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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Volumenhologramms, insbesondere eines holographischen Gitters, für Mehrfarbanwendungen.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Volumenhologramm, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist und darüber hinaus Vorrichtungen mit einem solchen Volumenhologramm.
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Volumenhologramme für Mehrfarbanwendungen bestehen zumeist aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Einzelhologrammen, wobei jedes Einzelhologramm dazu ausgelegt ist, auf Licht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs zu wirken. Ein solches Hologramm ist beispielsweise bei Beleuchtungsanwendungen einsetzbar, bei denen das Beleuchtungslicht unterschiedliche Komponenten mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen aufweist.
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Ein besonderes Anwendungsfeld stellt die Beleuchtung einer Pixelmatrix oder eines steuerbaren, räumlichen Lichtmodulators in der Displaytechnologie, insbesondere bei stereoskopischen oder holographischen 3D-Displays, dar.
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Displays mit flächigen, ebenen Lichtleitern zur Hintergrundbeleuchtung einer Pixelmatrix oder eines steuerbaren, räumlichen Lichtmodulators sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Die Verwendung eines ebenen Lichtleiters zur Hintergrundbeleuchtung hat den besonderen Vorteil, dass diese flacher ausgebildet sein kann. Das in den ebenen Lichtleiter eingekoppelte Licht wird an den Grenzflächen des Lichtleiters durch totalinterne Reflexion reflektiert und kann so im Lichtleiter propagieren. Zur Auskopplung jeweils eines Teils des im Lichtleiter propagierenden Lichts in Richtung auf eine Pixelmatrix, beispielsweise eine LCD-Matrix, können beispielsweise Störstellen oder ein Auskoppelgitter an einer der Grenzflächen des Lichtleiters vorgesehen sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass zum Auskoppeln von Beleuchtungslicht aus einem ebenen Lichtwellenleiter ein Volumenhologramm zum Einsatz kommt.
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Zur Herstellung eines Mehrfarb-Hologramms für einfache Anwendungen ist es aus der Praxis bekannt, bei der Herstellung ein Volumengittermaterial zu verwenden, das spektral breit sensibilisiert ist, so dass in unterschiedlichen Tiefen des Volumengittermaterials jeweils Belichtungen stattfinden können. Dichromatgelatine (DCG) ist beispielsweise mit einer Blau-Grün-Sensibilisierung erhältlich. Allerdings besteht hierbei das Problem, dass ungewollt auch in den Tiefen eine Belichtung stattfindet, die (beispielsweise weil sie später für Licht anderer Wellenlängen anders belichtet werden sollen) gerade nicht belichtet werden sollen.
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Aus der Praxis ist auch bekannt, separat voneinander Volumengitter für jeweils unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche herzustellen und diese Volumengitter anschließend zu einem Stapel aufeinander zu laminieren. Dies ist jedoch sehr aufwändig, weil die einzelnen Schichten sehr präzise und insbesondere derart miteinander verbunden werden müssen, dass keine mechanischen Spannungen zwischen den Schichten auftreten. Oft ist dies nicht möglich, insbesondere dann, wenn die Schichten großflächig sind und/oder die aufeinander zu laminierenden Schichten aus unterschiedlichen Materialien bestehen und daher unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Volumenhologramms, insbesondere eine holographischen Gitters, für Mehrfarbanwendungen anzugeben, das es ermöglicht, Hologramme einfacher und mit höherer Qualität herzustellen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das dadurch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- a. Herstellen eines Stapels von wenigstens zwei, spektral unterschiedlich empfindlichen Schichten aus holographischem Aufnahmematerial, insbesondere Photopolymer,
- b. Belichten der einzelnen Schichten des Stapels jeweils mit Licht, das eine Wellenlänge aufweist, für das die jeweilige Schicht empfindlich ist.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die nachträgliche Belichtung eines zuvor hergestellten Schichtstapels den besonderen Vorteil hat, dass ein aufwändiges nachträgliches Aufeinanderstapeln bereits fertig belichteter Einzelhologramme und die durch den Prozess der nötigen Verklebung der fertig belichteten Einzelhologramme eingeführten mechanischen Spannungen und Deformationen vermieden ist. Darüber hinaus ist in vorteilhafter Weise eine wesentlich größere Präzision, insbesondere hinsichtlich der Positionierung der Einzelhologramme relativ zueinander, erreichbar. Dies im Wesentlichen deshalb, weil es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hauptsächlich auf die Präzision bei der optischen Belichtung, nicht jedoch auf die mechanische Präzision, die in der Praxis nur schwer zu kontrollieren ist, beim Aufeinanderstapeln ankommt.
