用于显示设备的光波导制造技术

本发明专利技术涉及一种用于显示设备的光波导(5)以及一种用于制造这种光波导的方法。光波导(5)具有基质(54)，在基质上布置全息图层(56)。在全息图层(56)上布置覆盖层(55)，覆盖层由经受了硬化过程的透光的材料制成。基质(54)可由玻璃制成。备选地，基质(54)同样由经受了硬化过程的透光的材料制成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于显示设备的光波导
本专利技术涉及一种用于显示设备的光波导以及一种用于制造这种光波导的方法。此外，本专利技术涉及一种用于生成虚拟图像的使用这种光波导的设备。
技术介绍
也称为HUD的抬头显示器理解成如下显示系统，即，在该显示系统中，观察者可保持其视线方向，因为使待示出的内容渐显到观察者的视野中。虽然这种类型的系统由于其复杂性和成本本来主要使用在航空的领域中，但是该系统目前也大量安装在汽车领域中。抬头显示器通常由图像生成器、光学单元和镜子单元组成。图像生成器产生图像。光学单元将图像传导到镜子单元上。图像生成器通常也称为给出头像的单元或PGU(图像生成单元)。镜子单元是部分映现的、可透过空气的玻璃盘。因此，观察者作为虚拟图像看到由图像生成器示出的内容，并且同时看到在玻璃盘之后的真实世界。在汽车领域中，前挡风玻璃通常用作镜子单元，在显示时，必须考虑前挡风玻璃的弯曲的形状。通过光学单元和镜子单元的共同作用，虚拟图像是由图像生成器产生的图像的放大展示。观察者仅仅可从所谓的眼动范围(Eyebox)的位置中观察虚拟图像。如下区域被称为眼动范围，即，该区域的高度和宽度相应于理论的视窗。只要观察者的眼睛位于眼动范围之内，则虚拟图像的所有元素对于眼睛来说都是可见的。相反地，如果眼睛位于眼动范围之外，则对于观察者来说，仅仅还能部分地看到或者甚至看不到虚拟图像。由此，眼动范围越大，观察者在选择其座位时的限制越少。传统的抬头显示器的虚拟图像的大小受到光学单元的大小限制。用于放大虚拟图像的方案在于，将来自成像单元的光耦合到光波导中。被耦合到光波导中的载有图像信息的光在光波导的分界面上被完全反射，并且由此在光波导之内被引导。附加地，在沿着传播方向的多个位置上分别使光的一部分退耦，从而通过光波导的面分布地给出图像信息。以这种方式，通过光波导扩大出射光瞳。在此，有效的出射光瞳由图像生成系统的孔径的图像组成。在该背景下，专利文献US2016/0124223Al描述了一种用于虚拟图像的显示装置。该显示装置包括光波导，光波导引起来自成像单元的通过第一光射入面射入的光反复地经受内部反射，以便在第一方向上远离第一光射入面运动。此外，光波导引起，在光波导中被引导的光的一部分通过在第一方向上延伸的、第一光射入面的区域向外离开。显示装置此外包括第一光射入侧的衍射光栅和第一光射出侧的衍射光栅，第一光射入侧的衍射光栅使射上的光衍射，以引起被衍射的光进入光波导中，并且第一光射出侧的衍射光栅使从光波导射入的光衍射。以光波导为基础的传统的全彩色抬头显示器通常由三个相叠的、单色的光波导组成，其分别用于红色、绿色和蓝色。光波导分别由玻璃基质、薄的全息图层和另一作为覆盖层的玻璃基质组成。在此，玻璃典型地比1mm更厚。此外，玻璃是刚性的并且是抗弯曲的。用于制造这种光波导的基质必须具有非常好的表面性能，例如在平面度方面。在没有复杂的基质的表面处理的情况下，仅仅非常难以实现并且以过高的价格在市场上获得这种性能。此外，基质厚度导致由三个单色的光波导组成的光波导的更高的结构。这又导致整个包含光波导的产品(例如抬头显示器)的更高的结构。此外，当在倾斜的角度下观察光波导时，出现通过单色的光波导中的分别一个传输的颜色的重叠缺陷。尤其是在作为在机动车中的抬头显示器的应用时，通常是这种情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种更好的光波导以及一种用于制造这种光波导的方法。该目的通过具有权利要求1所述的特征的光波导并且通过具有权利要求6或7所述的特征的方法实现。本专利技术的优选的设计方案是从属权利要求的对象。根据本专利技术的第一方面，用于显示设备的光波导具有：-基质；-布置在基质上的全息图层；以及-布置在全息图层上的覆盖层，其中，覆盖层由经受了硬化过程的透光的材料制成。根据本专利技术的光波导具有基质，覆盖层和位于基质和覆盖层之间的光学主动的层。在此，覆盖层由经受了硬化过程的透光的材料制成。在此，覆盖层以具有精确预设的几何形状的形式被施加和硬化。由此，覆盖层具有精确的表面形状，而为此不必复杂地再加工。避免了在如在至今为止用作覆盖层的玻璃基质中出现的在表面的质量中的波动。