DE102019211256A1 - Geschichteter optischer verbundwerkstoff, der einen reduzierten gehalt an stark lichtbrechenden schichten aufweist, und seine augmented-reality-anwendung - Google Patents

Geschichteter optischer verbundwerkstoff, der einen reduzierten gehalt an stark lichtbrechenden schichten aufweist, und seine augmented-reality-anwendung Download PDF

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Abstract

Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff, insbesondere für die Verwendung in einer Augmented-Reality-Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff und einen Prozess für seine Vorbereitung, eine Vorrichtung, die den geschichteten optischen Verbundwerkstoff umfasst, und einen Prozess für seine Vorbereitung, und die Verwendung eines geschichteten optischen Verbundwerkstoffs in einer Augmented-Reality-Vorrichtung.Die vorliegende Erfindung betrifft einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff, der Folgendes umfasst:i.) ein Substrat, das eine Vorderseitenfläche, eine Rückseitenfläche, eine Stärke dzwischen der Vorderseitenfläche und der Rückseitenfläche und einen Brechungsindex naufweist,ii.) eine Beschichtung, die auf die Vorderseitenfläche aufgebracht wird, wobei die Beschichtung eine Gruppe A aus Beschichtungsschichten umfasst, die einen Brechungsindex von 1,7 oder mehr aufweisen, und eine Gruppe B aus Beschichtungsschichten, die einen Brechungsindex von weniger als 1,7 aufweisen; wobei die Summe der Stärken der Schichten der Gruppe A maximal 55 % der Gesamtstärke dder Beschichtung beträgt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff, insbesondere für die Verwendung in einer Augmented-Reality-Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff und einen Prozess für seine Vorbereitung, eine Vorrichtung, die den geschichteten optischen Verbundwerkstoff umfasst, und einen Prozess für ihre Vorbereitung, und die Verwendung eines geschichteten optischen Verbundwerkstoffs in einer Augmented-Reality-Vorrichtung.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Augmented Reality ist ein technologischer Bereich mit intensiver Aktivität, der eine Reihe von Nutzungsbereichen, wie Unterhaltung, Medizin, Unterricht, Bauwesen und Transport, um nur einige wenige Beispiele zu nennen, bedient. Im Gegensatz zu dem verwandten Bereich der virtuellen Realität, konzentriert sich Augmented Reality auf eine enge Integration von Multimediainformationen mit sensorischem Input der realen Welt, typischerweise durch selektives Überlagern eines digitalen Bilds auf ein Brillenfenster. Technische Herausforderungen ergeben sich aus den gleichzeitigen Anforderungen eines guten Bilds der realen Welt, eines guten überlagerten Bilds gemeinsam mit guter Tragbarkeit. Ein Ansatz für eine Augmented-Reality-Vorrichtung wird in der internationalen Patentanmeldung Nummer 2017/176861A1 präsentiert. Dieses Dokument lehrt ein System, bei dem ein überlagertes Bild mit einem tragbaren Bildschirm gekoppelt und in eine Querrichtung propagiert wird. Es gibt immer noch eine Forderung nach verbesserten Vorrichtungen für Augmented Reality.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe, mindestens eine der Herausforderungen zu meistern, die im allgemeinen Stand der Technik in Zusammenhang mit Augmented-Reality-Vorrichtungen angetroffen werden, insbesondere in Zusammenhang mit der Propagation eines Bild in einem optischen Körper. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, optische In-Plane-Dämpfung eines Bilds zu erhöhen, wenn es in eine Querrichtung in einem optischen Körper propagiert wird.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Farbtreue in einer Augmented-Reality-Vorrichtung zu verbessern.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, in der Querpropagation eines Bilds verbessert wird, während gleichzeitig gute Antireflexeigenschaften für längs ein fallendes Licht erzielt werden.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Augmented-Reality-Vorrichtung mit reduziertem Gewicht und guten optischen Eigenschaften bereitzustellen.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Ein Beitrag erfolgt zu dem mindestens teilweisen Überwinden mindestens einer der oben erwähnten Aufgaben durch die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird die X-te Ausführungsformnummer |X| genannt.
    • |1| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff, der Folgendes umfasst:
      1. i.) ein Substrat, das eine Vorderseitenfläche, eine Rückseitenfläche, eine Stärke ds zwischen der Vorderseitenfläche und der Rückseitenfläche und einen Brechungsindex ns aufweist,
      2. ii.) eine Beschichtung, die auf die Vorderseitenfläche aufgebracht wird, wobei die Beschichtung eine Gruppe A aus Beschichtungsschichten umfasst, die einen Brechungsindex von 1,7 oder mehr aufweist, und eine Gruppe B aus Beschichtungsschichten, die einen Brechungsindex von weniger als 1,7 aufweist;
      wobei die Summe der Stärken der Schichten der Gruppe A maximal 55 % der Gesamtstärke dc der Beschichtung, bevorzugt maximal 50 %, bevorzugter maximal 40 % beträgt.
    • |2| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Ausführungsform |1|, wobei die Beschichtung eines oder mehrere der folgenden Kriterien erfüllt:
      1. a. Eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die Stickstoff umfassen, bevorzugt weniger als 75 nm, bevorzugter weniger als 70 nm;
      2. b. Eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die Nitrid umfassen, bevorzugt weniger als 75 nm, bevorzugter weniger als 70 nm;
      3. c. Eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die Si3N4 umfassen, bevorzugt weniger als 75 nm, bevorzugter weniger als 70 nm;
      4. d. Eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die AlN umfassen, bevorzugt weniger als 75 nm, bevorzugter weniger als 70 nm;
      5. e. Eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die kristallines TiO2 umfassen, bevorzugt weniger als 75 nm, bevorzugter weniger als 70 nm. Bei einem Aspekt dieses Kriteriums wird bevorzugt, dass der Gehalt an kristallinem TiO2 reduziert ist. Es wird ferner bevorzugt, dass kein Gehalt an kristallinem TiO2 vorliegt;
      6. f. Eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die TiO2 umfassen, bevorzugt weniger als 75 nm, bevorzugter weniger als 70 nm.
      Bei einigen bevorzugten Aspekten dieser Ausführungsform werden die folgenden Kombinationen von Submerkmalen erfüllt:
      • f. + e. + d. + c. + b. + a., f. + e. + d. + c. + b., f. + e. + d. + c. + a., f. + e. + d. + c., f. + e. + d. + b. + a., f. + e. + d. + b., f. + e. + d. + a., f. + e. + d., f. + e. + c. + b. + a., f. + e. + c. + b., f. + e. + c. + a., f. + e. + c., f. + e. + b. + a., f. + e. + b., f. + e. + a., f. + e., f. + d. + c. + b. + a., f. + d. + c. + b., f. + d. + c. + a., f. + d. + c., f. + d. + b. + a., f. + d. + b., f. + d. + a., f. + d., f. + c. + b. + a., f. + c. + b., f. + c. + a., f. + c., f. + b. + a., f. + b., f. + a., f., e. + d. + c. + b. + a., e. + d. + c. + b., e. + d. + c. + a., e. + d. + c., e. + d. + b. + a., e. + d. + b., e. + d. + a., e. + d., e. + c. + b. + a., e. + c. + b., e. + c. + a., e. + c., e. + b. + a., e. + b., e. + a., e., d. + c. + b. + a., d. + c. + b., d. + c. + a., d. + c., d. + b. + a., d. + b., d. + a., d., c. + b. + a., c. + b., c. + a., c., b. + a., b., a..
    • |3| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eines oder mehrere der folgenden Kriterien erfüllt:
      1. a. Eine Gesamtstärke der Beschichtungsschichten, die Stickstoff umfassen, kleiner als die Stärke der Beschichtungsschicht mit einer Stärke größer als 5 nm, die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernt ist,
      2. b. Eine Gesamtstärke der Beschichtungsschichten, die Nitrid umfassen, kleiner als die Stärke der Beschichtungsschicht mit einer Stärke größer als 5 nm, die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernt ist,
      3. c. Eine Gesamtstärke der Beschichtungsschichten, die Si3N4 umfassen, kleiner als die Stärke der Beschichtungsschicht mit einer Stärke größer als 5 nm, die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernt ist,
      4. d. Eine Gesamtstärke der Beschichtungsschichten, die AlN umfassen, kleiner als die Stärke der Beschichtungsschicht mit einer Stärke größer als 5 nm, die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernt ist,
      5. e. Eine Gesamtstärke der Beschichtungsschichten, die kristallines TiO2 umfassen, kleiner als die Stärke der Beschichtungsschicht mit einer Stärke größer als 5 nm, die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernt ist,
      6. f. Eine Gesamtstärke der Beschichtungsschichten, die TiO2 umfassen, kleiner als die Stärke der Beschichtungsschicht mit einer Stärke größer als 5 nm, die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernt ist,
      Bei einigen bevorzugten Aspekten dieser Ausführungsform werden die folgenden Kombinationen von Submerkmalen erfüllt:
      • f. + e. + d. + c. + b. + a., f. + e. + d. + c. + b., f. + e. + d. + c. + a., f. + e. + d. + c., f. + e. + d. + b. + a., f. + e. + d. + b., f. + e. + d. + a., f. + e. + d., f. + e. + c. + b. + a., f. + e. + c. + b., f. + e. + c. + a., f. + e. + c., f. + e. + b. + a., f. + e. + b., f. + e. + a., f. + e., f. + d. + c. + b. + a., f. + d. + c. + b., f. + d. + c. + a., f. + d. + c., f. + d. + b. + a., f. + d. + b., f. + d. + a., f. + d., f. + c. + b. + a., f. + c. + b., f. + c. + a., f. + c., f. + b. + a., f. + b., f. + a., f., e. + d. + c. + b. + a., e. + d. + c. + b., e. + d. + c. + a., e. + d. + c., e. + d. + b. + a., e. + d. + b., e. + d. + a., e. + d., e. + c. + b. + a., e. + c. + b., e. + c. + a., e. + c., e. + b. + a., e. + b., e. + a., e., d. + c. + b. + a., d. + c. + b., d. + c. + a., d. + c., d. + b. + a., d. + b., d. + a., d., c. + b. + a., c. + b., c. + a., c., b. + a., b., a..
    • |4| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Gesamtstärke der Beschichtungsschichten der Gruppe A kleiner ist als die Stärke der Beschichtungsschicht der Gruppe B mit einer Stärke von mehr als 5 nm, die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernt ist.
    • |5| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernte Beschichtungsschicht der Gruppe A, die eine Stärke von mehr als 5 nm aufweist, eine Stärke aufweist, die nicht größer ist als die der Beschichtungsschicht der Gruppe B, die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernt ist.
    • |6| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die am weitesten von der Vorderseitenfläche entfernte Beschichtungsschicht der Gruppe A, die eine Stärke von mehr als 5 nm aufweist, eine Stärke aufweist, die nicht größer ist als 85 nm, bevorzugt nicht größer als 80, bevorzugter nicht größer als 75 nm.
    • |7| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, der die folgenden Schichten in der Reihenfolge ausgehend von der Vorderseitenfläche umfasst:
      • i.) Eine Schicht der Gruppe A, die eine Stärke in dem Bereich von 5 nm bis 85 nm aufweist;
      • ii.) Eine Schicht der Gruppe B, die eine Stärke in dem Bereich von 5 nm bis 85 nm aufweist;
      • iii.)Eine Schicht der Gruppe A, die eine Stärke in dem Bereich von 5 nm bis 85 nm aufweist;
      • iv.) Eine Schicht der Gruppe B, die eine Stärke in dem Bereich von 25 nm bis 150 nm aufweist;
      wobei die Schicht d. stärker ist als jede der Schichten a. bis c.
    • |8| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung 2 bis 10, bevorzugt 3 bis 9, bevorzugt 4 bis 8 Beschichtungsschichten aufweist. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform umfasst oder hat der geschichtete optische Verbundwerkstoff 2 bis 10 Beschichtungsschichten umfasst, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen, bevorzugt 3 bis 9 Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen, bevorzugter 4 bis 8 Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen. Zusätzlich zu den Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen, kann die geschichtete Zusammensetzung ferner eine oder mehrere Beschichtungen umfassen, die eine Stärke von 5 nm oder weniger aufweisen.
    • |9| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung 2 oder mehr, bevorzugt 3 oder mehr, bevorzugter 4 oder mehr Beschichtungsschichten aufweist. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform umfasst oder hat der geschichtete optische Verbundwerkstoff 2 oder mehr Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen, bevorzugt 3 Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen, bevorzugter 4 oder mehr Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen. Zusätzlich zu den Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen, kann die geschichtete Zusammensetzung ferner eine oder mehrere Beschichtungen umfassen, die eine Stärke von 5 nm oder weniger aufweisen.
    • |10| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung bis zu 10, bevorzugt bis zu 9, bevorzugter bis zu 8 Beschichtungsschichten aufweist. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform umfasst oder hat der geschichtete optische Verbundwerkstoff bis zu 10 Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen, bevorzugt bis zu 9 Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen, bevorzugter bis zu 8 Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen. Zusätzlich zu den Beschichtungsschichten, die jeweils eine Stärke von mehr als 5 nm aufweisen, kann die geschichtete Zusammensetzung ferner eine oder mehrere Beschichtungen umfassen, die eine Stärke von 5 nm oder weniger aufweisen.
    • |11| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht mit einer Stärke in dem Bereich von 1 bis 600 nm, bevorzugt in dem Bereich von 5 bis 400 nm, bevorzugter in dem Bereich von 8 bis 300 nm, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 200 nm umfasst.
    • |12| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht mit einer Stärke bis zu 600 nm, bevorzugt bis zu 400 nm, bevorzugter bis zu 300 nm, bevorzugter bis zu 200 nm umfasst.
    • |13| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht mit einer Stärke von mindestens 1 nm, bevorzugt von mindestens 5 nm, bevorzugter von mindestens 8 nm, bevorzugter von mindestens 10 nm umfasst.
    • |14| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Gruppe A aus einer oder mehreren Beschichtungsschichten umfasst, die einen Brechungsindex von mindestens 1,7 aufweisen, und eine Gruppe B aus einer oder mehreren Beschichtungsschichten, die einen Brechungsindex unter 1,7 aufweisen.