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Insbesondere wurde erfindungsgemäß erkannt, dass die Herstellung eines Schichtstapels und dessen anschließende Belichtung mit beispielsweise drei Wellenlängen technologisch weit weniger aufwändig ist, als die Belichtung von einzelnen Schichten, die im Anschluss aufeinander zu kleben sind.
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Die Erfindung hat darüber hinaus den Vorteil, dass hinsichtlich der spektralen Eigenschaften des herzustellenden Volumenhologramms keine Grenzen gesetzt sind. Dies insbesondere dadurch, dass holographisches Aufnahmematerial unterschiedlichster Eigenschaften für die einzelnen Schichten eingesetzt werden kann. Insbesondere kann das Volumenhologramm vorteilhaft als Hologramm für die drei Grundfarben (rot, grün, blau), also als RGB-Hologramm hergestellt werden.
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Das Belichten der einzelnen Schichten des zuvor hergestellten Stapels kann sowohl sequentiell, als auch simultan erfolgen.
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Nach der Herstellung eines als Schichtstapel ausgebildeten Aufnahmematerials kann das Belichten der einzelnen Schichten des Stapels jeweils mit Belichtungslicht erfolgen, das eine Wellenlänge aufweist, für das die jeweilige Schicht empfindlich ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Schichten des Stapels mit Belichtungslicht belichtet wird, das eine andere Wellenlänge aufweist als das Licht einer vorgesehenen Mehrfarbanwendung. Alternativ ist es auch möglich eine oder mehrere Schichten holographischen Aufnahmematerials zu verwenden, dass mit Licht belichtet wird, das dieselbe Wellenlänge aufweist, wie das Licht, auf das das in diese Schicht einbelichtete Einzelhologramm bei der späteren Anwendung des Volumenhologramms wirken soll. Beispielsweise kann in einer Mehrfarbanwendung vorgesehen sein, einen Stapel aus drei dünnen Volumengittern kollimiert mit den Wellenlängen 633 nm (rot), 532 nm (grün) und 473 nm (blau) zu beleuchten, wobei die Winkel- und Wellenlängenselektivität der einzelnen Volumengitter des Stapels derart gewählt ist, dass jeweils nur ein dünnes Volumengitter auf eine der Farben im Sinne einer Beugung wirkt. Die spektral eingeschränkte, bzw. spektral separierte Sensibilisierung ist in ihrer konkreten Ausführung und in ihrer erreichten spektralen Trennung im Allgemeinen jedoch vom verwendeten Farbstoff und vom weiteren chemischen System des holographischen Aufzeichnungsmaterials abhängig. So ist es beispielsweise möglich, dass die spektrale Sensibilisierung für 532 nm spektral in nachteiliger Art und Weise derart ausgedehnt ist, dass für eine Belichtung mit 473 nm oder/und mit 633 nm eine Empfindlichkeit vorliegt die zu hoch ist, d.h. zur Erzeugung eines Volumengitters in der Schicht führt, die nur das Volumengitter enthalten soll, welches mit 532 nm belichtet worden ist. In diesem Fall würde die für 532 nm sensibilisierte Schicht beispielsweise ein Volumengitter enthalten, welches bei der Belichtung mit 473nm oder bei der Belichtung mit 633 nm erzeugt worden ist. Um dieses spektrale Übersprechen zu vermeiden, gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit ist, beispielsweise statt 473 nm und 633 nm bei der Belichtung zwei Wellenlängen zu verwenden, die spektral weiter von der Sensibilisierung auf 532 nm entfernt sind, d.h. beispielsweise 355 nm und 694 nm. Die Sensibilisierungen können in diesem Fall von 473 nm auf 355 nm, bzw. von 633 nm auf 694 nm verschoben werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bei den holographischen Aufzeichnungsmaterialien chemische Systeme zu verwenden, die eine Aktivierungsenergie benötigen, unter der bei einer Belichtung keine Ausbildung eines Volumengitters erfolgt. Somit kann das Ausbilden nicht beabsichtigter Volumengitter in benachbarten Schichten vermieden werden.
