Bildqualität von Head-up-Displays in Autos durch Top-Hat-Lichtverteilungsstruktur „Diffusion Microlens Array“ verbessert

Die wachsende Popularität von Head-up-Displays

Head-Up-Displays (HUDs) wurden in den letzten Jahren in Luxusautos der Spitzenklasse verbaut. Dexerials entwickelte das Diffusive MicroLens Array (DMLA), um das Fahrerlebnis zu verbessern und die Bildqualität der HUDs zu verbessern.

Was ist die Hauptfunktion des diffusiven Mikrolinsenarrays?

Ein HUD projiziert Bilder auf die Windschutzscheibe, um den Fahrzeugfahrer zu informieren. Ein Diffusive MicroLens Array (DMLA) ist eine optische Komponente im HUD. Es erhöht die Helligkeit und reduziert optische Defekte des auf die Windschutzscheibe projizierten Bildes.

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Warum setzen viele europäische Automobilhersteller auf HUDs?

In Europa gibt es nur in Deutschland keine allgemeine Geschwindigkeitsbegrenzung auf Autobahnen. Es ist sehr gefährlich für einen Fahrer, bei hoher Geschwindigkeit von 170–180 km/h auch nur einen kurzen Blick auf das Navigationssystem zu werfen. Der Fahrer kann jedoch seine Augen auf der Straße behalten und mithilfe eines HUD die notwendigen Informationen aus dem auf die Windschutzscheibe projizierten Bild entnehmen.

Aufgrund dieses Vorteils setzen immer mehr Automobilhersteller HUDs ein.

Die Top-Hat-Lichtverteilung verbessert die Helligkeit um ca. 40 % und reduziert optische Ungleichmäßigkeiten

HUDs tragen zur Sicherheit des Fahrers bei, es gibt jedoch noch viele Probleme, wie z. B. Blickwinkel und Bildqualität. Das DMLA von Dexerials ist die Lösung für diese Probleme.

Wie werden DMLAs in HUDs verwendet?

Automobil-HUDs nutzen das gleiche Prinzip wie Konferenzraumprojektoren. Das von der LED Lichtquelle emittierte Licht wird durch einen Diffusor (Diffusionsfolie) effizient gestreut, beleuchtet das Flüssigkristalldisplay (LCD) und projiziert das Bild anschließend über einen Spiegel im HUD auf die Windschutzscheibe. Das projizierte Bild muss hell genug sein, um jederzeit sichtbar zu sein und gleichzeitig wenig Strom zu verbrauchen. Zudem verfügen aktuelle HUDs über kleinere Bildschirme und können im Vergleich zu Navigationsdisplays nur eine begrenzte Menge an Informationen anzeigen. Um diese Sichtbarkeitsprobleme zu lösen, empfiehlt sich die DMLA von Dexerials.

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Welche Prinzipien verwenden DMLAs, um diese Herausforderungen zu lösen?

Die folgende Abbildung zeigt eine Querschnittsstruktur und ein Bild des DMLA von Dexerials. Herkömmliche Diffusoren haben eine flache Oberfläche, die Oberfläche des DMLA von Dexerials hingegen ist konvex und konkav geformt und weist keine Zwischenräume auf. Dadurch wird die Helligkeit des gestreuten Lichts über den gesamten Bildschirm gleichmäßig verteilt, ungleichmäßige Helligkeit wird reduziert und eine effiziente Streuung erreicht.

Die folgende Grafik zeigt, wie sich die DMLA von Dexerials auf die Lichtverteilung auswirkt. Die einzigartige Lichtverteilungsstruktur der DMLA wird als „Top-Hat-Lichtverteilung“ bezeichnet.

Diese Zylinder-Lichtverteilung ermöglicht HUDs einen größeren Blickwinkel mit höherer Bildqualität als herkömmliche Produkte (siehe Abbildung unten). Die Technologie von Dexerials ermöglicht zudem die Anpassung der Form des Streulichts. Durch die Verschiebung des Streuwinkels in X- und Y-Richtung ist eine elliptische Lichtverteilung möglich.

Technologien für zukünftige Autos

Dexerials erweitert seine Anwendungen auf den Automobilmarkt und nicht nur auf den Markt für Unterhaltungselektronik.

Was stellt sich Dexerials für die Zukunft von HUDs über die DMLA-Technologie hinaus vor?

Um 2015 begann Dexerials, sich auf die Automobilindustrie zu konzentrieren. Bis dahin wurden die Komponenten von Dexerials für Unterhaltungselektronikgeräte wie Mobiltelefone und PCs entwickelt. Im Vergleich zum Markt für Unterhaltungselektronik benötigen Produkte für Automobilanwendungen deutlich mehr Zeit für Entwicklung und Tests.

Es besteht kein Zweifel daran, dass die Größe der Displays im Fahrzeug zunehmen wird. Mit der Weiterentwicklung der autonomen Fahrtechnologie wird auch Augmented Reality (AR) an Bedeutung gewinnen. Beispielsweise werden Autos mit Sensoren ausgestattet, die Position und Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs erfassen und in Echtzeit den optimalen Weg auf die Windschutzscheibe projizieren. Automobilhersteller prüfen verschiedene Optionen, beispielsweise die Implementierung stereoskopischer 3D-Bilder.

Die Technologien zur Lichtsteuerung und Bildprojektion werden sich weiterentwickeln. Kameras und Displays werden beispielsweise Spiegel ersetzen, Werbung auf der Heckscheibe angezeigt und beleuchtete Lichter werden eingesetzt, um Fußgängern und Gegenverkehr automatisch auszuweichen. Dexerials wird mit seiner Expertise im Markt für Unterhaltungselektronik auch weiterhin zum technologischen Fortschritt zukünftiger Automobile beitragen.