    • |15| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Ausführungsform |14|, wobei die Beschichtung aus abwechselnden Beschichtungsbereichen aus einem Typ A und einem Typ B besteht; wobei ein Beschichtungsbereich vom Typ A eine Stärke von 10 bis 300 nm aufweist und aus 1 oder mehreren Beschichtungsschichten besteht, von welchen jede eines oder beide der Kriterien i.) und ii.) erfüllt:
      • i.) eine Stärke von 5 nm oder weniger,
      • ii.) die Beschichtungsschicht gehört zu der Gruppe A;
      wobei ein Beschichtungsbereich vom Typ B eine Stärke von 10 bis 300 nm aufweist und aus 1 oder mehreren Beschichtungsschichten besteht, von welchen jede eines oder beide der Kriterien iii.) und iv.) erfüllt:
      • iii.) eine Stärke von 5 nm oder weniger,
      • iv.) Die Beschichtungsschicht gehört zu der Gruppe B.
    • |16| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Ausführungsform |15|, wobei der Beschichtungsbereich, der am weitesten von dem Substrat entfernt ist, vom Typ B ist. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform kann die Schicht, die am weitesten von dem Substrat liegt, eine Beschichtungsschicht der Gruppe A sein, die eine Stärke von 5 nm oder weniger aufweist.
    • |17| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Ausführungsform |15| oder |16|, wobei die Beschichtung eine geradzahlige Gesamtanzahl von Beschichtungsbereichen aufweist, und der Beschichtungsbereich, der der Beschichtungsschicht, die dem Substrat am nächsten liegt, am nächsten ist, vom Typ A ist.
    • |18| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Ausführungsform |15| oder |16|, wobei die Beschichtung eine ungeradzahlige Anzahl von Beschichtungsschichten aufweist, und der Beschichtungsbereich, der dem Substrat am nächsten liegt, vom Typ B ist.
    • |19| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der Ausführungsformen |14| bis |18|, wobei die Beschichtungsschicht, die eine Stärke von mehr als 5 nm aufweist, die am weitesten von dem Substrat liegt, zu der Gruppe B gehört.
    • |20| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Substrat einen Brechungsindex von 1,6 oder mehr, bevorzugt 1,65 oder mehr, bevorzugter 1,7 oder mehr aufweist. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,6 bis 2,4, bevorzugter in dem Bereich von 1,65 bis 2,35, bevorzugter in dem Bereich von 1,7 bis 2,3 auf. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex von maximal 2,4, bevorzugt maximal 2,35, bevorzugter maximal 2,3 auf.
    • |21| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei eine oder mehrere der folgenden erfüllt sind:
      • i.) Die Stärke ds liegt in dem Bereich von 10 bis 1500 µm, bevorzugt in dem Bereich von 10 bis 1000 µm, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 500 µm, bevorzugter in dem Bereich von 20 bis 450 µm, bevorzugter in dem Bereich von 30 bis 400 µm; oder Die Stärke ds beträgt mindestens 10 µm, bevorzugt mindestens 20 µm, bevorzugter mindestens 30 µm; oder Die Stärke ds beträgt bis zu 1500 µm, bevorzugter bis zu 1000 µm, bevorzugter bis zu 500 µm, bevorzugter bis zu 450 µm, bevorzugter bis zu 400 µm; oder
      • ii.) Einen Krümmungsradius größer als 600 mm, bevorzugt größer als 800 mm, bevorzugter größer als 1100 mm;
      • iii.)Eine In-Plane-Dämpfung, die vertikal zu der Vorderflächenseite gemessen ist, von maximal 20 %, bevorzugt maximal 15 %, bevorzugter maximal 10 %;
      • iv.) Eine Oberflächenrauigkeit des Substrats von weniger als 5 nm, bevorzugt weniger als 3 nm, bevorzugter weniger als 2 nm;
      • v.) Eine Oberflächenrauigkeit der Beschichtung von weniger als 5 nm, bevorzugt weniger als 3 nm, bevorzugter weniger als 2 nm;
      • vi.) Eine Gesamtstärkenvariation von weniger als 5 µm, bevorzugt weniger als 4 µm, bevorzugter weniger als 3 µm, bevorzugter weniger als 2 µm.
      • vii.) Eine maximale lokale Stärkenvariation über mehr als 75 % der Vorderseitenfläche von weniger als 5 µm, bevorzugt weniger als 4 µm, bevorzugter weniger als 3 µm, bevorzugter weniger als 2 µm.
      • viii.) Eine Verwerfung (Englisch: warp) von weniger als 350 µm, bevorzugt eine Verwerfung von weniger als 300 µm, bevorzugter eine Verwerfung von weniger als 250 µm.
      • ix.) Eine Biegung (Englisch: bow) von weniger als 300 µm, bevorzugt eine Biegung von weniger als 250 µm, bevorzugter eine Biegung von weniger als 200 µm.
      Bei einigen individuellen Aspekten dieser Ausführungsform werden mindestens die folgenden Merkmalkombinationen erfüllt: ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + 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iv.) + ii.), vii.) + vi.) + iv.) + i.), vii.) + vi.) + iv.), vii.) + vi.) + iii.) + ii.) + i.), vii.) + vi.) + iii.) + ii.), vii.) + vi.) + iii.) + i.), vii.) + vi.) + iii.), vii.) + vi.) + ii.) + i.), vii.) + vi.) + ii.), vii.) + vi.) + i.), vii.) + vi.), vii.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.) + i.), vii.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.), vii.) + v.) + iv.) + iii.) + i.), vii.) + v.) + iv.) + iii.), vii.) + v.) + iv.) + ii.) + i.), vii.) + v.) + iv.) + ii.), vii.) + v.) + iv.) + i.), vii.) + v.) + iv.), vii.) + v.) + iii.) + ii.) + i.), vii.) + v.) + iii.) + ii.), vii.) + v.) + iii.) + i.), vii.) + v.) + iii.), vii.) + v.) + ii.) + i.), vii.) + v.) + ii.), vii.) + v.) + i.), vii.) + v.), vii.) + iv.) + iii.) + ii.) + i.), vii.) + iv.) + iii.) + ii.), vii.) + iv.) + iii.) + i.), vii.) + iv.) + iii.), vii.) + iv.) + ii.) + i.), vii.) + iv.) + ii.), vii.) + iv.) + i.), vii.) + iv.), vii.) + iii.) + ii.) + i.), vii.) + iii.) + ii.), vii.) + iii.) + i.), vii.) + iii.), vii.) + ii.) + i.), vii.) + 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    • |22| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht umfasst, die einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,70 bis 2,60, bevorzugt in dem Bereich von 1,80 bis 2,60, bevorzugter von 1,90 bis 2,50, bevorzugter von 1,95 bis 2,45 aufweist.
    • |23| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht mit einem Brechungsindex von mindestens 1,70, bevorzugt von mindestens 1,80, bevorzugter von mindestens 1,90, bevorzugter von mindestens 1,95 umfasst.
    • |24| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht mit einem Brechungsindex von bis zu 2,60, bevorzugt bis zu 2,50, bevorzugter bis zu 2,45 umfasst.
    • |25| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht umfasst, die einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,37 bis 1,60, bevorzugt von 1,37 bis 1,55, bevorzugter von 1,38 bis 1,50 aufweist.
    • |26| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht mit einem Brechungsindex von mindestens 1,37, bevorzugter von mindestens 1,38 umfasst.
    • |27| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht mit einem Brechungsindex von bis zu 1,60, bevorzugt bis zu 1,55, bevorzugter bis zu 1,50 umfasst.
    • |28| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht umfasst, die aus einem anorganischen Material besteht.
    • |29| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Ausführungsform |28|, wobei das anorganische Material ein erstes Element, das eine Elektronegativität unter 2, bevorzugt über 1,2 und ein weiteres Element, das eine Elektronegativität über 2 aufweist. Die Elektronegativität entspricht bevorzugt dem Pauling-Verfahren.
    • |30| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht umfasst, die aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: SiO2, MgF2 und ein Mischoxid, das SiO2 umfasst, und ein weiteres Oxid, bevorzugt SiO2. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO2 und Al2O3. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO2 in einem Bereich von 50 bis 98 Gew.-%, bevorzugter von 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugter von 70 bis 93 Gew.-%. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO2 bis zu 98 Gew.-%, bevorzugter bis zu 95 Gew.-%, bevorzugter bis zu 93 Gew.-%. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext mindestens 50 Gew.-% SiO2, bevorzugter mindestens 60 Gew.-%, bevorzugter mindestens 70 Gew.-%. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO2 in dem Bereich von 50 bis 98 Gew.-%, bevorzugter von 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugter von 70 bis 93 Gew.-% und Al2O3 in dem Bereich von 2 bis 50 Gew.-%, bevorzugter von 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugter von 7 bis 30 Gew.-%.
    • |31| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht umfasst, die aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Si3N4, ZrO2, Ta2O5, HfO2, Nb2O5, TiO2, SnO2, Indiumzinnoxid, ZnO2, AlN, ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst, ein Mischnitrid, das mindestens eines davon umfasst, und ein Mischoxidnitrid, das mindestens eines davon umfasst; bevorzugt hergestellt aus einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht ZrO2, Ta2O5, HfO2, Nb2O5, TiO2, und ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform besteht die Beschichtungsschicht aus ZrO2, oder HfO2, bevorzugt ZrO2. Bevorzugte Mischoxide sind TiO2/SiO2; Nb2O5/SiO2 und ZrO2/Y2O3. Ein bevorzugtes Mischnitrid ist AlSiN. Ein bevorzugtes Mischoxinitrid ist AlSiON. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform besteht die Beschichtungsschicht aus ZrO2, TiO2 oder Nb2O5, bevorzugt TiO2 oder Nb2O5.
    • |32| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Substrat aus Glas, Polymer, optischen Keramiken oder Kristallen ausgewählt ist.
    • |33| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Substrat aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: einem Niobiumphosphatglas, einem Lanthanboratglas, einem Wismuthoxidglas, einem auf Silikat basierenden Glas.
    • |34| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, der ein Mittel zum Einkoppeln von Licht in den oder Auskoppeln von Licht aus dem geschichteten optischen Verbundwerkstoff umfasst.
    • |35| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Ausführungsform |34|, wobei das Mittel zum Einkoppeln von Licht eine Kopplungsoberfläche von 1 mm2 bis 100 mm2, bevorzugt in dem Bereich von 5 bis 80 mm2, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 60 mm2 aufweist.
    • |36| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Ausführungsform |34| oder |35|, wobei das Mittel zum Einkoppeln eine Kopplungsoberfläche von mindestens 1 mm2, bevorzugt mindestens 5 mm2, bevorzugter mindestens 10 mm2 aufweist.
    • |37| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der Ausführungsformen |34| bis |36|, wobei das Mittel zum Einkoppeln von Licht eine Kopplungsoberfläche von bis zu 100 mm2, bevorzugt bis zu 80 mm2, bevorzugter bis zu 60 mm2 aufweist.
    • |38| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der Ausführungsformen |34| bis |37|, wobei das Mittel zum Einkoppeln angeordnet und eingestellt ist, um Licht in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff einzukoppeln, so dass es sich quer zu einem senkrechten Vektor zu der Vorderseitenfläche propagiert.
    • |39| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der Ausführungsformen |34| bis |38|, wobei das Kopplungsmittel angeordnet und angepasst ist, um Licht um einen Winkel von mindestens 30° oder mindestens 90° oder mindestens 135° abzulenken. Dieser Winkel kann bis zu 180° betragen.
    • |40| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der Ausführungsformen |34| bis |39|, wobei der geschichtete optische Verbundwerkstoff ein Mittel zum Einkoppeln von Licht und ein Mittel zum Auskoppeln von Licht umfasst, wobei der Winkel zwischen der Fortbewegungsrichtung des Lichts, das eingekoppelt wird, und des Lichts, das ausgekoppelt wird, mindestens 30° oder mindestens 90° oder mindestens 135° beträgt. Dieser Winkel kann bis zu 180° betragen.
    • |41| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der Ausführungsformen |34| bis |40|, wobei der geschichtete optische Verbundwerkstoff ein Mittel zum Einkoppeln von Licht über eine erste Oberflächenfläche und ein Mittel zum Auskoppeln von Licht über eine weitere Oberflächenfläche umfasst, wobei die erste Oberflächenfläche kleiner ist als die weitere Oberflächenfläche. Die weitere Oberflächenfläche beträgt zum Beispiel 2 Mal die erste Oberflächenfläche, bevorzugter mindestens 5 Mal, bevorzugter mindestens 10 Mal.
    • |42| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der geschichtete optische Verbundwerkstoff ein Wafer ist.
    • |43| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Ausführungsform |42|, wobei eines oder alle der folgenden Kriterien erfüllt werden:
      • i.) Die Vorderseitenfläche weist eine Oberflächenfläche in dem Bereich von 0,010 bis 0,500 m2, bevorzugt in dem Bereich von 0,013 bis 0,200 m2, bevorzugter in dem Bereich von 0,017 bis 0,100 m2 auf; oder Die Vorderseitenfläche weist eine Oberflächenfläche von mindestens 0,010 m2, bevorzugt mindestens 0,013 m2, bevorzugter mindestens 0,017 m2 auf; oder Die Vorderseitenfläche weist eine Oberflächenfläche von bis zu 0,500 m2, bevorzugt bis zu 0,200 m2, bevorzugter bis zu 0,100 m2auf;
      • ii.) Die Stärke ds liegt in dem Bereich von 10 bis 1500 µm, bevorzugt in dem Bereich von 10 bis 1000 µm, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 500 µm, bevorzugter in dem Bereich von 20 bis 450 µm, bevorzugter in dem Bereich von 30 bis 400 µm; oder
      • iii.)Die Stärke ds liegt in dem Bereich von 10 bis 1500 µm, bevorzugt in dem Bereich von 10 bis 1000 µm, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 500 µm, bevorzugter in dem Bereich von 20 bis 450 µm, bevorzugter in dem Bereich von 30 bis 400 µm; oder Die Stärke ds beträgt mindestens 10 µm, bevorzugter mindestens 20 µm, bevorzugter mindestens 30 µm; Die Stärke ds beträgt bis zu 1500 µm, bevorzugter bis zu 1000 µm, bevorzugter bis zu 500 µm, bevorzugter bis zu 450 µm, bevorzugter bis 400 µm;
      • iv.) Einen Krümmungsradius größer als 600 mm, bevorzugt größer als 800 mm, bevorzugter größer als 1100 mm;
      • v.) Eine optische In-Plane-Dämpfung, die vertikal zu der Vorderflächenseite gemessen wird, von maximal 20 %, bevorzugt maximal 15 %, bevorzugter maximal 10 %;
      • vi.) Eine Oberflächenrauigkeit des Substrats von weniger als 5 nm, bevorzugt weniger als 3 nm, bevorzugter weniger als 2 nm;
      • vii.) Eine Oberflächenrauigkeit der Beschichtung von weniger als 5 nm, bevorzugt weniger als 3 nm, bevorzugter weniger als 2 nm;
      • viii.) Eine Gesamtstärkenvariation von weniger als 5 µm, bevorzugt weniger als 4 µm, bevorzugter weniger als 3 µm, bevorzugter weniger als 2 µm.
      • ix.) Eine maximale lokale Stärkenvariation über 75 % der Vorderseitenfläche von weniger als 5 µm, bevorzugt weniger als 4 µm, bevorzugter weniger als 3 µm, bevorzugter weniger als 2 µm.
      • x.) Eine Verwerfung von weniger als 350 µm, bevorzugt eine Verwerfung von weniger als 300 µm, bevorzugter eine Verwerfung von weniger als 250 µm;
      • xi.) Eine Biegung von weniger als 300 µm, bevorzugt eine Biegung von weniger als 250 µm, bevorzugter eine Biegung von weniger als 200 µm;
      • xii.) Eine Kreisform.
      Bei einigen individuellen Aspekten dieser Ausführungsform werden mindestens die folgenden Merkmalkombinationen erfüllt: ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iv.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + v.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iv.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + vi.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + iii.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + iii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + iii.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + ii.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + ii.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + iv.) + i.), ix.) + viii.) + vii.) + v.) + 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    • |44| Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei eine weitere Beschichtung auf die Rückseitenfläche aufgebracht wird.
    • |45| Vorrichtung, die einen oder mehrere geschichtete Verbundwerkstoffe nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst. Bevorzugte Vorrichtungen sind Augmented-Reality-Vorrichtungen. Bevorzugte Vorrichtungen sind Blenden, Brillen oder Head-Up-Displays.
    • |46| Vorrichtung gemäß Ausführungsform |45|, die eine Gruppe aus x geschichteten Verbundwerkstoffen nach einer der Ausführungsformen |1| bis |44| umfasst, wobei x eine Ganzzahl von mindestens 2 ist; wobei die x geschichteten Verbundwerkstoffe in einem Stapel angeordnet sind, ihre Vorderseitenflächen parallel und in dieselbe Richtung ausgerichtet sind, und wobei ein Abstandhalterbereich, der aus einem Material hergestellt ist, das einen Brechungsindex unter 1,3 aufweist, zwischen jeder Paarung einer Vorderseitenfläche mit einer anschließenden Rückseitenfläche anwesend ist. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform besteht der Abstandhalterbereich aus einem Gas, bevorzugt Luft. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform liegt x bevorzugt in dem Bereich von 2 bis 20, bevorzugter in dem Bereich von 2 bis 15, bevorzugter in einem Bereich von 2 bis 10. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform beträgt x bevorzugt mindestens 2. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform beträgt x bis zu 20, bevorzugter bis zu 15, bevorzugter bis zu 10. Ein bevorzugter Wert von x ist 3.
    • |47| Vorrichtung nach Anspruch |45| oder |46|, die eine Lichtquelle umfasst, die angeordnet und angepasst ist, um Licht in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff einzuführen.
    • |48| Prozess zum Vorbereiten eines geschichteten optischen Verbundwerkstoffs, der die folgenden Prozessschritte umfasst:
      • i.) Bereitstellen eines Substrats, das eine Vorderseitenfläche und eine Rückseitenfläche aufweist;
      • ii.) Aufbringen einer oder mehrerer Beschichtungsschichten an der Vorderseitenfläche durch physikalische Gasphasenabscheidung, bevorzugt durch oxidative physikalische Gasphasenabscheidung.
    • |49| Prozess zum Herstellen einer Augmented-Reality-Vorrichtung, der die folgenden Schritte umfasst:
      • i.) Bereitstellen eines Wafers gemäß der Ausführungsform |42| oder |43|;
      • ii.) Reduzieren der Oberflächenfläche der Vorderseitenfläche, um einen Abschnitt zu erhalten;
      • iii.) Bereitstellen des Abschnitts als einen Anzeigebildschirm in der Augmented-Reality-Vorrichtung.
    • |50| Verwendung eines geschichteten optischen Verbundwerkstoffs nach einer der Ausführungsformen |1| bis |44| in einer Augmented-Reality-Vorrichtung. Bevorzugte Vorrichtungen sind Blenden, Brillen oder Head-Up-Displays.
    • |51| Verwendung einer Beschichtung, deren Stärke zu maximal 55 % aus einem Material hergestellt ist, das einen Brechungsindex über 1,7 aufweist, um Querpropagation eines Bilds in einem Substrat zu verbessern.
  • Brechungsindices
  • In dem Fall eines Körpers mit homogenem Brechungsindex, ist der Brechungsindex des Körpers bevorzugt der Brechungsindex des Materials, aus dem er hergestellt ist.
  • In dem Fall eines Körpers mit heterogenem Brechungsindex ist der effektive Brechungsindex des Körpers bevorzugt der Brechungsindex, der gefordert wird, damit ein Körper mit derselben Stärke, der einen homogenen Brechungsindex aufweist, in etwa dasselbe Brechungsniveau für Licht, das in die Richtung der Vertikalen zu der Vorderseitenfläche dadurch durchgeht, erbringt. Wenn Heterogenität über die Querausdehnung besteht, ist der effektive Brechungsindex ein arithmetisches Mittel über die Querausdehnung.
  • Stärke
  • Die Stärke des Substrats, von Substratschichten, der Beschichtung und von Beschichtungsschichten wird bevorzugt in eine Richtung vertikal zu der Vorderseitenfläche gemessen. Die Stärke des Substrats, von Substratschichten, der Beschichtung und von Beschichtungsschichten wird bevorzugt in eine Richtung senkrecht zu der Vorderseitenfläche gemessen.
  • In dem Fall eines Körpers, der eine Stärke aufweist, die über seine Querausdehnung variiert, ist die Stärke bevorzugt das arithmetische Mittel der Stärke über die Querausdehnung.
  • Geschichteter optischer Verbundwerkstoff
  • Bevorzugte geschichtete Verbundwerkstoffe sind angepasst und eingestellt, um Licht, bevorzugt ein Bild, zu propagieren. Ein bevorzugter geschichteter Verbundwerkstoff ist für das Propagieren von Licht vertikal zu seiner Vorderseitenfläche, bevorzugt eines Bilds, bevorzugt eines Bilds der realen Welt, geeignet. Ein bevorzugter geschichteter Verbundwerkstoff ist für das Propagieren von Licht quer zu seiner Vorderseitenfläche, bevorzugt eines Bilds, bevorzugt eines überlagerten Bilds, geeignet.
  • Bei einer Ausführungsform wird bevorzugt, dass ein Bild der realen Welt und ein überlagertes Bild einander mindestens teilweise überlappen. Dieses Überlappen kann an einer Beobachtungsoberfläche betrachtet werden, die von der Rückseitenfläche des geschichteten optischen Verbundwerkstoffs verlagert ist, zum Beispiel an einem Auge.
  • Ein überlagertes Bild ist bevorzugt ein erzeugtes Bild. Ein überlagertes Bild wird bevorzugt von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt. Das überlagerte Bild wird bevorzugt von einer gesteuerten Lichtquelle erzeugt.
  • Der geschichtete optische Verbundwerkstoff umfasst ein Substrat und eine Beschichtung. Die Stärke des Substrats beträgt mindestens 20 Mal die Stärke der Beschichtung, bevorzugt mindestens 50 Mal, bevorzugter mindestens 100 Mal. Die Stärke des Substrats beträgt bevorzugt bis zu 15000 Mal die Stärke der Beschichtung, bevorzugter bis zu 5000 Mal die Stärke der Beschichtung, bevorzugter bis zu 2000 Mal die Stärke der Beschichtung. Das Verhältnis der Stärke der Beschichtung zu der Stärke des Substrats liegt bevorzugt in dem Bereich von 1:20 bis 1:15000, bevorzugter in dem Bereich von 1:50 bis 1:5000, bevorzugter in dem Bereich von 1:100 bis 1:2000.
  • Bevorzugte geschichtete optische Verbundwerkstoffe sind laminar. Bevorzugte geschichtete optische Verbundwerkstoffe haben eine kleinste kartesische Dimension, die kleiner als die Hälfte der Breite der nächstkleinsten kartesischen Dimension ist. Das Verhältnis der kleinsten kartesischen Dimension zu der nächstkleinsten kartesischen Dimension liegt bevorzugt in dem Bereich von 1:1000 bis 1:2, bevorzugter in dem Bereich von 1:1000 bis 1:10, bevorzugter in dem Bereich von 1:1000 bis 1:100. Die nächstkleinste kartesische Dimension beträgt bevorzugt mindestens 2 Mal die kleinste kartesische Dimension, bevorzugt mindestens 10 Mal, bevorzugter mindestens 100 Mal. Die nächstkleinste kartesische Dimension beträgt bevorzugt bis zu 1000 Mal die kleinste kartesische Dimension. Die nächstkleinste kartesische Dimension kann bis zu 10000 Mal die kleinste kartesische Dimension betragen.
  • Bei einer Ausführungsform weist ein bevorzugter geschichteter optischer Verbundwerkstoff ein Seitenverhältnis in dem Bereich von 2 bis 1000, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 1000, bevorzugter in dem Bereich von 100 bis 1000 auf. Bei einer Ausführungsform weist ein bevorzugter geschichteter optischer Verbundwerkstoff ein Seitenverhältnis bis zu 1000 auf. Bei einer Ausführungsform weist ein bevorzugter geschichteter optischer Verbundwerkstoff ein Seitenverhältnis von mindestens 2, bevorzugter mindestens 10, bevorzugter mindestens 100 auf. Das Seitenverhältnis könnte bis zu 10000 betragen.
  • Bevorzugte laminare geschichtete optische Verbundwerkstoffe sind für Querpropagation von Licht, bevorzugt eines überlagerten Bilds, geeignet. Bevorzugte laminare geschichtete optische Verbundwerkstoffe sind für Querpropagation von Licht geeignet.
  • Eine bevorzugte Stärke des geschichteten optischen Verbundwerkstoffs liegt in dem Bereich von 10 bis 1500 µm, bevorzugt in dem Bereich von 10 bis 1000 µm, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 500 µm, bevorzugter in dem Bereich von 20 bis 450 µm, bevorzugter in dem Bereich von 30 bis 400 µm.
  • Eine bevorzugte Stärke des geschichteten optischen Verbundwerkstoffs beträgt bis zu 1500 µm, bevorzugter bis zu 1000 µm, bevorzugter bis zu 500 µm, bevorzugter bis zu 450 µm, bevorzugter bis 400 µm.
  • Eine bevorzugte Stärke des geschichteten optischen Verbundwerkstoffs beträgt mindestens 10 µm, bevorzugter mindestens 20 µm, bevorzugter mindestens 30 µm.
  • Der geschichtete optische Verbundwerkstoff ist bevorzugt für Verwendung in einer Vorrichtung, bevorzugt einer Augmented-Reality-Vorrichtung, geeignet. Eine Vorrichtung kann einen oder mehrere geschichtete optische Verbundwerkstoffe umfassen.
  • Ausrichtungen
  • Das Substrat weist eine Vorderseitenfläche und eine Rückseitenfläche auf. Die Vorderseitenfläche und die Rückseitenfläche sind bevorzugt parallel, weisen ein Senkrechte auf, die um weniger als 15°, bevorzugter um weniger als 10°, bevorzugter um weniger als 5° variiert, auf. Die Senkrechte der Rückseitenfläche wird an einem Punkt auf der Rückseitenfläche gemessen, durch den die Senkrechte zu der Vorderseitenfläche durchgeht.
  • Die Vorderseitenfläche des Substrats definiert eine Hauptrichtung. Die Hauptrichtung ist bevorzugt die Senkrechte zu der Vorderseitenfläche an der geometrischen Mitte der Vorderseitenfläche. Die Hauptrichtung wird in diesem Dokument verschiedentlich „senkrecht zu der Vorderseitenfläche“ und „vertikal zu der Vorderseitenfläche“ genannt. Wie in diesem Dokument durchgehend verwendet, verweist der Begriff „längs“ auf eine Richtung entweder parallel oder antiparallel zu der Hauptrichtung. Eine Richtung parallel zu der Senkrechten oder längs beträgt bevorzugt kleiner als 45°, bevorzugter kleiner als 30°, bevorzugter weniger als 10°, bevorzugter weniger als 5° von der Senkrechten. In dem Fall eines laminaren oder planaren Substrats, entspricht die Längspropagation einer Fortbewegung über die kleinste kartesische Dimension.
  • Die Vorderseitenfläche definiert eine Ebene. Die Ebene ist bevorzugt vertikal zu der Senkrechten der Vorderseitenfläche. Die Begriffe „Quere“, „seitlich“ oder „in Ebene“, wie sie in dieser Offenbarung verwendet werden, verweisen auf eine Richtung vertikal zu der Senkrechten zu der Vorderseitenfläche, parallel zu der Ebene. Eine Hauptrichtung vertikal zu der Senkrechten, Quere, seitlich oder in der Ebene beträgt bevorzugt mehr als 45°, bevorzugter mehr als 60°, bevorzugter weniger als 80°, bevorzugter weniger als 85° von der Senkrechten. In dem Fall eines laminaren oder planaren Substrats entsprechen Quer-, seitliche Propagation oder Propagation in der gleichen Ebene Fortbewegung innerhalb der laminaren oder planaren Ausdehnung.
  • In dem Kontext einer Vorrichtung, bevorzugt einer Augmented-Reality-Vorrichtung, wird bevorzugt, dass der geschichtete optische Verbundwerkstoff mit der Rückseitenfläche zu dem Benutzer und der Vorderseitenfläche zu der realen Welt ausgerichtet ist.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen dieser Offenbarung wird eine Beschichtung nicht nur auf die Vorderseitenfläche, sondern auch auf die Rückseitenfläche aufgebracht. In diesem Fall wird die Hauptrichtung, die für das Beschichten der Rückseitenfläche relevant ist, analog hinsichtlich der Rückseitenfläche definiert.
  • Substrat
  • Bevorzugte Substrate sind für die Propagation eines Bilds, bevorzugt mehr als eines Bilds gleichzeitig, geeignet. Ein bevorzugtes Substrat ist für die Propagation eines Bilds der realen Welt geeignet. Ein bevorzugtes Substrat ist für die Propagation eines überlagerten Bilds geeignet.
  • Bevorzugte Substrate sind laminar. Bevorzugte Substrate weisen eine kleinste kartesische Dimension, die weniger als die Hälfte der Breite der nächstkleinsten kartesischen Dimension beträgt, auf. Das Verhältnis der kleinsten kartesischen Dimension zu der nächstkleinsten kartesischen Dimension liegt bevorzugt in dem Bereich von 1:1000 bis 1:2, bevorzugter in dem Bereich von 1:1000 bis 1:10, bevorzugter in dem Bereich von 1:1000 bis 1:100. Die nächstkleinste kartesische Dimension beträgt bevorzugt mindestens 2 Mal die kleinste kartesische Dimension, bevorzugt mindestens 10 Mal, bevorzugter mindestens 100 Mal. Die nächstkleinste kartesische Dimension beträgt bevorzugt bis zu 1000 Mal die kleinste kartesische Dimension. Die nächstkleinste kartesische Dimension kann bis zu 10000 Mal die kleinste kartesische Dimension betragen.
  • Bei einer Ausführungsform weist ein Substrat ein Seitenverhältnis in dem Bereich von 2 bis 1000, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 1000, bevorzugter in dem Bereich von 100 bis 1000 auf. Bei einer Ausführungsform weist ein bevorzugtes Substrat ein Seitenverhältnis bis zu 1000 auf. Bei einer Ausführungsform weist ein bevorzugtes Substrat ein Seitenverhältnis von mindestens 2, bevorzugter mindestens 10, bevorzugter mindestens 100 auf. Das Seitenverhältnis könnte bis zu 10000 betragen.
  • Bevorzugte laminare Substrate sind für Querpropagation von Licht, bevorzugt eines überlagerten Bilds, geeignet. Bevorzugte laminare Substrate sind für Querpropagation von Licht geeignet.
  • Eine bevorzugte Stärke des Substrats liegt in dem Bereich von 10 bis 1500 µm, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 1000 µm, bevorzugter in dem Bereich von 10 bis 500 µm, bevorzugter in dem Bereich von 20 bis 450 µm, bevorzugter in dem Bereich von 30 bis 400 µm.
  • Eine bevorzugte Stärke des Substrats beträgt bis zu 1500 µm, bevorzugter bis zu 1000 µm, bevorzugter bis zu 500 µm, bevorzugter bis zu 450 µm, bevorzugter bis 400 µm.
  • Die Stärke des Substrats beträgt mindestens 10 µm, bevorzugter mindestens 20 µm, bevorzugter mindestens 30 µm.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex von mindestens 1,60, bevorzugt mindestens 1,65, bevorzugter mindestens 1,70 auf. Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm von mindestens 1,60, bevorzugt mindestens 1,65, bevorzugter mindestens 1,70 auf. Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm von mindestens 1,60, bevorzugt mindestens 1,65, bevorzugter mindestens 1,70 auf.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,60 bis 2,40, bevorzugt in dem Bereich von 1,65 bis 2,35, bevorzugter in dem Bereich von 1,70 bis 2,30 auf. Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 1,60 bis 2,40, bevorzugt in dem Bereich von 1,65 bis 2,35, bevorzugter in dem Bereich von 1,70 bis 2,30 auf. Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 1,60 bis 2,40, bevorzugt in dem Bereich von 1,65 bis 2,35, bevorzugter in dem Bereich von 1,70 bis 2,30 auf.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex von bis zu 2,40, bevorzugt bis zu 2,35, bevorzugter bis zu 2,30 auf. Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm von bis zu 2,40, bevorzugt bis zu 2,35, bevorzugter bis zu 2,30 auf. Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm von bis zu 2,40, bevorzugt bis zu 2,35, bevorzugter bis zu 2,30 auf.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,65 bis 1,75 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,70 bis 1,80 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,75 bis 1,85 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,80 bis 1,90 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,85 bis 1,95 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,90 bis 2,00 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,95 bis 2,05 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 2,00 bis 2,10 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 2,05 bis 2,15 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 2,10 bis 2,20 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex in dem Bereich von 2,15 bis 2,25 auf.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 1,65 bis 1,75 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 1,70 bis 1,80 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 1,75 bis 1,85 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 1,80 bis 1,90 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 1,85 bis 1,95 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 1,90 bis 2,00 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 1,95 bis 2,05 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 2,00 bis 2,10 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 2,05 bis 2,15 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 2,10 bis 2,20 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 550 nm in dem Bereich von 2,15 bis 2,25 auf.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 1,65 bis 1,75 auf. Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 1,70 bis 1,80 auf.

    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 1,75 bis 1,85 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 1,80 bis 1,90 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 1,85 bis 1,95 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 1,90 bis 2,00 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 1,95 bis 2,05 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 2,00 bis 2,10 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 2,05 bis 2,15 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 2,10 bis 2,20 auf.
    Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen Brechungsindex gemessen bei 589 nm in dem Bereich von 2,15 bis 2,25 auf.
  • Ein bevorzugtes Substrat kann aus einer einzigen Substratschicht bestehen oder kann aus zwei oder mehr Substratschichten bestehen, bevorzugt aus einer einzigen Substratschicht.
  • In dem Fall einer einzigen Substratschicht kann das Substrat eine homogene chemische Zusammensetzung oder eine heterogene chemische Zusammensetzung, bevorzugt eine homogene chemische Zusammensetzung aufweisen. In dem Fall einer einzigen Substratschicht kann das Substrat einen homogenen Brechungsindex oder einen heterogenen Brechungsindex, bevorzugt einen homogenen Brechungsindex, aufweisen. In dem Fall eines heterogenen Brechungsindex gelten die bevorzugten Bereiche, die oben offenbart sind, bevorzugt für den effektiven Brechungsindex.
  • In dem Fall von mehr als einer Substratschicht kann jedes Substrat eine homogene chemische Zusammensetzung oder eine heterogene chemische Zusammensetzung, bevorzugt eine homogene chemische Zusammensetzung, aufweisen. In dem Fall von mehr als einer Substratschicht gelten die bevorzugten Bereiche, die oben offenbart sind, für den mittleren Brechungsindex des Substrats als ein Ganzes. In dem Fall von mehr als einer Substratschicht kann jede Substratschicht einen homogenen Brechungsindex oder einen heterogenen Brechungsindex, bevorzugt einen homogenen Brechungsindex aufweisen. In dem Fall eines heterogenen Brechungsindex gelten die bevorzugten Bereiche, die oben offenbart sind, bevorzugt für den mittleren Brechungsindex jeder Schicht.
  • Die chemische Zusammensetzung aus bevorzugten Materialien für das Substrat wird bevorzugt ausgewählt, um eine oder mehrere der oben beschriebenen physikalischen Forderungen zu erfüllen.
  • Bevorzugte Materialen für das Substrat sind Glas oder Polymer, bevorzugt Glas.
  • Bevorzugte Glassorten, wie von dem Abbe-Diagramm gegliedert, sind Glassorten, die einen Brechungsindex von 1,6 oder mehr aufweisen, wie dichte Flintglassorten, Lanthanflintglassorten, dichte Lanthanflintglassorten, Bariumflintglassorten, dichte Bariumflintglassorten, dichte Kronglassorten, dichte Lanthankrongralssorten, extradichte Kronglassorten.
  • Bei einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Glas für das Substrat Niobiumphosphatglas.
  • Bei einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Glas für das Substrat Lanthanboratglas.
  • Bei einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Glas für das Substrat Wismuthoxidglas.
  • Bei einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Glas für das Substrat ein auf Silikat basierendes Glas.
  • Eine bevorzugte Glasgruppe umfasst eine oder mehrere, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Niobiumphosphatglassorten, Lanthanboratglassorten, Wismuthoxidglassorten, Silikatglassorten, während Silikatglassorten bevorzugt ein oder mehrere der folgenden enthalten TiO2, La2O3, Bi2O3, Gd2O3, Nb2O5, Y2O3, Yb2O3, Ta2O5, WO3, GeO2, Ga2O3, ZrO2, BaO, SrO, ZnO, Cs2O und PbO.
  • Ein bevorzugtes auf Silikat basierendes Glas umfasst mindestens 30 Gew.-% % SiO2, bevorzugt mindestens 40 Gew.-% SiO2, bevorzugter mindestens 50 Gew.-% SiO2. Ein bevorzugtes Silikatglas umfasst mindestens 80 Gew.-% SiO2, bevorzugter mindestens 70 Gew.-%, bevorzugter mindestens 60 Gew.-%. Ein bevorzugtes Silikatglas umfasst SiO2 in einen Bereich von 30 bis 80 Gew.-%, bevorzugter in einem Bereich von 40 bis 70 Gew.-%, bevorzugter in einem Bereich von 50 bis 60 Gew.-%. Ein bevorzugtes auf Silikat basierendes Glas umfasst ein oder mehrere der folgenden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus TiO2, La2O3, Bi2O3, Gd2O3, Nb2O5, Y2O3, Yb2O3, Ta2O5, WO3, GeO2, Ga2O3, ZrO2, BaO, SrO, ZnO, Cs2O und PbO, bevorzugt in einer Gesamtmenge von mindestens 20 Gew.-%, bevorzugter mindestens 30 Gew.-%, bevorzugter mindestens 40 Gew.-%, bevorzugter mindestens 50 Gew.-%. Ein bevorzugtes auf Silikat basierendes Glas umfasst ein oder mehrere der folgenden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: TiO2, La2O3, Bi2O3, Gd2O3, Nb2O5, Y2O3, Yb2O3, Ta2O5, WO3, GeO2, Ga2O3, ZrO2, BaO, SrO, ZnO, Cs2O und PbO in einer Gesamtmenge von bis zu 70 Gew.-%.
  • Bei einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Glas im Handel bei SCHOTT unter einer der folgenden Bezeichnungen erhältlich: N-SF66, P-SF67, P-SF68, N-BASF64, N-SF1, N-SF6, N-SF8, N-SF15 und N-SF57, von Sumita unter der Bezeichnung K-PSFn214, von OHARA unter der Bezeichnung L-BBH1 und HOYA TaFD55.
  • In diesem Kontext ist ein bevorzugtes Polymer ein Kunststoff.
    Bevorzugte Polymere in diesem Kontext sind Polycarbonat (PC), wie Lexan® oder Merlon®, Polystyrol (PS), wie Styron® oder Lustrex®, Acrylpolymere (PMMA), wie Lucite®, Plexiglass® oder Polycast®, Polyetherimide (PEI), wie Ultem® oder Extern®, Polyurethane (PU), wie Isoplast®, zyklische Olefincopolymere (COC), wie Topas®, zyklische Olefinpolymere (COP), wie Zeonex® oder Zeonor®, Polyester, wie OKP4 und OKP4HP, Polyethersulfone (PES), wie Rädel® und HTLT®. Ein bevorzugtes Polymermaterial ist allyldiglycolcarbonat (wie CR-39). Ein bevorzugtes Polymermaterial beruht auf Urethanbasis.
  • Bevorzugte optische Keramiken sind Yttrium-Aluminium-Granat (YAG, Y3Al5O12) und Varianten davon, Luthetium-Aluminium-Granat (LuAG), optische Keramiken mit kubischer polychlorierter oder Fluoritstruktur, wie in DE 10 2007 022 048 A1 beschrieben, oder Zinksulfid.
  • Bevorzugte Kristalle sind Saphir, Anatas, Rutil, Diamant, Zinksulfid und Spinell.
  • Beschichtung
  • Eine bevorzugte Beschichtung ist für das Reduzieren von Reflexion von Licht, das auf dem geschichteten optischen Verbundwerkstoff einfällt, geeignet. In dem Fall einer Beschichtung, die auf die Vorderseitenfläche aufgebracht wird, ist die Beschichtung für das Reduzieren von Reflexion von Licht an der Vorderseitenfläche geeignet. In dem Fall einer Beschichtung, die auf die Rückseitenfläche aufgebracht wird, ist die Beschichtung für das Reduzieren von Reflexion von Licht an der Rückseitenfläche geeignet.
  • Eine bevorzugte Beschichtung reduziert Beeinträchtigung von Lichtpropagation in dem Substrat, reduziert bevorzugt Beeinträchtigung von Querpropagation von Licht in dem Substrat.
  • Eine bevorzugte Beschichtungsschicht ist laminar oder planar. Die Beschichtung erstreckt sich bevorzugt in einer Ebene parallel zu der des Substrats.
  • Die Beschichtung beschichtet bevorzugt mindestens 80 % der Vorderseitenfläche flächenmäßig, bevorzugt mindestens 90 %, bevorzugter mindestens 95 %, bevorzugter mindestens 99 %, am besten die gesamte Vorderseitenfläche.
  • Eine Beschichtung umfasst eine oder mehrere Beschichtungsschichten. Die Beschichtung wird bevorzugt als ein Stapel von Beschichtungsschichten, die bevorzugt als ein Stapel koplanarer Beschichtungen angeordnet sind, hergestellt.
  • Die Stärke der Beschichtung wird bevorzugt senkrecht zu der Vorderseitenfläche bestimmt.
  • Eine bevorzugte Beschichtung erzeugt einen Bereich mit niedriger Reflexion.
  • Ein bevorzugter Bereich mit niedriger Reflexion reicht über den Bereich von 450 bis 650 nm. Die maximale Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm beträgt bevorzugt nicht mehr als 50 % der maximalen Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm für das unbeschichtete Substrat, bevorzugt nicht mehr als 40 %, bevorzugter nicht mehr als 30 %.
  • Die maximale Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm beträgt bevorzugt weniger als 5 %, bevorzugt weniger als 4 %, bevorzugter weniger als 3 %, bevorzugter weniger als 2 %, bevorzugter weniger als 1,5%, bevorzugter weniger als 1,1 %.
  • Ein bevorzugter Bereich mit niedriger Reflexion deckt einen weiten Wellenlängenbereich. Bevorzugt gibt es einen Bereich mit einer Breite von mindestens 175 nm, bevorzugter mindestens 200 nm, bevorzugter mindestens 225 nm, bevorzugter mindestens 250 nm, in dem die maximale Reflexion abzüglich der minimalen Reflexion kleiner ist als 1 %.
  • Ein bevorzugter Bereich mit niedriger Reflexion ist flach. Die maximale Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm abzüglich der minimalen Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm beträgt bevorzugt weniger als 1,5 %, bevorzugter weniger als 1,0 %, am besten weniger als 0,8 %.
  • Bevorzugte Beschichtungen sind amorph. Bevorzugte Beschichtungen bestehen aus amorphen Materialien. Bevorzugte Beschichtungen sind nicht kristallin. Bevorzugte Beschichtungen liegen nicht in der Fernbereichsordnung. Bevorzugte Beschichtungen legen kein säulenförmiges Wachstum dar. Bevorzugte Beschichtungen legen kein poröses Wachstum dar. Bevorzugte Beschichtungen legen kein texturiertes Wachstum dar. Eine bevorzugte Beschichtung weist nicht mehr als 25 Vol.-%, bevorzugt nicht mehr als 10 Vol.-%, bevorzugter nicht mehr als 5 Vol.-% an kristallinem Gehalt auf. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform enthält die Beschichtung kein kristallines Material. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform enthält die Beschichtung kein säulenförmiges Wachstum. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform enthält die Beschichtung kein poröses Wachstum. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform enthält die Beschichtung kein texturiertes Wachstum. Die Gegenwart säulenförmigen Wachstums und die Gegenwart von texturiertem Wachstum werden jeweils bevorzugt durch Inspektion einer Querschnitt-Schnittfläche, unter Verwenden eines Rasterelektronenmikroskops bestimmt. Die Gegenwart von kristallinem Material wird bevorzugt durch Raman-Spektroskopie bestimmt.
  • Beschichtungsschichten
  • Eine Beschichtung umfasst 1 oder mehrere Beschichtungsschichten. Die Beschichtungsschichten sind bevorzugt in einem Stapel angeordnet, wobei jede Beschichtungsschicht zu der Vorderseitenfläche parallel ist.
  • Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist eine chemische Zusammensetzung auf, die entweder durch ihr Inneres hindurch nicht variiert oder sanft und kontinuierlich durch ihr Inneres variiert, bevorzugt durch ihr Inneres nicht variiert. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist entweder eine homogene chemische Zusammensetzung oder eine sanft und kontinuierlich variierende chemische Zusammensetzung auf, bevorzugt eine homogene chemische Zusammensetzung. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist eine chemische Zusammensetzung auf, in der der maximale lokale Gewichtsprozentsatz an einem Element kleiner ist als 1,2 Mal der minimale Gewichtsprozentsatz des Elements, bevorzugt kleiner als 1,1, bevorzugter kleiner als 1,05. Das gilt bevorzugt für jedes Element.
  • Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist einen Brechungsindex auf, der entweder durch ihr Inneres hindurch nicht variiert oder sanft und kontinuierlich durch ihr Inneres variiert, bevorzugt durch ihr Inneres nicht variiert. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist entweder einen homogenen Brechungsindex oder einen sanft und kontinuierlich variierenden Brechungsindex auf, bevorzugt einen homogenen Brechungsindex auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist einen maximalen lokalen Brechungsindex auf, der kleiner ist als 1,2 Mal der minimale lokale Brechungsindex, bevorzugt kleiner als 1,1, bevorzugter kleiner als 1,05.
  • Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist eine konstante Stärke über ihre Querausdehnung auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist ein Verhältnis der kleinsten Stärke zu der größten Stärke in dem Bereich von 1:1 bis 1:1,1, bevorzugter in dem Bereich von 1:1 bis 1:1,05, bevorzugter in dem Bereich von 1:1 bis 1:1,01 auf.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Beschichtung eine oder mehrere Beschichtungsschichten der Gruppe A. Die Beschichtungsschichten der Gruppe A weisen einen Brechungsindex von mindestens 1,7 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe A weist einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,70 bis 2,60, bevorzugt in dem Bereich von 1,80 bis 2,60, bevorzugter in dem Bereich von 1,90 bis 2,50, bevorzugter von 1,95 bis 2,45 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe A weist einen Brechungsindex von mindestens 1,80, bevorzugt mindestens 1,90, bevorzugter mindestens 1,95 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe A weist einen Brechungsindex bis zu 2,60, bevorzugt bis zu 2,50, bevorzugter bis zu 2,45 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe A ist aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Si3N4, ZrO2, Ta2O5, HfO2, Nb2O5, TiO2 , SnO2, Indiumzinnoxid, ZnO2, AlN, ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst, ein Mischnitrid, das mindestens eines davon umfasst, und ein Mischoxidnitrid, das mindestens eines davon umfasst; bevorzugt hergestellt aus einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht ZrO2, Ta2O5, HfO2, Nb2O5, TiO2, und ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform ist die Beschichtungsschicht aus ZrO2, oder HfO2, bevorzugt ZrO2 hergestellt. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform ist die Beschichtungsschicht aus ZrO2, TiO2 oder Nb2O5, bevorzugt TiO2 oder Nb2O5 hergestellt. Bevorzugte Mischoxide sind TiO2/SiO2; Nb2O5/SiO2 und ZrO2/Y2O3. Ein bevorzugtes Mischnitrid ist AlSiN. Ein bevorzugtes Mischoxinitrid ist AlSiON.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der geschichtete optische Verbundwerkstoff zwei oder mehrere Schichten der Gruppe A, wobei mindestens ein Paar von Schichten der Gruppe A aus unterschiedlichen Materialien besteht. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der geschichtete optische Verbundwerkstoff zwei oder mehrere Schichten der Gruppe A, wobei alle Schichten der Gruppe A aus dem gleichen Material bestehen.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Beschichtung eine oder mehrere Beschichtungsschichten der Gruppe B. Die Beschichtungsschichten der Gruppe B weisen einen Brechungsindex von mindestens 1,7 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe B weist einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,37 bis 1,60, bevorzugt von 1,37 bis 1,55, bevorzugter von 1,38 bis 1,50 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe B weist einen Brechungsindex von mindestens 1,37, bevorzugter mindestens 1,38 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe B weist einen Brechungsindex bis zu 1,60, bevorzugt bis zu 1,55, bevorzugter bis zu 1,50 auf.
  • Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe B ist aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: SiO2, MgF2 und ein Mischoxid, das SiO2 umfasst, und ein weiteres Oxid, bevorzugt SiO2. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO2 und Al2O3. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO2 in einem Bereich von 50 bis 98 Gew.-%, bevorzugter von 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugter von 70 bis 93 Gew.-%. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO2 bis zu 98 Gew.-%, bevorzugter bis zu 95 Gew.-%, bevorzugter bis zu 93 Gew.-%. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext mindestens 50 Gew.-% SiO2, bevorzugter mindestens 60 Gew.-%, bevorzugter mindestens 70 Gew.-%. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO2 in dem Bereich von 50 bis 98 Gew.-%, bevorzugter von 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugter von 70 bis 93 Gew.-% und Al2O3 in dem Bereich von 2 bis 50 Gew.-%, bevorzugter von 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugter von 7 bis 30 Gew.-%.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der geschichtete optische Verbundwerkstoff zwei oder mehrere Schichten der Gruppe B, wobei mindestens ein Paar von Schichten der Gruppe B aus unterschiedlichen Materialien besteht. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der geschichtete optische Verbundwerkstoff zwei oder mehrere Schichten der Gruppe B, wobei alle Schichten der Gruppe B aus dem gleichen Material bestehen.
  • Bei einigen der Ausführungsformen ist die Beschichtungsstruktur hinsichtlich von Bereichen vom Typ A und vom Typ B beschrieben, wobei Bereiche vom Typ A einen höheren Brechungsindex aufweisen, und Bereiche vom Typ B einen niedrigeren Brechungsindex aufweisen. Sogenannte Nadelschichten, die eine Stärke von 5 nm oder weniger aufweisen, beeinflussen die Beschaffenheit eines Bereichs als Typ A oder Typ B nicht. Die Bereiche sind basierend auf Beschichtungsschichten, die eine Stärke von über 5 nm aufweisen, charakterisiert.
  • Sogenannte Nadelschichten können eine Stärke von nur 1 nm aufweisen. Eine sogenannte Nadelschicht könnte so dünn wie eine Atommonoschicht sein.
  • Schichtanordnungen
  • Einige bevorzugte Schichtanordnungen sind die folgenden:
    • S-b, die ein Substrat aufweist, auf das eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt. Die Beschichtungsschicht weist eine Stärke von mehr als 5 nm auf. Optional sind mehrere Schichten mit einer Stärke von 5 nm oder weniger anwesend.
    • S-B, die ein Substrat aufweist, auf das ein Bereich der Gruppe B folgt. Der Bereich ist wie anderswo in diesem Dokument definiert beschaffen.
    • S-a-b, die ein Substrat aufweist, auf das eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt. Jede der zwei Beschichtungsschichten weist eine Stärke von mehr als 5 nm auf. Optional sind mehrere Schichten mit einer Stärke von 5 nm oder weniger anwesend.
    • S-A-B, die ein Substrat aufweist, auf das ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt. Die Bereiche sind wie anderswo in diesem Dokument definiert beschaffen.
    • S-b-a-b, die ein Substrat aufweist, auf das eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt. Jede dieser drei Beschichtungsschichten weist eine Stärke von mehr als 5 nm auf. Optional sind mehrere Schichten mit einer Stärke von 5 nm oder weniger anwesend.
    • S-B-A-B, die ein Substrat aufweist, auf das ein Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt. Die Bereiche sind wie anderswo in diesem Dokument definiert beschaffen.
    • S-a-b-a-b, die ein Substrat aufweist, auf das eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf das eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt. Jede dieser drei Beschichtungsschichten weist eine Stärke von mehr als 5 nm auf. Optional sind mehrere Schichten mit einer Stärke von 5 nm oder weniger anwesend.
    • S-A-B-A-B, die ein Substrat aufweist, auf das ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt. Die Bereiche sind wie anderswo in diesem Dokument definiert beschaffen.
    • S-b-a-b-a-b, die ein Substrat aufweist, auf das eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt. Jede dieser fünf Beschichtungsschichten weist eine Stärke von mehr als 5 nm auf. Optional sind mehrere Schichten mit einer Stärke von 5 nm oder weniger anwesend.
    • S-A-B-A-B, die ein Substrat aufweist, auf das ein Bereich der Gruppe B, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt. Die Bereiche sind wie anderswo in diesem Dokument definiert beschaffen.
    • S-a-b-a-b-a-b, die ein Substrat aufweist, auf das eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt. Jede der sechs Beschichtungsschichten weist eine Stärke von mehr als 5 nm auf. Optional sind mehrere Schichten mit einer Stärke von 5 nm oder weniger anwesend.
    • S-A-B-A-B-A-B, die ein Substrat aufweist, auf das ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt. Die Bereiche sind wie anderswo in diesem Dokument definiert beschaffen.
    • S-b-a-b-a-b-a-b, die ein Substrat aufweist, auf das eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt. Jede der sieben Beschichtungsschichten weist eine Stärke von mehr als 5 nm auf. Optional sind mehrere Schichten mit einer Stärke von 5 nm oder weniger anwesend.
    • S-B-A-B-A-B-A-B, die ein Substrat aufweist, auf das ein Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt. Die Bereiche sind wie anderswo in diesem Dokument definiert beschaffen.
    • S-a-b-a-b-a-b-a-b, die ein Substrat aufweist, auf das eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe A folgt, auf die eine Beschichtungsschicht der Gruppe B folgt. Jede der acht Beschichtungsschichten weist eine Stärke von mehr als 5 nm auf. Optional sind mehrere Schichten mit einer Stärke von 5 nm oder weniger anwesend.
    • S-A-B-A-B-A-B-A-B, die ein Substrat aufweist, auf das ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den im Bereich der Gruppe B folgt, auf den ein Bereich der Gruppe A folgt, auf den ein Bereich der Gruppe B folgt. Die Bereiche sind wie anderswo in diesem Dokument definiert beschaffen.
  • Einkoppeln und Auskoppeln
  • Ein bevorzugtes Einkopplungsmittel ist für das Einführen von Licht in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff geeignet, bevorzugt für das Einführen eines Bilds in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff, bevorzugt eines überlagerten Bilds. Ein bevorzugtes Auskopplungsmittel ist zum Entfernen von Licht aus dem geschichteten optischen Verbundwerkstoff geeignet, bevorzugt für das Entfernen eines Bilds aus dem geschichteten optischen Verbundwerkstoff, bevorzugt eines überlagerten Bilds.
  • Bei einer Ausführungsform wird ein Einkopplungsmittel für das Einführen eines überlagerten Bilds in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform wird ein Einkopplungsmittel für das Einführen eines Bilds in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff für Querpropagation bereitgestellt.
  • Bei einer Ausführungsform wird ein Auskopplungsmittel zum Entfernen eines überlagerten Bilds aus dem geschichteten optischen Verbundwerkstoff bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform wird ein Auskopplungsmittel zum Entfernen eines Bilds aus dem geschichteten optischen Verbundwerkstoff bereitgestellt, wobei sich das Bild in eine Querrichtung propagiert.
  • Bei einer Ausführungsform wird kein Einkopplungs- oder Auskopplungsmittel für das Bild der realen Welt bereitgestellt.
  • Bei einer Ausführungsform wird ein Einkopplungsmittel für das Einführen von Licht in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff bereitgestellt.
  • Bei einer Ausführungsform wird ein Auskopplungsmittel zum Herausnehmen von Licht aus dem geschichteten optischen Verbundwerkstoff bereitgestellt.
    Bevorzugte Kopplungsmittel sind ein Prisma oder Beugungsgitter.
  • Das Einkopplungs- und Auskopplungsmittel kann in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff integriert werden oder außerhalb dieses, bevorzugt an diesem angebracht, bereitgestellt werden.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der geschichtete optische Verbundwerkstoff mehr Auskopplungsmittel als Einkopplungsmittel.
  • Bei einer Ausführungsform wird Licht, das durch ein einziges Kopplungsmittel gekoppelt wird, durch zwei oder mehr Auskopplungsmittel ausgekoppelt.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der geschichtete optische Verbundwerkstoff zwei oder mehrere Auskopplungsmittel, und jedes Auskopplungsmittel entspricht einem Pixel eines Bilds.
  • Ein Kopplungsmittel kann an der Vorderseite, der Seite oder Rückseite des geschichteten optischen Verbundwerkstoffs, bevorzugt an der Rückseite oder an der Seite, anwesend sein.
  • Ein Auskopplungsmittel ist bevorzugt auf der Rückseite des geschichteten optischen Verbundwerkstoffs anwesend.
  • Das Koppeln umfasst bevorzugt eine Abweichung von Licht um einen Winkel in dem Bereich von 30 bis 180°, bevorzugt in dem Bereich von 45 bis 180°, bevorzugter in dem Bereich von 90 bis 180°, bevorzugter in dem Bereich von 135 bis 180°. Das Koppeln umfasst bevorzugt eine Abweichung von Licht um einen Winkel von mindestens 30°, bevorzugter mindestens 45°, bevorzugter mindestens 90°, bevorzugter mindestens 135°.
  • Das Auskoppeln umfasst bevorzugt eine Abweichung von Licht um einen Winkel in dem Bereich von 30 bis 180°, bevorzugt in dem Bereich von 45 bis 135°, bevorzugter in dem Bereich von 60 bis 120°, bevorzugter in dem Bereich von 70 bis 110°. Das Auskoppeln umfasst bevorzugt eine Abweichung von Licht um einen Winkel von mindestens 30°, bevorzugt mindestens 45°, bevorzugter mindestens 60°, bevorzugter mindestens 70°. Das Auskoppeln umfasst bevorzugt eine Abweichung von Licht um einen Winkel bis zu 180°, bevorzugt bis zu 135°, bevorzugter bis zu 120°, bevorzugter bis zu 110°.
  • Prozess
  • Der geschichtete optische Verbundwerkstoff kann durch ein beliebiges Verfahren, das dem Fachmann bekannt ist, und das er als zweckdienlich betrachtet, vorbereitet werden. Bevorzugte Verfahren umfassen physikalische Gasphasenabscheidung. Bevorzugte physikalische Gasphasenabscheidung ist Sputtern oder Verdampfen, bevorzugt Verdampfen. Eine bevorzugte physikalische Gasphasenabscheidung ist oxidative physikalische Gasphasenabscheidung.
  • Der Prozess umfasst bevorzugt einen Reinigungsschritt, bevorzugt der Vorderseitenfläche. Ein bevorzugter Reinigungsschritt kann Ultraschall umfassen. Ein bevorzugter Reinigungsschritt kann Wasser; ein alkalisches Reinigungsmittel, das bevorzugt einen pH in dem Bereich von 7,5 bis 9 aufweist; oder ein Reinigungsmittel mit neutralem pH, das nicht Wasser ist, involvieren.
  • Die Beschichtungsschichten werden bevorzugt mit einer Rate in dem Bereich von 0,5 bis 10 Å/s bevorzugt in den Bereich von 0,75 bis 8 Å/s, bevorzugter in dem Bereich von 1 bis 5 Å/s abgeschieden. Die Beschichtungsschichten werden bevorzugt mit einer Rate von mindestens 0,5 Å/s, bevorzugt mindestens 0,75 Å/s, bevorzugter mindestens 1 Å/s abgeschieden. Die Beschichtungsschichten werden bevorzugt mit einer Rate von bis zu 10 Å/s, bevorzugt bis zu 8 Å/s, bevorzugter bis zu 5 Å/s abgeschieden.
  • Physikalische Gasphasenabscheidung wird bevorzugt mit einer Substrattemperatur in dem Bereich von 110 bis 250 °C, bevorzugter in dem Bereich von 120 bis 230 °C, bevorzugter in dem Bereich von 140 bis 210 °C ausgeführt. Physikalische Gasphasenabscheidung wird bevorzugt mit einer Substrattemperatur von mindestens 110 °C, bevorzugter mindestens 120 °C, bevorzugter mindestens 140 °C ausgeführt. Physikalische Gasphasenabscheidung wird bevorzugt mit einer Substrattemperatur bis zu 250 °C, bevorzugter bis zu 230 °C, bevorzugter bis zu 210 °C ausgeführt.
  • In dem Fall von Polymersubstraten werden niedrigere Abscheidungsbereiche, wie von 100 bis 150 °C, bevorzugt.
  • Die physikalische Gasphasenabscheidung wird bevorzugt unter einem Druck von weniger als 1 × 10-2 Pa, bevorzugter weniger als 5 × 10-3 Pa, bevorzugter weniger als 3 × 10-3 Pa ausgeführt.
  • Vorrichtung
  • Ein Beitrag zum Überwinden mindestens einer der oben referenzierten Aufgaben erfolgt durch eine Vorrichtung, die eine oder mehrere erfindungsgemäße geschichtete optische Verbundwerkstoffe umfasst.
  • Eine Vorrichtung kann 2 oder mehrere erfindungsgemäße geschichtete optische Verbundwerkstoffe umfassen. Geschichtete optische Verbundwerkstoffe sind bevorzugt beabstandet. Eine bevorzugte Beabstandung liegt in dem Bereich von 600 nm bis ein mm, bevorzugt in dem Bereich von 5 µm bis 500 µm, bevorzugter in dem Bereich von 50 µm bis 400 nm. Eine bevorzugte Beabstandung beträgt mindestens 600 nm, bevorzugt mindestens 5 µm, bevorzugter mindestens 50 µm. Eine bevorzugte Beabstandung beträgt bis zu 1 mm, bevorzugt bis zu 500 µm, bevorzugter bis zu 400 nm. In einer Vorrichtung, die 2 oder mehrere geschichtete optische Verbundwerkstoffe umfasst, können die geschichteten optischen Verbundwerkstoffe für unterschiedliche Lichtwellenlängen angepasst und angeordnet werden.
  • Bei einer Ausführungsform werden drei geschichtete optische Verbundwerkstoffe für das Propagieren jeweils roten, grünen und blauen Lichts bereitgestellt. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform wird ein geschichteter optischer Verbundwerkstoff für das Propagieren von Licht bereitgestellt, das eine Wellenlänge in dem Bereich von 564 bis 580 nm aufweist. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform wird ein geschichteter optischer Verbundwerkstoff für das Propagieren von Licht bereitgestellt, das eine Wellenlänge in dem Bereich von 534 bis 545 nm aufweist. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform wird ein geschichteter optischer Verbundwerkstoff für das Propagieren von Licht bereitgestellt, das eine Wellenlänge in dem Bereich von 420 bis 440 nm aufweist.
  • Die Vorrichtung umfasst bevorzugt einen Projektor zum Projizieren eines Bilds in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff über ein Kopplungsmittel.
  • Optische In-Plane-Dämpfung
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen optischer In-Plane-Dämpfung durch ein Ziel. Das Verfahren umfasst bevorzugt das Durchgehen von Licht durch das Ziel und das Messen der Stärke des gestreuten Lichts, bevorzugt an einer Position vertikal verlagert von dem Weg des Lichts durch das Ziel. Das Verfahren umfasst bevorzugt ein Anpassen eines exponentiellen Abklingens an das gestreute Licht bezüglich der Weglänge durch das Ziel. Eine Lichtfalle befindet sich bevorzugt an dem Ende der Weglänge durch das Ziel.
  • Ein Beitrag zum Erzielen mindestens einer der oben beschriebenen Aufgaben erfolgt durch einen Prozess für das Auswählen eines geschichteten optischen Verbundwerkstoffs, der die folgenden Schritte umfasst:
    1. a. Bereitstellen von zwei oder mehreren geschichteten optischen Verbundwerkstoffen
    2. b. Bestimmen der optischen In-Plane-Dämpfung der geschichteten optischen Verbundwerkstoffe gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren
    3. c. Auswählen eines oder mehrerer der geschichteten optischen Verbundwerkstoffe.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird nun mittels nicht einschränkender Figuren veranschaulicht.
    • 1 zeigt ein Substrat, das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
    • 2 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein Substrat und 4 Beschichtungsschichten aufweist.
    • 3 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung mit Seitenkopplung eines überlagerten Bilds.
    • 4 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung mit Rückseitenkopplung eines überlagerten Bilds.
    • 5 zeigt eine AR-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 6 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein 4-schichtige Beschichtung aufweist.
    • 7 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein 6-schichtige Beschichtung aufweist.
    • 8 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, der eine Beschichtung aufweist, die sogenannten Nadelschichten umfasst.
    • 9 zeigt eine Vorrichtung, die drei geschichtete optische Verbundwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einem Stapel angeordnet sind, umfasst.
    • 10 zeigt eine Anordnung zum Bestimmen der optischen In-Plane-Dämpfung eines Ziels.
    • 11 zeigt ein beispielhaftes Tiefenprofil eines positiven Ions bei dem ToF-SIMS-Testverfahren.
    • 12 zeigt beispielhafte Reflexionsdaten mit einem numerischen Fit gemäß dem Reflexionsverfahren.
  • 1 zeigt ein Substrat, das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Das Substrat 101 weist eine Vorderseitenfläche 604 und eine Rückseitenfläche 605 auf. Die Richtung 107 geht von der Vorderseitenfläche 604 aus und ist zu ihr vertikal. Die Richtung 106 geht von der Rückseitenfläche 605 aus und ist zu ihr vertikal. Das Substrat weist eine Länge 602 und eine Breite 601 auf, die jeweils zu der Vorderseitenfläche parallel sind. Das Substrat weist eine Stärke 603 auf, die vertikal zu der Vorderseitenfläche 604 bestimmt wird.
  • 2 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein Substrat und 4 Beschichtungsschichten aufweist. Der geschichtete optische Verbundwerkstoff 100 umfasst ein Substrat 101, das eine Vorderseitenfläche und eine Rückseitenfläche aufweist. Die Richtung 107 geht von der Vorderseitenfläche aus, und die Richtung 106 geht von der Rückseitenfläche aus. Auf der Vorderseitenfläche wird eine Beschichtung aufgebracht, die aus einer ersten Beschichtungsschicht 102, einer zweiten Beschichtungsschicht 103, einer dritten Beschichtungsschicht 104 und einer vierten Beschichtungsschicht 105 besteht.
  • 3 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung mit Seitenkopplung eines überlagerten Bilds. Der geschichtete optische Verbundwerkstoff weist ein Substrat 101, das eine Vorderseitenfläche und eine Rückseitenfläche aufweist, auf. Auf der Vorderseitenfläche des Substrats 101 wird eine Beschichtung 201 aufgebracht. Ein Bild der realen Welt 204 tritt in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff durch die Vorderseitenfläche ein, geht durch die Beschichtung 201 und das Substrat 101 hindurch, um aus der Rückseitenfläche heraus zu gehen. Ein überlagertes Bild 203 wird an einem Projektor 202, der zu der Seite des geschichteten optischen Verbundwerkstoffs positioniert ist, und geht durch den geschichteten optischen Verbundwerkstoff quer zu der Vorderseitenfläche durch, um dann durch die Rückseitenfläche auszutreten. Das Bild der realen Welt 204 und das überlagerte Bild 203 werden beide von einem Beobachter, der sich hinter der Rückseitenfläche befindet, betrachtet. Bei einer Variante kann die Beschichtung 201 an der Rückseitenfläche an Stelle der Vorderseitenfläche aufgebracht werden. Bei einer Variante werden die Beschichtungen 201 sowohl an der Rückseitenfläche als auch der Vorderseitenfläche aufgebracht. Nicht gezeigt sind Auskopplungsmittel auf der Rückseitenfläche, zum Beispiel Beugungsgitter. Wo eine Beschichtung auf der Rückseitenfläche anwesend ist, befindet sich das Auskopplungsmittel bevorzugt zwischen dem Substrat und der Beschichtung.
  • 4 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung Rückseitenkopplung eines überlagerten Bilds. Der geschichtete optische Verbundwerkstoff weist ein Substrat 101 auf, das eine Vorderseitenfläche und eine Rückseitenfläche aufweist. Auf der Vorderseitenfläche des Substrats 101 wird eine Beschichtung 201 aufgebracht. Ein Bild der realen Welt 204 tritt in den geschichteten optischen Verbundwerkstoff durch die Vorderseitenfläche ein, geht durch die Beschichtung 201 und das Substrat 101 hindurch, um aus der Rückseitenfläche heraus zu gehen. Ein überlagertes Bild 203 wird an einem Projektor 202, der Rückseite des geschichteten optischen Verbundwerkstoffs positioniert ist, erzeugt, und geht durch den geschichteten optischen Verbundwerkstoff quer zu der Vorderseitenfläche durch, um dann durch die Rückseitenfläche auszutreten. Das Bild der realen Welt 204 und das überlagerte Bild 203 werden beide von einem Beobachter, der sich hinter der Rückseitenfläche befindet, betrachtet. Bei einer Variante kann die Beschichtung 201 an der Rückseitenfläche an Stelle der Vorderseitenfläche aufgebracht werden. Bei einer Variante werden die Beschichtungen 201 sowohl an der Rückseitenfläche als auch der Vorderseitenfläche aufgebracht. Nicht gezeigt sind Auskopplungsmittel auf der Rückseitenfläche, zum Beispiel Beugungsgitter. Wo eine Beschichtung auf der Rückseitenfläche anwesend ist, befindet sich das Auskopplungsmittel bevorzugt zwischen dem Substrat und der Beschichtung.