此外，通过成型的面的高质量，以减小角度误差的形式实现显著改善整个的内部反射。作为另一优点，不需要将多个相对厚的玻璃基质用于光波导。这实现了光波导的厚度减小的实施方案。此外，覆盖层的制造比使用目前市场上可用的具有相应的表面性能的玻璃基质更加成本低廉。根据本专利技术的一个方面，基质由玻璃制成，或者同样由经受了硬化过程的透光的材料制成。在根据本专利技术的光波导的第一实施方式中，基质由玻璃制成。这具有的优点是，玻璃基质可用作机械稳定的载体。在根据本专利技术的光波导的第二实施方式中，基质同样由经受了硬化过程的透光的材料制成。这具有的优点是，基质也可成本适宜地制造并且尽管如此具有期望的表面性能。此外，以这种方式可实现在一定程度上更柔性的光波导。对于基质和覆盖层，优选地使用相同的透光的材料，但是也可使用不同的材料。根据本专利技术的一个方面，透光的材料是漆或光学透明的粘合剂(OCA，OpticalClearAdhesive)，也就是说硬化的粘合剂。该粘合剂通常具有相应于待由其粘接的透明的材料的折射率。这种类型的粘合剂对于本领域技术人员来说是已知的，并且可非常好地调整到期望的折射率，在此所使用的或待替代的玻璃的折射率。所述材料具有的优点是，可成本适宜地且良好地处理。根据本专利技术的一个方面，经受了硬化过程的透光的材料具有大于或等于1.4的折射率。由此，该材料具有相应于玻璃的性能，并且可在不必复杂地重新计算光学性能的情况下用作用于否则使用的玻璃的替代物。对于在光波导中的应用，n＝1.5±0.02的折射率证实为尤其合适的。根据本专利技术的一个方面，基质或覆盖层具有结构部。通过使用具有精确预设的几何形状的形状，实现，作为平的材料层的备选，也可有目的地使材料层的形状具有结构，以实现漆层或光波导在不同区域中的不同厚度。这例如是在几毫米范围内的凹处或凸起部。根据本专利技术的一个方面，用于制造光波导的方法包括以下步骤：-将透光的材料层施加到第一造型板上；-使所施加的透光的材料硬化成覆盖层；-将全息图层施加到覆盖层上；-将基质施加到全息图层上；以及-使全息图层曝光并硬化。对于在其中基质由玻璃制成的光波导的实施方式，为了制造材料层，将材料、例如漆或光学透明的粘合剂施加到造型板上，也就是说参考面/基准面上，参考面具有尤其是在平面度方面期望的性能。随后，使该材料硬化。紧接着，施加薄的全息图的层，该全息图的层的层厚度可通过间隔垫圈定义。最终，将玻璃基质施加到由材料层和薄的全息图层制成的结构上，并且使全息图层曝光并硬化。在施加玻璃基质之前和之后实现薄的全息图层的曝光和硬化。所描述的方法的优点在于省略了用于构造光波导的玻璃。此外，铸型的造型板的性能，例如其平面度转移到在造型板上成型的覆盖层上。由此，实现了甚至还超过玻璃材料的性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于显示设备的光波导(5)，所述光波导具有：/n-基质(54)；/n-布置在基质(54)上的全息图层(56)；以及/n-布置在全息图层(56)上的覆盖层(55)，其特征在于，所述覆盖层(55)由经受了硬化过程的透光的材料制成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180615 DE 102018209628.71.一种用于显示设备的光波导(5)，所述光波导具有：
-基质(54)；
-布置在基质(54)上的全息图层(56)；以及
-布置在全息图层(56)上的覆盖层(55)，其特征在于，所述覆盖层(55)由经受了硬化过程的透光的材料制成。


2.根据权利要求1所述的光波导(5)，其中，所述基质(54)由玻璃制成，或者同样由经受了硬化过程的透光的材料制成。


3.根据权利要求1或2所述的光波导(5)，其中，所述透光的材料是漆或光学透明的粘合剂。


4.根据权利要求3所述的光波导(5)，其中，经受了硬化过程的透光的材料具有大于或等于1.4的折射率。


5.根据上述权利要求中任一项所述的光波导(5)，其中，所述基质(54)或覆盖层(55)具有结构部。


6.一种用于制造光波导(5)的方法，所述方法包括以下步骤：
-将透光的材料层施加(S1)到第一造型板(70)上；
-使所施加的透光的材料硬化(S2)成覆盖层(55)；
-将全息图层(56)施加(S3)到覆盖层(55)上；
-将基质(54)施加(S4)到全息图层(56)上；以及
-使全息图层(56)曝光(S5)并硬化(S6)。

【专利技术属性】
技术研发人员：T·A·克恩，F·维勒，
申请(专利权)人：大陆汽车有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE