CN117157572A - 用于车辆玻璃板的抬头显示系统 - Google Patents

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J·格雷韦拉特
M·卡布奇利
M·阿恩特
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Saint Gobain Glass France SAS
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆玻璃板(1)的抬头显示系统(100)，所述车辆玻璃板包括在安装状态中朝向外部环境(13)的外侧(I)和朝向车辆内部空间的内侧(IV)，所述抬头显示系统包括：‑至少一个透明的玻璃板(2、3)，‑在所述玻璃板(2、3)的边缘区域(11)中的至少一个掩蔽条(5)，‑至少一个尤其是以印刷方法施加的、用于反射光的反射层(9)，该反射层在掩蔽条(5)的区域中设置在掩蔽条的车辆内部空间侧，‑至少一个分配给所述反射层(9)的图像显示装置(8)，该图像显示装置具有对准反射层(9)的图像显示器，该图像显示器的投影图像(14)被反射层(9)反射到车辆内部空间(12)中，其中，所述图像显示装置(8)在俯视图中在水平方向上是弯曲的。

Description

用于车辆玻璃板的抬头显示系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆玻璃板的具有至少一个图像显示装置的抬头显示系统、尤其是黑色印刷显示系统(Black Print Display)，其制造方法及其应用，以及具有车辆玻璃板的抬头显示系统和相应装备的车辆。
背景技术
车辆、尤其是轿车(PKW)越来越多地配备有所谓的抬头显示系统或者说平视显示系统(HUD)，如例如由DE102009020824A1已知的那些。抬头显示系统设置用于为观察者或驾驶员显示图像信息。借助例如仪表板区域中或顶部区域中的作为成像器的投影仪，图像被投影到挡风玻璃上，在那里被反射并被驾驶员感知为挡风玻璃后面的虚拟图像。因此，可以将重要的信息投影到驾驶员的视野中，例如当前的行驶速度、导航提示或警告提示，驾驶员能够感知到这些信息而不必将其视线从车道移开。因此，抬头显示系统非常有助于提高交通安全性。
通常，车辆挡风玻璃包括两个玻璃板，它们通过至少一个热塑性膜彼此层压。在上述抬头显示系统中存在投影仪图像在挡风玻璃的两个表面上被反射的问题。因此，驾驶员不仅感知到希望的主图像，其通过在挡风玻璃的内部空间侧的表面上的反射(主反射)引起。驾驶员也感知到略微偏移的、通常强度较弱的副图像，其通过在挡风玻璃的外侧表面上的反射(副反射)引起。这个问题一般通过以下方式解决，即，将所述反射表面彼此以有针对性选择的角度设置，使得主图像和副图像叠加，从而副图像不再干扰性地引人注意。
车辆玻璃板、尤其是挡风玻璃除了透明的透视区域之外通常包括具有不透明的层的不透明的掩蔽区域，该掩蔽区域不能透视。掩蔽区域通常设置在挡风玻璃的环绕的边缘区域中并且包围透视区域。不透明的掩蔽区域主要用于保护用于粘接挡风玻璃与车辆车身的胶粘剂免受紫外线(UV)辐射。如果复合玻璃板配备有电气功能(例如加热功能)，则为此所需的电端子还可以借助掩蔽区域掩盖。掩蔽区域通常由外玻璃板的朝向中间层的表面上的黑色覆盖印刷物形成。
也已知车辆玻璃板设有透明的、能导电的涂层。这些涂层例如可以用作红外反射涂层，以减少车辆内部空间的加热并由此提高热舒适性，或者可以用作可加热涂层，其方式是将它们与电源连接，使得电流流过涂层。在复合玻璃板内部具有导电涂层的挡风玻璃与抬头显示系统相关地具有这样的问题，即通过导电涂层形成另一用于投影仪图像的反射界面。这也导致不希望的副图像。
此外，在设计抬头显示系统时还必须确保投影仪具有相应大的功率，使得投影图像尤其是在阳光入射时具有足够的亮度并且可被观察者良好地识别。这要求一定的投影仪尺寸并且伴随相应的电流消耗。
例如通过提高反射图像的对比度可以降低电流需求。因此，原则上根据与HUD相同的原理也可以在掩蔽区域中产生虚拟图像。因此，也用投影仪照射掩蔽区域，并且光在那里被反射，从而为驾驶员产生显示。因此，例如可以将迄今为止在仪表板区域中显示的信息，如时间、行驶速度、发动机转速或导航系统的说明，或者也可以将代替传统的外后视镜或后视镜的向后定向的摄像机的图像以实用且美观的方式直接显示在挡风玻璃上，例如显示在掩蔽区域的邻接挡风玻璃下棱边的区段中。此类投影装置例如由DE102009020824A1已知。
通常，使用矩形平面图像显示装置来照射投影装置中的显示区域。这具有的缺点是，投影图像的轮廓与车辆玻璃板的反射层不一致，因为该反射层大多在水平和竖直方向上弯曲。这导致局部改变的虚拟图像，其对于观察者而言显得不一致且不均匀。出于该原因，根据系统的设计，需要在所显示图像的上或下边缘处进行图像裁剪和/或图像变形。这又导致投影图像的缩小。图像的缩小可以借助具有更高电流消耗的增大的图像显示装置来补偿。但由此增加了材料和能量成本并且提高了图像显示装置的空间需求。
将矩形显示元件设置在仪表板中的缺点在于，投影图像的轮廓与车辆玻璃板的黑色印刷表面不一致，因为该黑色印刷表面通常在水平和竖直方向上弯曲。因此，根据系统的设计，需要在所显示图像的上或下边缘处进行图像裁剪和/或图像变形。
另一个缺点产生于多个显示元件的过渡。如果矩形显示元件组合且并排地设置，以便从柱到柱地放大在黑色印刷区域中显示的虚拟图像，则不可避免地在这些显示元件之间出现空隙，尽管这些空隙可以被减小。
WO2012080806A2公开了一种用于车辆的光源装置。
EP2095988A1描述了一种具有高可见度的抬头显示系统。
WO2021209201A1公开了一种用于抬头显示系统的具有p偏振辐射的投影装置。
发明内容
本发明所基于的任务是提供一种具有至少一个图像显示装置的抬头显示系统，该抬头显示系统消除了图像不一致的已知缺点。
根据本发明的建议，所述任务和其它任务通过根据并列权利要求所述的一种车辆玻璃板和一种具有这种车辆玻璃板的抬头显示系统以及一种相应装备的车辆得以解决。本发明的有利实施方式由从属权利要求得出。
根据本发明，该任务尤其是通过一种用于车辆玻璃板的抬头显示系统来解决，所述车辆玻璃板在安装状态中具有朝向外部环境的外侧和朝向车辆内部空间的内侧，并且此外包括：
-至少一个透明的玻璃板，
-在所述玻璃板的边缘区域中的至少一个掩蔽条，
-至少一个(尤其是以印刷方法施加的)用于反射光的反射层，该反射层在掩蔽条的区域中设置在掩蔽条的车辆内部空间侧，
-至少一个分配给所述反射层的图像显示装置，该图像显示装置具有对准反射层的图像显示器，该图像显示器的投影图像被反射层反射到车辆内部空间中，
其中，所述图像显示装置在俯视图中在水平方向上是弯曲的。
此外，根据本发明的抬头显示系统具有以下优点：它对于从柱到柱地在黑色印刷显示系统上显示的大的、无缝的用户界面提供了更大的可能性。因此，对于虚拟图像、尤其是对于距离和视角存在更大的可能性。用户界面的视图与驾驶员或副驾驶员座位有关。在显示元件之间不存在或存在至少较少干扰的视觉空隙。需要较少的硬件。显示器控制电路板的数量可以减少。显示器的能量消耗变小，因为显示器表面可以被更有效地利用。
在根据本发明的抬头显示系统中，图像显示装置的弯曲与车辆玻璃板几何形状适配。也就是说，显示器弯曲应尽可能精确地相应于车辆玻璃板在黑色印刷区域中的水平弯曲。
本发明的一种优选实施方式是一种抬头显示系统，其中来自水平弯曲的图像显示装置的图像被反射层反射到车辆内部空间中。由此实现了更好的视角和更好的人体工程学。实现了虚拟图像的笔直且均匀的上棱边，而虚拟图像的下棱边通过图像变形而平直化。显示装置的弯曲与车辆玻璃板几何形状适配。显示器弯曲应尽可能精确地相应于挡风玻璃在黑色印刷区域中的水平弯曲。因此，图像显示装置优选这样弯曲，使得更远离车辆玻璃板的显示棱边在投影图像的边缘处具有相同的曲率半径。显示器曲率的改变对于虚拟图像、如虚拟图像间距或视角提供了额外的可能性。
本发明的一种优选实施方式是一种抬头显示系统，其中所述水平弯曲的图像显示装置包括1至10个、优选1至5个、特别优选1至3个图像显示装置。图像显示装置数量的这个范围已经被证明是特别有利的。但图像显示装置的投影图像之间的空隙可以用于例如将驾驶员侧和乘客侧以及共同的中央显示器分隔开，这能在显示器选择和集成时实现更多的灵活性。
代替一个弯曲的图像显示装置，根据本发明图像显示装置包括多个并排设置的弯曲的图像显示装置。空隙可以用于例如将驾驶员侧和乘客侧以及共同的中心显示器分隔开，这能在显示器选择和集成时实现更多的灵活性。
本发明的一种优选实施方式是一种抬头显示系统，其中所述图像显示装置没有环绕的边缘区域。如果通常环绕图像显示装置的、不适合于发出光的边缘区域以尽可能小的宽度构造，则出现的空隙可以进一步减小。特别优选图像显示装置没有环绕的边缘区域。
本发明的一种优选实施方式是一种抬头显示系统，其中所述图像显示装置是相应于车辆玻璃板在被投影图像照射的区域中的水平弯曲而弯曲的。基于与车辆玻璃板的弯曲适配的图像显示装置，在产生的图像方面存在更大的设计自由度。可以从更多的观察方向和角度视觉感知投影图像。可以避免在多个较小图像显示装置的情况下将出现的在投影图像之间的干扰空隙。
本发明的一种优选实施方式是一种抬头显示系统，其中所述图像显示装置发出的光量为至少50流明、优选至少200流明、特别优选至少600流明。所述光量范围是非常有利的。
根据本发明的抬头显示系统包括车辆玻璃板，该车辆玻璃板用于将车辆内部空间与车辆外部环境分隔开。车辆玻璃板包括至少一个透明的玻璃板。车辆玻璃板原则上可以任意构造，尤其是构造为热预应力单层安全玻璃或构造为复合玻璃板。优选车辆玻璃板用作车辆挡风玻璃。
根据本发明的抬头显示系统包括车辆玻璃板、尤其是车辆挡风玻璃，其构造为复合玻璃板并且包括具有外侧和内侧的第一玻璃板以及具有内侧和外侧的第二玻璃板，所述第一玻璃板和第二玻璃板通过至少一个热塑性中间层(粘接层)彼此固定连接。第一玻璃板也可以称为外玻璃板，第二玻璃板称为内玻璃板。两个单个玻璃板的表面或者说侧面从外向内通常被称为第I侧、第II侧、第III侧和第IV侧。
根据本发明的抬头显示系统包括车辆玻璃板，该车辆玻璃板在车辆中的安装状态中具有朝向外部环境的外侧和朝向车辆内部空间的内侧。在构造为复合玻璃板的车辆玻璃板中，第一玻璃板的外侧是车辆玻璃板的外侧并且第二玻璃板的内侧是车辆玻璃板的内侧。
根据本发明的抬头显示系统包括车辆玻璃板，该车辆玻璃板在通常邻接玻璃板的玻璃板边缘的边缘区域中具有至少一个掩蔽条。所述至少一个掩蔽条是包括一个或多个层的涂层并且用于掩蔽在安装状态中否则可透过玻璃板看到的结构。尤其是在挡风玻璃中，掩蔽条用于掩蔽用于将挡风玻璃粘接到车辆车身中的粘接带，即防止向外看到通常不规则涂覆的粘接带，从而产生挡风玻璃的和谐的整体印象。另一方面，掩蔽条用作所使用的粘接材料的UV防护装置。UV持续照射会损坏粘接材料并且随着时间的推移会使玻璃板与车辆车身的连接分离。
根据本发明的抬头显示系统包括车辆玻璃板，该车辆玻璃板具有至少一个掩蔽条，该掩蔽条构造成框架形环绕的并且尤其是在与反射层重叠的区段中具有比在其余区段中更大的宽度。
所述至少一个掩蔽条包括染成有色、优选黑色的材料，所述材料优选可以被烘烤到玻璃板中。优选所述至少一个掩蔽条是不透明的，以便尤其是用作例如用于粘接带的视线和UV防护装置。在具有可电控功能层的玻璃板中，掩蔽条例如也可以用于遮盖汇流导体和/或连接元件。
在本发明的意义中，“透明”表示车辆玻璃板的总透射率符合对于挡风玻璃的法律规定并且对于可见光优选具有大于70％并且尤其是大于75％、如大于95％的透射率。相应地，“不透明”表示光透射率小于30％、尤其是小于25％、如小于5％、尤其是0％。
根据本发明的抬头显示系统包括车辆玻璃板，该车辆玻璃板还包括至少一个用于将光反射到车辆内部空间中的反射层。在此重要的是，反射层在掩蔽条的区域中设置在掩蔽条的车辆内部空间侧。因此，在看向车辆玻璃板内侧的视线中，反射层位于掩蔽条的前方。
术语“在掩蔽条的区域中”意味着反射层在穿过车辆玻璃板的垂直视线中或在穿过玻璃的正交投影中与掩蔽条重叠地设置。反射层和所述至少一个掩蔽条可以设置在车辆玻璃板的不同侧上或车辆玻璃板的相同侧上。反射层没有不与掩蔽条重叠的区段，也就是说，反射层仅构造在这样的位置上，在那里反射层在看向车辆玻璃板内侧的视线中位于掩蔽条的前方。
术语“光反射到车辆内部空间中”涉及车辆玻璃板在车辆中的安装状态。被反射的光在车辆玻璃板的内侧上离开车辆玻璃板。
在车辆玻璃板在车辆中的安装状态中，为至少一个反射层分配少一个设置在车辆内部的图像显示装置。图像显示装置包括图像显示器，该图像显示器的图像射到反射层上并且被反射层反射到车辆内部空间中。图像显示装置也可以称为显示器并且构造为TFT显示器、LED显示器、OLED显示器、EL显示器、μLED显示器等，优选构成为TFT显示器。优选至少一个图像显示装置分配给反射层。特别优选正好一个图像显示装置分配给反射层。在图像显示器的常见尺寸时，在使用多个图像显示装置时，投影图像可以在车辆玻璃板的大致整个宽度上延伸。由此为乘客和驾驶员实现了改善的用户体验。在仅有一个图像显示装置的情况下，在虚拟图像之间不产生空隙，这改善了用户体验。
图像显示装置优选应具有15cm至30cm、特别优选20cm至25cm的屏幕对角线。较大的图像显示装置具有以下优点：需要使用较少数量的图像显示装置，从而在投影的虚拟图像之间较少地出现可见空隙。替代地，图像显示装置优选具有5cm至15cm、特别优选7cm至12cm的屏幕对角线。与较大的图像显示装置相比，在较小的图像显示装置中图像需要较少地预变形。即较小的图像显示装置与车辆玻璃板的水平的曲率半径的偏差较小。
图像显示装置的厚度优选为0.1cm至5cm、特别优选为0.3cm至1cm。在这些尺寸下，图像显示装置可以很好地安装在车辆的仪表板中而不容易被驾驶员或乘客看到。
图像显示装置发出的光量为至少50流明、优选为至少200流明、更优选为至少600流明。图像显示装置的被反射层反射的光的亮度为至少500cd/m2、优选至少800cd/m2、特别优选1000cd/m2。在该亮度下，观察者可以很好地视觉感知投影图像。
反射层构造成适合用于反射图像显示装置的光。反射层是玻璃板的反射入射光的涂层，该涂层优选包括至少一种元素金属和/或至少一种金属氧化物或由其组成。该金属优选选自包括铝、锡、钛、铜、镍铬、钴、铁、锰、锆、铈、钇、银、金、铂和钯或其混合物的组。特别优选反射层基于铝或镍铬合金构成。铝和镍铬合金更适合用于反射可见光。如果某物例如“基于”一种材料构成，则其大部分由该材料构成，尤其是除了可能的杂质或掺杂物之外基本上由该材料构成。
替代地，反射层也可以是含金属或不含金属的反射膜以及金属涂层膜。反射膜可以借助粘附层施加在车辆玻璃板的不同侧上或施加在掩蔽层上。但特别优选反射膜设置在热塑性中间层之内。“在热塑性中间层之内”可以意味着，反射层在层压之前设置在两个热塑性膜之间或借助压力被压入一个热塑性膜中。
为了制造反射层，例如通过气相沉积方法，例如大气压等离子体涂层方法、喷涂(Spray-Coating)或通过溶胶/凝胶方法以及必要时随后的烘烤或退火将糊料施加到玻璃板或膜上。优选将糊料以印刷方法施加到玻璃板或膜上，尤其是借助丝网印刷、移印或胶印。随后对所施加的糊料进行烘烤，即通过热处理进行压缩。有利的是，所施加的糊料在50℃至180℃的温度下干燥并且在200℃至1000℃的温度下、尤其是在400℃至700℃的温度下煅烧。所述膜优选是包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)和/或聚乙烯(PE)的聚合物膜，或所述膜尤其是包含PET、PP和/或PE。
糊料包括可印刷的金属溶液，其中至少一种金属主要是结合成复合物的。糊料还可以包含溶剂，优选选自醇、乙二醇、聚丙二醇及其衍生物，和/或增稠剂，优选纤维素衍生物或聚丙烯酸。
为了制造反射层，替代地，优选通过物理气相沉积(PVD)、特别优选通过阴极溅射并且非常特别优选通过磁场支持的阴极溅射(“磁控溅射”)将涂层施加到玻璃板或膜上。这种涂层可以以特别高的光学质量和特别小的厚度生产。
原则上，涂层可以例如借助化学气相沉积(CVD)、等离子体增强气相沉积(PECVD)、通过气相沉积或原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)来施加。优选在层压之前将涂层施加到玻璃板上。
例如反射层包括至少一种金属氧化物、可选的至少一种溶剂和/或至少一种增稠剂、和不可避免的杂质，杂质在反射层中的比例小于5重量％、优选小于1重量％。反射层中金属氧化物的含量优选为至少70％、优选至少80％、特别是至少90％。有利的是，与玻璃板上单纯的光反射相比，可以通过反射层改善反射光的特性。
