DE102004055395A1

DE102004055395A1 - Dimensionally stable flat optics and method of manufacture

Info

Publication number: DE102004055395A1
Application number: DE102004055395A
Authority: DE
Inventors: Armin Schwerdtner
Original assignee: SeeReal Technologies GmbH
Current assignee: SeeReal Technologies GmbH
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-06-22
Also published as: WO2006053718A1; EP1820056A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine formstabile Flachoptik und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Flachoptik weist auf einer Seite einer Träger-Substratplatte (TP) ein steuerbares optisches Flachelement oder eine optische Maske (LM) auf. für eine hochgradige Qualität der optischen Abbildung, insbesondere in autostereoskopischen Displays, werden an Flachoptiken hohe Forderungen an die Formstabilität gestellt. Die Flachoptik verliert durch eine Verwerfung oder Durchbiegung die erforderliche Formgenauigkeit, so dass eine gewünschte hohe Qualität der optischen Abbildung nicht mehr erreicht werden kann. DOLLAR A Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die resultierenden Materialspannungen, die zu einer Verwerfung oder Durchbiegung einer Flachoptik führen, durch ein Ausgleichselement (LX) zu kompensieren. Erfindungsgemäß weist die Flachoptik auf der Rückseite der Träger-Substratplatte (TP) ein flächenförmiges, mit der Träger-Substratplatte (TP) festsitzend verbundenes Ausgleichselement (LX) auf.The invention relates to a dimensionally stable flat optics and a method for their preparation. The flat optics has a controllable optical flat element or an optical mask (LM) on one side of a carrier substrate plate (TP). For a high-quality optical image, especially in autostereoscopic displays, high demands are placed on the dimensional stability of flat optics. The flat optics loses the required dimensional accuracy due to a warp or deflection, so that a desired high quality of the optical image can no longer be achieved. DOLLAR A The invention is based on the idea to compensate for the resulting material stresses, which lead to a warp or deflection of a flat optics, by a compensation element (LX). According to the invention, the flat optics on the rear side of the carrier substrate plate (TP) have a sheet-like compensating element (LX) fixedly connected to the carrier substrate plate (TP).

Description

Die Erfindung betrifft eine formstabile Flachoptik mit hoher Präzision und ein Verfahren zu deren Herstellung.The The invention relates to a dimensionally stable flat optics with high precision and a process for their preparation.

Die Flachoptik weist auf einer Seite einer Träger-Substratplatte ein steuerbares optisches Flachelement oder eine optische Maske auf. In der Regel ist die Träger-Substratplatte aus Glas oder aus transparentem Kunststoff ausgeführt.The Flat optics have a controllable on one side of a carrier substrate plate optical flat element or an optical mask. Usually is the carrier substrate plate off Glass or made of transparent plastic.

Die optischen Masken sind in der Regel rechteckig und durch eine zylindrische oder sphärische Strukturierung gekennzeichnet. Zylindrische Masken sind insbesondere Lentikulare, beispielsweise mit einer Vielzahl aneinander liegender paralleler Lentikel in Form von Zylinderlinsen. Eine zylindrische optische Maske kann ebenso eine zylindrische Fresnel-Linse oder eine Prismenmaske oder dergleichen sein. Sphärische optische Masken sind beispielgebend sphärische Fresnel-Linsen. Diese Gruppe umfasst ebenso Linsenarrays, mit einer Vielzahl von Mikrolinsen, welche in der Regel matrixförmig angeordnet sind. Die optische Maske kann auch ein Linsenarray oder ein holografisches optisches Element HOE oder dergleichen sein.The Optical masks are usually rectangular and cylindrical in shape or spherical Structuring marked. Cylindrical masks are particular Lenticular, for example, with a plurality of contiguous parallel lenticle in the form of cylindrical lenses. A cylindrical optical Mask may also be a cylindrical Fresnel lens or a prism mask or the like. spherical Optical masks are exemplified by spherical Fresnel lenses. These Group also includes lens arrays, with a plurality of microlenses, which are usually matrix-shaped are arranged. The optical mask may also be a lens array or a holographic optical element HOE or the like.

Ein steuerbares optisches Flachelement ist durch eine Vielzahl aktiver oder passiver optischer Subelemente gekennzeichnet, welche im Allgemeinen matrix- oder linienförmig angeordnet sind. In einfachen Ausführungen ist ein optisches Flachelement ein Shutter mit seinen matrixförmig angeordneten steuerbaren Öffnungen oder ein transmissives Display mit seiner Anordnung von Pixeln. Die Gruppe umfasst ebenso weitere Anordnungen optischer Subelemente wie etwa LEDs, OLEDs, Mirror-Devices oder Phasenmodulatoren.One controllable optical flat element is active through a variety or passive optical subelements, which in general matrix or linear are arranged. In simple embodiments, an optical flat element is a Shutter with its matrix shape arranged controllable openings or a transmissive display with its array of pixels. The group also includes other arrangements of optical subelements such as LEDs, OLEDs, mirror devices or phase modulators.

