Waveguides: Wie SCHOTT die Display-Gläser für Datenbrillen herstellt
Die Herstellung eines einzelnen Wellenleiters für Augmented Reality ist bereits eine optische Meisterleistung. Millionen davon mit gleichbleibender Qualität, Effizienz und Skalierbarkeit zu produzieren, wird die Zukunft von Datenbrillen bestimmen.
Die Skalierung von Geometric Reflective Waveguides vom optischen Durchbruch zur Serienfertigung definiert neu, was für AR-Smart-Glasses möglich ist.
- In Kulim, Malaysia, baute SCHOTT eine speziell konzipierte Produktionsstätte auf, um die Waveguide-Technologie in die Serienfertigung zu überführen.
- Hoher Ertrag und ein modulares Ausbaukonzept ebnen den Weg für den Schritt in den Massenmarkt.
- Kontinuierliche optische Weiterentwicklung steigert Helligkeit, Sichtfeld und Alltagstauglichkeit.
Dass Augmented Reality (kurz AR) den Massenmarkt erreicht, hängt maßgeblich von Wellenleitern (engl. Waveguides) ab, also dem optischen Glas, das digitale Informationen mit der realen Welt verschmilzt. Auch bei fortschrittlichster Software und feinstem Produktdesign sind die Anforderungen an diese Komponente der Datenbrille kompromisslos: sie muss dünn, leicht und kristallklar sein. Denn jede Unstimmigkeit, jede minimale Fehljustierung wird unmittelbar im Sichtfeld sichtbar.
„Die neuesten Datenbrillen erfordern Spezifikationen, die es so zuvor nicht gab“, sagt Stefan Weidlich, Head of Product Design Augmented Reality bei SCHOTT. „Von Anfang an war die Herausforderung enorm – sowohl bei der Entwicklung der Wellenleiter als auch bei ihrer Skalierung in die Serienfertigung.“
Für Stefan markiert Augmented Reality den nächsten technologischen Wendepunkt: Digitale Informationen rücken direkt in unser Sichtfeld. Doch wie bei vielen technologischen Durchbrüchen zuvor entscheidet weniger die Konzept-Demo als vielmehr industrielle Disziplin über den Erfolg.
„Es ist eines der anspruchsvollsten optischen Bauteile, das unser Team je entwickelt hat“, ergänzt Stefan. „Um die Massenfertigung zu ermöglichen, mussten wir nahezu alles neu denken – deshalb haben wir 2024 in Malaysia eine komplett neue Fabrik aufgebaut.“
Alles neu denken
Die hochmoderne Produktionsstätte im malaysischen Kulim wurde speziell errichtet, um Wellenleiter-Technologie für Augmented Reality zu industrialisieren. Mit ihr gelang SCHOTT ein Meilenstein: Als erstes Unternehmen weltweit brachte der Technologiekonzern sogenannte Geometric Reflective Waveguides aus der Entwicklungsphase in Serienfertigung mit hohen Volumen.
„Die Herausforderung war enorm – aber wir haben sehr simpel angefangen. Schritt für Schritt“, erklärt Yong. „Wir haben jeden einzelnen Prozessschritt in der Wellenleiter-Produktion analysiert.“
Bei Geometric Reflective Waveguides ist Gleichmäßigkeit entscheidend. „Coating bezeichnet das Aufbringen spezieller Schichten auf Glas-Substrate, die später das Licht führen“, erläutert er. „In der Massenfertigung war das unsere größte Herausforderung: eine konstant hohe Qualität über Tausende von Teilen hinweg, ohne jegliche Abweichung.“
Es folgt das sogenannte Stacking: Mehrere beschichtete Glassubstrate werden exakt ausgerichtet und miteinander verbunden. „Schon die geringste Fehljustierung würde das finale Bild verschlechtern“, sagt Yong. Um das zu verhindern, entwickelte das Team neue Ausrichtungs- und Bondingverfahren, die absolute Präzision gewährleisten.
Danach kommt das Slicing, also das Schneiden der gestapelten Substrate in dünne Scheiben mit Mikrometergenauigkeit.