在本发明的一种有利实施方式中，反射层对于在可见波长范围内的光而言具有大于15％、优选大于或等于25％的总反射率(RL)，该反射率在与法线成65°入射角的情况下测得。所述光在此优选包括可见波长范围内的s偏振光和p偏振光。
因此，反射光的比例相对高，光的反射率(RL)例如为大约25％。
此外，也可以有利地反射在入射平面中偏振(p偏振)的光的相对高的比例。
在本发明的另一种有利实施方式中，反射层对于在可见波长范围内的p偏振光而言具有大于5％、优选大于15％的反射率(Rp-L)，该反射率在与法线成65°入射角的情况下测得。在本发明的范围中可见波长范围优选为380nm至780nm。
特别优选上述反射值适用于s偏振光和p偏振光或适用于由光源使用的波长范围中的p偏振光。偏振方向的说明在此涉及辐射在复合玻璃板上的入射平面。p偏振的辐射表示其电场在入射平面中振荡的辐射。s偏振的辐射表示其电场垂直于入射平面振荡的辐射。入射平面通过入射矢量和复合玻璃板在被照射区域的几何中心处的面法线形成。
本发明基于以下认识：与所述至少一个通常不透明的掩蔽条重叠的反射层实现相对于掩蔽条具有高对比度的良好图像显示，从而其看起来明亮并且因此也非常易于识别。这能有利地降低图像显示装置的功率并因此减少能量消耗。这是本发明的一个重要优点。投影到反射层上的虚拟图像的对比度为至少2:1，优选至少3:1并且特别优选至少5:1。对比度是图像的最亮点和最暗点的光强之间的比值。用于测量对比度的可能性对于技术人员来说是公知的。
掩蔽条优选以印刷方法、尤其是丝网印刷方法施加到至少一个玻璃板上。印刷油墨被印刷到玻璃板上并且随后优选在最高700℃下干燥或烘烤。印刷油墨优选是持久耐光、耐溶剂和耐磨的。掩蔽条可以从实心涂层过渡为不同尺寸的点。这些所谓的丝网印刷点应消除黑色丝网印刷边缘的视觉上实心的印象。
所述至少一个掩蔽条优选是黑色的并且也可以称为黑色印刷物或覆盖印刷物。掩蔽条的材料也可以通过其它常见的施加方法，如抹涂、辊涂、喷涂等施加到玻璃板上并且随后优选被烘烤。
根据车辆玻璃板的一种优选实施方式，所述至少一个掩蔽条由单层构成。这具有车辆玻璃板的制造特别简单且成本低廉的优点，因为对于掩蔽条只需形成唯一的层。
掩蔽条原则上可以施加在任一玻璃板侧面上。在复合玻璃板的情况下，掩蔽条优选施加在第一玻璃板的内侧(第II侧)或第二玻璃板的内侧(第III侧)上，在那里它被保护以免受外部影响。特别优选掩蔽条施加到第一玻璃板的内侧(第II侧)上。
根据构造成复合玻璃板形式的根据本发明的车辆玻璃板的一种优选实施方式，反射层安置在第二玻璃板的外侧(第IV侧)上，这能实现特别简单的制造。如本发明人可以表明的，在该布置中，反射光的比例特别高。此外，可以避免干扰的副图像。虽然反射层通常是非常耐气候的，但反射层可以被覆盖层、尤其是聚合物层或玻璃层覆盖，以便由此保护其免受外部影响。玻璃层尤其是可以通过热塑性中间层安置在复合玻璃板上。
根据构造成复合玻璃板形式的根据本发明的车辆玻璃板的另一种优选实施方式，反射层安置在第二玻璃板的内侧(第III侧)上，这具有的优点是保护反射层免受外部影响。
根据构造成复合玻璃板形式的根据本发明的车辆玻璃板的另一种优选实施方式，反射层在第一玻璃板的内侧(第II侧)上安置在(不透明的)掩蔽层上或上方。如本发明可以令人意想不到地表明的，在该布置中，具有p偏振的反射光的比例特别高，这具有的优点是，借助具有偏振镜片的太阳镜也可以很好地看到HUD显示。在掩蔽层和反射层之间可以设置一个或多个另外的层。替代地，反射层可以直接施加在掩蔽层上。
按照根据本发明的车辆玻璃板的另一种优选实施方式，除了第一玻璃板的内侧(第II侧)上的所述(不透明的)掩蔽条之外，在第二玻璃板的内侧(III)上和/或第二玻璃板的外侧(IV)上设置有至少一个另外的掩蔽条。所述另外的掩蔽条用于改善玻璃板的粘附性并且优选被添加陶瓷颗粒，这些陶瓷颗粒赋予掩蔽条粗糙且粘附的表面，这在第IV侧上例如支持将车辆玻璃板粘接到车辆车身中。在第III侧上，这有助于复合玻璃板的两个单玻璃板的层压。优选设置在第II侧上的掩蔽条也被添加陶瓷颗粒。也可以出于美学原因设置施加在第二玻璃板的外侧(第IV侧)上的另外的掩蔽条，例如以便掩盖反射层的棱边或形成到透明区域的过渡部的棱边。
在一个区段(在该区段中反射层与不透明的掩蔽条在第II侧上重叠设置)中，掩蔽条优选设有扩宽部，即与在其它区段中相比具有更大的宽度(垂直于延伸的尺寸)。掩蔽条可以通过这种方式适合地与反射层的尺寸适配。
车辆玻璃板优选具有在安装位置中朝向车辆顶部的上棱边(也称为顶部棱边)和朝向车辆底部的下棱边(也称为发动机棱边)。所述上棱边和下棱边通过两个基本上垂直于上棱边和下棱边延伸的侧棱边相互连接。
在本发明的一种优选实施方式中，反射层在车辆玻璃板的整个宽度上延伸。反射层完全从一个侧棱边延伸到另一个侧棱边。反射层设置在直接邻接下棱边的下部边缘区段中。反射层的宽度优选为2cm至20cm、特别优选为3cm至15cm。在该实施方式中，车辆玻璃板优选是汽车的挡风玻璃。反射层在此设置在挡风玻璃的设置用于透视的区域之外。在欧盟市场上，这意味着反射层根据ECE-R43设置在挡风玻璃的视场A和B之下。因此，重要的信息可以被投影到驾驶员的视野中，例如当前的行驶速度、导航提示或警告提示，驾驶员可以感知这些信息而不必将其视线从车道移开。反射层还可以作为抬头显示系统的组成部分取代仪表板中占用空间的同类型显示器的功能，从而释放车辆中的空间。
所述至少一个玻璃板优选包含或由玻璃、特别优选平板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅酸玻璃、钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃或透明塑料、优选刚性透明塑料、尤其是聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯和/或它们的混合物组成。适合的玻璃例如由EP 0847965 B1已知。
所述至少一个玻璃板可以是透明的，或者也可以是涂色或染色的。挡风玻璃在此必须在中央可视区域中具有足够的透光性，根据ECE-R43，优选在主透视区域A中为至少70％。所述至少一个玻璃板优选是弯曲的，即它具有曲率。
所述至少一个玻璃板可以具有其它适合的、本身已知的涂层，例如抗反射涂层、抗粘涂层、抗刮涂层、光催化涂层或防晒涂层或低辐射涂层。
一个玻璃板的厚度可以广泛地变化并且可以根据具体情况的要求调整。优选使用标准厚度为1.0mm至25mm、优选为1.4mm至2.1mm的玻璃板。玻璃板的尺寸可以广泛地变化并且取决于应用。
车辆玻璃板可以具有任意三维形状。优选所述至少一个玻璃板没有阴影区域，从而其例如可以通过阴极溅射涂层。所述至少一个玻璃板优选为平坦的或在空间的一个方向或多个方向上略微或强烈地弯曲。所述至少一个玻璃板可以是无色或染色的。
所述至少一个热塑性中间层包含或由至少一种热塑性塑料、优选聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)和/或聚氨酯(PU)或其共聚物或衍生物组成，可选择地与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)组合。但热塑性中间层也可以包含例如聚丙烯(PP)、聚丙烯酸酯、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚醋酸酯树脂、浇注树脂、丙烯酸酯、氟化乙烯-丙烯、聚氟乙烯和/或乙烯-四氟乙烯或其共聚物或混合物。
热塑性中间层优选包含或优选由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、特别优选由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和技术人员已知的添加剂例如增塑剂组成。热塑性中间层优选包含至少一种增塑剂。
增塑剂是使塑料更软、更柔性、更柔韧和/或更有弹性的化学化合物。它们将塑料的热弹性范围移动到较低的温度，使得塑料在使用温度的范围内具有所希望的更有弹性的特性。优选的增塑剂是羧酸酯，尤其是难挥发的羧酸酯、脂肪、油、软树脂和樟脑。其它增塑剂优选为三乙二醇或四乙二醇的脂族二酯。特别优选将3G7、3G8或4G7用作增塑剂，其中第一位数字表示乙二醇单元数，最后一位数字表示化合物的羧酸部分中的碳原子数。例如3G8表示三乙二醇二(2-乙基己酸酯)，即式C4H9CH(CH2CH3)CO(OCH2CH2)3O2CCH(CH2CH3)C4H9的化合物。
优选热塑性中间层包含至少3重量％、优选至少5重量％、特别优选至少20重量％、还更优选至少30重量％并且尤其是至少40重量％的增塑剂。增塑剂优选包含或由三乙二醇二(2-乙基己酸酯)组成。
进一步优选热塑性中间层包含至少60重量％、特别优选至少70重量％、尤其是至少90重量％和例如至少97重量％的聚乙烯醇缩丁醛。
热塑性中间层可以由单个膜形成或也可以由多于一个的膜形成。
热塑性中间层可以由一个或多个彼此叠置的热塑性膜形成，热塑性中间层的厚度优选为0.25mm至1mm、通常为0.38mm或0.76mm。但也可以想到，在透明胶粘剂的情况下厚度为约10μm。
热塑性中间层也可以是功能性热塑性中间层，尤其是具有声学阻尼特性的中间层、反射红外辐射的中间层、吸收红外辐射的中间层和/或吸收UV辐射的中间层。因此，热塑性中间层例如也可以是隐藏可见光窄带的带通滤波膜。
抬头显示系统包括分配给反射层的图像显示装置，该图像显示装置具有对准反射层的图像显示器，该图像显示器的图像被反射层反射到车辆内部空间中。如果设置有多个反射层，则可以设置相应数量的图像显示装置。
此外，本发明还涉及一种具有根据本发明的抬头显示系统的车辆。图像显示装置在此优选通过车辆的车载电网供电。车载电网的电流例如可以通过车辆顶部上的太阳能电池产生。
本发明还涉及一种用于制造根据本发明的抬头显示系统的方法。该方法包括：
(a)在至少一个玻璃板的边缘区域中施加至少一个掩蔽条，
(b)将反射层在所述掩蔽条的区域中设置在车辆内部空间侧，并且
(c)相对于车辆玻璃板及其几何形状设置图像显示装置。
将掩蔽条优选以印刷方法、尤其是以丝网印刷方法或通过其它常用的施加方法、如抹涂、辊涂、喷涂等施加到所述至少一个玻璃板上并且随后优选进行烘烤。反射层优选以印刷方法施加到玻璃板上并被烘烤。
为了制造复合玻璃板，优选在热、真空和/或压力的作用下通过至少一个热塑性的粘接层将至少两个玻璃板相互连接(层压)。可以使用本身已知的用于制造复合玻璃板的方法。例如所谓的高压釜方法可以在约10bar至15bar的增高压力和130℃至145℃的温度下进行约2小时。本身已知的真空袋法或真空环法例如在约200mbar和130℃至145℃下工作。两个玻璃板和热塑性中间层也可以在压延机中在至少一个辊对之间被压合成复合玻璃板。已知这种类型的设备用于制造复合玻璃板并且通常在压机之前具有至少一个加热通道。压制过程期间的温度例如为40℃至150℃。压延机法和高压釜法的组合在实践中已经被证明是特别有用的。替代地，可以使用真空层压机。它们由一个或多个可加热且可抽真空的腔组成，在这些腔中第一玻璃板和第二玻璃板可以在例如约60分钟内在0.01mbar至800mbar的减小压力和80℃至170℃的温度下被层压。
此外，本发明还涉及根据本发明的具有车辆玻璃板的抬头显示系统在用于陆上交通、空中交通或水上交通的运输工具、尤其是机动车中的应用。根据本发明优选将车辆玻璃板用作车辆挡风玻璃。
有利的是，复合玻璃板可以是车辆的挡风玻璃或天窗玻璃或其它车辆安装玻璃、如车辆、优选轨道车辆或公共汽车中的分隔玻璃板。原则上，具有车辆玻璃板的特征的复合玻璃板也可以是建筑安装玻璃、例如在建筑物的外立面中的建筑安装玻璃或建筑物内部的分隔玻璃板。
本发明的不同实施方式可以单独地或以任意组合的方式实现。尤其是前面所述的和后面待阐述的特征不仅可以以所说明的组合而且可以以其它组合或单独地使用，而不离开本发明的范围。
附图说明
下面参考附图借助实施例详细阐述本发明。简化的、不按比例的图示如下：
图1示出根据本发明的抬头显示系统的一种实施例的横截面视图；
图2示出图1的车辆玻璃板的俯视图；
图3-4示出车辆玻璃板的不同实施方式的横截面视图；
图5示出具有一个弯曲的图像显示装置的根据本发明的抬头显示系统的另一种实施例，其中示出车辆玻璃板的俯视图；和
图6示出具有三个弯曲的图像显示装置的根据本发明的抬头显示系统的另一种实施例，其中示出车辆玻璃板的俯视图。
具体实施方式
图1以高度简化的示意图示出车辆中的根据本发明的抬头显示系统100的一种实施例的横截面视图。抬头显示系统100的车辆玻璃板1的俯视图在图2中示出。图1的横截面视图相应于如图2中所示的车辆玻璃板1的剖面线A-A。
车辆玻璃板1构造成复合玻璃板的形式(也参见图3至4)并且包括第一玻璃板2(例如外玻璃板)和第二玻璃板3(例如内玻璃板)，所述第一玻璃板和第二玻璃板通过热塑性中间层4彼此固定连接。车辆玻璃板1安装到车辆中并且将车辆内部空间12与外部环境13分隔开。车辆玻璃板1例如是机动车的挡风玻璃。替代地，车辆玻璃板仅具有单层玻璃板，优选为热预应力单层安全玻璃的形式(未示出)。
第一玻璃板2和第二玻璃板3分别由玻璃、优选热预应力钠钙玻璃制成并且对于可见光是透明的。热塑性中间层4由热塑性塑料、优选由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)和/或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制成。
第一玻璃板2的外表面I朝向外部环境13并且同时是车辆玻璃板1的外表面。第一玻璃板2的内表面II以及第二玻璃板3的外表面III分别朝向中间层4。第二玻璃板3的内表面IV朝向车辆内部空间12并且同时是车辆玻璃板1的内表面。不言而喻，车辆玻璃板1可以具有任意适合的几何形状和/或弯曲/曲率。作为车辆玻璃板1，它通常具有凸形拱曲。
在车辆玻璃板1的边缘区域11中，框架状环绕的第一掩蔽条5位于第一玻璃板2的内侧(第II侧)上。第一掩蔽条5是不透明的并且防止看到设置在车辆玻璃板1内侧的结构、例如用于将车辆玻璃板1粘接到车身中的粘接带。第一掩蔽条5优选是黑色的。第一掩蔽条5由通常用于掩蔽条的不导电材料、如经烘烤的染成黑色的丝网印刷油墨制成。
此外，车辆玻璃板1在边缘区域11中在第二玻璃板3的外侧IV上具有由不导电材料制成的第二掩蔽条6。第二掩蔽条6构造成框架状环绕的。与第一掩蔽条5类似，第二掩蔽条6由通常用于掩蔽条的不导电材料、如经烘烤的染成黑色的丝网印刷油墨制成。
在第二玻璃板3的外侧IV上存在一个反射层9，该反射层例如借助磁控溅射或作为糊料以印刷方法施加到玻璃板3上并被烘烤。反射层是包含至少一种金属氧化物的金属氧化物涂层或例如是镍铬合金。
反射层9在穿过车辆玻璃板1的垂直视线中与第一掩蔽条5重叠地设置，第一掩蔽条5完全覆盖反射层9，即反射层9没有不与第一掩蔽条5重叠的区段。反射层9在此例如仅设置在车辆玻璃板1的边缘区域11的下部(发动机侧)区段11'中。但也可以将反射层9设置在上部(顶部侧)区段11”中或边缘区域11的侧部区段中。此外，可以设置多个反射层9，这些反射层例如设置在边缘区域11的下部(发动机侧)区段11'中和上部(顶部侧)区段11”中。例如这些反射层9可以设置成使得产生(部分)环绕的图像。
第一掩蔽条5在边缘区域11的下部(发动机侧)区段11'中加宽，即第一掩蔽条5在边缘区域11的下部(发动机侧)区段11'中比在车辆玻璃板1的边缘区域11的上部(顶部侧)区段11”中(以及在图1中不可见的边缘区域11的侧部区段中)具有更大的宽度。“宽度”理解为第一掩蔽条5的垂直于其延伸的尺寸。反射层9在此例如设置在第二掩蔽条6上方(即不重叠)，同样可以出于美观原因存在重叠。
抬头显示系统100还具有一个设置在仪表板7中的图像显示装置8作为成像器。图像显示装置8用于产生光10(图像信息)，该光对准反射层9并且被反射层9作为反射光10'反射到车辆内部空间12中，在那里其可以被观察者、如驾驶员看到。反射层9构造成适合于反射图像显示装置的光，即图像显示器的图像。例如图像显示装置8也可以设置在机动车的A柱中或顶部上(分别在车辆内部空间侧)，如果反射层9为此以适合的方式定位。如果设置有多个反射层9，则可以为每个反射层9分配一个单独的图像显示装置8，即可以设置多个图像显示装置8。
如果应在反射层9上显示多于一个的虚拟图像，则这些虚拟图像也可以通过多于一个的图像显示装置8产生。例如车辆玻璃板1也可以是天窗玻璃、侧窗玻璃或后窗玻璃。图像显示装置8到反射层9区域的竖直距离优选为0.1到10cm、如2cm，所述反射层设置用于反射图像显示装置8的光10。图像显示装置8例如是TFT显示器并且所发出的光量例如是600流明。图像显示装置8例如与车辆的车载电网电气连接并且由此被供电(未示出)。一个或多个图像显示装置8的根据本发明的实施方式在图5或6中被描述。
