CN116547587A - Hud系统中的二次图像抑制和阳光控制 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于显示信息的显示系统,所述显示系统包括:玻璃窗,其包括第一透明刚性基板、第二透明刚性基板和位于第一和第二透明刚性基板之间的夹层;投影仪,其以可见光谱中的三个离散波长范围向玻璃窗发射光;以及至少三个窄带抑制剂,其设置在玻璃窗的可视区域中,选择性地抑制由投影仪发射的三个波长范围内的光。
Description
技术领域
本发明大体涉及平视显示器系统。
背景技术
在其最常见的形式中,平视显示器(HUD)汽车系统可以包括计算机化信号发生器、投影仪和作为投影图像的反射屏的层压玻璃挡风玻璃系统。由计算机化信号发生器产生的图像被馈送到投影仪,投影仪产生光图案,通过一系列反射镜扩展和准直光图像,并以设计成使反射强度最大化的特定选择角度朝挡风玻璃投影图像。
当投影的图像照射到挡风玻璃的内表面,即空气-玻璃界面时,其遇到折射率的显著变化,这导致部分图像强度(光)在驾驶员眼动范围的方向上被反射离开表面。这个图像被称为主图像,以视觉信息的形式传播到驾驶员的瞳孔。在内玻璃表面没有反射的图像部分继续通过PVB和玻璃,由于玻璃和聚合物夹层之间的折射率的微小变化,折射角仅发生微小变化。一旦透射光到达玻璃外表面,它在空气界面处遇到大的折射率变化,并且一部分光被反射回来。这个反射的图像会通过层压材料传播回来,并且很大一部分会从层压材料中出现,传播到驾驶员的眼动范围上方的点(因此看不见)。
然而,存在以与投影仪略微不同的角度出射的第二系列光线,该光线沿着类似的路径进入和离开层压材料,其以一定角度被反射,使得离开外玻璃表面的反射也照射到驾驶员眼动范围。这通常被称为二次图像。当层压材料中的前玻璃片和后玻璃片基本上彼此平行时,主图像和二次图像略微偏移,使得二次图像看起来为主图像的较低强度“重影”图像。
在大多数商业应用中,原始设备制造商(OEM)使用楔形PVB夹层,其在内玻璃薄片和外玻璃薄片之间形成一个角度,以便使二次图像与主图像对齐。这种技术是非常有效的,但是在成本、层压复杂性和驾驶员眼动范围的尺寸限制方面具有固有的缺点。因此,汽车工业已经积极致力于开发不需要楔形夹层而产生清晰、无重影的HUD图像的方法,或者与楔形夹层结合使用的方法。
美国专利申请No.7,777,960公开了一种投影系统,例如适用于汽车中的平视显示器的系统,其包括激光投影源和扫描仪。来自激光投影源的光在投影表面上扫描,该投影表面可以是汽车的挡风玻璃。投影表面包括能够反射一些光并透射其它光的嵌入式数值孔径扩展器。该系统还可以包括能够在投影表面的子区域上呈现高分辨率图像的图像投影源,该投影表面具有设置在其中的光中继器。
EP2045647A1公开了一种用于机动车辆中的多色平视显示器,用于将驾驶员信息与车辆前方的场景相结合。显示器具有带有组合器单元的投影单元,该组合器单元在背离观看者的一侧呈现抗反射涂层。提供了一种图像传感器,其具有发射三个色带的光的光源。组合器单元在朝向观看者的一侧呈现三陷波滤波器。
美国专利申请公开No.2018/0031749公开了一种超材料滤光器,包括:透明基板;以及提供到所述透明基板的光敏聚合物层,其中使用激光处理光敏聚合物层以形成非共形的全息图案化的亚波长光栅,该全息光栅配置为阻挡预定波长的电磁辐射。
美国专利申请公开No.2018/0186125公开了一种层压材料,其利用窄带吸收染料的能力,通过识别色靶并调节到该色靶来吸收选择性波长的光。仅使用玻璃组合物、涂层、夹层和膜(它们都用作宽带滤光器)时,据说难以精细调节层压材料的光谱响应。窄带吸收染料用于选择性地调节光谱响应,以在光谱的UV、可见光和IR范围中实现目标性能。
存在对改进的平视显示器的持续需要,该显示器具有强主图像,可以避免二次图像和重影并且阻挡可能导致汽车中的热量积累的太阳光线。
发明内容
在一个方面,本发明涉及用于显示信息的显示系统。根据该方面,显示系统包括玻璃窗,该玻璃窗包括第一透明刚性基板、第二透明刚性基板和位于第一和第二透明刚性基板之间的夹层。本发明还可以包括投影仪,其以可见光谱中的三个离散波长范围向玻璃窗发射光;以及至少一个窄带吸收剂,其设置在玻璃窗的可视区域中,选择性地吸收由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。本发明还可以提供一个或多个窄带反射剂,其设置在玻璃窗的可视区域中,其可以具有例如在近红外范围内的主反射和在可见光范围内的窄二次反射,该窄二次反射选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。可替代地,一个或多个窄带反射剂可以设计成具有在可见光范围内的主反射,其选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。
本发明的其它方面如本文所公开和要求保护的。
附图说明
图1是具有次窄蓝色反射峰的NIR反射剂的代表性光谱。
图2是具有次窄绿色反射峰的NIR反射剂的代表性光谱。
图3是描述本发明的窄带抑制剂的吸收和反射的光谱。
图4是本发明的电介质多层反射剂叠层的示意图。
图5是根据实例1的显示系统的示意图。
图6描绘了实例3的玻璃窗。
具体实施方式
因此,在一个方面,本发明涉及一种用于显示信息的显示系统,其设置有玻璃窗,该玻璃窗包括第一透明刚性基板、第二透明刚性基板和位于第一和第二透明刚性基板之间的夹层。该系统还包括投影仪和至少一个窄带吸收剂或至少两个窄带吸收剂,该投影仪以可见光谱中的三个离散波长范围朝向玻璃窗发射光,该至少一个窄带吸收剂或至少两个窄带吸收剂设置在玻璃窗的可视区域中,选择性地吸收由投影仪发射的波长范围内的光。该系统还可以包括至少一个反射剂,该反射剂具有在近红外范围内的主反射和在可见光范围内的窄二次反射,该窄二次反射选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。或者,窄带反射剂可以具有在可见光范围内的主反射,其选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。这些窄带吸收剂和窄带反射剂可以一起统称为窄带抑制剂。
在另一方面,本发明包括PVB夹层,该PVB夹层包括PVB树脂和至少三个窄带抑制剂,该抑制剂选择性地抑制三个离散波长范围内的光。
因此,在一个实施例中,本发明涉及用于显示信息的显示系统,其包括玻璃窗,该玻璃窗包括第一透明刚性基板、第二透明刚性基板和位于第一和第二透明刚性基板之间的夹层。显示系统还包括投影仪,其以可见光谱中的三个离散波长范围向玻璃窗发射光。根据该实施例,显示系统还包括一个或多个窄带吸收剂,其设置在玻璃窗的可视区域中,选择性地吸收三个离散波长范围中的至少一个波长范围内的光;以及一个或多个窄带反射剂,其设置在玻璃窗的可视区域中,选择性地反射三个离散波长范围中的至少一个波长范围内的光。
在第二实施例中,根据第一实施例,至少一个窄带反射剂既表现出在可见光范围内的窄二次反射,又表现出在近红外范围内的主反射,该二次反射选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。
在第三实施例中,根据前述实施例中的任何一个,一个或多个窄带反射剂包括电介质多层叠层。
在第四实施例中,根据前述实施例中的任何一个,电介质多层叠层包含交替的高折射率材料及低折射率材料,高折射率材料及低折射率材料产生NIR范围中的主峰及可见光范围中的次窄峰。
在第五实施例中,根据前述实施例中的任何一个,交替的高折射率材料和低折射率材料为聚合物。
在第六实施例中,根据前述实施例中的任何一个,交替的高折射率材料和低折射率材料为金属氧化物。
在第七实施例中,根据前述实施例中的任何一个,一个或多个窄带反射剂在可见光的蓝色范围内反射。
在第八实施例中,根据前述实施例中的任何一个,一个或多个窄带反射剂在可见光的绿色范围内反射。
在第九实施例中,根据前述实施例中的任何一个,一个或多个窄带反射剂包括分别在可见光的蓝色范围内和在可见光的绿色范围内反射的两个反射剂。