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Bei einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, dass der Stapel eine erste Schicht aufweist, die für einen kurzwelligen Spektralbereich sensibilisiert ist und die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, für eine erste Wellenlänge der Mehrfarbanwendungen zu wirken, und dass der Stapel außerdem eine zweite Schicht aufweist, die für einen langwelligen Spektralbereich sensibilisiert ist und die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, für eine zweite Wellenlänge der Mehrfarbanwendungen zu wirken. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die erste Schicht mit Belichtungslicht belichtet wird, das eine kürzere Wellenlänge aufweist als die erste Wellenlänge und/oder dass die zweite Schicht mit Belichtungslicht belichtet wird, das eine längere Wellenlänge aufweist als die zweite Wellenlänge.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, eine Belichtung mit Belichtungslicht (simultan oder sequenziell) zu bewirken, das jeweils eine Wellenlänge von 365 nm, 442 nm und 647 nm aufweist, wobei vorzugsweise Licht dieser Wellenlängen bei der späteren Mehrfachanwendung nicht verwendet wird. Letztlich hängt die optimale Wahl der Wellenlängen vom Verlauf und von der Überlappung der spektralen Empfindlichkeitskurven der verwendeten holographischen Aufnahmematerialien ab und ist zumeist abgestimmt auf den jeweiligen Einzelfall vorzunehmen. Bei Rekonstruktionsgeometrien von Volumengittern, die eine unter einer bestimmten Einfallsrichtung einfallende Planwelle in eine unter einem bestimmten Winkel austretenden Planwelle beugen, ist es möglich, Aufnahme- und Rekonstruktionswellenlänge deutlich voneinander abweichen zu lassen. Entsprechende Rekonstruktionsgeometrien sind beispielsweise die Polarisationsstrahlteilergeometrie 0 ° deg / 60 ° deg oder die Auskoppelgeometrie 45 ° deg / 0 ° deg einer Hintergrundbeleuchtungseinheit, in der Licht unter frustrierter Totalreflexion (FTIR) im 45°deg-Zick-Zack propagiert. Bei Rekonstruktionsgeometrien, wie beispielsweise Planwelle zu Linse und unter Verwendung dünner Volumengitter ist es auch möglich, bei der Aufnahme eine Wellenlänge einzusetzen, die von der vorgesehenen Rekonstruktionswellenlänge deutlich abweicht, wobei computergenerierte Hologramme (CGH) notwendige lokale Korrekturen der Wellenfrontkrümmungen vornehmen, um lokal den Gittervektor zu erzeugen, den auch die Aufnahme mit der Rekonstruktionswellenlänge erzeugen würde. Somit lassen sich beispielsweise dünne Linsen herstellen. Die mathematische Korrektur der bei der Aufnahme lokal vorliegenden Ausbreitungsrichtung der Wellenfront ist für eine Ebene korrekt, jedoch nicht für dicke Volumengitter, d.h. im Fall von Volumengitter-Linsen nicht für dicke Kugelschalen. Für Dicken dHOE ≤ 10 µm können zur Korrektur CGH eingesetzt werden. Bei geringer werdendem spektralem Abstand zwischen Aufnahme und Rekonstruktion vergrößert sich die Dicke der Volumengitter, bei der CGH in der beschriebenen Weise eingesetzt werden können. Für dHOE ≥ 100 µm und einer Rekonstruktionsgeometrie von beispielsweise – 45 ° deg / Feldlinse zentriert um 0 ° deg ist es jedoch vorteilhaft, für die Aufnahme und die Rekonstruktion die gleiche Wellenlänge zu verwenden.