Die Flachoptik hat in der Regel die Größe eines Bildschirms beziehungsweise eines Displays. Die optische Maske auf der Träger-Substratplatte ist dünnschichtig, mit einer Dicke in einer Größenordnung von wenigen Zehntel Millimetern. Vorzugsweise liegt die Dicke der Maske im Bereich unter 300 Mikrometern. Strukturierte Oberflächen für optische Anwendungen erfordern neben einer hohen Formgenauigkeit auch Rauheitswerte im Bereich weniger Nanometer.The Flat optics usually has the size of a screen, respectively a display. The optical mask on the carrier substrate plate is thin-layered, with a thickness of an order of magnitude of a few tenths of a millimeter. Preferably, the thickness of the Mask in the range below 300 microns. Structured surfaces for optical Applications require not only a high dimensional accuracy but also roughness values in the range of a few nanometers.

Für eine Anwendung insbesondere in komplexen optischen Systemen, wie zum Beispiel in autostereoskopischen Displays, werden hohe Anforderungen an die optischen Masken gestellt. Bei autostereoskopischen Displays ist es erforderlich, die rechten und linken Ansichten der Bildinformationen durch ein optisches Abbildungssystem räumlich zu trennen. Um eine Bildinformation stereoskopisch betrachten zu können, müssen die für das linke/rechte Auge der Betrachter bestimmten linken/rechten Bildinhalte dem linken/rechten Auge möglichst ohne Übersprechen auf das andere Auge zugeführt werden.For an application especially in complex optical systems, such as in autostereoscopic displays, will be very demanding optical masks. In autostereoscopic displays is It required the right and left views of the image information through an optical imaging system spatially to separate. To stereoscopically view an image information can, have to the for the left / right eye of the viewer determines left / right image contents the left / right eye as possible without crosstalk fed to the other eye become.

Die entsprechenden Mittel dafür werden auch als Bildtrenneinrichtung bezeichnet und beispielsweise durch eine Beleuchtungs-Matrix und eine Fokussierungs-Matrix realisiert.The appropriate means for it are also referred to as image separation device and, for example realized by a lighting matrix and a focusing matrix.

Diese und weitere wesentliche Elemente von autostereoskopischen Displays sind hierbei durch Lentikulare realisiert beziehungsweise mit Lentikularen kombiniert, so dass Lentikulare sehr wichtige Bauelemente darstellen.These and other key elements of autostereoscopic displays are hereby realized by lenticulars or with lenticulars combined so that lenticulars are very important components.

Die Lentikulare sind in der Regel sehr fein strukturiert und weisen einen sehr kleinen Pitch auf. Oftmals ist zur Erreichung der optischen Ziele die Linsengröße, also der Pitch der Lentikel, an den Pitch einer Bildmatrix oder eines Shutters gekoppelt.The Lenticulars are usually very finely structured and exhibit a very small pitch. Often is to achieve the optical Targets the lens size, so the pitch of the lenticles, the pitch of a picture matrix or a Coupled shutters.

Sind beispielsweise einem Lentikel des Lentikulars nur wenige Pixelspalten der Bildmatrix zugeordnet, so folgen hieraus aufgrund der stetig abnehmenden Pixelgröße der Bildmatrix mehrere wichtige Aufgabenstellungen. Mit der zunehmenden Verkleinerung der Pixel als Bezugsgröße ergibt sich die Gefahr, dass die Grenzen der optischen Machbarkeit, jedoch zumindest die Grenzen einer kostengünstigen und prozeßsicheren Fertigung der Lentikulare erreicht werden.are for example, a lenticular lenticular only a few pixel columns assigned to the image matrix, so follow from this due to the steady decreasing pixel size of the image matrix several important tasks. With the increasing reduction gives the pixel as a reference the danger that the limits of optical feasibility, however at least the limits of a cost-effective and process-safe Production of the lenticular can be achieved.

Die Herstellung eines Lentikulars mit Lentikeln in der Größe weniger Bildschirmpixel ist sehr schwierig, so dass ein Lentikular mit Lentikeln gleich einem Bildschirmpixel mit den derzeitig verfügbaren Bildschlrmauflösungen in der Regel bereits an die Grenze der Technik gestoßen sein wird.The Production of a lenticular with lenticules smaller in size Screen pixels is very difficult, leaving a lenticular lenticular equal to one screen pixel with the currently available image resolution in usually have already come to the limit of technology becomes.

Die genannten dünnschichtigen und fein strukturierten Masken müssen eine höchste Qualität aufweisen. Eine mangelhafte optische Maske verursacht beispielsweise einen permanent auf dem Display sichtbaren Pixelfehler. Jede Fehlstelle, wie sie beispielgebend durch einen Lufteinschluss verursacht wird, kann nur mehr in den seltensten Fällen in Nacharbeit behoben werden und führt somit zu Ausschuss.The mentioned thin-layered and finely textured masks a highest Quality. For example, a poor optical mask causes one permanently visible on the display pixel error. Every flaw, as exemplified by air trapping, can only rarely be corrected in rework become and lead thus to committee.

Wie eingangs erwähnt sind die optischen Masken sehr dünnschichtig und weisen vorzugsweise eine Dicke unterhalb von 300 Mikrometern auf. Hieraus sind die entsprechend kleinen Toleranzen ableitbar und die hohen Anforderungen an die Form- und Maßgenauigkeit ersichtlich.As mentioned in the beginning the optical masks are very thin-layered and preferably have a thickness below 300 microns on. From this, the correspondingly small tolerances can be derived and the high demands on the dimensional and dimensional accuracy can be seen.