在第十实施例中,根据前述实施例中的任何一个,在夹层中提供一个或多个窄带反射剂。
在第十一实施例中,根据前述实施例中的任何一个,一个或多个窄带反射剂在刚性基板之一中或刚性基板之一上。
在第十二实施例中,根据前述实施例中的任何一个,一个或多个窄带反射剂在附接到两个刚性基板中的一个的涂层或膜中。
在第十三实施例中,根据前述实施例中的任何一个,一个或多个窄带吸收剂位于夹层中。
在第十四实施例中,根据前述实施例中的任何一个,一个或多个窄带吸收剂在刚性基板之一中或刚性基板之一上。
在第十五实施例中,根据前述实施例中的任何一个,一个或多个窄带吸收剂在附接到两个刚性基板中的一个的涂层或膜中。
在第十六实施例中,根据前述实施例中的任何一个,夹层设置有楔形部分,该楔形部分使从玻璃窗反射的主图像和二次图像对准。
在第十七实施例中,根据前述实施例中的任何一个,由投影仪发射的三个离散波长范围包括445nm、515nm和642nm的光。
在第十八实施例中,根据前述实施例中的任何一个,由投影仪发射的三个离散波长范围包括445nm、550nm和642nm的光。
在第十九实施例中,根据前述实施例中的任何一个,由投影仪发射的离散波长范围中的一个包括具有选自635、638、650或660中的一个或多个的波长的光。
在第二十实施例中,根据前述实施例中的任何一个,投影仪是基于DPSS激光器的投影仪,并且由投影仪发射的三个离散波长范围包括457nm、532nm和671nm的光,并且具有从约0.5nm至约50nm的FWHM。
在第二十一实施例中,根据前述实施例中的任何一个,投影仪是基于DPSS激光器的投影仪,并且三个离散波长范围包括473nm、532nm和671nm的光,并且具有从约0.5nm至约50nm的FWHM。
在第二十二实施例中,根据前述实施例中的任何一个,窄带吸收剂选自染料和颜料。
在第二十三实施例中,根据前述实施例中的任何一个,至少一种窄带吸收剂为聚甲炔染料。
在第二十四实施例中,根据前述实施例中的任何一个,夹层包含PVB。
在第二十五实施例中,根据前述实施例中的任何一个,窄带吸收剂在位于夹层中的两个PVB层之间的膜中。
在第二十六实施例中,根据前述实施例中的任何一个,玻璃窗包含一个或多个UV光阻断剂。
在第二十七实施例中,根据前述实施例中的任何一个,UV阻断剂为UV染料吸收剂,该吸收剂形成阻挡UV辐射至窄带染料的层。
在第二十七实施例中,根据前述实施例中的任何一个,玻璃窗系统包含NIR吸收剂。
因此,根据本发明,提供了一种显示系统,例如HUD投影系统,其包括投影仪和设置有光吸收基板的玻璃窗,例如,层压有夹层的玻璃窗,该夹层包含一个或多个窄带吸收剂和窄带反射剂,该窄带吸收剂和窄带反射剂设计为选择性地吸收由投影仪发射的可见光谱中的波长。在一个方面,挡风玻璃可以与非楔形夹层层压,同时阻挡或减少二次图像。在另一方面,挡风玻璃可以与楔形夹层层压以帮助楔形阻挡或减少观看者观察到的二次图像。根据本发明,一种或多种化合物,在本文中描述为“窄带吸收剂”,例如存在于基板中的窄带吸收染料,吸收并因此最小化来自投影仪的透射到外部玻璃界面的光,并且还吸收任何剩余的返回二次反射。此外,本发明提供至少一个窄带反射剂,其具有在近红外范围内的主反射,以及在可见光范围内的窄二次反射,该窄二次反射选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。或者,窄带反射剂可以具有在可见光范围内的主反射,其选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。
可选的楔形PVB夹层在平视显示器中工作以对准主图像和二次图像,但它并不总是完美的,这可能导致少量的重影,这可能被认为是可接受的或者不可接受的。在本发明的方面中,其中我们将窄带吸收剂与楔形夹层以及至少一个窄带反射剂的使用相结合,我们可以减小二次图像的对比度,使得即使在小的重影图像分离的情况下,二次图像也可能不明显。这种方法可以允许较低浓度的吸收剂,因为对于小的图像分离,我们可能不需要75:1的对比度,但是可能50:1或20:1就足够了。
因此,汽车挡风玻璃的期望特性包括HUD兼容性、阳光控制、用于防眩光和眼睛健康的蓝光阻挡、以及关于射频的信号友好性。根据本发明,提供了一种与HUD兼容的系统,该系统具有阳光控制特性,并且可以拒绝有害的蓝光,该蓝光也会引起来自输入信息的眩光。
在如本文所用的一个方面中,“显示系统”或“平视显示系统”包括投影仪或光发射器和显示器,通常是作为投影图像的反射屏的“玻璃窗”或层压玻璃挡风玻璃系统,因此从观看者的角度来看在玻璃窗上显示信息。例如,由计算机化信号发生器产生的图像被馈送到投影仪,投影仪产生光图案,通常通过一系列反射镜扩展和准直光图像,并以设计成最大化反射强度的特定选择的角度向挡风玻璃投影图像。
如本文所用,“玻璃窗”包括第一透明刚性基板、第二透明刚性基板和位于第一基板和第二基板之间的夹层。刚性透明基板通常为玻璃,但也可以可替代地使用聚合物,例如聚碳酸酯、丙烯酸类、聚酯、共聚酯等。夹层可以是单层聚合物,例如PVB,或者可以是包括多层聚合物或其它预期效果所需的元素的复合夹层,如本文进一步描述的。例如,窄带吸收剂和/或窄带反射剂可以设置在位于夹层中的两个PVB层之间的膜中。
在夹层存在于玻璃窗中且刚性基板为玻璃的方面,我们可以认为玻璃窗具有四个表面或界面。第一界面,通常称为“表面1”,是车辆外部空气和外部玻璃片的外表面之间的界面。这是二次图像或重影图像被反射给观看者的界面。第二界面位于外部玻璃片和夹层的内表面。第三界面是在夹层和内部玻璃片的外表面之间的界面,并且通常称为“表面4”的第四界面是在内部玻璃片的内表面和空气之间的界面。
根据本发明,要消除或遮蔽的二次图像是由来自投影仪的光引起的,该光在内部界面即表面4处未被反射,以产生主图像。相反,该光穿过夹层和外部玻璃片,并在表面1界面处反射回来穿过夹层并朝向观看者。因此,当窄带吸收剂和窄带反射剂在用作光吸收基板的夹层中时,窄带吸收剂和反射剂用于在杂散光朝向外部界面传播时以及在杂散光从表面4反射并通过夹层朝观看者返回时抑制该杂散光。
当我们说“相同波长”时,我们并不意味着数学上的精确。也就是说,术语“相同波长”将包括“相同或相似的波长”。当然,期望窄带吸收剂精确地吸收与投影仪发射的波长相同的波长,并且窄带反射剂精确地反射这些波长,但是实际上,只要令人满意地消除或减少感兴趣的波长,稍微不匹配的吸收或反射就是令人满意的。
因此,如本文所使用的,“主图像”是指投影图像的在驾驶员的方向上从显示表面反射的部分,有时被称为“驾驶员眼动范围”。该主图像是从内部空气-玻璃界面反射的并且以视觉信息的形式传播到驾驶员瞳孔的预期图像。根据本发明,反射可以是光或图像在界面处遇到折射率的显著变化的结果,该折射率的显著变化导致部分图像强度(光)被反射。通常,这将是内部空气-玻璃界面。
如本文所用,“二次图像”不同于“主图像”并且是不需要的图像。二次图像不是从预定的显示表面向观看者反射,而是由不希望的反射产生,例如由玻璃窗的第二透明刚性基板的外部和外部空气之间的折射率差产生的那些反射。
如本文所用,玻璃窗将具有“视觉区域”,该区域可以是玻璃窗的任何可被观看的区域。在一个方面,视觉区域将是显示图像的区域。在另一方面,视觉区域将是可以被看见的或可以被看穿的任何区域。
根据本发明,利用在来自投影仪的原色源的类似范围内的窄带抑制的组合来抑制二次图像。窄带抑制基于窄带吸收剂和窄带反射剂;在一些实施例中,反射剂的附加优点是提供了在近红外(NIR)范围内的太阳能抑制。虽然窄带吸收剂单独有效,但是它们不能像本发明的一些实施例的窄带反射剂那样提供对NIR范围内的太阳能的抑制。
在一个方面,窄带吸收剂可以设置在光吸收基板中,例如在夹层中。在另一方面,窄带吸收剂位于玻璃窗的可视区域内的其它位置,例如在附接到刚性基板之一的膜中,或者在刚性基板本身中。
