CN117580707A - 红外反射复合夹层 - Google Patents

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Abstract

本文公开了具有光路的挡风玻璃，其包括内部刚性基底，该内部刚性基底与第一楔形聚合物层光学相邻，用于反射主图像。还提供了反射层，其位于第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层之间的光路中。挡风玻璃还设置有外部刚性基底，外部刚性基底与第二楔形聚合物层光学相邻。第一楔形聚合物层使得从反射层反射的可见光与主图像重叠，并且第二楔形聚合物层使得从外部刚性基底的外表面反射的可见光与主图像重叠。

Description

红外反射复合夹层
背景技术
近年来已经看到，由汽车挡风玻璃提供的功能性显著增强。尽管光学透明度、抗冲击性和耐久性仍然是关键的性能标准，但是消费者正在寻求许多新的功能。这些功能包括声音阻尼、能量管理和显示能力。
在单个挡风玻璃中结合多个性能特征给用户带来了价值，但由于各个性能元素总是相互抵触，因此通常需要对整体性能做出妥协。产生结合多种功能的最终产品通常需要仔细选择特性以产生平衡，该平衡既能就每种元素达成妥协，又能带来整体价值。然而，在一些情况下，有可能开发新颖的方式来设计产品，其以几乎不需要或不需要对性能或功能做出妥协的方式将不同的功能集合在一起。
汽车挡风玻璃中特别需要的一组功能是能量管理和显示能力的组合。挡风玻璃中的平视显示器(Head-up Display，HUD)技术是一种汽车趋势，由于客户的需求，该技术正以巨大的增长率出现，并且通过改进的投影仪技术、增强的信息/信息娱乐特征以及先进的驾驶员辅助系统和自主驾驶系统的发展，它正在成为可能。
主要为红外热抑制形式的能量管理技术已经在汽车应用中使用了多年，以改进驾驶员舒适性并减少对驾驶室的热负荷。虽然对于将太阳防护与平视显示能力相结合的挡风玻璃存在明确的市场需求，但是该结合总是导致不可接受的光学伪影。本发明的目的是概述一种这样的方法，该方法用于组合能量管理和平视显示能力的元素，而基本上不损害每个类别中的最终产品性能。做到这一点的关键要求对描述电磁辐射与挡风玻璃相互作用的方式的物理学有更好的理解。
在能量管理应用中，挡风玻璃通常结合有设计成反射电磁能的膜。这些膜通常包括透明的聚合物基底，在其上已经溅射了折射率交替的极薄的金属叠层。选择材料选择和溅射厚度以有利于近红外区域和远红外区域中的反射，同时最小化对可见光谱的影响。已经描述了几种这样的产品。
美国专利No.5,071,206公开了用于太阳热控制的视觉透明的、颜色校正的、红外反射膜。该膜采用Fabry-Perot夹层干涉滤光片，其特征在于具有与介电间隔层和可选的边界层直接邻接的三个或更多个溅射沉积金属(例如银)的透明层。还公开了通过溅射技术生产这些材料的方法，以及随后的用于结合这些膜的上釉方法。
类似地，美国专利No.6,416,872公开了一种具有三层的热反射透明窗盖。该复合材料具有基底和设置在基底上的独特的热反射叠层。热反射叠层依次具有第一干涉层、红外反射金属层、第二干涉层和第一非红外反射层。第一干涉层的折射率与基底的折射率相差至少约0.1。第一非红外反射层由选自以下材料组之一的材料构成：(i)折射率大于约1.0且消光系数大于约2.0的金属，和(ii)折射率大于约0.5且消光系数大于约0.5的非金属。
重要的是注意到，虽然这些红外抑制膜主要作用于近红外区域和远红外区域，但是可见光谱也受到影响。这一点很重要，因为在电磁波谱的这一部分中，这样的膜将影响大多数传统平视显示器技术的性能。
平视显示器使用可见光来向驾驶员传送和传达信息。在一种常见形式中，平视显示器(HUD)汽车系统可以包括计算机化的信号发生器、投影仪和用作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校准光图像，并以为高反射强度设计的特定选择角度向挡风玻璃投影图像。
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合体传播回来，并且很大一部分会从层合体中出现，传播到驾驶员的眼动范围之外的点(因此看不见)。
然而，存在以与投影仪稍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行进进入和离开层合体，其以一定角度被反射，使得离开外部玻璃表面的反射对于驾驶员是可见的。这通常被称为二次图像。当层合体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“重像(ghost)”图像。
在大多数商业应用中，OEM使用楔形PVB夹层在内玻璃薄片和外玻璃薄片之间形成一个角度，从而使二次图像与主图像对准。该技术非常有效，但是难以完美地实现，因此汽车工业已经积极地致力于开发降低二次反射重像图像的可见度的方法。
美国专利No.8,451,541公开了在夜间驾驶期间由层压玻璃制成的弯曲挡风玻璃在透射中发生的干涉双像，以及在平视显示器在反射中发生的干涉双像，可以通过楔形热塑性中间膜来减少。补偿双像所需的楔角轮廓根据窗格形状和安装情况局部确定的。如果车辆具有平视显示系统，则可以在HUD区域中确定楔角渐变，从而防止在那里反射的双像。然而，在HUD区域之外，选择补偿透射中的双像的楔角渐变。与具有恒定楔角的膜相比，特别适配的楔角轮廓能够更好地补偿双像。
美国专利公开No.2017/0285339公开了锥形夹层和采用它们的挡风玻璃。与被优化以减少单个驾驶员高度的重像图像的传统挡风玻璃不同，本公开的挡风玻璃可以对多个高度的驾驶员(包括非常高或非常矮的)的驾驶员呈现减少的重影(ghosting)，同时还为平均高度的驾驶员提供期望的图像清晰度。描述的挡风玻璃可以用于各种应用，包括使用HUD投影系统的汽车、飞机、船舶和娱乐车辆。
尽管对平视显示光学器件的改进持续发展，但是对于结合太阳能控制和平视显示能力的应用仍然存在一个显著的问题。这些问题的根源在于，结合到具有平视显示器的挡风玻璃中的反射膜在可见光区域中部分反射，干扰HUD光学器件。更具体地说，当这些膜层压在内层玻璃灯和外层玻璃灯之间时，在HUD区产生可见的第三反射，导致驾驶员看到两个明显的重像图像。采用工业中使用的标准楔形PVB层可能导致原始重像或二次图像重叠在主图像上，但是新的第三重像图像将不会重叠。
因此，本领域仍然需要用于玻璃层合体的夹层，其可以通过反射来阻挡红外光，同时防止可见光从反射层反射而可能发生的重影。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一种具有光路的挡风玻璃，该挡风玻璃包括内部刚性基底，内部刚性基底与第一楔形聚合物层光学相邻，用于反射主图像。挡风玻璃上还设有反射层，反射层位于第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层之间的光路中；以及外部刚性基底，其与第二楔形聚合物层光学相邻。根据本发明，第一楔形聚合物层使得从反射层反射的可见光与主图像重叠，并且第二楔形聚合物层使得从外部刚性基底的外表面反射的可见光与主图像重叠。
本文公开并要求保护了其它方面。
附图说明
图1描绘了采用HUD系统的车辆的局部示意图。
图2a和2b描绘了根据本发明的实施例构造的挡风玻璃。
图3描绘了夹层的一个实施例，该夹层具有根据本发明有用的至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓。
图4描绘了夹层的另一个实施例，该夹层具有根据本发明有用的至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓。
图5描绘了夹层的另一个实施例，该夹层具有根据本发明有用的至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓。
图6描绘了夹层的又一个实施例，该夹层具有根据本发明有用的至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓。
图7描绘了夹层的另一个实施例，该夹层具有根据本发明有用的至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓。
图8描绘了夹层的另一个实施例，该夹层具有根据本发明有用的至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓。
图9描绘了夹层的又一个实施例，该夹层具有根据本发明有用的至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓。
图10描绘了夹层的另一个实施例，该夹层具有根据本发明有用的至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓。
图11a和11b描绘了夹层的其它实施例，该夹层具有根据本发明有用的至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓。
图12a描绘了对于常规优化夹层，与“标称”高度的驾驶员相比，矮驾驶员和高驾驶员所经历的双像分离的示例。
图12b描绘了根据本发明的一个方面构造的挡风玻璃，其使得对于所有驾驶员高度反射的双像分离最小化，从而在所有高度处提供更清晰、更可读的虚像。
图13a和13b描绘了用于测试挡风玻璃的反射双像分离距离的实验装置的示意图。
图14描绘了强度作为像素数量的函数的曲线图。
图15描绘了HUD系统挡风玻璃中使用的实际楔形夹层的厚度轮廓。
图16描绘了图15的楔形夹层的相对于目标的实际局部楔角变化的曲线图。
图17是图16中描绘的楔形夹层的局部楔角偏差的变化率的曲线图。
图18描绘了从含有金属化IR反射膜的非楔形层合体捕获的图像的例子。
图19描绘了穿过图像的近似中心的垂直线迹线的像素强度的曲线图。
图20描绘了在非楔形交织中观察到的单线图像，其未显示重像图像。
图21描绘了观察到三条线的HUD线图像。
图22描绘了观察到两条线的HUD线图像。
图23描绘了观察到两条线的HUD线图像。
图24描绘了观察到一条线而没有重像图像的HUD线图像。
具体实施方式
因此，在第一实施例中，本发明涉及具有光路的挡风玻璃，该挡风玻璃包括：内部刚性基底，其与第一楔形聚合物层光学相邻，用于反射主图像；反射层，其位于第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层之间的光路中；以及外部刚性基底，其与第二楔形聚合物层光学相邻。根据该实施例，第一楔形聚合物层使得从反射层反射的可见光与主图像重叠，并且第二楔形聚合物层使得从外部刚性基底的外表面反射的可见光与主图像重叠。
第二实施例根据第一实施例，并且还提供了：从反射层反射的可见光和从外部刚性基底的外表面反射的可见光均以小于约1.5弧分的图像分离距离与主图像重叠。
第三实施例根据前两个实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层中的至少一个具有波度指数小于20,000平方微米、Rz值为至少20微米、以及耐久性在10和95之间的表面。
第四实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层中的至少一个与目标的绝对楔角变化小于0.1mrad，并且楔角的50mm变化率小于4μrad/毫米。
第五实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：反射层选择性地反射红外光。
第六实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层包含聚(乙烯醇缩醛)。
第七实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层具有约0.05mm至约1.2mm的厚度。
第八实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层具有0.1mm至1.0mm的厚度。
第九实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层包含聚(乙烯醇缩醛)并且具有相同的厚度。
第十实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层彼此镜像地定位。
第十一实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层中的至少一个包含至少一个皮层和至少一个芯层。
第十二实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了，楔形聚合物层中的一个包括：至少第一层，其包含具有第一残余羟基含量和第一残余乙酸酯含量的第一聚(乙烯基缩醛)树脂以及第一增塑剂，其中第一层具有大于26℃的玻璃化转变温度(Tg)；以及第二层，其包含具有第二残余羟基含量的第二聚(乙烯醇缩醛)树脂以及第二增塑剂，其中第二层具有小于20℃的玻璃化转变温度(Tg)。
第十三实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层中的至少一个包含至少一个皮层和至少一个芯层，并且具有约0.1mm至约1.0mm的厚度。
第十四实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层中的至少一个不包括至少一个皮层和至少一个芯层，并且具有约0.1mm至约1.0mm的厚度。
第十五实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：反射层包括全息光学元件。
第十六实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：反射层包括金属化膜。
第十七实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：反射层包括膜，该膜具有沉积在其上的低折射率材料和高折射率材料的交替层。
第十八实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：反射层使光偏振。
第十九实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：反射层优先地反射光的特定偏振。
第二十实施例根据前述实施例中的任一个，并且还提供了：反射层包括膜，该膜具有低折射率聚合物和高折射率聚合物的交替层。
然后，根据一个方面，本发明涉及一种复合夹层，其包括：反射层；第一楔形聚合物层，其位于反射层的第一侧上，以便重定向(redirect)来自反射层的可见光反射；以及第二楔形聚合物层，其邻近反射层的第二侧定位，以便当玻璃片的内表面邻近第二楔形聚合物层放置时，重定向来自玻璃片的外表面的可见光反射。
根据各个方面，反射层可以选择性地反射红外光。通常，反射层期望地反射红外光，例如进入车辆的红外光，但不利地还反射一定量的可见光，例如来自HUD的可见光，从而产生不希望的反射。
根据本发明可以使用各种反射膜。反射膜的结构或制造技术并不重要，只要它反射一定量的可见光谱中的光，例如HUD显示系统所使用的光。
在一些情况下，反射层将包括金属化膜，如本文进一步描述的。在另一个实施例中，反射层可以包括或还包括低折射率聚合物和高折射率聚合物的交替层。在其它实施例中，反射层可以包括一系列全息产生的光学元件，具有低折射率域和高折射率域的仔细控制的区域。
在一些方面，反射层可期望地使光偏振。在其它方面，反射层优先反射光的特定偏振。在具体的变化方案中，膜基本上仅在可见光区域、或UV和可见光区域反射，而不在红外区域反射。在另一方面，膜在所有三个区域中反射。
在考虑在实践中使用的本发明的挡风玻璃时，我们可以将挡风玻璃称为具有四个刚性基底表面或界面。第一界面，或挡风玻璃或窗玻璃的内表面，是车辆内部的空气和第一玻璃片的第一表面之间的界面。这是将主图像反射给观看者的界面。第二界面在第一玻璃片或其它刚性基底的第二表面处，并且在夹层处。第三界面是在夹层和第二玻璃片的第一表面之间的界面，并且第四界面或窗玻璃的外表面是在第二玻璃片的外(第二)表面和空气之间的界面。应当理解，在本说明书中，复合夹层由包括两个楔形聚合物层和反射层的多个部件组成。反射层可以包括HOE膜、金属化膜或本文所述的其它实施例。
如本文所使用的，“主图像”因此可以指在驾驶员的方向上从显示表面反射的投影图像的可见光部分，有时被称为“驾驶员眼动范围”。该主图像是被反射并以视觉信息的形式传播到驾驶员瞳孔的预期图像。产生主图像的反射是投影光在第一界面处遇到折射率的显著变化的结果，导致部分图像强度(光)被反射。
如本文所用，“二次图像”不同于“主图像”。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，例如由窗玻璃的第二透明刚性基底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，“三次图像”不同于“主图像”和“二次图像”。第三图像不是从预定的显示表面向观看者反射，或者从窗玻璃的第二透明刚性基底的外部反射，而是由不需要的可见光反射产生，例如由反射层处的折射率差产生的那些反射。
根据本发明，某些与主图像重叠或对准的可见光反射是由来自HUD投影仪的、从反射层反射的光引起的。本发明的第二楔形聚合物层在反射层和窗玻璃或其它外部刚性基底的外表面之间提供，因此使得来自反射层的可见光反射与主图像重叠。
当我们说反射或图像重叠时，我们的意思是它们基本上重叠，使得它们作为分离的图像较不易察觉，或者在一些情况下，表现为相同的图像。应当理解，可以存在比其它部分重叠更多的图像或反射的部分。尽管图像的完美重叠是最理想的，但是这在实践中难以实现。
根据本发明，提供第一楔形聚合物和第二楔形聚合物，使得二次图像和三次图像都重叠在主图像上。第一楔形聚合物层被设计成使从反射层反射的可见光与主图像重叠，而由第一和第二楔形聚合物产生的组合光路使从玻璃外表面反射的光也与主图像重叠。
应当理解，无论膜的制造方法或预期特性如何，只要膜反射可见光，通常是与HUD系统中所用相同波长的可见光，并且因为实施本发明减轻了由这种膜产生的附加重像图像，就可以获得本发明的益处。
在一种方法中，反射层包括膜，该膜具有沉积在其上的低折射率材料和高折射率材料的交替层。在其它实施例中，交替层一起制造，例如在共挤出工艺中。在其它实施例中，材料可以混合在一起，随后通过热、光或机械方法形成折射率区。该方法的示例性子集是使用体全息膜的高强度光图案化来形成高折射率区和低折射率区。在另一方面，例如通过溅射、化学气相沉积等，将金属或金属氧化物添加到高折射率和低折射率的交替层中。
在一个方面，本发明包括提供与楔形聚合物层结合的反射层(例如IR反射层)的复合夹层。当我们说“复合夹层”时，我们的意思是描述具有至少一个反射层和两个楔形聚合物层的夹层。如果需要，在所述层之间或在所述层之外可以存在附加层，只要化合物夹层对于其预期目的仍然是有用的。这些复合夹层在本文中也可以描述为“叠层”。
根据本发明的反射层没有特别限制。在优选的应用中，反射层可以是反射光的任何层，并且通常将期望地选择性地反射红外光，同时反射少量的可见光，这可能是不利的。当我们说反射层可选择性地反射红外光时，我们的意思是其被设计成反射来自可见光谱的标称红边缘的约700纳米和以上，或约700至约2500nm，或700nm至1200nm，即高于可见光谱的波长。在该波长范围内选择性反射的反射层被理解为阻挡热量，因为被反射的波长将不会例如进入汽车并加热内部。应当理解，如果反射层旨在用于具有HUD系统的车辆中，则反射层对可见光的反射，例如从HUD投影仪发出的光，通常是不期望的，并且应当被最小化。本发明的复合夹层用于最小化不期望的反射的重影或驾驶员感知的可见度，包括由反射层引起的反射。在一个方面，本发明的反射层可包括美国专利No.5,071,206中公开和要求保护的那些，其相关公开内容通过引用并入本文。
因此，“可见辐射”或“可见光”是指波长为约380纳米至约750纳米、或约400纳米至约700纳米的电磁辐射，而“红外辐射”或“热”是指波长大于约700纳米、或大于约750纳米，或如本文其它地方描述的电磁辐射。
除非另有说明，“透明”是指具有透射可见光的特性。
“Tvis”或“Tv”或“可见透射率”各自是指在可见光波长内的透射率的量度。它是覆盖整个可见光波长的透射率相对于波长曲线下的面积的积分项。(1931CIE照明体A标准)。在汽车挡风玻璃的窗玻璃中，Tvis应该是70％或更大。
“Tsol”或“Ts”或“太阳能透射率”各自指在所有太阳能波长上的透射率的量度。(ASTM E 424A)它是覆盖可见光和红外波长的透射率相对于波长曲线下的面积的积分项。在许多热反射膜和引入它们的窗玻璃中，主要目标是降低Tsol同时保持Tvis尽可能高。
“SC”或“遮阳系数(Shading Coefficient)”是建筑领域中公认的术语。它将当环境通过给定的开口或窗玻璃区域暴露于太阳辐射时获得的热增量与通过相同区域的1/8英寸单窗格透明玻璃获得的热增量相关联。(ASHRAE标准计算方法)透明玻璃指定的值为1.00。SC值低于1.00表明比单窗格透明玻璃具有更好的热抑制。高于1.00的值将比基线透明单窗格更差。类似的术语是“Rsol”或“反射率，太阳能”，其是在太阳能波长上的总反射率的量度。
“透明金属层”是由银、金、铂、钯、铝、铜或镍及其合金组成的厚度允许基本透明的均匀的粘附金属层。
“溅射沉积”或“溅射沉积的”是指通过使用磁控溅射仪沉积材料层的方法或方法的产物。
“电介质”是对可见光和红外辐射都透明的非金属材料。通常，这些材料是无机氧化物，但也可以包括其它材料，例如有机聚合物。
“邻接(contiguous)”具有其实际接触，即相邻的通常含义。有时，有些冗余的术语“直接邻接”用于强调或澄清，并且具有相同的含义。
“相邻”是指所指的层在功能上彼此相关。也就是说，例如,如果要穿过两层的光确实穿过了两层，则层是相邻的，位于相邻层之间的任何层都不阻挡预期功能，在这种情况下，该预期功能是使光穿过这些层。
因此，“光学相邻”是指这些层一起光学地起作用，即，它们位于光路中。因此，术语“光学相邻”允许在光学相邻层之间放置附加材料，只要它们在相同的光路中。
当我们说本发明的膜、夹层或挡风玻璃具有光路时，我们的意思是存在允许光通过的路径。因此，如果在光路中设置一层，则该层至少在一定程度上或在很大程度上是透明的。因为本发明涉及最小化不需要的反射，所以可以将任何数量的附加材料添加到本发明的系统的光路中，只要它们不减损期望的效果。
“间隔层”是位于两个透明金属层之间并与其邻接或相邻的介电层。在图1中，18是间隔层。
“边界层”是与至少一个功能层邻接的层，但通常不提供除了将各层连接在一起之外的功能。
在其它方面，反射层优先反射光的特定偏振。在与入射平面相关的坐标系中，根据HUD系统的设计，这种反射层可以用于优先反射s偏振光，或者在其它情况下反射p偏振光，或者在一些情况下，使得能够与HUD系统一起使用偏振太阳镜。
然后，在一个方面，本发明涉及红外反射或热反射层，或滤波器。这些滤波器的基本实施例是直接粘附到透明支撑物的多层干涉滤波器。这种滤波器根据法布里-珀罗(Fabry-Perot)原理工作，并且包括一个或多个透明金属层，这些金属层由间隔层分开，并且由两个外层或边界层结合。因此，它在金属层之间存在两个空腔。
在该滤波器的优选实施例中，透明金属层可以是溅射沉积的。此外，间隔层和边界层可以直接与透明金属层邻接。当溅射沉积透明金属层时不需要成核层。如果需要，可以存在成核层。
在一个方面，可以采用多于三个透明金属层，每个透明金属层通过间隔层彼此分开。理论上，对可以用于这些夹层滤波器的透明金属层的数量没有限制。然而，在实践中，三到五个透明金属层可能是优选的，其中三个透明金属层是合适的。
应控制滤波器中各层的厚度以在所需的红外反射率和所需的可见辐射透射率之间获得最佳平衡。理想厚度也可取决于所采用的透明金属和电介质的性质。
每个透明金属层的厚度可以是例如从约4到约40纳米(nm)，反射层中金属的总厚度是例如从约12到约80nm。使用银和与最多约25wt％的金合金化的银(其构成优选的透明金属)，用三层或四层金属(每层的厚度为4-17nm，特别是约5-约13nm)获得了优异的结果。
尽管三个透明金属层可以具有相同的厚度，但这不是本发明的要求。当三个金属层的中间比每个外层厚约5％至15％、特别是10％时，已经获得了令人满意的结果。
金属层可以通过气相沉积方法、电子束沉积等来沉积。磁控溅射是优选的沉积方法，但是可以使用例如能够以10％的精度沉积100nm层的任何方法。
透明金属层之间的间隔层可以相同或不同，并且每个的厚度在约30和约200nm之间。在该范围内选择的厚度将取决于所采用的电介质的折射率。折射率值可以为约1.4至2.7。在一般关系中，较厚的层需要具有低折射率材料，而较薄的层需要具有较高折射率材料。对于折射率为约1.75至约2.25的电介质，间隔层的厚度优选为约50至约110nm，特别是约70至约100nm。具有在该范围内的折射率的材料包括无机电介质，例如金属和半金属氧化物，例如氧化锌、氧化铟、氧化锡、二氧化钛、氧化硅、二氧化硅、氧化铋、氧化铬，以及其它无机金属化合物和盐，例如硫化锌和氟化镁及其混合物。在这些材料中，优选氧化锌、氧化铟、氧化锡及其混合物以及二氧化钛。
对于折射率在1.4至1.75范围内的材料，间隔物厚度稍微更厚。在该实施例中，合适的厚度为约75至约200nm，优选约100至约175nm。具有这些折射率的材料包括烃和氧烃有机聚合物(1.55-1.65折射率)和碳氟聚合物(1.35-1.45折射率)。
对于具有在2.25至2.75范围内的折射率的材料，间隔物厚度可以稍微更薄。在该实施例中，合适的厚度可以是约30至约90nm，优选约30至约80nm的厚度。具有这些折射率的材料包括氧化铅、氟化铝、氧化铋和硫化锌。
其它典型的无机电介质及其折射率在来源中列出，例如，Musikant，《光学材料》，Marcel Dekker，纽约，1985年，第17-96页(Musikant,Optical Materials,Marcel Dekker,New York,1985,pp.17-96)，并且可以使用。
如下所述，无机金属和半金属氧化物电介质可以方便地且优选地通过反应溅射技术沉积，尽管如果需要，可以使用化学气相沉积和其它物理气相沉积方法来施加电介质层。
滤波器或反射层可以包括两个边界层，这两个边界层为它们下面的金属层提供物理保护，并且还用来减少来自它们所邻接的金属表面的视觉反射。优选具有在两个外表面上都具有边界层的对称的夹层结构。这将产生一系列两个或更多个顺序的法布里-珀罗干涉滤光片，每个滤光片包括直接夹在连续电介质层之间的连续离散溅射沉积的太阳透明金属层。
然而，如果需要，可以省略边界层中的一个或两个。边界层可以是相同或不同的电介质，并且可以与构成间隔物的电介质相同或不同。对于用于间隔物的所述材料的相同优选适用于边界层，并且为了简单起见，优选的是边界层和间隔物层全部由相同材料制成并且它们全部被溅射沉积。
边界层的厚度可以在例如约20nm至约150nm的范围内。对于折射率为约1.75至约2.25的电介质，边界层的厚度通常为约25至约90nm，特别是约30至约70nm。对于折射率在1.4至1.75范围内的材料，优选的厚度为约30至约140nm，特别是约45至约100nm。如图2所示，如果采用三个或更多透明金属层，则边界层将保持基本不变。
为了总结目前优选的滤波器的几何形状，它们可以例如具有如下叠层布置的7个层：边界电介质/金属层I/间隔层I/金属层II/间隔层II/金属层III/边界电介质。在这种结构中，三个金属层优选是银，并且总厚度为25-35nm，金属层II是金属层I或III的110％±5％。边界层和间隔层优选是氧化铟，其边界层厚度为30-40nm，间隔层厚度为60-80nm。
根据这个方面，法布里-珀罗型滤波器通常直接粘附到透明支撑物。该支撑物比滤波器厚许多倍。这种厚的支撑物对于本发明的实施可能是重要的。滤波器本身至多仅几百纳米厚，因此在没有附加支撑物的情况下仅具有最小的物理强度。载体可以选自刚性和非刚性但最低程度可拉伸的透明固体，其可以经受溅射沉积的条件。玻璃，浮法玻璃或平板玻璃和层压玻璃，特别是低铁浮法玻璃，以及刚性塑料，例如厚度为约50密耳至约5cm或更大的聚(碳酸酯)和聚(丙烯酸酯)是刚性支撑物的代表性实例。包括厚度为约1或2密耳至约50密耳的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和其它对苯二甲酸酯聚合物、聚(氨基甲酸酯)、纤维素酯聚合物、丙烯酸聚合物和聚(氟乙烯)的聚(酯)是可以使用的非刚性、最小可拉伸膜的代表性例子。聚(酯)和特别是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)是优选的一组膜支撑物。
滤波器直接粘附到支撑物上。这可以通过将滤波器的各层直接依次施加到支撑物上来进行。如果通过溅射沉积来施加层，则这可以包括首先溅射沉积边界层，然后溅射沉积透明金属层、间隔层等。
宏观透明层，无论是塑料或玻璃透明支撑物或附加部件(例如层压到塑料支撑膜上的玻璃层)，都确实有助于最终产品的性能和视觉光学。
在一些设置中，反射层的期望光学特性包括对热(红外波长)的最大抑制(反射)，而仅较少关注透射或反射的可见光的量。在其它应用中，必须获得特定程度的可见光透射率以满足政府法规；例如，在汽车挡风玻璃中，Tvis必须在大多数区域为70％或更大。通常，在350nm和700nm之间的所有波长下，反射率在30％是平的(flat)。这意味着反射在颜色上将是中性的，没有任何可能被认为是令人反感的强烈色调。在理想化的挡风玻璃中，在可见范围之外的波长处反射率将是100％，以实现最大的热抑制。
如前所述，本发明的反射层的这个方面允许人们控制离开滤波器的反射颜色。在许多情况下，该特性用于获得颜色中性。对于彩色光，这意味着彩色反射，或者对于白光，意味着中性反射。该特征可以通过CIE L*a*b*1976色坐标系，特别是ASTM 308-85方法来定量。
使用L*a*b*的系统，特性由O附近的a*和b*值显示，例如，当使用光源a光源时，a*从-4到+1，b*从-2到+2。图14是表示期望的色坐标并定义期望的颜色空间的L*a*b*色坐标图。
这种中性色还可以通过吸收率/反射率相对于波长曲线的形状并将其与典型的理想曲线进行比较来说明。
通常，将观察到，当将该方面的多金属层膜层压到塑料层上或塑料层之间时，整体光学特性不同于用未层压膜观察到的特性。人们以不太复杂的滤波器叠层不容易实现的方式实现了接近最佳的光学特性。特别地，可以获得具有高Tvis/Tsol选择性、中性颜色、优异的热抑制性、高Tvis、高Rsol和小于0.1的发射率的滤波器产品。
在另一方面，反射层可以是聚合物叠层，如例如美国专利No.5,103,337中所公开的，其相关公开内容通过引用并入本文。在这个方面，反射层可以包括由多层聚合物制成的光学干涉膜，其优选地反射光谱的红外区域中的波长的光，同时对可见光谱中的波长的光基本上透明。这种光学干涉膜包括多个具有不同的折射率的基本透明的聚合物材料的交替层。
如美国专利No.5,103,337中所指出的，Alfrey等人的美国专利No.3,711,176中也描述了这种多层膜。当选择这些聚合物以具有足够的折射率失配时，多层膜引起光的相长干涉。这导致膜透射某些波长的光通过膜，而反射其它波长的光。多层膜可以由相对便宜和可商购的具有所需折射率差的聚合物树脂制造。膜的进一步优点在于它们可以被成形或形成其它物体。
如上所述，特定膜的反射和透射光谱主要取决于各层的光学厚度，其中光学厚度定义为层的实际厚度与其折射率的乘积。根据层的光学厚度，可将膜设计成反射红外波长、可见波长或紫外波长的光。当设计成反射红外波长的光时，这种现有技术的膜在可见光范围内也表现出较高阶的反射，导致膜的虹彩外观。根据上述Alfrey的专利生产的膜显示出虹彩，并且当膜上的入射光角度改变时，膜会改变颜色。
对于一些应用，例如与HUD系统一起使用的挡风玻璃夹层，红外波长的反射是期望的，而可见光的更高阶反射不是期望的。例如，红外反射膜可以层压到汽车玻璃中以降低空调负荷。该膜也可以层压到其它基本透明的塑料材料上以反射红外波长。理想地，膜必须对可见光基本上透明，以便不损害透过玻璃或塑料观看的人的视力。
在其它方面，反射层可以包括全息光学元件。如本文所使用的“全息图”通常是指使用衍射来再现三维光场的干涉图案的物理记录，从而产生可保留原始场景的深度、视差和其它相关特性的图像。在一个方面，全息图因此是光场的记录而不是由透镜形成的图像的记录。当在“正常”光下观察时，全息介质可能是难以理解的，或者实际上产生了不想要的光反射和图像，因为它是光场的编码，作为介质的不透明度、密度和表面轮廓的变化的干涉图案。只有当适当点亮时，干涉图案才将光衍射成原始光场的精确再现。理想地，该光由激光器提供，尽管在一些应用中这是不切实际的。在一些反射全息图中，例如，白光可以用作照明源。
如本文所用，“全息光学元件”(或HOE，Holographic optical element)是指可使用全息成像方法或原理产生的光学元件，例如透镜、滤波器、分束器或衍射光栅，其改变至少一个波长范围、或至少两个波长范围、或至少三个波长范围或更多个波长范围的光。在一个方面，全息光学元件用作角度选择性反射元件或ASRE，其在期望的方向上反射期望的波长范围，同时允许其它波长和/或方向通过。这些HOE形成期望波长的光，使得观看者看到的图像取决于观看图像的角度。
在大多数情况下，HOE将使用由基底和不同折射率的光固化聚合物组成的光聚合物膜来形成图案。HOE图案可以施加在光聚合物上，然而期望的是在基底的表面上。在一些情况下，HOE图案化可以覆盖整个膜或挡风玻璃，而在其它情况下，HOE图案化可以限于基板的较小HUD反射区域。因此，当我们说“HOE图案化区域”时，我们指的是作为HOE的基底的区域，因为它如刚才描述的那样改变光。在一些实施例中，基底可以是玻璃。在其它实施例中，基底是聚合物膜，例如PET、PA或TAC。无论基底是什么，最终的HUD产品都可以结合基底，或者可以在结合到HUD产品之前将其去除。
根据本发明的一个方面，显示系统因此具有一个或多个这些全息光学元件，这些全息光学元件通常反射三个或更多离散波长范围内的光。在一个方面，这些全息光学元件可以位于聚合物中。在另一方面，全息光学元件可以设置在例如PET膜的膜中或膜上。
在最基本的情况下，HOE获取入射光并将其重定向。在更复杂的情况下，HOE也对反射光进行准直(collimate)以改变感知的虚像距离。在这种情况下，HOE可以进一步进行准直以延长虚像距离，或者减少准直以缩短虚像距离并加宽眼动范围观察窗。HOE膜可以以一定范围的特定反射角产生。在层压玻璃应用中引入这种膜产生不期望的重影的情况下，以下描述的本发明的方面可能是期望的。
如本领域技术人员所知，可以理解，在称为复用(multiplexing)的形成方法中，可以采用单个HOE膜来改变多于一个波长范围的光。还应当理解，可以组合多个HOE以提供类似的效果，其中每个HOE改变单个波长范围或多个波长范围的光。
本发明的复合夹层包括：第一楔形聚合物层，其位于反射层的第一侧上，以便重定向来自反射层的可见光反射；以及第二楔形聚合物层，其邻近反射层的第二侧定位，以便当玻璃片的内表面邻近第二楔形聚合物层放置时，重定向来自玻璃片的外表面的可见光反射。
如美国专利No.8,451,541中所指出的，其相关公开内容通过引用并入本文，使用平视显示器(HUD)出现的双像可能特别麻烦。对于传统的HUD，包含驾驶员的重要数据的图像通过设置在驾驶员侧的仪表板顶部的光学投影装置投影到挡风玻璃上。图像在挡风玻璃上被反射给驾驶员，该驾驶员看到了似乎在车辆前方的虚像。然而，驾驶员看到两个分离的图像，即，一个图像是通过在挡风玻璃的内表面上的反射产生的，而另一个图像，即所谓的二次图像或重像图像是通过在挡风玻璃的外表面上的反射产生的。
如在美国专利公开No.2017/0285339中所公开的，其相关公开内容通过引用并入本文，一种减少挡风玻璃中的重像图像的方法是将内玻璃面板和外玻璃面板彼此成一定角度定向。这将反射图像的位置对准到单个点，从而创建单个图像。通常，这通过采用包括至少一个不均匀厚度区域的单个楔形或“锥形”夹层，使外面板相对于内面板位移来实现。大多数传统的锥形夹层包括在整个HUD区域上恒定的楔角，尽管最近已经开发了一些夹层，其包括在HUD区域上的具有多个楔角的部分，或具有连续变化的楔角的部分。然而，传统的楔形夹层设计仅考虑了将层压玻璃挡风玻璃的内表面和外表面反射的主图像和二次图像反射对准所需的校正。
然而，当将例如反射层的半透明膜添加到这种系统中时，没有考虑到的是从由嵌入的反射膜产生的附加反射产生的三次图像。利用现有的楔形设计，不可能对该三次图像进行适当的重定向。
因此，本发明的化合物夹层具有某些权利要求中描述的第一楔形聚合物层，其位于反射层的第一侧上，其重定向来自反射层的可见光反射，使得其与主图像对准。
本发明还提供了第二楔形聚合物层，其邻近反射层的第二侧定位，以便当玻璃片的内表面邻近第二楔形聚合物层放置时，适当地重定向来自玻璃片的外表面的可见光反射。所提到的玻璃片可以是例如车辆外部的玻璃，并且第二楔形聚合物层因此重新定向二次图像，使得其与主图像对准。
因此，根据本发明，两个楔形聚合物层一起降低或消除了由外部玻璃/空气界面产生的二次图像或重像图像的可见性，以及由本发明的反射层产生的三次可见光反射，同时在一个方面提供了阻热挡风玻璃。
当实施本发明时，一个楔形对通过它的光的影响不可避免地影响由另一个楔形提供的期望校正。也就是说，所需的一个楔形的尺寸和形状在一定程度上是另一个楔形的尺寸和形状的函数。因此，提供传统设计的两个楔形聚合物层是不够的，所述传统设计即，设计成减小或消除由外部玻璃/空气界面引起的二次图像的可见性的类型。必须考虑每个楔形聚合物层对另一个的影响。因此，我们发现，如本文进一步所述，每层的楔角变化以及波度都得到良好控制是重要的。
第一和第二楔形聚合物层可以由各种聚合物构成，但是更典型地由例如PVB的聚合物构成，如本文进一步描述的。复合夹层的每个楔形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，该增塑剂已经通过任何合适的方法形成为片材。在复合夹层中的一个或多个楔形聚合物层可以还包括另外的添加剂，尽管这些不是必需的。用于形成本文描述的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。
适于形成楔形聚合物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-乙酸乙烯酯)(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，其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-乙酸乙烯酯)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。
当用于形成楔形聚合物层的聚合物包括聚(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共同未决的申请序号14/563,011(现在为美国公开No.2016-0159041A1)，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。
因此，本发明大体上涉及复合夹层，以及采用这种夹层的层压挡风玻璃，其可以用于具有平视显示器(HUD)系统的车辆中。更具体地，本文描述的复合夹层和挡风玻璃可被构造成最小化反射图像与反射层和外玻璃表面的分离，或者甚至防止这种分离。
首先转到图1，示出了采用HUD系统112的车辆110的局部示意图。HUD系统112包括投影组件114，投影组件114安装在车辆仪表板116下方，并被构造为将图像投影到车辆挡风玻璃120上。当图像从投影组件114投影到挡风玻璃120上时，由挡风玻璃120反射的准直图像在车辆110的前部附近产生单个虚像122。虚像可以被投影，使得其与驾驶员126的视场124相交，从而使得驾驶员126能够在操作车辆110的同时观看投影图像122。
HUD系统112可以是能够将图像投影到车辆挡风玻璃上的任何合适类型的系统。通常，合适的HUD系统利用中继光学系统和挡风玻璃的反射来在车辆外部产生虚像122。HUD系统112可包括投影单元111，投影单元111被构造为在多个反射镜之间传输图像，如图1中113a和113b所示，并最终将图像传递到挡风玻璃120。通常，至少一个反射镜是凹的，如图1中的反射镜113b所示，以便放大用于投影到挡风玻璃120上的图像。HUD系统112可以以许多不同的方式构造，并且可以根据厂商指定的安装条件而专门设计用于特定车辆。
挡风玻璃120是HUD系统112的集成光学部件，并且可以用作用于将图像反射到驾驶员的视野124中的最终光学组合器。图2a和2b中示出了根据本发明的实施例构造的挡风玻璃220。挡风玻璃220可以包括一对窗玻璃面板222a、222b和设置在面板222a、222b之间并与之接触的聚合物夹层224。尽管为了清楚起见在分解图中在图2a中示出，但是应当理解，当组装以形成挡风玻璃220时，夹层224可以与每个面板222a、222b的内表面的大部分或全部接触。
窗玻璃面板222a和222b可以由任何合适的材料形成，并且可以具有任何特定应用所需的尺寸。例如，在一些实施例中，窗玻璃面板222a、222b中的至少一个可以由刚性材料(例如玻璃)形成，并且每个面板222a、222b可以由相同的材料或不同的材料形成。在一些实施例中，面板222a、222b中的至少一个可以是玻璃面板，而在其它实施例中，面板222a、222b中的至少一个可以由另一种材料形成，该另一种材料包括例如刚性聚合物，例如聚碳酸酯、丙烯酸树脂及其组合。通常，面板222a、222b中的任一个都不是由较软的聚合材料形成，包括更适合用于形成夹层224的热塑性聚合材料，如稍后详细描述的。
在一些实施例中，面板222a、222b中的至少一个可以包括玻璃面板。可以使用任何合适类型的玻璃，包括例如选自以下构成的组的玻璃：氧化铝-硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、石英或熔融石英玻璃以及钠钙玻璃。当使用时，可对一个或多个玻璃面板进行退火、热处理、化学回火、蚀刻、涂覆或通过离子交换强化，或者一个或两个面板可能已经经受了这些处理中的一种或多种。玻璃本身可以是压延玻璃、浮法玻璃或平板玻璃。在一些实施例中，玻璃可以不是通过离子交换进行化学处理或强化的，而在其它实施方式中，玻璃可以不是氧化铝-硅酸盐玻璃。当面板222a、222b都包括玻璃面板时，用于形成每个面板的玻璃类型可以相同，或者可以不同。
面板222a、222b可以具有任何合适的厚度。在一些实施例中，外侧面板222b和/或内侧面板222a的标称厚度可为：至少约0.4、至少约0.5、至少约0.6、至少约0.7、至少约0.8、至少约0.9、至少约1.0、至少约1.1、至少约1.2、至少约1.3、至少约1.4、至少约1.5、至少约1.6、至少约1.7、至少约1.8、至少约1.9、至少约2.0、至少约2.1、至少约2.2毫米(mm)，和/或，小于约2.9mm、小于约2.8、小于约2.7、小于约2.6、小于约2.5、小于约2.4、小于约2.3、小于约2.2、小于约2.1、小于约2.0、小于约1.9、小于约1.8、小于约1.7、小于约1.6、小于约1.5、小于约1.4、小于约1.3、小于约1.2、小于约1.1或小于约1.0mm。
在某些实施例中，两个面板222a、222b可具有相同的标称厚度，这通常被称为“对称”配置，或者面板222a、222b中的一个可具有不同于另一个面板222b的厚度。这被称为“非对称”配置。在某些实施例中，当挡风玻璃220包括非对称构造时，当挡风玻璃220安装在车辆中时，可被构造为面向车辆的外侧的外侧面板222b可具有比可被构造为面向车辆的内部的内侧面板222a更大的厚度。在某些实施例中，挡风玻璃220可具有非对称构造，其中内侧面板222a具有比外侧面板222b更大的厚度。
如图2a所示，内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b各自包括分别示为232a、234a和236a的上安装边缘，以及分别示为232b、234b和236b的下安装边缘。当挡风玻璃120以类似于其安装在车辆中的方式定向时，相应的内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b的上安装边缘和下安装边缘232a、232b、234a、234b和236a、236b中的每一个可以在大致垂直的方向上彼此间隔开。
尽管例如“上”和“下”的术语是相对的，但是如本文所用，这样的术语被用“安装时”或“已安装”进行修饰，其指的是当包括部件或物品的挡风玻璃被定向为当其被安装在车辆中时的相对位置。因此，“上安装边缘”和“下安装边缘”分别指当挡风玻璃220如其在安装在车辆中时那样定向时挡风玻璃的上边缘和下边缘。在一些实施例中，内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b的一个或多个上安装边缘232a、234a和236a可以在平行于其相应的下安装边缘232b、234b和236b的约5°内、约3°内或约1°内。
如图2a所示，内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b各自分别包括驾驶员侧安装边缘238a、240a和242a，以及乘客侧安装边缘238a、240b和242b。当挡风玻璃220如其在安装在车辆中时那样定向时，内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b中的每一个的驾驶员侧安装边缘可以在大致水平方向上与相应的乘客侧安装边缘238b、240b和242b间隔开。尽管本文称为“驾驶员侧”和“乘客侧”，但是应当理解，取决于使用挡风玻璃的车辆所运行的国家，驾驶员和乘客的实际位置可以颠倒。这些术语在本文中用作参考点，并且不应被解释为是不必要的限制。
附加地，如图2a所示，内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b的驾驶员侧安装边缘238a、240a和242a以及乘客侧安装边缘238b、240b和242b中的每一个分别在内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b的拐角处与相应的上安装边缘232a、234a和236a以及下安装边缘232b、234b和236b相交。驾驶员侧安装边缘238a、240a和242a中的一个或多个和/或乘客侧安装边缘238b、240b和242b中的一个或多个中的一个可相对于内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b的上安装边缘232a、234a和236a和/或下安装边缘232b、234b和236b以一定角度定向。结果，一个或多个上安装边缘232a、234a或236a可以比其相应的下安装边缘232b、234b或236b短。附加地，尽管图2a中未示出，挡风玻璃也可以在一个或多个区域中弯曲，并且在一些情况下可以具有在水平和垂直方向上都改变的复杂曲率。
在某些实施例中，从驾驶员侧安装边缘238a、240a或242a与上安装边缘232a、234a或236a的一端的相交处到乘客侧边缘238b、240b或242b与上安装边缘232a、234a或236a的另一端的相交处测量，内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b的上安装边缘232a、234a和236a中的至少一个的长度可以是至少约500、至少约650、至少约750、至少约850、至少约950、至少约1000mm和/或不超过约2500、不超过约2000、不超过约1500、不超过约1250mm。
在某些实施例中，从驾驶员侧安装边缘238a、240a或242a与下安装边缘232b、234b或236b的一端的相交处到乘客侧边缘238b、240b或242b与下安装边缘232b、234b或236b的另一端的相交处测量，内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b的下安装边缘232b、234b和236b中的至少一个的长度可以是至少约750、至少约900、至少约1000、至少约1250或至少1400mm和/或不超过约2500、不超过约2250、不超过约2000、不超过约1850mm。
此外，在一些实施例中，挡风玻璃220可以具有从内侧面板222a、夹层224和外侧面板222b的下安装边缘232b、234b和236b向下延伸的弯曲的下区域。在这样的实施例中，在弯曲下部区域的离下安装边缘232b、234b或236b最远点处的曲率半径可为至少100、至少约150、至少约175或至少约200mm和/或不超过约325、不超过约300、不超过约275、不超过约250或不超过约225mm。然而，精确的尺寸可取决于挡风玻璃220的最终用途，并且可在上述范围之外变化。
现在参考图2a和2b，复合夹层或夹层叠层224可以限定一个HUD区域244，该区域包括至少一个非均匀厚度区域。夹层224可以是复合夹层或夹层叠层，如图2b所示，其示出了本发明的优选应用。当层压在中间膜224b和内侧面板222a之间时，夹层224a的HUD区域244可以使中间膜224b与内侧面板222a成微小角度定向。类似地，当层压在外侧面板222b和内侧面板222a之间时，224a、224b和224c的组合的HUD区域244可以使外侧面板222b与内侧面板222a成微小角度定向。中间膜224b的精确组成不重要，只要它提供反射特性即可。应当注意，定向的精确角度取决于整个夹层叠层224中的每个部件的各个楔形轮廓的总和，其若干实施例稍后将详细讨论。
如图2a所示，夹层叠层224的HUD区域244可由上安装的HUD边界246a和下安装的HUD边界246b来限定。如前所述，当挡风玻璃220以类似于其安装在车辆中的方式定向时，上安装和下安装的HUD边界246a、246b可以在大致垂直的方向上彼此隔开。上安装和下安装的HUD边界246a、246b也可以基本上平行于夹层叠层224的相应的上安装和下安装边缘234a、234b。如本文所用，术语“基本上平行”是指在平行的约5°内。在一些实施例中，上安装和下安装的HUD边界246a、246b也可以在与夹层224叠层的相应上安装和下安装边缘234a、234b平行的约3°内、约2°内或约1°内。
如图2a所示，当挡风玻璃220以类似于其安装在车辆中的方式定向时，下HUD安装边界246b可以沿着挡风玻璃220的高度与夹层叠层224的下安装边缘234b间隔开。如本文所用，术语“高度”是指当挡风玻璃220如其安装在车辆中时那样定向时的挡风玻璃220的第二最大尺寸。挡风玻璃220的高度可以被限定在例如分别在内侧面板222a、夹层叠层224和外侧面板222b的上安装边缘和下安装边缘232a、232b、234a、234b以及236a、236b之间。类似地，“宽度”是挡风玻璃的最大尺寸，并且可以分别限定在内侧面板222a、夹层叠层224和外侧面板222b的驾驶员侧和乘客侧安装边缘238a、238b、240a、240b和242a、242b之间。附加地，挡风玻璃220的“厚度”是最小尺寸，并且可以是当每个层合在一起以形成挡风玻璃220时内侧面板222a、夹层叠层224和外侧面板222b的组合厚度。
如图2a所示，下HUD安装边缘246a可位于夹层叠层224的上安装边缘234a和下安装边缘234b之间，并可与它们大致平行。例如，下HUD安装边缘246a可与夹层叠层224的下安装边234b间隔至少约150、至少约200、至少约225、至少约250、至少约275、至少约300、或至少约350mm和/或不超过约550、不超过约500、不超过约450、或不超过约425mm的距离。上HUD安装边缘246a和夹层224的上安装边缘234a可以沿着夹层224的高度彼此间隔开至少约125、至少约150、至少约175、至少约200、至少约225、至少约250、至少约275、或至少约300mm和/或不超过约750mm、不超过约650mm、不超过约500mm、不超过约450mm。
在平行于夹层高度的方向上在上HUD安装边界246a和下HUD安装边界246b之间测量的HUD区244的总高度可为至少约20、至少约25、至少约50、至少约75、至少约100mm和/或不超过约350、不超过约300、不超过约250、不超过约225、不超过约200、不超过约175或不超过约150mm。HUD区244的总高度沿夹层224的宽度可以是一致的，或者高度在HUD区的一个或多个区域中可与其在HUD区的一个或多个其它区域中不同。在一些实施例中，夹层224的上安装边缘234a和下安装边缘234b之间且垂直于它们各自所画的线的总长度的至少约15％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％和/或不超过约55％、不超过约50％、不超过约45％或不超过约40％可以落入夹层224的HUD区域244内。
HUD区域244可延伸跨越夹层224的总宽度的一部分或全部。在一些实施例中，上HUD安装边界和/或下HUD安装边界可延伸夹层224的驾驶员侧安装边缘240a和乘客侧安装边缘240b之间的总距离的至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约85％或至少约90％。在一些实施例中，如图2a所示，HUD区域244可以延伸跨过整个夹层224，使得上HUD安装边界246a和下HUD安装边界246b各自与夹层224的驾驶员侧安装边缘240a和乘客侧安装边缘240b相交，如图2a所示。
应当理解，在图2b所示的实施例中，实现本发明的一种方法是结合两个夹层224a和224c，其厚度轮廓被特别设计成将第二和第三反射对准到主反射上。还应当理解，实现这一点的优选方式可以是设计具有对称厚度轮廓的层合体，以反射层为中心，使得可以通过对224a和224c使用相同的楔形轮廓来产生大部分期望的覆盖效果，从而简化夹层和层合体制造工艺。在反射层周围的玻璃或夹层厚度不同的情况下，夹层需要设计成具有不同的楔角轮廓，以便将二次图像和三次图像与主图像正确地对准。
应当理解，为改进含有单个楔形夹层的层合体中的光学性能而对夹层楔形轮廓进行的修改也将适用于含有多个楔形夹层的层合体。在这种情况下，每个层可以具有其自身的特征楔形轮廓，以便与HUD投影系统最优使用。取决于层合体的构造和所需效果，两个楔形夹层中的每一个可以彼此相同或不同。用于每个楔形夹层的示例性设计方法可以在下文找到。
转向图3至图11b，提供了根据本发明的具有至少部分锥形的厚度轮廓和楔角轮廓的夹层的几个实施例。图3是包括变化厚度的锥形区域的示例性锥形夹层的截面图。如图3所示，锥形区具有在锥形区的第一边界处测量的最小厚度Tmin和在锥形区的第二边界处测量的最大厚度Tmax。在某些实施例中，Tmin可以为至少约0.05、至少约0.10、或至少约0.20mm和/或不超过1.2、不超过约1.1、或不超过约1.0mm。在某些实施例中，Tmax可以为至少约0.38、至少约0.53或至少约0.76mm和/或不超过2.2、不超过约2.1或不超过约2.0mm。在某些实施例中，Tmax和Tmin之间的差可以是至少约0.05、至少约0.10、至少约0.15、至少约0.20、至少约0.25、至少约0.30、至少约0.35、至少约0.40mm和/或不超过1.2、不超过约0.90、不超过约0.85、不超过约0.80、不超过约0.75、不超过约0.70、不超过约0.65、或不超过约0.60mm。在某些实施例中，锥形区的第一和第二边界之间的距离(即“锥形区宽度”)可以为至少约5、至少约10、至少约15、至少约20或至少约30厘米(cm)和/或不超过约200、不超过约150、不超过约125、不超过约100或不超过约75cm。
如图3所示，锥形夹层包括相对的第一和第二外终端边缘。在某些实施例中，第一和第二外终端边缘之间的距离(即“夹层宽度”)可为至少约20cm、至少约40cm或至少约60cm和/或不超过约400cm、不超过约200cm或不超过约100cm。在图3所示的实施例中，锥形区的第一和第二边界与夹层的第一和第二外终端边缘向内隔开。在这样的实施例中，仅夹层的一部分是锥形的。当锥形区仅形成夹层的一部分时，夹层宽度与锥形区宽度的比率可以为至少约0.05:1、至少约0.10:1、至少约0.20:1、至少约0.30:1、至少约0.40:1、至少约0.50:1、至少约0.60:1或至少约0.70:1和/或不超过约1:1、不超过约0.95:1、不超过约0.90:1、不超过约0.80:1或不超过约0.70:1。在如下讨论的一个替代实施例中，整个夹层是锥形的。当整个夹层为锥形时，锥形区宽度可以等于夹层宽度，并且锥形区的第一和第二边界分别位于第一和第二终端边缘处。
如图3所示，夹层的锥形区可以具有楔角(θ)，其定义为在第一参比线和第二参比线之间形成的角度，该第一参比线延伸穿过夹层的两个点，在该两个点处第一和第二锥形区边界与夹层的第一(上)表面相交，该第二基准线延伸穿过两个点，在该两个点处第一和第二锥形区边界与夹层的第二(下)表面相交。在某些实施例中，锥形区可以具有至少约0.05、至少约0.10、至少约0.15、至少约0.20、至少约0.25、至少约0.30、至少约0.35或至少约0.40毫弧度(mrad)和/或不超过约1.2、不超过约1.0、不超过约0.90、不超过约0.85、不超过约0.80、不超过约0.75、不超过约0.70、不超过约0.65或不超过约0.60mrad的至少一个楔角。
当锥形区的第一和第二表面各自是平面时，锥形区的楔角可以定义为第一(上)表面和第二(下)表面之间的角度。然而，如以下进一步详细讨论的，在某些实施例中，锥形区可包括具有弯曲的厚度轮廓和连续变化的楔角的至少一个可变角度区域。此外，在某些实施例中，锥形区可包括两个或更多个恒定角度区，其中恒定角度区各自具有线性厚度轮廓，但恒定角度区中的至少两个具有不同的楔角。
现在参考图4，示出了适用于本发明某些实施例的各种锥形夹层的一些示例性楔角轮廓。楔角轮廓是夹层的楔角作为HUD区域内的位置的函数的图形描绘。锥形夹层的楔角轮廓可以在HUD区域的至少一部分上增加、减小和/或保持恒定。在某些实施例中，楔角轮廓可在HUD区域的至少一部分上增加。这种类型的楔角轮廓的例子在图4中由线206和208示出。当楔角轮廓的至少一部分增加时，该至少一部分也可以保持恒定(如线206所示)，或者该轮廓的一部分也可以减小(如线208所示)。在一些实施例(未示出)中，楔角轮廓可在整个HUD区域上增加。
在某些实施例中，楔角轮廓可在HUD区域的至少一部分上减小。这种类型的楔角轮廓的例子在图4中由线202和204示出。当夹层的至少一部分楔角轮廓减小时，在HUD区域的一部分上楔角轮廓也可以增加(未示出)和/或保持恒定(如线204所示)。在某些实施例(由线202示出)中，楔角可在整个HUD区域上减小。在某些实施例中，楔角轮廓可在至少一部分HUD区域上保持不变，如图4中的线200所示。具有增加、减小和恒定楔角的区域的其它组合的夹层也是可能的，且在本发明的范围内。
图5至图10示出了根据本发明的某些实施例构造的几个锥形夹层的轮廓。如前所述，用于具有HUD投影系统的车辆所使用的给定挡风玻璃中的夹层的具体构造取决于若干因素，包括例如具体车辆设计和HUD系统构造。图5至图10提供了一些示例性的锥形夹层轮廓，其可以适用于某些实施例，尽管未示出的其它夹层形状可以同样适用，这取决于具体应用。应当理解，除非另有说明，本文所讨论的夹层的锥形厚度轮廓和楔角轮廓是指沿夹层224的上安装边缘234a和下安装边缘234b之间延伸的线所取的“垂直”轮廓。在某些实施例中，夹层224在HUD区域244内在水平方向上可以不具有锥形厚度轮廓或楔角轮廓(即，水平厚度轮廓)。在某些实施例中，夹层224的最大水平楔角可小于0.10mrad、小于0.075mrad、小于0.05mrad或小于0.025mrad。
转向图5，描绘了包括完全从夹层20的第一终端边缘24a延伸到夹层20的第二终端边缘24b的锥形区22的夹层20。在这种构造中，锥形区的第一和第二边界位于夹层的第一和第二终端边缘24a、24b处。图5中所示的夹层20的整个锥形区域22具有恒定的楔角θ，该楔角仅仅是在夹层20的平坦的第一(上)平坦表面和第二(下)平坦表面之间形成的角度。
图6示出了包括锥形区32和平坦边缘区33的夹层30。锥形区32的第一边界35a位于夹层30的第一终端边缘34a，而锥形区32的第二边界35b位于锥形区32和平坦边缘区33相交的位置。锥形区32包括恒定角度区36和可变角度区37。恒定角度区36具有线性厚度轮廓和恒定楔角θc，而可变角度区37具有弯曲厚度轮廓和连续变化的楔角。可变角度区37的起始楔角等于恒定楔角θc，而可变角度区37的结束楔角为零。图6所示的夹层30具有恒定的楔角θc，其大于整个锥形区32的总楔角。
图7示出了包括位于第一和第二平坦边缘区43a、43b之间的锥形区42的夹层40。锥形区42的第一边界45a位于锥形区42和第一平坦边缘区43a相交的位置，而锥形区42的第二边界45b位于锥形区42和第二平坦边缘区43b相交的位置。锥形区42包括位于第一和第二可变角度区47a、47b之间的恒定角度区46。第一可变角度区47a形成第一平坦边缘区43a和恒定角度区46之间的过渡区。第二可变角度区47b形成第二平坦边缘区43b和恒定角度区46之间的过渡区。恒定角度区46具有线性厚度轮廓和恒定楔角θc，而第一和第二可变角度区47a、47b具有弯曲厚度轮廓和连续变化的楔角。第一可变角度区47a的起始楔角等于零，第一可变角度区47b的结束楔角等于恒定楔角θc。第二可变角度区47b的起始楔角等于恒定楔角θc，第二可变角度区47b的结束楔角为零。图7中描绘的夹层40具有恒定的楔角θc，其大于整个锥形区域42的总楔角。
图8示出了包括位于第一和第二平坦边缘区53a、53b之间的锥形区52的夹层50。夹层50的锥形区52不包括恒定角度区。相反，夹层50的整个锥形区52是具有弯曲的厚度轮廓和连续变化的楔角的可变角度区。如上描述，锥形区52的总楔角θ测量为在第一参比线“A”和第二参比线“B”之间的角度，该第一参比线“A”延伸穿过锥形区52的第一和第二边界55a、55b与夹层50的第一(上)表面相交的两个点，该第二参比线“B”延伸穿过锥形区52的第一和第二边界55a、55b与夹层50的第二(下)表面相交的两个点。然而，在锥形区52内，弯曲的厚度轮廓提供了无限数量的楔角，这些楔角可以大于、小于或等于整个锥形区52的总楔角θ。
图9示出了不包括任何平坦端部的夹层60。而是，夹层60的锥形区62形成整个夹层60。因此，锥形区60的第一和第二边界65a、65b位于夹层60的第一和第二终端边缘64a、64b处。夹层60的锥形区62包括由第一和第二可变角度区47a、47b分开的第一、第二和第三恒定角度区46a-c。第一、第二和第三恒定角度区46a-c均具有线性厚度轮廓，并且均分别具有唯一的第一、第二和第三恒定楔角θc1、θc2、θc3。第一可变角度区47a用作第一和第二恒定角度区46a、46b之间的过渡区。第二可变角度区47b用作第二和第三恒定角度区46b、46c之间的过渡区。如上所讨论，锥形区62的总楔角θ测定为第一参比线“A”和第二参比线“B”之间的角度。第一恒定楔角θc1小于锥形区62的总楔角θ。第二恒定楔角θc2大于锥形区62的总楔角θ。第三恒定楔角θc3小于锥形区62的总楔角θ。第一可变角度区47a的楔角从第一恒定楔角θc1连续增大到第二恒定楔角θc2。第二可变角度区47b的楔角从第二恒定楔角θc2连续减小到第三楔角θc3。
图10示出了包括位于第一和第二平坦边缘区73a、73b之间的锥形区72的夹层70。锥形区72的第一和第二边界75a、75b向内与夹层70的第一和第二外边缘74a、74b间隔开。夹层70的锥形区72包括第一、第二、第三和第四可变角度区77a-d以及第一、第二和第三恒定角度区76a-c。第一可变角度区77a用作第一平坦边缘区73a和第一恒定角度区76a之间的过渡区。第二可变角度区域77b用作第一恒定角度区76a和第二恒定角度区域76b之间的过渡区。第三可变角度区77c用作第二恒定角度区76b和第三恒定角度区76c之间的过渡区。第四可变角度区77d用作第三恒定角度区76c与第二平坦边缘区73b之间的过渡区。第一、第二和第三恒定角度区76a-c均具有线性厚度轮廓，并且均分别具有唯一的第一、第二和第三恒定楔角θc1、θc2、θc3。如上所讨论，第一、第二、第三和第四可变角度区77a-d具有从可变角度区77一侧上的恒定角度区的楔角连续地过渡到可变角度区77另一侧上的恒定角度区的楔角。
如上所讨论，锥形夹层可以包括一个或多个恒定角度的锥形区，每个锥形区的宽度小于整个锥形区的总宽度。每个锥形区可以具有与整个锥形区的总楔角相同或不同的楔角。例如，锥形区可包括一个、两个、三个、四个、五个或更多个恒定角度锥形区。当采用多个恒定角度的锥形区时，恒定角度的锥形区可通过可变角度的锥形区彼此分开，该可变角度的锥形区用于在相邻的恒定角度的锥形区之间过渡。
在某些实施例中，每个恒定角度锥形区的宽度可以是至少约2cm、至少约5cm、至少约10cm、至少约15cm、或至少约20cm和/或不超过约150cm、不超过约100cm、或不超过约50cm。在某些实施例中，每个恒定角度锥形区的宽度与整个锥形区的总宽度的比率可为至少约0.1:1、至少约0.2:1、至少约0.3:1或至少约0.4:1和/或不超过约0.9:1、不超过约0.8:1、不超过约0.7:1、不超过约0.6:1或不超过约0.5:1。
在某些实施例中，每个恒定角度锥形区的楔角可以是：至少约0.13、至少约0.15、至少约0.20、至少约0.25、至少约0.30、至少约0.35、至少约0.40mrad，和/或，不超过约1.2、不超过约1.0、不超过约0.90、不超过约0.85、不超过约0.80、不超过约0.75、不超过约0.70、不超过约0.65、或不超过约0.60mrad。在某些实施例中，至少一个恒定角度的锥形区的楔角比整个锥形区的总楔角大至少约0.01mrad、至少约0.05mrad、至少约0.10mrad、至少约0.20mrad、至少约0.30mrad或至少约0.40mrad。
在某些实施例中，至少一个恒定角度的锥形区的楔角比整个锥形区的总楔角小至少约0.01mrad、至少约0.05mrad、至少约0.10mrad、至少约0.20mrad、至少约0.30mrad或至少约0.40mrad。在某些实施例中，至少一个恒定角度的锥形区的楔角比整个锥形区的总楔角大不超过约0.40、不超过约0.30、不超过约0.20、不超过约0.10、不超过约0.05或不超过约0.01mrad。在某些实施例中，至少一个恒定角度的锥形区的楔角比整个锥形区的总楔角小不超过约0.40、不超过约0.30、不超过约0.20、不超过约0.10、不超过约0.05或不超过约0.01mrad。
在某些实施例中，锥形夹层可以包括至少一个可变角度区。可变角度区的宽度可以小于整个锥形区的总宽度，或者它可以与锥形区宽度相同。每个可变角度锥形区的宽度可以为：至少约2、至少约5、至少约10、至少约15或至少约20cm，和/或，不超过约150、不超过约100或不超过约50cm。在某些实施例中，每个可变角度锥形区的宽度与整个锥形区的总宽度的比率可为：至少约0.1:1、至少约0.2:1、至少约0.3:1或至少约0.4:1，和/或，不超过约0.9:1、不超过约0.8:1、不超过约0.7:1、不超过约0.6:1或不超过约0.5:1。可变角度区可具有弯曲的厚度轮廓，并且可以可选地包括如先前详细描述的一个或多个恒定角度区。夹层可包括至少两个、至少三个、或四个或更多个可变角度区。
在某些实施例中，用于形成本文描述的挡风玻璃的一个或两个夹层可以是单层或单片夹层。在某些实施例中，至少一个夹层可以是至少包含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。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。
根据本发明，然后，复合夹层包括反射层，该反射层通常包括聚合物膜。在一个方面，除了存在于复合夹层中的楔形聚合物层之外，还存在聚合物膜。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，在此情况下用作如本文其它地方描述的反射层。术语“聚合物膜”与本文描述的“楔形聚合物层”或“楔形聚合物片材”的不同之处在于，聚合物膜本身通常不向面板提供足够的冲击和玻璃保留特性，而是提供性能改进，例如红外吸收或反射特征。
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表面处理，如本文别处所描述。聚合物膜的厚度可以为：至少约0.013、至少约0.015、至少约0.020、至少约0.025、至少约0.030或至少约0.040mm，和/或，不超过约0.060、不超过约0.050、不超过约0.045或不超过约0.035mm。
根据一些实施例，反射层的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红外辐射而不产生干涉，如例如在美国专利No.6,797,396中描述，该专利在不与本公开内容不一致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，包括粘附性或红外辐射抑制。聚合物膜的其它例子在PCT申请公开No.WO88/01230和美国专利No.4,799,745、4,017,661和4,786,783中详细描述，这些中的每一个均在不与本公开内容不一致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(adhesion control agent，“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(该挡风玻璃使用为特定应用配置的夹层)的最终特性的程度下采用这些添加剂的具体类型和量。
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，所述期望声学特性通过下述所示：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)。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(coincident frequency)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。
复合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，可以依需要使用其它厚度。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合计厚度来确定。
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。形成楔形聚合物层的示例性方法可包括但不限于：溶液涂膜、模压成型、注射成型、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工艺形成楔形聚合物层时，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描述的添加剂预混合并进料至挤出装置中。挤出装置可以构造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不同粘度或其它特性的不同热塑性熔体并通过共挤出模头以稳定的体积通量递送成所需的最终形式。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。
在某些实施例中，可以生产用于形成本文描述的复合夹层的楔形聚合物层，使得楔形聚合物层的楔角轮廓偏离目标夹层的预定或规定的楔角轮廓不超过0.10、不超过0.075、不超过0.05mrad、不超过0.03——在至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％或至少约90％的HUD区域上。在某些实施例中，在整个区域上，楔形聚合物层的楔角轮廓可以与预定楔角轮廓偏离不超过0.10、不超过0.075、不超过0.05mrad、不超过0.03。
制造这种夹层或包括这种夹层的挡风玻璃的方法包括以下步骤：为具有HUD区域的目标夹层获得规定的楔角轮廓，然后形成夹层以具有与目标夹层相似的楔角轮廓。更特别地，可以进行楔形聚合物层的形成，使得对于目标夹层的HUD区域，楔角轮廓与规定的楔角轮廓相差在一个或多个上述范围内的量。这种偏差可以通过使用例如下文实例中描述的方法测量形成的夹层的楔角来确定。
替代性地，或附加地，楔形聚合物层的厚度轮廓也可被测量，并且测量的厚度轮廓可与沿着层的一个或多个点处的目标厚度轮廓进行比较。在某些实施例中，如本文描述形成的层的测量厚度轮廓与预定目标厚度轮廓之间的最大差值可不超过约0.005mm、不超过约0.0025mm、不超过约0.0020mm、不超过0.0015mm或不超过约0.0010mm。替代性地，或附加地，基于给定点处的目标厚度，如本文描述形成的层的测量厚度轮廓与预定目标厚度轮廓之间的差值可为至少约0.025％、至少约0.05％、或至少约0.10％和/或不超过约0.25％、不超过约0.20％、不超过约0.15％、不超过0.1％、或不超过约0.05％。
目标楔角轮廓或目标厚度轮廓可以由例如第三方供应商提供，例如层压机、HUD系统供应商或车辆制造商，或者可以其它方式确定。在一些实施例中，形成的层的所测量的楔角轮廓在形状上可以与目标轮廓略有不同，但是仍然可以表现出与目标楔角轮廓在上述范围内的最大变化。
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复合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)组装两个基底和夹层；(2)通过IR辐射或对流装置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90℃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。
在一个方面，根据本发明的某些实施例构造的挡风玻璃设计成最小化不同高度的驾驶员的反射图像分离。如本文所用，术语“反射的双像分离”是指在主图像和任何干涉的二次、三次或“重像”图像之间的间距，其由投影图像在反射时的位置差异引起。与通常被优化以适应平均或“标称”高度的驾驶员的传统挡风玻璃相比，本发明的这个方面的挡风玻璃对于比平均或标称更矮或更高的驾驶员可以表现出很少或没有双像分离。在图12a中提供了对于常规优化夹层，与“标称”高度的驾驶员相比，矮驾驶员和高驾驶员所经历的双像分离的示例。如图12b所示，根据本发明实施例构造的挡风玻璃对于所有驾驶员的高度，使反射的双像分离最小化，在所有高度提供更清晰、更可读的虚像。
在某些方面，当在用于特定挡风玻璃的标准安装条件下测量时，如本文描述构造的挡风玻璃可以呈现小于约2弧分的上眼动范围反射的双像分离距离和小于约2弧分的下眼动范围反射的双像分离距离中的至少一个。如本文所使用的，术语“眼动范围”指的是当驾驶员坐在安装有挡风玻璃和HUD投影系统的车辆中时，驾驶员的眼睛所位于的三维区域。通常，眼动范围略大于眼睛本身，以允许驾驶员具有一定的头部移动自由度，但是当驾驶员舒适地坐在驾驶员座椅中时，眼动范围在驾驶员眼睛的中心点的上方或下方延伸不超过50mm，向左或向右延伸不超过75mm，并且在前方或后方延伸不超过50mm。如本文所用，术语“舒适地坐”是就座时指人的背部靠着驾驶员座椅、人的脚在踏板上并且人的手在方向盘上。
在某些实施例中，当在该挡风玻璃的标准安装条件下测量时，如本文描述的挡风玻璃可以具有小于约2弧分的上眼动范围反射的双像分离距离和小于约2弧分的下眼动范围反射的双像分离距离两者。在某些实施例中，当在该挡风玻璃的标准安装条件下测量时，挡风玻璃可表现出以下的下眼动范围反射的双像分离距离中的至少一个：小于约1.75、小于约1.5、小于约1.25、小于约1或小于约0.5弧分的上眼框反射双像分离距离和/或小于约1.75、小于约1.5、小于约1.25、小于约1或小于约0.5弧分。根据以下过程确定上眼动范围和下眼动范围反射的双像分离距离。
必须确定给定挡风玻璃的标准安装条件，以便测量该挡风玻璃的上眼动范围和下眼动范围反射的双像分离距离。如本文所用，术语“标准安装条件”是指给定挡风玻璃的安装条件，在该条件下，标称高度的驾驶员观察到该挡风玻璃的最小反射双像分离距离。在某些实施例中，在标准安装条件下的最小反射双像分离距离可小于约1.5、小于约1、小于约0.75、小于约0.5或小于约0.25弧分，如下文描述所测量。“标称高度”驾驶员是其眼动范围中心线在从安装的挡风玻璃内部最低点水平绘制的线起的134.4mm的高度处的驾驶员。稍后将提供有关测量驾驶员高度的进一步细节。
如果已知挡风玻璃的标准安装条件，包括其如何相对于HUD投影系统定向，则挡风玻璃和HUD投影系统可以根据已知的安装条件布置在实验设置中。这种安装条件可以由供应商或另一第三方提供，可以从车辆直接测量，或者可以在与车辆的制造和设计相关的参考材料中获得。
可替代地，如果挡风玻璃的标准安装条件未知，则必须在测量挡风玻璃的上眼动范围或下眼动范围反射的双像分离距离之前确定这些标准安装条件。例如，可以通过测试挡风玻璃和HUD投影系统的某些参数的各种值，并确定哪个参数组合提供了给定挡风玻璃的最小反射的双像分离来进行这种确定。为给定挡风玻璃的标称驾驶员高度提供最小反射双像分离而优化的一组条件将被视为该挡风玻璃的“标准安装条件”。
现在参考图13a和13b，提供了用于测试挡风玻璃320的反射双像分离距离的实验装置的示意图。挡风玻璃320定位在保持件(未示出)中，并且与垂直方向成一定角度β定向，该角度也称为挡风玻璃的“倾角”。倾角的适当范围是从45°到60°。同样如图13a和13b所示，设置HUD投影系统316，使得从投影系统316出射的图像照射到内侧玻璃面板322a的内表面，如同当挡风玻璃和投影系统安装在车辆中时的情况。投影的图像照射到内面板322a的表面的角度被称为“入射角”，投影系统316的出口和玻璃表面之间的距离称为“投影距离”。入射角，如图13b中的角度α所示，在30°到45°的范围内，而入射距离，如图13b中的距离“P”所示，在5cm和20cm之间。虚像距离定义为驾驶员的眼睛的中心点和反射的虚像350之间的水平距离。虚像距离在图13b中被示为距离“V”，并且可以在3到15m的范围内。
驾驶员的高度定义为从内面板322b的下安装边缘332b水平延伸的直线与驾驶员的眼睛的中心点之间的垂直直线距离。这在图13a中显示为距离“H”。当确定给定挡风玻璃的标准安装条件时，驾驶员的高度H设定为134.4mm。H的值改变以反映驾驶员的高度的变化。驾驶员眼睛的中心点(或驾驶员眼动范围的中心点)和内面板322a的表面之间的距离定义为“驾驶员的距离”。该距离在图13a中被示为“D”，并且将随着驾驶员的身高而变化。对于标称高度的驾驶员，驾驶员的距离D将在600至1000mm的范围内。对于较高和较矮的驾驶员，预期有类似的值。最后，如图13b所示，俯视角定义为从驾驶员的眼动范围的中心点绘制的水平线与通过挡风玻璃320的HUD区域的中心并通过反射虚像350的中心线绘制的直线之间的角度。类似于驾驶员距离，如图13a中θ所示的俯视角将基于驾驶员的高度而变化，但是应当在5°至10°的范围内。
为了确定挡风玻璃320的标准安装条件，对于134.4mm的标称驾驶员高度(H)，挡风玻璃320和HUD投影系统316被布置在上述范围内的倾角、入射角、投影距离和虚像距离的值的各种组合。然后，对于每组条件，根据下文进一步详细描述的方法，可以确定挡风玻璃的双像分离。对于给定挡风玻璃，导致双像分离距离的最低值的倾角、入射角、投影距离和虚像距离的值的组合可以被认为是该挡风玻璃的“标准安装条件”。
尽管可以针对标称驾驶员高度计算驾驶员高度和俯视角，但是当如上描述确定标准安装条件时，这些参数本身没有被优化。相反，以上提供的这些值的范围被用作优化限制，使得在确定的标准安装条件下计算的驾驶员距离D和俯视角θ的最终值必须落入以上范围内。因为挡风玻璃320与垂直方向成一定角度定向，所以驾驶员距离D和俯视角θ将随着驾驶员的高度改变而改变，但是应该在以上提供的范围内或刚好在其之外。
挡风玻璃320的双像分离距离可以根据以下程序来确定。当挡风玻璃320和投影系统316大致如图13a和13b所示定向时，通过使来自HUD投影系统316的光穿过挡风玻璃320，可以产生投影图像。穿过挡风玻璃320的光包括图像，例如线、形状、图片或网格。一旦光已经穿过挡风玻璃320的表面并被反射离开，则可以通过挡风玻璃320看到虚像。然后，可以使用数码相机或其它合适的装置来捕获所投影的图像，其中，数码相机或其它合适的装置被定位为使得相机镜头的中心线位于眼动范围的中心线处。为了确定标准挡风玻璃安装条件，例如，相机镜头的中心线将位于134.4mm的高度处。然后，由相机捕获的结果图像可以被数字化以形成包括多个像素的数字投影图像。
一旦数字化，就可以定量分析捕获的图像以形成包括至少一个主图像指示符和至少一个二次图像指示符的轮廓。可以通过将数字投影图像的至少一部分转换为垂直图像矩阵来执行分析，该垂直图像矩阵包括表示图像的该部分中的像素的强度的数值。然后，如图14所示，可以提取矩阵的列，并将其相对于像素数量进行绘图，以提供该轮廓。然后，可以将轮廓上的主图像指示符与轮廓上的二次图像指示符进行比较以确定差异。在一些实施例中，主图像指示符可以包括图形的较高强度峰值，而二次图像指示符可以是较低强度峰值。可以确定两个指示符之间的任何合适的差异，并且在一些实施例中，可以是轮廓图中的两个指示符之间的位置差异。
基于该差异，然后可以使用主峰和二次峰之间的分离距离(以像素为单位)，根据以下等式计算每个面板的双像分离距离(D1)，单位为毫弧度(mrad)：
上述方程基于小角度近似，对于小角度θ，tanθ＝θ，使得双像分离距离(D1)除以mm为单位的虚像距离等于以弧度为单位的分离角。可以通过从校准图像计算来确定mm/像素的比率。接着，在根据挡风玻璃的标准安装条件定位挡风玻璃320和HUD投影系统316的情况下，调整驾驶员的高度H，以便测量上眼动范围或下眼动范围反射的双像分离距离。当测量上眼动范围反射的双像分离距离时，将相机镜头的中心线移动到182.4mm的高度H，并且在相机镜头的中心线位于126.2mm的驾驶员高度H的情况下测量下眼动范围反射的双像分离距离。一旦相机定位，就可以计算驾驶员距离D和俯视角θ。然后，可以为每个高度确定反射的双像分离距离。
如上所讨论，当在用于该挡风玻璃的标准安装条件下测量时，根据本发明的实施例构造的挡风玻璃可以具有小于约2弧分的上眼动范围反射的双像分离距离和小于约2弧分的下眼动范围反射的双像分离距离中的至少一个。这是对传统挡风玻璃的改进，传统挡风玻璃倾向于仅对于单个驾驶员高度最小化双像分离距离，但是对于更高或更矮的驾驶员产生显著的重影。
尽管本文关于汽车挡风玻璃进行了描述，但应当理解，包括本文描述的夹层的多层面板可以用于各种应用，包括作为飞机挡风玻璃和窗户，以及用于其它应用的挡风玻璃和面板，该其它应用包括建筑应用、船舶应用、轨道应用、摩托车应用和其它娱乐机动车辆。
本发明的一个可替代的实施例可以是使用两个楔形夹层，其中每个PVB层的楔角正好是对准主图像和二次图像所需楔角的一半，并且单个PVB层厚度使得XIR膜的金属叠层精确地位于表面#1和#4之间的中间。在这个实施例中，两层PVB层的楔角是相同的，但是当内部玻璃片比外部玻璃片薄时，XIR膜内侧的PVB层将比XIR膜外侧的PVB层厚。
根据本发明，我们已经发现，一个楔形对通过它的光的影响不可避免地影响由另一个楔形提供的期望校正。也就是说，所需的一个楔形的尺寸和形状在一定程度上是另一个楔形的尺寸和形状的函数。提供传统设计的两个楔形聚合物层是不够的，即，设计成减小或消除由外部玻璃/空气界面引起的二次图像的可见性的类型。必须考虑每个楔形聚合物层对另一个的影响。因此，我们发现，如本文描述，很好地控制一个或两个楔形的楔角变化是重要的。
我们还发现，在实践中，实际聚合物夹层片材(其产生旨在消除重影的楔角)的厚度轮廓不能完美地匹配计算用于消除重像图像的目标厚度轮廓。这导致了现实世界的夹层，其含有小的局部厚度偏差，该偏差导致在HUD区域中目标楔角之上和之下的类似小的局部楔角变化，其由正偏差和负偏差组成。当驾驶员的头部和眼睛在HUD眼动范围内移动时，眼睛会观察到在HUD区域中挡风玻璃上的略微不同的位置，这些位置具有不同的局部楔角。这可能导致不同量的重像图像分离或重影。如前所述，当头部和/或眼睛位置移动时，在短距离内重像图像分离的这种变化被称为“动态重影”。
为了量化和限制驾驶员经历的动态重影的量，因此定义楔角变化与目标楔角的绝对大小和变化率是有帮助的，这消除了从驾驶员的眼动范围看到的典型观看距离上的重影。如果楔角变化的变化率太大，则动态重影将是令人反感的。在实施例中，与目标的绝对楔角偏差小于0.1mrad，并且楔角的50mm变化率小于每毫米4μrad(即，从-4μrad/mm至+4μrad/mm)、小于3、小于2或小于1μrad/mm(-1μrad/mm至+1μrad/mm)。
图15示出了用于HUD系统的挡风玻璃的实际楔形夹层的厚度轮廓。图16描绘了图15的楔形夹层的相对于目标的实际局部楔角变化的曲线图。在Y轴上，绘制了相对于目标的偏差，并且在图16上将0.00mrad偏差(无变化)的理想情况示出为符合等式Y＝θ的虚线，其中θ是目标楔角。该曲线示出了典型楔形夹层的实际楔角在大约900毫米的距离上在目标楔角之上和之下如何变化。
图17是图16中描绘的楔形夹层的局部楔角偏差的变化率的曲线图。为了计算变化率，从图6绘制的局部楔角数据计算50mm跨度(距每个点+/-25mm)上的逐点线性回归斜率，并相对于相同的位置轴绘制。选择50mm的跨度，因为它通常对应于平视显示器的观看者在典型HUD眼动范围区域内可能发生的典型运动范围。在Y轴上，绘制了局部楔角偏差的变化率，并且0.0mrad/mm的理想情况被示出为符合等式Y＝0的虚线。该曲线示出了典型楔形夹层的实际楔角变化率如何在大约900毫米的距离上在零以上和以下变化。在实施例中，变化率应小于4μrad/mm，小于3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0或小于0.5μrad/mm，或尽可能接近0.0μrad/mm。
如上所述，一个楔形对通过它的光的影响不可避免地影响由另一个楔形提供的随后的校正。因此，我们发现，良好地控制各层的波度是重要的。
因此，除了使用两个楔形夹层使三次图像与主图像和二次图像对准之外，使用具有“低波度”表面形貌的PVB楔形夹层还可通过降低该图像的波度或起伏来进一步改善三次图像。在美国临时申请号62/706067中公开并要求保护“低波度”夹层，其全部公开内容通过引用并入本文，用于减少XIR膜的苹果酱(applesauce)外观。因此，在一个方面，本发明涉及低波度夹层和两个楔形夹层的组合，以便在HUD系统中使三次图像变平并对准。
在实践中，实际聚合物夹层片材的厚度轮廓和表面特征也会不利地影响挡风玻璃光学器件，超出平视显示器系统的有效性。在引入了与反射性聚合物膜层接触设置的聚乙烯醇缩醛片材的多层玻璃板中也会出现称为苹果酱的缺陷。具有低的波度指数(wavinessindex)或WI和高的粗糙度值(roughness value)或Rz的聚合物片材可有助于减少或消除这种缺陷，其中WI是片材表面起伏的量度，Rz是发生的较小不规则性的量度。
苹果酱缺陷在倾斜视角下尤其明显，并且作为视觉上明显的各向同性的波状反射图像出现在安全玻璃面板中，估计该反射图像具有约0.002至0.012mm的振幅和2.5-7.5mm的波长。下文将其称为术语“苹果酱”。据信产生苹果酱是因为，以倾斜视角反射光的反射层，在层压期间顺应聚乙烯醇缩醛型层，并且将呈现存在于该聚乙烯醇缩醛型层上的任何非线性或波度。对于在挤出之后已经被压花有表面形貌的聚乙烯醇缩醛层尤其如此。
在实施例的一些方面，具有相对光滑的一个或多个表面的聚乙烯醇缩醛层被压花有粗糙图案。该粗糙图案可以是任何合适的图案，并且在各种实施例中，导致聚合物片材具有至少20微米、至少25微米、至少30微米、至少35微米、至少45微米或至少55微米的最终粗糙度值(压花后值)。因为该压花步骤是在该层与聚(对苯二甲酸乙二醇酯)或玻璃或另一聚(乙烯醇缩丁醛)层的层压之前进行的，所以压花表面允许最终产品的层之间的优异的脱气。
通过使用具有一个或两个表面的聚合物片材，可以显著地减少苹果酱缺陷，该聚合物片材具有有利的低波度指数和相对高的粗糙度值。具体地，在本发明的各种实施例中，在以粗糙图案压花之后，楔形聚合物片材可以具有小于20,000平方微米、小于15,000平方微米、小于12,000平方微米、小于10,000平方微米、小于8,000平方微米、小于6,000平方微米或小于5,000平方微米的波度指数，以及至少20微米、至少25微米、至少30微米、至少35微米、至少45微米或至少55微米的粗糙度值，并且以上针对波度指数和粗糙度值给出的值可以在适当的情况以任何组合方式组合。本段中给出的值是波度和粗糙度的“压花后”值。对于其中给出了WI和粗糙度值的本发明的这些和其它实施例，相应的进一步的实施例也是本发明的一部分以用于表征聚合物片材，相应的进一步的实施例是其中仅给出粗糙度值而没有给出WI。
除了WI和粗糙度值之外，本发明的聚合物片材的特征还在于它们的耐久性，这是片材的精细表面形貌的可变性量度。聚合物片材的一个或两个表面的耐久性的测定可以根据下述程序来测定。
以低粗糙度和波度生产并被压花至高粗糙度值的本发明的聚合物片材可以具有从95至10范围的耐久性值。这个范围与仅依靠熔体破裂来获得表面粗糙度的聚合物片材形成对比，后者通常具有耐久性值为100或接近100。赋予聚合物片材的耐久性的值将取决于所需的应用和可以采用的层压处理条件。对于希望最大程度地减少苹果酱的应用，例如，本发明的聚合物片材可以具有小于40、小于30或小于20的耐久性值，这并不是说苹果酱在具有更高耐久性值的其它实施例中没有减少。在需要特定减少其它缺陷的其它实施例中，可赋予聚合物片材60-95、65-90或70-80的耐久性值。在本发明的各种实施例中有用的其它耐久性值是10-30、30-50和50-95、50-90或50-85。在本段中给出的这些耐久性值可以与上面给出的压花后粗糙度和波度的值以任何组合方式组合。用于表征波度、表面形貌和耐久性的方法描述于以下段落中。
为了测定Rz，将增塑聚合物片材的15cm×15cm测试样品置于真空板上，该真空板由室温下循环通过它的流体调节。施加5psi的真空以将样品吸到板表面上。使用带有PRK驱动单元和RFHTB-250压痕笔(可从纽约的Mahr Gage公司获得)的S8P型粗糙度仪(Perthometer)直接测量试样每一侧的纸张表面粗糙度。在仪器上将轮廓选择设置为“R”。压痕笔自动地移动穿过样品表面。每个迹线的长度是17.5mm，由7个2.5mm的连续测量长度Lc组成。测量长度为12.5mm，由去除第一部分和最后部分得到的5个测量长度组成。确定这五个连续测量长度Lc中的各个粗糙度深度的平均值，并且Rz是十个这种确定的平均值，五个取自挤出的纵向(machine direction，MD)上，五个取自横向(cross-machinedirection，CMD)上。在每个方向上两个连续的迹线之间的距离是3mm。
为了确定波度指数值(WI)，使用上文提及的粗糙度仪，并将轮廓选择设置为“W”。在此测量中使用56mm的迹线长度和40mm的测量长度。40mm测量长度由五个8mm测量长度组成(去除了两端的8mm测量长度)。使用在粗糙度仪后面的插头连接的数字输出，来自于粗糙度仪的可变波度输出电压信号以电子方式馈送到计算机。进行十个迹线，其中在挤出的纵向上取五个迹线，在横向上取五个迹线，其中两个连续迹线之间的距离为3mm。程序SubSmoothData()根据十个迹线的输入计算一个WI值。