在图2的俯视图中示出沿边缘区域11的下部区段11'延伸的反射层9。
现在参考附图3至4，其中示出车辆玻璃板1的不同实施方式的横截面视图。图3至4的横截面视图相应于如图2中所示的车辆玻璃板1的边缘区域11的下部区段11'中的剖面线A-A。
在图3中示出的车辆玻璃板1的变型方案中，第一(不透明的)掩蔽条5位于第一玻璃板2的内侧(第II侧)上。反射层9施加在第二玻璃板3的外侧(第IV侧)上。来自图像显示装置8的光10被反射层9作为反射光10'反射到车辆内部空间12中。示意性示出光10、10'的偏振(s偏振、p偏振)。该变型方案的优点在于入射光10的相对大比例被反射。此外，可以在不透明的(第一)掩蔽层5的背景前以高对比度很好地识别图像。
在图4中示出的车辆玻璃板1的变型方案与图3的变型方案的区别仅在于，反射层9施加在(第一)掩蔽层5上。该变型方案的特殊优点在于入射光10的p偏振的相对大比例被反射。此外，可以在不透明的(第一)掩蔽层5的背景前以高对比度很好地识别图像。反射层9在复合玻璃板的内部被很好地保护以免受外部影响。
在所有实施例中，反射层9设置在第一掩蔽条5的车辆内部空间侧，即在看向车辆玻璃板1内侧的视线上反射层9位于第一掩蔽条5的前方。
图5示出车辆玻璃板1的俯视图和抬头显示系统100的图像显示装置8的侧视图。俯视图示出车辆玻璃板1的内部空间侧，其朝向车辆内部空间(外侧IV)。车辆玻璃板1例如如对于图1和2所描述的那样构造。车辆玻璃板1例如具有对于挡风玻璃来说常见的几何形状和曲率。车辆玻璃板1例如作为挡风玻璃安装到车辆中。
图像显示装置8借助发出的光10将图像14投影到车辆玻璃板1的反射层9上。图像显示装置8在图像显示装置8的显示区域的俯视图中在水平方向上是弯曲的。即在所示的图像显示装置8的侧视图中它是竖直弯曲的。图像显示装置8在侧视图中在车辆玻璃板1前方凸形弯曲；但它也可以是凹形弯曲的。图像显示装置8的弯曲与车辆玻璃板1在反射层9的设置用于投影的图像14的区域中的水平弯曲适配。图像显示装置8优选这样弯曲，使得图像显示装置8的更远离车辆玻璃板根部的显示棱边与车辆玻璃板1在投影图像14的上边缘O处具有相同的曲率半径。以这种方式可以实现虚拟图像14的笔直且一致的上边缘O，而投影图像14的下边缘U可以通过图像变形的校正而平直化。特别优选车辆玻璃板1在投影图像14的投影区域中的曲率半径与图像显示装置8的曲率半径存在固定关联。优选这样选择图像显示装置8的弯曲，使得投影图像14对于驾驶员或乘客良好可见地在车辆玻璃板1的大部分宽度(＞90％)上延伸。
基于与车辆玻璃板1的弯曲相适配的图像显示装置8，在生成图像14方面有更大的设计自由度。投影图像14可以从更多观察方向和角度被视觉感知。可以避免在多个较小图像显示装置8的情况下将出现的在投影图像14之间的干扰空隙。通过较少的图像显示装置8可以节省能量成本和材料成本。基于图像显示装置8的弯曲，需要较少的图像校正。图像校正导致投影图像14只能在反射层9的比基于图像显示装置8的设计方案原本可能的区域更小的区域上成像。
在图6中示出的抬头显示系统100的变型方案与图5的变型方案的区别仅在于，代替一个弯曲的图像显示装置8，三个水平弯曲的图像显示装置81、82、83分别将一个图像141、142、143投影到车辆玻璃板1的反射层9上。代替一个弯曲的图像显示装置8，抬头显示系统100包括多个水平弯曲的图像显示装置8n，这些图像显示装置分别将一个图像14n投影到车辆玻璃板1的反射层9上。第一图像显示装置81在此将第一图像141、第二图像显示装置82将第二图像142并且第三图像显示装置83将第三图像143投影到车辆玻璃板1的反射层9上。这三个图像显示装置81、82、83并排设置，其中第二投影图像142位于第一和第三图像141、143之间并且居中地设置在玻璃板根部附近。一起观察时，这三个图像显示装置81、82、83形成与在图5中示出的一个图像显示装置8相似的几何形状，即凸形弯曲。这意味着，各个图像显示装置81、82、83也与车辆玻璃板1的弯曲相适配。
在此在投影图像141、142、143之间出现空隙。但这些空隙也可以用于将例如驾驶员侧和副驾驶员侧以及共同使用的中间图像显示装置82分隔开，这在选择和集成图像显示装置81、82、83时能够实现更多的灵活性。也能够实现各个图像显示装置81、82、83的更简单的独立操作。此外，基于各个图像显示装置81、82、83的弯曲，投影图像141、142、143之间出现的空隙与同类型的图像显示装置的投影图像相比也可以减小。如果通常环绕图像显示装置81、82、83的、不适合于发出光10的边缘区域以尽可能小的宽度构造，则出现的空隙还可以进一步减小。特别优选图像显示装置81、82、83没有环绕的边缘区域。
由上述说明得出，本发明提供一种改进的车辆玻璃板或配备有该车辆玻璃板的抬头显示系统，其能够实现相对于掩蔽条具有高对比度的良好图像显示。可以避免不希望的副图像。根据本发明的抬头显示系统可以在使用已知制造方法的情况下简单且低成本地制造。
附图标记列表
1 车辆玻璃板
2 第一玻璃板
3 第二玻璃板
4 中间层
5 第一掩蔽条
6 第二掩蔽条
7 仪表板
8 图像显示装置
81第一图像显示装置
82第二图像显示装置
83第三图像显示装置
9反射层
10、10'光
11、11'、11”'边缘区域
12车辆内部空间
13外部环境