当我们说本发明的窄带吸收剂在可见光谱中吸收时,我们是指它们在约380nm至约740nm的波长处吸收。当我们说投影仪以三个离散的波长范围朝向玻璃窗发射光时,所指的范围可以由它们的FWHM或半峰全宽值限定,如本文进一步限定的。因此,当我们说窄带吸收剂选择性地吸收这些范围内的光时,我们是指它们吸收这些范围内的光,而不吸收这些范围外的光,至Tvis值基本上不受影响的程度。可替代地,范围可由绝对值限定,例如430至490nm、500至565nm和625至740nm,或430至475nm、510至550nm和640至700nm。
在一个方面,根据本发明的窄带反射剂具有在近红外范围内的主反射,以及在可见光范围内的窄二次反射,该窄二次反射选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。这可以在图1中看到,图1描绘了具有次窄蓝色反射峰的近红外反射剂的代表性光谱。类似地,图2描绘了具有次窄带绿色反射峰的近红外反射剂的代表性光谱。这些近红外反射剂与一个或多个窄带吸收剂组合,以减少或消除不想要的重影。因此,图3示出了可见反射、可见吸收和NIR反射峰在电磁波谱上的一般位置的实例。如果需要,可见光范围内的窄带反射剂也可以与相同范围内的窄吸收剂组合,该组合将允许更有效的二次重影图像抑制或总体颜色平衡。注意,可能需要调整投影仪的光源强度以便为主图像提供平衡的颜色。
在另一方面,窄带反射剂可以具有在可见光范围内的主反射,其选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。在这个方面,可能没有近红外波长的显著反射。
当我们说“近红外”时,我们不打算将该术语特别限制。为了本发明的目的,近红外范围可以被认为是例如从约780nm至约2500nm。本领域技术人员将理解,近红外反射将减少车辆内部的热量,因此近红外反射的范围越宽,车辆将越能抵抗热量的积聚。因此,在近红外反射剂的各个方面,当以45度入射角测量时,反射波长的范围将为约1000至约1700nm、或1220至2046nm、或1098至1480nm、或1318至1797nm。因此,在一些方面,如下所述以45度入射角测量,以最大值的一半强度反射的近红外波的波长范围,称为FWHM,将为约1064至约1522nm宽、或1297至1857、或1138至1403、或1375至1701。
在一个方面,根据本发明的一个或多个窄带反射剂(通常为蓝色或绿色)可以由交替的高折射率材料和低折射率材料的电介质多层反射剂制成。根据本发明,宽NIR反射剂被设计成在相同的结构中具有在可见光范围内的另外的窄带反射剂。可见光范围内的窄带抑制与来自投影仪的主发射中的一个或两个对准。由于来自投影仪的原色分量被选择性地反射,因此在反射剂之外将没有显著的强度来从原色分量产生重影图像。
因此,在一个方面,窄带反射剂可以通过高折射率和低折射率材料的交替层来构造。例如,以45度的入射角;交替7层158nm的NbOx和230nm的SiO2,从高折射率开始,预期具有中心在1249nm的NIR峰,FWHM为约460nm,以及中心在443nm的可见光谱峰,FWHM为约47nm。可替代地,交替11层156nm的NbOx和193nm的AlOx,从高折射率开始,将具有中心在1258nm的NIR峰,FWHM为约265nm,以及中心在443nm的可见光谱峰,FWHM为约30nm。
在其它方面,高折射率材料可以包括氧化铌NbOx、氧化铝AlOx、氧化钛TiOx、氧化铟、氧化钽、TiOx、硫化锌ZnS中的一种或多种,或在给定的感兴趣的波长处的折射率高于与其组合的低折射率材料的其它材料。
在另一方面,低折射率材料可以包括氧化硅SiOx、氧化铝AlOx、氟化镁MgF2、冰晶石Na3AlF6中的一种或多种,或在给定的感兴趣波长处的折射率低于与其组合的高折射率材料的其它材料。
本领域技术人员将理解,其它金属氧化物或化合物同样可以用于形成这些叠层,并且所有这些氧化物的精确化学计量不是关键的。
用于形成这些叠层的沉积技术没有特别限制,并且可以包括溅射、蒸发、化学气相沉积和所述沉积方法的等离子体辅助变化。
可替代地,窄带反射剂可以是包含高折射率和低折射率聚合物交替层的聚合物膜,该聚合物膜用于反射近红外辐射而不产生与射频的干涉,如例如美国专利No.6,797,396中所述,该专利在不与本公开内容冲突的范围内通过引用并入本文。
因此,根据本发明的窄带反射剂可以包括由电介质多层制成的选择性NIR反射剂,其反射NIR范围内的太阳能带。我们注意到,尽管在可见光范围内的反射带通常是不期望的,但是根据本发明,反射剂被方便地设计成在可见光中产生窄的另外的峰值,其与窄带吸收剂结合使用以抑制来自投影仪的三个主要部件的重影图像。这种组合具有额外的优点,即提供NIR范围内的太阳能反射。
当我们提及本发明的吸光基板时,我们是指包含了窄带吸收剂和/或窄带反射剂的基板,选择该窄带吸收剂和/或窄带反射剂以吸收与由投影仪或发射器发射的那些相同或相似的可见光谱中的波长的光。典型的HUD投影仪使用RGB加色模型发射表示红、绿和蓝三原色的三个窄波长处的光。这些通常对应于例如约580-700nm(红色)、480nm至580(绿色)和400-480nm(蓝色)。在一个更具体的实施例中,RGB模型中的波长范围可被认为是600-700nm(红色)、500-560nm(绿色)和400-490nm(蓝色)。可替代地,我们可以认为这些范围是635-700nm(红色)、520-560nm(绿色)和400-450nm(蓝色),或者如本文其它地方所述。三色组合使得能够在最终图像中产生几乎无限组的投影颜色。设计每种颜色或波长范围的窄宽度以最小化对通过挡风玻璃的大部分光线的影响。根据本发明的吸光基板设置有类似匹配的窄波长吸收剂和反射剂,以便保持期望的HUD挡风玻璃特性。
如本文所使用的,术语“投影仪”、“发射器”和“光发射器”用于描述发射或投影光的元件,并且尤其是多个选定波长范围。
在一个方面,投影仪可以是LED投影仪。LED投影仪通常使用2或3个单独的LED来产生更窄光谱的光,这些光可以被组合以形成白光或任何颜色组合。2-LED系统通过移动蓝色LED产生绿色,导致宽的绿色发射。3-LED系统使用单独的RGB LED。然而,对于本发明用于挡风玻璃中并且仍然达到70%Tvis的值来说,一些LED峰宽(通常为15-30nm)可能更有挑战性。因此,在某些应用中优选激光投影仪。
因此,在另一方面,投影仪为激光投影仪。激光投影仪使用激光来产生RGB图像分量,该图像分量可经组合以产生白光或任何颜色组合。激光具有极窄的发射光谱(通常为~2nm),使得它们特别适合根据本发明使用。
在一个方面,投影仪可以是基于激光二极管的投影仪,例如,其能够发射445nm(蓝色)、515或520(绿色)以及642nm、635nm、638nm、650nm或660nm(红色)的中心波长。
在另一方面,投影仪可以是例如基于DPSS激光的投影仪,其具有457或473nm(蓝色)、532(绿色)和671nm(红色)的中心波长。与灯和LED型投影仪相比,激光投影仪通常被认为能提供更好的图像质量和颜色再现。
如本文所使用的,由投影仪投射的光的离散波长范围、和同样由窄带吸收剂吸收的光的离散波长范围、以及由窄带反射剂反射的光的离散波长范围可以具有限定的宽度,在本文中报告为FWHM,或半峰全宽值,即,实现投射、吸收或反射的光的最大强度的一半的波长范围,如由l2-l1计算的,其中l1和l2是最接近相应峰值波长的波长,其中测量的光强度是峰值强度的一半,并且l2>l1。
因此,根据本发明,这些离散的波长范围的宽度(FWHM)可以为至少0.5nm、或至少1nm、或至少2nm、或至少5nm、以及至多约5nm、或至多约7nm、或约10nm、或约15nm、或约20nm、或约25nm、或约30nm、或约50nm、或至多100nm。
根据本发明,窄带吸收剂和窄带反射剂设置在玻璃窗的可视区域中,并且选择性地吸收或反射由投影仪发射的波长范围内的光。该视觉区域可以是可以观察到的玻璃窗的任何区域。因此,窄带吸收剂和窄带反射剂可以设置在夹层中以包括光吸收基板,或者可以设置在刚性基板之一中或刚性基板之一上,以包括光吸收基板。
因此,光吸收基板可以是其中或其上可以放置窄带吸收剂和窄带反射剂的任何基板。光吸收基板可以是单层或多层,并且可以引入多种其它功能,例如PVB夹层功能,如本领域技术人员已知的。
例如,在一个方面,光吸收基板是PVB夹层,其中引入了窄带吸收剂和/或窄带反射剂。在另一方面,吸光基板是引入了窄带吸收剂和/或窄带反射剂的聚合物基板,其位于两个PVB夹层之间,例如聚酯。在另一方面,光吸收基板设置在PVB夹层上,例如通过将包含窄带吸收剂的光吸收基板涂覆到PVB上。在又一方面,将包括窄带吸收剂和/或窄带反射剂的光吸收基板设置在两个刚性基板中的至少一个上,例如通过将包含窄带吸收剂的光吸收基板层涂覆到两个刚性基板中的一个上。只要包括窄带吸收剂和/或窄带反射剂的光吸收基板被定位成吸收来自投影仪的杂散光,否则杂散光将到达外部玻璃-空气界面并构成二次图像,则二次图像将因此被减少或消除。
可以提供另外的NIR反射剂或具有更宽宽度的NIR反射剂,以使反射剂反射更多的NIR范围内的太阳能,从而改进阳光性能。
为了进一步改进阳光抑制特性,可以向该结构中加入选择性NIR吸收剂,例如CWO或ATO,和UV阻挡吸收剂。选择性NIR吸收剂可吸收未反射的太阳能,UV吸收剂可吸收UV太阳能并防止材料和车辆内部的UV降解。
在某些实施例中,用于形成如本文描述的挡风玻璃的夹层可以是单层或单片夹层。在某些实施例中,夹层可以是包括至少第一聚合物层和第二聚合物层的多层夹层。当夹层是多层夹层时,其还可以包括第三聚合物层,使得第二聚合物层与第一聚合物层和第三聚合物层中的每一个相邻并接触,从而将第二聚合物层夹在第一聚合物层和第三聚合物层之间。如本文所用,用语“第一”、“第二”、“第三”等用于描述各种元件,但这些元件不应不必要地受这些用语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开,并且不一定意味着特定的顺序或者甚至特定的元件。例如,一个元件可以被认为是说明书中的“第一”元件和权利要求中的“第二”元件,而不是不一致的。在说明书中以及对于每个独立权利要求保持一致性,但是这样的命名不一定要在它们之间一致。这种三层夹层可以描述为具有至少一个夹在两个外“皮”层之间的内“芯”层。在某些实施例中,夹层可以包括多于三个、多于四个或多于五个聚合物层。如本文所用,术语“芯”、“皮”、“第一”、“第二”、“第三”等对各层的厚度或相对厚度没有任何限制。
夹层的各聚合物层可以包括一种或多种聚合物树脂,可选地与一种或多种增塑剂组合,其已经通过任何合适的方法形成为片材。夹层中的一个或多个聚合物层可以还包括另外的添加剂,尽管这些不是必需的。用于形成本文描述夹层的一种或多种聚合物树脂可以包含一种或多种热塑性聚合物树脂。当夹层包括多于一层时,每层可以由相同或不同类型的聚合物形成。
适用于形成夹层的聚合物的例子可以包括但不限于聚(乙烯醇缩醛)聚合物、聚氨酯(PU)、聚(乙烯-共-乙烯基)乙酸酯(EVA)、聚(氯乙烯)(PVC)、聚(氯乙烯-共-甲基丙烯酸酯)、聚乙烯、聚烯烃、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚(乙烯-共-丙烯酸丁酯)、有机硅弹性体、环氧树脂和酸共聚物,例如乙烯/羧酸共聚物及其离聚物,衍生自任何先前列出的聚合物,及其组合。在一些实施例中,热塑性聚合物可以选自聚(乙烯醇缩醛)树脂、聚(氯乙烯)、聚(乙烯-共-乙烯基)乙酸酯和聚氨酯,而在其它实施例中,聚合物可以包含一种或多种聚(乙烯醇缩醛)树脂。尽管本文大体关于聚(乙烯醇缩醛)树脂进行了描述,但应当理解,除了以下根据本发明的各种实施例描述的聚(乙烯醇缩醛)树脂之外,或者代替以下根据本发明的各种实施例描述的聚(乙烯醇缩醛)树脂,可以包括一种或多种上述聚合物。
当用于形成夹层的聚合物包括聚(乙烯醇缩醛)树脂时,聚(乙烯醇缩醛)树脂可以包括任何醛的残基,并且在一些实施例中,可以包括至少一种C4-C8醛的残基。合适的C4-C8醛的例子可包括例如正丁醛、异丁醛、2-甲基戊醛、正己醛、2-乙基己醛、正辛醛及其组合。在某些实施例中,聚(乙烯醇缩醛)树脂可以是主要包含正丁醛残基的聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB)树脂。合适类型的聚(乙烯醇缩醛)树脂的例子详细描述于美国专利No.9,975,315B2中,其全部内容在不与本公开内容冲突的范围内通过引用并入本文。
在某些实施例中,除了存在于夹层中的一个或多个聚合物层之外,夹层还可以包括一个或多个聚合物膜。如本文所用,术语“聚合物膜”是指相对薄且通常刚性的聚合物,其赋予夹层某种功能性或性能增强。术语“聚合物膜”不同于本文描述的“聚合物层”或“聚合物片材”,因为聚合物膜本身不为多层面板提供必要的抗穿透性和玻璃保持特性,而是提供其它性能改进,例如近红外吸收或反射特性。
在某些实施例中,聚(对苯二甲酸乙二醇酯)或“PET”可用于形成聚合物膜,并且理想地,用于各种实施例中的聚合物膜是光学透明的。适用于某些实施例的聚合物膜也可由其它材料形成,包括各种金属、金属氧化物或其它非金属材料,并且可被涂覆或以其它方式进行表面处理。聚合物膜的厚度可以为至少约0.012、0.015、0.020、0.025、0.030、0.035、0.040、0.045或至少约0.050mm或更大。
根据一些实施例,聚合物膜可以是具有特定特性的再拉伸热塑性膜,而在其它实施例中,聚合物膜可以包括多个非金属层,该多个非金属层用于反射近红外辐射而不产生与射频的干涉,如例如在美国专利No.6,797,396中所述,该专利在不与本公开内容冲突的范围内通过引用并入本文。在某些实施例中,可以对聚合物膜进行表面处理或涂覆功能性能层,以改进膜的一种或多种特性,包括粘附性或近红外辐射抑制。聚合物膜的其它实例在PCT申请公开No.WO88/01230和美国专利Nos.4,799,745、4,017,661和4,786,783中详细描述,这些专利中的每一个均在不与本公开内容冲突的范围内通过引用并入本文。其它类型的功能聚合物膜可包括但不限于IR降低层、全息层、光致变色层、电致变色层、抗撕裂层、加热带、天线、太阳辐射阻挡层、装饰层及其组合。
另外,本文描述的夹层中的至少一个聚合物层可以包括一种或多种类型的添加剂,其可以赋予聚合物层或夹层特定的特性或特征。这些添加剂可包括但不限于染料、颜料、稳定剂(例如紫外稳定剂)、抗氧化剂、防结块剂、阻燃剂、IR吸收剂或阻断剂(例如氧化铟锡、氧化锑锡、六硼化镧(LaB6)和氧化铯钨)、加工助剂、流动增强添加剂、润滑剂、抗冲改性剂、成核剂、热稳定剂、UV吸收剂、分散剂、表面活性剂、螯合剂、偶联剂、粘合剂、底漆、增强添加剂和填料。另外,各种粘附控制剂(“ACA”)也可以用于一个或多个聚合物层中,以便控制层或夹层对玻璃片的粘附。可以基于特定夹层的最终特性或最终用途来选择这些添加剂的具体类型和量,并且可以在一种或多种添加剂不会不利地影响夹层或挡风玻璃的最终特性的程度下使用这些添加剂,该挡风玻璃使用如为特定应用配置的夹层。
根据一些实施例,本文描述的夹层可用于形成表现出期望声学特性的挡风玻璃,如例如当声音穿过层压板时声音传输的减少(即,层压板的传声损失)所示。在某些实施例中,根据ASTM E90在20℃下测量,如本文描述的形成有夹层的挡风玻璃可在重合频率下表现出至少约34、至少约34.5、至少约35、至少约35.5、至少约36、至少约36.5或至少约37dB或更高的传声损失。
夹层的总平均厚度可以是至少约10、至少约15、至少约20、至少约25、至少约30或至少约35密耳和/或不超过约100、不超过约90、不超过约75、不超过约60、不超过约50、不超过约45、不超过约40、不超过约35、不超过约32密耳,尽管根据挡风玻璃和夹层的具体用途和特性可以根据需要使用其它厚度。如果夹层不是层压在两个基板之间,则其平均厚度可以通过使用卡尺或其它等效设备直接测量夹层的厚度来确定。如果夹层是层压在两个基板之间,其厚度可以通过从多层面板的总厚度中减去基板的组合厚度来确定。
用于形成如本文描述的挡风玻璃的夹层可根据任何合适的方法形成。示例性方法可包括但不限于溶液流延、压塑、注塑、熔融挤出、熔喷、及其组合。包括两层或更多聚合物层的多层夹层也可根据任何合适的方法生产,诸如,例如共挤出、吹塑成膜、熔喷、浸涂、溶液涂布、刀涂、桨涂、气刀涂、印刷、粉末涂覆、喷涂及其组合。
当通过挤出或共挤出方法形成夹层时,可以将一种或多种热塑性树脂、增塑剂和可选的一种或多种如前所述的添加剂预混合并进料至挤出设备中。挤出设备可以配置为赋予热塑性组合物特定的轮廓形状以便产生挤出片材。然后,可以将始终处于高温和高粘性的挤出片材冷却以形成聚合物片材。一旦片材冷却并固化,就可以将其切割并轧制,以便随后储存、运输和/或用作夹层。
共挤出是一种同时挤出多层聚合物材料的方法。通常,这种类型的挤出利用两个或更多个挤出机来熔融并通过共挤出模头以稳定的体积通量递送具有相似或不同粘度或其它特性的不同热塑性熔体,从而形成期望的最终形式。在共挤出方法中,离开挤出模头的多个聚合物层的厚度通常可通过调节熔体通过挤出模头的相对速度和通过加工每种熔融热塑性树脂材料的各个挤出机的尺寸来控制。
挡风玻璃和其它类型的多层面板可以通过任何合适的方法由本文所述的夹层和玻璃面板形成。典型的玻璃层压方法包括以下步骤:(1)组装两个基板和夹层;(2)通过IR辐射或对流设备对该组件加热第一短时间段;(3)将该组件传送到压力压料辊进行首次脱气;(4)对该组件加热短时间段至约60℃至约120℃,以使该组件具有足够的临时粘附性来密封夹层的边缘;(5)将该组件传送到第二压力压料辊以进一步密封夹层的边缘并允许进一步处理;和(6)在135℃至150℃的温度和150psig至200psig的压力下高压釜处理该组件约30至90分钟。根据上述步骤(2)至(5)中的一个实施例描述的用于使夹层-玻璃界面脱气的其它方法包括真空袋方法和真空环方法,并且这两者也可用于形成如本文描述的挡风玻璃和其它多层面板。
根据本发明,显示系统具有窄带反射剂,例如电介质多层反射剂。因此,根据本发明,提供了一种宽NIR反射剂,其被设计成在相同的多层结构中在可见光范围内具有另外的窄带反射。可见光范围内的窄带抑制与来自投影仪的主发射中的一个或两个对准。由于来自投影仪的原色分量被选择性地反射,因此将没有显著的强度来从所述原色分量产生重影图像。当窄带反射剂反射蓝色波长的可见光时,如图1中所描绘的,其余波长,绿色和/或红色,被窄带吸收剂吸收以减轻重影图像。主图像形成在玻璃的内表面上或附近,然后来自投影仪的透射光被吸收剂和反射剂抑制,防止在挡风玻璃的外部玻璃/空气界面处形成不需要的二次图像。
选择用于电介质多层反射剂的材料和厚度以在NIR区域中产生更宽的反射;这种NIR反射提供了太阳能抑制。这可以从图1和图2所示的反射光谱中看出。还选择该构造以在可见光区的蓝色和/或绿色范围内产生另外的次窄带峰值;这些峰值用于反射来自投影仪的蓝色和/或绿色。由于蓝色或绿色光源被反射,它们的强度大大降低,并且将不能产生显著的二次重影图像。已知电介质多层的光谱随入射角变化而偏移。因此,可以将反射峰的位置和宽度调整到所需的角度,以匹配要被抑制的颜色分量。
现在转向图4,描绘了一种电介质多层反射剂,其具有在近红外范围内的主反射和在可见光范围内的窄二次反射,该窄二次反射选择性地反射由投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。电介质多层反射剂是沉积在聚合物基板上的电介质叠层。
只要一个或多个窄带反射剂被定位成反射否则会引起二次图像的重影的光,反射剂的位置就不受特别限制。现在转向图5,提供了发射光的激光投影仪(100)。该投影仪取向为向包括两个玻璃片(103和105)的玻璃窗(102)发射光,该玻璃片具有设置在其间的PVB夹层(106),该PVB夹层包含窄带吸收剂,该吸收剂在如(104)所示的三个离散波长范围处吸收,尽管两个波长范围与反射剂组合可能就足够了。投影仪适于向玻璃窗提供图像,该图像从由片(103)限定的第一空气-玻璃界面朝向观看者(107)反射。由于在该实施例中,图像从第一玻璃片(103)反射,因此窄带反射剂可以位于第一玻璃片(103)中、第一玻璃薄片(103)与夹层(106)之间、PVB夹层(106)中或之上、PVB夹层(106)与第二玻璃片(105)之间、或者第二玻璃片(105)上或之中。你会回想起不想要的二次图像是在第二玻璃片/空气界面处形成的,使得这些位置中的任何一个都会抑制引起该重影的光。
根据本发明,显示系统同样设置有窄带吸收剂,其可以是吸收期望波长范围内的光的任何分子、化合物或颗粒。这些通常是吸收染料,但也可以包括吸收颜料。将采用不同的窄带吸收剂以在所采用的每个投影仪颜色的峰值波长处进行吸收。理想地,分子的掺入浓度将吸收每个峰值颜色波长的>50%的光。在颜料的情况下,应理解,粒度将被最小化以降低不期望的雾度。
通过将吸收剂与投影仪发射对准,我们可以在其两次穿过夹层时有效地吸收构成二次(重影)图像的光,从而消除或减少对楔形夹层的需要,或者辅助楔形夹层降低任何二次图像的强度。
在一个优选的方面,窄带吸收剂包括选择性地吸收离散波长范围内的光的染料或颜料,该离散波长范围通常广泛地对应于例如约625-740nm(红色)、500nm至565nm(绿色)和430-490nm(蓝色)。
因此,当染料或颜料用作窄带吸收剂时,染料或颜料的吸收峰或λmax应当尽可能接近地与投影仪发射波长(例如443、524、643nm)对准。也可以使用具有不同波长的投影仪,前提是可以实现平衡的RGB输出以提供正常的颜色平衡。吸收峰宽(FWHM)应尽可能窄,以实现对期望的投影仪发射的充分吸收,同时对可见光透射具有最小的影响。因此,FWHM应理想地小于50nm,或小于30nm。不能满足这一要求将导致低对比度或低Tvis吸收剂在可见光透射的目标范围内应不具有或具有有限的次吸收峰或次吸收肩。当放置于PVB基板中时,吸收剂应以例如约30ppm至约750ppm的量溶于增塑剂中,以便配混到PVB中。所需浓度将根据吸收剂的摩尔吸收率、PVB基板的厚度和PVB基板中的增塑剂水平而变化,而且在此范围之外的浓度也是可能的。当吸收剂溶解在用于涂覆的溶剂中时,通常或期望较高的浓度以使涂层厚度最小化。对于在PVB中的应用,吸收剂应具有足够的热稳定性;挤出时最少200℃,涂覆和高压釜层压时最少150℃。当设计挡风玻璃时,吸收剂还应具有足够的UV稳定性以经受住户外暴露在挡风玻璃中>5年。光吸收基板还可以包含紫外线(UV)阻断剂;UV阻断剂在可见光范围内的作用可忽略。UV阻断剂可以是置于聚合物基板中或聚合物基板上的染料。UV染料吸收剂可以涂覆在聚合物基板的外表面上,以减少窄带吸收剂的暴露并增加体系的UV稳定性。UV吸收剂染料的例子为Maxgard和Cyasorb UV稳定剂。光吸收基板还可以包含NIR吸收剂,其量对总VLT具有有限的影响。如果需要,NIR吸收剂将减少NIR太阳辐射。
在一个方面,窄带吸收剂包含颜料。颜料与染料的区别在于它们在介质中的溶解特性显著降低,并且通常被认为不溶于介质。颜料一般由两类分子组成,有机分子和无机分子。合适的无机颜料的例子包括铝、铜、钴、锰、金、铁、钙、氩、铋、铅、钛、锡、锌、汞、锑、钡或其组合的化合物或络合物,包括硅酸盐、氧化物、磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硫化物和氢氧化物。Hans G.;等人"Pigments,Inorganic".Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry.Weinheim:Wiley-VCH.doi:10.1002/14356007.a20_243.pub2^Müller,Hugo;Müller,Wolfgang;Wehner,Manfred;Liewald,Heike."Artists'Colors".Ullmann'sEncyclopedia of Industrial Chemistry.Weinheim:Wiley-VCH.doi:10.1002/14356007.a03_143.pub2.)
合适的有机颜料的例子包括与本文所述的用于染料的化学类别相同的化学类别,其具有由合适的取代基赋予的不同的溶解度,最常见的是基于芳香烃。当颜料用作窄带吸收剂时,它们可以以约0.001%至约50%,或0.001%至25%,或0.001%至10%,或0.001%至1%,或0.001%至0.1%的量存在。
为了获得期望的光学质量,颜料的粒度可能是重要的。粒度和形状影响颜色强度和散射,这直接影响整体光学质量以及雾度和透明度。较大的粒度和纵横比可以降低颜色强度并增加或降低散射,改进雾度,并且相反地,较小的粒度和纵横比增加颜色强度,并增加或降低散射,降低雾度。因此,颜料的平均粒度可为约10nm至约500微米,或100nm至100微米。
在一个方面,由颜料引起的雾度将小于5%、2%、1.5%、1%或0.5%,是根据ASTMD-1003,通过雾度计例如来自BYK-Gardner Instruments的Haze-Guard测量的。
在另一方面,窄带吸收剂包括染料。根据本发明适合使用的染料通常具有颜色,因为它们吸收可见光谱(约400至约700nm)中的光,具有至少一个发色团(带色基团),具有共轭体系,即具有交替双键和单键的结构,并显示出电子共振,一种在有机化合物中的稳定力。大多数染料还含有称为助色团(助色剂)的基团,该助色团的例子为羧酸、磺酸、氨基和羟基。虽然这些对颜色没有影响,但它们的存在可以改变着色剂的颜色,并且可以用于影响染料溶解性。
根据本发明,显示系统包括一个或多个窄带吸收剂,其共同选择性地吸收可见光谱中三个波长范围内的光。因此,单个窄带吸收剂可吸收多于一个波长范围内的光。窄带吸收剂可以具有多于一个吸收峰,每个吸收峰吸收不同波长范围内的光。仔细选择或设计窄带吸收剂可以提供多于一个吸收峰,每个吸收峰与不同的波长范围对准。窄带吸收剂可以含有多于一种发色团,该部分分子负责在电磁波谱的可见光范围内吸收。窄带吸收剂还可以包含多于一种的染料或颜料,它们共价地结合在一起以提供具有多于一个吸收峰的化学结构,每个吸收峰与不同的投影仪波长范围对准。
一类合适的染料是聚甲炔染料。聚甲炔染料是其发色体系由共轭双键(多烯)组成的分子,其中n是不均匀的,例如1、3、5、7等,两侧为两个端基X和X'。X和X'最常见为O或N衍生物,并且被分类为亚类。
亚类可以定义为:
X=X'聚甲炔染料
X=X'=N花青染料
X=X'=O 氧杂菁(Oxonole)染料
X≠X' 部聚甲炔染料(Meropolymethine dyes)
X=N,X'=O部花青染料
一个特殊情况是两性离子聚甲炔染料,在此显示了一个例子:
物理有机化学学报,第8761-773卷(1995年)
这些共轭体系具有通过离域电子状态稳定的能力,并且可以用不同的官能团作为取代基来调节,以改变它们的UV光谱的电子吸收特性。因此,它们可以作为中性分子或盐(与抗衡离子配对的带电物质)存在。这些分子中的氮可以以中性状态或作为带正电荷的基团存在,例如作为与阴离子配对的亚胺离子。聚甲炔染料的例子或亚类包括花青染料、半花青染料、链花青染料、部花青染料、氧杂菁(oxonol)染料、卟啉染料、四氮杂卟啉染料、酞菁染料、苯乙烯基染料、二芳基次甲基染料和三芳基次甲基染料、方酸菁染料、方酸盐染料和五方酸聚甲炔染料。
聚甲炔染料通常是α,ω-取代的奇数多烯)。染料可以以无数的方式官能化,以得到不同的吸收峰和宽度。用于官能化染料的基团的例子包括直链脂族、脂环族、芳香族和杂芳族部分及其组合。卟啉染料、四氮杂卟啉染料和酞菁染料也可以与金属形成络合物,以得到不同的吸收峰和宽度。可以与卟啉染料、四氮杂卟啉染料和酞菁染料形成络合物的金属的例子包括过渡金属、后过渡金属、碱土金属和碱金属。在一些情况下,金属络合物可以含有金属氧化物或者金属络合物可以含有卤化物。
可以选择性吸收波长范围为约625-740nm(红色)的光的染料的例子包括N-(4-((4-(二甲基氨基)苯基)(3-甲氧基苯基)亚甲基)-环己-2,5-二烯-1-亚基)-N-甲基甲铵(Epolin 5262)、Epolin 5394、Epolin 5839、Epolin 6661、Exciton ABS626、ExcitonABS642、环丁烯二鎓(Cyclobutenediylium)、1,3-双[(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-丙基-2H-吲哚-2亚基)甲基]-2,4-二羟基-,双(内盐)(QCR Solutions Corp VIS630A)、QCRSolutions Corp VIS637A、QCR Solutions Corp VIS641A、QCR Solutions Corp VIS643A、QCR Solutions Corp VIS644A、QCR Solutions Corp VIS651B、QCR Solutions Corp VIS654C。
可选择性吸收波长范围为约500nm至约565nm(绿色)的光的染料的例子包括Epolin 5396、Epolin 5838、3-吡啶甲腈,1-丁基-5-[2-(1,3-二氢-1,3,3-三甲基-2H-吲哚-2-亚基)亚乙基]-1,2,5,6-四氢-4-甲基-2,6-二氧代-(QCR Solutions CorpVIS518A)、QCR Solutions Corp VIS523A、QCR Solutions Corp VIS542A。
可选择性吸收波长范围为约430至485nm(蓝色)的光的染料的例子包括丙二腈,2-[[4-[[2-(4-环己基苯氧基)乙基]乙胺基]-2-甲基苯基]亚甲基]-(Epolin 5843)、Epolin5852,Epoliin 5853、Epolin5854、ExcitonABS433、Excitoon ABS439、Excition ABS454、QCR Solutions Corp VIS441A。
根据本发明适合使用的染料的例子包括:Epolin 5262:
CAS登记号42297-44-9
N-(4-((4-(二甲基氨基)苯基)(3-甲氧基苯基)亚甲基)-环己-2,5-二烯-1-亚基)-N-甲基甲铵
Epolin 5843
CAS登记号54079-53-7
2-[[4-[[2-(4-环己基苯氧基)乙基]乙胺基]-2-甲基苯基]亚甲基]-丙二腈
QCR VIS518A
CAS登记号:201420-04-4
1-丁基-5-[2-(1,3-二氢-1,3,3-三甲基-2H-吲哚-2-亚基)亚乙基]-1,2,5,6-四氢-4-甲基-2,6-二氧代-3-吡啶甲腈
QCR VIS630A
CAS登记号:201557-75-5
1,3-双[(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-丙基-2H-吲哚-2亚基)甲基]-2,4-二羟基-双(内盐)环丁烯二鎓
根据本发明适合使用的其它染料包括JP6674174B2中公开的那些,次甲基染料和金属络合物结构,其公开内容通过引用并入本文。因此,在这一方面,可以使用由式(1)表示的金属络合物:
其中R1至R4各自独立地为取代/未取代的烷基等,X为单环或多环的杂环基等,环Y1和环Y2各自独立地为单环或多环的杂环,P1和P2各自独立地为C或N,M为第3族至第12族原子,箭头为配位键,a至c为1至3的整数,A为卤素离子或阴离子化合物如BF4-。
根据本发明金属络合物染料也适合使用。金属络合物染料可大致分为两类:1:1金属络合物和1:2金属络合物。染料分子通常是含有附加基团如羟基、羧基或氨基的单偶氮结构,其能够与过渡金属离子形成强配位络合物。通常使用铬、钴、镍和铜。
根据本发明偶氮染料也适合使用。用于纺织品和相关应用的最普遍的金属络合物染料为金属络合物偶氮染料。它们可以是1:1染料:金属络合物或2:1络合物,并且主要含有一个(单偶氮)或两个(双偶氮)偶氮基团。
根据本发明适合使用的其它染料包括在JP6417633中公开的那些染料,公开内容通过引用并入本文。因此,可以使用偶氮染料,该偶氮染料为四氮杂卟啉化合物,其是通过金属或金属衍生物与下式1表示的1,2-二氰基乙烯化合物的顺式体的热环化反应获得的4种异构体的混合物:
其中两个取代基Z1和Z2之一是可具有取代基的环烷基,另一个是可具有取代基的芳基。
其它染料包括WO201004833中公开的那些金属络合物染料,其公开内容通过引用并入本文。
其它染料包括在JP2007211226中公开的那些,其公开了一种用于滤光器的着色物质,据说该着色物质具有优异的耐久性,能够切断540-600nm中存在的具有不必要波长的光以便清晰图像对比度,并且能够防止540-560nm的光从外部光如荧光灯的镜面反射和反射,以便保持指示图像的清晰度。所公开的化合物是由通式(1)表示的罗丹明基化合物:
其中,R1和R2各自为不具有取代基的芳基、或选自甲基等和卤素的取代基,并且核碳数为6-24;R3为氢原子、甲基或卤素;并且X(sup-)为抗衡离子)。呫吨染料、罗丹明染料、荧光素染料和这些染料的取代形式也是根据本发明的有用的染料。