Form- und maßgenaue optische Masken hoher optischer Qualität werden beispielgebend gemäß dem Verfahren zur Replikation fein strukturierter optischer Masken nach DE 10 2004 043 385 des Anmelder geschaffen. Dieses Verfahren und die zugehörige Einrichtung erlauben eine prozeßsichere Replikation der Masken mit hoher Formgenauigkeit und Qualitätsrate.Shaped and dimensionally accurate optical masks ho The optical quality is provided by way of example according to the method for replication of finely structured optical masks according to DE 10 2004 043 385 of the applicant. This method and associated apparatus permit process-reliable replication of the masks with high dimensional accuracy and quality rate.

Für eine hochgradige Qualität der optischen Abbildung werden neben der Maßgenauigkeit an die optische Masken auch hohe Forderungen an die Formstabilität gestellt.For a high grade quality The optical image are next to the dimensional accuracy of the optical Masks also made high demands on the dimensional stability.

Insbesondere in der Ausbreitungsrichtung des Lichts ist für eine optische Maske eine hohe Maßgenauigkeit zu weiteren optischen Systemen sehr wichtig. Hierzu muss die optische Maske zu anderen optischen Systemen einen definierten Abstand aufweisen, welcher über die ganze Fläche hinreichend konstant ist.Especially in the propagation direction of the light is for an optical mask high dimensional accuracy very important to other optical systems. For this, the optical Mask to other optical systems have a defined distance, which over the whole area is sufficiently constant.

Auch hieraus sind die entsprechend kleinen Toleranzen ableitbar. In einer beispielgebenden Anordnung kann eine transmissive oder selbst leuchtende Bildmatrix in der Brennebene eines Lentikulars angeordnet sein. Hieraus ist ersichtlich, dass die Genauigkeit des Abstandes zwischen der Bildmatrix und des Lentikulars die Qualität der resultierenden optichen Abbildung wesentlich und nachhaltig beeinflusst.Also From this, the correspondingly small tolerances can be derived. In a Exemplary arrangement may be a transmissive or self-luminous Image matrix be arranged in the focal plane of a lenticular. It can be seen that the accuracy of the distance between the image matrix and the lenticular the quality of the resulting optichen Figure significantly and sustainably influenced.

Die Flachoptik verliert durch eine Verwerfung oder Durchbiegung die gewünschte Formgenauigkeit. Infolgedessen ist der Abstand in Lichtrichtung zu weiteren optischen Systemen nicht mehr in der erforderlichen Weise konstant, so dass eine gewünschte hohe Qualität der optischen Abbildung nicht mehr erreicht werden kann.The Flat optics loses by a fault or deflection of the desired Shape accuracy. As a result, the distance is in the light direction to more optical systems are no longer required Way constant, giving a desired high quality the optical image can not be achieved.

In einer ersten nahe liegenden Lösung zur Erhöhung der Formstabilität wird die Dicke der Träger-Substratplatte erhöht. Überraschend hat sich gezeigt, dass auch bei einem Verhältnis der optischen Maske zur Träger-Substratplatte in der Größenordnung von 1 zu 20 die Gefahr einer Verwerfung der Träger-Substratplatte nicht wünschenswert kompensiert.In a first obvious solution to increase the dimensional stability becomes the thickness of the carrier substrate plate elevated. Surprised has shown that even with a ratio of the optical mask to Carrier substrate board in the order of magnitude from 1 to 20 the risk of rejection of the carrier substrate plate is undesirable compensated.

In einer nächsten fachgemäßen Ausführung ist die Qualität der Träger-Substratplatte erhöht. Hierzu wird in einer ersten Ausführung insbesondere großen Wert auf die spannungsarme Herstellung der Substratplatte gelegt. Weitere Möglichkeiten zur Vermeidung des Verwerfens bestehen darin, eine Träger-Substratplatte mit einer höheren Steifigkeit zu verwenden.In one next professional design is the quality the carrier substrate plate elevated. This is done in a first embodiment especially big Place value on the low-tension production of the substrate plate. More options to avoid discarding is to use a carrier substrate plate with a higher one To use stiffness.

Ferner ist es denkbar, die Platte in eine Spannvorrichtung unter Zugspannung einzuspannen, wodurch sich jedoch der konstruktive Aufwand erhöht. In der Regel ist allerdings die Raumkapazität in komplexen optischen Systemen beschränkt.Further It is conceivable to tension the plate in a tensioning device clamp, which, however, increases the design effort. In the However, the rule is the space capacity in complex optical systems limited.

Die genannten nahe liegenden oder fachgemäßen Lösungsmöglichkeiten können nicht hinreichend gewährleisten, dass eine Flachoptik formstabil ist und seine gewünschte Form ohne Gefahr eines Durchbiegens oder einer Verwerfung behält.The mentioned obvious or appropriate solutions can not adequately ensure that a flat appearance is dimensionally stable and its desired shape without risk of sagging or warping.

Unter der Voraussetzung einer maßgenauen optischen Maske kann eine hohe optische Qualität nur erreicht werden, wenn es gelingt, die Durchbiegung und die Verwerfung der gesamten Flachoptik nachhaltig zu vermeiden.Under the requirement of a dimensionally accurate optical Mask, high optical quality can only be achieved if It succeeds in sustaining the deflection and the rejection of the entire flat optics to avoid.