14投影图像
141第一投影图像
142第二投影图像
143第三投影图像
100抬头显示系统
I、II第一玻璃板2的外侧，第一玻璃板2的内侧
III、IV第二玻璃板3的内侧、第二玻璃板3的外侧
n 1至10的整数
O投影图像14的上边缘
U投影图像14的下边缘
A-A'剖面线

Claims (19)

1.用于车辆玻璃板(1)的抬头显示系统(100)，所述车辆玻璃板包括在安装状态中朝向外部环境(13)的外侧(I)和朝向车辆内部空间的内侧(IV)，所述抬头显示系统包括：
-至少一个透明的玻璃板(2、3)，
-在所述玻璃板(2、3)的边缘区域(11)中的至少一个掩蔽条(5)，
-至少一个尤其是以印刷方法施加的、用于反射光的反射层(9)，该反射层在掩蔽条(5)的区域中设置在掩蔽条的车辆内部空间侧，
-至少一个分配给所述反射层(9)的图像显示装置(8)，该图像显示装置具有对准反射层(9)的图像显示器，该图像显示器的投影图像(14)被反射层(9)反射到车辆内部空间(12)中，
其中，所述图像显示装置(8)在俯视图中在水平方向上是弯曲的。
2.根据权利要求1所述的抬头显示系统(100)，其中，所述水平弯曲的图像显示装置(8)包含1至10个图像显示装置(8n)并且n为1至10的整数。
3.根据权利要求1或2所述的抬头显示系统(100)，其中，所述水平弯曲的图像显示装置(8)包含1至5个图像显示装置(8n)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述水平弯曲的图像显示装置(8)包含1至3个图像显示装置(8n)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，来自图像显示装置(8n)的图像(14n)被反射层(9)反射到车辆内部空间(12)中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述图像显示装置(8)没有环绕的、不适合于发出光的边缘区域。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述图像显示装置(8)是相应于车辆玻璃板(1)在被投影图像(14)照射的区域中的水平弯曲而弯曲的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述图像显示装置(8)发出的光量为至少50流明、优选为至少200流明、特别优选为至少600流明。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述图像显示装置(8)是LED显示器、OLED显示器或μLED显示器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述车辆玻璃板(1)以复合玻璃板的形式构造并且包括第一玻璃板(2)和第二玻璃板(3)，所述第一玻璃板具有在安装状态中朝向外部环境(13)的外侧(I)以及具有内侧(II)，所述第二玻璃板具有在安装状态中朝向车辆内部空间(12)的内侧(III)以及具有外侧(IV)，所述第一玻璃板和第二玻璃板通过至少一个热塑性中间层(4)彼此固定连接。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述车辆玻璃板(1)具有至少一个掩蔽条(5)，所述掩蔽条构造成框架形环绕的并且尤其是在与反射层(9)重叠的区段(11')中比在不同于该区段的区段(11”)中具有更大的宽度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述车辆玻璃板(1)具有反射层(9)，该反射层含有至少一种元素金属或金属氧化物，所述元素金属或金属氧化物选自包括铝、锡、钛、铜、镍、铬、钴、铁、锰、锆、铈、钇、银、金、铂和钯或其混合物的组。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述反射层(9)对于在可见波长范围内的p偏振光而言具有大于5％、优选大于15％的反射率，该反射率在与法线成65°入射角的情况下测得。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述反射层(9)作为糊料以印刷方法施加到所述玻璃板(2、3)或膜上并且是烘烤的。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述投影图像(14)从柱到柱地被显示。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的抬头显示系统(100)，其中，所述掩蔽条(5)施加在第一玻璃板(2)的内侧(II)上。
17.用于制造根据权利要求1至16中任一项所述的抬头显示系统(100)的方法，其中，
(a)在至少一个玻璃板(2、3)的边缘区域(11)中施加至少一个掩蔽条(5)，
(b)将反射层(9)在所述掩蔽条(5)的区域中设置在车辆内部空间侧，并且
(c)相对于车辆玻璃板(1)及其几何形状设置图像显示装置(8)。
18.根据权利要求17所述的用于制造抬头显示系统(100)的方法，其中，将所述反射层(9)作为糊料以印刷方法施加到所述玻璃板(2、3)或膜上并进行烘烤。
19.根据权利要求1至16中任一项所述的抬头显示系统(100)在用于陆上、空中或水上交通的运输工具中的应用，尤其是用作车辆挡风玻璃。
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