„Ein Mikrometer entspricht etwa der Größe eines Bakteriums oder eines feinen Staubpartikels“, erklärt Yong. „Es gibt keinen Spielraum für Fehler.“
Nach dem Schneiden werden die Oberflächen auf Hochglanz poliert. „Geometric Reflective Waveguides benötigen eine spiegelähnliche Oberfläche“, so Yong. „Selbst kleinste Kratzer oder Unregelmäßigkeiten würden sich sofort im Bild zeigen.“
Anschließend erfolgt das Shaping, die Formgebung des Glases in seine endgültige Geometrie. „Das ist einer der letzten Schritte“, erklärt Yong, „bei dem aus dem Glas der fertige Waveguide entsteht.“
Den Abschluss bildet die Qualitätssicherung. „Wir haben neue Prüfverfahren entwickelt, um selbst mikroskopische Defekte zu erkennen“, sagt er. „Nur absolut fehlerfreie Wellenleiter finden ihren Weg in Datenbrillen.“
All diese Schritte zielen letztlich auf eine zentrale Kennzahl ab: den Ertrag. Mit einer nachweislich sehr hohen Ausbeute in der Serienfertigung reduziert SCHOTT Materialverluste deutlich, senkt Stückkosten, steigert die Effizienz und erhöht die Liefersicherheit – entscheidende Vorteile, wenn tragbare Computersysteme wie Datenbrillen in den Massenmarkt übergehen.
„Jeder einzelne Prozessschritt erhöht die Komplexität eines ohnehin hochkomplexen Bauteils“, sagt Stefan. „Was mich besonders stolz macht: Das Team hat nicht nur einen neuen Fertigungsprozess entwickelt, sondern ihn auf ein Ertragsniveau gebracht, das die Skalierung grundlegend neu definiert.“
Da der Standort Kulim modular konzipiert wurde, lässt sich die Produktionskapazität dynamisch an der Nachfrage ausrichten. Das Team kann zusätzliche Produktionslinien flexibel aufbauen, und dadurch den Output auf mehrere Millionen Einheiten pro Jahr hochfahren.
Was einst als limitierender Faktor für die Verbreitung von Augmented Reality im Consumer-Bereich galt, hat sich damit grundlegend verschoben.
Geometrisch-reflektive Waveguides integrieren präzise entwickelte Mikrostrukturen, die helle und klare AR-Visualisierungen ermöglichen.
Innovation kennt kein Ende
Eine Hürde zu überwinden, bedeutet jedoch nicht, das Maximum erreicht zu haben.
Die Optik definiert weiterhin, was AR-Datenbrillen künftig leisten können. Sichtfeld, Helligkeit, Transparenz, Gewicht, Energieeffizienz – jede Verbesserung eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten. Die Skalierung der Produktion war eine zentrale Herausforderung. Die Weiterentwicklung der optischen Performance bleibt ein dynamisches Entwicklungsfeld.
Diese doppelte Realität prägt die Arbeit in Kulim. Wie Yong betont, versteht das Team Geometric Reflective Waveguides nicht als abgeschlossenen Erfolg, sondern als Plattform. „Jede Verbesserung baut auf der vorherigen auf“, sagt er. Was gestern als technologischer Durchbruch galt, ist heute die Grundlage für die nächste Iteration.
Ultra-dünne Prototypen reflektierender Waveguides ermöglichen hohe Helligkeit bei einem Sichtfeld von 30°. Sie eröffnen leichtere Brillenfassungen und alltagstaugliche Anwendungen wie Navigation oder Echtzeit-Übersetzung im Blickfeld. Am anderen Ende des Spektrums erreichen Prototypen von Geometric Reflective Waveguides ein Sichtfeld von über 70° – für ein immersiveres Erlebnis bei gleichzeitig hoher Klarheit und Transparenz.
Diese kontinuierliche Weiterentwicklung verschafft Herstellern von Datenbrillen die Flexibilität, von ganztägig tragbaren Smart Glasses bis hin zu voll immersiven Systemen zu skalieren.
Für Stefan ist genau das der entscheidende Punkt.
„Dieses Projekt verkörpert den Pioniergeist und die Teamarbeit, die meinen Job so besonders machen“, sagt er. „Unser Schlüssel zum Erfolg ist Innovation. Wir verwandeln die Visionen unserer Partner durch Expertise, Forschung und gemeinsame Leidenschaft in Realität – und machen aus physikalischen Grenzen materialtechnische Lösungen.“
AR habe das Potenzial, „unseren Alltag ebenso grundlegend zu prägen wie einst das Smartphone“, so Stefan abschließend. „Wir stehen an der Schwelle zur nächsten großen Transformation – und unsere Geometric Reflective Waveguides sind ein entscheidender Baustein dafür.“