In Verbindung der voran genannten Aufgabenstelugen zur Maß- und Formgenauigkeit optischer Masken soff die genannte dünnschichtige Flachoptik eine hohe Formstabilität insbesondere in der axialen Ausbreitungsrichtung des Lichts aufweisen und somit eine hochgradige Qualität der optischen Abbildung gewährleisten.In Connection of the aforementioned tasks for dimensional and dimensional accuracy optical masks soff the said thin-layered flat optics one high dimensional stability in particular in the axial propagation direction of the light, and thus a high quality ensure the optical image.

Hierzu soll ein Verfahren zur Herstellung der formstabilen Flachoptik geschaffen werden.For this to create a method for producing the dimensionally stable flat optics become.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren durch die Merkmale der Varianten des Verfahrens nach Anspruch 2, 5, 6, 7; sowie für die Flachoptik durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen, insbesondere aus einer Kombination der Verfahrensansprüche und der Ansprüche der Flachoptik, der optischen Maske und des steuerbaren optischen Flachelements.These Task is for the method by the features of the variants of the method according to Claim 2, 5, 6, 7; also for the flat optics by the characterizing features of the claim 10 solved. Advantageous embodiments The invention will become apparent from the following claims, in particular from a combination of the method claims and the claims of Flat optics, the optical mask and the controllable optical flat element.

Eine Flachoptik weist auf einer Seite einer Träger-Substratplatte eine optische Maske oder ein steuerbares optisches Flachelement auf.A Flat optics have an optical on one side of a carrier substrate plate Mask or a controllable optical flat element on.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die resultierenden Materialspannungen, die zu einer Verwerfung oder Durchbiegung einer Flachoptik führen, durch ein Ausgleichselement zu kompensieren.Of the The invention is based on the idea that the resulting material stresses, which lead to a warp or deflection of a flat optics, by to compensate a compensation element.

Erfindungsgemäß weist die Flachoptik auf der Rückseite der Träger-Substratplatte ein flächenförmiges, mit der Träger-Substratplatte festsitzend verbundenes Ausgleichselement auf.According to the invention the flat optics on the back the carrier substrate plate a sheet-like, with the carrier substrate plate tightly connected compensation element.

Das Ausgleichselement ist an der Seite auf der Träger-Substratplatte angebracht, welche der optischen Maske gegenüber liegt. Das Ausgleichselement ist flächenförmig und überdeckt in Flächenrichtung die optische Maske, beziehungsweise den für die optische Abbildung genutzten Bereich der Maske.The Compensation element is mounted on the side of the carrier substrate plate, which faces the optical mask lies. The compensation element is sheet-shaped and covered in area direction the optical mask, or used for optical imaging Area of the mask.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Ausgleichselement eben, plan, und weist eine unstrukturierte Oberfläche auf. Im Weiteren kann das Ausgleichselement konvex oder konkav ausgeführt sein und/oder im Sinne einer optischen Maske strukturiert sein.In a first preferred embodiment the compensation element is flat, flat, and has an unstructured one surface on. In addition, the compensation element can be configured convex or concave and / or be structured in the sense of an optical mask.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung der formstabilen Flachoptik. Die Ausführungen des Verfahrens sind durch die Art, wie die die optische Maske und das Ausgleichselement auf die Träger-Substratplatte aufgebracht werden, gekennzeichnet.The inventive method serves to produce the dimensionally stable flat optics. The designs of the method are characterized by the way in which the optical mask and the compensation element on the carrier substrate plate be applied, characterized.

Hierzu werden grundlegend die Schritte des Abformens, des Mouldings, und des Klebens, des Gluings, unterschieden. Moulding ist hier ein Oberbegriff für das Abformen und Aushärten eines Körpers aus einem Fluid. Gluing ist hier ein Oberbegriff für das stoffschlüssige Verbinden von Körpern und umfasst in einer einfachen Ausführung das Kleben oder Schweißen.For this Both the steps of molding, molding, and are fundamentally becoming gluing, gluing, making a difference. Molding is a generic term here for the Molding and curing of a body a fluid. Gluing is a generic term for material bonding of bodies and in a simple embodiment comprises gluing or welding.

In einer ersten Ausführung des Verfahrens wird die optische Maske sowie das Ausgleichselement auf die Träger-Substratplatte sequentiell ausgeformt und ausgehärtet.In a first embodiment of the method becomes the optical mask as well as the compensation element on the carrier substrate plate sequentially formed and cured.

Hierzu umfasst das Verfahren in einem ersten Schritt das Mask-Moudling-and-Hardening, wobei die optische Maske aus einem auf einer Seite der Träger-Substratplatte aufgebrachten Fluid ausgehärtet wird. In einem sequentiell nachfolgenden Schritt erfolgt nach dem Aushärten der optischen Maske der Schritt des Compensation-Moulding-and-Hardenings, wobei auf die Rückseite der Träger-Substratplatte aus einem aufgebrachten Fluid das flächenförmige Ausgleichselement ausgehärtet wird. Die ausgehärteten Elemente bleiben mit der Träger-Substratplatte stoffschlüssig festsitzend verbunden.For this In a first step, the method comprises mask moudling and hardening, wherein the optical mask is applied from a one side of the substrate substrate plate Cured fluid becomes. In a sequential subsequent step takes place after the Harden the optical mask the step of compensation molding and hardening, being on the back the carrier substrate plate an applied fluid, the planar-shaped compensation element hardened becomes. The cured ones Elements remain with the carrier substrate plate cohesively firmly attached.