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Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung besteht wenigstens eine Schicht aus Aufnahmematerial, das so lange für eine Belichtung unempfindlich ist, wie es nicht aktiviert wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere oder alle Schichten jeweils aus Aufnahmematerial bestehen, das so lange für eine Belichtung unempfindlich ist, wie es nicht aktiviert wird. Besonders zuverlässig und vielseitig einsetzbar ist hierbei beispielsweise ein Aufnahmematerial, das photoaktivierbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Aufnahmematerial wenigstens einer Schicht jeweils durch Beaufschlagung von Licht, das wenigstens eine Aktivierungsdosis oder eine bestimmte Aktivierungsenergie aufweist, aktivierbar ist. Im Allgemeinen ist jedoch nicht davon auszugehen, dass eine Aktivierung mit Licht, d.h. beispielsweise mit UV-Strahlung, die beispielsweise dazu führt, für die im Anschluss folgende holographische Belichtung notwendige chemische Komponenten von Molekülen abzuspalten und sie damit anderen Molekülen zur Verfügung zu stellen, spektral enger einzuschränken ist, als die holographische Belichtung selbst. Ein Ausführungsbeispiel ist daher die Aktivierung und anschließende holographische Belichtung einer für die holographische Aufnahme im grünen Wellenlängenbereich ausgelegten Schicht, welche nach der holographischen Belichtung der für den blauen und der für den roten Wellenlängenbereich ausgelegten Schichten erfolgt.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Aufnahmematerial wenigstens einer Schicht, insbesondere aller Schichten, jeweils durch Beaufschlagung mit Licht jeweils einer für die Schicht spezifischen Wellenlänge aktivierbar ist.
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Durch die Verwendung von holographischem Aufnahmematerial, das vor einer Belichtung erst aktiviert werden muss, kann sichergestellt werden, dass zuverlässig nur die Schicht belichtet wird, die gerade auch belichtet werden soll. Dies deshalb, weil das Belichtungslicht oder Aktivierungslicht, das für eine Schicht bestimmt ist, (beispielsweise aufgrund seiner Intensität und/oder spektralen Zusammensetzung) nicht in der Lage ist, eine benachbarte Schicht zu aktivieren.
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Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise bei der Verwendung des Photopolymers mit der Produktbezeichnung Bayfol HX, das von Bayer Material Science hergestellt wird, oder die Verwendung des Photopolymers mit der Produktbezeichnung Omnidex, das von DuPont hergestellt wird, besonders gute Ergebnisse erzielbar sind. Dies insbesondere auch deshalb, was im Folgenden noch detaillierter ausgeführt ist, weil bei diesen Materialien auf einen Kleber zwischen den einzelnen Schichten verzichtet werden kann.
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Je nach Art der herzustellenden Einzelhologramme kann beispielsweise vorgesehen sein, dass wenigstens eine Schicht wenigstens teilweise mit Belichtungslicht belichtet wird, das eine ebene Wellenfront aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine Schicht wenigstens teilweise mit Belichtungslicht belichtet wird, das eine sphärisch gekrümmte Wellenfront aufweist. Durch die Verwendung von Belichtungslicht mit einer sphärisch gekrümmten Wellenfront kann dem herzustellenden Volumenhologramm – gegebenenfalls zusätzlich zu einer anderen strahllenkenden oder strahlformenden Eigenschaft – eine Linsenwirkung aufgeprägt werden.
