CN106082712B - 一种抬头显示前挡风玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及抬头显示技术领域，特别是涉及一种汽车上的抬头显示系统，具体地是一种能够用在抬头显示系统中的抬头显示前挡风玻璃。该抬头显示前挡风玻璃包括内玻璃板、外玻璃板以及夹在内玻璃板和外玻璃板之间的中间膜片，还包括透明纳米膜以及低表面能膜层，所述透明纳米膜包括至少一个从内玻璃板表面向外依次沉积的高折射率层/低折射率层的叠层结构。本发明能够保证前挡风玻璃的内表面上难以沾上指纹或其他污物，保持内玻璃板的内表面的清洁；同时在保证对P偏振光反射率基本不变、前挡光谱和颜色特性基本不变的情况下明显减少了高角度反射情况下的黄色成分，可以获得优美的蓝色反光。

Description

一种抬头显示前挡风玻璃
技术领域：
本发明涉及抬头显示技术领域，特别是涉及一种汽车上的抬头显示系统，具体地是一种能够用在抬头显示系统中的抬头显示前挡风玻璃。
背景技术：
随着科学技术的发展，抬头显示(HUD，Head Up Display)系统被越来越多地在汽车上使用。汽车上的抬头显示系统能够将重要的行车信息，例如速度、发动机转数、油耗、胎压、导航以及外接智能设备的信息实时地显示在前挡风玻璃上驾驶员的视野中，这样使得驾驶员不必低头，就可以看到行车信息，从而避免分散对前方道路的注意力；同时使得驾驶员不必在观察远方的道路和近处的仪表之间调节眼睛，可以避免眼睛的疲劳，能够极大地增强行车安全和改进驾驶体验。
目前抬头显示技术的实现主要通过发光成像和投影成像两种方式，其中投影成像利用汽车前挡风玻璃本身或者额外设置的光学元件进行投影显示，而采用前挡风玻璃来反射投影图像是结构最简单的方式。一般的前挡风玻璃均为夹层玻璃，其是由至少两片具有一定曲率的玻璃基板中间夹设热塑性聚合物膜片(如聚乙烯醇缩丁醛即PVB)构成，抬头显示系统的投影光源发出的光经过夹层玻璃与空气接触的两个表面时会发生反射，两个表面上的反射影像会产生偏移从而形成两个相互干扰的重影，特别是在夹层玻璃的厚度较厚(一般超过3mm)的情况下会更加明显，这极大地限制了投影显示图像的清晰度。
为解决汽车前挡风玻璃上抬头显示系统的重影问题，现有技术中已经存在若干方案。例如专利CN101038349(A)、US2002172804(A1)和US2007148472(A1)公开了其中的一种解决方案是采用楔形的聚合物膜片作为夹层玻璃的中间层，使得夹层玻璃上、下厚度呈楔形变化，从而使驾驶员看到的两个表面上的反射影像基本重合，最终大幅度地消除重影问题。还有一种解决方案是在夹层玻璃的表面或中间设置能够改变偏振光方向的光学功能层或能够反射P偏振光或S偏振光的反射偏振镜，并结合抬头显示系统的投影光源发出的P偏振光或S偏振光以特定角度(如布儒斯特角)入射，从而利用夹层玻璃对不同偏振光的反射特性以尽可能消除某个表面的反射影像，最终消除重影。同样地，通过增强在夹层玻璃与空气接触的表面上形成的反射光的方式也可以减少肉眼可见的重影现象，例如配件市场上常见的贴膜式HUD投影器，其是在HUD投影区域预先粘贴半透光的反射薄膜；或者如专利US6137630(A)公开了将高、低折射率材料交替的多层介质层沉积在夹层玻璃与空气接触的一个表面上，从而增强接触表面的反射光的强度，而另外一个表面上的反射光强度基本不变，因此使人眼能够观察的反射影像主要来自于镀膜表面的反射光。
上述解决抬头显示系统重影问题的技术方案虽然能够一定程度上减轻重影问题，但实际应用时还存在以下缺点：第一，容易被指纹、抹布等沾污而且难以擦拭干净；第二，从车外方向看，高角度的反射颜色还不够中性，有时容易出现不利的黄色。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的容易沾污、不易清洁以及外观不够美观等缺点，提供一种抬头显示前挡风玻璃。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种抬头显示前挡风玻璃，包括内玻璃板、外玻璃板以及夹在内玻璃板和外玻璃板之间的中间膜片，其特征在于：还包括沉积在内玻璃板最远离中间膜片的表面上的透明纳米膜以及涂覆在所述透明纳米膜的低表面能膜层，所述透明纳米膜包括至少一个从内玻璃板表面向外依次沉积的高折射率层/低折射率层的叠层结构，所述高折射率层的折射率≥1.8，所述低折射率层的折射率≤1.5；所述低表面能膜层的材料选自R1-Si(OR2)3或Si(R3)mX4-m中的至少一种，其中R1为至少一个H原子被F或Cl取代的有机基团，R2、R3为有机基团，X为F或Cl，1≤m≤3；所述低表面能膜层的表面能≤0.3Jm-2，其折射率≤1.6，其与去离子水的接触角＞90度，其几何厚度为1～100nm。
进一步地，R1-Si(OR2)3选自十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛烷基三乙氧基硅烷、十三氟烷基丙基三甲氧基硅烷、十二氟烷基三甲氧基硅烷或三氟丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
进一步地，Si(R3)mX4-m选自甲基三氯硅烷、甲基十二烷基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷或3-三氟丙基三氯硅烷中的至少一种。
进一步地，所述高折射率层选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。
进一步地，所述低折射率层选自Si或Al的氧化物、氮氧化物、或它们的混合物的至少一种。
进一步地，所述叠层结构中高折射率层的几何厚度为50～100nm，低折射率层的几何厚度为80～120nm，相应的低表面能膜层的几何厚度为1～50nm。
进一步地，当所述透明纳米膜包括两个高折射率层/低折射率层的叠层结构时，即从内玻璃板表面向外依次沉积第一高折射率层、第一低折射率层、第二高折射率层和第二低折射率层，第一高折射率层的几何厚度为5～35nm，第一低折射率层的几何厚度为5～35nm，第二高折射率层的几何厚度为20～50nm，第二低折射率层的几何厚度为80～130nm，相应的低表面能膜层2的几何厚度为1～50nm。
进一步地，在所述高折射率层/低折射率层的叠层结构中，其高折射率层还包括多个子层。
优选地，高折射率层中靠近内玻璃板的子层的折射率低于远离内玻璃板的子层的折射率。
进一步地，在所述高折射率层/低折射率层的叠层结构中，其低折射率层包括多个子层。
本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
本发明所述的抬头显示前挡风玻璃，能够保证前挡风玻璃的内表面上难以沾上指纹或其他污物，保持内玻璃板的内表面的清洁；同时在保证对P偏振光反射率基本不变、前挡光谱和颜色特性基本不变的情况下明显减少了高角度反射情况下的黄色成分，可以获得优美的蓝色反光。
附图说明：
图1为本发明所述的抬头显示前挡风玻璃的剖视图；
图2为本发明所述的透明纳米膜包括一个高折射率层/低折射率层的叠层结构的示意图；
图3为本发明所述的透明纳米膜中高折射率层包括两个子层的示意图；
图4为本发明所述的透明纳米膜中高折射率层和低折射率层均包括两个子层的示意图；
图5为本发明所述的抬头显示前挡风玻璃与普通前挡风玻璃的防污能力对比图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明所述的抬头显示前挡风玻璃，包括内玻璃板101、外玻璃板102以及夹在内玻璃板101和外玻璃板102之间的中间膜片100，其特征在于：还包括沉积在内玻璃板101最远离中间膜片100的表面上的透明纳米膜1以及涂覆在所述透明纳米膜1上的低表面能膜层2，所述透明纳米膜1包括至少一个从内玻璃板101表面向外依次沉积的高折射率层11/低折射率层12的叠层结构，所述高折射率层11的折射率≥1.8，所述低折射率层12的折射率≤1.5；所述低表面能膜层2的材料选自R1-Si(OR2)3或Si(R3)mX4-m中的至少一种，其中R1为至少一个H原子被F或Cl取代的有机基团，R2、R3为有机基团，X为F或Cl，1≤m≤3；所述低表面能膜层2的表面能≤0.3Jm-2，其折射率≤1.6，其与去离子水的接触角＞90度，其几何厚度为1～100nm。这样可以使抬头显示前挡风玻璃满足对55～75度入射的P偏振光的反射率≥8％，从而满足抬头显示的高清需要；并且保证其内表面上难以沾上指纹或其他污物，保持内玻璃板的内表面的清洁；还可以明显减少了高角度反射情况下的黄色成分，可以获得优美的蓝色反光。
优选地，R1-Si(OR2)3中的R1为至少一个H原子被F或Cl取代的烃基，R2为烃基，例如R1-Si(OR2)3可以为十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛烷基三乙氧基硅烷、十三氟烷基丙基三甲氧基硅烷、十二氟烷基三甲氧基硅烷或三氟丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。在含有水分的环境中R1-Si(OR2)3分子发生水解释放HOR2小分子，R1-Si-基团相互结合并与低折射率层12中的Si、O原子牢固结合。
优选地，Si(R3)mX4-m中的R3可以为烷烃、烯烃、芳香烃或卤代烷烃，例如Si(R3)mX4-m可以为甲基三氯硅烷、甲基十二烷基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷或3-三氟丙基三氯硅烷中的至少一种；在含有水分的环境中Si(R3)mX4-m发生水解释放HX分子，Si(R3)m-基团相互结合并与低折射率层12中的Si、O原子牢固结合。
其中，所述高折射率层11的折射率≥1.8，进一步优选≥2.0，更优选地≥2.2，这样所述高折射率层11可以选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种，具体地可以为TiOx、NbOx、HfO2、TaOx、MoOx、ZrOx、CeO2、WO3、BiOx或SiZrNx等；所述低折射率层12的折射率≤1.5，所述低折射率层12可以选自SiO2、Al2O3及其混合物中的至少一种，具体地可以为SiAlOx，其中Si/Al原子比例高于10。
在图2中，所述透明纳米膜1包括一个从内玻璃板101表面向外依次沉积的高折射率层11/低折射率层12的叠层结构，所述叠层结构中高折射率层11的几何厚度为50～100nm，低折射率层12的几何厚度为80～120nm，相应的低表面能膜层2的几何厚度为1～50nm。但不限于此，可以根据实际需要设置所述透明纳米膜1包括两个、三个甚至更多个高折射率层11/低折射率层12的叠层结构；例如，如图3所示，当所述透明纳米膜1包括两个高折射率层11/低折射率层12的叠层结构时，即从内玻璃板101表面向外依次沉积第一高折射率层110、第一低折射率层120、第二高折射率层111和第二低折射率层121，第一高折射率层110的几何厚度为5～35nm，第一低折射率层120的几何厚度为5～35nm，第二高折射率层111的几何厚度为20～50nm，第二低折射率层121的几何厚度为80～130nm，相应的低表面能膜层2的几何厚度为1～50nm。这样通过合理地设计高折射率层和低折射率层的膜层材料和膜层厚度，能够使其具有优秀的机械、化学和热稳定性，保证了优秀的耐久性。当然，本发明还可以依据实际需要，相应地根据所述抬头显示前挡风玻璃的P偏振光的反射率和其它光学指标进行优化设置。
优选地，在所述高折射率层/低折射率层的叠层结构中，其高折射率层还包括多个子层，例如图4所示的，高折射率层11包括第一子层112和第二子层113；并且，进一步可以设置高折射率层中靠近内玻璃板101的子层的折射率低于远离内玻璃板101的子层的折射率，即第一子层112的折射率低于第二子层113的折射率。同样地，在所述高折射率层/低折射率层的叠层结构中，其低折射率层也可以包括多个子层。
具体地，在所述的透明纳米膜1中，高折射率层和低折射率层可选用本领域技术人员公知的物理气相沉积(如蒸发、溅射)方法镀膜或化学气相沉积方法沉积，优选卧式磁控溅射镀膜方式。内玻璃板101的原片玻璃在经过预处理、清洗等工序后进入设置了多个镀膜阴极的溅射镀膜线，根据高折射率层/低折射率层叠层结构及其厚度设计依次沉积各膜层；镀膜完成后进行高温成型、合片；最后，低表面能膜层2可以在合片前或合片后涂覆布设到高折射率层/低折射率层叠层结构的表面，包括表面清洁、涂覆(喷涂、浸涂、涂抹均可)、干燥等步骤。
如图5所示，未设置低表面能膜层的普通前挡风玻璃21在被手指碰触时非常容易出现指纹211而且难以擦拭干净，也不方便擦拭；本发明所述的抬头显示前挡风玻璃20，由于增设了低表面能膜层，使得难以沾染指纹或指纹201很不明显。此外，低表面能膜层的涂覆提升了透明纳米膜对入射的P偏振光的反射特性；而且改进了前挡风玻璃在高入射角(>45度，甚至＞60度)的外观颜色，克服了高角度反射颜色容易出现黄色、紫色的问题。
为了更详细地说明和更具说服力地支撑本发明的发明点，现列举一些实施例进行详细阐述。
实施例1～2和对比例
以福耀集团生产的厚度为2.1毫米的钠钙硅酸盐浮法玻璃为基片，经过切割、磨边、洗涤和烘干等工序后，进入磁控溅射镀膜线进行镀膜沉积，在基片上交替沉积如表1中的透明纳米膜，膜层沉积结束后，以福耀集团生产的厚度为2.1毫米的钠钙硅酸盐浮法玻璃为配片，按照汽车玻璃高温成型工艺成型，再中间夹上一片0.76毫米厚度的无色PVB胶片，再在高压釜中高压合片。
表1：实施例1～2和对比例构成的抬头显示前挡风玻璃
本发明中，对比例的透明纳米膜最外表面没有涂覆低表面能膜层，而实施例1中根据配方1涂覆包含了十三氟辛烷基三乙氧基硅烷成分的低表面能物质，其厚度15nm；实施例2中涂覆了包含甲基十二烷基二氯硅烷成分的低表面能物质，其厚度15nm。
配方1：硅烷醇溶液96.6％(其中十三氟辛烷基三乙氧基硅烷5％，正硅酸乙酯1％，其余无水乙醇)、去离子水3％、0.4％浓盐酸(37％的HCl含量)，根据此重量比例混合搅拌6小时；
配方2：硅烷醇溶液95％(其中甲基十二烷基二氯硅烷6％，正硅酸乙酯1.5％，其余异丙醇94％)、去离子水2％、3％冰乙酸，根据此重量比例混合搅拌10小时。
涂覆方法：
上述合片完成的前挡风玻璃，在清洗干净、干燥后将上述配方溶液均匀涂覆在透明纳米膜表面(喷涂、浸涂、涂膜均可)；然后将表面用毛巾或纸巾擦干。将玻璃放在25℃环境下72小时固化；或电热吹风机吹风加快固化，再在常温下保持72小时。
对比例和实施例1～2的光学指标如表2所示：
表2：对比例和实施例1～2的光学指标对比
由表2可见，在抬头显示前挡风玻璃的透明纳米膜上涂覆增设低表面能膜层能够在基本不影响可见光透射比的前提下综合改进性能，包括：
1)高角度反射颜色改进：反射颜色的a*和b*值降低，使得反射颜色中的黄色程度明显降低，反射颜色非常中性甚至更加优异的蓝色；
2)防污效果：克服可原技术中容易沾污和难以擦拭清洁的问题。
本发明以上所列举的实施例均在描述抬头显示前挡风玻璃的结构组成，而如具体的膜层沉积工艺、参数以及抬头显示必须的投影光源等均未描述，可以理解的是这些未描述的部分皆为本领域普通技术人员所熟知，故未描述的部分不影响本发明所要保护的范围。
以上内容对本发明所述的抬头显示前挡风玻璃进行了具体描述，并且列举了多个实施例进行说明，但本发明不受以上描述的具体实施方式内容和相应实施例的局限，所以凡依据本发明的技术要点进行的任何改进、等同修改和替换等，均属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种抬头显示前挡风玻璃，包括内玻璃板、外玻璃板以及夹在内玻璃板和外玻璃板之间的中间膜片，其特征在于：还包括沉积在内玻璃板最远离中间膜片的表面上的透明纳米膜以及涂覆在所述透明纳米膜的低表面能膜层，所述透明纳米膜包括至少一个从内玻璃板表面向外依次沉积的高折射率层/低折射率层的叠层结构，所述高折射率层的折射率≥1.8，所述低折射率层的折射率≤1.5，所述低折射率层的材料为SiAlOx，其中Si/Al原子比例高于10；
所述低表面能膜层的材料选自十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟烷基丙基三甲氧基硅烷、十二氟烷基三甲氧基硅烷或三氟丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述低表面能膜层的表面能≤0.3Jm-2，其折射率≤1.6，其与去离子水的接触角＞90度，其几何厚度为1～50nm；所述抬头显示前挡风玻璃能够对55～75度入射的P偏振光的反射率≥8％。
2.根据权利要求1所述的抬头显示前挡风玻璃，其特征在于：所述高折射率层选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的抬头显示前挡风玻璃，其特征在于：所述叠层结构中高折射率层的几何厚度为50～100nm，低折射率层的几何厚度为80～120nm。
4.根据权利要求1所述的抬头显示前挡风玻璃，其特征在于：当所述透明纳米膜包括两个高折射率层/低折射率层的叠层结构时，即从内玻璃板表面向外依次沉积第一高折射率层、第一低折射率层、第二高折射率层和第二低折射率层，第一高折射率层的几何厚度为5～35nm，第一低折射率层的几何厚度为5～35nm，第二高折射率层的几何厚度为20～50nm，第二低折射率层的几何厚度为80～130nm。
5.根据权利要求1所述的抬头显示前挡风玻璃，其特征在于：在所述高折射率层/低折射率层的叠层结构中，其高折射率层还包括多个子层。
6.根据权利要求5所述的抬头显示前挡风玻璃，其特征在于：高折射率层中靠近内玻璃板的子层的折射率低于远离内玻璃板的子层的折射率。
7.根据权利要求1所述的抬头显示前挡风玻璃，其特征在于：在所述高折射率层/低折射率层的叠层结构中，其低折射率层包括多个子层。
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