In den genannten Verfahrensschritten des Mouldings werden die optische Maske und das Ausgleichselement aus einem transparenten Kunststoff oder einem Harz ausgeformt. Zum Moulding der optischen Maske und des Ausgleichselements kann das Verfahren zur Replikation fein strukturierter optischer Masken nach DE 10 2004 043 385 des Anmelders vorteilhaft eingesetzt werden.In the mentioned process steps of the molding are the optical Mask and the compensation element made of a transparent plastic or formed a resin. For molding the optical mask and the Compensating elements can be the process of replication finely structured Optical masks according to DE 10 2004 043 385 of the applicant advantageous be used.

In einer weiteren Ausführung des Verfahrens erfolgt das Moulding-and-Hardening der optischen Maske und des Ausgleichselement parallel.In another embodiment In the process, the molding and hardening of the optical mask takes place and the compensation element in parallel.

Hierbei wird auf einer Seite der Träger-Substratplatte aus einem aufgebrachten Fluid die optische Maske und auf der Rückseite der Träger-Substratplatte aus einem aufgebrachten Fluid das flächenförmige Ausgleichselement ausgehärtet. Das Aushärten der Maske und des Ausgleichselements erfolgt zeitgleich oder zeitlich überlappend.in this connection is on one side of the carrier substrate plate from an applied fluid, the optical mask and on the back the carrier substrate plate cured from an applied fluid, the sheet-like compensation element. The Harden The mask and the compensation element occurs at the same time or overlapping in time.

In weiteren bevorzugten Varianten des Verfahrens wird die optische Maske und/oder das Ausgleichselement auf die Träger-Substratplatte aufgebracht und stoffschlüssig verbunden.In Further preferred variants of the method is the optical Mask and / or the compensation element applied to the carrier substrate plate and cohesively connected.

In einer Weiterführung des Erfindungsgedankens werden Materialspannungen in der optischen Maske, die zu einer Verwerfung oder Durchbiegung der gesamten Flachoptik führen, durch das Ausgleichselement kompensiert.In a continuation of the inventive concept are material stresses in the optical Mask resulting in a warp or sagging of the entire flat optics to lead, compensated by the compensating element.

Die Materialspannungen in der optischen Maske sind thermisch bedingt oder entstehen durch eine Schrumpfung der Maske im Zuge des Herstellungsverfahrens. Im Allgemeinen ist eine Volumsminderung des Fluids, in der Regel ein transparentes Harz oder ein Kunststoff, während des Aushärteprozesses beobachtbar. Diese Schrumpfung der optischen Maske führt in Bezug auf die Träger-Substrat-Platte zu resultierenden Materialspannungen. Diese Zugspannung in der optischen Maske bewirkt, dass sich die Flachoptik verwirft oder durchbiegt. Erfindungsgemäß weist das Ausgleichselement in Flächenrichtung wirkende resultierende Materialspannungen auf, welche jenen der analogen resultierenden Spannungen in der optischen Maske nahezu gleicht und somit kompensieren.The Material stresses in the optical mask are thermally induced or caused by a shrinkage of the mask in the course of the manufacturing process. In general, a volume reduction of the fluid, as a rule a transparent resin or plastic during the curing process observable. This shrinkage of the optical mask relates on the carrier-substrate plate to resulting material stresses. This tensile stress in the optical Mask causes the flat optics to warp or sag. According to the invention the compensation element in the plane direction acting resulting material stresses, which those of similar resulting voltages in the optical mask is almost equal and thus compensate.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ausgleichselement so gestaltet, dass die kompensierende Wirkung des Ausgleichselements erst während der Betriebsphase in einem optischen Gesamtsystem ein Maximum erreicht. Entsprechend der Temperaturverteilung werden vom Ausgleichselement die Materialspannungen in der optischen Maske während der Betriebsphase maximal kompensiert und die Flachoptik ist über die ganze Fläche innerhalb der gewünschten kleinen Toleranzen plan.In a particularly preferred embodiment the invention, the compensation element is designed so that the compensating Effect of the compensation element only during the operating phase in reached a maximum in a total optical system. Corresponding the temperature distribution of the compensating element, the material stresses in the optical mask during the operating phase is maximally compensated and the flat optics is over the whole area within the desired small tolerances plan.

Die Gestaltung und kompensierende Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ausgleichselements ist in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele weiterführend erläutert.The Design and compensating effect of the compensation element according to the invention is further explained in the following description of the embodiments.

Aufgabengemäß weist die erfindungsgemäße Flachoptik eine hohe Formstabilität auf. Das Ausgleichselement kompensiert einseitige auf die Träger-Substratplatte wirkende Materialspannungen und verhindert ein Verwerfen oder Durchbiegen der Flachoptik. Somit ist ein hinreichend konstanter Abstand zu weiteren optischen Systemen gewährleistet. Die Qualität der optischen Abbildung ist nachhaltig erhöht.According to the task the flat optics according to the invention a high dimensional stability on. The compensating element compensates one-sided on the carrier substrate plate acting material stresses and prevents warping or sagging the flat optics. Thus, a sufficiently constant distance to guaranteed additional optical systems. The quality the optical image is sustainably increased.

Weitere Ausführungen werden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.Further versions are based on the attached Figures closer explained.