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Das Herstellen des Stapels kann effizient und zuverlässig dadurch geschehen, dass zunächst voneinander getrennte Schichten durch einen Spalt zwischen zwei Rollen, die im Wesentlichen parallele Rotationsachsen aufweisen, geführt und durch die Rollen aufeinander gepresst werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass gleichzeitig zwischen die Schichten, die miteinander verbunden werden sollen, ein Kleber aufgetragen wird. Es kann jedoch alternativ auch vorgesehen sein, dass holographische Aufnahmematerialien verwendet werden, die klebemittelfrei aneinander gefügt werden können. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Herstellen des Stapels unter Ausnutzung von Adhäsionskräften, welche jeweils zwischen zwei Schichten aus unbelichtetem holographischem Aufnahmematerial wirken, insbesondere Photopolymer, erfolgt.
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Das Herstellen des Stapels kann beispielsweise in der Weise erfolgen, dass das für eine Schicht nötige holographische Aufnahmematerial auf einer Trägerfolie bereitgestellt wird. Zunächst können beispielsweise zwei, spektral unterschiedlich empfindlichen Schichten, insbesondere Photopolymerschichten, aneinandergefügt werden, wobei die nach dem Aneinanderfügen außen liegenden Trägerfolien anschließend entfernt werden, um in einem nächsten Schritt die jeweils nächste Schicht auf den Stapel aufzubringen und dann die mit der gerade aufgebrachten Schicht verbundene Trägerfolie zu entfernen.
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Die Erfindung hat darüber hinaus den Vorteil, dass das Volumenhologramm als Strahlvereiniger, wie er z. B. in den
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8,
10 oder
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WO 2010/149588 A1 gezeigt bzw. beschrieben ist, insbesondere als Strahlvereiniger mit breiter Winkelselektivität und/oder mit sehr geringer Dicke herstellbar ist, was auf der Basis der aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren nicht möglich ist. Dies deshalb, weil es nicht möglich ist, eine Vielzahl von Belichtungs- und anschließenden Laminierungsprozessen auf eine Art und Weise zu realisieren, dass beispielsweise eine Winkeltoleranz einer Rekonstruktionsgeometrie bei einem holographischen Display von kleiner 0,1 Grad für drei Farben und beispielsweise sechs übereinanderliegende Volumengitter eingehalten wird.
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In vorteilhafter Weise kann das Volumenhologramm auch als Auskoppler zum Auskoppeln von Licht aus einem, insbesondere ebenen, Lichtwellenleiter hergestellt werden. Zum Auskoppeln von Licht aus einem Lichtwellenleiter, bei dem das Licht in einer Lichtführungsschicht zwischen zwei Reflexionsflächen, die beispielsweise auf der Basis totalinterner Reflexion wirken, kann ein solcher Auskoppler verwendet werden. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das der Stapel vor dem Belichten unmittelbar an dem Lichtwellenleiter angebracht wird und/oder dass eine Auskoppelseite eines Lichtwellenleiters vor dem Belichten mit dem holographischen Aufnahmematerial, insbesondere vollflächig, beschichtet wird. Das Beschichten kann insbesondere in der Art erfolgen, dass das Aufnahmematerial als Schicht auf einer Trägerschicht bereitgestellt wird und die trägerschichtfrei Seite durch Verkleben oder durch eigene Adhäsionskräfte mit dem Lichtwellenleiter verbunden wird. Nach dem Verbinden kann die Trägerschicht entfernt werden. Davon abweichend kann auch vorgesehen sein, dass der Stapel nach dem Belichten und/oder nach dem vollständigen Herstellen des Hologramms unmittelbar an dem Lichtwellenleiter angebracht wird und/oder dass eine Auskoppelseite eines Lichtwellenleiters nach dem Belichten mit dem belichteten Stapel, insbesondere vollflächig, beschichtet wird.
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Bei einer besonderen Ausführungsform eines solchen Lichtwellenleiters weisen die Reflexionsflächen einen von Null Grad verschiedenen Winkel zueinander auf. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Lichtführungsschicht des Lichtleiters keilförmig ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass sich der Einfallswinkel des innerhalb der Lichtführungsschicht propagierenden Lichtes beim Auftreffen auf die Reflexionsschichten mit zunehmender Anzahl der Reflexionen vergrößert, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine Auskopplung erhöht wird, je weiter das Licht von der Einkoppelstelle weg propagiert ist. Hierdurch wird ausgeglichen, dass die absolute Lichtmenge des von der Einkoppelstelle weg propagierenden Lichtes abnimmt, da bei jedem Auftreffen auf das Hologramm etwas Licht ausgekoppelt wird. Im Ergebnis kann über die gesamte Auskoppelfläche des Lichtleiters eine homogene Auskoppellichtleistung erreicht werden.