然后，通过平均来自整个片材表面上均匀轮廓的采样点的100个单一WI值，计算聚合物片材表面的WI值，例如来自尺寸适合用于汽车挡风玻璃的片材的表面的WI值。
相同的计算可以在相对的表面上进行，并且如在别处指出的，可以产生类似或不同的结果，这取决于制造方法和期望的产品。在本发明的各种实施例中，获得的100个值中的至少90个落入100个值的平均值的+/-20％、平均值的+/-15％、平均值的+/-10％、或100个值的平均值的+/-5％内。除非在权利要求中另外指出，当在权利要求中给出聚合物片材表面的“WI值”时，在上述测量过程中获得的100个值中的至少90落入100个值的平均值的+/-20％内。
使用上述粗糙度仪，粗糙度的其它设置开关位置如下：滤波器：GS，轮廓：R，LC：N2.5mm，LT：17.5mm，VB：625微米。对于波度，设置如下：滤波器：GS，轮廓：W，Lc：N 8.0mm，LT：56mm，VB：625微米。
聚合物片材也可以用它们的“耐久性”来表征，该耐久性根据以下技术测定：对于压花的聚合物片材，在压花之前测量聚合物片材的Rz(Rz基准)。在压花之后，进行第二次Rz测量(Rz最终)。对于未压花的聚合物片材，取粗糙度测量值Rz并指定为Rz最终，并且Rz基准为零。对于压花和非压花片材，然后从聚合物片材上切下12.7平方厘米的样品。将14平方厘米的聚对苯二甲酸乙二醇酯置于放置在水平表面上的木框架上，其中框架外围略小于聚合物片材样品。然后将聚合物片材样品置于聚(对苯二甲酸乙二醇酯)膜上，然后将聚(对苯二甲酸乙二醇酯)膜的另一部分置于聚合物片材上。然后将第二框架放置在聚合物层的顶部。然后用长尾夹将框架夹在一起。然后将框架和聚合物组件置于100℃的预热炉中5分钟。然后取出组件并使其冷却。然后测定聚合物片材样品的另一个Rz值(Rz 100℃)。
然后可以根据下式确定耐久性：
除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的表示成分的量、特性(如分子量、反应条件)等的所有数字应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是近似值，其可以根据本发明寻求获得的期望特性而变化。至少，每个数值参数应当至少根据所报告的有效数字的数值并通过应用普通的舍入技术来解释。此外，本公开和权利要求中所述的范围旨在具体地包括整个范围，而不仅仅是端点。例如，所述的0-10范围旨在公开0-10之间的所有整数，例如1、2、3、4等，0-10之间的所有小数，例如1.5、2.3、4.57、6.1113等，以及端点0和10。
尽管阐述本发明广泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中阐述的数值旨在鉴于测量方法而精确地报告。但是，任何数值固有地包含了由它们各自的测试测量中存在的标准偏差所必然形成的某些误差。
应当理解，提及一个或多个工艺步骤并不排除在组合的所述步骤之前或之后存在额外的工艺步骤，或者在明确指出的那些步骤存在介于中间的工艺步骤。此外，在本申请中公开或要求保护的具有字母、数字等的工艺步骤、成分或信息的其它方面的命名是用于识别离散活性或成分的便利手段，并且除非另外指明，所叙述的字母可以以任何顺序排列。
如本文所用，单数形式“一/个(a/an)”和“该/所述(the)”包括复数指代物，除非上下文另外明确指出。例如，提及Cn醇等价物旨在包括多种类型的Cn醇等价物。因此，即使在一个位置使用例如“至少一个”或“至少一些”的语言，也并不旨在暗示“一/个”和“该/所述”的其它使用排除复数指代物，除非上下文另外清楚地规定。类似地，在一个位置使用例如“至少一些”的语言并不旨在暗示在其它地方不存在这样的语言暗示“全部”是有意的，除非上下文另外清楚地规定。
如本文所用，术语“和/或”当用于两个或更多个项目系列中时，意指可单独使用所列项目中的任何一个，或者可使用所列项目中的两个或更多个的任意组合。例如，如果组合物被描述为含有组分A、B和/或C，则所述组合物可以含有单独的A；单独的B；单独的C；A和B的组合；A和C的组合，B和C的组合；或A、B和C的组合。
本发明可通过其实施例的以下实例进一步阐述，但应理解，除非另有具体说明，这些实施例仅用于阐述目的，而不是限制本发明的范围。
以下实例旨在说明本发明，以教导本领域普通技术人员制备和使用本发明，而不打算以任何方式限制本发明的范围。
实例
工作实例由用特定夹层或多层夹层制备的层合体组成。所使用的标准玻璃层压方法包括以下步骤：(1)组装两个2.3mm的玻璃基底和一个或多个夹层；(2)将层压组件插入真空袋中，然后将真空袋抽真空至-29mm Hg并在室温下保持20分钟以使组件部分脱气；(3)将真空袋和层压组件置于90℃的对流烘箱中30分钟以完成脱气并部分粘合组件；(4)从真空袋中移除层压组件；和(5)在用于完成组件的粘合的标准条件下，对层压组件进行高压釜处理，以生产汽车窗玻璃，特别是采用143℃和13巴的高压釜保持条件处理20分钟。
层压后，通过首先将由具有4.2米虚像距离的水平线图案限定的HUD图像投影到每个层合体上来评价每个完成的组件。使用20MP机器视觉相机捕获从每个层合体反射的所得图像。然后通过在代表平均图像外观的区域中选择的垂直线中绘制像素强度来随后分析每个图像。从该图中，确定峰位置，其表示以像素为单位的重像图像分离距离。通过校准图像将图像分离转换为以毫米为单位的分离，并且随后根据下式转换为角分离(以弧度为单位)：
图18描绘了从含有金属化IR反射膜的非楔形层合体捕获的图像的例子。可以观察到三条不同的线，其表示(从上到下)从外玻璃表面、金属化膜表面和内玻璃表面反射的线图像。图19示出了穿过图像的近似中心的垂直线迹线的像素强度的相应曲线图。
比较例1
如上描述，制备并分析了含有两片2.3mm玻璃和具有0.40mrad楔角的单个楔形PVB夹层的层合体。在检查HUD线图像时，观察到一条单一的线而没有重像图像(图20)。
比较例2
如上描述，制备并分析了含有两片2.3mm玻璃和由0.38mm PVB/XIR膜/0.38mm PVB组成的非楔形多层夹层的层合体。在检查HUD线图像时，观察到三条线(图21)。二次图像(从玻璃外表面反射)在主图像上方具有2.8mrad的重像图像分离，三次图像(从金属化膜层反射)在主图像上方具有1.5mard的重像图像分离。
比较例3
如上描述，制备并分析了含有两片2.3mm玻璃和由0.38mm PVB/XIR膜/0.4mrad楔形PVB组成的多层夹层的层合体。在检查HUD线图像时，观察到两条线(图22)。二次图像(从玻璃外表面反射)与主图像对准，因此不能单独观察到，而三次图像(从金属化膜层反射)在主图像下方具有2.2mrad的重像图像分离。
比较例4
如上描述，制备并分析了含有两片2.3mm玻璃和由PVX膜(含有PVB层和反射层)/0.4mrad楔形PVB组成的多层夹层的层合体。在检查HUD线图像时，观察到两条线(图23)。二次图像(从玻璃外表面反射)与主图像对准，因此不能单独观察到，而三次图像(从金属化膜层反射)在主图像下方具有1.3mrad的重像图像分离。
实例1(工作实例)
如上描述，制备并分析了含有两片2.3mm玻璃和由0.2mrad三层楔形PVB/XIR膜/0.2mrad三层楔形PVB组成的多层夹层的层合体。在检查HUD线图像时，观察到一条单一的线而没有重像图像(图24)，这表明二次图像(从玻璃外表面反射)和三次图像(从金属化膜层反射)都与主图像对准，因此不能单独观察到。
实例2(预示)
如上描述，制备并分析了含有两片2.3mm玻璃和由0.2mrad三层楔形PVB/XIR膜/0.2mrad楔形PVB组成的多层夹层的层合体。在检查HUD线图像时，观察到一条单一的线而没有重像图像，这表明二次图像(从玻璃外表面反射)和三次图像(从HOE膜层反射)都与主图像对准，因此不能单独观察到。
实例3(预示)
制备并分析了含有两片2.3mm玻璃和由0.2mrad三层楔形PVB/HOE膜/0.2mrad楔形PVB组成的多层夹层的层合体。在检查HUD线图像时，观察到一条单一的线而没有重像图像，这表明二次图像(从玻璃外表面反射)和三次图像(从HOE膜层反射)都与主图像对准，因此不能单独观察到。
实例4(预示)
制备并分析了含有两片2.3mm玻璃和由0.2mrad三层楔形PVB/3MTM红外反射多层光学膜/0.2mrad楔形PVB组成的多层夹层的层合体。在检查HUD线图像时，观察到一条单一的线而没有重像图像，这表明二次图像(从玻璃外表面反射)和三次图像(从HOE膜层反射)都与主图像对准，因此不能单独观察到。
实例5(预示)
制备并分析了含有两片2.3mm玻璃和由0.2mrad楔形TPU/XIR膜/0.2mrad楔形TPU组成的多层夹层的层合体。在检查HUD线图像时，观察到一条单一的线而没有重像图像，这表明二次图像(从玻璃外表面反射)和三次图像(从HOE膜层反射)都与主图像对准，因此不能单独观察到。
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Claims (20)

1.一种具有光路的挡风玻璃，其包括：
a.内部刚性基底，其与第一楔形聚合物层光学相邻，用于反射主图像；
b.反射层，其位于所述第一楔形聚合物层和第二楔形聚合物层之间的光路中；以及
c.外部刚性基底，其与所述第二楔形聚合物层光学相邻，
其中，所述第一楔形聚合物层使得从所述反射层反射的可见光与所述主图像重叠，以及
其中，所述第二楔形聚合物层使得从所述外部刚性基底的外表面反射的可见光与所述主图像重叠。
2.根据权利要求1所述的挡风玻璃，其中，从所述反射层反射的可见光和从所述外部刚性基底的外表面反射的可见光均以小于约1.5弧分的图像分离距离与所述主图像重叠。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层中的至少一个具有波度指数小于20,000平方微米、Rz值为至少20微米和耐久性在10和95之间的表面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层中的至少一个与目标的绝对楔角变化小于0.1mrad，并且所述楔角的50mm变化率小于4μrad/毫米。
5.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述反射层选择性地反射红外光。
6.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层包含聚(乙烯醇缩醛)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层具有约0.05mm至约1.2mm的厚度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层具有0.1mm至1.0mm的厚度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层包含聚(乙烯醇缩醛)并且具有相同的厚度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层彼此镜像地定位。
11.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层中的至少一个包含至少一个皮层和至少一个芯层。
12.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述楔形聚合物层中的一个包含：
a.至少第一层，其包含具有第一残余羟基含量和第一残余乙酸酯含量的第一聚(乙烯醇缩醛)树脂以及第一增塑剂，其中所述第一层的玻璃化转变温度(Tg)大于26℃；以及
b.第二层，其包含具有第二残余羟基含量的第二聚(乙烯醇缩醛)树脂以及第二增塑剂，其中所述第二层的玻璃化转变温度(Tg)小于20℃。
13.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层中的至少一个包含至少一个皮层和至少一个芯层，并且具有约0.1mm至约1.0mm的厚度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述第一楔形聚合物层和所述第二楔形聚合物层中的至少一个不包括至少一个皮层和至少一个芯层，并且具有约0.1mm至约1.0mm的厚度。
15.根据前述权利要求中任一项所述的复合夹层，其中，所述反射层包含全息光学元件。
16.根据前述权利要求中任一项所述的复合夹层，其中，所述反射层包含金属化膜。
17.根据前述权利要求中任一项所述的复合夹层，其中，所述反射层包含膜，该膜具有沉积在其上的低折射率材料和高折射率材料的交替层。
18.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述反射层使光偏振。
19.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述反射层优先地反射光的特定偏振。
20.根据前述权利要求中任一项所述的挡风玻璃，其中，所述反射层包含膜，该膜具有低折射率聚合物和高折射率聚合物的交替层。
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