  • 5 zeigt eine AR-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Satz von Brillen/Blende weist einen Bildschirm 301 auf, der den erfindungsgemäßen geschichteten optischen Verbundwerkstoff umfasst. Ein Bild der realen Welt 204 dringt in den Bildschirm 301 von der Vorderseite ein, um die Rückseite zu erreichen. Ein überlagertes Bild 203 wird von einem Projektor 202, der sich hinter dem Bildschirm 301 befindet, projiziert. Das überlagerte Bild 203 propagiert innerhalb der Ebene des Bildschirms 301 und tritt durch seine Rückseitenfläche aus. Sowohl das Bild der realen Welt 204 als auch das überlagerte Bild 203 werden hinter der Rückseitenfläche empfangen.
  • 6 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein 4-schichtige Beschichtung aufweist. Der geschichtete optische Verbundwerkstoff weist ein Substrat 101 auf, das eine Vorderseitenfläche aufweist, die in dem Diagramm aufwärts gerichtet ist, und eine entgegengesetzte Rückseitenfläche. An die Vorderseitenfläche werden in dieser Reihenfolge eine Schicht 401 mit hohem Brechungsindex, eine Schicht 402 mit niedrigem Brechungsindex, eine Schicht 401 mit hohem Brechungsindex und eine Schicht 402 mit niedrigem Brechungsindex aufgebracht. In diesem Fall ist die abschließende Schicht 402 stärker als die anderen Schichten. Aus einer anderen Perspektive ist die abschließende Schicht 402 stärker als die vorhergehende Schicht 401. Jede der Schichten 401 oder 402 ist in diesem Fall stärker als 5 nm. Optional könnten weitere Nadelschichten, die eine Stärke von 5 nm oder weniger aufweisen, zwischen oder innerhalb der Schichten liegen. 6 bildet auch einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff ab, der Bereiche mit hohem Brechungsindex vom Typ A 401 und Bereiche mit niedrigem Brechungsindex vom Typ B 402 umfasst.
  • 7 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein 6-schichtige Beschichtung aufweist. Der geschichtete optische Verbundwerkstoff weist ein Substrat 101 auf, das eine Vorderseitenfläche aufweist, die in dem Diagramm aufwärts gerichtet ist, und eine entgegengesetzte Rückseitenfläche. Auf die Vorderseitenfläche werden in dieser Reihenfolge eine Schicht 401 mit hohem Brechungsindex, eine Schicht 402 mit niedrigem Brechungsindex, eine Schicht 401 mit hohem Brechungsindex 402, eine Schicht 401 mit niedrigem Brechungsindex und eine Schicht 402 mit niedrigem Brechungsindex aufgebracht. In diesem Fall ist die abschließende Schicht 402 stärker als die anderen Schichten. Jede der Schichten 401 oder 402 ist in diesem Fall stärker als 5 nm. Optional könnten weitere Nadelschichten, die eine Stärke von 5 nm oder weniger aufweisen, zwischen oder innerhalb der Schichten liegen. 7 bildet auch einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff ab, der Bereiche mit hohem Brechungsindex vom Typ A 401 und Bereiche mit niedrigem Brechungsindex vom Typ B 402 umfasst.
  • 8 zeigt einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, der eine Beschichtung aufweist, die sogenannte Nadelschichten umfasst. Der geschichtete optische Verbundwerkstoff weist ein Substrat 101 auf, das eine Vorderseitenfläche aufweist, die in dem Diagramm aufwärts gerichtet ist, und eine entgegengesetzte Rückseitenfläche. Auf die Vorderseitenfläche werden in dieser Reihenfolge eine Nadelschicht 404 aufgebracht, die einen niedrigen Brechungsindex aufweist, eine Schicht 401 mit hohem Brechungsindex, eine Schicht 402 mit niedrigem Brechungsindex, eine Schicht 401 mit hohem Brechungsindex, in der sich eine Nadelschicht 405 mit niedrigem Brechungsindex befindet, eine Schicht 402 mit niedrigem Brechungsindex und schließlich eine Nadelschicht 403 mit einem hohen Brechungsindex aufgebracht. 8 bildet auch einen geschichteten optischen Verbundwerkstoff ab, der Bereiche mit hohem Brechungsindex vom Typ A 401 und Bereiche mit niedrigem Brechungsindex vom Typ B 402 umfasst.
  • 9 zeigt eine Vorrichtung, die drei geschichtete optische Verbundwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einem Stapel angeordnet sind, umfasst. Die geschichteten optischen Verbundwerkstoffe 501 sind parallel, als ein Stapel überlappend, mit ihren Vorderseitenflächen in dieselbe Richtung ausgerichtet. Die geschichteten optischen Verbundwerkstoffe 501 sind durch Abstandhalter 502 beabstandet, um einen Luftspalt zwischen ihnen zu belassen. Ein Bild der realen Welt 204 dringt durch die geschichteten optischen Verbundwerkstoffe ein, tritt sequenziell durch die Rückseitenfläche der letzten davon aus. Ein separater Projektor 202 injiziert ein überlagertes Bild 203 in jeden der geschichteten optischen Verbundwerkstoffe. In jedem Fall tritt das überlagerte Bild 203 aus dem geschichteten optischen Verbundwerkstoff durch die Rückseitenfläche aus und kombiniert sich mit dem Bild der realen Welt hinter den Rückseitenflächen, um die Augmented Reality zu ergeben.
  • 10 zeigt eine Anordnung zum Bestimmen der optischen In-Plane-Dämpfung eines Ziels. Das Ziel 804 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, der einen Durchmesser von 20 cm aufweist. Licht wird in das Ziel 804 von einer Licht leitenden 801 eingeführt und folgt einem Weg 802 durch das Ziel 804. Auf der entgegengesetzten Seite des Ziels 804 befindet sich eine Lichtfalle 803. Die Stärke des gestreuten Lichts wird unter Verwenden einer Kamera gemessen, die sich 50 cm oberhalb der geometrischen Mitte des Ziels befindet.
  • 11 zeigt ein beispielhaftes Tiefenprofil eines positiven Ions bei dem ToF-SIMS-Testverfahren. Diese Daten betreffen einen Prüfkörper, der die folgende Beschichtung aufweist: 14 nm TiO2, 32 nm SiO2, 124 nm TiO2, 100 nm SiO2.
    12 zeigt beispielhafte Reflexionsdaten mit einem numerischen Fit gemäß dem Reflexionsverfahren. Diese Daten betreffen einen Prüfkörper, der die folgende Beschichtung aufweist: 14 nm TiO2, 32 nm SiO2, 124 nm TiO2, 100 nm SiO2.
  • Testverfahren
  • Außer bei anderer Angabe werden alle Testverfahren bei einer Temperatur von 25 °C und einem Druck von 101 325 Pa ausgeführt. Außer bei anderer Angabe erfolgen optische Messungen unter Verwenden einer Wellenlängenquelle zu 550 nm.
  • Biegung (Englisch: bow)
  • Die Biegung wird gemäß ASTM F534 gemessen
  • Verwerfung (Englisch: warp)
  • Die Verwerfung wird gemäß ASTM F657 gemessen
  • Optische In-Plane-Dämpfung
  • Das Zielsubstrat oder der geschichtete optische Verbundwerkstoff wird als eine kreisförmige Scheibe mit einem Durchmesser von 15 cm bereitgestellt. In dem Fall des geschichteten optischen Verbundwerkstoffs ist die Vorderseitenfläche (mit der Beschichtung) nach oben gerichtet. Eine Lichtleitfaser, die eine numerische Apertur von 0,15 aufweist, ist angeordnet, um Licht in das Ziel zu injizieren, indem ein flacher Bereich zu 3 mm an einer Seite des Ziels poliert wird, und die Auslassfläche der Faser parallel zu und in physischem Kontakt damit eingerichtet wird. Ein Immersionsöl, das aus der folgenden Liste ausgewählt ist, wird zwischen der Faser und dem Ziel verteilt: Cargille Labs Series A (1,460 ≤ n ≤ 1,640), Cargille Labs Series B (1,642 ≤ n ≤ 1,700), Cargille Labs Series M (1,705 ≤ n ≤ 1,800), Cargille Labs Series H (1,81 ≤ n ≤ 2,00), Cargille Labs Series EH (2,01 ≤ n ≤ 2,11), Cargille Labs Series FH (2,12 ≤ n ≤ 2,21), Cargille Labs Series GH (2,22 ≤ n ≤ 2,31). Das Immersionsöl, das einen Brechungsindex aufweist, der dem des Ziels am nächsten ist, wird ausgewählt. Das Licht aus der Faser wird zu der geometrischen Mitte des Ziels injiziert und bewegt sich durch das Ziel zu der entgegengesetzten Seite. Das Ausbreiten wird von der numerischen Apertur von 0,15 bestimmt. An der entgegengesetzten Seite ist eine Lichtfalle angeordnet, um Reflexion zu reduzieren. Eine CCD-(Charge Coupled Device)-Kamera befindet sich 50 cm oberhalb der geometrischen Mitte des Ziels, zu dem Ziel gerichtet. Die Kamera nimmt ein Grauskalenbild des Ziels auf. Die Stärke des gestreuten Lichts wird an Intervallen von 0,8 cm entlang der Linie zwischen dem Injektionspunkt und der entgegengesetzten Seite gemessen. Die Stärke des gestreuten Lichts wird an eine exponentielle, normierte Abklingkurve angepasst, und der Wert an der entgegengesetzten Seite wird extrapoliert, um die optische In-Plane-Dämpfung zu ergeben. Außer bei anderer Angabe wird die optische In-Plane-Dämpfung unter Verwenden einer Wellenlängenquelle zu 450 nm gemessen.
  • Das Gerät wird durch Messen des Fotostroms unter Verwenden einer Integrationskugel an der Mitte des Ziels kalibriert. Der Bildverarbeitungsalgorithmus erzeugt einen kreisförmigen Bereich mit derselben Größe und Position wie der Eingangsport der Kugel. Das Grauskalensignal innerhalb dieses Bereichs wird kumuliert, um das Grauskalensignal in der Kamera mit der radiometrischen Welt zu kalibrieren.
  • Schichtstärke und chemische Zusammensetzung
  • Die Schichtstärke und chemische Zusammensetzung eines geschichteten optischen Verbundwerkstoffs werden unter Verwenden einer Kombination von Flugzeit-Sekundärionen-Spektroskopie (ToF-SIMS) bestimmt, um die Schichtanordnung zu bestimmen, und Reflektometrie, um die Schichtstärken zu bestimmen. Die Oberfläche wird zunächst unter Verwenden von Isopropanol und vollentsalztem Wasser gereinigt. Im Anschluss an das Reinigen werden Reinigungsbedingungen verwendet, um Kontamination des Prüfkörpers zu verhindern. Die ToF-SIMS-Messung erfolgt auf dem gereinigten Prüfkörper. ToF-SIMS-Tiefeprofile wurden unter Verwenden einer ToF-SIMS IV-100, erhältlich bei ION-TOF-GmbH, ausgestattet mit 25-keV-Ga+-Primärionen, ausgeführt. Positiv und negativ geladene Ionen wurden in 2 aufeinanderfolgenden Analyseschritten analysiert. Die Analyse der positiv geladenen Ionen wurde auf einer Fläche von 50 × 50 µm2 mit einem Primärionenstrom von 2,0 pA ausgeführt. Die Sputterbehandlung wurde in abwechselndem Modus durch eine O2-Sputter-Ionenquelle für positive Ionenerfassung auf einer Fläche von 300 × 300 µm2 mit einer Energie von 1,0 keV und einem Sputterstrom von 350 nA ausgeführt. Für die Ladungskompensation wurde eine Elektronen-„Flood Gun“ verwendet. Die Analyse der negativ geladenen Ionen wurde auf einer Fläche von 50 × 50 µm2 mit einem Primärionenstrom von 1,0 pA ausgeführt. Die Sputterbehandlung wurde durch einen abwechselnden Modus durch eine Cs+-Sputter-Ionenquelle für negative Ionenerfassung auf einer Fläche von 300 × 300 µm2 mit einer Energie von 0,5 keV und einem Sputterstrom von 40 nA ausgeführt. Für die Ladungskompensation wurde eine Elektronen-„Flood Gun“ verwendet. Zur Datenverarbeitung wurde die Software SurfaceLab 6.7 verwendet. Ein beispielhaftes Diagramm in dem Fall eines 4-schichtigem SiO2/TiO2-Systems ist in 11 gezeigt.
  • Sobald die Schichtidentitäten und die Reihenfolge unter Verwenden der ToF-SIMS bestimmt wurden, werden die Schichtstärken durch Verwendung des Oberflächenreflexionsgrads bestimmt. Zunächst wird eine unbeschichtete Rückseitenoberflache des Prüfkörpers unter Verwenden von Sandpapier aufgeraut, um ein milchiges Aussehen auf der Rückseitenfläche zu erhalten, um spiegelnde Rückseitenoberflächenreflexion zu verhindern. Dann wird ein schwarzer Permanentmarker vom Typ „Edding 8750“ verwendet, um die Rückseitenfläche zu schwärzen. Die Reflexionsmessung wird unter Verwenden des Reflektometers Lambda900 von Perkin Elmer ausgeführt. Das Werkzeug misst die spiegelnde Reflexion im Vergleich zu der Wellenlänge. Über den Bereich 400 bis 700 nm wird ein Spektrum gemessen. Ein Satz von Stärke- und Brechungsindexwerten für die individuellen Schichten wird zu der gemessenen Reflexionskurve unter Verwenden der Software für optisches Design TFCalc angepasst. Ein beispielhaftes Diagramm in dem Fall eines 4-schichtigem SiO2/TiO2-Systems ist in 12 gezeigt.