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Natürlich kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die Reflexionsflächen des Lichtwellenleiters parallel zueinander ausgerichtet sind. Um bei einer solchen Ausführung eine homogene Auskoppellichtleistung über die gesamte Fläche des Lichtleiters zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass der Auskoppelgrad des Hologramms von der Einkoppelstelle weg zunimmt. Auch diese optische Eigenschaft kann in das Hologramm bei der Herstellung mit einbelichtet werden.
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Das Volumenhologramm könnte als RGB-Volumenhologramm hergestellt werden, um beispielsweise für Farbanwendungen bei Displays eingesetzt zu werden.
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Dem Anwendungsspektrum von Volumenhologrammen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, sind keine grundsätzlichen Grenzen gesetzt. Beispielsweise kann das Volumenhologramm insbesondere als Reflexionsgitter oder als Beugungsgitter oder als Transmissionsgitter oder als Strahlaufweitungselement hergestellt werden.
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Besonders vorteilhaft kann ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Volumenhologramm in einem Solarmodul Verwendung finden. Ein solches Solarmodul kann beispielsweise eine Energiewandelvorrichtung zum Wandeln von Sonnenlicht in elektrischen Strom aufweisen, wobei das Volumenhologramm derart ausgebildet und an dem Solarmodul angeordnet ist, dass damit Licht der Sonne in Richtung der Energiewandelvorrichtung leitbar ist. Dies insbesondere auch dann, wenn Licht der Sonne – aufgrund des sich verändernden Sonnenstands – aus unterschiedlichen Richtungen auf das Solarmodul einfällt.
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Bei einer besonderen Ausführung eines solchen Solarmoduls ist ein erstes Volumenhologramm vorgesehen, das Sonnenlicht, das aus einem ersten Winkelbereich einfällt, auf eine Energiewandelvorrichtung lenkt. Dieses erste Volumenhologramm ist derart ausgebildet, dass es Licht, das aus einem anderen Winkelbereich ungehindert passieren lässt. Darüber hinaus ist ein zweites Volumenhologramm vorgesehen, das Sonnenlicht, das aus einem zweiten, vom ersten Winkelbereich verschiedenen Winkelbereich einfällt, auf die Energiewandelvorrichtung lenkt. Darüber hinaus können weitere Volumenhologramm für weitere verschiedene Winkelbereiche vorgesehen sein. Eine solche Anordnung ersetzt ein mechanisches Nachführen des Solarmoduls entsprechend dem jeweiligen Sonnenstand. Vielmehr kann das Solarmodul ortsfest installiert werden und braucht nicht gedreht zu werden, um dem Sonnenverlauf zu folgen. Somit übernimmt je nach Sonnenstand jeweils eines der Volumenhologramme die Aufgabe, das Sonnenlicht auf die Energiewandelvorrichtung zu lenken.
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Es ist möglich, die einzelnen Volumenhologramme eines solchen Solarmoduls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen und anschließend zu stapeln. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Herstellungsweise, bei der zunächst ein Schichtstapel für sämtliche Volumenhologramme hergestellt wird und erst anschließend ein spezifisches, schichtweises Belichten erfolgt.
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Wie bereits erwähnt, kann ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Volumenhologramm in einer Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere in einem stereoskopischen oder holographisches 3D-Display, und/oder in einer Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung für eine Pixelmatrix und/oder einen steuerbaren räumlichen Lichtmodulator bzw. eines Displays verwendet werden. Ein solches Display bzw. eine solche Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung hat den ganz besonderen Vorteil, dass es besonders flach und Raum sparend ausgebildet sein kann, weil dem verwendeten Volumenhologramm optische Eigenschaften aufgeprägt sein können, die sonst zusätzliche optische – insbesondere refraktive – Elemente übernehmen müssten.
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Insbesondere bei holographischen Displays, bei denen sich hinter einem Strahlvereiniger, wie er z.B. in den
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8,
10 oder
22 der
WO 2010/149588 A1 gezeigt bzw. beschrieben ist, ein Blendenfeld befindet, ist es von Vorteil, wenn die Dicke des Volumengitter-Schichtstapels möglichst klein gehalten ist. Insbesondere kann die Dicke des Volumengitter-Schichtstapels kleiner sein, als das Zehnfache des Pixelabstandes einer auszuleuchtenden Pixelmatrix oder eines auszuleuchtenden steuerbaren räumlichen Lichtmodulators (insbesondere bezogen auf die kohärent ausgeleuchtete Richtung). Bei einer solchen Ausführung sind vorzugsweise zwischen den einzelnen Schichten keine weiteren Kunststofffolien eingefügt.
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In ganz besonders vorteilhafter Weise kann das hierin beschriebene Verfahren zum Herstellen eines Hologramms mit dem Herstellungsverfahren für ein Hologramm kombiniert werden, welches in den Anmeldungen
DE 10 2011 076 945 ,
DE 10 2011 051 213 oder
DE 10 2011 084 379 beschrieben ist. Daher wird der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldungen vollumfänglich hier miteinbezogen.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 in einem Ausführungsbeispiel den Schritt des Herstellens eines Stapels von zwei, spektral unterschiedlich empfindlichen Schichten aus holographischem Aufnahmematerial,
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2 eine Illustration des Vorganges des Auswählens der Belichtungswellenlängen für die einzelnen Schichten eines Stapels spektral unterschiedlich sensitiver Aufnahmematerialen
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3 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes im Lichtweg einem steuerbaren räumlichen Lichtmodulator eines Displays nachgeordnetes Volumenhologramm, das als Strahlvereiniger fungiert und
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4 schematisch den prinzipiellen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt in einem Ausführungsbeispiel den Schritt des Herstellens eines Stapels von zwei, spektral unterschiedlich empfindlichen Schichten 1, 2, nämlich einer ersten Schicht 1 und einer zweiten Schicht 2, jeweils aus holographischem Aufnahmematerial.
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Die erste Schicht 1 aus holographischem erstem Aufnahmematerial wird auf einer ersten Trägerfolie 3 bereitgestellt. Die zweite Schicht 2 aus holographischem zweiten Aufnahmematerial wird auf einer zweiten Trägerfolie 4 bereitgestellt. Die Seiten der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2, die trägerfolienfrei sind, werden aneinandergefügt und zusammen in den Spalt 6 zwischen zwei Rollen 5 gesteckt. Die Rollen 5 weisen senkrecht zur Zeichenebene angeordnete und parallele Rotationsachsen (in 1 mit x gekennzeichnet) auf und pressen die erste Schicht 1 und die zweite Schicht 2 gegeneinander. Vorzugsweise sind die erste Schicht 1 und die zweite Schicht 2 derart ausgebildet, dass sie unter Ausnutzung von eigenen Adhäsionskräften ohne den Auftrag eines zusätzlichen Klebers aneinanderhaften.
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Anschließend wird eine der Trägerfolien entfernt, um auf dieselbe Weise eine dritte Schicht aus holographischem Aufnahmematerial aufbringen zu können.
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2 illustriert den Vorgang des Auswählens der Belichtungslichtwellenlängen für das Belichten eines zuvor hergestellten Stapels, dessen Schichten aus drei verschiedenen holographischen Aufnahmematerialien bestehen, anhand einer Grafik, in der eine Belichtungsempfindlichkeit I gegen die Wellenlänge λ aufgetragen ist. Hierbei weist ein erstes der holographischen Aufnahmematerialien ein erstes Sensibilitätsspektrum 7 auf. Ein zweites der holographischen Aufnahmematerialien weist ein zweites Sensibilität 8 auf, während ein drittes der holographischen Aufnahmematerialien ein drittes Sensibilitätsspektrum 9 aufweist. Die Sensibilitätsspektren 7, 8, 9 überlappen teilweise.
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Die Belichtungslichtwellenlängen λ1, λ2, λ3 werden derart ausgewählt, dass sie jeweils nur in eines der Sensibilitätsspektren 7, 8, 9 fallen. Insbesondere ist darauf geachtet, dass keine der Belichtungslichtwellenlängen λ1, λ2, λ3 in einem Überlappungsbereich zweier der Sensibilitätsspektren 7, 8, 9 liegen.
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3 zeigt ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes im Lichtweg einem steuerbaren räumlichen Lichtmodulator SLM eines Displays nachgeordnetes Volumenhologramm
10, das als Strahlvereiniger fungiert. Ein hierzu vergleichbarer Strahlvereiniger ist beispielsweise in der
WO 2010/149588 A1 beschrieben. In besonders vorteilhafter Weise kann daher das hierin beschriebene Herstellungsverfahren verwendet werden, einen Strahlvereiniger gemäß der WO 2010/149588 A1 und/oder gemäß
3 dieses Dokuments herzustellen. Insoweit wird der gesamte Offenbarungsgehalt der WO 2010/149588 A1 vollumfänglich hier einbezogen.
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Das Volumenhologramm 10 besteht aus einen ersten Schichtstapel 17 mit drei dünnen Volumengittern 11, 12, 13 und aus einem weiteren Schichtstapel 18 mit drei weiteren dünnen Volumengittern 14, 15, 16. Zwischen dem ersten Schichtstapel 17 und dem weiteren Schichtstapel 18 befindet sich eine Trennschicht S.
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Jeweils ein erstes Volumengitter 11, 14 der Schichtstapel 17, 18 ist dazu ausgelegt, auf blaues Licht zu wirken. Jeweils ein zweites Volumengitter 12, 15 der Schichtstapel 17, 18 ist dazu ausgelegt, auf grünes Licht zu wirken. Jeweils ein drittes Volumengitter 13, 16 der Schichtstapel 17, 18 ist dazu ausgelegt, auf rotes Licht zu wirken.
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Vor dem Volumenhologramm 10 befindet sich eine Polarisationsfolie P.
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4 zeigt schematisch den prinzipiellen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zunächst erfolgt das Herstellen eines Stapels 19 von mehren, spektral unterschiedlich empfindlichen Schichten 21, 22, 23 aus holographischem Aufnahmematerial. Ein solcher Stapel 19 kann beispielsweise so hergestellt werden, wie es in Bezug auf 1 beschrieben ist.
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Anschließend erfolgt das Belichten der einzelnen Schichten 21, 22, 23 des Stapels 19 jeweils mit Belichtungslicht 20, das eine Wellenlänge aufweist, für das die jeweilige Schicht 21, 22, 23 empfindlich ist.
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Als Erweiterung können zusätzlich Farbfilter eingesetzt werden, um die spektrale Trennung zu verbessern. Bei der holographischen Aufnahme eines Transmissionsvolumengitters trifft das Licht zuerst auf die Schicht auf, welche die spektrale Sensibilisierung mit dem geringsten Überlab zu den spektralen Sensibilisierungen der anderen Schichten aufweist. Hinter dieser ersten Schicht befindet sich eine dünne Farbfilterschicht, welche im Wesentlichen nur die Wellenlängen passieren lässt, die für die Belichtung der folgenden Schichten bestimmt sind. Hinter der ersten Farbfilterschicht befindet sich eine zweite Schicht holographischen Aufnahmematerials, welches eine spektral eingeschränkte Sensibilisierung aufweist. Hinter der zweiten Schicht holographischen Aufnahmematerials befindet sich eine zweite Farbfilterschicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel die spektral breiteste Sensibilisierung aufweisen kann.
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Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/149588 A1 [0025, 0035, 0047]
- DE 102011076945 [0036]
- DE 102011051213 [0036]
- DE 102011084379 [0036]
