkeren Neigung zur Senkrechten, das heißt Kristallite mit stärkerer Verkippung, wachsen dagegen langsamer. Durch das langsamere Wachstum werden sie von den Kristalliten, die eine geringere Neigung zur Senkrechten und damit schnelleres Wachstum aufweisen, überwachsen. Das Wachstum der stärker verkippten Kistallite kommt so zum Stillstand und die schneller wachsenden Kristallite setzen sich durch. Diese Situation ist in 1c) dargestellt, in der schematisch überwachsene Kristallite erkennbar sind.The growth rate of the crystallites is generally higher, the lower the inclination of the direction of growth of a crystallite to the perpendicular to the substrate surface, ie the more parallel the course of the growth direction to the perpendicular to the surface. Crystallites with a higher inclination to the vertical, that is, crystallites with more tilt, grow slower. Due to the slower growth, they are overgrown by the crystallites, which have a lower inclination to the vertical and thus faster growth. The growth of the more highly tilted crystallites comes to a standstill and the faster growing crystallites prevail. This situation is in 1c ), in which schematically overgrown crystallites are visible.

Indem langsamer wachsende Kristallite überwachsen werden, nimmt die Größe der Kristallspitzen der sich durchsetzenden Kristallite mit der Schichtdicke zu. Auf diese Weise kann daher die Kristallitgröße beliebig eingestellt werden. Sie kann weniger als 100 nm aber auch mehrere 100 μm und mehr betragen.By doing overgrowing slower growing crystallites be, take the size of the crystal tips the passing through crystallites with the layer thickness. On this way, therefore, the crystallite size can be set arbitrarily. It can be less than 100 nm but also several 100 μm and more be.

So zeigt 3a) eine polykristalline Diamantschicht mit einer kleinen Kristallitgröße von ca. 1 μm in der Aufsicht, 3b) eine polykristalline Diamantschicht mittlerer Kristallitgröße mit ca. 6 μm in der Aufsicht, wobei der unten rechts dargestellte Strich jeweils 5 μm hat. Ein Querschnitt durch eine polykristalline Diamantschicht mit sehr großen Kristallitgrößen von ca. 150 μm ist dagegen in 3c) gezeigt, wobei der dunkel unterlegte Strich links oben in der Abbildung 100 μm darstellt.So shows 3a ) a polycrystalline diamond layer with a small crystallite size of about 1 micron in the plan, 3b ) a polycrystalline diamond layer of average crystallite size with about 6 microns in the plan, with the bar shown below right each 5 microns. In contrast, a cross-section through a polycrystalline diamond layer with very large crystallite sizes of approximately 150 μm is shown in FIG 3c ), with the dark shading in the upper left corner of the figure representing 100 μm.

Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die Form der Kristallspitzen durch Variation der Beschichtungsparameter eingestellt werden. So sind in 1 bis 3 statistisch orientierte Schichten gezeigt. Ebenso können orientierte polykristalline Schichten eingesetzt werden. Die Schichten können gleichförmige Topographien aufweisen. Diese können zum Beispiel aus pyramiden- oder plateauförmigen Spitzen gebildet sein, wie sie in 4a) und 4b) dargestellt sind.As already mentioned above, the shape of the crystal tips can be adjusted by varying the coating parameters. So are in 1 to 3 shown statistically oriented layers. Likewise, oriented polycrystalline layers can be used. The layers can have uniform topographies. These may be formed, for example, from pyramidal or plateau-shaped tips, as in 4a ) and 4b ) are shown.

In 4a) und 4b) sind beispielhaft orientierte polykristalline Diamantschichten gezeigt, die eine pyramidenförmige Topographie (4a) beziehungsweise eine Topographie mit Plateaus (4b) aufweisen.In 4a ) and 4b ) are exemplary oriented polycrystalline diamond layers showing a pyramidal topography ( 4a ) or a topography with plateaus ( 4b ) exhibit.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung Bildwände, deren Oberflächentopographie der Oberflächentopographie der vorstehend genannten erfindungsgemäßen polykristallinen Schichten entspricht. Diese lassen sich durch Abformung, auch Replikation genannt, der erfindungsgemäßen polykristallinen Schichten erhalten. Die polykristalline Schicht wirkt als Master, von dem eine Abformung gemacht wird.According to one In another aspect, the present invention includes image walls whose surface topography the surface topography the aforementioned polycrystalline layers according to the invention equivalent. These can be achieved by impression taking, including replication called, the polycrystalline invention Get layers. The polycrystalline layer acts as a master, from which an impression is made.

Das erhaltene Replikat kann selbst für die Bildwand eingesetzt werden, die dann eine Negativabbildung des Masters darstellt.The replica obtained can itself for The screen are then inserted, which is then a negative image of the Masters represents.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann von dem Replikat eine weitere Replikation gemacht werden. Das hierbei erhaltene Replikat zeigt dann die ursprüngliche positive Oberflächenstruktur der als Master eingesetzten polykristallinen Schicht.According to one another embodiment Replication will make another replication. This here The replica obtained then shows the original positive surface structure of the used as a master polycrystalline layer.

Wie die polykristalline Schicht kann das Replikat als solches oder zusammen mit einem Substrat für die Bildwand eingesetzt werden.Like the polycrystalline layer, the replicate may be as such or together with a substrate be used for the screen.

Im Allgemeinen wird für die Replikation die Struktur der Masteroberfläche auf ein polymeres Material übertragen. Geeignete Techniken sind

a) Aufpressen von thermoplastischem Polymer wie Polypropylen und Polyamid auf die Masteroberfläche,
b) Übertragung der Masterstruktur auf ein kaltes Polymer mittels Prägung oder Walzen,
c) Verfüllen der Masteroberfläche mit einer härtbaren Monomer-Oligomerformulierung, die härtet oder vernetzt während sie in Kontakt mit dem Master ist, und
d) Spritzgießen, wobei zum Beispiel der Master in eine geeignete Form eingebracht wird, und das Polymer gegebenenfalls unter Druck eingespritzt wird.

Generally, for replication, the structure of the master surface is transferred to a polymeric material. Suitable techniques are

a) pressing thermoplastic polymer such as polypropylene and polyamide onto the master surface,
b) transfer of the master structure to a cold polymer by means of embossing or rolling,
c) filling the master surface with a curable monomer oligomer formulation which cures or crosslinks while in contact with the master, and
d) injection molding, wherein, for example, the master is introduced into a suitable mold, and the polymer is optionally injected under pressure.

Für die Replikation wird ein Material auf die Schicht aufgetragen, dass die Topographie in geeigneter Replikationsgüte übernimmt. Beispiele sind Metalle, Polymere oder andere Materialien wie Glas.For replication a material is applied to the layer that the topography takes over in a suitable replication quality. Examples are metals, polymers or other materials such as glass.

So können Metalle mittels galvanischer Verfahren abgeschieden werden.So can Metals are deposited by means of galvanic processes.

Als Materialien für die Replikation können Polymere verwendet werden, wie thermoplastische oder aushärtende Polymere. Die Aushärtung kann mittels üblicher Methoden erfolgen zum Beispiel durch Bestrahlung wie mit UV-Licht, Bestrahlung mit Elektronen (EB) oder einer anderen geeigneten Quelle oder durch Verwendung einer flüssigen Härterkomponente.When Materials for the replication can be polymers used, such as thermoplastic or thermosetting polymers. The curing can by means of usual Methods are done for example by irradiation as with UV light, Irradiation with electrons (EB) or another suitable source or by using a liquid Hardener component.

Vorzugsweise erfolgt die Replikation nach Verfahren c). Verfahren c) ist ein dreistufiger Prozess, wobei der Master mit einer Polymerfomulierung ausreichend niedriger Viskosität verfüllt, das Polymer gehärtet und die Abformung vom Master abgelöst wird.Preferably replication takes place according to method c). Method c) is a three-stage process, wherein the master with a polymer formulation sufficiently low viscosity filled, the polymer cured and the impression is detached from the master.

Beispiele für besonders geeignete Polymere sind Acrylate und Epoxide, insbesondere Acrylate niedriger Viskosität, die mittels UV/EB ausgehärtet werden können.Examples for special suitable polymers are acrylates and epoxies, in particular acrylates lower Viscosity, which are cured by UV / EB can.

5a und 5b (eine Abbildung des Leibnitz-Instituts für Oberflächenmodifizierung e. V. (IOM)) zeigt eine nach Verfahren c) erhaltene Abformung aus Polyacrylat, wobei 5b eine Vergrößerung von 5a darstellt, und in 5a der rechts unten dargestellte Strich 10 μm und in 5b 3 μm entspricht. Diese Figuren belegen deutlich die außerordentliche Abbildungsgenauigkeit, die mit dem vorstehend beschriebenen Replikationsverfahren erhalten werden können. Insbesondere mit dem letztgenannten Verfahren c) können Replikate von Mikrostrukturen in hoher Qualität erhalten werden, die eine geometrische Genauigkeit innerhalb der Größenordndung von 10 nm aufweisen. 5a and 5b (An illustration of the Leibnitz Institute for Surface Modification eV (IOM)) shows a polyacrylate obtained according to method c), wherein 5b an enlargement of 5a represents, and in 5a the bar shown below right 10 microns and in 5b 3 μm corresponds. These figures clearly demonstrate the extraordinary imaging accuracy that can be obtained with the replication method described above. In particular, with the latter method c) replicas of high-quality microstructures can be obtained, which have a geometric accuracy within the order of magnitude of 10 nm.

Für die Replikation kann die als Master eingesetzte polykristalline Schicht geeigneten Vorbehandlungsprozessen unterzogen werden. So können die Antihafteigenschaften mit einer Antihaftbeschichtung oder durch elektrochemische Behandlung verbessert werden.For replication may be suitable as the master employed polycrystalline layer Be subjected to pretreatment processes. So can the non-stick properties with a non-stick coating or by electrochemical treatment be improved.

Auch können die polykristallinen Schichten mit einer Dotierung elektrisch leitfähig abgeschieden werden, so dass an der polykristallinen Schicht elektrochemische Prozesse durchgeführt werden können. Wird beispielsweise Diamant als Schichtmaterial eingesetzt, kann eine Dotierung mit Bor durchgeführt werden, um die Schicht elektrisch leitfähig zu machen.Also can the polycrystalline layers are deposited with a doping in an electrically conductive manner, so that at the polycrystalline layer electrochemical processes carried out can be. If, for example, diamond is used as the layer material, then a doping with boron performed be used to make the layer electrically conductive.

Beide Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bildwand, die polykristalline Schicht sowie die Abformung (Replikation) der polykristallinen Schicht können je nach Bedarf zusätzlich mit weiteren, für Bildwände bekannten Schichtsystemen versehen werden.Both embodiments the screen according to the invention, the polycrystalline layer and the replication of the polycrystalline layer can as needed in addition with other, known for screens Layer systems are provided.

Beispielsweise können sie mit optisch wirksamen Schichtsystemen ausgestattet werden. Ein Beispiel für optisch wirksame Schichtsysteme sind Schichtsysteme, die als Filter wirken. So können zum Beispiel Schichtsysteme verwendet werden, die die Wellenlängen des eingesetzten Projektors, wie die drei verwendeten Wellenlängen eines Laserprojektors, bevorzugt hindurchlassen, während sie die anderen Wellenlängen möglichst vollständig absorbieren. Wie eingangs erwähnt, kann mit derartigen Schichten der Kontrast erhöht werden.For example can they are equipped with optically effective layer systems. An example for optical Effective layer systems are layer systems that act as filters. So can For example, layer systems that use the wavelengths of the used projector, such as the three wavelengths used Laser projector, preferably pass, while the other wavelengths as possible Completely absorb. As mentioned at the beginning, can be increased with such layers of contrast.