Die Figuren zeigenThe Figures show

1 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Flachoptik in einer Seitenansicht; 1 a representation of the flat optics according to the invention in a side view;

2 eine Schemadarstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Flachoptik als Anwendung in einem autostereoskopischen Display; und 2 a schematic representation of the operation of the flat optics according to the invention as an application in an autostereoscopic display; and

3 eine Flachoptik mit einer Fresnel-Linse. 3 a flat optic with a Fresnel lens.

1 zeigt in einer Seitenansicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Flachoptik. Es weist auf einer Seite einer Träger-Substratplatte TP eine fein strukturierte optische Maske LM auf. 1 shows a side view of a section of the flat optics according to the invention. It has a finely structured optical mask LM on one side of a carrier substrate plate TP.

Die optische Maske LM ist hier als Lentikular mit aneinander grenzenden sphärischen Lentikeln in Form von Zylinderlinsen ausgeführt. Auf der Rückseite, in der Darstellung links gezeichnet, weist die Flachoptik ein Ausgleichselement LX auf.The optical mask LM is here as a lenticular with adjacent spherical Lenticles in the form of cylindrical lenses. On the back side, drawn on the left in the illustration, the flat optics has a compensation element LX on.

Das Ausgleichselement ist mit der Träger-Substratplatte TP festsitzend verbunden und wurde hier in einem Moulding-Schritt aus einem auf die Platte TP aufgebrachten Fluid abgeformt und ausgehärtet. In Flächenrichtung betrachtet überdeckt das Ausgleichselement die ganze optische Maske LM.The Compensation element is with the carrier substrate plate TP attached and was here in a molding step molded from a fluid applied to the plate TP and cured. In face direction considered that covers Compensation element, the entire optical mask LM.

2 zeigt eine zu 1 gleichartiges Flachoptik als Lentikular und ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Bestandteil einer Bildtrenneinrichtung für ein autostereoskopisches Display. 2 shows one too 1 similar flat optics as a lenticular and is in this embodiment a part of an image separating device for an autostereoscopic display.

Das Lentikular ist in Ausbreitungsrichtung L des Lichts einer Bildmatrix BM nachfolgend angeordnet. Die Bildmatrix BM ist als ein transmissives Display ausgeführt und liegt hier in der Brennebene des Lentikulars.The Lenticular is in the propagation direction L of the light of an image matrix BM arranged below. The image matrix BM is considered a transmissive Display executed and lies here in the focal plane of the lenticular.

Die optische Maske LM ist gemäß dem Mask-Moulding-and-Hardening-Schritt aus einem auf einer Seite der Träger-Substratplatte TP aufgebrachten Fluid abgeformt und ausgehärtet.The optical mask LM is according to the mask molding and hardening step from one on one side of the carrier substrate plate TP applied fluid molded and cured.

Sequentiell nachfolgend ist das Ausgleichselement LM gemäß dem Compensation-Moulding-and-Hardening-Schritt auf der Rückseite der Träger-Substratplatte TP aus einem aufgebrachten Fluid ausgehärtet.Sequential Subsequently, the compensation element LM is according to the compensation molding and hardening step on the back side the carrier substrate plate TP cured from an applied fluid.

Hier ist jeweils eine Volumenminderung des Fluids und eine Schrumpfung der optischen Maske LM beziehungsweise des Ausgleichselements LX während des Aushärtungsprozesses beobachtbar. Im Ausgleichselement LX und in der optischen Maske LM entstehen in Bezug auf die Träger-Substratplatte TP jeweils resultierende Materialspannungen Fx und Fm.Here is a volume reduction of the fluid and a shrinkage the optical mask LM and the compensating element LX during the curing observable. In the compensation element LX and in the optical mask LM arise with respect to the carrier substrate plate TP respectively resulting material stresses Fx and Fm.

Das Ausgleichselements LX weist eine Dicke dX auf, so dass die resultierenden Materialspannungen Fx im Ausgleichselement LX den resultierenden Materialspannungen Fm der optischen Maske LM in Flachenrichtungen nahezu gleicht. Das Ausgleichselement LX kompensiert somit in einem ersten Schritt die Wirkung dieser Spannungen in der optischen Maske LM.The Compensating element LX has a thickness dX, so that the resulting Material stresses Fx in the compensation element LX the resulting material stresses Fm of the optical mask LM in surface directions is almost equal. The Compensating element LX thus compensates in a first step Effect of these voltages in the optical mask LM.

Ferner kompensiert das Ausgleichselement thermisch bedingte Materialspannungen, die sich mit den oben genannten Spannungen überlagern.Further compensates the compensation element thermally induced material stresses, which overlap with the above voltages.

Das optische System mit der Bildmatrix und der Flachoptik weist auf ihren Seiten eine unterschiedliche Temperatur auf.The optical system with the image matrix and the flat optics exhibits their sides a different temperature.

Im autostereoskopischen Display bewirkt die Wärmeabgabe der Bildmatrix, eine unterschiedliche mittlere Temperatur der Seiten der Flachoptik. Die über die Fläche gemittelte Temperatur des Ausgleichselements LX ist höher als jene der optischen Maske LM.in the Autostereoscopic display causes the heat output of the image matrix, a different average temperature of the sides of the flat optics. The above the area average temperature of the compensating element LX is higher than those of the optical mask LM.