根据本发明有用的其它染料包括碳环偶氮染料、杂环偶氮染料、吲哚基染料、吡唑啉酮基染料、吡啶酮基染料、偶氮吡唑啉酮基染料、S或S/N杂环、金属化偶氮染料、蒽醌基染料、靛蓝基染料、阳离子染料、二芳基碳鎓染料和三芳基碳鎓染料、酞菁染料、硫化染料、作为染料的金属络合物、喹酞酮染料、硝基和亚硝基染料、芪染料、甲瓒染料、三苯二恶嗪、苯并二呋喃酮。
根据本发明有用的一些染料可以是专有的,即,染料的实际化学结构可能是未知的。染料制备和选择领域的技术人员可以基于其特定的吸收光谱选择根据本发明使用的合适的染料,即使当分子本身的身份没有公开时,该特定的吸收光谱通常也可从供应商处获得。配混领域(例如PVB夹层)的技术人员将理解,当染料存在于PVB本身中时,必须在可能降解染料的增塑剂存在下,经受得住加工参数,该参数包括在相对高温下的时间。
当用于PVB夹层中时,窄带吸收剂应可溶于或可分散于增塑剂中(约30-750ppm),以配混到PVB中或一些用于涂覆的溶剂中(以更高的浓度)。在这一方面,吸收剂应具有足够的热稳定性,例如对于挤出最低200℃或对于涂覆/高压釜层压最低150℃。此外,吸收剂应具有足够的UV稳定性以用于预期用途,例如在挡风玻璃中的户外暴露下经受>5年。
理想地,根据本发明有用的染料将表现出吸收峰(λmax),其与例如443nm、524nm和643nm的投影仪发射波长范围对准。如上所述,也可以使用具有不同波长的投影仪,只要可以实现平衡的RGB输出以提供期望的颜色平衡。染料的吸收峰宽(由半峰全宽或FWHM表征)也应尽可能窄,以实现期望投影仪波长的充分吸收,同时对可见光透射的影响最小。因此,染料的FWHM可以是例如小于10nm、或小于20nm、或小于30nm、或小于40nm、或小于50nm、或小于60nm。如果染料吸收光的波长范围太宽,则将难以实现期望的对比度和/或Tvis值。我们注意到,所用的每种染料的FWHM可以不相同,Tvis值是人眼响应的加权平均值。
理想地,窄带吸收剂在可见光谱的波长范围内将不具有或具有有限的次吸收峰或次吸收肩。
染料吸收率:根据本发明,染料吸收的强度,即其吸收率,不一定影响其性能。然而,这是决定需要引入光吸收基板之中或之上的染料的量的一个因素。如果染料的吸收率ε已知,则可使用比尔-朗伯定律,A=εcl,计算所需的染料浓度c,以从具有厚度l的给定光吸收基板获得期望的吸收水平A。根据本发明有用的染料吸收率可在例如10至1000、或20至800、或60至700L/g/cm的范围内。
本文中使用的术语对比度定义为在HUD系统中主图像的测量强度除以二次图像或重影的测量强度的比率,该比率针对任何背景强度进行校正。当主图像和二次图像没有如使用楔型夹层时通常的那样正确地对准时,所测量的对比度表明二次图像对观看者的可感知程度。使重影图像的可见度最小化的可接受的对比度取决于主图像和二次图像之间的分离距离。通常,对于在没有锥形或楔形夹层的汽车挡风玻璃中经历的典型图像分隔距离,期望对比度大于30:1、优选大于50:1、最优选大于70:1,以产生没有或具有有限的可感知重像的可接受的HUD图像。
为了测量投影到实例中使用的层压材料上的测试图像的对比度,构建了一个测试装备,其利用投影仪产生大约3mm×100mm的纯色线图像,该纯色线图像以与法线成56.5度的角度投影到具有均匀黑色背景的实例层压材料的表面上。由层压材料反射的所得图像由机器视觉相机和透镜捕获,该相机和透镜聚焦在原始3mm×100mm实像的虚像上。白色、蓝色、绿色和红色实线图像都以这种方式被捕获,并且随后被分析以确定主图像和二次图像的强度的对比度。图像分析可以使用Origin Pro或任何类似的软件包进行,该软件包可以将数字图像文件转换成像素强度矩阵用于随后的分析。
根据本发明,一个重要的设计要求是实现主图像和二次图像的高对比度,同时仍然保持汽车安全标准可能要求的最小70%的Tvis。那么,在一个方面中,目标对比度为>30:1、>50:1,并且优选地>70:1。如本文所用,对比度根据以下等式测量和计算,其中Ip是主图像的平均强度,Is是二次图像的平均强度,Ib是黑色背景的强度。
根据本发明有用的玻璃窗包括第一透明刚性基板和第二透明刚性基板。这两个刚性基板优选为玻璃,但可以是另一种材料,例如聚碳酸酯、丙烯酸类、聚酯、共聚酯及其组合。两个透明刚性基板可以是相同的材料,或者是两种不同的材料。根据本发明,如上所讨论,光吸收基板可以放置在两个透明刚性基板之间。
当刚性基板为玻璃时,以及当期望高CR而对T-vis影响最小时,优选使用透明玻璃或低铁/超透明玻璃。另外,通过将玻璃定向成使得内部玻璃片的锡侧朝向车辆内部即表面4定向,并且外部玻璃片的空气侧朝向车辆外部即表面1定向,可以进一步提高图像的对比度。当玻璃以这种方式定向时,锡表面的较高折射率使主图像的强度相对于二次图像的强度得到提升,并可使对比度提高6%。
以下实例阐述了根据本发明的合适的和/或优选的方法和结果。然而,应当理解,这些实例是通过说明的方式提供的,并且其中的任何内容都不应当被认为是对本发明的整体范围的限制。除非另有说明,否则所有的百分比均按重量计。
实例1.(预示)
如图5所示,提供激光投影仪(100),其发射443nm、524nm和643nm(101)波长范围的光,每个波长范围的宽度都小于约2nm,如FWHM所定义的。该投影仪被定向为向包括两个玻璃片(103和105)的玻璃窗(102)发射光,该玻璃片具有设置在其间的PVB夹层(106),该PVB夹层包含两种染料,染料R和染料G,它们在所描绘的两个离散波长范围(104)处吸收。投影仪适于向玻璃窗提供图像,该图像从由片(103)限定的第一空气-玻璃界面朝向观看者(107)反射。
染料R吸收中心在约643nm的光,并具有约30nm的FWHM和约90L/g/cm的吸收率,因此在PVB夹层中的提供量为约140ppm。
染料G吸收中心在约523nm的光,并具有约25nm的FWHM和约60L/G/cm的吸收率,因此在PVB夹层中的提供量为约250ppm。
结构B为窄带反射剂,其反射中心在约443nm的光,并且在大约45度的入射角时具有大约30nm的FWHM。
实例2a-2g是各自含有单个经层压和测试的吸收剂的样品
实例2a
提供激光投影仪,其发射波长为443nm且宽度小于约2nm的蓝光,如FWHM所定义的。该投影仪被定向为向包括两个玻璃片的玻璃窗发射光,该玻璃片具有设置在其间的含有染料B的PVB夹层。投影仪适于向玻璃窗提供图像,该图像从第一空气-玻璃界面朝向相机反射。
染料B为来自Exciton的ABS 439,它吸收中心在约447nm的光,FWHM为约33nm,吸收率为约200L/g/cm,在PVB夹层中的提供量为约52ppm。
当投影仪投影蓝光时,与27:1的计算值相比,如上定义的主图像与二次图像的对比度被测量为30比1。
实例2b
提供激光投影仪,其发射波长为443nm且宽度小于约2nm的蓝光,如FWHM所定义的。该投影仪被定向为向包括两个玻璃片的玻璃窗发射光,该玻璃片具有设置在其间的含有染料B的PVB夹层。投影仪适于向玻璃窗提供图像,该图像从第一空气-玻璃界面朝向相机反射。
染料B为来自Epolin的5843,它吸收中心在约445nm的光,FWHM为约77nm,吸收率为约137L/g/cm,在PVB夹层中的提供量为约100ppm。
当投影仪投影蓝光时,如上定义的主图像与二次图像的对比度被测量为23比1。
实例2c
提供激光投影仪,其发射波长为443nm且宽度小于约2nm的蓝光,如FWHM所定义的。该投影仪被定向为向包括两个玻璃片的玻璃窗发射光,该玻璃片具有设置在其间的含有染料B的PVB夹层。投影仪适于向玻璃窗提供图像,该图像从第一空气-玻璃界面朝向相机反射。
染料B为来自Epolin的5852,它吸收中心在约437nm的光,FWHM为约50nm,吸收率为约301L/g/cm,在PVB夹层中的提供量为约98ppm。
当投影仪投影蓝光时,如上定义的主图像与二次图像的对比度被测量为34比1。
实例2d
提供激光投影仪,其发射波长为443nm且宽度小于约2nm的蓝光,如FWHM所定义的。该投影仪被定向为向包括两个玻璃片的玻璃窗发射光,该玻璃片具有设置在其间的含有染料B的PVB夹层。投影仪适于向玻璃窗提供图像,该图像从第一空气-玻璃界面朝向相机反射。
染料B为来自Epolin的5854,它吸收中心在约442nm的光,FWHM为约80nm,吸收率为约178L/g/cm,在PVB夹层中的提供量为约111ppm。
当投影仪投影蓝光时,如上定义的主图像与二次图像的对比度被测量为44比1。
实例2e
提供激光投影仪,其发射波长为524nm且宽度小于约2nm的绿光,如FWHM所定义的。该投影仪被定向为向包括两个玻璃片的玻璃窗发射光,该玻璃片具有设置在其间的含有染料G的PVB夹层。投影仪适于向玻璃窗提供图像,该图像从第一空气-玻璃界面朝向相机反射。
染料G为来自QCR Solutions Corp的VIS518A,其吸收中心在约526nm的光,FWHM为约60nm,吸收率为约293L/g/cm,在PVB夹层中的提供量为约40ppm。