Auch können Reflexionsschichten eingesetzt werden, mit denen transparente Schichten oder transparent abgeformte Bildwände reflektierend gemacht werden können.Also can Reflective layers are used, with which transparent layers or transparently molded image walls are made reflective can.

Claims

Screen for a projection method, where the screen is the surface texture a polycrystalline layer, with smooth crystal facets, where the facets structured by different spatial orientation surface form.

The screen of claim 1, wherein the screen is a polycrystalline layer is.

The screen of claim 1, wherein the screen is a positive or negative impression of a polycrystalline layer according to claim 2 is.

A display panel as claimed in any one of the preceding claims, wherein the polycrystalline layer or impression is applied or exposed on a substrate are formed supporting.

Screen according to one of the preceding claims, wherein a polycrystalline layer is used which is selected under a statistically oriented layer and an oriented one Layer.

Screen according to one of the preceding claims, wherein the polycrystalline layer has been obtained from a layer material selected under diamond, silicon, indium, indium arsenide, gallium arsenide, Cadmium selenide, perylene-tetracarboxylic dianhydride, zinc oxide, alumina, Gallium gadolinium garnet, yttrium gadolinium garnet, and yttrium aluminum garnet.

Screen according to claim 6, wherein the layer material is a doped material.

A screen according to claim 3, wherein the material for the impression a material that takes over the topography of the polycrystalline layer.

The screen of claim 8, wherein the material is selected under a metal, glass or polymer.

Screen according to one of claims 8 or 9, wherein the material a polymer is selected under thermoplastic and curing Polymers.

A screen according to any one of claims 8 to 10, wherein the material a polymer is selected under a hardening Monomer / oligomer formulation made with ultraviolet or electron beam hardened is.

A display panel according to claim 11, wherein the polymer is selected under acrylates and epoxies.

Screen according to one of the preceding claims, wherein the polycrystalline layer is a diamond layer.

Screen according to one of the preceding claims, wherein the screen in addition contains one or more further layer systems selected from optically active Layer systems and reflection layers.

Method for producing a screen after a the claims 1 to 14, wherein the deposition of the polycrystalline layer by means chemical vapor deposition, activated chemical vapor deposition, physical vapor deposition or galvanic process he follows.

The method of claim 15, wherein the activation in the activated chemical vapor deposition with plasma or done with hot wires.

Method for producing a screen after a the claims 15 or 16, wherein as a layer material, a material selected from Diamond, silicon, indium, indium arsenide, gallium arsenide, cadmium selenide, Perylene tetracarboxylic dianhydride, zinc oxide, alumina, gallium gadolinium garnet, Yttrium gadolinium garnet, and yttrium aluminum garnet used becomes.

Method for producing a screen according to claim 17, wherein used as a layered material, a doped material becomes.

The method of claim 17 or 18, wherein as a layer material Diamond is used.

Method for producing a screen after a the claims 3 to 14, being used as material for The replication is a material that uses the topography the polycrystalline layer takes over.

The method of claim 20, wherein the material is selected by gravity under a metal, a glass or a polymer.

Method for producing a screen according to claim 21, wherein a polycrystalline layer is replicated by 1) with a low-viscosity hardening Filled polymer formulation, the 2) polymer formulation cured and 3) the resulting replica is released from the template.

The method of claim 22, wherein as the curable polymer formulation an acrylate or epoxy is used which is ultraviolet irradiated or electron beam irradiation.

The method of claim 23, wherein as a curable Polymer is used an acrylate.

A method according to any one of claims 15 to 24, wherein the screen additionally is combined with one or more layer systems selected under optically effective layer systems and reflection layers.

Use of a screen according to one of claims 1 to 14 for a laser projection method.