Die angepasste Dicke dX des Ausgleichselements ergibt eine resultierende Materialspannung Fx, welche der resultierenden Materialspannung Fm der optischen Maske LM nahezu gleicht und somit kompensiert.The adjusted thickness dX of the compensating element gives a resulting Material tension Fx, which of the resulting material tension Fm of the optical mask LM almost equal and thus compensated.

In dieser Ausführung wird ein gleichartiges Fluid zum Aushärten der genannten Elemente verwendet. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Maske und des Ausgleichselements ist somit gleich, ansonsten müsste dieser sowie weitere kennzeichnende Parameter in die Gestaltung beziehungsweise Dimensionierung des Ausgleichselements einfließen.In this version becomes a similar fluid for curing said elements used. The thermal expansion coefficient of the mask and the Compensation elements is thus the same, otherwise this and other characteristic would have Parameters in the design or dimensioning of Include compensating elements.

Das Ausgleichselement gewährleistet, dass die Flachoptik formstabil ist. Das Verwerfen der Flachoptik verbleibt innerhalb der gewünschten kleinen Toleranzen. Der definierte Abstand der optischen Maske zur Bildmatrix ist hinreichend konstant und gewährleistet eine hochgradige Qualität der optischen Abbildung.The Ensures compensation element, that the flat optics is dimensionally stable. Discarding the flat optics remains within the desired small tolerances. The defined distance of the optical mask to Image matrix is sufficiently constant and ensures a high grade quality the optical picture.

Ist die Bildmatrix, oder ein ähnliches steuerbares optisches Flachelement ebenso auf einer Träger-Substratplatte aufgebracht, so kann auch hier auf der Rückseite der Platte dem Gedanken der Erfindung folgend ein Ausgleichselement angebracht sein. Die Materialspannungen im steuerbaren optischen Flachelement sind durch das erfindungsgemäße Ausgleichselement kompensiert.is the image matrix, or something similar controllable optical flat element also on a carrier substrate plate applied, so too can here on the back of the plate the thought According to the invention, a compensation element be attached. The Material stresses in the controllable optical flat element are through the compensation element according to the invention compensated.

Der Werkstoff, sein Temperaturverhalten und insbesondere die Dicke des Ausgleichselements sind auf die thermischen Eigenschaften der Träger-Substratplatte und der Bildmatrix, sowie auf die erwartete Temperaturverteilung im gesamten optischen System abgestimmt. Demgemäß weist die Flachoptik während der Betriebsphase die kleinsten Abweichungen von der gewünschten flächenplanen Form auf.Of the Material, its temperature behavior and in particular the thickness of the Compensating elements are based on the thermal properties of the carrier substrate plate and the image matrix, as well as the expected temperature distribution in the tuned entire optical system. Accordingly, the flat optics during the Operating phase the smallest deviations from the desired area plan Shape up.

Hierzu ist in einer besonders bevorzugten Ausführung die außen liegende Oberfläche des Ausgleichselements leicht konvex oder konkav gekrümmt, so dass eine über die Fläche gesehen nichtlineare kompensierende Wirkung des Ausgleichselements erreicht wird. Vorzugsweise ist ein gekrümmtes Ausgleichselement eingesetzt, wenn die Bildmatrix komplexe nichtlineare thermische Eigenschaften aufweist und der implizite optische Keilterm des gekrümmten Ausgleichselements vernachlässigt werden kann.For this is in a particularly preferred embodiment, the outside surface of the compensating element slightly convex or concave curved, so that one over the area seen non-linear compensatory effect of the compensation element is reached. Preferably, a curved compensating element is inserted, when the image matrix has complex nonlinear thermal properties and the implicit optical wedge term of the curved compensating element is neglected can.

Die optische Maske LM in 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine runde sphärische Fresnel-Linse aus Glas. Die Linse ist im Zentrum der rechteckigen Träger-Substratplatte TP aufgeklebt und in der Figur auf der rechten Seite der Träger-Substratplatte TP abgebildet. Das Ausgleichselement LX besteht ebenso aus Glas, überdeckt die Fresnel-Linse und ist auf die Träger-Substratplatte TP geklebt. Zur Vereinfachung der Sichtbarkeit in der Darstellung ist das Ausgleichselement LX von der Träger-Substratplatte TP abgetrennt gezeichnet. Die entsprechenden Pfeile veranschaulichen die wirkliche Position des Elements. Ferner ist die insbesondere die Dicke der optischen Maske und des Ausgleichselements nicht maßstabsgetreu, sondern stark erhöht dargestellt.The optical mask LM in 3 is in this embodiment a round spherical Fresnel lens made of glass. The lens is glued in the center of the rectangular substrate substrate plate TP and shown in the figure on the right side of the substrate substrate plate TP. The compensating element LX is also made of glass, covers the Fresnel lens and is glued to the carrier substrate plate TP. To simplify the visibility in the illustration, the compensation element LX is shown separated from the carrier substrate plate TP. The corresponding arrows illustrate the real position of the element. Furthermore, the particular thickness of the optical mask and the compensating element is not to scale, but shown greatly increased.