当投影仪投影绿光时,如上定义的主图像与二次图像的对比度被测量为173比1。
实例2f
提供激光投影仪,其发射波长为643nm且宽度小于约2nm的红光,如FWHM所定义的。该投影仪被定向为向包括两个玻璃片的玻璃窗发射光,该玻璃片具有设置在其间的含有染料R的PVB夹层。投影仪适于向玻璃窗提供图像,该图像从第一空气-玻璃界面朝向相机反射。
染料R为来自Exciton的ABS 642,它吸收中心在约643nm的光,FWHM为约25nm,吸收率为约185L/g/cm,在PVB夹层中的提供量为约103ppm。
当投影仪投影红光时,如上定义的主图像与二次图像的对比度被测量为15比1。
实例2g
提供激光投影仪,其发射波长为643nm且宽度小于约2nm的红光,如FWHM所定义的。该投影仪被定向为向包括两个玻璃片的玻璃窗发射光,该玻璃片具有设置在其间的含有染料R的PVB夹层。投影仪适于向玻璃窗提供图像,该图像从第一空气-玻璃界面朝向相机反射。
染料R为来自Epolin的6661,它吸收中心在约673nm的光,FWHM为约75nm,吸收率为约82L/g/cm,在PVB夹层中的提供量为约195ppm。
当投影仪投影红光时,如上定义的主图像与二次图像的对比度被测量为18比1。
实例3.(预示)
现在转向到图6,我们描绘了根据本发明的玻璃窗。该玻璃窗包括第一透明刚性基板(210)、第二透明刚性基板(212)和位于第一和第二透明刚性基板之间的PVB夹层(211)。PVB夹层设有至少三个窄带抑制剂,该抑制剂选择性地抑制三个离散波长范围内的光(204)。
实例4.(预示)建模的多层电介质叠层
图4所示的NIR反射剂窄带吸收剂(402)例如由高折射率(411)和低折射率(412)材料的交替层构成。例如,以45度的入射角;交替7层158nm的NbOx和230nm的SiO2,从高折射率开始,将具有中心在1249nm的NIR峰,FWHM为约460nm,以及中心在443nm的可见光谱峰,FWHM为约47nm。可替代地,交替11层156nm的NbOx和193nm的AlOx,从高折射率开始,将具有中心在1258nm的NIR峰,FWHM为约265nm,以及中心在443nm的可见光谱峰,FWHM为约30nm。
为了说明和描述的目的,已经给出了本发明的各种实施例的上述描述。其不是穷举的,也不是要将本发明限制于所公开的精确实施例。根据上述教导,许多修改或变化是可能的。选择和描述所讨论的实施例是为了提供对本发明的原理及其实际应用的最佳说明,从而使本领域的普通技术人员能够在各种实施例中利用本发明,并且进行各种修改以适于所设想的特定用途。当根据公平、合法和公正地授权的范围解释时,所有这些修改和变化都在由所附权利要求确定的本发明的范围内。
Claims (28)
1.一种用于显示信息的显示系统,所述显示系统包括:
a.玻璃窗,其包括第一透明刚性基板、第二透明刚性基板和位于所述第一透明刚性基板和所述第二透明刚性基板之间的夹层;
b.投影仪,其以可见光谱中的三个离散波长范围向所述玻璃窗发射光;
c.一个或多个窄带吸收剂,其设置在所述玻璃窗的可视区域中,选择性地吸收所述三个离散波长范围中的至少一个波长范围内的光;和
d.一个或多个窄带反射剂,其设置在所述玻璃窗的可视区域中,选择性地反射所述三个离散波长范围中的至少一个波长范围内的光。
2.根据权利要求1所述的显示系统,其中,所述窄带反射剂中的至少一个既表现出在可见光范围内的窄二次反射,又表现出在近红外范围内的主反射,所述窄二次反射选择性地反射由所述投影仪发射的三个波长范围中的至少一个波长范围内的光。
3.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述一个或多个窄带反射剂包含电介质多层叠层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述介电多层叠层包含交替的高折射率材料和低折射率材料,所述高折射率材料和低折射率材料产生NIR范围内的主峰和可见光范围内的次窄峰。
5.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述交替的高折射率材料和低折射率材料为聚合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述交替的高折射率材料和低折射率材料为金属氧化物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述一个或多个窄带反射剂在可见光的蓝色范围内反射。
8.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述一个或多个窄带反射剂在可见光的绿色范围内反射。
9.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述一个或多个窄带反射剂包含分别在可见光的蓝色范围内和在可见光的绿色范围内反射的两个反射剂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述一个或多个窄带反射剂设置在所述夹层中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,一个或多个窄带反射剂在所述刚性基板之一中或所述刚性基板之一上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述一个或多个窄带反射剂在附接到所述两个刚性基板中的一个的涂层或膜中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述一个或多个窄带吸收剂在所述夹层中。
14.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述一个或多个窄带吸收剂在所述刚性基板之一中或所述刚性基板之一上。
15.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述一个或多个窄带吸收剂在附接到所述两个刚性基板中的一个的涂层或膜中。
16.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述夹层设置有楔形部分,所述楔形部分使从所述玻璃窗反射的主图像和二次图像对准。
17.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,由所述投影仪发射的所述三个离散波长范围包括445nm、515nm和642nm的光。
18.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,由所述投影仪发射的所述三个离散波长范围包括445nm、550nm和642nm的光。
19.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,由所述投影仪发射的离散波长范围中的一个包括具有选自635、638、650或660中的一个或多个的波长的光。
20.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述投影仪是基于DPSS激光器的投影仪,并且其中由所述投影仪发射的三个离散波长范围包括457nm、532nm和671nm的光,并且具有从约0.5nm至约50nm的FWHM。
21.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述投影仪是基于DPSS激光器的投影仪,并且其中所述三个离散波长范围包括473nm、532nm和671nm的光,并且具有从约0.5nm至约50nm的FWHM。
22.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述窄带吸收剂选自染料和颜料。
23.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述窄带吸收剂中的至少一个为聚甲炔染料。
24.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述夹层包含PVB。
25.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述窄带吸收剂在位于夹层中的两个PVB层之间的膜中。
26.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述玻璃窗包含一种或多种UV光阻断剂。
27.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述UV阻断剂为UV染料吸收剂,所述UV染料吸收剂形成阻挡UV辐射至窄带染料的层。
28.根据前述权利要求中任一项所述的显示系统,其中,所述玻璃窗系统包含NIR吸收剂。
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