  • Brechungsindex
  • Der Brechungsindex wird durch Ellipsometrie gemessen. Zunächst wird eine unbeschichtete Rückseitenoberflache des Prüfkörpers unter Verwenden von Sandpapier aufgeraut, um ein milchiges Aussehen auf der Rückseitenfläche zu erhalten, um spiegelnde Rückseitenoberflächenreflexion zu verhindern. Dann wird ein schwarzer Permanentmarker vom Typ „Edding 8750“ verwendet, um die Rückseitenfläche zu schwärzen. Die Messung erfolgt mit einem Woollam M-2000 unter mehreren Einfallswinkeln: 60°, 65° und 70°. Das Modellieren der Schichten aus SiO2 erfolgte unter Verwenden des Dispersionsmodells gemäß „Sellmeier“, das die TiO2-Schichten modelliert, unter Verwenden des Dispersionsmodells gemäß „Cody-Lorentz“. Substratdaten wurden aus der Datenbank genommen.
  • Rauigkeit
  • Die Oberflächenrauigkeit wird unter Verwenden eines Atomkraftmikroskops, Modell DI Nanoskop D3100-S1, von Digital Instruments gemessen. Eine Fläche des Prüfkörpers zu 2 µm × 2 µm wird im Tapping Mode gescannt, wobei die Fläche mit 256 Zeilen pro Bild und 256 Punkten pro Zeile gescannt wird. Die Abtastrate beträgt 0,7 Hz. Der Cantilever hat eine Spitze mit einem Spitzenradius von ≤ 10 nm. Die Topographie des Prüfkörpers wird durch Bewerten der Änderung der Amplitude des oszillierenden Cantilever beim Abtasten der Oberfläche gemessen. Die Rohdaten werden durch einen Zeilen-Fit unter Verwenden eines polynomischen Fit 3. Ordnung erhoben. Der quadratische Mittelwert der Rauigkeit Rrms wird durch die Software von AFM unter Verwenden der Formel R r m s = 1 2 ∑ i = 1 n y i 2 ,
    Figure DE102019211256A1_0001
    berechnet, wobei n = 256 * 256 = 65536 und yi der Höhenwert an jeder der 65536 gemessenen Positionen ist.
  • Beispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird nun mittels nicht einschränkender Beispiele veranschaulicht.
  • Beispiel 1
  • Die geschichteten optischen Verbundwerkstoffe, die Schichtanordnungen gemäß den Tabellen 2 bis 8 aufweisen, wurden wie folgt vorbereitet: Zunächst wurde ein 300 µm starker kreisförmiger Wafer mit einem Durchmesser von 150 mm bereitgestellt. In jedem Fall ist das Material N-SF6, das bei Schott AG erhältlich ist. Eine Vorderseitenfläche des Wafers wurde in einem Bad aus vollentsalztem Wasser bei 40 °C mit Ultraschall bei 130 kHz während 200 Sekunden gereinigt. Der Wafer wurde dann mit Luft bei 60 °C während 500 Sekunden getrocknet. Es wurde eine Oberfläche erhalten, die fast vollständig frei von Verunreinigungspartikeln ist. Der Wafer wurde auf die Verdunstungskuppel in der Vakuumkammer einer Leybold APS 1104 montiert, und die Verdampfungsmaschine wurde mit den zweckdienlichen Beschichtungsmaterialien beladen. Der Druck der Evakuierungskammer wurde auf 1 × 10-3 Pa abgesenkt. Schichten gemäß Tabelle 1 wurden mit einer Rate von 2,5 Ä/s mit einer Ionenenergie von 60 eV abgeschieden. Die Brechungsindices für die Schichtmaterialien stehen in Tabelle 1. Für jedes Beispiel wurde die optische Dämpfung als der Index der angepassten exponentiellen Abklingkurve berechnet. In jeder Tabelle ist die optische Dämpfung auf dem ersten Beispiel normiert. Die Resultate sind in den individuellen Tabellen 2 bis 8 gezeigt und in Tabelle 9 zusammengefasst. Tabelle 1
    Material n @450 nm n @550 n @650 nm
    SiO2 1,463 1,460 1,450
    MgF2 1,382 1,379 1,377
    N-SF1 1,744 1,723 1,711
    N-SF6 1,841 1,812 1,797
    N-SF66 1,974 1,932 1,911
    Si3N4 2,079 2,050 2,037
    ZrO2 2,197 2,160 2,149
    Ta2O5 2,183 2,141 2,117
    HfO2 2,140 2,117 2,104
    Nb2O5 2,452 2,360 2,316
    TiO2 2,518 2,410 2,370
    P-SF68 2,060 2,015 1,993
    MX1 2,130 2,065 2,030
    *MX1: TiO2/SiO2 Mischverhältnis 60:40
    Tabelle 2
    Beschichtungsdesign
    Beispiel Glas TiO2 (nm) SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) Luft Stärke (nm) Optische Dämpfung
    1a 22 33 28 109 192 1,00
    1b 17 25 120 95 257 1,15
    Tabelle 3
    Beschichtungsdesign
    Beispiel Glas Nb2O5 (nm) SiO2 (nm) Nb2O5 (nm) SiO2 (nm) Luft Stärke (nm) Optische Dämpfung
    2a 23 32 28 108 191 1,00
    2b 18 24 121 94 257 1,10
    Tabelle 4
    Beschichtungsdesign
    Beispiel Glas ZrO2 (nm) SiO2 (nm) ZrO2 (nm) SiO2 (nm) Luft Stärke (nm) Optische Dämpfung
    3a 42 18 47 101 208 1,00
    3b 14 15 144 92 265 1,08
    Tabelle 5
    Beschichtungsdesign
    Beispiel Glas TiO2 (nm) SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) Luft Stärke (nm) Optische Dämpfung
    4a 15 32 35 35 26 112 255 1,00
    4b 17 21 123 29 7 58 255 1,16
    Tabelle 6
    Beschichtungsdesign
    Beispiel Glas TiO2 (nm) SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) Luft Stärke (nm) Optische Dämpfung
    5a 15 32 35 35 26 112 255 1,000
    5b 16 31 34 35 25 110 251 1,050
    Tabelle 7
    Beschichtungsdesign
    System Glas SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) Luft Stärke (nm)
    6a 32 35 35 26 112 240
    6b 21 123 29 7 58 238
    Tabelle 8
    Beschichtungsdesign
    System Glas SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) TiO2 (nm) SiO2 (nm) Luft Stärke (nm)
    7a 12 6 184 14 22 93 87 418
    7b 10 21 39 36 21 140 91 358
    Tabelle 9
    Beispiel Rauigkeit Gesamtbeschichtungsstärke (nm) Gesamtstärke des Materials mit hohem Brechungsindex (nm) Verhältnis des Materials mit hohem Brechungsindex zu der Gesamtstärke Optische Dämpfung
    1a 0,7 192 50 26% 1,00
    1b 0,8 257 137 53% 1,15
    2a 0,7 191 51 27% 1,00
    2b 0,7 257 139 54% 1,10
    3a 0,8 208 89 43% 1,00
    3b 0,7 265 158 60% 1,08
    4a 0,7 255 76 30% 1,00
    4b 0,7 255 147 58% 1,16
    5a 0,7 255 76 30% 1,00
    5b 2,3 251 75 30% 1,05
    6a 0,6 240 61 25% 1,00
    6b 0,8 238 130 55% 1,15
    7a 0,9 418 113 27% 1,00
    7b 0,8 358 197 55% 1,16
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Geschichteter optischer Verbundwerkstoff
    101
    Substrat
    102
    Erste Beschichtungsschicht
    103
    Zweite Beschichtungsschicht
    104
    Dritte Beschichtungsschicht
    105
    Vierte Beschichtungsschicht
    106
    Rückwärtsrichtung
    107
    Vorwärtsrichtung
    201
    Beschichtung
    202
    Projektor
    203
    Überlagertes Bild
    204
    Bild der realen Welt
    301
    Bildschirm
    401
    Schicht mit hohem Brechungsindex
    402
    Schicht mit niedrigem Brechungsindex
    403
    Nadelschicht mit hohem Brechungsindex
    404
    Nadelschicht mit niedrigem Brechungsindex
    405
    Nadelschicht mit niedrigem Brechungsindex
    501
    Geschichteter optischer Verbundwerkstoff
    502
    Abstandhalter
    601
    Breite
    602
    Länge
    603
    Stärke
    604
    Vorderseitenfläche
    605
    Rückseitenfläche
    801
    Lichtleitfaser
    802
    Lichtweg
    803
    Lichtfalle
    804
    Ziel
    805
    Kamera
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007022048 A1 [0055]

Claims (16)

  1. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff, der Folgendes umfasst: i.) ein Substrat, das eine Vorderseitenfläche, eine Rückseitenfläche, eine Stärke ds zwischen der Vorderseitenfläche und der Rückseitenfläche und einen Brechungsindex ns aufweist, ii.) eine Beschichtung, die auf die Vorderseitenfläche aufgebracht wird, wobei die Beschichtung eine Gruppe A aus Beschichtungsschichten umfasst, die einen Brechungsindex von 1,7 oder mehr aufweisen, und eine Gruppe B aus Beschichtungsschichten, die einen Brechungsindex von weniger als 1,7 aufweisen; wobei die Summe der Stärken der Schichten der Gruppe A maximal 55 % der Gesamtstärke dc der Beschichtung beträgt.
  2. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eines oder mehrere der folgenden Kriterien erfüllt: a. eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die Stickstoff umfassen; b. eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die Nitrid umfassen; c. eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die Si3N4 umfassen; d. eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die AlN umfassen; e. eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die kristallines TiO2 umfassen; f. eine Gesamtstärke von weniger als 85 nm für Beschichtungsschichten, die TiO2 umfassen.
  3. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat einen Brechungsindex von 1,6 oder mehr aufweist.
  4. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eines oder mehrere der Folgenden erfüllt sind: i.) Die Stärke ds liegt in dem Bereich von 10 bis 1500 µm; ii.) Ein Krümmungsradius ist größer als 600 mm; iii.)Eine In-Plane-Dämpfung, die vertikal zu der Vorderflächenseite gemessen ist, von maximal 20 %; iv.) Eine Oberflächenrauigkeit des Substrats von weniger als 5 nm; v.) Eine Oberflächenrauigkeit der Beschichtung von weniger als 5 nm; vi.) Eine Stärkenvariation insgesamt von weniger als 5 µm; vii.) Eine maximale lokale Stärkenvariationen über 75 % der Vorderseitenfläche von weniger als 5 µm; viii.) Eine Verwerfung (Englisch: warp) von weniger als 350 µm; ix.) Eine Biegung (Englisch: bow) von weniger als 300 µm.
  5. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht umfasst, die einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,70 bis 2,60 umfasst.
  6. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung eine Beschichtungsschicht umfasst, die einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,37 bis 1,60 umfasst.
  7. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat aus Glas, Polymer, optischen Keramiken oder Kristallen ausgewählt ist.
  8. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der ein Mittel zum Einkoppeln von Licht in den oder Auskoppeln von Licht aus dem geschichteten optischen Verbundwerkstoff umfasst.
  9. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der geschichtete optische Verbundwerkstoff ein Wafer ist.
  10. Geschichteter optischer Verbundwerkstoff nach Anspruch 9, wobei eines oder alle der folgenden Kriterien erfüllt sind: i.) die Vorderseitenfläche weist eine Oberfläche in dem Bereich von 0,010 bis 0,500 m2 auf, ii.) Die Stärke ds liegt in dem Bereich von 10 bis 1500 µm; iii.) Die Stärke ds liegt in dem Bereich von 10 bis 1500 µm; iv.) Ein Krümmungsradius ist größer als 600 mm; v.) Eine In-Plane-Dämpfung, die vertikal zu der Vorderflächenseite gemessen ist, von maximal 20 %; vi.) Eine Oberflächenrauigkeit des Substrats von weniger als 5 nm; vii.) Eine Oberflächenrauigkeit der Beschichtung von weniger als 5 nm; viii.) Eine Gesamtstärkenvariation insgesamt von weniger als 5 µm; ix.) Eine maximale lokale Stärkenvariationen über 75 % der Vorderseitenfläche von weniger als 5 µm; x.) Eine Verwerfung von weniger als 350 µm; xi.) Eine Biegung von weniger als 300 µm; xii.) Eine Kreisform.
  11. Vorrichtung, die einen oder mehrere geschichtete Verbundwerkstoffe nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst. Bevorzugte Vorrichtungen sind Augmented-Reality-Vorrichtungen. Bevorzugte Vorrichtungen sind Blenden, Brillen oder Head-Up-Displays.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, die eine Gruppe aus x geschichteten Verbundwerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst, wobei x eine Ganzzahl von mindestens 2 ist; wobei die x geschichteten Verbundwerkstoffe in einem Stapel angeordnet sind, ihre Vorderseitenflächen parallel und in dieselbe Richtung ausgerichtet sind, und wobei ein Abstandhalterbereich, der aus einem Material besteht, das einen Brechungsindex unter 1,3 aufweist, zwischen jeder Paarung einer Vorderseitenfläche mit einer anschließenden Rückseitenfläche anwesend ist.
  13. Prozess zum Vorbereiten eines geschichteten optischen Verbundwerkstoffs, der die folgenden Prozessschritte umfasst: iii.) Bereitstellen eines Substrats, das eine Vorderseitenfläche und eine Rückseitenfläche aufweist; iv.) Aufbringen einer oder mehrerer Beschichtungsschichten an der Vorderseitenfläche durch physikalische Gasphasenabscheidung, bevorzugt durch oxidative physikalische Gasphasenabscheidung.
  14. Prozess zum Herstellen einer Augmented-Reality-Vorrichtung, der die folgenden Schritte umfasst: i.) Bereitstellen eines Wafers nach Anspruch 1 bis 10; ii.) Reduzieren der Oberflächenfläche der Vorderseitenfläche, um einen Abschnitt zu erhalten; iii.)Bereitstellen des Abschnitts als einen Anzeigebildschirm in der Augmented-Reality-Vorrichtung.
  15. Verwendung eines geschichteten optischen Verbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Augmented-Reality-Vorrichtung.
  16. Verwendung einer Beschichtung, deren Stärke zu maximal 55 % aus einem Material besteht, das einen Brechungsindex über 1,7 aufweist, um Querpropagation eines Bilds in einem Substrat zu verbessern.
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