Das Ausgleichselement LX ist in dieser einfachen Ausführung ebenfalls rund gewählt. Die Dicke dX des Ausgleichselements LX ist so dimensioniert, dass thermisch bedingte resultierende Materialspannungen Fx im Ausgleichselement LX die resultierenden Materialspannungen Fm in der Fresnel-Linse, kompensieren. Die Temperaturdifferenz entspricht hier den vorberechneten Erwartungswerten der Temperaturverteilung während der Betriebsphase im gewählten optischen Gesamtsystem.The Compensating element LX is also in this simple design chosen round. The thickness dX of the compensating element LX is dimensioned such that thermally induced resulting material stresses Fx in the compensation element LX compensate for the resulting material stresses Fm in the Fresnel lens. The temperature difference here corresponds to the precalculated expected values the temperature distribution during the operating phase in the selected overall optical system.

Claims

Method for producing a dimensionally stable flat optics, which on one side of a carrier substrate plate (TP) has an optical mask (LM), comprising the steps: step 1: Mask-Molding and Hardening, wherein the optical mask (LM) from one on one side of the carrier substrate plate (TP) applied fluid is molded and cured and with the plate (TP) remains tightly connected; and Step 2: Compensation molding and Hardening, being on the back of the carrier substrate plate (TP) from an applied fluid a sheet-like compensation element (LX) molded and cured and remains firmly seated with the plate (TP).

Method for producing a dimensionally stable flat optics, which on one side of a carrier substrate plate (TP) has an optical mask (LM) including the step Mask and Compensation Molding and Hardening, being on one side the carrier substrate plate (TP) from an applied fluid, an optical mask (LM) and on the back side the carrier substrate plate (TP) from a fluid applied a sheet-shaped compensating element (LX) molded and cured which remain firmly seated with the plate (TP).

Process for producing a dimensionally stable flat optics according to claim 2, characterized in that the curing of the optical mask (LM) and the compensation element (LX) at the same time he follows.

Process for producing a dimensionally stable flat optics according to claim 2, characterized in that the curing of the optical mask (LM) and the compensation element (LX) temporally overlapping he follows.

Method for producing a dimensionally stable flat optics, which on one side of a carrier substrate plate (TP) has an optical mask (LM) including the steps step 1: Mask gluing, wherein the optical mask (LM) or a flat optical element on one side of the carrier substrate plate (TP) applied and cohesively is firmly connected; and Step 2: Compensation molding and Hardening, being on the back of the carrier substrate plate (TP) from an applied fluid a sheet-like compensation element (LX) molded and cured and remains firmly seated with the plate (TP).

Method for producing a dimensionally stable flat optics, which on one side of a carrier substrate plate (TP) has an optical mask (LM) including the steps step 1: Mask-Molding and Hardening, wherein the optical mask (LM) from one on one side of the carrier substrate plate (TP) applied fluid is molded and cured and with the plate (TP) remains tightly connected; and Step 2: Compensation Gluing, in which on the back side the carrier substrate plate (TP) a sheet-shaped compensation element (LX) applied and firmly connected.

Method for producing a dimensionally stable flat optics, which on one side of a carrier substrate plate (TP) has an optical mask (LM) including the step Mask and Compensation Gluing, wherein the optical mask (LM) or the controllable optical flat element and a planar compensating element (LX) each applied to one side of the carrier substrate plate (TP) and cohesively be tightly connected.

Process for producing a dimensionally stable flat optics according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the compensating element (LX) by curing conditional volume changes resulting material stresses (Fx) in the planar direction, which that of the optical mask (LM with Fm) is almost equal.

Process for producing a dimensionally stable flat optics according to one of the claims 1 to 7 or claim 8, characterized in that the compensating element (LX) thermally induced resulting material stresses (Fx) in face direction which is almost equal to that of the optical mask (LM with Fm).

Dimensionally stable flat optics, which on one side of a Carrier substrate plate (TP) a controllable optical flat element or an optical mask (LM) characterized in that the flat optics on the back the carrier substrate plate (TP) a sheet-like, with the carrier substrate plate (TP) has fixedly connected compensation element (LX).

Dimensionally stable flat optics according to claim 10, characterized characterized in that the compensation element (LX) resulting material stresses (Fx) in area direction which corresponds to those of the optical mask (LM with Fm) or the controllable optical flat element is almost equal.

Shaped flat optics according to claim 10 or 11, characterized in that the compensating element (LX) resulting Material stresses (Fx) in surface direction which corresponds to those of the optical mask (LM with Fm) or the controllable optical flat element during the operating phase in almost equal to a total optical system.

Dimensionally stable flat optics according to claim 10, characterized characterized in that at temperature difference between the compensation element (LX) and the optical mask (LM) or the controllable optical Flat element the compensating element and the optical mask (LM) almost the same thermally induced resulting material stresses in area direction exhibit.

Shaped flat optics according to claim 10 or 12, characterized in that at temperature difference between the Compensating element (LX) and the optical mask (LM) or the controllable optical Flat element the compensating element and the optical mask (LM) while the operating phase in an overall optical system almost the same thermally induced resulting material stresses in the surface direction exhibit.

Dimensionally stable flat optics according to claim 10, characterized characterized in that the compensating element (LX) in the planar direction the controllable optical flat element or the optical mask (LM) at least covered.

Dimensionally stable flat optics according to claim 10, characterized in that the optical mask (LM) and / or the compensating element (LX) molded from a transparent fluid, cured and with the carrier substrate plate (TP) are tightly connected.

Dimensionally stable flat optics according to claim 10, characterized in that the optical mask (LM) is a lenticular or is a field lens.

Dimensionally stable flat optics according to claim 10, characterized characterized in that the outside lying surface of the compensating element (LX) is curved convexly or concavely.